Пакер для скважин: что это такое, разновидности изделий и варианты их применения

Пакеры

В настоящее время за рубежом активно развивается технология разобщения пластов и изоляциимежпластовых перетоков и другие виды работ при креплении скважин с применением так называемых набухающих пакеров, в которых уплотнительный элемент выполнен из эластомера, способного увеличиваться в объеме при контакте с определенными жидкостями (водой или неф­тью). Существенными достоинствами таких пакеров являются:

• отсутствие в их конструкции подвижных частей, что позволяет обойтись без проведения специальных операций и приглашения квалифицированных специалистов по их установке в скважине или применения специального спускного инструмента;
• способность к самозалечиванию и восстановлению герметизирующих свойств;
• надежная и необратимая изоляция пластов при строительстве скважин.

Область применения разбухающих пакеров:Во многих областях применения разбухающие пакеры или заколонные пакеры могут служитьболее безопасным и простым средством разобщения пластов, чем цементирование и перфорирование.Разбухающие пакеры находят широкое применение и дают ощутимый положительный эффект в следующих операциях осуществляемых на месторождениях:

• Разобщение пластов
• Отвод потока
• Вызов притока в скважину
• Скважины с компьютерной системой управления добычей
• Раздельная добыча из нескольких горизонтов
• Оптимизация использования цементирования
• Гравийная среда
• Гидроразрыв пласта
• Гидро- и пароизоляция зон в скважине
• Расширяющийся обратный клапан
• Заканчивание скважины

Описание принципа действия разбухающего пакера:Когда разбухающий пакер изготовленный из специального эластомера соприкасается со скважинными флюидами, происходит его разбухание, вследствие чего закупоривается затрубное пространство в любых открытых или обсаженных стволах. Отсутствие подвижных частей в конструкции позволяет производить установку без спускаемых через бурильные трубы инструментов, предназначенных для приведения конструкции в действие, и исключает возможность отказа.

Составы резины из которых изготавливаются разбухающие пакеры реагируют на скважинные флюиды, буровой раствор, жидкости для закачивания скважин и способны увеличиваться в объеме почти в 3 раза относительно объема, занимаемого при спуске в скважину. Темпы расширения и допустимые перепады давления зависят от температуры флюида, вызывающего расширение разбухающего паркера, времени и длины уплотнения пакера.Использование эластомерных разбухающих пакеров в необсаженной скважине в дополнение к гравийной набивке позволяет изолировать секции боковых ответвлений от возможного проникновения воды.

Долгосрочная целостность скважины напрямую зависит от цементного покрытия трубопровода. Разрушение цементного покрытия может привести к потере производительности, снижению давления в скважине и раннему получению воды. Даже качественное цементное покрытие может быть повреждено при бурении и/ или колебании давления и температуры в процессе добычи. Для его восстановления необходим дорогостоящий капитальный ремонт скважины. Разбухающие пакеры используются для уменьшения нагрузок в зоне контакта эластомер/ цемент, предотвращая таким образом разрушение цементного слоя. При образовании трещин в цементном слое затрубного пространства, эластомер разбухающего пакера вступает во взаимодействие с флюидами от чего разбухает и закупоривает их путь движения. Устанавливая разбухающие пакеры на опасных участках, вам гарантирована долгосрочная кольцевая изоляция трубопровода.

Механические способы бурения

Технологии бурения скважин с применением твердосплавных насадок на буровой снаряд и тяжелой техники относятся к механическим и служат для создания глубоких артезианских скважин — так называемых, скважин на известняк. Для данных скважин характерна высокая производительность и отменное качество воды.

Метод #1 — колонковое бурение

Самый эффективный метод из механических вариантов бурения, применяемый для прокладки скважин большой глубины (до 1000 м) в скальных породах — колонковое бурение, которое выполняется вращением бурового снаряда с насадкой в виде алмазной коронки высокой прочности. Основное преимущество данного типа бурения — высокая скорость проходки, компактные и маневренные буровые установки, высокий КПД бурения за счет разрушения породы не сплошным забоем, а кольцевым, когда выработка грунта представляет собой цельный стержень (керн).

