نحوه عملکرد تجهیزات شناور سیمانی در کاربردهای چاه انحرافی و افقی

تجهیزات شناور سیمان کاری باید در چاه های انحرافی و افقی، جایی که زوایای سوراخ چاه نزدیک به 90 درجه، رشته های پوشش بلند، بسترهای برش، و فاصله های حلقوی محکم، نحوه بارگیری کفش شناور و یقه شناور را تغییر می دهند، به طور قابل اعتمادی عمل کنند. دریچه فشار برگشتی باید در هر جهتی آب بندی شود، از بارهای افزایشی و فرسایش در حین وارد شدن جان سالم به در ببرد و سپس فشار دیفرانسیل کامل را پس از ضربه زدن به شاخه برف پاک کن نگه دارد. طرح‌های پرکننده خودکار فشار موج را کاهش می‌دهند و سرعت پر شدن را در بخش‌های بلند با زاویه بالا کاهش می‌دهند، در حالی که قسمت‌های داخلی قابل حفاری اجازه می‌دهند تا PDC سریع از طریق مسیر کفش خارج شود. انتخاب‌های پیکربندی مانند مجموعه‌های تک سوپاپه در مقابل دو سوپاپ، بسته‌های فلپر در برابر توپ و صندلی، درجه‌بندی فشار و دما، و درجه مواد تعیین می‌کنند که آیا کار سیمان با یک برآمدگی پلاگین تمیز و یک کفش مهر و موم شده به پایان می‌رسد. در عمل، پیکربندی مناسب به تیم‌های حفاری اعتماد به نفس می‌دهد تا رشته‌های بلند را به طور موثر اجرا کنند، بدون تردید به گردش درآیند و مانع را با یک پاسخ فشار تمیز در سطح تأیید کنند. این راهنما توضیح می‌دهد که چه تغییراتی در چاه‌های با زاویه بالا و نحوه انتخاب، اجرا و تأیید تجهیزات شناور برای آنها وجود دارد.

آنچه چاه های انحرافی و افقی از تجهیزات شناور تقاضا می کنند

چاه های انحرافی با یک زاویه ساخت برنامه ریزی شده حفر می شوند که سوراخ چاه را از عمودی دور می کند و چاه های افقی تا زمانی که مسیر به حدود 90 درجه از عمودی برسد گسترش می یابد. چاه های با دسترسی گسترده، با جابجایی افقی که اغلب از عمق عمودی واقعی فراتر می رود، مفهوم را بیشتر پیش می برند. در هر پروفیلی، ریسمان پوششی باید از میان بخش‌های منحنی و با زاویه بالا عبور کند، و تجهیزات شناور سیمان‌کاری با آن حرکت می‌کنند: یک کفش شناور در قسمت پایینی و، به طور معمول، یک یقه شناور یک تا سه مفصل بالای کفش، که یک مسیر کفش را مشخص می‌کند که معمولاً 20 تا 90 فوت طول دارد.

اولین تفاوت هندسی است. در یک چاه عمودی، محور سوپاپ به سمت پایین است، بنابراین گرانش به عضو بسته کننده کمک می کند تا روی صندلی خود فرود آید. در یک چاه افقی، ابزار به سمت خود قرار می گیرد و گرانش کمک کمی می کند، بنابراین آب بندی به نیروی فنر و فشار دیفرانسیل بستگی دارد. فلپر یا پیستون فنری در هر شیب به طور مثبت بسته می شود، در حالی که یک سوپاپ توپ و صندلی برای هدایت توپ به قفس و برای هدایت آن به روی صندلی به فشار دیفرانسیل معکوس بستگی دارد. به همین دلیل است که داخلی های مقاوم جهت گیری برای کاربردهای با زاویه بالا ترجیح داده می شوند.

