14. Пакеры. Классификация. Механические и гидравлические пакеры. Расчет условий пакеровки. Якори

Пакеры предназначены для уплотнения кольцевого пространства и разобщения отдельных горизонтов нефтяных и газовых скважин. Они работают в условиях воздействия высоких перепадов давлений, больших механичес­ких нагрузок и в различных термических и коррозионных средах. Поэтому конструкции пакеров должны обеспечивать эффективную и надежную работу в условиях эксплуатации.

По конструктивным схемам и принципу действия пакеры разделены на следующие типы: СВ - пакеры, в которых сжатие уплотнительных элементов происходит под действием внешних сил; СУ - пакеры сжатия, работающие под действием упругих сил;

НД - надувные пакеры.

В зависимости от того, из какого материала изготовлен уплотнительный элемент, каждый тип пакера разделен на классы: Р - резиновые; М - металлические; Ф - фторопластовые.

По способу создания нагрузки на уплотнительные элементы пакеры подразделяются на следующие типы:

М - механические, у которых деформация уплотнительного элемента осуществляется за счет меха­нической нагрузки;

ГМ - гидромеханические, у которых шлипсовый узел, обеспечивающий опору пакера на стенку скважины, при­водится в рабочее положение путем повышения давления жидкости в колонне труб, а деформация уплотнительного элемента происхо­дит под действием механической нагрузки, например, веса труб;

МГ - механико-гидравлические, у которых шлипсовый узел занимает рабочее положение под дейст­вием механической нагрузки, а деформация уплотнительного элемента осуществляется под действием гидравли­ческих сил в трубах;

Г - гидравлические, характерной особенностью которых является то, что давление жидкости используется для прижатия уплотнительного элемента к стенкам скважины, а иногда и для приведе­ния в рабочее положение упора на стенку скважины;

П – пневматические, у которых уплотнительный элемент к стенкам скважины прижимается в результате использования энергии сжатого воздуха.

Конструктивна схема гидравлического пакера типа ПИГК.

Г лавным преимуществом гидравлических пакеров по отношению к механическим является способность воспринимать большие перепады давлений. Это связано с тем, что чем больше давление, тем сильнее прижимается уплотнительный элемент к обсадной колонне.

Пакер типа ПИГК (рис.2) состоит из головки 1, опорного кольца 2, верхней манжеты 3, ограничительной втулки 4, штока 5,уплотнительной манжеты 6, толкателя 7, седла гидравлической манжеты 8, центратора 9, узла клапана, состоящего из хвостовика 10, пружины 11, клетки 12, упора 13 и клапана 14.

Принцип действия: Перед спуском в скважину пакер типа ПИГК свинчивается с якорем соответствующего типо-размера, который воспринимает осевое усилие от пакера, возникающее в процессе нагнетания жидкости в скважину под давлением. Пакер с присоединенным к нему якорем спускается на колонне насосно-компрессорных труб. После спуска пакера на необходимую глубину в колонну насосно-компрессорных труб подача жидкости для гидроразрыва.

При достижении перепада давления на штуцере 0,35 – 0,50 МПа открывается клапан 14. При дальнейшем повышении перепада давления жидкость, воздействуя на торец толкателя, заставляет его перемещаться вверх и деформироваться уплотнительную манжету, более плотно прижимая их к обсадной колонне. Уплотнительная манжета, в свою очередь, прижимает ограничительную манжету к опорному кольцу, принуждая ее деформироваться до соприкосновения с обсадной колонной. Это предотвращает заход уплотнительной манжеты в зазор между опорным кольцом и обсадной колонной и заедания пакера в скважине.

Пакер извлекается из скважины вместе с колонной насосно-комперссорнных труб.

Конструкция пакера типа ПВМ – 122-500

П акер состоит из головки 1, опорного кольца 2, ограничительной втулки 3, резиновой защитной втулки 4, разделительной шайбы 5, резиновой уплотнительной втулки 6, конуса 7, шлипсов 8, шлипсодержателя 9, обруча-ограничителя 10, пружины 11, крышки 12, ввинченного в крышку фиксатора 13, входящего в направляющий паз 14 на стволе 15. К шлипсодержателю крышка прикреплена болтами, которые на рисунке не показаны.

Защитная втулка 4 короче уплотнительной втулки 6 и имеет более высокую твердость.

В скважину пакер спускается на колонне труб. При этом фиксатор 13 удерживает шлипсодержатель 9 в крайнем нижнем положении относительно ствола. При повороте колонны труб по часовой стрелке фиксатор выходит в длинную прорезь паза на стволе, освобождая шлипсодержатель. При опускании колонны труб шлипсы 8 под действием пружин 11 прижимаются к стенке скважины и удерживаются на месте, и конус 7 заклинивает их в обсадной трубе. Приложенная к пакеру нагрузка от веса колонны труб через головку и опору передается манжетам. Они деформируются и уплотняют пакер. При натяжении колонн труб манжеты восстанавливают свою первоначальную форму, конус освобождает шлипсы и пакер снимается с места установки.

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 Рз ∙ к ≤ R; где R – усилие на пакер от сжатой части колонны НКТ; к – коэффициент устойчивости пакера.

Якорь предназначен для восприятия осевого усилия, возникающего при нагнетании в скважину жидкости под давлением при производстве гидравлического разрыва нефтяного пласта и других работах. Якорь дублирует работу плашкового (шлицевого) захвата и повышает надежность осевого закрепления пакера.

.Якорь ЯПГ - 146 - 500 - плашковый гидравлический, спускается в обсадную колонну с условным диаметром 146 мм, рассчитан на перепад давлений 50 МПа.

1 - корпус; 2 - плашки; 3 - уплотнительное кольцо;

4 - утопленные планки; 5 - пружина; 6 - патрубок;

7 - муфта гладких насосно-компрессорных труб

Плашки от выпадения удерживаются с наружной стороны утопленными планками (шпонками), которые в свою очередь прихватываются винтами к корпусу. С внутренней стороны плашки удерживаются буртом корпуса.

Якорь плашковый гидравлического типа применяется только в сборе с пакером. После спуска оборудования на необходимую глубину для сжатия уплотнителей пакера и упора их в стенку, как известно, подается под давлением жидкость. Давление жидкости через отверстия в корпусе одновременно передается на плашки. Плашки, перемещаясь до соприкосновения с внутренней стенкой осадной колонны, при дальнейшем увеличении давления своими зубьями врезаются в обсадную колонну и удерживают всю систему от перемещения вверх.

Разборка якоря начинается с отсоединения от корпуса присоединительных патрубков.