К недостаткам колонкового бурения относится небольшой (до 16 см) диаметр скважины и быстрый износ буровых коронок. Стоимость проходки 1 м.п. колонковым способом варьируется от 300 до 500 руб. и зависит от сложности пород и глубины прокладки скважины.

Метод #2 — механическое роторное бурение

Роторное бурение выполняется при помощи долота, закрепленного на вращающемся буровом снаряде, который приводится в действие специальным механизмом — ротором. Данный способ бурения водоносных скважин применяется при крайне твердых почвах и относится к самым производительным методам. Использование роторного метода выступает залогом достижения глубинных водоносных горизонтов с чистой водой без соединений железа и высокого стабильного дебита скважины. Недостатком данной технологии бурения считается высокий расход глины и воды для замеса промывочного раствора и попадание частиц глины в водоносный горизонт при промывке ствола скважины.

Также существуют определенные сложности при выполнении бурения роторным способом в зимнее время из-за необходимости подогрева промывочного раствора. Стоимость прохода 1 м. п. при роторном бурении составляет около 2000 руб.

Метод #3 — бурение шнеком

Самым удобным методом, используемым при прокладке неглубоких скважин в сыпучих грунтах, является шнековый способ бурения скважин. Шнек представляет собой стержень с резцом на конце и лопастями, которые способствуют удалению грунта из скважинного канала.

Буровая станция для шнекового бурения может быть внушительных размеров, требующих установки на тяжелую спецтехнику, и компактных габаритов. Буровыми мини-установками сборно-разборной конструкции зачастую пользуются самостоятельные мастера для бурения скважины шнековым способом

Шнековый метод выступает наиболее часто применимым решением для закладки водоносных скважин на частном земельном участке. При шнековом бурении работы выполняются быстро, не требуют высокой квалификации рабочих и использования громоздкой техники. Кроме того, данный метод не предполагает привлечения дополнительного оборудования для удаления из устья скважины разрушенной породы.

Прогресс и технологии не стоят на месте и это очень удобно. Теперь все автоматизированно и намного проще чем было раньше. Когда пришлось бурить скважину на своем участке, пришлось звать бригаду для ручной работы. Работа это надо сказать ужасная. Весь процесс очень тяжелый, занимает много времени и сил. То ли дело сейчас. Машина приехала, пробурила и все дела. Так можно хоть каждый день новые скважины бурить. Исходя из своего опыта, настоятельно рекомендую не экономить и вызывать специальную технику. Так спокойнее, проще и выгоднее в конечном итоге. К тому же весь процесс занимает гораздо меньше времени.

Главная / Водоснабжение / Колодец и скважина / Технологии бурения водоносных скважин: сравнительный обзор 6-ти основных способов

Это интересно: Давление воды в водопроводе: определение нормы + как повысить

Пакер для скважины – применение и виды

Пакер для скважины представляет собой инструмент, применяемый при проведении буровых работ с целью изоляции и разобщения отдельных слоев породы. В отличие от цементных или глиняных тампонов, пакер применяется для временного разобщения пластов.

Цели применения пакеров различны, но все они основаны на требовании разобщить пласты или изолировать обсадную колонну в процессе эксплуатации скважин различного типа от воздействия среды непосредственно в самой скважине. Это может требоваться для проведения ремонта скважин, устранения гидроразрывов, проведения гидропескоструйной перфорации, очистки забоя скважины, использования сильного химического реагента в локальной точке и много другого. Основным свойством данного инструмента является способность выдерживать значительные перепады давления.

В зависимости от того, вверх или вниз направлено усилие, создаваемое перепадом давления, различаются и типы пакеров. Буквами ПВ обозначаются устройства, воспринимающие восходящее усилие, ПН – нисходящее. Существует также и пакеры типа ПД, которые приспособлены выдерживать воздействие обоих типов. Отличительной особенностью последнего указанного пакера является возможность его использования и без колонны бурильных труб. После установки такого устройства бурильные трубы поднимаются из скважины на поверхность, а при необходимости извлечения пакера – вновь соединяются с ним при помощи разъединителей колонн, установленных над инструментом. Для закрепления пакера в скважине применяются специальные устройства – якоря. Они также делятся на несколько видов в зависимости от типа используемого пакера.

