библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 11

11

ПАКЕРЫ И ЯКОРИ

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 клапанов-отсекателей, 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 операций освоения и эксплуатации скважин, для ликвидации осложнений или выполнения необходимых технологических операций.

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

Различают пакеры следующих типов:

ПВ – пакер, воспринимающий усилия от перепада давления, направленного вверх; ПН – направленного вниз; ПД – направленного как вниз, так и вверх.

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 табл. 11.1.

Для восприятия усилия от перепада давления, действующего на пакер в одном или двух направлениях, пакер должен иметь соответствующее заякоривающее устройство (якорь), наличие которого в шифре пакера обозначается буквой «Я». Якори в основном применяют с пакерами типов ПВ и ПН.

По способу посадки пакеры подразделяют на гидравлические Г, механические М и гидромеханические ГМ.

В зависимости от среды, в которой применяют пакеры, предусматриваются следующие исполнения:

К1 – углекислотостойкое;

К2 и К3 – сероводородостойкое (содержание Н2S è CO2 соответственно до 6 и до 25 % по объему каждого);

Т – термостойкое.

434

Ò à á ë è ö à 11.1

Основные параметры пакеров [29]

Пакеры, способные воспринимать усилие от перепада давления, направленное как вниз, так и вверх, могут оказаться в скважине и выполнять свои функции и без колонны подъемных труб, которую извлекают после посадки пакера. В таком случае для отсоединения колонны труб от пакера и повторного соединения с ним используют разъединители колонн типов РК, IРК и 3РК, которые устанавливают над пакером.

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.

Условные обозначения.

Пакеры. Первая цифра – номер модели; буквы после цифры – тип пакера (ОСТ 26-16-1615–81); буква Я – наличие заякоривающего устрой-

435

ства; 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- но-компрессорных труб по ГОСТ 633–80.

Например: 2ПД-ЯГ-136НКМ-35К1.

Якори. Я – якорь; Г – с гидравлическим способом посадки; цифра после букв – номер модели; число после тире – наружный диаметр якоря, мм; последующее число – рабочее давление, МПа. Например: ЯГ-118–21.

11.1. ПАКЕРЫ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ

11.1.1. ПАКЕР ЗАКОЛОННЫЙ ПРОХОДНОЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДВУХМАНЖЕТНЫЙ ТИПА ПГМД

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

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

Пакер типа ПГМД (рис. 11.1) состоит из основного корпуса, прикрепляемого к обсадной трубе, съемного центратора, уплотнительной манжеты, поршня-клина для расширения манжеты, фиксатора, узла защиты пакера

Рис. 11.1. Пакер гидромеханический двухманжетный типа ПГДМ конструкции ОАО НПО « Буровая техника» :

1, 17 – труба обсадная; 2, 16 – фиксатор; 3, 15 – поршеньклин для расширения манжеты; 4, 14 – клапан для подачи рабочей жидкости к поршню-клину; 5, 13 – узел защиты пакера от преждевремнного срабатывания; 6, 12 – манжета уплотнительная; 7, 11 – корпус составной; 8, 10 – полость для расширяющей добавки к тампонажному раствору; 9 – центратор съемный

436

от преждевременного срабатывания (включает образованное раздвигаемыми лепестками подвижное седло для взаимодействия с цементировочной пробкой), клапана для подачи рабочей жидкости к поршню-клину (срабатывает при уменьшении давления в обсадной колонне после окончания процесса цементирования скважины), полость для расширяющей добавки к тампонажному раствору (добавка впрыскивается в заколонное межманжетное пространство при пакеровке скважины).

Основные технические характеристики пакера типа ПГМД, устанавливаемых на обсадные колонны диаметром 140, 146 и 168 мм, приведены в табл. 11.2.

Разработчик и поставщик: ОАО НПО « Буровая техника» .

11.1.2. ПАКЕР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ДВУХМАНЖЕТНЫЙ ПГМД1

Пакер типа ПГМД1 (рис. 11.2) 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 из-

Рис. 11.2. Пакер гидромеханический двухманжетный типа ПГМД1:

1, 6 – труба обсадная; 2 – поршень-клин для расширения манжеты; 3 – уплотнительная манжета; 4 – муфта соединительная; 5 – втулка защитная

менении 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 216 мм с обсадными колоннами диаметром 140–168 мм.

