учебка. Учебное пособие ПУ. Пакеры изучение конструктивных особенностей и принципа действия

• Название: Пакеры изучение конструктивных особенностей и принципа действия
• Анкор: учебка
• Дата: 17.03.2022
• Размер: 5.61 Mb.
• Имя файла: Учебное пособие ПУ.doc
• Тип: Учебно-методический комплекс; #402353
• страница: 10 из 11

Тема: Расчет пакера механического принципа действия

Цель и задачи работы:

• 
  получить практические навыки по измерению конструктивных размеров элементов пакера и якоря, необходимых для проведения расчета.
  
• 
  получить практические навыки по проведения расчетов по определению нагрузок, необходимых для устойчивой посадки пакера в скважине;
  
• 
  получить практические навыки по проведения расчетов по определению нагрузок, необходимых для обеспечения уплотнения межтрубного пространства.
  

Время проведения занятия – 4 часа.
Методические указания по подготовке к работе

При подготовке к практическому занятию необходимо изучить лекционный материал и пользоваться литературой, указанной в конце данной работы. Уделить внимание вопросам конструкции, техническим параметрам.

Для лучшего освоения необходимо ознакомиться с конструкцией пакеров на чертежах и в учебных пособиях, а так же ответить на вопросы для самопроверки.

В процессе выполнения работы студенту согласно варианта задания (см. таблицу 2.1) необходимо выполнить следующие задачи:

1. 
   Провести расчет устойчивости механического пакера и уплотнения межтрубного пространства при гидроразрыве пласта (ГРП).
   
2. 
   Рассчитать необходимую величину подъема колонны НКТ для посадки пакера.
   
3. 
   Дать заключение о необходимости применения якоря.
   

Для решения поставленной задачи даны исходные условия:

L – глубина скважины, м;

Р – давление на устье при ГРП, МПа;

D_ок – наружный диаметр обсадной колонны, D_ок = 0,13 м;

_ст – плотность стали, _ст = 7850 кг/м ;

Е_ст – модуль упругости стали, Е_ст=2,110 Па

_ж – плотность жидкости разрыва, _ж= 1000 кг/м ;

D_ман. – наружный диаметр манжеты D_ман.= 0,117 м;

,  – угол скоса манжеты =0,7, =15;

коэффициент трения 0,82;

 – коэффициент Пуассона резиновой манжеты, =0,485;

Е_у – модуль упругости резины Е_у=18810 Па;

к – коэффициент устойчивости пакеровки, к = 1,25;

n – количество плашек пакера n = 6;

d_п – диаметр плашек d_п=0,030 м;

d_нтк – диаметр НКТ d_нтк, мм.

Таблица 2.1 – Варианты заданий к практической работе

Номер варианта	L, м	dнкт, мм	Давление разрыва на устье Ру, МПа
1	1150	48	50
2	1020	48	48
3	860	60	40
4	720	73	45
5	850	89	38
6	1850	48	40
7	1480	48	42
8	1300	60	43
9	1350	73	50
10	1020	89	50
11	1950	48	52
12	1450	48	48
13	950	60	42
14	1000	73	43
15	980	89	47
16	2150	48	50
17	1040	48	46
18	900	60	50
19	850	73	42
20	950	89	30
21	1700	48	50
22	1450	48	48
23	1200	60	40
24	950	73	45
25	800	89	38
26	1650	48	40
27	1450	48	42
28	950	60	43
29	1000	73	50
30	980	89	50

Методика расчета

Механические пакеры уплотняют межтрубное пространство упругими элементами посредством передачи нагрузки на них от массы сжатой части колонны НКТ.

Расчет уплотнений пакера
При расчете уплотнений пакера необходимо прежде всего определить систему сил, действующих на них (см. рисунок 1).

На пакер действует следующая система сил:

1) нагрузка G со стороны веса НКТ, которая используется для деформирования уплотнительных элементов при установке пакера;

2) силы трения Т_к потока закачиваемой жидкости в колонну НКТ;

3) силы, обусловленные забойными давлениями жидкости Р_з, закачиваемой по колонне НКТ;

4) сила трения F_т уплотнений об эксплуатационную колонну.

Для упрощения расчета примем, что давление под пакером действует на всю площадь кольца, образованного внутренним диаметром эксплуатационной колонны и внутренним диаметром колонны НКТ, колебание температуры при закачке жидкости отсутствуют.

Для равновесия пакера необходимо, чтобы система приложенных к нему сил была уравновешена. Спроектировав все силы на ось пакера, получим:
G + Т_к + F_т = 0,25∙ π ∙ (d_ок ² – d²_в) ∙ р_з ; (1)

р_з = р_у + ρ ∙ g ∙ Н – Δр_к , (2)

где G – вес сжатой части колонны НКТ;

Т_к – сила трения потока закачиваемой жидкости о колонну НКТ;

F_т – сила трения уплотнений о эксплуатационную колонну;

d_ок – внутренний диаметр эксплуатационной колонны;

d_в – внутренний диаметр труб НКТ;

р_з – давление на забое скважины;

р_у – давление на устье скважины;

ρ – плотность закачиваемой жидкости;

Н – глубина установки пакера;

Δр_к – гидравлические потери напора при закачке жидкости по НКТ.