تفاوت دوم بار زباله است. قلمه ها در سمت پایین سوراخ قرار می گیرند و یک بستر را تشکیل می دهند. هنگامی که ریسمان اجرا می شود، به گردش در می آید، یا حرکت می کند، این ماده را می توان در مسیر کفش جاروب کرد، جایی که ممکن است فلاپ را باز نگه دارد، صندلی را فرسایش دهد، یا سوراخ پرکننده را ببندد. تفاوت سوم هیدرولیک است. از آنجایی که بدنه در سمت پایین قرار دارد، فاصله حلقوی موثر کوچک است، و مایعی که جلوتر از رشته جابجا می‌شود، می‌تواند فشار موجی را به اندازه‌ای بالا ایجاد کند که سازندهای ضعیف را بشکند. تجهیزات شناور پرکننده خودکار این موضوع را با اجازه دادن به سیال از شیر در هنگام ورود و بسته شدن در یک دیفرانسیل از پیش تعیین شده یا زمانی که فیش پایینی فرود می‌آید، برطرف می‌کند.

پس از قرار دادن سیمان، همان ابزار باید دیفرانسیل U-tubing ایجاد شده توسط دوغاب سنگین در حلقه و سیال جابجایی سبک تر را در داخل محفظه نگه دارد و بعداً باید به طور تمیز سوراخ شود. این خواسته های ترکیبی هر تصمیم انتخابی را برای چاه های منحرف و افقی شکل می دهد.

چرا چاه های با زاویه بالا ریسک قابلیت اطمینان تجهیزات شناور را افزایش می دهند؟

هنگامی که تجهیزات شناور در یک چاه با زاویه بالا خراب می شود، هزینه به طور نامتناسبی بالا است. اگر شیر پس از ضربه زدن به دوشاخه فشار را نگه نمی دارد، لوله های U سیمان سنگین به داخل بدنه باز می گردند یا در اطراف کفش می افتند و یک کفش خیس و یک مسیر کفش آلوده باقی می ماند که باید سوراخ شود و مرتباً چسبانده شود. در چاه‌های افقی و بلند، هر سفر اصلاحی طولانی است، انتقال وزن محدود است و زمان دکل به سرعت می‌سوزد. آسیب ناشی از موج در حین اجرا نیز می تواند مناطق ضعیف را از بین ببرد و باعث از بین رفتن گردش خون دقیقاً زمانی که سیمان کاری شروع می شود. مشکلات کوچک تشدید می شوند: دریچه ای که حتی کسری باز می ماند می تواند صدها بشکه برگشتی را قبل از اینکه خدمه متوجه حجم از دست رفته در سطح شوند، بپذیرد.

• آب بندی مستقل از جهت.طرح‌های فلپر و پیستون به کمک فنر، چه ابزار به صورت عمودی آویزان باشد و چه افقی، به طور مثبت بسته می‌شوند، بنابراین مانع فشار برگشتی در هر شیب قابل اعتماد است و جلوگیری از جریان برگشت سیمان به گرانش متکی نیست.
• کنترل ولتاژ و پر شدنکفش‌ها و یقه‌های شناور پرکننده خودکار فشار افزایش را در حلقه‌های باریک با زاویه بالا کاهش می‌دهند، از ساختارهای ضعیف محافظت می‌کنند و زمان پر شدن را در رشته‌های بلند کوتاه می‌کنند. بسته شدن در یک دیفرانسیل از پیش تعیین شده، یک مانع کامل را قبل از شروع سیمان باز می کند.
• مقاومت در برابر آوار و فرسایش.نواحی جریان سخاوتمندانه، نشیمنگاه‌های سخت شده و قفس‌های مستحکم مانع از باز نگه داشتن دریچه یا آسیب رساندن به سطوح آب‌بند در حین گردش و رفت و برگشت در سوراخ‌های منحرف می‌شوند.
• حفاری قابل پیش بینیقطعات داخلی قابل حفاری چدن، آلومینیوم، سرامیک، یا پلاستیک گرماسخت به سرعت با بیت های PDC با وزن کم روی قطعه، که در مواردی که اصطکاک انتقال وزن به مسیر کفش را محدود می کند ضروری است.

