Скважинные уплотнители (пакеры)

Лекция № 3 Скважинные уплотнители (пакеры) Пакеры при эксплуатации устанавливаются обычно в обсаженной части скважины и спускают их на колонне подъемных труб. Уплотнение, прижимаемое к обсадной трубе, должно надежно разобщать части ствола скважины, находящиеся над и под уплотнителем. Уплотнители для эксплуатационных нужд подразделяются по своему назначению. 1. Уплотнители, применяемые при отборе нефти и газа из пласта в случае: а) оборудования, требующего создания в скважине двух изолированных каналов (например, НКТ и уплотненнее снизу пространств между НКТ и обсадными трубами при раздельной эксплуатации нескольких пластов); б) беструбной эксплуатации (подъеме жидкости по обсадной колонне, в нижней части которой установлено уплотнение); в) предохранения от выброса при газопроявлениях (пакер с клапаном-отсекателем). 2. Уплотнители, применяемые при исследовании или испытании в случае: а) раздельного исследования пластов, вскрытых одной скважиной; б) проверки герметичности обсадной колонны или герметичности изоляции пластов цементным кольцом. 3. Уплотнители, применяемые при воздействии на пласт или его призабойную зону при: а) гидроразрыве пласта; б) поддержании пластового давления; в) подаче в пласт теплоносителей. По способу посадки пакеры подразделяют на: механические М (рис. 1, а, б), гидравлические Г (рис. 1, в, г) и гидромеханические ГМ. Механический пакер расширяется при воздействии осевой нагрузки (масса НКТ); оболочка гидравлического пакера расширяется при подаче в нее жидкости. Во всех пакерах должна быть опора (якорь) для пакера: упор на забой через хвостовик; переход диаметра обсадной колонны; шлипсовый захват за обсадную колонну (якорь); шлипсовый захват и торец обсадной трубы в ее муфтовом соединении. Пакеры выпускают диаметром от 88 до 245 мм, для обсадных труб – 114273 мм, которые обеспечивают перепад давления: 14, 21, 35, 50 и 70 МПа. Различают следующие виды пакеров: ПВ - пакер, воспринимающий усилие от перепада давления, направленного вверх. ПН – тоже, направленного вниз; ПД - тоже, направленного как вниз, так и вверх. В зависимости от среды, в которой применяют пакеры предусматриваются следующие исполнения:  К1 — углекислотостойкое;  К2 и КЗ — сероводородостойкое (содержание H2S и СО2 соответственно до 6 и до 25 % по объему каждого);  Т — термостойкое Заякоривающие устройства (якорь) могут быть: Г - гидравлические (по способу посадки); М - механические; ГМ - гидромеханические. Рис. 1. Пакеры 1 — НКТ; 2 — обсадная колонна; 3 — пакер механический; 4 — пакер гидравлический; 5 — заглушка. Для подготовки стенок обсадной колонны труб под посадку пакера и якоря с целью обеспечения их надежной работы применяют скважинные инструменты — скребки типа СК и инструмент колонный типа 2НК. Основные параметры пакеров Герметичное разобщение пространства эксплуатационной или промежуточной обсадной колонны обеспечивается подбором диаметра пакера в соответствии с внутренним диаметром труб, создающим оптимальный зазор между пакером и стенкой колонны труб, приведенных в таблице 1. Таблица1- Основные параметры пакеров  Условный диаметр обсадной трубы, мм Внутренний диаметр обсадной трубы (мм) по ГОСТ 632 — 80, при перепаде давления, МПа Наружный диаметр пакера, мм 14 21 35 50 70 114 93,9 88 97,1; 99,5 90 102,9; 103,9 101,5 — 94 127 105,6 100 108,6; 112,0 103 115,8 114,2 — 107 140 121,3 118,7 112 121,3 114 127,3 125,7 124,3 118 146 127,1 124,7 118 132,1; 133,1 130,7 129,1 122 168 144,1 136 150,5 147,1 140 153,7 150,5 145 178 148 140 152,4; 154,8 150,4 145 159,4 157,0 150 164; 166 161,6 — — 155 194 163,5 155 168,3 160 174,7 171,9 165 178,5 177,1 — 170 219 190,7 180 196,3 193,7 185 201,3 198,7   190 203,7; — — — 195 205,7 — — — 195 245 212,7; 216,9 205 220,5; 222,3   210 224,5;   — — 215 226,7   — — 215 228,7   — — 220 273 240,1; 242,9 230 245,5; 247,9 — 235 252,7 250,3 — 240 258,9 255,3   — — 245 Условные обозначения Пакеры: •  Первая цифра — номер модели; буквы после цифры — тип пакера (ОСТ 26-16-1615 — 81); •  буква Я — наличие заякоривающего устройства; •  следующая буква — способ посадки пакера (Г — гидравлический, М — механический); •  буква Р — разбуриваемый пакер; •  число после тире — наружный диаметр пакера, мм (ОСТ 26-16-1615 — 81); •  следующее число — рабочее давление, МПа; •  последние буквы с цифрой — исполнение по коррозионной стойкости; •  НКМ — резьба гладких высокогерметичных насос-нокомпрессорных труб по ГОСТ 633 — 80 Пример обозначения пакера: 2ПД-ЯГ-136НКМ-35К1. 