راهنمای عملی انتخاب تجهیزات شناور سیمانی برای پروفیل های مختلف چاه

انتخاب تجهیزات شناور سیمان کاری عملی همیشه با نمایه چاه شروع می شود. چاه‌های عمودی، انحرافی، افقی، با دسترسی گسترده، HPHT و چاه‌های دریایی بارها، دماها و حالت‌های خرابی متفاوتی را بر روی یقه شناور و کفش شناور تحمیل می‌کنند، بنابراین پیکربندی که در یک چاه کار می‌کند ممکن است در چاه دیگری خطرناک باشد. اندازه بدنه اندازه تجهیزات را از 4-1/2 اینچ تا 20 اینچ هدایت می کند، با 5-1/2 اینچ، 7 اینچ، 9-5/8 اینچ، و 13-3/8 اینچ رایج ترین ها هستند، در حالی که عمق، انحراف و دمای سوراخ پایین تعیین کننده تعداد دریچه ها، عملکرد پر شدن خودکار، مواد بدنه و ترکیب آب بندی است. یک کفش شناور تک سوپاپ ممکن است مناسب یک چاه عمودی کم عمق باشد. یقه شناور به علاوه کفش شناور با دریچه های اضافی در چاه های عمیق یا مستعد مهاجرت معمولی است. این راهنما منطق انتخاب را گام به گام با استفاده از پارامترهای استاندارد صنعتی مانند درجه بندی فشار 5000-15000 psi، تراکم دوغاب 15.8-20 pg و الزامات تست API Spec 10F ارائه می کند. در پایان، خواهید دانست که چه چیزی را باید مشخص کنید، چه چیزی را تأیید کنید، و چه سوالاتی را قبل از سفارش تجهیزات بپرسید.

آنچه که نمایه چاه را برای انتخاب تجهیزات شناور تعریف می کند

پروفیل چاه مجموعه ای از ویژگی های هندسی و عملیاتی است که نحوه اجرا و سیمان شدن پوشش را تعیین می کند. مهمترین عناصر برای انتخاب تجهیزات شناور، مسیر، عمق، دما، فشار و سیالاتی است که تجهیزات با آنها تماس خواهند گرفت.

محدوده مسیر از حفاری عمودی تا انحرافی تا افقی و حفاری با دسترسی گسترده (ERD). با افزایش شیب، اصطکاک افزایش می‌یابد، فشارهای موجی رفتار متفاوتی دارند و پوشش ممکن است در حین کار بچرخد، که همه اینها بر نحوه بارگیری دریچه‌های شناور قبل از شروع سیمان‌کاری تأثیر می‌گذارد. چرخش، رفت و برگشت و تلفات گل در حین اجرا تعیین می کند که شیرها قبل از شروع کار سیمان چقدر سنگین اعمال می شوند. عمق و دما بسته سرویس را تنظیم می کند: دمای استاتیک سوراخ پایین در چاه های معمولی زیر 250 درجه فارنهایت قرار می گیرد، در حالی که چاه های HPHT می توانند به 350 تا 400 درجه فارنهایت و بالاتر برسند، که هم مواد مهر و موم و هم نیاز به آزمایش صلاحیت چرخه دما را بر اساس API Spec 10F و ISO 10427-2 ایجاد می کند.

فشار بعد دوم است. درجه بندی فشار دیفرانسیل برای تجهیزات شناور معمولاً از 5000 psi تا 10000 psi تا 15000 psi برای سخت‌ترین طرح‌ها متغیر است. مقدار مربوطه حداکثر فشار برگشتی است که دریچه شناور باید نگه دارد، که توسط اختلاف هیدرواستاتیکی بین حلقه و قسمت داخلی بدنه هنگام توقف پمپاژ تنظیم می شود که توسط اثرات U-tubing تقویت می شود. شرایط سازند عوامل خطر را اضافه می کند: مناطق با گردش از دست رفته هیدرولیک را تغییر می دهند، خطر مهاجرت گاز به دریچه ای نیاز دارد که فوراً ثابت و نگه دارد، و تولید H2S یا CO2 به مواد منطبق با NACE MR0175 / ISO 15156 نیاز دارد. چاه های دریایی هزینه لجستیک، فضای محدود عرشه و نرخ دکل ساعتی را اضافه می کنند که انتخاب صحیح برای اولین بار ضروری است.