زمان‌بندی این شکست‌ها را به‌ویژه آسیب‌رسان می‌کند. در طول زمان انتقال سیمان، دوغاب در حال توسعه استحکام ژل است و ستون حلقوی می تواند پشتیبانی هیدرواستاتیکی را از دست بدهد. اگر کفش شناور یا یقه شناور اجازه دهد سیال در آن لحظه به عقب برگردد، مایعات تشکیل دهنده و گاز می توانند به سمت حلقوی حرکت کنند و مسیر کفش آلوده باقی بماند. مانعی که ایستگاه های پمپاژ فوری را می بندد، ستون را در جای خود نگه می دارد، از سیمان محافظت می کند و به خدمه اجازه می دهد تا رشته پوشش را با اطمینان آزمایش کند. اپراتورهایی که کفش خیس را در یک چاه افقی پوشیده اند، به ندرت طرح تک سوپاپ را دوباره می پذیرند.

از آنجایی که هیچ طرح واحدی مناسب هر چاهی نیست، پاکت درجه بندی باید در برابر برنامه واقعی تأیید شود: درجه بندی فشار دیفرانسیل معمولاً از 5000 تا 15000 psi متغیر است، درجه حرارت به حدود 350 تا 400 درجه فارنهایت می رسد و دوغاب سیمان معمولاً از 15.8 تا 20 pg است. چیدمان دو سوپاپ، با یقه شناور پشتیبان کفش شناور، یک مانع مستقل دوم را اضافه می کند و اغلب برای چاه های افقی و با دسترسی گسترده مشخص می شود.

نحوه انتخاب و اجرای تجهیزات شناور در چاه های منحرف و افقی

استفاده از تجهیزات شناور با موفقیت در چاه های با زاویه بالا، فرآیندی است که از جدول انتخاب شروع می شود و تنها زمانی که مسیر کفش سوراخ می شود، پایان می یابد. مراحل زیر تصمیماتی را که بیشترین اهمیت را دارند پوشش می دهد.

ابتدا رشته، بارها و محیط را تعریف کنید

با اندازه، وزن و اتصال بدنه، که در سراسر صنعت از 4-1/2 اینچ تا 20 اینچ متغیر است، با API LTC، STC، BTC، یا رشته‌های ممتاز شروع کنید. حداکثر دیفرانسیلی را که شیر باید پس از ضربه زدن به دوشاخه نگه دارد، با استفاده از سنگین ترین دوغاب برنامه ریزی شده، معمولاً 15.8 تا 20 pg یا بیشتر برای سیستم های وزن دار تخمین بزنید و آن را با امتیاز تجهیزات 5000 تا 15000 psi مقایسه کنید. اطمینان حاصل کنید که دمای گردش در محدوده نامی، حدود 350 تا 400 درجه فارنهایت برای ابزارهای استاندارد باقی می ماند. سپس بین تجهیزات معمولی و پرکننده خودکار انتخاب کنید، تصمیم بگیرید که آیا یک سوپاپ یا دو سوپاپ یقه شناور و چیدمان کفش شناور موجه است یا خیر، و انتخاب را با تامین کننده قبل از تکمیل رشته بررسی کنید.