Еще одна типология пакеров основывается на материале, из которого изготовлен данный инструмент. В зависимости от того, какая среда создается в скважине, применяются пакеры, устойчивые к термическим и различным видам химических воздействий.

Уплотнительный элемент деформируется для создания надежной изоляции участка скважины под действием механической или гидравлической силы. Вес колонны бурильных труб создает механическое усилие для фиксации пакера. Инструмент механического типа является более простым по конструкции, однако веса колонны не всегда достаточно для его устойчивой фиксации. И наоборот, более сложная конструкция гидравлического пакера позволяет удерживать его на месте в условиях более серьезных перепадов давления.

Разбухающие пакеры

Рукавного исполнения

Пакеры рукавного исполнения (серия ReflexLite) – разбухающий пакер, поставляющийся заказчикам в виде эластомерного рукава и крепежных устройств для самостоятельной установки на обсадную трубу на буровой площадке.

Выпускаются пакерные элементы длиной 12” (30 см) и 18” (47 см).

Пакер предназначен для установки на трубы стандарта API, также возможно изготовление элементов для любых других нестандартных труб.

Пакеры подвергаются тщательному тестированию в различных углеводородных составах при различных температурах, чтобы подтвердить их заявленную скорость разбухания и максимальное дифференциальное давление.

Для этой цели используется специализированное программное обеспечение «Reactive Swellometer»

Заказчику поставляется резиновый пакерный элемент и установочные устройства. Монтаж пакера на обсадную трубу происходит силами буровой бригады, непосредственно перед спуском в скважину. Максимальное дифференциальное давление 200 атм.

Стандартного исполнения

Разбухающие пакеры серии Reflex HP – пакеры, в заводских условиях установленный на базовую трубу посредством вулканизации.

Для производства могут использоваться как трубы с размерами по стандарту API, так и любые другие нестандартные трубы. Выпускается в водонабухающем варианте, нефтенабухающем, а также возможна поставка с комбинир ованным составом эластомера, который эффективно разбухает как в нефти, так и в воде. Нефтенабухающий пакер разбухает в различных углеводородных средах, в т.ч. газоконденсате. Пакеры подвергаются тщательному тестированию в различных углеводородных составах при различных температурах, чтобы подтвердить их заявленную скорость разбухания и максимальное дифференциальное давление.

Для этой цели используется специализированное программное обеспечение «Reactive Swellometer».

Заказчик получает готовый пакер, установленный на базовую обсадную трубу в заводских условиях. Выдерживает более высокое дифференциальное давление (до 1040 атм).

Пакер для инъекций

Пакер для инъекций – необходимая деталь для проведения работ по гидроизоляции. К выбору данного устройства необходимо подходить со всей ответственностью, ведь использование пакера в неподходящих для него условиях может привести к повреждению всего оборудования и перерасходу материалов и даже к травмоопасным ситуациям.

Главным образом, пакеры для инъекций разделяются на три основных вида:

• Пакер для высокого давления – до 200 атм
• Пакер для среднего давления – до 150 атм
• Пакер для низкого давления – до 50 атм

От того, при каком давлении будут проводиться работы, зависит материал, из которого изготавливается пакер для инъекций.

Пакеры первого вида произволятся из стали, обязательно должен быть резиновый уплотнитель и усиленный наконечник. Применяются для инъектирования составов в конструкции из материалов повышенной прочности: кирпич, бетон, камень

Важно отметить, что у таких устройств может быть 2 типа головок: надвижные (которые также называют плоскими) или кегельные (цанговые)

Пакеры второго типа изготавливают из алюминия или пластика высокого качества, они имеют укороченный наконечник. С их помощью возможно проводить инъектирование бетона и минеральных материалов в кирпичные и каменные конструкции.

