1.5.2 Конструкції ущільнювального елементу

Ущільнювальні елементи пакерів діляться на наступні:

1 Елементи, які розширюються при дії осьового навантаження (рис. 1.5, а,б). Матеріалом для таких ущільнень може бути гума (рис. 1.6, а), прогумована і прографітова азбестова тканина (рис. 1.6, б) для високих температур - свинець.

Осьове навантаження може створюватись вагою труб і тиском поршня, який підтискається перекачуваним середовищем.

2 Елементи, які розширюються при створенні в їх внутрішній порожнині надлишкового тиску (рис. 1.6, в). Основним матеріалом таких ущільнень служить гума.

3 Самоущільнювальні гумові (рис. 1.6, г). Ущільнювальні елементи перших двох типів (рис. 1.6, а,б) можуть бути притиснуті до обсадної колони з необхідною силою при достатній вазі НКТ. При цьому нижня частина колони труб піддається поздовжньому згину.

Елементи останніх двох типів (рис. 1.6, в, г) не вимагають передачі ваги НКТ обсадній колоні для їх ущільнення. Це їх перевага. Для створення надлишкового тиску всередині ущільнювального елементу за схемою (рис. 1.6, в) внизу НКТ встановлюється клапан. При подачі рідини виникає перепад тиску біля ущільнювального елемента і він розширюється.

а - з ущільнювальним елементом, який розширяється при дії осьового навантаження із шліпсовою опорою на обсадну колону;

б - самоущільнювальний пакер (опора не показана);

1 - проріз втулки; 2 - штифт; 3 - втулка; 4 - пружина; 5 - шток пакера; 6,7 - ущільнювальні елементи; 8 - конус; 9 - шліпсовий захват

Рисунок 1.5 – Схеми пакерів різних конструкцій

У деяких конструкціях пакера розширений ущільнювальний елемент фіксується в цьому положенні.

Самоущільнювальний елемент (рис. 1.6, г) опускається в обсадні труби, притискаючись до них з деяким натягом. Тому гума повинна бути зносостійкою, а манжета використовуватись декілька раз.

В усіх інших ущільнювальних елементах між опорою елемента і обсадною колоною є зазор. Діаметральний зазор між ущільненнями пакера і обсадною колоною рівний 10 - 20 мм. Ущільнювальний елемент затискається в зазор під дією перепаду тиску. Це може викликати заклинювання пакера при його підйомі. Тому зазор стараються зробити малим, а під першим ущільнювачем розміщують другий елемент, який перекриває зазор, що заповнений рідиною. Це перешкоджає затіканню в зазор матеріалу першого ущільнення. Іноді опора основного ущільнення виконується в вигляді набору косих шайб, які розпрямляються, коли на них натискає ущільнення і перекривають таким чином зазор.

Для ущільнювальних елементів використовується синтетична гума марок 4326, 4327, 3825 для пакерів з невеликою деформацією ущільнювального елемента і марок 4004, 3826-С для елементів з великою деформацією.

Рисунок 1.6 – Схеми ущільнень пакерів

Ще одним з основних елементів пакера є опора пакера. Опора необхідна для сприйняття ваги НКТ при розтисканні ущільнювальних елементів перших типів і сприйнятті осьових зусиль при ущільненнях всіх видів (осьових зусиль, які виникають від тиску рідини на пакер при його роботі). Ці сили можуть досягти десятків і сотень кілоньютонів і діяти в різних напрямках.

Хвостовики, які виготовляють із насосно-компресорних або бурильних труб, рекомендується застосовувати при щільному вибої і обмеженій відстані між пакером і вибоєм (20 - 30, дуже рідко до 100 м). Найбільш поширений шліпсовий захват. Шліпсовий захват має конус 8 (рис. 2.1) і три шліпси 9 з насічкою, які притиснуті до конуса пружиною.

При спуску пакера або його підйомі шліпси розміщені у нижній частині конуса і по діаметру вільно входять в обсадну колону. У цьому положенні вони втримуються штифтом 2 (рис. 2.1), який закріплений на штоці пакера і з’єднаний з НКТ. Штифт входить в паз втулки 3, до якої під’єднані шліпси. Таким чином, шліпси не зближуються з конусом, який також закріплений на штоці пакера. На місці установки пакера НКТ і шток пакера повертається так, щоб можна було вивести штифт 2 із короткого паза втулки 3 і перевести його в проріз втулки 1.

Втулка і шліпси в цей момент втримуються пружиною 4, тертя якої до обсадної колони сприймає вагу всіх цих деталей. Після повороту труб і штока пакера та подальшого їх спуску конус увійде в шліпси, розсуне їх і притисне до обсадної колони. Насічка на шліпсах зафіксує їх в обсадних трубах.

Для збільшення надійності закріплення пакера іноді шліпси мають бурт, який входить у впадину муфтового з’єднання труб. Тоді створюється фіксована і більш надійна опора пакера.

Описаний механічний метод закріплення пакера в обсадній колоні на заданій глибині має суттєвий недолік – необхідність повороту колони НКТ. Існують інші методи фіксації і звільнення шліпсів, а саме з використанням гідромеханічних пристроїв.

Вище описані найбільш прості конструкції. Більшість сучасних пакерів досить зручні в експлуатації, але мають більш складну конструктивну схему керування.

Іноді осьове зусилля, яке діє на пакер, значне, і шліпсовий захват пакера не може надійно його сприймати. Тоді до пакера зі сторони низького тиску приєднують якір, який служить додатковою осьовою опорою. Залежно від конструктивного виконання якори бувають шліпсові і з радіальними плашками. Якір можна застосувати і без пакера у міжтрубному просторі.