چگونه تجهیزات شناور سیمان از برگشت سیمان در حین ساخت چاه جلوگیری می کند

تجهیزات شناور سیمان یک مانع حیاتی در برابر برگشت سیمان در حین ساخت چاه است. کفش های شناور و یقه های شناور که در نزدیکی پایین رشته لوله نصب می شوند، دارای شیرهای ضد برگشت هستند که اجازه می دهند سیال در حین ورود و گردش به سمت پایین عبور کند، سپس هنگام توقف پمپاژ به طور خودکار بسته می شوند. بدون این محافظت، اثر لوله U - که ناشی از ستون سیمان متراکم تر در داخل لوله است - می تواند دوغاب را به سمت بالا سوق دهد و مسیر کفش را آلوده کند و لوله را در پایین بدون سیمان بگذارد. یک شیر شناور که به درستی انتخاب و آزمایش شده است، ستون سیمان را در جای خود نگه می دارد، یک شانه فرود برای پلاگ پاک کننده پایین فراهم می کند و از تکنیک های دویدن شناور و پر کردن خودکار پشتیبانی می کند. تجهیزات واجد شرایط API Spec 10F و ISO 10427-2 آب بندی قابل پیش بینی را در امتیازات دیفرانسیلی معمول 5000 تا 15000 psi ارائه می دهند. این مقاله توضیح می دهد که چگونه تجهیزات شناور سیمان از برگشت جلوگیری می کند، چرا این عملکرد برای جداسازی منطقه ای حیاتی است و چگونه تیم های حفاری می توانند از این ابزارها برای یک مسیر کفش خشک و ضد فشار در هر کار سیمان کاری اولیه استفاده کنند.

برگشت سیمان چیست و چگونه شیرهای شناور آن را متوقف می کنند؟

در طول سیمان کاری اولیه، دوغاب از طریق کفش به داخل لوله پمپ می شود و به سمت بالا در حلقه بالا می رود. در حالی که پمپ ها کار می کنند، فشار سیال را در یک جهت نگه می دارد. لحظه ای که پمپاژ متوقف می شود، تعادل هیدرواستاتیک تغییر می کند. دوغاب سیمان سنگین تر از سیال حفاری یا جداکننده ای است که جابجا کرده است؛ تراکم های معمول از 15.8 ppg برای سیمان کلاس G خالص تا 17-20 ppg برای سیستم های وزنی متغیر است. از آنجایی که دوغاب سنگین تر در داخل لوله باقی می ماند در حالی که سیال سبک تر حلقه بالای سیمان را اشغال می کند، ستون سمت لوله فشار بیشتری نسبت به آنچه حلقه می تواند مقاومت کند، اعمال می کند. این عدم تعادل که به عنوان اثر لوله U شناخته می شود، سعی می کند سیمان را به سمت بالا در لوله فشار دهد. هر دوغابی که به عقب می ریزد، مسیر کفش را آلوده می کند، پایین رشته را بدون سیمان می گذارد و می تواند جداسازی منطقه ای را برای طول عمر چاه به خطر بیندازد.

تجهیزات شناور سیمان از آن جریان معکوس جلوگیری می کند. این سیستم معمولاً شامل یک کفش شناور در پایین رشته و یک یقه شناور است که یک تا سه مفصل - معمولاً دو - بالاتر از کفش نصب می شود. هر دو حاوی یک شیر غیر برگشتی یا ضد برگشت هستند. طرح های رایج شامل شیر فلپر، یک دیسک فنری است که روی یک نشیمنگاه الاستومری بسته می شود؛ طرح توپ و نشیمنگاه، که در آن یک توپ روی یک نشیمنگاه مخروطی آب بندی می کند؛ و نوع مخروطی یا پیستونی، که از یک پاپت فنری استفاده می کند. در حین ورود و گردش، فشار سیال از بالا عنصر شیر را باز می کند تا گل از ابزار عبور کند. هنگامی که پمپاژ متوقف می شود و فشار معکوس می شود، عنصر به سرعت روی ناحیه آب بندی بسته می شود. از آنجایی که شیر یک چک یک طرفه است، ستون سیمان بالای تجهیزات شناور به دام افتاده و نمی تواند به عقب بیفتد.