Последний тип паркера для инъекций обычно создается из дешевых видов пластика и не предназначен для серьезных нагрузок.

Сам процесс проведения гидроизоляции с использованием инъекционных пакеров внешне достаточно прост, но требует опыта и наработанных навыков. Его можно условно разделить на 3 этапа:

• Подготовка отверстий – они должны выполняться под углом 45 градусов. Их диаметр должен соответствовать диаметру пакера.
• Подключение насоса. Пакеры, вставленные в отверстия подключают к насосу (вручную или при помощи гайковерта). Причем подключать их нужно поочередно, чтобы раствор шел равномерно.
• Извлечение. После выполнения всех работ пакеры можно промыть и использовать еще несколько раз.

ИЗОЛЯЦИЯ ЗОН НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАКЕРОВ С КАБЕЛЬНЫМ ВВОДОМ И ОТВОДОМ ГАЗА

Рис. 2. Пакер механический с кабельным вводом и отводом газаРис. 3. Схемы компоновок пакеров с кабельным вводом 4ПМС-КВ, 4ПМС-КВ-ГТ

Пакеры с кабельным вводом позволяют избежать проведения всех возможных видов РИР с применением тампонажных материалов и не требуют ОЗЦ (рис. 2). К преимуществам пакеров этого типа также относятся легкость в монтаже, отсутствие необходимости точных измерений, а также исключение возможности повреждения кабеля и отвод газа (при наличии специального отвода). Для изоляции зон негерметичности используются компоновки 4ПМС-КВ, 4ПМС-КВ-ГТ (рис. 3). К настоящему моменту в скважины спущены порядка 50 и 30 таких компоновок соответственно.

Другая модификация — 4ПМС-КВОГ с отводом газа — в настоящее время проходит ОПИ на Самотлорском месторождении (рис. 4). Компоновка включает в себя два лифта: наружный и внутренний. Сначала пакер спускается на наружном лифте с кабелем и пакеруется, затем производится спуск внутреннего лифта. Во внутренний лифт устанавливается герметизирующее устройство (так же, как и в компоновке ОРЗ). Фонтанная арматура собирается покрестово, а газ поднимается между внутренним и наружным лифтами. Это даже позволяет отслеживать величину газового фактора.

Рис. 4. Схема компоновки пакера с кабельным вводом 4ПМС-КВ ОГРис. 5. Экономическая эффективность применения компоновки пакера с кабельным вводом

Экономическая эффективность пакеров с кабельным вводом рассчитана на примере пакера 4ПМС-КВ (рис. 5). Есть компоновки 4ПМС-КВ, которые отработали на данный момент уже один-два года.

Пакер

Пакер 2 служит для разделения нагнетаемой нижним насосом жидкости от жидкости, всасываемой верхним насосом. Нижний пакер 8 предохраняет от смешивания продукцию верхнего 7 и нижнего 11 пластов. Жидкость, откачиваемая верхним насосом 3, поступает в насосно-компрессорные трубы.
 

Пакер предназначен для разобщения исследуемого объекта и создания опоры испытательному инструменту в скважине.
 

Пакер предназначен для разобщения исследуемого объекта сверху и совместно с якорным устройством может выполнять функции нижнего пакера.
 

Пакер можно применять только в скважинах, ствол которых в хорошем состоянии, без сужений или уступов, так как пакер этого размера имеет пониженную проходимость по стволу скважины. Если ствол скважины имеет сужения и требуется работать с повышенным перепадом давления, следует для установки пакера забуривать шурф долотом меньшего диаметра за 10 – 15 м до кровли испытуемого объекта.
 

Пакер может быть использован при направленных кислотных обработках избранного прослоя и при создании в пласте водозащитных экранов. При конструировании пакера был взят за основу один из выпускаемых промышленностью пакеров, предназначенных для установки в обсаженной скважине. Принципиальная схема одного из вариантов приведена на рисунке. Пакер конструировался как срабатывающий при опоре хвостовика на забой, но может быть снабжен шлипсовой приставкой и срабатывать при опоре на обсадную колонну. При посадке пакера расположенный между узлами 1 та.
 

