Расчета пакера - Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Содержание

Введение

1.1. Классификация пакеров

Обзор различных конструкций пакеров

Выбор и обоснование оборудования

Принцип действия

4.1. Порядок работы

4.2. Приведение пакера в рабочее положение

4.3. Приведение якоря в рабочее положение

4.4. Демонтаж

Расчет пакера

Техника безопасности при эксплуатации

Заключение

Список литературы

Введение

Пакеры применяют для разобщения пластов, изоляции обсадных колонн от воздействия скважинной среды в процессе эксплуатации нефтяных, газовых, газоконденсатных скважин, а также для проведения в них ремонтно-профилактических работ и ликвидации поглощений.

Пакеры используют для проведения технологических операций по гидроразрыву, кислотной и термической обработкам продуктивного пласта, для выполнения изоляционных работ, гидропескоструйной перфорации, установки проволочных фильтров и клапановотсекателей, очистки забоев скважин, газлифтной эксплуатации и т.д. Пакеры спускают в скважину на колонне поднимаемых труб либо вместе с трубами. Проходное отверстие пакера должно позволять беспрепятственно спускать инструмент и оборудование для проведения необходимых технологических операций.

Пакер должен выдерживать максимально необходимый перепад давления, действующий на него в экстремальных условиях (рабочее давление).

Перепады давления, воспринимаемые пакерами, находятся в интервале от 7 до 100 МПа. Температура окружающей среды при эксплуатации скважин может изменяться от 40 до 100оС, а при тепловом воздействии на пласт достигает в некоторых случаях 300..400оС.

Кроме того, пакер является эффективным техническим средством для поиска дефектов. Недостатком является лишь то, что он не позволяет определить характер (форму и размер) дефекта.[8]

Классификация пакеров

- по восприятию перепада давления пакеры подразделяются:

ПВ - усилие направлено от перепада давления вверх;

ПН - усилие направлено от перепада давления вниз;

ПД - двустороннего действия (усилие от перепада давления направлено как вверх, так и вниз).

- по способности фиксироваться на месте установки пакеры подразделяют:

Я - фиксирующиеся якорем;

Без обозначения - не требующие посадки.

- по способу посадки пакеры подразделяют:

Г - гидравлические;

М - механические;

ГМ - гидромеханические;

Без обозначения - не требующие посадки.

- по способу съема пакеры подразделяют:

В - вращением;

Р - разбуриванием;

И - специальным инструментом;

Без обозначения - натягом.

-по исполнению:

Без обозначения- нормальное;

Коррозионностойкое:

К1 - углекислотостойкое (СО2 не более 10% об.),

К2 - сероводородостойкое (H2S и СО2 не более 10% об. каждого компонента),

К3 - сероводородостойкое (H2S и СО2 свыше 10%, но не более 25% об. каждого компонента),

Т - термостойкое (для рабочих сред с температурой более 150оС). [1]

Рассмотрим различные конструкции пакеров и выберем пакер, который наиболее подходит для данных условий.

Обзор различных конструкций пакеров

1. Пакер заколонный проходной гидромеханический двухманжетный типа ПГМД

Основная область применения пакера типа ПГМД – повышение качества разобщения двух пластов, разделенных тонкими (не более 2-3 м) глинистыми прослоями.

Пакер ПГМД отличает высокая технологичность в эксплуатации, надежное формирование высокопрочной самоуплотняющейся манжетноцементной перемычки, свободное регулирование длины перемычки (минимальная длина 500мм), сохранение герметизирующих свойств перемычки при ее частичном размещении в интервале перфорации.

2. Пакер гидромеханический двухманжетный ПГМД1

Пакер типа ПГМД1 аналогичен по конструкции пакеру типа ПГМД и предназначен для надежной изоляции близкорасположенных продуктивных пластов и обеспечивает оптимальные условия формирования цементного кольца в прилегающих зонах, тем самым исключает проникновение пластового газа и агрессивных жидкостей в твердеющую тампонажную смесь. Защищает цементный камень от ударной волны при перфорации эксплуатационной колонны, сохраняет его контакт с трубами при изменении осевых нагрузок на обсадную колонну, центрирует смежные участки колонны. Введение расширяющейся добавки в межманжетное пространство при пакеровке скважины позволяет увеличить объем твердеющего тампонажного раствора. Область применения пакеров типа ПГМД1 скважины с номинальным диаметром 216мм с обсадными колоннами диаметром 140168 мм.

