Packere

Packerele sunt dispozitive care impiedica comunicatia dintre tevile de extractie, prajini de foraj, coloane pierdute, etc. si coloana de tubaj a sondei sau peretii gaurii de sonda, in care acestea se fixeaza. Primele sunt cunoscute sub numele de packere de coloana, iar ultimele, fixate in teren, sub numele de packere de teren.

In tehnologia moderna de extractie a titeiului si gazelor packerele sunt folosite la un numar foarte variat de operatii, cum ar fi:

- exploatarea simultana si separata a doua sau mai multe strate;- executarea unor operatii de injectie sub presiune in strat pentru

protejarea coloanei de exploatare;- injectarea de abur, pentru izolarea spatiului inelar;- testarea stratelor cu ajutorul probatoarelor de strat;- punerea in productie prin pistonare, pentru a realiza o pornire mai

rapida si mai economica.Dupa modul de folosire, packerele se impart in doua categorii:

packere de tip permanent si packere de tip recuperabil.Packerele de tip permanent se folosesc la probele de productie la

sondele de mare adancime si marine, la exploatarea simultana si separata a doua sau mai multe strate etc. Odata introduse in sonda, acestea nu se mai pot extrage; de aceea, se contruiesc din materiale frezabile, pentru a putea fi indepartate din sonda in cazuri accidentale.

Dupa modul de fixare packerele se clasifica astfel:- packere cu fixare mecanica, prin manevre de rotire, manevre

verticale sau o combinatie a acestora;- packere cu fixare hidraulica, prin crearea unor presiuni in tevi;- packere cu fixare prin actiunea unei explozii lente – in special in

cazul packerelor permanente;- packere cu fixare termica, provocata de injectia unui agent termic,

in special la sondele de injectie de abur.Dupa sistemul de fixare avem:- packere cu bacuri;- packere fara bacuri (cu picior, cu ancora, cu actionare prin

expandare hidraulica sau termica).

41

Calculul fixarii packerelor

Pentru determinarea rezultantei fortelor care actioneaza asupra unui packer, se considera ca sens pozitiv sensul gravitational.

De asemenea, se considera ca diametrele interior si exterior al tevolir cu care s-a introdus packerul sunt egale cu ale corpului de fixare (teava interioara) a packerului, neglijandu-se prezenta mufelor.

Fortele care actioneaza asupra unui packer sunt urmatoarele 1.Forta de compresiune, G, care trebuie lasata pe packer, dupa fixarea acestuia, pentru asigurarea etansietatii. Aceasta forta rezulta din lasarea pe packer a unei parti din greutatea tevilor cu care s-a introdus in sonda. 2.Forta de presiune, F1, care actioneaza in spatiul inelar deasupra packerului (fig.1)

(1)

Fig. 1. Schema unui packer fixat in coloana

1. Forta de presiune, F2, care actioneaza sub packer:

(2)

2. Forta de presiune, F3, care actioneaza asupra sectiunii pline a tevilor:

42

(3)

in care:Di – diametrul interior al coloanei in care se fixeaza packerul, m;di, de – diamerul interior respectiv exterior al tevilor de extractie, m;pt , pc – presinea din interiorul tevilor respectiv din coloana calculata la nivelul packerului, N/m2.

unde: H este adancimea de fixare a packerului, m; ρ- densitatea lichidului din sonda, in momentul fixarii, kg/m3.

In ceea ce priveste pt , exista doua situatii:- operatii de injectie sub presiune, la care:

unde pinj este preiunea deinjectie la suprafata, in metri , iar inj – densitatea lichidului injectat.

- operatii de denivelare, la care pt = ( H – H0 )

unde H0 este adancimea de denivelare. 5. Forta de umflare,Fu,datorita variatiei de presiune. In timpul operatiilor in sonda,pe langa G,F1,F2 si F3,mai intervin si

fortele rezultate din variatia diferentei de presiune dintre interiorul si exteriorul tevilor de extractie. Presiunea interioara din tevile de extractie produce atat marirea diametrului interior al acestora,deci o umflare (balonare),cat si o flambare (buclare) a tevilor (fig.2). Fenomenului de umflare generat de presiunea in tevi i se opune efectul presiunii din coloana.Tevile de extractie fiind fixate in capul de eruptie tind din cauza umflarii lor,conform legii generalizate a lui Hooke,sa traga in sus de packer cu o forta Fu care rezulta din relatia:

Fu = (4)

in care : Δ ptm - diferenta dintre presiunea medie din interiorul tevilor de extractie in timpul operatiei si presiunea medie din tevi in momentul fixarii packerului,N/m2; Δ pcm - are aceeasi semnificatie ca mai sus,cu deosebirea ca referirea se face la coloana,N/m2;

