چگونه تجهیزات شناور سیمانی از سیمان کاری اولیه در چاه های نفت و گاز پشتیبانی می کند

تجهیزات شناور سیمان کاری از سیمان کاری اولیه در چاه های نفت و گاز با آب بندی کفشک پوششی، جلوگیری از برگشت سیمان و حفظ فشار در حین گیرش دوغاب پشتیبانی می کنند. کفش‌های شناور و یقه‌های شناور با دریچه‌های غیرقابل برگشت به مایع حفاری و سیمان اجازه می‌دهند به سمت پایین بدنه حرکت کنند، سپس به محض توقف پمپاژ، به‌طور خودکار بسته می‌شوند، بنابراین ستون حلقوی متراکم نمی‌تواند به لوله U لوله شود. در هنگام اجرا، این ابزارها پر شدن را کنترل می کنند و فشار موج را محدود می کنند و از سازندهای ضعیف در برابر آسیب هیدرولیکی محافظت می کنند. در پایین سوراخ، پوشش را به سمت مرکز سوراخ هدایت می کنند، جابجایی گل را بهبود می بخشند، و مسیر کفش را تمیز نگه می دارند تا غلاف سیمانی نهایی مناسب باشد. تجهیزات شناور مدرن که مطابق با API Spec 10F و ISO 10427-2 ساخته و آزمایش شده اند، برای فشارهای تفاضلی از 5000 تا 15000 psi درجه بندی شده اند و در مواد قابل حفاری در دسترس هستند، تجهیزات شناور مدرن به طور قابل اعتمادی در چاه های معمولی و محیط های HPHT سخت کار می کنند. این مقاله توضیح می‌دهد که تجهیزات چه کار می‌کنند، چرا سیمان‌کاری اولیه به آن بستگی دارد، و نحوه انتخاب و اجرای صحیح آن برای یک کار سیمانی قابل پیش‌بینی و بدون نشتی.

نقش تجهیزات شناور در سیمان کاری اولیه چیست؟

سیمان کاری اولیه یک غلاف سیمانی پیوسته را در حلقه بین پوشش و سازند قرار می دهد تا جداسازی ناحیه ای، پشتیبانی مکانیکی و محافظت در برابر مهاجرت سیال در پشت لوله را ایجاد کند. تجهیزات شناور سیمانی، خانواده ابزارهای بدون بازگشت هستند که به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از رشته پوششی برای کنترل و پیش بینی این عملیات اجرا می شوند. این ابزارها سه وظیفه فیزیکی را انجام می دهند: رشته را به سمت پایین سوراخ هدایت می کنند، یک مسیر یک طرفه را برای سیال حفاری و دوغاب سیمان فراهم می کنند، و در لحظه توقف پمپاژ، پوشش را در برابر جریان معکوس آب بندی می کنند.

دو جزء بیشترین مسئولیت را بر عهده دارند. کفش شناور در انتهای رشته نصب می شود و دارای یک دماغه راهنمای گرد، یک شیر غیرقابل برگشت و یک دریچه جریان است. یقه شناور یک مجموعه دریچه مشابهی است که یک تا سه مفصل بالای کفش قرار می‌گیرد، معمولاً دو مفصل، که یک مسیر کفش را تقریباً 20 تا 90 فوت تعیین می‌کند. از آنجایی که مسیر کفش پس از اتمام کار پر از سیمان آلوده باقی می‌ماند، به چاه یک مانع محکم فشار می‌دهد و می‌توان آن را بعداً در کف سوراخ کرد.

عناصر دریچه بر اساس فلسفه طراحی متفاوت هستند، اما فیزیک یکسان است. دریچه های فلپر یک دیسک فنری را می بندند. دریچه های توپ و صندلی توپ را در برابر صندلی ماشینکاری شده به دام می اندازند. دریچه‌های مخروطی و پیستونی یک عنصر مخروطی را در جای خود قرار می‌دهند. جریان رو به پایین المنت را بلند یا باز می کند، در حالی که هرگونه تمایل به جریان معکوس باعث بسته شدن آن می شود، به همین دلیل است که این ابزارها دریچه های فشار برگشتی نیز نامیده می شوند. سطوح آب‌بندی با تلورانس‌های نزدیک ماشین‌کاری می‌شوند و مجموعه‌ها دارای درجه فشار هستند، معمولاً 5000 یا 10000 psi، با طرح‌های HPHT به 15000 psi و درجه‌بندی دمایی حدود 350-400 درجه فارنهایت (177-204 درجه سانتی‌گراد).