هیدرولیک در حال اجرا و رفتار پر کردن را کنترل کنید

در رشته های بلند با زاویه بالا، سرعت حرکت باید به گونه ای مدیریت شود که فشار موج از گرادیان شکست سوراخ باز تجاوز نکند، به ویژه در جایی که پوشش در سمت پایین قرار دارد و فاصله حلقوی باریک است. اگر از تجهیزات پرکننده خودکار استفاده می‌شود، تأیید کنید که دهانه‌های پرکننده باز هستند و دریچه در دیفرانسیل مورد نظر بسته می‌شود، معمولاً زمانی که به مقدار از پیش تعیین‌شده رسید یا وقتی که شاخه برف پاک کن پایین فرود آمد. پر شدن را به طور منظم در طول اجرا نظارت کنید، در اعماق برنامه ریزی شده استراحت کنید تا بستر قلمه ها را از سمت پایین جدا کنید، و هرگز از فشاری تجاوز نکنید که دریچه پر کردن خودکار را قبل از اینکه رشته در پایین قرار گیرد، ببندد. حجم پر کردن را ثبت کنید و آنها را با جابجایی تئوری مقایسه کنید، زیرا افزایش یا ضرر غیرقابل توضیح اغلب اولین نشانه این است که شیر پرکننده خودکار زود بسته شده یا اصلا بسته نشده است.

قبل و در حین کار سیمان، یکپارچگی شیر را تأیید کنید

قبل از دویدن، بررسی کنید که فلپر کاملاً برگردد، توپ آزادانه در قفس خود حرکت کند و صندلی تمیز و سالم باشد. هنگامی که پوشش در پایین قرار گرفت، سوراخ را به گردش در آورید و حالت دهید، سپس برنامه سیمان را با پلاگین پایین، دوغاب سیمان و دوشاخه بالا دنبال کنید. فشار برآمدگی در یقه شناور و کفش را تماشا کنید، فشار جابجایی را تخلیه کنید، و تأیید کنید که هیچ جریان برگشتی از طریق تجهیزات بر نمی گردد، که ثابت می کند دریچه های فشار برگشتی دیفرانسیل لوله U را در حین گیرش سیمان نگه می دارند.

مسیر کفش و دریل اوت را برنامه ریزی کنید

مسیر کفش بین یقه شناور و کفش شناور معمولاً 20 تا 90 فوت طول دارد و معمولاً با یک بیت PDC سوراخ می شود. قطعات داخلی قابل حفاری ساخته شده از چدن، آلومینیوم، سرامیک یا پلاستیک گرماسخت به گونه ای طراحی شده اند که به قطعات کوچک تبدیل شوند که به راحتی از سوراخ خارج می شوند. در مقاطع افقی، انتقال وزن به بیت توسط اصطکاک محدود می‌شود، بنابراین حفاری را با پارامترهای کنترل‌شده اجرا کنید، گشتاور و میزان نفوذ را کنترل کنید، و قبل از حفاری، به گردش خود ادامه دهید تا زمانی که تمام زباله‌ها حذف شوند. اگر گشتاور افزایش یافت یا نفوذ متوقف شد، به جای فشار دادن سیم به داخل مسیر کفش، چرخش را بردارید، بچرخانید و دوباره برقرار کنید.

سوالات متداول

آیا می توان از تجهیزات شناور استاندارد در چاه های افقی استفاده کرد؟

بله، مشروط بر اینکه طراحی دریچه به طور قابل اعتماد در شیب بالا بسته شود و درجه بندی فشار، دما و ساییدگی با طرح چاه برای شرایط چاه برنامه ریزی شده مطابقت داشته باشد. دریچه‌های فلپر و پیستونی به کمک فنر بیشترین تحمل جهت گیری را دارند، در حالی که دریچه‌های توپی و صندلی هدایت شونده با قفس نیز می‌توانند عملکرد خوبی داشته باشند. همیشه قبل از اجرای رشته، برنامه را با تامین کننده تجهیزات تأیید کنید.

چرا تجهیزات شناور پرکننده خودکار برای رشته های بلند با زاویه بالا محبوب هستند؟

کفش‌ها و یقه‌های شناور پرکننده خودکار اجازه می‌دهند بدنه در حین کار پر شود، که فشار موج را در حلقه‌های منحرف باریک کاهش می‌دهد و زمان صرف شده برای پر کردن دستی لوله را کاهش می‌دهد. سوپاپ در یک دیفرانسیل از پیش تعیین شده بسته می شود یا زمانی که فیش پایینی فرود می آید، قبل از شروع سیمان کاری یک مانع فشار برگشتی کامل را بازیابی می کند. بررسی سطح قبل از اجرا این رفتار را تأیید می کند.

