Дәріс 2. Пакерлерді есептеу және құрастыру

Пакерлердің жә не олардың элементтерінің функционалды арналуы: ұ ң ғ ыма дің гегін герметизациялау; қ ондыру кезінде жә не қ ысым қ ұ лауынің ә серінен болатын остік кү штерді қ абылдау; пакерлерді іске қ осқ анда жә не қ ондырғ анда немесе шешу жұ мыстары кезінде оның элементтерін басқ ару; кейбір технологиялық функцияларды орындағ анда (Мысалы, пакер астындағ ы сұ йық ағ ымын пакереотсекателге жіберу жағ дайлары). Бұ ның барлығ ы ө зіне келесідей элементтерді қ осатын структуралық жү йесін шарттандырады: тығ ыздаушы лементер, пакер тіректерін, пакерді басқ ару жү йесін, технологиялық қ ондырғ ылар.

Пакердің бірнеше элементтерін нақ тырақ қ арастырайық.

Тығ ыздайтын элементтер шегенді қ ұ быр тiзбегiне ө стiк кү штiң ә серінен кең ейiп, қ ысылады Уплотняющие элементы расширяются и прижимаются к обсадной колонне при воздействии осевой нагрузки (СКҚ салмағ ы немесе гидрожү йедегі поршен кү шінің ә сері). Резинадан жасалғ ан элемент (кейде дарымаушы немесе металлдық кордтың арматуралауымен), температурасы 100 °С қ а дейін жұ мыс істеуге арналғ ан. Элемент температурасы 300 – 400 ◦ С жұ мыстық ортағ а арналғ ан, резенкеленген жә не сызылғ ан асбесттен жасалғ ан.

Элемент шеген қ ұ быр тiзбегiне, оның iшкi қ уысындағ ы артық қ ысымнан кең iп, қ ысылады. Оның резең ке элементi кордпен ә рдайым бекiтiлген болады.

Тығ ыздаушысы бар пакер жә не шеген қ ұ быр тiзбегiнің арасындағ ы саң ылау диаметрі 10 – 20 мм тең болады.

Элемент ұ ң ғ ымағ а тартып тү сіреді. Ол да кордпен нығ айтылғ ан резенкеден орындалғ ан.

Элементтерді нығ ыздау ү шін синтетикалық резенкелердің 4326, 4327, 3825 маркалары қ олданылады, олар аз деформацияланатын пакерлер ү шін (в жә не г типіне), ал 4004, 3826-С маркалары кө п деформацияланатын пакерлер ү шін (а типі).

Кордтың ретiнде мақ та-маталы, полимерлiк немесе металлдық жіптерді қ олданады.

Пакерді жобалау тапсырмаларында ә детте негізгі параметрлер, пайдалану шарттары жә не технологиялық процестің суретте малары беріледі.

Негізгі парпметрлерге пакер тү сірілетін шегендеу қ ұ бырының ішкі диаметрлер диапазоны, қ ысым қ ұ лауы жә не технологиялық процестің ерекшеліктері жатады.

Нығ ыздаудың сенімділігі пакерді деформацияғ а дейінгі нығ ыздау диаметрлері ә ртү рлі жә не шегендеу қ ұ быры 15—20 мм болғ анда ғ ана жү зеге асады. Жұ мыстық қ ысымның қ ұ лауы ә детте 10—100 МПа. Технологиялық процесстер пакерде клапана-кескіштің, бірнеше каналдардың, кері клапандардың жә не т.с.с. болуын талап етеді.

Қ осымша деректерге: пакер жұ мыс істейтін температура, агрессивті қ оршағ ан орта, пакерді кө термей ұ зақ жұ мыс істеу, сенімділік кө рсеткіштері жә не т.с.с. жатады.

Пакерді есептегенде герметизацияғ а қ ажетті контактты қ ысымын, остік кү штерді, нығ ыздаушы элементтің оптималды жиынтығ ыжә не нығ ыздаушы элементтің корд параметрлерін анық тайды.

а жә не б типті нығ ыздаушы элемент пен шегендеу қ ұ быры арасындағ ы контактты қ ысымы анық талады:

(1)

мұ ндағ ы — нығ ыздаушыны алдын ала қ ысу жә не қ ысым ө згеруінің ә серінен болғ ан контактты қ ысымы.

