انتخاب تجهیزات شناور سیمانی برای چاه های فشار بالا و دمای بالا

انتخاب تجهیزات شناور سیمانی برای چاه های فشار بالا و دمای بالا به چیزی بیش از انتخاب بزرگترین شیر در قفسه نیاز دارد. محیط‌های HPHT - که معمولاً با دمای پایین‌چاله‌های بالاتر از حدود 300 درجه فارنهایت (150 درجه سانتی‌گراد) و فشارهای بالای 10000 psi تعریف می‌شوند، اگرچه تعاریف متفاوت است - الاستومرها، صندلی‌ها و بدنه‌های معمولی را به حد مجاز می‌رسانند. ابزارهای استانداردی که برای سرویس متوسط ​​رتبه بندی شده اند، می توانند در معرض گرمای پایدار و بارهای دیفرانسیل شدید نرم شوند، تخریب شوند یا نشت کنند. کفش‌های شناور، یقه‌های شناور و شیرهای شناور با درجه HPHT از سیستم‌های آب‌بندی با دمای بالا، بدنه‌های قوی‌تر و اتصالات ممتاز، با درجه‌بندی‌های تفاضلی تا ۱۵۰۰۰ psi و درجه‌بندی دمای ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه فارنهایت یا بالاتر استفاده می‌کنند. دوغاب هایی با وزن 17 تا 20 پی پی جی با افزودنی های هماتیت یا منگنز به سایش و بار هیدرواستاتیکی اضافه می کنند، در حالی که چاه های ترش H2S و CO2 را معرفی می کنند که به مواد منطبق با NACE MR0175 / ISO 15156 نیاز دارند. این راهنما توضیح می‌دهد که چه تغییراتی در چاه‌های HPHT، چرا ابزارهای استاندارد کوتاه می‌آیند، و چگونه می‌توان تجهیزات شناور را که فشار و دما را در کل عملیات سیمان‌کاری نگه می‌دارند، انتخاب و واجد شرایط انتخاب کرد.

چه چیزی چاه های HPHT را برای تجهیزات شناور متفاوت می کند

چاه HPHT با ترکیبی از گرما و فشار تعریف می شود که اکثر تجهیزات معمولی هرگز برای تحمل آن طراحی نشده اند. اگرچه تعاریف اپراتور متفاوت است، سرویس HPHT معمولاً به معنای دمای استاتیک پایین چاله بالاتر از حدود 300 درجه فارنهایت (150 درجه سانتیگراد) با فشار منفذی بیش از 10000 psi است. برخی از طبقه بندی ها تا 350 درجه فارنهایت و 15000 psi گسترش می یابند، و پروژه های HPHT شدید فراتر می روند. در این شرایط رفتار هر ماده ای تغییر می کند. الاستومرهایی که در دمای 200 درجه فارنهایت کاملاً آب بندی می شوند خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهند و در دمای 350 درجه فارنهایت تحت فشار قرار می گیرند. بدنه‌ها و صندلی‌های فولادی نرم می‌شوند و در صورت تجاوز از حد دما، درجه‌بندی فشار معنای خود را از دست می‌دهد. ترکیبات رزوه، حلقه های مهر و موم و حتی خود سیمان رفتار متفاوتی دارند: بیش از حدود 230 درجه فارنهایت، سیمان به 35 درصد آرد سیلیس نیاز دارد تا از پسرفت استحکام جلوگیری کند، و دوغاب های با دمای بالا اغلب به 17 تا 20 پی پی جی وزن می دهند تا فشارهای منفذی بالا را کنترل کنند.

به طور خاص برای تجهیزات شناور، پوشش عملیاتی با دو عدد تعریف می شود: فشار دیفرانسیل نامی و دمای نامی. امتیاز دیفرانسیل - معمولاً 5000 psi برای سرویس استاندارد، 10000 psi برای چاه‌های عمیق‌تر و تا 15000 psi برای طرح‌های HPHT - حداکثر اختلاف فشار معکوس است که شیر بسته نگه می‌دارد. درجه بندی دما، معمولاً 350 تا 400 درجه فارنهایت برای درجه های درجه حرارت بالا، با ابزارهای تخصصی موجود بالای 450 درجه فارنهایت، منعکس کننده محدودیت عملکرد مداوم سیستم آب بندی و مواد بدنه است. هر دو درجه بندی باید با هم در نظر گرفته شوند: ابزاری که برای 10000 psi در 200 درجه فارنهایت رتبه بندی شده است ممکن است تفاوت یکسانی در 400 درجه فارنهایت نداشته باشد.