3. Пакер гидравлический проходной с малогабаритным клапанным узлом типа ПГПМ1

Заколонный проходной гидравлический пакер типа ПГПМ1 предназначен для повышения качества изоляции продуктивных пластов при креплении скважин с целью предотвращения межпластовых перетоков и затрубных проявлений пластовых флюидов в период твердения цементного раствора, освоения и эксплуатации скважин.

Пакер спускается в скважину в составе эксплуатационной колонны диаметром 146 или 168 мм и устанавливается в заданном интервале. В полость уплотнительного элемента пакера в заводских условиях закачивается отверждаемый гидрофобный полимерный состав, полимеризация которого происходит только в присутствии продавочной жидкости, попадающей в пакер их внутреннего колонного пространства при его срабатывании. Таким образом, существенно повышается долговечность и надежность работы пакера.

4. Пакеры заколонные гидравлические типов ПЗГ и ПЗМ

Пакер типа ПЗГ предназначен для установки в составе обсадной колонны, как в интервале цементирования, так и вне его, для обеспечения надежной изоляции продуктивных пластов. Кроме функции разобщения пластов и предотвращения межпластовых перетоков жидкостей и газа пакер обеспечивает оптимальные условия для формирования цементного кольца в прилегающей к пакеру зоне затрубного пространства. В частности, исключает возможность проникновения газа и агрессивных жидкостей в твердеющую тампонажную смесь, центрирует обсадную колонну в скважине и вызывает образование над ним зоны седиментационного уплотнения смеси.

Пакер типа ПЗМ предназначен для обеспечения высокой технологичности изоляции продуктивного пласта перед гидравлическими разрывами или нагнетанием вытесняющих агентов при особо интенсивных режимах эксплуатации скважин.

5. Заколонный гидравлический пакер типа ПДМ для ступенчатого и манжетного цементирования скважин

Пакеры типа ПДМ обеспечивают проведение двухступенчатого и манжетного цементирования скважины с созданием герметичной перемычки в заколонном пространстве над поглощающими и проявляющими пластами. Конструктивная простота уплотнительного элемента сочетается с его надежностью при пакеровке в устойчивом стволе скважины и предыдущей обсадной колонне.

6. Пакер проходной гидравлический универсальный типа ППГУ

Пакер ППГУ предназначен для проведения следующих работ:

- исключения заколонных перетоков и проявлений пластовых флюидов во всей зоне цементирования скважины;

- заданного (оптимального) уменьшения репрессии на пласт – эксплуатационный объект в период ОЗЦ с сохранением под пакером столба тампонажного раствора, исключающего возникновение заколонных перетоков между разнонапорными пластами продуктивной зоны;

- разобщения пластов выше и ниже зоны цементирования, а также без цементирования скважины;

- сохранения уровня столба тампонажного раствора в заколонном пространстве;

- высокотехнологичного (без бурения в обсадной колонне) манжетного и ступенчатого цементирования скважин (в комплексе с проходной цементировочной муфтой типа МЦП);

- дополнительного повышения или восстановления герметизирующей способности крепи с наименьшими затратами путем допакеровки скважины при ее освоении и эксплуатации.

Пакер устанавливается в составе колонны обсадных труб в любом заданном интервале глубины ствола скважины.

7. Пакер ППДС

Пакер ППДС предназначен для поддержания пластового давления пластового давления в нагнетательных скважинах, а также для защиты эксплуатационных колонн от динамических нагрузок в нагнетательных и эксплуатационных скважинах при закачке жидкостей и газожидкостных смесей и гидравлических разрывах пластов.

8. Пакеры заколонные типов ПЗ168Ц и ПЗ-216

Пакер заколонный типа ПЗ168Ц предназначен для надежного разобщения вскрытых продуктивных пластов от затрубного пространства спущенной обсадной колонны на период затвердения цементного раствора с целью исключения возможности возникновения заколонных перетоков пластового флюида.

Пакер заколонный типа ПЗ216 предназначен для герметизации заколонного пространства обсадных колонн диаметров 140 и 146 мм с целью разобщения пластов в вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважинах.

9. Пакеры механические повышенной надежности

Пакеры механические повышенной надежности типов ПРОЯМ, ПРО-ЯМ2, ПРОЯМЗ, ПРО-ЯМО и ПРОЯМО2 предназначены для длительного разобщения и изоляции эксплуатационной колонны от воздействия скважинной среды ниже и выше лежащих пластов, а также при проведении различных технологических операций при температуре в скважине до +100оС.