تجهیزات شناور همچنین دو کار مکانیکی انجام می دهند. این شانه فرود برای پلاگ پاک کننده پایین در پایان جابجایی را فراهم می کند و ورود پلاگ فشار ضربه را تأیید می کند که نشان دهنده تکمیل کار است. کفش همچنین لوله را در حین ورود به چاه هدایت و محافظت می کند. فاصله لوله بین یقه شناور و کفش شناور، مسیر کفش است که معمولاً 20 تا 90 فوت است و پس از اتمام کار با سیمان پر می شود. این پلاگ سیمانی یک مانع دائمی است که بعداً هنگام ساخت تجهیزات از مواد قابل حفاری مانند چدن، آلومینیوم یا پلاستیک های ترموست تنظیم شده، حفاری می شود.

چرا جلوگیری از برگشت سیمان برای یکپارچگی چاه مهم است

شکست های کمی گران تر از یک مسیر کفش مرطوب است که پس از سفت شدن سیمان کشف می شود. اگر تجهیزات شناور آب بندی نشود، ستون دوغاب لحظه ای که پمپاژ متوقف می شود به عقب می ریزد و عواقب آن در طول تکمیل گسترش می یابد. سیمان داخل مسیر کفش توسط گل رقیق یا به سمت بالا رانده می شود و پایین لوله را بدون پشتیبانی می گذارد. تست های فشار-یکپارچگی شکست می خورند و چاه ممکن است نیاز به یک کار تزریقی ترمیمی داشته باشد - زمان اضافی دکل، مواد اضافی و تلاش دوم برای جداسازی که به ندرت قابل اعتمادترین مورد اول است.

ریزش سیمان همچنین چاه را در معرض مهاجرت گاز قرار می دهد. در حالی که دوغاب در مرحله انتقال از مایع به ژل است، گاز سازند می تواند وارد حلقه شود هر جا که فشار هیدرواستاتیک کمتر از فشار حفره باشد. یک شیر شناور آب بندی شده، سر هیدرواستاتیک کامل ستون سیمان را در طول زمان انتظار برای سیمان حفظ می کند و گاز را تا زمانی که دوغاب استحکام ژل و استحکام فشاری کافی برای مقاومت در برابر جریان ایجاد کند، نگه می دارد. در چاه های گاز کم عمق، این عملکرد واحد می تواند یک کفش خشک را از یک رویداد جدی کنترل فشار جدا کند.

برگشت همچنین غلاف سیمانی حلقه را تخریب می کند. هنگامی که دوغاب به عقب می ریزد و گل جایگزین آن در داخل لوله می شود، بالای سیمان در حلقه به طور متناسب کاهش می یابد و سیمان باقی مانده اغلب کانال دار یا آلوده می شود. نتیجه در لاگ های پیوند ضعیف، تولید آب یا گاز ناخواسته پشت لوله و فشار لوله پایدار برای طول عمر چاه ظاهر می شود.

معادله هزینه نیز به همان اندازه روشن است. یک تزریق ترمیمی واحد می تواند روزها زمان دکل به علاوه هزاران دلار سیمان، افزودنی ها و خدمات را مصرف کند. در مقابل، هزینه افزایشی یک پیکربندی شیر دوگانه که به درستی مشخص شده است - یک کفش شناور با شیر و یک یقه شناور با شیر - در مقایسه با محافظتی که ارائه می دهد، ناچیز است. به همین دلیل اپراتورها به طور معمول هر دو شیر را به عنوان یک مانع افزایشی اجرا می کنند: یک آب بندی ناموفق در کفش برای به خطر انداختن کل هدف سیمان کاری اولیه کافی است.