2 - номер модели; ПД ‑ тип пакера; Я - наличие якоря; Г - способ посадки пакера (гидравлический); 136 - наружный диаметр пакера, мм; НКМ - резьба гладких высокогерметичных насосно-компрессорных труб (ГОСТ 633-80); 35 - рабочее давление, МПа; К1 ‑ исполнение по коррозионной стойкости (для сред с объемной концентрацией СО2 до 10%). Пример обозначения якоря: ЯГ-118-21. Я - якорь; Г - гидравлический способ посадки; 118 - наружный диаметр якоря, мм; 21 - рабочее давление, МПа. Пакеры способны воспринимать усилие от перепада давления, направленного как вверх, так и вниз, могут оставаться в скважине и выполнять свои функции и без колонны подъемных труб, которую извлекают после посадки пакера. В этом случае для отсоединения колонны труб от пакера и повторного соединения ее с пакером применяются разъединители колонн типов РК, ЗРК, 4РК, устанавливаемые над пакером. В оставляемую с пакером часть разъединителя перед разъединением при помощи канатной техники устанавливается пробка, перекрывающая пласт, а извлекаемая часть разъединителя поднимается вместе с колонной подъемных труб. Пример обозначения разъединителя колонн: РК 89/145-80-350. РК - разъединитель колонн; 89 - условный диаметр, мм; 145 - диаметр пакера, мм; 80 - - диаметр проходного отверстия, мм; 350 - рабочее давление, кг/см2. Назначение гидравлического пакера Ур-ПГ1 Пакер гидравлический Ур-ПГ1 предназначен для герметичного разобщения затрубного пространства в скважине от пласта-коллектора и внутренней полости лифтовой колонны с целью защиты эксплуатационной колонны от воздействия добываемой среды. Отличительной особенностью гидравлического пакера является механизм запакерования, действие которого основано на использовании перепада давления между затрубным пространством и колонной лифтовых труб, то есть запакерование осуществляется путем создания избыточного давления в затрубном пространстве, что необходимо при проведении некоторых специальных технологических мероприятий. Конструкция пакера состоит из следующих узлов:    муфты 1, корпуса 2, штока 10 со штангой 14 и хвостовиком 26, образующих ствол пакера, на котором смонтированы остальные элементы;   - узла гидроцилиндра с храповым механизмом, включающего поршень 5, цилиндр 9 с упором 11, плашки б, упор 7; - уплотнительной манжеты 13;   - узла заякоривания, состоящего из гильзы 15, крестовины 17, шлипсов 18, упора19, шпилек 16; узла распакерования, включающего опору 24 с упором 19, зафиксированных на стволе пакера посредством сухарей 21, удерживаемых винтами 23; втулок 4 и 20, приводящих в действие соответственно узел гидроцилиндра и узел распакерования. Порядок взаимодействия узлов пакера при запакеровании следующий. С помощью средств канатной техники специальным толкателем втулка 4 перемещается в верхнее положение. При этом происходит сообщение каналов а1 и а2 через которые избыточное давление жидкости затрубного пространства воздействует на поршень 5. Перепад давления между затрубным и внутритрубным пространством величиной не менее 25 кгс/см2 приводит к срезу первой шейки штифта срезного 12 и перемещению узла гидроцилиндра, гильзы 15 с уплотнительной манжетой 13 по стволу пакера до выхода шлипсов 18 и заякоривания их на обсадной колонне, после чего происходит срез второй шейки штифта срезного 12 и дальнейшее перемещение узла гидроцилиндра по стволу пакера, что приводит к сжатию уплотнительной манжеты 13. Повышение давления в затрубном пространстве до 150 кгс/см2, что достигается благодаря перекрытию его частично сжатой уплотнительной манжетой 13, необходимо для гарантии ее полного сжатия и фиксации храпового механизма. Распакерование (срыв) пакера происходит в следующем порядке. С помощью средств канатной техники специальным толкателем втулка 20 сдвигается в нижнее положение, а вместе с ней - винт 23, освобождая сухари 21 и тем самым давая возможность перемещения упору 19 с опорой 24. Теперь при расхаживании колонны труб упор 19 с опорой 24, сдвигаясь вниз по стволу пакера, выводят из расклиненного состояния механизм заякоривания, что дает возможность уплотнительной манжете 13 принять свою первоначальную форму. Технические характеристики гидравлического пакера Ур-ПГ1 Параметры и размеры Ур-ПГ1 Диаметр эксплуатационной колонны, мм 219 Рабочее давление, кгс/см2 130 Перепад давления для начала запакерования, кгс/см2 25 Перепад давления в конце запакерования, кгс/см2 150 Присоединительные резьбы, ГОСТ 633-80 114 Наружный диаметр, мм 