расчет пакера. РАСЧЕТ Пакера. Программа расчета нагрузки на пакер поворотной установки 1 Расчет пакера на уплотнение

• Название: Программа расчета нагрузки на пакер поворотной установки 1 Расчет пакера на уплотнение
• Анкор: расчет пакера
• Дата: 26.06.2022
• Размер: 223.5 Kb.
• Имя файла: РАСЧЕТ Пакера.doc
• Тип: Программа; #615710

3 Программа расчета нагрузки на пакер поворотной установки
3.1 Расчет пакера на уплотнение
Механические пакеры уплотняют межтрубное пространство упругими элементами посредством передачи нагрузки на них от нижней сжатой части колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Задача заключается в определении этой нагрузки и длины сжатой части колонны при известных исходных данных. К главным параметрам относятся внутренний диаметр обсадной колонны, в которую спускают пакер, перепад давления, воспринимаемый им.


Рисунок 1 – Расчетная схема для определения силы трения уплотнительных элементов
При расчете пакера определяют необходимое для герметизации контактное давление, осевую силу, обеспечивающую это давление. Контактное давление между обсадной колонной и уплотняющими элементами p_k, обеспечивающее герметичность уплотнения, рассчитывается по формуле

(3.1)

где p_kc,p_kn –– контактные давления за счет предварительного сжатия уплотнения и действия перепада давления соответственно.

Для определения контактного давления p_k и наименьшей величины осевой силы Q, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины, используют следующие уравнения, вытекающие из (3.1);

; (3.2)

Откуда, подставив µ_р=0,475 и p_k = ∆p, получим

, (3.3)

где F - площадь поперечного (диаметрального) сечения уплотнительного элемента в деформированном состоянии;

G = 5,1 - 1,0 МПа - модуль сдвига резины;

D_п и D_{с -} наружный радиус резины до деформации и после нее;

d_ш - внутренний радиус резиновой втулки;

∆p - перепад давления у пакера.

Коэффициент Пуассона для резины, применяемой в пакерах, принят μ_p = 0,475. Длина сжатой части колонны

. (3.4)

Расчетная величина L должна быть в пределах 100…150 м.
3.2 Расчет пакера на устойчивость установки

пакера на стенку скважины
Нагрузка, обеспечивающая деформацию и уплотнение пакера, одновременно должна предотвращать срыв пакера от перепада давления жидкости. Проверка этого условия является целью следующей задачи (рисунок 2).


Рисунок 2 –Расчетная схема для Q₁
Условие пакеровки в соответствии с рисунком 2 запишется

(3.4)

Отсюда

, (3.5)

где Q₁ - нагрузка от сжатой части колонны НКТ длиной l₁;

D_c - внутренний диаметр обсадной колоны;

d_dy - внутренний диаметр подъемной колонны;

∆p - перепад давления жидкости на пакер, равный давлению жидкости на устье скважины p_y;

k= 1,1 - коэффициент устойчивости пакеровки;

α = 21,6^о - угол конусности конуса пакера;

β = 6^о - угол трения;

f= 0,82 - коэффициент сцепления шлипсов с обсадной колонной.
Длина сжатой части колонны определяется по формуле

. (3.6)

Расчетная по формуле (3.5) величина Q₁ сопоставляется с величиной Q, рассчитанной по формуле (3.3). Если Q₁ > Q, то их разница компенсируется установкой гидравлического якоря. Тогда задача переходит в область проектирования гидравлического якоря. Это значит - нужно рассчитать необходимого количества плашек якоря учетом их размеров и давления жидкости.
3.3 Подбор гидравлического якоря для компенсации разности нагрузок Q₁ и Q
Q₁ = 137486 Н;

Q = 47382,6 Н

ΔQ=Q1-Q=137486-47382,6=90103,4 Н
1 Сила сцепления плашек гидравлического якоря с обсадной колонной

, (3.7)

где S - площадь контакта одной плашки с обсадной колонной;

n = 12 – количество плашек в одном гидравлическом якоре;

f_c= 0,82 – коэффициент сцепления плашки с обсадной колонной.


Рисунок 3 –Схема к проектированию гидравлического якоря
2 Сила сцепления шлипсов захватного устройства пакера с обсадной колонной

, (3.7)

где n = 4; остальные обозначения – прежние.

3 Сила трения резиновых уплотнительных элементов с обсадной колонной

, (3.7)

где - площадь контакта основного уплотнительного элемента диаметром D_p и высотой h_p - высота уплотнительного элемента в сжатом состоянии;

n - количество основных уплотнительных элементов;

f_p= 0,1 - коэффициент трения резины с обсадной колонной.
Проверка условия устойчивости пакера

(3.8)

Исходные данные для расчета пакера и результаты расчета заносятся в таблицу 3.1.
3.4 Расчет высоты подъема колонны насосно-компрессорных труб для создания необходимой нагрузки
Обеспечение пакера нагрузкой Q достигается поднятием и посадкой колонны НКТ на стенку скважины, величина которой на устье δ определяется величиной (рисунок 4)

(3.6)

где ρ_ст - плотность материала НКТ, кг/м³;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

L - общая длина колонны, м;

E - модуль упругости стали, Н/м²;

q - масса одного метра колонны, кг/м.


Рисунок 4 – Расчетная схема для определения высоты подъема колонны
Таблица 3.1 – Пример расчета пакера и гидравлического якоря

Исходные данные по пакеру ПВМ-146-50	Значения параметров
Dс – наружный диаметр резины после деформации, м	130·10-3
Dп – наружный диаметр резины до деформации, м	110·10-3
dш – внутренний диаметр резины, м	70·10-3
hp - высота одного уплотнительного элемента в сжатом состоянии, м	155·10-3
∆p – перепад давления у пакера, Па	10·106
k - коэффициент устойчивости пакеровки	1,1
α - угол конусности конуса пакера, град.	21,6
β - угол трения, град	6
fcц - коэффициент сцепления шлипсов с обсадной колонной	0,82
fcц - коэффициент трения уплотнительных элементов	0,1

Исходные данные по гидравлическому якорю
- общая длина колонны, м	1800
dплаш - диаметр одной плашки, мм	34
q – масса одного метра колонны труб, кг/м	q73 = 9,44; q89 =13,56

Вывод: Условие устойчивости пакера выполнено.