طراحی سیستم سیمانی پروفیل را تکمیل می کند. دوغاب کلاس G 15.8 پی پی جی خط پایه است، سیستم های وزن دار با هماتیت یا اکسید منگنز به 17 تا 20 پی پی جی می رسد و دوغاب های سبک وزن یا فوم به 10 تا 12 پی پی جی کاهش می یابد. بالاتر از حدود 230 درجه فارنهایت، 35٪ آرد سیلیس برای جلوگیری از پسرفت قدرت اضافه می شود. هر یک از این انتخاب ها بر فرسایش، بارگیری مواد جامد و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی تجهیزات شناور تأثیر می گذارد.

چرا پروفیل های چاه های مختلف به تجهیزات شناور متفاوتی نیاز دارند

خرید تجهیزات شناور از فهرست سهام عمومی وسوسه انگیز است، زیرا ابزارها شبیه به هم هستند، اما تفاوت ها دقیقاً زمانی ظاهر می شوند که اهمیت دارند: در هنگام کارکرد محفظه، هنگام برآمدگی پلاگین برف پاک کن، و در ساعات پس از خاموش شدن پمپ. در یک بخش افقی طولانی، یک کفش شناور معمولی برای کنترل فشارهای موجی، به آهستگی دویدن را مجبور می‌کند، در حالی که طراحی پرکننده خودکار بدنه را به‌طور خودکار پر می‌کند و باعث صرفه‌جویی در ساعت‌ها می‌شود. در یک چاه HPHT، یک صندلی الاستومری که هرگز با دمای چرخه نشده است، ممکن است در دمای سوراخ پایین نشت کند، حتی اگر 10000 psi روی قفسه آزمایشی نگه داشته شود. در یک چاه مهاجرت گاز، یک سوپاپ منفرد که نتواند در جای خود قرار بگیرد، حلقه تخلیه شده و کار سیمان در خطر است.

دو مورد متضاد را در نظر بگیرید. در یک چاه توسعه عمودی 4000 فوتی با ساختارهای پایدار، یک کفش شناور معمولی با یک سوپاپ، مهر و موم NBR و بدنه آلومینیومی یک پاسخ اثبات شده و اقتصادی است. در یک چاه گازی عمیق HPHT با یک رشته میانی 9-5/8 اینچ، همان پیکربندی غیرقابل دفاع خواهد بود: طراحی به یک یقه شناور و کفش شناور با دریچه‌های اضافی، مهر و موم‌های FKM یا HNBR واجد شرایط با چرخه حفاظتی دما، درجه‌بندی فشار 10000 psirry بالا، نرخ سرامیک یا بالاتر است. در فراساحل، مخاطرات بیشتر افزایش می‌یابد زیرا هزینه‌های مداخله چند برابر می‌شود و زمان دکل ساعت به ساعت شارژ می‌شود، بنابراین انتخاب مبتنی بر پروفایل به سادگی ارزان‌ترین راه برای خرید قابلیت اطمینان است.

انتخاب مبتنی بر نمایه چهار مزیت دارد:

• رتبه بندی هایی که با بار مطابقت دارند.درجه بندی فشار و دما، 5000 تا 15000 psi و حداکثر 350 تا 400 درجه فارنهایت یا بالاتر، به‌جای میانگین بروشور فروش، برای فراتر از دمای واقعی و دمای سوراخ پایین انتخاب می‌شوند.
• تصحیح افزونگی دریچهکفش‌های شناور تک سوپاپ به چاه‌های کم خطر خدمت می‌کنند، در حالی که آرایش‌های دو سوپاپ، یقه شناور با کفش شناور، از چاه‌هایی محافظت می‌کنند که عواقب جریان برگشتی آن‌ها شدید است، مانند مهاجرت گاز، HPHT، و توسعه‌های دریایی.
• اجرای اجرا در مسیر تنظیم شده است.کفش‌ها و یقه‌های شناور پرکننده خودکار فشار افزایش و زمان پر شدن را در چاه‌های افقی و ERD کاهش می‌دهند، در حالی که تجهیزات معمولی برای کاربردهای کم عمق و عمودی مناسب هستند.
• مواد و مهر و موم مطابق با طرح های شیمی و حفاری.بدنه های چدن، آلومینیوم، ترموست و سرامیک، همراه با مهر و موم های NBR، FKM، یا HNBR، برای محدودیت های دما، ترش بودن، فرسایش و حفاری هر چاه انتخاب می شوند.