Основные технические характеристики пакеров типа ПГМД1 приведены в табл. 11.3.

Разработчики пакеров типа ПГМД1: АООТ « Тяжпрессмаш» и ОАО НПО « Буровая техника» .

Изготовитель: АООТ « Тяжпрессмаш» .

11.1.3. ПАКЕР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРОХОДНОЙ С МАЛОГАБАРИТНЫМ КЛАПАННЫМ УЗЛОМ ТИПА ПГПМ1

Заколонный проходной гидравлический пакер типа ПГПМ1 (рис. 11.3) 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.

Основные элементы пакера типа ПГПМ1 – верхний переводник 1, уплотнительный узел 2, óçåë 3 защиты пакера от преждевременного срабатывания, узел клапанный 5, переводник нижний 6. Основные технические показатели пакера типа ПГПМ1 приведены в табл. 11.4.

На рис. 11.4 приведен график изменения давления ð на устье скважины в зависимости от времени Ò продавливания тампонажного раствора и при приведении пакера ПГПМ1 в действие (1, 2, 3 – операции по приведению пакера в действие).

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 со-

438

Рис. 11.3. Пакер гидравлический проходной с малогабаритным клапанным узлом (ПГПМ1):

1 – переводник верхний; 2 – узел уплотнительный; 3 – узел защиты пакера от преждевременного срабатывания; 4 – корпус клапанного узла; 5 – клапанный узел; 6 – переводник нижний

Рис. 11.4. График изменения давления (ð) на устье скважины в зависимости от времени Ò продавливания тампонажного раствора и при приведении пакера ПГПМ1 в действие:

ðïð, ðïð.ê – давление соответственно в процессе продавливания тампонажного раствора и при его окончании (момент «стоп»); 1, 2, 3 – операции по приведению пакера в действие

439

став (ОГПС), полимеризация которого происходит только в присутствии продавочной жидкости, попадающей в пакер из внутреннего колонного пространства при его срабатывании. Таким образом существенно повышается долговечность и надежность работы пакера.

Разработчик: ОАО НПО « Буровая техника» . Изготовитель: АООТ « Тяжпрессмаш» .

11.1.4. ПАКЕРЫ ЗАКОЛОННЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТИПОВ ПЗГ И ПЗМ

Пакер типа ПЗГ (рис. 11.5) 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

440

Рис. 11.5. Пакер типа ПЗГ:

1 – муфта обсадной колонны; 2 – корпус; 3 – подвижный обжимной стакан; 4 – уплотнительный элемент; 5 – канал для подвода жидкости; 6 – неподвижный обжимной стакан; 7 – узел клапанный; 8 – резьба обсадных труб; 9 – полый срезной штифт

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.

Âсоставе обсадной колонны, при необходимости, может быть больше одного пакера типа ПЗГ. Пакер может быть использован отдельно, а также совместно с муфтой ступенчатого или манжетного цементирования.

Пакер типа ПЗГ состоит из корпуса 2, на обеих концах которого выполнены присоединительные резьбы обсадных труб по ГОСТ 632–80. Сверху к корпусу навинчивается муфта 1. На корпус установлен уплотнительный элемент 4, крепление которого осуществляется с помощью подвижного 3 и неподвижного 6 обжимных стаканов. Фиксация нижнего стакана осуществляется с помощью полого срезного штифта 9, в котором установлен клапанный узел 7, используемый для подачи жидкости к каналу 5 подвода жидкости под уплотнитель.

По своему назначению и способу приведения в действие пакер типа ПКЗ аналогичен серийному пакеру типа ПГП и отличается меньшей длиной, весом, отсутствием в проходном канале подвижных деталей, которые могут быть сдвинуты или повреждены в процессе эксплуатации. Кроме того, отличительной особенностью этого пакера является возможность его использования вне зоны цементирования, пакеровка давлением, не превышающим допустимого для уплотнитель-

ного элемента и возможность ступенчатой пакеровки с разрывом во времени после цементирования.

Пакер типа ПЗГ создан для обсадных колонн диаметром 140, 146, 168 и 178 мм. Основные параметры пакера типа ПЗГ приведены в табл. 11.5.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

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

Âсоставе пакера устанавливаются один или несколько модулей надув-

441

Рис. 11.6. Последовательность выполнения операций при использовании пакера заколонного проходного гидравлического многомодульного типа ПЗМ:

à – раствор тампонажный; á – жидкость продавочная; I – процесс цементирования скважины; II – момент окончания цементирования скважины; III – приведение в действие затрубного перекрывателя; IV – процесс пакеровки скважины (продавливания тампонажного раствора через модули уплотнительных элементов); V – момент окончания пакеровки скважины; 1 – клапан регулировочный; 2, 4, 8 – модули уплотнительных элементов; 3, 6 – клапаны редукционные; 5 – пробка цементировочная специальная; 7 – корпус пакера; 9 – впускной канал; 10 – затрубный перекрыватель; 11 – клапан, защищенный сбивным элементом; 12 – верхний ограничитель перемещения цементировочной пробки; 13 – нижний ограничи- тель перемещения цементировочной пробки; 14 – обратный клапан обсадной колонны; 15 – башмак обсадной колонны

ных уплотнительных элементов рукавного типа. Уплотнительные элементы автоматически заполняются тампонажным раствором из заколонного пространства скважины при заданных изменениях давления в обсадной колонне сразу после окончания процесса цементирования скважины.

На рис. 11.6 показаны пять позиций последовательности выполнения

442

работ по цементированию обсадных колонн диаметром 140–168 мм с использованием пакера типа ПЗМ. В частности, на нем показаны: корпус пакера, комплекты уплотнительных элементов (могут содержать расширяющуюся добавку для тампонажного раствора), затрубный перекрыватель (направляет в модули уплотнительных элементов поток тампонажного раствора, вытесняемого из-под пакерной зоны), клапан, защищенный сбивным элементом (обеспечивает приведение в действие затрубного перекрывателя), регулировочный клапан (поддерживает заданное давление в модулях уплотнительных элементов при продавливании через них тампонажного раствора), редукционные клапаны (обеспечивают рациональный режим заполнения модулей уплотнительных элементов тампонажным раствором и поддержание в них необходимого рабочего давления), впускной клапан, специальная цементировочная пробка, верхний ограничитель перемещения цементировочной пробки (снабжен разрушаемым фиксатором пробки, обеспечивающим создание в обсадной колонне давления, необходимого для приведения в действие затрубного перекрывателя), нижний ограничитель перемещения цементировочной пробки (после окончания процесса цементирования скважины обеспечивает открытие дополнительных циркуляционных отверстий обсадной колонны для отбора в нее рабочей порции тампонажного раствора), обратный клапан обсадной колонны, башмак обсадной колонны. Основные технические характеристики пакеров типа ПЗМ приведены в табл. 11.6.

Разработчик: ОАО НПО « Буровая техника» . Изготовитель: АООТ « Тяжпрессмаш» .

11.1.5. ЗАКОЛОННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПАКЕР ТИПА ПДМ ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО И МАНЖЕТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Пакеры типа ПДМ (рис. 11.7) обеспечивают проведение двухступенча- того и манжетного цементирования скважины с созданием герметичной перемычки в заколонном пространстве над поглощающими и проявляющими пластами. Конструктивная простота уплотнительного элемента соче- тается с его надежностью при пакеровке в устойчивом стволе скважины и предыдущей обсадной колонне.

Эффективность пакера доказана при цементировании скважин на месторождениях Северного Кавказа, Пермской области и шельфа Вьетнама.

Разработан размерный ряд пакеров на эксплуатационные колонны. Основные технические характеристики пакера приведены в табл. 11.7. Выполняется разработка размерного ряда пакеров на обсадные колонны, используемые для промежуточных колонн.

443