تجهیزات شناور سیمان که به درستی انتخاب، درجه بندی و اجرا می شوند، چهار مزیت قابل اندازه گیری را ارائه می دهند:

• بسته شدن فوری جریان معکوس: شیرهای ضد برگشت لحظه ای که فشار پمپ آزاد می شود بسته می شوند و ریزش دوغاب را به چند بشکه محدود می کنند تا صدها فوت ستون سیمان.
• فرود ایمن پلاگ: شانه یقه شناور در ضربه، پلاگ پاک کننده پایین را دریافت می کند و تأیید می کند که جابجایی کامل است و پلاگ را از فشار بیش از حد محافظت می کند.
• پشتیبانی هیدرواستاتیک در طول WOC: ستون سیمان به دام افتاده فشار را بر روی حلقه نگه می دارد و مهاجرت گاز و ورود سازند را در حالی که دوغاب استحکام ژل ایجاد می کند، کاهش می دهد.
• حفاری کارآمد: ابزارهای ماشین کاری شده از چدن، آلومینیوم یا پلاستیک های ترموست به سرعت با مته های PDC یا غلتکی حذف می شوند و حداقل زباله را در مسیر کفش باقی می گذارند.

برای مهندسان حفاری، سرپرستان سیمان کاری و تیم های تدارکات، پیام مستقیم است: کنترل برگشت، یک عملکرد جانبی تجهیزات شناور نیست - بلکه کار اصلی است. انتخاب پیکربندی شیر مناسب، تأیید درجه بندی فشار دیفرانسیلی در برابر بار مورد انتظار لوله U، و تأیید صلاحیت API Spec 10F و ISO 10427-2، یک ابزار آماده را به یک مانع قابل اعتماد در پایین رشته تبدیل می کند.

چگونه از تجهیزات شناور برای جلوگیری قابل اعتماد از برگشت استفاده کنیم

جلوگیری از برگشت قبل از کار سیمان کاری آغاز می شود و تنها زمانی به پایان می رسد که پلاگ ضربه خورده و آب بندی تأیید شود. این پنج روش را برای محافظت از عملکرد ضد برگشت تجهیزات شناور خود از انبار تا پلاگ پاک کننده انجام دهید.

پیکربندی و درجه بندی شیر را با برنامه چاه مطابقت دهید

زودتر تصمیم بگیرید که آیا رشته یک شیر یا پیکربندی ترجیحی دو شیر را حمل خواهد کرد: یک یقه شناور با شیر به علاوه یک کفش شناور با شیر، که معمولاً یک تا سه مفصل از هم فاصله دارند، با دو مفصل رایج ترین طرح و طول مسیر کفش حدود 20 تا 90 فوت. حداکثر دیفرانسیل معکوس که شیرها باید نگه دارند را تخمین بزنید - تفاوت بین فشار هیدرواستاتیک سنگین ترین ستون دوغاب در داخل لوله و ستون حلقه مقابل آن. سپس ابزارهایی را با درجه بندی بالاتر از آن مقدار انتخاب کنید؛ درجه بندی های دیفرانسیلی تجاری معمولاً از 5000 تا 15000 psi متغیر است. برای رشته های لوله بلند که زمان پر شدن نگران کننده است، تجهیزات شناور پر کننده خودکار به لوله اجازه می دهد تا در حین ورود از طریق یک دهانه کنترل شده پر شود، سپس قبل از سیمان کاری به یک شیر ضد برگشت استاندارد تبدیل می شود.

قبل از ورود به چاه، بازرسی و تست عملکرد انجام دهید

هر یقه شناور و کفش شناور را در محل چاه قبل از مونتاژ بازرسی کنید. تأیید کنید که عنصر شیر آزادانه حرکت می کند و به طور کامل به موقعیت بسته برمی گردد، نشیمنگاه ها و سطوح آب بندی را برای بریدگی، خراش یا زباله بررسی کنید و محافظ های نخ را تا زمانی که اتصال مونتاژ شود در جای خود نگه دارید. گواهی تست کارخانه را مرور کنید و تأیید کنید که تجهیزات الزامات API Spec 10F و ISO 10427-2 را برای اندازه، اتصال و درجه بندی برآورده می کنند. اکثر اپراتورها سپس لوله را با تجهیزات شناور نصب شده تست فشار می دهند تا قبل از ورود رشته به چاه، مانع ها را اثبات کنند.