نتیجه این است که زمان غیرمولد کمتر، کارهای سیمانی اصلاحی کمتر، و عملیات سیمان کاری که به جای مبارزه با آن، با طرح چاه مطابقت دارد. در عمل، اپراتورهایی که انتخاب را در نمایه چاه استاندارد می‌کنند، خرابی‌های مربوط به شناور کمتری را در برنامه‌های حفاری خود و موجودی انبار ساده‌تر مشاهده می‌کنند، زیرا هر نمایه به یک مشخصات تجهیزات تعریف‌شده نگاشت می‌شود.

نحوه انتخاب گام به گام تجهیزات شناور

مراحل زیر را به ترتیب انجام دهید. هر مرحله زمینه را محدود می کند تا زمانی که پیکربندی باقی مانده را بتوان با اطمینان مشخص کرد.

مرحله 1: داده های چاه را جمع آوری کنید

عمق اندازه‌گیری شده و عمق عمودی واقعی، دمای استاتیکی سوراخ پایین، فشار منفذ و فشار شکست، مسیر با حداکثر شیب، اندازه‌ها و وزن بدنه، و سیستم سیمانی برنامه‌ریزی‌شده، از جمله چگالی و مواد افزودنی را جمع آوری کنید. حداکثر فشار دیفرانسیل را که تجهیزات شناور باید نگه دارد و نرخ جابجایی مورد انتظار را ثبت کنید. این مجموعه داده ورودی هر تصمیم بعدی است، بنابراین قبل از تماس با تامین کنندگان آن را تکمیل کنید. نرخ‌های گردش و جابجایی برنامه‌ریزی‌شده را به‌علاوه هرگونه مشکل سوراخ شناخته‌شده، مانند تلفات یا نقاط تنگ، که می‌تواند بر فشار موج تأثیر بگذارد، لحاظ کنید.

مرحله 2: اندازه، اتصال و مکان را ثابت کنید

تجهیزات را با پوشش مطابقت دهید: قطرهای بیرونی از 4-1/2 اینچ تا 20 اینچ، با اتصالات در API LTC، STC، BTC، یا رشته‌های ممتاز که رشته مورد نیاز است. قطر رانش را تأیید کنید تا شاخه ها و ابزارهای برف پاک کن آزادانه عبور کنند. محل قرارگیری را در جدول تعیین کنید: یقه شناور معمولاً یک تا سه مفصل بالای کفش قرار می‌گیرد، معمولاً دو مفصل، و یک مسیر کفش به طول 20 تا 90 فوت باقی می‌ماند که بعد از کار سوراخ می‌شود. همچنین به وزن بدنه و درجه آن توجه کنید، زیرا تجهیزات باید با همان گشتاور و روش های حمل و نقل مانند بقیه رشته ساخته شوند.

مرحله 3: پیکربندی یک سوپاپ یا دو سوپاپ را انتخاب کنید

برای چاه های کم عمق و کم خطر با دمای متوسط، یک کفش شناور تک شناور با یک شیر فشار معکوس اغلب کافی است. برای چاه های عمیق، HPHT، مهاجرت گاز، یا چاه های دریایی، یک یقه شناور و یک کفش شناور یا یک طوقه دو سوپاپ نصب کنید، بنابراین دو عنصر آب بندی مستقل از سیمان محافظت می کنند. اگر یکی از عناصر در حین اجرا آسیب ببیند یا در جای خود قرار نگیرد، دومی همچنان از جریان برگشتی سیمان و لوله U جلوگیری می کند. بسیاری از اپراتورها همچنین شیر دوم را به عنوان محافظت در برابر زباله هایی که دریچه اول را در هنگام گردش باز نگه می دارند، تلقی می کنند.