انتخاب مواد از طرح حفاری پیروی می کند. تجهیزات شناور قابل حفاری از چدن، آلومینیوم، پلاستیک گرماسخت و سرامیک تولید می‌شوند، بنابراین می‌توان آن‌ها را پس از استحکام سیمان به سرعت با یک بیت PDC یا مخروط غلتکی از بین برد. طرح‌های فولادی غیرقابل حفاری در رشته‌ای باقی می‌مانند که در آن یک مانع دائمی مورد نظر است. یقه‌ها و کفش‌های شناور با پر کردن خودکار یک ویژگی پر کردن کنترل‌شده را اضافه می‌کنند که فشار موج را در حین دویدن کاهش می‌دهد، در حالی که تجهیزات شناور معمولی به برنامه پر کردن سطح متکی هستند. برای اندازه های بدنه از 4-1/2 اینچ تا 20 اینچ، با API LTC، STC، BTC، یا اتصالات ممتاز موجود است، انتخاب تجهیزات شناور همیشه با طراحی پوشش شروع می شود.

چرا سیمان کاری اولیه به تجهیزات شناور قابل اطمینان بستگی دارد؟

بدون یک مانع بدون بازگشت کارکرد، هر مکث در پمپاژ باعث ایجاد اثر U-tubing می شود. سر هیدرواستاتیک دوغاب متراکم سیمان در حلقه از ستون سیال سبکتر در داخل محفظه فراتر می رود، بنابراین دوغاب به سمت عقب از طریق کفشک و داخل لوله جریان می یابد. نتیجه یک مسیر کفش آلوده، یک پوشش بدون مهر و موم، یک شاخه برف پاک کن که نمی تواند تمیز فرود بیاید، و سیمان درمانی گران قیمت است. یک مونتاژ شناور مناسب قبل از شروع به کار این حالت خرابی را حذف می کند، به همین دلیل است که اپراتورها تجهیزات را به عنوان یک مانع فشار به جای یک لوازم جانبی معمولی در نظر می گیرند.

چهار مزیت در یک کار معمولی سیمان اولیه بیشترین اهمیت را دارد:

• جلوگیری از جریان برگشتی سیمان و کنترل U-tubing. دریچه یک طرفه ستون حلقوی را بین مراحل و پس از جابجایی نهایی در جای خود نگه می دارد و مسیر کفش را پر از دوغاب بدون آلودگی نگه می دارد در حالی که سیمان از مایع به ژل به جامد تبدیل می شود.
• مدیریت فشار افزایش در حین اجرا شدن محفظه طرح‌های پر کردن خودکار و پر کردن دیفرانسیل اجازه می‌دهند که پوشش با سرعت کنترل‌شده پر شود، فشار افزایشی را در مناطق ضعیف یا تخلیه‌شده محدود کرده و خطر از دست رفتن گردش خون را قبل از شروع سیمان‌کاری کاهش می‌دهد.
• یک مسیر کفش تمیز و یک برآمدگی پلاگین قابل اعتماد. با یقه شناور که ستون را نگه می دارد، پلاگین برف پاک کن در فشار برآمدگی محاسبه شده فرود می آید و به خدمه یک سیگنال سطح مثبت می دهد که جابجایی کامل شده است و مسیر کفش پر از سیمان با کیفیت است.
• تمرین سریع و قابل پیش بینی کفش‌ها و یقه‌های شناور قابل حفاری در مواد چدنی، آلومینیومی یا ترموست به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به سرعت با مته‌های استاندارد سوراخ شوند، زمان دکل را به حداقل می‌رسانند و یک سوراخ موش تمیز برای عملیات‌های بعدی باقی می‌مانند.

تجهیزات شناور همچنین از چاهی که خرابی در آن گران است محافظت می کند. در چاه‌های HPHT، چاه‌های عمیق و چاه‌های گاز با پتانسیل جریان گاز حلقوی، یک شناور نشتی به ستون سیمانی اجازه می‌دهد تا به عقب برگردد، فشار هیدرواستاتیک کاهش یابد و سیالات تشکیل‌دهنده قبل از گیرش سیمان وارد حلقه شوند. به همین دلیل است که پیکربندی‌های دو سوپاپ، یقه شناور به اضافه کفش شناور، برای رشته‌های حیاتی معمول هستند، چرا که رتبه‌بندی فشار دیفرانسیل باید بدترین حالت عدم تعادل ستون را پوشش دهد، و چرا اپراتورها درخواست تجهیزات واجد شرایط تحت پروتکل‌های تست API Spec 10F و ISO 10427-2 را دارند.

اقتصاد به همان اندازه روشن است. تجهیزات شناور بخش کوچکی از رشته پوشش را هزینه می‌کنند، با این حال تصمیم می‌گیرند که آیا کار سیمان اولیه در اولین تلاش جداسازی را ارائه می‌دهد یا خیر. یک شناور شکست خورده می تواند روزها زمان دکل، هزاران بشکه دوغاب و یک کار فشرده که ممکن است هرگز به طور کامل سد را بازسازی نکند، هزینه داشته باشد. تجهیزات شناور تأیید شده و به درستی اعمال شده یکی از ارزان ترین بیمه نامه ها در ساخت چاه است و در اولین باری که فشار باقی می ماند هزینه خود را پرداخت می کند.

