ОГЛЯД СУЧАСНИХ КОНСТРУКЦІЙ СВЕРДЛОВИННИХ ПАКЕРІВ ТА ЇХ КРИТИЧНИЙ АНАЛІЗ

Анотація

Свердловинні пакери є відповідальним елементом обладнання нафтових і газових свердловин, оскільки забезпечують герметичне роз'єднання стовбура на інтервали та ізоляцію продуктивних горизонтів під час експлуатації, гідравлічного розриву пласта, кислотної та термічної обробки привибійної зони, нагнітання робочих агентів, а також випробування противикидного обладнання. У роботі виконано систематизацію сучасних конструкцій свердловинних пакерів і критичний аналіз їх переваг і недоліків на основі порівняльного аналізу документації провідних виробників (Halliburton, SLB/Schlumberger, TAM International) та наукових публікацій вітчизняних і закордонних авторів, а також узагальнення результатів чисельного моделювання напружено-деформованого стану ущільнювальних вузлів методом скінченних елементів. Розглянуто класифікацію пакерів за способом приведення в дію (механічні, гідравлічні, самоущільнювальні манжетні, надувні, набухаючі) та можливістю вилучення (постійні, вилучувані). Встановлено, що визначальним чинником герметизаційної здатності пакера будь-якого типу є конструкція вузла ущільнення та властивості матеріалу ущільнювального елемента (NBR, HNBR, FKM, AFLAS/FFKM, набухаючі еластомери), вибір якого є компромісом між вартістю, термо- і хемостійкістю та стійкістю до екструзії. Виявлено основні недоліки існуючих конструкцій: екструзію еластомеру в радіальний зазор, нерівномірність розподілу контактних тисків уздовж ущільнювального елемента, релаксацію напружень і хімічне старіння гуми в часі, а також тривалість спрацювання (від кількох днів до тижнів) і чутливість до температури та складу флюїду в набухаючих пакерах. Систематизовано розрізнені відомості про промислові й наукові розробки пакерів різних типів у єдину класифікаційну схему з кількісним порівнянням експлуатаційних параметрів і виявлено прогалини в наявних дослідженнях – відсутність системної методики проєктування вузлів ущільнення, недостатню вивченість поведінки нових матеріалів у тривалій експлуатації, потребу оптимізації антиекструзійних елементів для умов високого тиску й високої температури, які окреслюють перспективні напрями подальших досліджень і можуть бути використані під час проєктування нових конструкцій свердловинних пакерів.