175 Диаметр проходного сечения, мм 90 Длина, мм 2045 Масса, кг 165 Применение пакера М1 Х Области применения пакера М1 Х: • изоляция в процессе добычи • при одновременно-раздельной эксплуатации пласта • изоляция в процессе нагнетания • тестовые операции • операции по ГРП Характеристики: • извлекаемый, многоцелевой, многократного использования • механически устанавливаемый, механически освобождаемый поворотом колонны НКТ вправо на 1/4 оборота • возможны три варианта сборки: стандартное давление 7,500 PSI (517 атм.), с большим проходным отверстием с высоким давлением 10,000 PSI (690 атм.) • пакер может устанавливаться в натянутом, нейтральном или сжатом состоянии • механизм типа J аккумулирует установочное усилие • внутренний байпасный канал • может эксплуатироваться автономно с применением устройства MFL-10 • может эксплуатироваться со стеклопластиковыми НКТ • подвижные шлипсы из твердых сплавов для стандартных моделей • безопасное освобождение при длительной эксплуатации в агрессивной среде • преобразуется в механическую мостовую пробку (с использованием дополнительного оборудования) Назначение механического пакера типа ВПМ-01 Пакер механический типа ВПМ-01 предназначен для использования в составе эксплуатационного оборудования в газовых скважинах, обустроенных гравийно-намывным фильтром. Конструкция пакера состоит из следующих основных элементов: направляющей втулки (1) с муфтой (2), штока (3), упора (6), уплотнительных манжет (4,5). Для предотвращения преждевременного запакерования предусмотрены срезные штифты (7). Передача крутящего момента на элементы компоновки, находящиеся ниже пакера, обеспечивается благодаря шлицевому соединению штока (3) с муфтой (2). Технические характеристики механического пакера типа ВПМ-01 Типоразмер ВПМ-01/168 ВПМ-01/219 ВПМ-01/245 Диаметр эксплуатационной колонны, мм 168 219 245 Рабочее давление, кгс/см2 150 150 150 Усилие среза штифтов, тс 2,5 2,5 2.5 Усилие пакерования, тс 5 5 5 Присоединительные резьбы, ГОСТ 633-80 НКТ-89, НКМ-89 114 НКТ-114, НКМ-114 Наружный диаметр, мм 138 138 212 Диаметр проходного сечения, мм 76 100 100 Длина, мм 535 740 755 Масса, кг 24 40 42 Технические характеристики якорей гидравлических типа ЯГ Якорь гидравлический типа ЯГ и 2ЯГ (рис.3) применяется в нефтяных, нагнетательных и газовых скважинах и состоит из заякоривающего устройства и гидроцилиндра. Воспринимает одностороннюю осевую нагрузку. Якорь спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб вместе с пакером, заякоривается в эксплуатационной колонне при подаче в трубы жидкости под давлением. Через отверстие, а жидкость воздействует на поршень и после срезания винтов перемещает плашки с плашкодержателем вверх. Плашки, перемещаясь по корпусу, раздвигаются радиально и заякориваются за стенки обсадной колонны. Якорь освобождается   при подъеме колонны насосно-компрессорных труб. При этом конус со стволом, двигаясь вверх, вытягивается из-под плашек и освобождает их. Рисунок 3 - Якорь гидравлический типа ЯГ 1 — муфта; 2, 7 — винты; 3 — конус; 4 — ствол; 5 — плашка удерживающая; 6 — плашкодержатель; 8 — поршень; 9 — кожух; а — отверстие в стволе; б — полость между поршнем и стволом. Таблица 3 - Технические характеристики якорей гидравлических типа ЯГ   Показатели ЯГ -118-21 ЯГ -136-21 Рабочее давление, МПа 21 21 Диаметр проходного отверстия, мм 62 76 Условный диаметр обсадной колонны, для которой должен применяться якорь, мм 140, 146 168 Скважинная среда Нефть газ, газоконденсат и пластовая вода Максимальная температура скважинной среды, °С 120 120 Габаритные размеры якоря, мм:      наружный диаметр      длина 118 726 136 790 Масса, кг 38 45 Разъединитель колонны 2РК-ГТ СТО 3665-059-05753336-2008 - Гидравлический, полнопроходной НАЗНАЧЕНИЕ: • использование в пакерных компоновках при изоляции зон негерметичности; • проведение других технологических операций, требующих отсоединения колонны НКТ от пакера. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ: • способ разъединения - гидравлический, путём создания давления в колонне НКТ; • цанговый замковый узел обеспечивает надёжное соединение. ПРЕИМУЩЕСТВА: • универсальность, простота конструкции; • оборудование многократного применения; • оставленное оборудование может извлекаться как самим разъединителем, так и стандартным ловильным инструментом. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ: • рабочая среда: нефть, газ газоконденсат, пластовая вода; • максимальная температура рабочей среды 100°С.