Отличительные особенности конструкции пакеров следующие:

оснащение двумя резиновыми пакерирующими элементами;

заякоривающее устройство пакеров размещено под резиновыми пакерирующими элементами для предотвращения перемещения пакера вниз;

для предотвращения перемещения пакера вверх при использовании в нагнетательных скважинах и недостаточном весе труб для его удержания, предусмотрена установка над пакером удерживающего гидравлического якоря;

пакеры типов ПРОЯМ, ПРО-ЯМ2 и ПРОЯМ3 устанавливаются в скважине путем вращения колонны труб вправо на ¼ оборота с одновременным перемещением вниз;

пакеры типов ПРОЯМО, ПРО-ЯМО2 устанавливаются в скважине механически, путем манипуляций осевых перемещений колонны труб без вращения;

все пакеры приводятся в транспортное положение путем натяжения колонны труб.

Пакеры механические типа ПРО обладают следующими преимуществами:

высокая надежность изоляции пласта при длительной эксплуатации и высоких перепадах давления на пакер;

отсутствие затекания резинового уплотнительного элемента позволяет увеличить наработку на отказ в 1020 раз по сравнению с серийными пакерами;

герметичное перекрытие кольцевого пространства при широком диапазоне внутреннего диаметре колонны труб в наклонных, горизонтальных и в глубоких скважинах без вращения труб;

возможность создания импульсного воздействия на пласт при высокой депрессии;

снижение осевой растягивающей нагрузки при распакеровке после длительной эксплуатации.

10. Пакеры повышенной надежности с упором на забой типов ПРО, ПРВ, ПРО-Ш и ПРО-Ш-К

Пакеры типов ПРО, ПРВ, ПРО-Ш и ПРО-Ш-К предназначены для освоения и эксплуатации нефтяных и газовых добывающих и нагнетательных скважин, а также для проведения различных технологических операций.

Отличительные особенности указанных пакеров следующие:

не имеют нижнего заякоривающего устройства и ими можно работать с упором на забой;

пакеры типов ПРО-Ш и ПРО-Ш-К, в отличие от пакеров типа ПРО и ПРВ, снабжены шпонкой и обеспечивают передачу крутящего момента на колонну труб (или оборудования), установленного под пакером;

в пакерах типов ПРО, ПРО-Ш и ПРО-Ш-К уплотнительного элементы выдерживают перепад давления двухстороннего действия до 100 МПа при температуре до 100оС;

в пакерах типа ПРВ уплотнительный элемент выдерживают перепад давления, направленный снизу вверх- до 100 МПа, а направленный сверху вниз- до 21 МПа;

в случае создания под пакером избыточного давления, если вес труб недостаточен для удержания пакера от перемещения вверх, под пакером необходимо установить гидравлический якорь, поставляемый отдельно;

пакеры типа ПРО-Ш-К снабжены съемным клапаном, который в процессе пакеровки скважины изолирует подпакерную зону от надпакерной, а при распакеровке, а также при промывке скважины или спускоподъемных операциях обеспечивает сообщение подпакерной зоны с надпакерной;

пакеры типов ПРО, ПРО-Ш и ПРО-Ш-К могут быть использованы в комплекте с трубным пластоиспытателем;

пакеры типа ПРВ рекомендуется использовать для нагнетания жидкости.

Пакеры типа ПРО обладают следующими преимуществами:

независимо от изгиба колонны труб над и под пакером обеспечивается высокая надежность изоляции пласта при длительной эксплуатации и больших перепадах давления;

отсутствие затекания резинового элемента в пакерах типов ПРО, ПРО-Ш и ПРО-Ш-К позволяет увеличить наработку на отказ в 1020 раз, по сравнению с серийными пакерами;

герметичное перекрытие кольцевого пространства при широком диапазоне внутреннего диаметра колонны труб;

оборудование может быть многократно использовано и отличается простотой обслуживания.

11. Пакеры механические ПРОЯМО2ЯГ1(М), ПРОЯМ2ЯГ1(М)

Область применения:

рекомендуют для проведения опрессовки обсадной колонны и поиска негерметичности;

для кислотной обработки пласта под давлением;

для проведения ремонтно-изоляционных работ и других технологических операций;

для установки в нагнетательных и эксплуатационных скважинах.

Достоинства:

пакеры содержат раздвижные опоры, препятствующие выдавливанию резиновых уплотнительных элементов в межтрубный зазор, что повышает надежность герметизации и облегчает срыв пакеров;

надежная герметизация эксплуатационной колонны при проведении работ, требующих создания высокого перепада давления на пакер;

легкая распакеровка без дополнительной растягивающей нагрузки;

конструкции пакеров проверены многолетним опытом успешного применения.

Конструктивные особенности:

пакеры ПРОЯМО2ЯГ1(М), ПРОЯМОЗЯГ2, ПРО-ЯМО3-ЯГ3(М) устанавливаются в скважине механически, путем осевых перемещений НКТ (не требуют вращения), приводятся в транспортное положение натяжением колонны труб;

удерживанию пакера от перемещения вверх служит верхнее гидравлическое заякоривающее устройство, которое приводится в действие созданием внутритрубного давления;

оборудование многократного действия за одну СПО;

высокая ремонтопригодность.

Техника безопасности при эксплуатации

Все работы по монтажу, демонтажу, спускоподъемным операциям и эксплуатации пакера должны проводиться в соответствии с требованиями ПБ 0862403 «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утверждённые Госгортехнадзором РФ от 05.06.2003 г.

Применительно к пакерам можно выделить следующие требования правил безопасности:

В случае производства работ (гидроразрыв пласта, кислотные обработки, различные заливки и т.д.), требующих давлений, превышающих допустимые, необходимо устанавливать на устье специальную арматуру, а эксплуатационную колонну защищать установкой пакера.

Фонтанные скважины с дебитом 400 т/сут. нефти или 500 тыс. м3/сут. газа и более, расположенные на расстоянии менее 500 м от населенного пункта, оснащаются внутрискважинным оборудованием (пакер и клапанотсекатель, циркуляционный клапан, станция управления и др.).

Перед спуском пакера эксплуатационная колонна должна быть прошаблонирована, при необходимости прорайбирована, промыта до забоя и опрессована.

Нагнетательные скважины, независимо от физико-химических свойств закачиваемого агента, должны оборудоваться колонной насоснокомпрессорных труб и, при необходимости, пакерующим устройством, обеспечивающими защиту и изоляцию эксплуатационной колонны от воздействия на нее закачиваемого агента.

Закачку теплоносителя в пласт следует проводить после установки термостойкого пакера при давлении, не превышающем максимально допустимое для эксплуатационной колонны.

Скорость подъема и спуска НКТ с закрытым проходным сечением и скважинного оборудования (ЭЦН, пакер, шаблон и др.) не должна превышать 0,25 м/с.

Запрещается эксплуатация скважины фонтанным способом без забойного скважинного оборудования, включающего:

- посадочный ниппель для приемного клапана и глухой пробки;

- пакер для предохранения эксплуатационной колонны, клапан циркуляционный, клапан ингибиторный, приустьевой клапанотсекатель.

После установки пакер подлежит испытанию на герметичность, а затрубное пространство скважины над пакером заполняется раствором ингибиторной жидкости.

Перед применением пакера обслуживающему персоналу необходимо изучить его конструкцию и инструкцию по эксплуатации.[7]

Заключение

Целью данного курсового проекта был расчет пакера, включающий в себя:

определение наименьшей величины осевой силы, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины;

определение наибольшей высоты уплотнительного элемента пакера;

проверка влияния плашечного захвата на прочность обсадной колонны.

Кроме того, курсовым проектом был предусмотрен выбор оборудования. Мы рассмотрели различные конструкции пакеров, отличающиеся друг от друга наличием или отсутствием заякоривающего устройства, способом посадки пакера, способом съема пакера и различным исполнением.

Выбор проводился на основании нескольких основных факторов, а именно: глубина скважины, горно-геологические условия, направление и величина перепада давления, технико-экономические показатели и целевое назначение выбираемого пакера.

Мы выбрали пакер ПРОЯМО2ЯГ1(М). Его технические показатели соответствуют расчетным величинам:

осевая сила больше расчетной, что обеспечивает герметичное разобщение ствола скважины;

высота уплотнительного элемента не превышает расчетную;

осевая нагрузка на плашечный захват не превышает предельную, что не приведет к разрушению обсадной колонны.

В пояснительной записке указали принцип действия (порядок работы, приведение пакера в рабочее положение, порядок монтажа/демонтажа) и технику безопасности при эксплуатации пакера.