چاه های HPHT همچنین بارهایی را که تجهیزات باید قبل از آب بندی شیر دوام بیاورند را تغییر می دهند. پوشش از سوراخ های باریک و داغ عبور می کند. دوغاب متراکم و ساینده است. فشار جابجایی بیشتر است. و دیفرانسیل لوله U پس از قرار دادن به دلیل ستون های دوغاب سنگین بزرگتر است. کنترل مهاجرت گاز حیاتی می شود زیرا گاز فشار بالا می تواند در حالی که سیمان در حال انتقال است وارد حلقه شود. هر یک از این عوامل تجهیزات شناور را به حد طراحی خود نزدیک می کند، به همین دلیل است که خدمات HPHT نیاز به تجهیزات انتخاب، واجد شرایط و مستندسازی برای پوشش چاه خاص دارد.

در نهایت، HPHT اغلب به معنای شیمی خصمانه است. چاه‌های ترش حاوی سولفید هیدروژن به مواد واجد شرایط NACE MR0175 / ISO 15156 برای مقاومت در برابر ترک‌خوردگی استرس سولفیدی نیاز دارند، در حالی که آب نمک‌های CO2 و کلرید بالا متالورژی مقاوم در برابر خوردگی و انتخاب مهر و موم را هدایت می‌کنند. تجهیزات شناور نه تنها باید از کار سیمان بلکه در طول عمر چاه دوام بیاورند.

چرا تجهیزات شناور استاندارد در چاه های HPHT کوتاه می شوند؟

خرید تجهیزات شناور استاندارد برای چاه HPHT یک قمار با مهمترین مانع در کار سیمان کاری اولیه است. ممکن است خرابی در حین کار ظاهر نشود: سوپاپ می‌تواند جابجایی را رد کند، دوشاخه می‌تواند ضربه بزند، و ساعت‌ها بعد هنگامی که دما در ابزار فرو می‌رود و الاستومر مهر و موم خود را از دست می‌دهد، نشتی ایجاد می‌شود. در آن زمان ستون سیمان در حال سقوط است، گاز در حال مهاجرت است، و اپراتور به دنبال یک کار فشرده در چاهی است که ده ها هزار دلار در روز هزینه دارد.

فیزیک نابخشودنی است. در دمای 350 درجه فارنهایت، یک مهر و موم الاستومری استاندارد می تواند بیش از نیمی از نیروی آب بندی خود را از دست بدهد. در دیفرانسیل 15000 psi، هر نقصی در سرتاسر صندلی به یک مسیر نشتی با سرعت بالا تبدیل می شود که با شروع جریان به سرعت فرسایش می یابد. طرح‌های دارای رتبه HPHT با نواحی آب‌بندی بزرگ‌تر، سیستم‌های آب‌بندی پرانرژی، و هندسه‌های صندلی که جریان فرسایشی را از بین می‌برند، جبران می‌کنند.

تجهیزات شناور دارای رتبه HPHT بر اساس چهار الزام طراحی شده اند که ابزارهای استاندارد اغلب نمی توانند آنها را برآورده کنند:

• سیستم های آب بندی با دمای بالاالاستومرهای استاندارد بالاتر از دمای نامی خود انعطاف‌پذیری را از دست می‌دهند، فشرده‌سازی می‌شوند و پس از سرد شدن ابزار یا معکوس شدن دیفرانسیل، نشت می‌کنند. طرح‌های HPHT از الاستومرهای پیشرفته‌ای مانند پرفلوئوروالاستومر یا پیکربندی‌های صندلی فلز به فلز استفاده می‌کنند که مهر و موم مثبت را در دمای 350 تا 400 درجه فارنهایت و بالاتر حفظ می‌کنند، با درجه‌های تخصصی موجود برای دماهای بالاتر.
• رتبه های دیفرانسیل بالاتردوغاب‌های سنگین 17 تا 20 pg و ستون‌های عمیق، دیفرانسیل‌های معکوس ایجاد می‌کنند که ابزارهای 5000 psi را تحت تأثیر قرار می‌دهند. یقه‌های شناور و کفش‌های شناور HPHT دارای 10000 یا 15000 psi هستند و با آزمایش API Spec 10F / ISO 10427-2، از جمله چرخه دما که ثابت می‌کند مهر و موم هنگامی که ابزار داغ است، واجد شرایط است.
• مواد خوردگی و ترش سرویس.H2S، CO2 و آب نمک داغ به فولادهای بدنه معمولی حمله کرده و فلزات را آب بندی می کنند. تجهیزات HPHT برای چاه های ترش از مواد انتخاب شده بر اساس NACE MR0175 / ISO 15156 و تزئینات مقاوم در برابر خوردگی استفاده می کنند تا شیر در طول عمر چاه استحکام و آب بندی خود را حفظ کند.
• بدنه قوی و اتصالات درجه یک.بارهای ترکیدگی و فروپاشی زیاد، رشته های سنگین، و شیوه های دویدن تهاجمی نیازمند بدنه های ضخیم تر و اتصالات محافظت شده هستند. رزوه های ممتاز که به درستی ساخته شده اند، یکپارچگی فشار رشته پوشش را در تجهیزات شناور دست نخورده نگه می دارند.

هزینه انجام این اشتباه فقط به مسیر کفش محدود نمی شود. شکست دریچه شناور در یک چاه HPHT می تواند به معنای فشار پایدار بدنه، مهاجرت گاز به پشت لوله، از بین رفتن سوراخ چاه یا یک مسیر فرعی چند میلیون دلاری باشد. تجهیزات شناور HPHT یک گزینه لوکس نیست. حداقل سد قابل قبول برای چاه هایی است که فشار و دمای آنها بیش از حد ابزار استاندارد است. اسناد صلاحیت - از جمله گزارش‌های آزمایش و گواهی‌های مواد - باید قبل از پذیرش تجهیزات در دکل بررسی شوند، زیرا پاکتی که اهمیت دارد همان است که توسط چاه واقعی تعریف شده است، نه بروشور.

نحوه انتخاب و واجد شرایط بودن تجهیزات شناور برای سرویس HPHT

انتخاب تجهیزات شناور HPHT یک فرآیند پنج مرحله‌ای است: با داده‌های چاه شروع می‌شود، از طریق صلاحیت مهندسی حرکت می‌کند و با سخت‌افزار مستند و تأیید شده در دکل پایان می‌یابد. در سرویس HPHT هر جزء بخشی از مانع فشار است، بنابراین تجهیزات شناور مستحق همان سختی تجهیزات سرچاهی هستند.

ابتدا پاکت چاه را تعریف کنید

انتخاب با چاه شروع می شود نه کاتالوگ. اندازه و وزن بدنه، نوع اتصال، عمق کفش، دمای استاتیک و در گردش ته چاله، فشار منفذ و شکست، و برنامه کامل سیمان کاری - چگالی دوغاب، مواد افزودنی، نرخ جابجایی، و فشار برآمدگی مورد انتظار را جمع آوری کنید. دوغاب برای فواصل HPHT معمولاً بین 17 تا 20 pg یا بالاتر وزن دارند که هم بار هیدرواستاتیک و هم سایندگی را افزایش می دهد. از این ورودی‌ها، حداکثر دیفرانسیل معکوس را که تجهیزات شناور باید داشته باشد، محاسبه کنید: اختلاف فشار هیدرواستاتیک سنگین‌ترین ستون دوغاب داخل بدنه و ستون حلقوی مقابل ابزار. این مقدار، به اضافه یک حاشیه ایمنی، حداقل امتیاز دیفرانسیل را تعیین می کند.

رتبه بندی دما را در برابر شرایط واقعی ته چاه بررسی کنید

درجه حرارت هر جزء - عنصر شیر، آب بند و بدنه - را در برابر دمای استاتیک مورد انتظار ته چاله، نه صرفاً دمای گردش در حین کار، تأیید کنید. ابزارهای استاندارد معمولاً در حدود 250-300 درجه فارنهایت درجه بندی می شوند. درجه حرارت بالا 350-400 درجه فارنهایت را پوشش می دهد و طرح های تخصصی فراتر از 450 درجه فارنهایت است. مهر و موم باید در چرخه حرارتی کامل زنده بماند: گرم شدن در طول گردش، خیساندن در دمای ساکن در حالی که سیمان گیر می کند، و پس از آن خنک می شود. از تأمین‌کننده بپرسید که چگونه رتبه‌بندی تأیید شده است و قبل از تأیید سفارش، داده‌های چرخه دما را از برنامه صلاحیت API Spec 10F و ISO 10427-2 آن بررسی کنید.

