В скважину с определенным диаметром обсадной колонны Dобс спускается и устанавливается механический пакер, рассчитанный на перепад давления ∆P и имеющий определенные конструктивные размеры.
1. Определить наименьшую величину осевой силы Q, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины.
2. Определить наибольшую высоту уплотнительного элемента пакера.
3. Определить оптимальную длину хода штока пакера.
4. Проверить влияние плашечного захвата на прочность обсадной колонны. В конструкциях пакеров, где плашки перекрывают кольцевой зазор полностью (или больше 70%), нагрузка на обсадную колонну распределена равномерно по всему периметру.
5. Проверить если Qпред < Q , то в конструкцию пакера внести необходимые изменения (угла α , геометрических размеров уплотнений и плашек) и произвести расчет модернизированного пакера.
6. Представить конструкции пакеров различных типов и объяснить принципы их действия.
Дано:
№
п/п Наименование параметра Значение
1 Глубина скважины Нскв, м 2623
2 Диаметр обсадной колонны, D, мм 168х9
3 Группа прочности обсадной колонны К
4 Диаметр хвостовика d ,мм
60
5 Модуль сдвига резины G, МПа 10
6 Перепад давления на пакере ∆P , МПа 47
7 Угол конуса плашки α, о 15
8 Число плашек по радиусу n, шт
3
9 Внутренний радиус резины rш , мм 30
10 Наружный радиус резины после деформации (равен внутреннему радиусу обсад. колонны) Rс, мм 75
11 Высота плашек (длина по вертикали) lпл, мм 140
12 Длина хорды плашки Lпл, мм 35
13 Стрела дуги поверхности плашки fпл, мм 7
Нужно полное решение этой работы?
Решение
Определим наименьшую величину осевой силы Q действующей на пакер, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины от перепада давления:
Q>0.111∙∆P∙F+G∙F∙(Rc2-rш23-Rп2-rш23)Rc2-rш22∙Rп2-rш2
где F – площадь поперечного сечения уплотнительного элемента в деформированном состоянии, м2:
F=π∙Rc2-rш2=3.14∙752-302∙10-6=14.836∙10-3м2
Rп=Rсkоп=751,13=66,37
0.111∙47∙106∙14.836∙10-3+10∙106∙14.836∙10-3∙752-3023-66,372-3023752-3022∙66,372-302=195762 Н=195,8 кН
Нагрузка на пакер при подвеске оборудования массой М и 2-х секций колонны НКТ составляет (из задачи по побору подвески НКТ):
Рmax2 =gL2q2+gL1q1+Mg = 9,81(636*9,5+1989*6,96+1750) = 212,2 кН
Нагрузка на пакер Q ≈ 212,2 кН больше, чем минимально допустимая равная Qmin = 195,8 кН, что соответствует условиям эксплуатации.
Определим наибольшую высоты уплотнительного элемента пакера
hmax=Rп2-rш2∙Rc30.45∙f∙(Rc2-rш2)∙(3Rc2+2Rс∙rш-rш2)
где f – коэффициент трения (принимаем 0,2).
hmax=66,372-302∙7530.45∙0,2∙(752-302)∙(3∙752+2∙75∙30-302)=170 мм
Определим оптимальную длину хода штока пакера
S=h∙(kоп2-1)∙Rп2(kоп2∙Rп2-rш2)
где h – высота свободного, не нагруженного уплотняющего элемента,
h = 0,9 ∙ hmax = 0.9∙170=153 мм
S=153∙(1,132-1)∙66,3721,132∙66,372-302=39,5 мм
Определим предельную осевую нагрузку на плашечный захват пакера, при котором не происходит разрушения обсадной колонны
Qпред≤σт∙n∙tgα∙(D2-Dвн2)∙lпл∙(Lпл2+163fпл2)0,5D2+Dвн2
σт=591 МПа – предел текучести стали группы прочности К
Dвн – внутренний диаметр обсадной колонны.
591∙106∙3∙tg15°∙(0,1682-0,1502)∙0,140∙(0,0352+163∙0,0072)0,50,1682-0,1502=289 кН
Сравним действующую осевую нагрузку на пакер Q с предельно допустимой Qпред
. Так как Q ≈ 212 кН < Qпред = 289 кН, пакер подобран верно.
Конструкции пакеров различных типов и объяснить принципы их действия.
По способу установки в скважине пакеры подразделяются на пакеры с опорой на забой и без опоры. К низу пакеров с опорой на забой присоединяют трубы (хвостовик), от длины которого зависит глубина установки пакера. Пакеры без опоры на забой можно устанавливать на любой глубине скважины.
В зависимости от направления действующих усилий различают пакеры следующих типов:
- ПВ – перепад давлений направлен вверх
- ПН – перепад давлений направлен вниз
- ПД – перепад давлений направлен как вниз, так и вверх.
По способу создания сил, деформирующих уплотнительный элемент, пакеры делятся на:
- механические - уплотнение происходит под действием веса колонны труб.
- гидравлические– уплотнение происходит за счет перепада давления сверху и снизу пакера.
Механические пакеры более простые по конструкции, однако, веса трубы не всегда хватает для уплотнения
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