Сила трения Т_к определяется по формуле:

Т_к = , (3)

где λ_к – коэффициент сопротивления движения жидкости в колонне НКТ;

v_к – скорость движения жидкости в колонне НКТ.


Рисунок 2.1 – Схема посадки пакера механического действия и система сил,

действующих на него
Максимально возможное давление р_{з max}, при котором пакер будет находиться в равновесии, можно определить исходя из наименее благоприятного сочетания действующих сил. Из формулы (1) согласно [1, с.281] максимально возможное давление:
. (4)
Пакер должен быть рассчитан также на максимальное устьевое давление, при котором он будет неподвижным. Это давление можно найти из предыдущей формулы, при том, что приемистость пласта отсутствует, т.е. Q = 0.

В этом случае:
;

. (5)

Расчет оптимальной величины нагрузки на уплотнительные элементы пакеров с механическим управлением
Оптимальной нагрузкой является та минимальная нагрузка на пакер, которая достаточна для уплотнения межтрубного зазора. Эта нагрузка одновременно должна предотвращать срыв пакера от перепада давления жидкости.

Условие пакеровки запишется:
Р_з ∙ к ≤ R; (6)
R = G₁ ∙ tg(α + β) ∙ f, (7)

где R – усилие на пакер от сжатой части колонны НКТ;

G₁ – вес сжатой части колонны НКТ длиной l₁;

α – угол конусности;

β – угол трения;

f – коэффициент сцепления шлипсов с обсадной колонной;

к – коэффициент устойчивости пакера.

Для обеспечения посадки механического пакера на определенной глубине колонну НКТ, на которой осуществляется его спуск, необходимо приподнять на величину δ₁ и повернуть колонну на 1÷1,5 оборота.
, (8)

где ρ_ст – плотность материала НКТ;

L– общая длина колонны;

E – модуль упругости стали;

q– масса одного погонного метра колонны.

Относительное продольное сжатие резиновой манжеты сопровождается его относительным поперечным расширением, которые связаны между собой следующим соотношением:
, (9)

где μ – коэффициент Пуассона.

С другой стороны, в соответствии с законом Гука относительное продольное сжатие резиновой манжеты определяется по формуле:
. (10)
Поэтому

. (11)
Условие уплотнения межтрубного зазора запишется как:

. (12)
Список использованных источников

1. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984. – 464 с.

2.2 Методические указания по выполнению лабораторных работ
Лабораторная работа 1

Тема: Изучение элементов системы управления, уплотнения и фиксации пакеров

Цель и задачи работы:

1. 
   Ознакомиться с разновидностями элементов управления, уплотнения и фиксации в пакерах
   
2. 
   Научиться подразделять пакеры на группы, разбираться в конструктивных особенностях основных узлов.
   
3. 
   Приобрести практические навыки по анализу конструкции пакеров
   

Продолжительность занятия – 2 часа
Методические указания по подготовке к работе

При подготовке к выполнению лабораторной работы необходимо изучить лекционный материал и использовать литературу, указанную в конце данной работы. Уделить внимание вопросам конструкции, техническим параметрам.
Порядок выполнения работы:

Студент согласно варианту задания должен выполнить следующее:

1. Ознакомиться с описанием и изучить конструкцию пакера, обратить внимание на конструктивное исполнение элементов управления, фиксации и уплотнения.

2. Зачертить элементы управления, фиксации и уплотнения, описать их назначение и особенности.
Порядок оформления отчета:

В отчете, выполненном и оформленном на отдельном листке, приводится:

1. 
   Подробное описание назначения, области применения, конструкции и функционального назначения элементов уплотнения, управления, фиксации.
   
2. 
   Зачерчиваются схемы элементов уплотнения, управления, фиксации.
   

Оборудование:

1. 
   Натурные образцы пакеров и якорей, имеющихся в лаборатории, плакаты, схемы и чертежи пакеров.
   
2. 
   Flash-ролики для просмотра последовательности приведения пакера в действие.
   

Задание на лабораторную работу 1:

Вариант	1, 11, 21	2, 12, 22		3, 13, 23	4, 14, 24	5, 15, 25
№ чертежа	1	2		3	4	5
Вариант	6, 16, 26	7, 17, 27	8, 18, 28		9, 19, 29		10, 20, 30
№ чертежа	6	7	8		9		10

Лабораторная работа 2
Тема: Изучение конструкции пакера, порядка приведения его в действие и вывода из рабочего состяния
Цель и задачи работы:

1. 
   Ознакомиться с областью применения, параметрами, разновидностями пакеров.
   
2. 
   Научиться подразделять пакеры на группы, разбираться в конструктивных особенностях основных узлов.
   
3. 
   Уметь описать конструкцию и принцип работы пакера по чертежам и натурным образцам, которые представлены в лаборатории.
   
4. 
   Приобрести практические навыки по анализу конструкции пакеров
   

Продолжительность занятия – 6 часов
Методические указания по подготовке к работе

При подготовке к выполнению лабораторной работы необходимо изучить лекционный материал и использовать литературу, указанную в конце данной работы. Уделить внимание вопросам конструкции, порядку приведения пакера в действие и выводу из рабочего состояния.
Порядок выполнения работы:

Студент получает индивидуальный вариант задания, согласно которому он должен выполнить следующее: