RUS | ENG | ДонНТУ | Портал магістрів ДонНТУ
Украінцев Артем Олександрович

Гірничо - геологічний факультет
Кафедра технології та техніки розвідки родовищ корисних копалин
Спеціальність "Буріння"
Розробка гідравличного пакеру для встановлення у свердловині занурювального гідронасосу

Науковий керівник: к. т. н. проф. Пилипець Віктор Іванович
Резюме | Біографія

Реферат на тему випускної роботи
Зміст
1. Актуальність теми.
2. Мета роботи.
3. Ідея роботи.
4. Завдання роботи.
5. Об'єкт предмет і розробки.
6. Новизна роботи.
7. Вступ.
8. Опис вдосконаленної конструкції.
9. Технологія застосування і правила експлуатації.
10. Заключення.
11. Література.


Актуальність теми

  Відсутність надійної техніки для проведення відкачок зі свердловин, призводить до значних витрат, які пов'язані з видобутком рідких корисних копалин з великої глибини. У наш час конструкції пакерів, які застосовуються розроблені переважно для нафтової галузі, однак у геолого-розвідувальнії галузі також виникає проблема з підйомом рідини з великої глибини, тому необхідно розробити пристрій, який має дати можливість вилучення рідини з великих глибин при відносно малих діаметрах розробленого пристрою.

Мета роботи

 Розробити пакер, який повинен:
1. надійно перекривати свердловину;
2. без істотних гідравличних опорів пропускати через себе рідину;
3. роз'єднувати операції з розкриття та утримання у розкритому положенні ущільнюючого елемента у гідронасосі;
4. забезпечувати надійну установку заглибного насоса у пакер.

Ідея роботи

 Удосконалення технічних засобів відкачування рідини з глибин до 1500 м і технології проведення відкачок.

Завдання роботи

1. Аналіз існуючих технічних засобів для проведення відкачок зі скважин.
2. Розробка пристрою який повинен відповідати поставленим завдачам роботи;
3. Вибір конструктивних параметрів деталей;
4. Розрахунок робочих параметрів;
5. Аналіз отриманих результатів, розробка технології проведення відкачок.
Об'єкт і предмет розробки

 Об'єктом розробки можна вважати гідравлічний пакер, який повинен використовуватися з встановленням уньому заглибного насосу.Поставлене завдання буде вирішено шляхом розробки нового пристрою, на базі вже існуючих в нафтовій галузі. Новизна роботи: Полягає в розробці компактного і надійного пакера для роз'єднання свердловини, та проведення відкачок зі свердловин на значних глибинах за допомогою заглибного гідронасосу.

Вступ

   При проведенні відкачувань рідини заглибними насосами  (гідропоршневими або ежекторними) використовуються різні схеми їх встановлення у свердловині в залежності від необхідних умов експлуатації [1]. Проведений аналіз різних схем показав, що найбільш часто використовуються схеми з підйомними трубами, на нижньому кінці яких встановлюється спеціальне сідло, в яке герметично встановлюється хвостовик заглибного насоса. Іноді використовуються схеми, в яких в якості підйомного  трубопроводу використовується колона обсадних труб [2]. Для відділення продуктивного пласту від підйомної частини колони застосовуються механічні пакери, які розкриваються при упорі хвостовика насоса у вибій свердловини.
     Відомі пакери, які встановлюються в свердловині за рахунок тиску рідини. Але конструкція цих пакерів не дозволяє застосовувати їх при проведенні відкачок рідини зі свердловин заглибними насосами, оскільки пакер повинен розкриватися  рідиною, яка використовується для приводу гідропоршневого насосу [3]. Тому необхідно розділити операції по розкриттю пакера та утриманню його гідравличної обойми у розкритому положенні при роботі гідропоршневого насосу. Крім того канали пакера повинні вільно без великих гідравлічних опорів пропускати рідину.
Опис вдосконаленої конструкції пакера

З урахуванням виявлених достоїнств і недоліків існуючих конструкцій пакерів розроблена вдосконалена схема пакера яка показана на схемі 2.       
                           


Рис. 1—схема пакера.

   Гідравлічний пакер опускається у свердловину на колоні силових труб. При спуску насос упирається у верхній перехідник (1) корпусу пакера (на рис не показано) і при цьому золотник (13) перекриває вихідний канал силової рідини у свердловину, а золотникова пружина пакера (12), долаючи тиск стовпа рідини, утримує золотник у верхньому положенні і відкриває канали для проходу силової рідини у пакер. Після спуску пакера і насоса на необхідну глибину насосом по силових трубах подається певна кількість силової рідини, яка, пройшовши через гідродвигун насоса не включає його у роботу, а надходить у полость пакера і розтискає гумовий елемент (15), який щільно притискається до стінок свердловини. Потім гідронасос (6) опускається до встановлення його хвостовика в спеціальне седло (7). При цьому наголос (3) переміщує золотник пакера до низу, перекриває отвори для проходу силової рідини в пакер і утримує пакер в розкритому положенні.
   Після розкриття пакера наземним приводним насосом по силових трубах по-дається збільшена кількість силової рідини, необхідне для включення в роботу гідродвигуна заглибного насосу і починається процес відкачування.
   Після закінчення відкачувань гідронасос підіймається, упор звільняє золотник, який під впливом пружини зміщується у верхнє положення. Тиск рідини на гумовий елемент пакера зменшується і він повертається у вихідне положення.
   При виконанні наукової роботи підібрана методика розрахунку робочих пара-метрів вдосконаленого пакера. Вибрані конструктивні і розраховані робочі параметри пакера. Виконано складальне креслення розробленого пакера. На рисунку 3 наведена анімована схема роботи пакера у свердловині. Показані цикли спуску пакера у свердловину, розкриття манжет під дією силовий.
                                                                                                     
 

Рис. 2—анімована схема роботи пакера ( 81 кб, gif, 7 повторень, 4 кадри ).

Технологія застосування і правила експлуатації

    Розроблений гідравлічний пакер універсальний і тому його можна використовувати при використанні як підйомної колони металевих труб, так і в разі використання в якості підйомного трубопроводу стовбура незакріпленої свердловини. Таким чином, заглибний насос можна використовувати без спуску в свердловину підйомних труб (рис 4 а), з підйомними трубами, але з ізоляцією продуктивного гори-зонту від верхніх водо-нафтоносних горизонтів (рис 4 б), з ізоляцією рідини від силової рідини, призначеної для приводу гідродвигуна заглибного насоса (рис. 4 в).


Рис. 3—способи встановлення пакера в свердловині.

   При використанні будь-якої запропонованої схеми пакер опускається у свердловину на колоні силових труб (бурильних труб діаметром 42 або 50мм) одночасно з гідропоршневим насосом. Конструкція пакера дозволяє розділити операції по розкриттю пакера та утриманню його гідравлічної обойми в розкритому положенні при роботі гідропоршневого насоса. Для збирання та розбирання пакера не потрібно використання спеціальних інструментів і обладнання [4]. Збірка і розбирання здійснюється за допомогою стандартного комплекту ремонтно-слюсарного інструменту. При ремонті, обслуговуванні, транспортуванні та зберіганні немає ніяких спеці-альних вимог і обмежень. Перед початком експлуатації пристрою виконується розбирання механізму з   змащуванням мастилом всіх різьбових з'єднань, щоб уникнути їх подальшого заклинення, а також змащення золотників. Так само необхідно проконтролювати ступінь зносу ущільнювальних елементів та кульового клапану, і при необхідністі виконати їх заміну. Після виконання усіх перелічуваних операцій пакер збирається з приведенням його у транспортне положення.
   Порядок експлуатації полягає в наступному: пристрій укладається на приймальний міст, потім у верхню частину пакера, перехідник, в якому нарізана замкове різьблення З-50, нагвинчується муфта бурового замку і пакер піднімають елеватором і опускають у свердловину. Після спуску пакера на необхідну глибину подається силова рідину і пакер розкривається, притискаючись до стінок свердловини або підйомних труб (в залежно-сті від застосовуваної схеми). Потім силові труби опускаються, хвостовик гідронасосу зрушує золотник, який перекриває отвір у пакері. Наземним приводним насосом по силових трубах подається робоча рідина у пакер. Включається гідродвигун і починається процес відкачування. При цьому хвостовик  утримує золотник у нижньому положенні. При роботі гідронасосу рідина зі свердловини засмоктується через зворотній клапан і канали у пакері. Після закінчення відкачування гідронасос піднімається, упор звільняє золотник, який під впливом пружини зміщується у верхнє положення. Тиск рідини на гумовий елемент пакера зменшується і він встановлюється у вихідне положення.
   Після експлуатації пристрій необхідно промити від частинок розчину, залишившегося у ньому після застосування, а потім висушити і зберігати у сухому, захищеному від дощу (снігу) місці [6]. Для обслуговування пристрою досить двох людей бурової бригади, машиніста і помічника машиніста бурової установки. При експлуатації запропонованого пристрою слід керуватися загально-прийнятими правилами техніки безпеки робіт на виробництві. Ніяких спеціальних правил і прийомів безпечної роботи зі створеним механізмом не потрібно [5].
   При роботі механізму виключається можливість негативного впливу на навколишнє середовище, а так само не потрібно ніяких спеціальних заходів захисту [7]. При складанні ущільнювача усі зазори між манжетами необхідно усунути. При цьому зазор неповинен бути більше 15 мм. Цей зазор регулюється шляхом підбору манжет. Після закінчення оборки пакера необхідно перевірити герметичність різьбових сполук шляхом проведення гідравличного випробування на тиск 7 МПа.
   Експлуатація пакера повинна проводитися з дотриманням діючих в гео-логорозвідці правил безпеки. Перед початком робіт обслуговуючий персонал повинен добре вивчити конст-рукцію пакера та інструкцію з його експлуатації. При спуску, додаванні або видаленні пакера підйомне спорудження у свердловині має бути обладнане індикатором ваги. Перевезення і розвантаження пакера повинні здійснюватися у відповідності з правилами перевезення і розвантаження довгомірних вантажів. Під час перевезення пакер повинен бути закріплений, щоб не переміщувався. При спуску пакера суворо забороняється перевищувати швидкість 0,5 м/с (1 труба за 15-20с), так як у випадку раптової зупинки пакера, талева система різко розванта-жується і створює небезпеку для працюючих [8].
   При перервах у спуско-підйомних операціях затрубний простір і труби повинні бути закриті з метою виключення потрапляння сторонніх предметів у свердловину. Насосні агрегати, які використовуються при посадці пакера, повинні бути встановлені на відстані не менше 10 м від гирла свердловини і поставлені так, щоб кабіни не були звернені до гирла свердловини. Різьбові з'єднання пакера, колони труб, гирлової арматури повинні бути змащені термостійкім герметизиющим мастилом (на основі графіту).
Заключення

 Використання таких схем дозволяє знизити металоємність свердловини, оскільки у свердловину на велику глибину не опускаються колони підйомних труб,що знижує вартість проведення відкачок.
   Схеми без додаткових підйомних труб доцільно застосовувати не тільки при видобутку рідких корисних копалин (води або нафти) з глибини 1000м і більше, а також при гідрогеологічних дослідженнях в свердловинах, наприклад при розвідці вугільних місце-народжень.Проте використання такої схеми ускладнене через відсутність надійних пакерів, які спрацьовують без упору хвостовика у вибій свердловини.


   У даний момент магістерська робота знаходиться на стадії розробки. Після грудня 2011 повний текст роботи можна отримати у автора або наукового керівника.
Література

 1. Казак А. С. Погружные поршневые бесштанговые насосы с гидроприводом. – Л.: Гостоптехиздат, 1961.
2. Неудачин Г. И., Пилипец В. И., Фоменко В. С., Зыбинский П. В. Погружной бесштанговый насос для откачки жидкости из скважин. – Москва: «Разведка и охрана недр», 1976, № 9.
3. Неудачин Г. И., Пилипец В. И. Погружной бесштанговый насос для подъема воды из буровых скважин. «Гидротехника и мелиорация», № 7, 1981.
4. Пилипец В. И. Насосы для подъема жидкости. Учебное пособие с грифом Минвуза. - Донецк: 2000 – 244 с.
5. Авторские свидетельства СССР № 307177, кл. Е 21 В 33/12, 1971.
6. Богданов Н. А. Погружные центробежные насосы для добычи нефти. - М. Недра, 1968г.
7. Неудачин Г. И., Пилипец. В. И. Разработка гидрокачалки для привода штанговых насосов – М.: ЦНИИЭИУголь, №12, 1976.
8. Неудачин. Г. И.., Пилипец. В. И Погружной пневматический насос. - М.: ЦНИИЭИУголь, №27, 1976


Резюме | Біографія