ورود و گردش را برای محافظت از شیر کنترل کنید

سرعت دویدن باید به گونه ای مدیریت شود که فشارهای موج در محدوده برنامه ریزی شده باقی بمانند، به خصوص در سوراخ های تنگ یا شسته شده. در صورت عدم پر شدن طبیعی، لوله را طبق برنامه پر کنید - ابزارهای پر کننده خودکار این کار را در اندازه های بزرگ از 9-5/8 اینچ به بالا کاهش می دهند. در طول آماده سازی و گردش، نرخ ها را متوسط نگه دارید: سرعت بیش از حد از طریق تجهیزات شناور، نشیمنگاه ها و آب بندی ها را فرسایش می دهد، به خصوص زمانی که گل حاوی جامدات ساینده است. به یاد داشته باشید که هر دقیقه گردش، یک دقیقه جریان از طریق شیر است؛ هنگامی که چاه تمیز است، گردش را متوقف کرده و به کار سیمان کاری ادامه دهید.

با دقت جابجا کنید و پلاگ را به درستی ضربه بزنید

حجم های جابجایی را با دقت محاسبه کنید تا پلاگ پاک کننده پایین در لحظه برنامه ریزی شده روی یقه شناور فرود آید و پمپ ها، فشارها و برگشت ها را به طور مداوم به عنوان یک بررسی متقابل ردیابی کنید. هنگامی که پلاگ فرود می آید، فشار ضربه مشخصه تأیید می کند که مسیر کفش پر از سیمان است. فشار برنامه ریزی شده را برای زمان مشخص شده نگه دارید، اما هرگز از درجه بندی تجهیزات شناور یا حد انفجار لوله فراتر نروید. یک ضربه منظم از صندلی در برابر آسیب ضربه محافظت می کند و شیر را برای نگه داشتن ستون سیمان در طول کل دوره انتظار برای سیمان آماده می کند.

آب بندی را تأیید کنید و در طول انتظار برای سیمان نظارت کنید

پس از ضربه، فشار را به روشی کنترل شده تخلیه کنید و برای برگشت ها یا حرکت سیال که نشان دهنده شیر نشتی است، تماشا کنید. بسیاری از برنامه ها یک بررسی نهایی اضافه می کنند، لوله را در برابر شیر شناور بسته فشار می دهند تا قبل از سفت شدن سیمان، آب بندی را تأیید کنند. حلقه را برای ورود گاز یا سیال در طول WOC نظارت کنید و مشاهدات را ثبت کنید. هنگامی که مسیر کفش حفاری می شود، از یک مته PDC یا غلتکی با پارامترهای کنترل شده استفاده کنید تا اجزای قابل حفاری - چدن، آلومینیوم یا ترموست - به تمیزی حذف شده و از چاه گردش شوند.

سوالات متداول

چه چیزی باعث برگشت سیمان در حین سیمان کاری می شود؟

برگشت سیمان زمانی اتفاق می افتد که پمپاژ متوقف می شود و ستون دوغاب سنگین تر در داخل لوله فشار هیدرواستاتیک بیشتری نسبت به سیال حلقه اعمال می کند. این عدم تعادل لوله U سیمان را قبل از ایجاد استحکام ژل به سمت بالا سوق می دهد. تجهیزات شناور با آب بندی داخل لوله در لحظه معکوس شدن فشار از حرکت جلوگیری می کند و حتی یک ریزش کوتاه می تواند مسیر کفش را آلوده کند.

یقه شناور چگونه از ریزش سیمان جلوگیری می کند؟

یقه شناور حاوی یک شیر ضد برگشت یک طرفه است، معمولاً یک فلپر، یک طرح توپ و نشیمنگاه، یا یک پیستون فنری. در طول گردش، فشار سیال رو به پایین شیر را باز نگه می دارد تا گل و سیمان آزادانه عبور کنند. هنگامی که پمپ ها متوقف می شوند، فشار معکوس عنصر شیر را روی نشیمنگاه آن فشار می دهد و ستون سیمان بالای ابزار را به دام می اندازد و هرگونه جریان به سمت بالا در لوله را مسدود می کند.