مرحله 4: بین پر کردن خودکار و تجهیزات معمولی تصمیم بگیرید

در چاه‌های افقی و ERD، تجهیزات شناور پرکننده خودکار اجازه می‌دهند بدنه به‌طور خودکار در حین دویدن پر شود، فشار موج در برابر سازندهای ضعیف را کاهش می‌دهد و در زمان پر کردن صرفه‌جویی می‌کند. کفش‌های شناور معمولی ساده‌تر هستند و در جاهایی ترجیح داده می‌شوند که فاصله‌ها تنگ است، روش‌های کنترل چاه به پر کردن کنترل‌شده نیاز دارد، یا جایی که زباله‌ها ممکن است مکانیسم‌های پر کردن را مسدود کنند. اطمینان حاصل کنید که شیر پرکننده خودکار به طور قابل اعتماد در عمق برنامه ریزی شده بسته می شود تا تجهیزات در طول سیمان کاری فشار خود را حفظ کنند. بررسی کنید که میزان پر شدن با سرعت اجرای برنامه ریزی شده و ویژگی های گل سازگار باشد.

مرحله 5: مواد، مهر و موم ها و رتبه های تایید شده را انتخاب کنید

الاستومر را بر اساس دما و مواد شیمیایی غربال کنید: NBR برای سرویس عمومی زیر تقریباً 250 درجه فارنهایت، FKM برای سرویس در دمای 350 تا 400 درجه فارنهایت، و HNBR که در آن گرما با H2S ترکیب می‌شود، همه با پشتیبانی NACE MR0175 / ISO 15156 در چاه‌های ترش. مواد بدنه را با توجه به صرفه و استحکام حفاری انتخاب کنید: چدن برای چاه‌های عمیق، کامپوزیت‌های آلومینیوم و گرماسخت برای حفاری سریع، و صندلی‌های سرامیکی که در آن دوغاب‌های ساینده باعث فرسایش می‌شوند. در نهایت، نیاز به شواهد آزمون در سطح واحد بر اساس API Spec 10F و ISO 10427-2، از جمله آزمایش‌های آب‌بندی مایع و چرخه دما در شرایط رتبه‌بندی‌شده. از تامین کننده بخواهید که گشتاور آرایشی توصیه شده و هر گونه محدودیت جابجایی برای تجهیزات انتخاب شده را تایید کند.

سوالات متداول

کدام تجهیزات شناور برای یک چاه عمودی کم عمق معمول است؟

یک کفش شناور تکی با یک شیر فشار برگشتی معمولی معمولا برای چاه های عمودی کم عمق و کم فشار کافی است. دماهای متوسط ​​به آب‌بندی‌های NBR اجازه می‌دهند و بدنه‌های آلومینیومی یا گرماسخت قابل حفاری، حفاری را سریع نگه می‌دارند. هنگامی که اپراتور مانع دوم می خواهد یا زمانی که مسیر کفش کوتاه است، یقه شناور اضافه می شود.

چه زمانی باید یک کفش شناور پرکننده خودکار انتخاب کنم؟

کفش‌های شناور پرکننده خودکار انتخاب مناسبی برای بخش‌های بلند افقی و ERD هستند، که در آن فشار موج بر روی سازندهای ضعیف را کاهش می‌دهند و در زمان صرف شده برای پر کردن بدنه به صورت دستی صرفه‌جویی می‌کنند. آنها همچنین در فواصل بدون بالابر در آبهای عمیق کمک می کنند. اطمینان حاصل کنید که مکانیسم پر کردن به طور قابل اعتماد در عمق برنامه ریزی شده بسته می شود و برنامه چاه اجازه پر کردن کنترل شده را می دهد.