آیا دریچه های شناور توپ و صندلی به درستی در زوایای سوراخ چاه بالا قرار می گیرند؟

دریچه های توپ و صندلی می توانند در زوایای بالایی کار کنند که توپ توسط یک قفس هدایت شود و فشار دیفرانسیل معکوس آن را به روی صندلی مجبور کند. با این حال، در جاهایی که شیب شدید است، طرح‌های فلپر یا پیستون به کمک فنر اغلب ترجیح داده می‌شوند، زیرا بسته شدن آنها به گرانش بستگی ندارد و بنابراین در چاه‌های با زاویه بالا قابل پیش‌بینی‌تر است.

چگونه برش ها و آوارها بر شیرهای شناور در چاه های منحرف تأثیر می گذارند؟

تخت های قلمه در سمت پایین سوراخ را می توان در طول چرخش و رویدادهای موجی به داخل مسیر کفش جاروب کرد. زباله ها ممکن است فلپر را باز نگه دارند، صندلی را فرسایش دهند یا منافذ پرکننده پلاگین را بر طرف کنند. نواحی جریان بزرگ، نشیمنگاه های مقاوم در برابر فرسایش و تهویه منظم سوراخ ها این خطرات را به میزان قابل توجهی قبل از شروع کار سیمان کاهش می دهد.

تجهیزات شناور پس از سیمان کاری چه فشار تفاضلی را باید حفظ کنند؟

پس از ضربه زدن دوشاخه، تجهیزات باید اختلاف هیدرواستاتیکی بین ستون سیمانی در حلقه و سیال فندک داخل محفظه را حفظ کند. با دوغاب های 15.8 تا 20 pg این تفاوت می تواند به چندین هزار psi برسد که به راحتی در تجهیزات معمولی رتبه بندی 5000 تا 15000 psi است.

چگونه تجهیزات شناور در یک مسیر کفش افقی سوراخ می شود؟

قطعات داخلی قابل حفاری چدن، آلومینیوم، سرامیک، یا پلاستیک گرماسخت با بیت های PDC با استفاده از پارامترهای کنترل شده و وزن کم روی بیت، که برای بخش های افقی که در آن انتقال وزن محدود است، مناسب است. زباله های حاصل به اندازه کافی کوچک هستند تا قبل از ادامه حفاری در امتداد جانبی، از سوراخ خارج شوند.

نتیجه گیری

چاه های انحرافی و افقی نیازهای غیرمعمولی را برای تجهیزات شناور سیمانی ایجاد می کنند، از بسته شدن شیر مستقل از جهت گیری گرفته تا کنترل نوسان، تحمل زباله و حفاری قابل پیش بینی. تجهیزات باید در حالی که ابزار تقریباً افقی قرار دارد به طور قابل اعتماد آب بندی شود، دیفرانسیل لوله U ایجاد شده توسط دوغاب سیمان سنگین را نگه دارد و از طریق یک مسیر کفش که در آن انتقال وزن محدود است، به طور تمیز سوراخ شود. طرح‌های پرکننده خودکار، ترتیبات دو سوپاپ، و قطعات داخلی قابل حفاری از چدن، آلومینیوم، سرامیک یا پلاستیک گرماسخت، همگی برای پاسخ به این چالش‌ها وجود دارند، اما آنها باید در برابر بارهای واقعی برنامه چاه انتخاب شوند. فشار، دما، و پوشش چگالی دوغاب را بررسی کنید، عملکرد شیر را قبل از اینکه ریسمان وارد سوراخ شود تأیید کنید، و قبل از شروع کار سیمان، حفاری را برنامه ریزی کنید. برای کمک به تطبیق تجهیزات شناور با طراحی چاه انحرافی یا افقی خاص، با مهندسین برنامه ما در مورد جدول پوشش و برنامه سیمان کاری خود تماس بگیرید.