Пакер может быть использован в скважинах с обсаженным забоем при направленных кислотных обработках и при создании внутрипластовых водозащитных экранов.
 

Пакер устанавливают чуть выше перфорационных отверстий. Если давление не изменяется, скважина считается герметичной.
 

Пакер может быть постоянный или извлекаемый. Отдельные конструкции пакетов ( например, типа Бакер) имеют внешнее уплотняющее приспособление 7, которое герметизирует кольцевое пространство в эксплуатационной колонне 1, и внутреннее приспособление для герметизации насосно-компрессорных труб.
 

Пакер, устанавливаемый в интервале цементирования на близком расстоянии от стоп-кольца, может быть защищен от преждевременного срабатывания гидравлическим реле времени, включаемым в работу проходящей через пакер цементировочной пробкой.
 

Пакер в соответствии с решаемыми задачами может устанавливаться в зонах как устойчивых, так и неустойчивых горных пород. В первом случае не возникает необходимости допакеров-ки при правильном режиме срабатывания пакера, а во втором это возможно при долговременной службе пакера.
 

Пакер устанавливается и спускается в скважину на обсадной колонне. При двухступенчатом цементировании пакер размещается над поглощающим интервалом или над пластом между ступенями цементирования. Интервал скважины ниже пакера ( первая ступень) цементируется через башмак обсадной колонны с использованием нижней цементировочной пробки. При манжетном цементировании пакер размещается непосредственно над изолируемым продуктивным пластом ( в стволе скважины номинального диаметра), сложенным плотными непроницаемыми породами. Пакер приводится в действие перед цементированием интервала скважины, расположенного выше него.
 

Пакер работает следующим образом.
 

Бурение роторным способом

Выполняется в грунтах любой степени сложности. Как и в предыдущем варианте, бурильная колонна в процессе проходки вращается, но штанги имеют гладкие стенки. Удаление шлама производится продувкой сжатым воздухом или закачиванием в скважину бурового раствора, который выносит породную мелочь на поверхность. Разрушение грунта на забое осуществляется съемными коронками, долотами различного типа, включая шарошечные — с вращающимися роликами. Армируется буровой инструмент твердыми сплавами, техническими и синтетическими алмазами.

Вращатель бурильной колонны приводится в действие электродвигателем или мотором базового автомобиля установки. Обязательная принадлежность конструкции — вышка или мачта для подъема-спуска обсадной и буровой колонн. От высоты талевой подвески зависит длина свечи — сборки из металлических труб.

Распространенность роторного способа обусловлена его качествами:

• возможность бурения скважин диаметром 80-1500 мм в породах любой твердости на глубину до километра и более;
• высокая производительность в сложных горно-геологических условиях;
• малые габариты самоходной установки, обеспечивающие бурение вблизи дачного строения.

Универсальность способа обусловливает его дороговизну. При бурении глубоких скважин этот недостаток нивелируется.

Кессон: что это такое и зачем он необходим

Термином «кессон», как правило, обозначают герметичную емкость. Применительно к водопроводу кессон – это емкость или даже помещение, которым укрывают оголовок скважины. Чтобы исключить вероятность замерзания воды, поднятой из скважины на поверхность. А также, чтобы исключить повреждение оборудования, что практически неизбежно в случае ее замерзания.

Но роль кессона только лишь защитой от замерзания не ограничивается. Одновременно его полость используется для размещения в ней всего комплекса скважинного оборудования. В результате несанкционированный доступ к агрегатам удается практически полностью исключить. Более того, герметичный кессон защищает оборудование и от грызунов, которые, в принципе, без труда могли бы повредить его при отсутствии подобной защиты.