چگونه بین ترتیبات تک سوپاپ و دو سوپاپ تصمیم بگیرم؟

هنگامی که عواقب جریان برگشتی جزئی است و چاه کم خطر است، از یک شیر استفاده کنید. ترتیبات دو سوپاپ، یقه شناور با کفش شناور یا یقه دو سوپاپ، برای چاه های عمیق، HPHT، مهاجرت گاز، و چاه های دریایی را انتخاب کنید که در آن نشتی به معنای سیمان کردن یا کشیدن رشته است. افزونگی در مقایسه با یک کار سیمانی اولیه ناموفق ارزان است.

چه اندازه های پوشش و اتصالات موجود است؟

تجهیزات شناور برای پوشش از 4-1/2 اینچ تا 20 اینچ ساخته می شوند که رایج ترین آنها 5-1/2 اینچ، 7 اینچ، 9-5/8 اینچ و 13-3/8 اینچ است. اتصالات شامل API LTC، STC و BTC و همچنین رشته‌های پریمیوم است. تجهیزات باید دقیقاً با وزن بدنه، قطر دریفت و اتصال مطابقت داشته باشند، بنابراین مشخصات کامل پوشش را با تامین کننده تأیید کنید.

چگونه یک نمایه HPHT انتخاب را تغییر می دهد؟

چاه های HPHT به تجهیزات درجه بندی شده برای دمای واقعی سوراخ پایین و فشار دیفرانسیل، اغلب 10000-15000 psi و 350-400 درجه فارنهایت یا بالاتر نیاز دارند. ترکیبات مهر و موم به FKM یا HNBR منتقل می‌شوند، صلاحیت باید شامل تست‌های آب‌بند مایع چرخه‌شده با درجه حرارت به ازای API Spec 10F باشد، و افزونگی دو سوپاپ استاندارد است زیرا هزینه خرابی بسیار زیاد است.

آیا چاه های افقی و ERD به بدنه یا آب بند متفاوتی نیاز دارند؟

بدنه و مهر و موم ممکن است مانند چاه‌های عمودی باشند، اما شرایط اجرا متفاوت است: قرار گرفتن طولانی‌تر در معرض گل و لای پر از قلمه، فشارهای افزایشی بالاتر و چرخش احتمالی در حین دویدن. عملکرد پر کردن خودکار، هندسه شیر مقاوم در برابر آوار و نشیمنگاه‌های مقاوم در برابر فرسایش، همراه با اتصالات پوششی که برای بارهای خمشی در منحنی درجه بندی شده‌اند، بیشترین اهمیت را دارند.

نتیجه گیری

انتخاب تجهیزات شناور سیمانی یک توالی تصمیم گیری است، نه جستجوی کاتالوگ. با مشخصات چاه شروع کنید: مسیر، عمق، دما، فشار، خطرات تشکیل و سیستم سیمانی. اندازه، اتصال و محل قرارگیری را در جدول ثابت کنید، سپس افزونگی دریچه، عملکرد پر کردن خودکار، مواد بدنه و ترکیب آب بندی را در برابر آن نمایه انتخاب کنید. چاه های عمودی کم عمق با یک کفش شناور معمولی از نظر اقتصادی کار می کنند. چاه‌های افقی، HPHT، مهاجرت گاز، و چاه‌های دریایی ویژگی‌های پر کردن خودکار، دریچه‌های دوتایی، آب‌بندی در دمای بالا و اجزای مقاوم در برابر فرسایش را توجیه می‌کنند. مبنای انتخاب را مستند کنید و آن را با تیم سیمان‌کاری به اشتراک بگذارید تا نرخ جابجایی، شاخه‌های برف پاک کن و روش‌های آزمایش با تجهیزات نصب‌شده همخوانی داشته باشند. در کل، شواهد آزمون در سطح واحد تقاضا بر اساس API Spec 10F و ISO 10427-2. مهندسان برنامه ما می توانند از طریق این فرآیند انتخاب با داده های چاه شما کار کنند و پیکربندی یقه شناور و کفش شناور را توصیه کنند که با برنامه پوشش، پاکت عملیاتی و بودجه شما مطابقت داشته باشد.