Пакерлерде қ олданатын резина, Пуассона коэффициентіне тең

Ұ ң ғ ыма герметикалығ ын қ амтамазыз ететін контактты қ ысым р_к мен остік кү штің ең тө менгі мә нін анық тау ү шін, келесі тең деуді қ олданады:

(2)

(3)

Мұ ндағ ы — деформация кү йіндегі нығ ыздаушы элементтің кө лденең қ имасының ауданы; =5, 1— 1 МПа — резинаның қ озғ алу модулі; — деформацияғ а дейінгі жә не одан кейінгі резинаның сыртқ ы радиусы; — резинаның ішкі радиусы; — пакердегі қ ысымның қ ұ лауы.

Еркiн кү йдегi пакердiң тығ ыздағ ыш элементiнiң биiктiгi оның бетiнiң ауданының тең дiгiнiң шартынан жә не деформацияланудан кейiн анық талына алады. Пакерлердi есептеуiнiң ә дiстерiнiң кейбiр авторлары (Г. Д. Сухоносов), пакермен жә не шеген қ ұ быр тiзбегiнiң аралығ ында саң ылауғ а резең кенiң қ ұ юынан сақ тайды деп санайды.

Тығ ыздағ ыш элементiнiң биiктiгiнiң есептеулерi бiр тығ ыздайтын элементтiң ең кiшi биiктiктерiн алуғ а мү мкіндік бередi

(4)

Мұ ндағ ы — сығ ылғ ан кү йдегі элемент биіктігі.

Пакерлердебұ ндай нығ ыздаушылардың біраз болуын ұ сынады.

Тығ ыздағ ыш элементiнiң ең ү лкен биiктiгi пакердiң ө здiгiнен бекiтуiнiң шарты бойынша остік кү штердiң ә серінен табылады.

(5)

Мұ ндағ ы — ү йкеліс коэффициенті.

Пакердiң конструкцияларында оның шеген қ ұ быр тiзбегiмен жақ ын болу жә не тығ ыздауды тығ ыз бекiтiлгенге дейiн тығ ыздайтын элементтiң қ ысуымен қ амтамасыз еткен оның штогiнiң жү рiсiнiң ұ зындығ ы ескеруi керек.

Штоктiң жү рiсiнiң ү лкеюi тығ ыздайтын элементтердiң бұ зылуына, оларғ а ә сер ететін кү штерiн шектеудi жоқ қ а шығ арады, осыдан ретсiз деформациялар болады.

Штоктiң жү рiсiнiң оптималды ұ зындығ ын келесi формула бойынша анық тауғ а болады:

(6)

Мұ ндағ ы — жү ктелмеген, еркiн тығ ыздайтын элемент биiктiгі;

146 жә не 168мм диаметрлi шеген қ ұ быр тiзбек асты пакерлер ү шiн 178 жә не 299 мм диаметрү шін

Гидравликалық пакерлерде ептеген кернеулер Резең кеге жә не кордта цилиндрдың кең ейуі пайда болады (суретте 4, 3, е). Негiзгi жү ктеменi резең кеге қ арағ анда ү лкен қ аттылық тағ ы бар корд жiптерi алып жү редi.

Негiзiнен корд қ абығ ының жуандығ ы, тығ ыздағ ыш элементiнiң суретте йтын берiктiгi, кордтың материалының жiктерiнiң санымен анық талады:

(7)

— пакердегі қ ысым қ ұ йылуы; — пакерді ұ ғ ыма қ абырғ аларына қ ысқ андағ ы кордтығ орташа радиусы; — жіптің ү зiлуіне рұ қ сат етілетін кү шi; корд кездемесiнiң (жіпке перпендикуляры) жібiнiң адымы; — шеген қ ұ быр тiзбегiне пакердiң қ ысуы кезіндегі округтық бағ ыты бар корд жiптерiнiң кө терiлу бұ рышы.