اثر لوله U در سیمان کاری چاه چیست؟

اثر لوله U عدم تعادل هیدرواستاتیک بین ستون های لوله و حلقه در طول سیمان کاری است. دوغاب سیمان متراکم تر از گل جابجا شده است، بنابراین ستون سمت لوله تمایل دارد مانند یک پای لوله U سقوط کند و سیال حلقه را به سمت بالا بکشد. شیرهای ضد برگشت در کفش ها و یقه های شناور تا زمانی که سیمان سفت شود، آن حرکت را متوقف می کنند.

آیا یقه های شناور پر کننده خودکار هنوز از برگشت جلوگیری می کنند؟

بله. تجهیزات شناور پر کننده خودکار از همان عناصر شیر ضد برگشت ابزارهای معمولی استفاده می کنند اما یک دهانه پر کننده اضافه می کنند که به لوله اجازه می دهد در حین ورود به طور خودکار پر شود و در زمان دکل در لوله های بزرگ صرفه جویی می کند. عملکرد پر کننده خودکار معمولاً قبل از سیمان کاری قفل می شود - با انداختن یک توپ فعال کننده یا با اعمال فشار. از آن نقطه به بعد، ابزار مانند یک شیر یک طرفه استاندارد عمل می کند.

تفاوت بین کفش شناور و یقه شناور چیست؟

کفش شناور، راهنمای شیردار در پایین ترین نقطه رشته لوله است؛ این رشته را در حین ورود محافظت می کند و آن را به سمت مرکز سوراخ هدایت می کند. یقه شناور یک زیرانداز شیردار است که یک تا سه مفصل بالاتر از کفش نصب می شود. اجرای هر دو، معمولاً دو مفصل از هم فاصله دارند، مانع شیر دوگانه را ایجاد می کند و نقطه فرود را برای پلاگ پاک کننده فراهم می کند.

تجهیزات شناور چگونه برای محافظت در برابر برگشت آزمایش می شوند؟

تولیدکنندگان تجهیزات شناور را مطابق با API Spec 10F و ISO 10427-2 واجد شرایط می کنند، که شامل تست های فشار دیفرانسیلی و چرخه حرارتی است که شرایط جریان معکوس را شبیه سازی می کند. در دکل، خدمه با تماشای برگشت ها پس از ضربه پلاگ و، در صورت نیاز برنامه، با اعمال فشار در برابر شیر بسته قبل از حفاری مسیر کفش، آب بندی را تأیید می کنند.

نتیجه گیری

سیمان کاری اولیه در پایین رشته موفق یا ناموفق است. تجهیزات شناور سیمان تعیین می کند که آیا ستون سیمان پس از توقف پمپ ها در جای خود باقی می ماند یا به عقب می ریزد و مسیر کفش را خراب می کند. یقه شناور و کفش شناور از طریق یک شیر ضد برگشت ساده و قابل اعتماد از برگشت جلوگیری می کنند؛ در موقعیت صحیح، آنها همچنین از ورود لوله پشتیبانی می کنند، نقطه فرود را برای پلاگ پاک کننده پایین فراهم می کنند و فشار هیدرواستاتیک را در برابر مهاجرت گاز حفظ می کنند. قابلیت اطمینان از جزئیات ناشی می شود: انتخاب نوع شیر و درجه بندی دیفرانسیلی مناسب برای چاه، فاصله گذاری صحیح ابزارها، اجرای آنها بدون آسیب، و تأیید آب بندی پس از ضربه. تجهیزات واجد شرایط API Spec 10F و ISO 10427-2 به تیم های حفاری و سیمان کاری یک مانع قابل اعتماد می دهند. برای کمک به انتخاب پیکربندی شیر، مواد، یا گزینه های پر کننده خودکار برای رشته لوله بعدی خود، با مهندسان کاربردی ما تماس بگیرید - آنها تجهیزات شناور را با طراحی چاه و برنامه سیمان کاری شما مطابقت می دهند.