رتبه بندی فشار، طراحی سوپاپ و اتصال را مطابقت دهید

یک رتبه بندی دیفرانسیل (5000، 10000 یا 15000 psi) انتخاب کنید که از بارهای لوله U محاسبه شده و آزمایش با حاشیه بیشتر باشد. معماری سوپاپ را برای این کار انتخاب کنید: دریچه‌های فلپر مناطق عبوری بزرگی را برای جابجایی کارآمد فراهم می‌کنند، طرح‌های توپ و صندلی و مخروطی زباله‌ها را بهتر تحمل می‌کنند، و آرایش دو سوپاپ - کفش شناور سوپاپ دار به علاوه یقه شناور سوپاپ دار با فاصله یک تا سه اتصال از هم - باعث افزایش خطر بیشتر می‌شود. اطمینان حاصل کنید که اتصالات، اعم از API LTC، STC، BTC، یا Premium، با رشته پوشش مطابقت دارند و بررسی کنید که رتبه بندی ترکیدگی و فروپاشی ابزار با طراحی بدنه کفش سازگار است.

آدرس خدمات ترش و مورد نیاز خوردگی

اگر چاه حاوی سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن یا آب نمک داغ است، موادی را مشخص کنید که NACE MR0175 / ISO 15156 را برای سرویس ترش برآورده می کند. سختی، شیمی، و عملیات حرارتی اجزای بدنه و تریم را بررسی کنید، و مهر و موم هایی را انتخاب کنید که هم در برابر حرارت بالا و هم در برابر حملات شیمیایی مقاومت می کنند - الاستومرهای پیشرفته برای خدمات عمومی HPHT، که با صندلی های فلز به فلز که در آن الاستومرها نمی توانند زنده بمانند، پشتیبانی می کنند. قبل از ارسال تجهیزات به انبار شما یا دکل، گواهی مواد را درخواست کنید و تأیید کنید که اسناد با استانداردهای لازم مطابقت دارد.

واجد شرایط بودن از طریق مستندات، آزمایش، و بررسی Wellsite

از تامین‌کننده بخواهید که خلاصه صلاحیت API Spec 10F / ISO 10427-2، گزارش‌های تست پذیرش کارخانه و گواهی‌های مواد را ارائه کند. در دکل، بررسی های ضروری را تکرار کنید: عملکرد عنصر سوپاپ، وضعیت نشیمنگاه و آب بندی، حفاظت از رزوه، و تأیید اینکه اندازه، اتصال و رتبه بندی با سفارش خرید و برنامه چاه مطابقت دارند. ابزارها را روی قفسه‌های تمیز و به دور از گرما، رطوبت و ضربه نگهداری کنید، که می‌تواند قبل از کارکردن تجهیزات به مهر و موم آسیب برساند. هنگامی که اعداد مستند شدند و بررسی ها کامل شد، تجهیزات شناور آماده تکمیل رشته هستند.

سوالات متداول

قلاده های شناور HPHT به چه درجه حرارتی نیاز دارند؟

درجه بندی باید دمای استاتیک ته چاله مورد انتظار را پوشش دهد، نه فقط دمای گردش را. یقه های شناور با دمای بالا معمولاً بین 350 تا 400 درجه فارنهایت درجه بندی می شوند، با طرح های تخصصی فراتر از 450 درجه فارنهایت. سیستم آب بند، به جای بدنه فولادی، معمولاً حد را تعیین می کند، بنابراین قبل از سفارش، رتبه الاستومر یا مهر و موم فلزی را با تأمین کننده تأیید کنید.

چه رتبه فشاری برای تجهیزات شناور HPHT لازم است؟

این بستگی به دیفرانسیل معکوس محاسبه شده از سنگین ترین ستون دوغاب و سیالات حلقوی دارد. رتبه بندی های تجاری از 5000 تا 15000 psi متغیر است و برنامه های HPHT معمولاً 10000 psi یا بالاتر را مشخص می کنند. یک رتبه بالاتر از بدترین حالت دیفرانسیل لوله U به اضافه یک حاشیه انتخاب کنید و انتخاب را با داده های واجد شرایط API Spec 10F / ISO 10427-2 تأیید کنید.