Корд жiптерiнiң кө терiлу бұ рышы келесідей анық талады. Егер желiлер кө терiлу бұ рышы > 35° болса, қ абық iшiне қ ысымды бергенде, радиал бағ ытта кең ейтуде шектемейтін, корд жiбiнің ө лшемдерi ө згермейді. Қ абық жанында бұ рыш диаметр бойынша ү лкеедi жә не жіптердiң кө терілу бұ рышының ө згеруiнiң арқ асында олардың ұ зындығ ы бойына деформациясыз кішірейеді. Бастапқ ы бұ рыш деформацияның басталғ анғ а дейiнгi орауыштың жіптерінің бiр адым ұ зындығ ының тең дiгiне жә не ұ ң ғ ыманың қ абырғ аларына қ ысу кезiнде анық тайды:

(8)

мұ ндағ ы — бос кү йдегі пакер кордының орташа радиусы; — корд жіптерінің бастапқ ы кө терілу бұ рышы. Соң ғ ы тең деуден табатынымыз

(9)

Тығ ыздайтын элементтiң еркiн соң ының остiк орын ауыстыруы.

(10)

— шеген қ ұ быр тiзбегiне қ абық тың қ ысуынан кейiнгі жә не еркiн кү йдегі корд жiптерiнiң орауышының адымы; — еркiн кү йдегi кордтың орауышының жұ мыс биiктiгi.

(11)

Шеген қ ұ быр тiзбегiнiң берiктiгiне плашканың басып алу ық палын пакердiң есептеулерiнде тексеруге керек.

Плашкалар сақ иналық саң ылауларды толық қ айта жабатын пакерлердiң конструкцияларындағ ы, шеген қ ұ быр тiзбегiне жү ктеме барлық периметр бойынша бiр қ алыпты бө лiніп беріледі. Онда, шеген қ ұ быр тiзбегу бұ збайтын, плашканың басып алуына ә сер ететін ө стiк кү ш тең:

(12)

Плашкалар тү йісуіне шектеу қ ойылғ ан жағ дайда, олардың арасындағ ы қ ұ быр учаскесі бү гілуге жұ мыс істейді.Сонда

(13)

(4.12) жә не (4.13) — шегендеу қ ұ бырының материалының ақ қ ыштық шегі; п — плашкалар саны (радиусы бойынша); — плашка конусының бұ рышы; — шегендеу қ ұ бырының сыртқ ы жә не ішкі диаметрі мен қ абырғ а қ алың дығ ы; — плашкалар биіктігі (вертикал бойынша ұ зындығ ы); — плашка хордысының диаметрі; — плашка бетінің доғ асының жебесі.

Тү йісу кернеуі

пакердiң конструкцияларын ө ң дегенде шектi жү ктеме тығ ыздауды жасауғ а қ ажеттi жү ктемемен тең еседi (формула 4.3). Егер болса, онда пакер конструкциясына қ ажетті ө згертулерді енгізеді (бұ рышын, тығ ыздаушылардың геометриялық ө лшемдерін).

Майысқ ан ұ ң ғ ымаларда қ олдану ү шiн, пакердi жобалауда қ исық дiң гектердiң деформациясының мү мкiндiгiн есепке алуы керек.

Ұ ң ғ ыманың имек бө лiгiнiң айырмашылығ ында (соң ы мен ортасы бойынша) шеген қ ұ быр тiзбегiн ү ш нү ктелерде тү йісуде, пакер ұ зындығ ы осы ө рнекпен анық талады:

(14)

К — ұ ң ғ ыма дің гегінің бұ рылу радиусы; — саң ылау (кө лденең) пакер мен шегендеу тізбегінің арасындағ ы.

Ұ зындығ ы ү лкен пакер, бұ рылысты ө ткенде тұ рып қ алуы немесе ө зі майысып қ алуы мү мкін. Соң ғ ысы оның сынуына ә келеді.

Бұ л есептеулер ұ ң ғ ыманың бұ рылыстарына тү сірілетін басқ а да жабдық тарғ а қ атысты (штангалық ұ ң ғ ылық сораптар, ортадан тепкіш сораптар, тиелген қ озғ алтқ ыштар т.с.с.).

Негізгі ә дебиет

1 [бө лім 4 бет 45-52]

Қ осымша ә дебиет

2 [бө лім 1 и 2 бет 27-35]

Бақ ылау сұ рақ тары

1. Пакерлердің бө лшектерін жасайтын материалдарды суретте.

2. Пакерлерді жобалағ анда қ андай параметрлер тү рлері беріледі?

3. Пакерлерді жобалағ анда мінездемелік есептеулердің методикасын келтір.

4. Пакерді қ ондырғ андағ ы оғ ан ә сер ететін шекті остік жү ктеменің методикасының анық тамасын келтір.