Технологии свабирования нефтяных скважин

Свабирование – многогранная технологи, которая позволяет осваивать нефтяные скважины различными способами. Стоит рассмотреть каждый из них. Итак, свабирование нефтяных скважин может проводиться следующим образом:

1. При помощи двух свабов без монтажа пакера. Здесь роль главного тягового оборудования играет каротажный кабель. В качестве альтернативы может применяться трос или стальная лента. Приводом служит подъемник или же лебедка. На колоннах НКТ имеются ограничители (муфты или клапаны).
2. Ступенчатое свабирование. Такой вариант заключается в установке пакера вместе с колонной НКТ, которая опускается в эксплуатационный элемент до необходимой отметки.
3. Методика свабирования при помощи двух поршней с монтажом пакера. Такая технология мало чем отличается от подобной, но без установки пакера, но все же имеет свои нюансы. Главная особенность технологии в том, что пакерный узел, который устанавливается в эксплуатационную колонну, полностью герметизирует колонны НКТ. Выкачивание жидкости проводится исключительно из задействованных колонн НКТ. При этом существенно уменьшается количество повторений операции, что является бесспорным преимуществом технологии.
4. Методика с однонаправленным перемещением поршней в двух НКТ, но с условием опережения подъема одного из свабов. Это позволяет создавать динамичность воздействия на область. При этом каждый из поршней должен опускаться до того же уровня, что и другой. Высота, на которую должен подняться первый элемент, пока второй еще находится на нижней точке, задается перед началом работы. Тяговые детали работают за счет подключения к независимым приводам. Более редкий вариант – использование одного привода с откорректированным режимом работы.

В частности, это:

• сокращение времени, необходимого для притока сырья;
• существенное повышение интенсивности цикла, что увеличивает производительность отбора жидкости;
• рост перечня возможностей при выборе максимально доступного и эффективного режима отбора;
• точный контроль депрессии на определенный пласт;
• уменьшение энергозатрат на процесс подъема поршней в НКТ за счет применения технологии балластных нагрузок.

Пакер для скважин: что это такое, разновидности изделий и варианты их применения

Пакер для скважин имеет вид манжеты, армированной брезентом. После помещения в ствол он может расширяться. Это происходит, когда колонна расположенных выше труб совершает на него нажим.

Для скважины пакер.

Механические пакеры для скважин

Механические модели используют в скважинах следующих типов:

• горизонтальных;
• искривленных;
• глубинных;
• наклонных.

Уплотняющие приспособления отличаются безопасностью, их широко применяют при технологических работах. Если обсадная колонна имеет нестандартный размер либо планируется, что устройство будет работать при температуре, выходящей за общепринятые нормы, можно заказать изделие по индивидуальным габаритам. Под заказ заводы выпускают уплотняющие приспособления, функциональные возможности которых расширены.

Для скважин механические пакеры.

Механические модели подходят для многоразового использования, они отличаются надежностью. Их конструкция простая, поэтому нет узлов, которые могли бы выйти из строя под действием нагрузки.

Среди недостатков, которые присущи уплотняющему приспособлению, можно отметить необходимость нагрузки. Ее обеспечивает вес труб, воздействующих на конструкцию. Но при работе на небольших глубинах обеспечить нагрузку редко бывает возможно.

Перед тем как приобрести механическую модель, нужно определить, где она будет использоваться.

Для этого изучают описание изделия, вся информация содержится в инструкции. Чаще всего потребность в устройствах возникает на нефтяных скважинах действующего типа. Если есть необходимость, пакеры применяют в изолированной зоне. С их помощью нагнетают избыточное давление.

Разбуриваемые пакеры для скважин

Разбуриваемая модель состоит из следующих частей:

1. Корпус.
2. Якорный узел. Он сделан в виде клиньев, на которых имеются зубья.
3. Толкатель. Он охватывает клин, опирающийся на уплотнительный элемент.
4. Двусторонние клиновые плашки.
5. Уплотнительные элементы.

Пакер можно использовать в случаях, когда требуется законсервировать колонну. Его устанавливают, когда нужно выполнить работы по изоляции. Для посадки спускаемых в обсадные колонны уплотняющих приспособлений требуется специальный инструмент.