آیا درزگیرهای الاستومری استاندارد بالای 300 درجه فارنهایت مناسب هستند؟

به طور کلی خیر الاستومرهای معمولی خاصیت ارتجاعی خود را از دست می دهند و فشار را بالاتر از دمای نامی خود قرار می دهند، بنابراین آب بندی که در دمای 250 درجه فارنهایت کار می کند می تواند پس از ساعت ها خیساندن در دمای 350 درجه فارنهایت نشت کند. بنابراین تجهیزات شناور HPHT از الاستومرهای پیشرفته مانند پرفلوئوروالاستومر یا سیستم‌های صندلی فلز به فلز استفاده می‌کنند که نیروی آب‌بندی را از 350 تا 400 درجه فارنهایت و بالاتر حفظ می‌کنند.

آیا چاه های HPHT به تجهیزات شناور دو سوپاپ نیاز دارند؟

اکثر برنامه های HPHT یک کفش شناور سوپاپ دار به همراه یقه شناور سوپاپ دار را به عنوان تمرین استاندارد اجرا می کنند. افزونگی بیمه ارزان قیمت است: اگر یکی از دریچه ها در اثر آوار، فرسایش یا اثرات دما شکست بخورد، دومی همچنان می تواند ستون سیمان سنگین را نگه دارد. رشته‌های تک سوپاپ برای چاه‌های کم خطر که در آن پوشش دیفرانسیل و دما متوسط ​​است، رزرو شده است.

چرا NACE MR0175 / ISO 15156 مربوط به تجهیزات شناور است؟

این استانداردها الزامات مواد را برای تجهیزات در معرض سولفید هیدروژن تعریف می کنند. در چاه‌های HPHT ترش، فولادهای کربنی معمولی می‌توانند در اثر ترک‌خوردگی تنش سولفیدی از بین بروند، که یکپارچگی فشار تجهیزات شناور و رشته پوشش را از بین می‌برد. مشخص کردن مواد بدنه و تریم واجد شرایط NACE MR0175 / ISO 15156 مانع از کار سیمانی در طول عمر چاه می شود.

تجهیزات شناور HPHT چگونه واجد شرایط و آزمایش می شوند؟

صلاحیت از API Spec 10F و ISO 10427-2 پیروی می‌کند که شامل تست‌های آب بندی مایع در فشار تفاضلی نامی، چرخه دما که گرمایش و سرمایش پایین چاله را شبیه‌سازی می‌کند، و چرخه عملکردی شیر است. تامین کنندگان گزارش های پذیرش کارخانه را برای هر ابزار صادر می کنند. قبل از پذیرش تجهیزات در دکل، این اسناد، به علاوه گواهی مواد را بررسی کنید.

نتیجه گیری

چاه های فشار بالا و دمای بالا جایی برای تجهیزاتی که احتمالاً به اندازه کافی خوب هستند باقی نمی گذارند. کفش شناور و یقه شناور در پایین مانع فشار قرار می گیرند و باید یک ستون سیمانی سنگین و داغ را در مقابل فشار دیفرانسیل معکوس ساعت ها نگه دارند تا سیمان گیر کند. انتخاب موضوع تطبیق چاه است: درجه بندی دمایی که شرایط استاتیک ته چاه را پوشش می دهد، درجه بندی تفاضلی که از بدترین بار لوله U فراتر می رود، مواد آب بندی که هم از گرما و هم در شیمی دوام می آورند، و بدنه ها و اتصالاتی که بارهای پوشش را حمل می کنند. واجد شرایط بودن API Spec 10F / ISO 10427-2، با NACE MR0175 / ISO 15156 که در آن سرویس ترش اعمال می شود، اسنادی را برای اثبات آن ارائه می دهد. قبل از سفارش از طریق پاکت با یک تامین کننده واجد شرایط کار کنید. با مهندسین کاربرد ما در مورد برنامه طراحی پوشش و سیمان کاری خود تماس بگیرید—آنها به شما کمک خواهند کرد تا تجهیزات شناور را که برای شرایطی که چاه شما واقعاً ارائه می دهد، انتخاب، واجد شرایط و تأیید کنید.