43

t - grosimea peretelui tevilor de extractie,m; at - aria sectiunii metalice a tevilor de extractie,m2; μ - coeficientul lui Poisson (μ = 0,3). Presiunea medie se ia pe baza mediei aritmetice intre presiunile de la suprafata si presiunile din dreptul packerului. Fu este orientata in sus cand Δ ptm > Δ pcm . 6. Forta Ff,datorita efectului de flambaj in spirala (buclare). Fenomenul de flambare apare ori de cate ori printr-un tub liber la un capat se vehiculeaza un fluid sub presiune. Intr-un fel,cazul tevilor de extractie libere,la capatul de jos si supuse la presiune,este o reciproca a principiului manometrului: un tub incovoiat si inchis la un capat,sub presiune tinde sa se indrepte.In cazul de fata,un tub drept si liber la capat sub presiune, tinde sa se incovoaie (flambeze).Forta care produce flambarea se poate pune in evidenta imaginandu-se situatiile prezentate in fig.2.

Fig.2 Ilustrarea grafica a fenomenului de flambare datorita presiunii interioare.

Trecerea din pozitia a in pozitia b este evidenta.Exercitand presiune in interiorul tubului,pentru a mentine capacul 2 la o distanta extrem de mica de

tubul 1,trebuie sa se actioneze asupra resortului cu o forta F’’ =

Pentru o anumita presiune F” = F’, resortul este la fel de intins si este de asteptat ca tubul 1 sa arate in pozitia c la fel ca in pozitia b, adica sa flambeze.Figura 2, c pune in evidenta totodata si marimea fortei care

44

provoaca flambajul (buclarea) : aria sectiunii libere a tevilor multiplicata cu presiunea interioara.Daca tubul din figura 2 ar arata ca in fig.3, a sau 3, b evident ca forta care ar provoca flambajul ar fi asa cum s-a aratat mai sus:

F” = (5)

Fig.3 Influenta sectiunii capatului liber asupra fenomenului de flambare.

Fenomenul de flambare al tevilor conform fig.3 este insa influentat in acest caz de presiunea care actioneaza pe suprafata de trecere de la un diametru la altul. Tinand seama de cele prezentate mai sus rezulta pentru forta de flambaj urmatoarea relatie:

Ff = de2 ( pt – pc )

Daca presiunea in tevi si in coloana la nivelul packerului a variat cu Δ pt

si Δ pc, relatia de mai sus devine:

Ff = de2 ( Δ pt – Δ pc ) ( 6 )

Garnitura de tevi de extractie va flamba daca Ff este pozitiva si va ramane dreapta daca Ff este negativa sau zero. 7. Forta Ft ,care apare datorita variatiei de temperatura,la care sunt supuse tevile de extractie in timpul operatiei fata de momentul initial (fixarii packerului).Forta Ft se determina exprimand alungirea Δl atat prin variatia temperaturii Δl = l α Δtm cat si prin legea lui Hooke Δl = Ftl/Eat.

45

Rezulta : Ft = α at EΔtm ( 7 ) in care : este coeficientul de dilatare termica al materialului ( α = 1,242 * 10-5 m/m 0C ); E - modulul de elasticitate al materialului,N/m2; Δtm - variatia temperaturii medii, 0C.

Δtm = tm - tm ( 8 ) In timpul initial operatiei

Temperatura medie in timpul operatiei se calculeaza pe baza temperaturii capatului inferior si superior al tevilor, tinand seama si de lichidul din spatiul inelar. Ft este pozitiva daca exista o crestere a temperaturii in timpul operatiilor fata de temperatura din timpul fixarii packerului (injectie de abuz); invers Ft

este negativa (acidizari,fisurari etc.). Rezultanta R a tuturor fortelor care actioneaza asupra packerului trebuie sa fie mai mare decat forta de compresiune Fc necesara deformarii garniturilor de cauciuc pentru asigurarea etansarii,deci :

R = G + F1 – F2 – F3 ± Fu – Ff ± Ft Fc

de unde rezulta :

G Fc – F1 + F2 + F3 ± Fu + Ff ± Ft ( 9 )

Valoarea lui Fc este functie de diametrul packerului si de duritatea cauciucului din care sunt confectionate garniturile de etansare. Relatia (9) permite sa se calculeze ce greutate G trebuie lasata pe packer,pentru asigurarea etanseitatii. Daca in timpul operatiilor de injectie sub presiune (F2,F3,Ft si Fu au valori Mari, greutatea tevilor de extractie nu este suficienta pentru asigurarea etanseitatii pakerului. In acest caz se creeaza, legand un agregat la coloana,presiune in spatiul inelar pentru a mari apasarea pe packer. De asemenea,in aceasta situatie se poate folosi un packer cu ancore hidraulice sau un packer cu armare prin tractiune de jos in sus.

46