نحوه انتخاب و اجرای تجهیزات شناور سیمانی برای سیمان کاری اولیه

استفاده از تجهیزات شناور با موفقیت از یک گردش کار مهندسی تکرارپذیر پیروی می کند که از جدول طراحی بدنه شروع می شود و تنها زمانی پایان می یابد که مسیر کفش تأیید شده باشد.

تجهیزات را با رشته پوشش و محیط چاه تطبیق دهید

قبل از سفارش، قطر بیرونی پوشش، از 4-1/2 اینچ تا 20 اینچ، نوع اتصال (API LTC، STC، BTC، یا Premium) و الزامات دریفت را تأیید کنید. تجهیزات شناور باید از طریق محفظه بالای خود حرکت کنند و باید شاخه های برف پاک کن مورد استفاده در کار را بپذیرند. درجه اختلاف فشار، معمولاً 5000 یا 10000 psi و حداکثر 15000 psi برای چاه‌های HPHT را در برابر بدترین عدم تعادل بین ستون دوغاب و سیال داخل پوشش بررسی کنید. تأیید کنید که درجه بندی دما دمای گردش در سوراخ پایین را پوشش می دهد: الاستومرهای استاندارد برای اکثر چاه ها در حدود 350 تا 400 درجه فارنهایت مناسب هستند، در حالی که طرح های ویژه فراتر از 450 درجه فارنهایت هستند. برای سرویس ترش، مواد واجد شرایط NACE MR0175 / ISO 15156 را انتخاب کنید.

پیکربندی شیر و حالت پر کردن را انتخاب کنید

تصمیم بگیرید که آیا یک کفش شناور به اندازه کافی محافظت می کند یا سوپاپ دوم در یقه شناور موجه است. برای رشته های تولیدی، یک مجموعه دو سوپاپ با یقه یک تا سه مفصل بالای کفش، معمولاً دو مفصل، افزونگی را ارائه می دهد: اگر یکی از سوپاپ ها نشت کند، دیگری همچنان فشار را حفظ می کند. هنگام راه‌اندازی رشته‌های بلند، آسترهای عمیق یا چاه‌هایی با پنجره‌های باریک با فشار منافذ و شکستگی، تجهیزات پرکننده خودکار را در نظر بگیرید. یقه های پرکننده خودکار فشار موج را کاهش می دهند و در زمان دکل صرفه جویی می کنند، اما مکانیسم تبدیل باید به درستی فعال شود تا دریچه در عمق برنامه ریزی شده به یک مانع کامل یک طرفه تبدیل شود. برای دوغاب های متراکم از 17 تا 20 پی پی جی، صندلی های مقاوم در برابر فرسایش و سطح جریان کافی برای نرخ جابجایی برنامه ریزی شده را تأیید کنید.

قبل از دویدن در سوراخ، بازرسی و آزمایش فشار دهید

با تجهیزات شناور به عنوان یک مانع فشار به جای یک کالا رفتار کنید. به محض ورود، محافظ های رزوه را بردارید، رزوه ها، سوراخ و دماغه راهنما را از نظر آسیب حمل بررسی کنید و اطمینان حاصل کنید که دریچه در یک جهت نگه داشته و آزادانه در جهت دیگر باز می شود. گواهی تست سازنده را بررسی کنید، زیرا اکثر مجموعه‌ها قبل از ارسال بر اساس API Spec 10F تست فشار می‌شوند و زمانی که برنامه نیاز به اطمینان بیشتری داشت، آزمایش فشار تفاضلی را در محل نصب مجدد تکرار کنید. طول تجهیزات، قطر بیرونی، و گشتاور آرایش توصیه شده را در برابر جدول اندازه گیری بررسی کنید و محافظ ها را تا لحظه آرایش نصب کنید.

رشته را با تمرین‌های کنترل‌شده پر کردن و افزایش سرعت اجرا کنید

سرعت اجرا، برنامه پر شدن و خواص گل، فشاری را که توسط تجهیزات شناور و سازند مشاهده می شود، کنترل می کنند. با تجهیزات شناور معمولی، محفظه را در یک برنامه زمانی مشخص پر کنید تا دیفرانسیل در سراسر شیر در داخل پاکت طراحی آن حفظ شود. با تجهیزات پر کردن خودکار، نشانگرهای پر را کنترل کنید و حداکثر سرعت دویدن توصیه شده را رعایت کنید. فشار موج را با مدیریت سرعت قطع، به ویژه در بخش‌های سوراخ تنگ و نزدیک کفش کنترل کنید، بنابراین شیب شکست هرگز تجاوز نمی‌کند. قبل از سیمان کردن، گردش را به تدریج قطع کنید، گل را با نرخ برنامه ریزی شده آماده کنید، و بازگشت کامل را تایید کنید.

مانع را جابجا کنید، ضربه بزنید و تأیید کنید

دوشاخه برف پاک کن پایین را جلوتر از دوغاب و دوشاخه بالایی را در پشت آن قرار دهید، سپس با سرعت و حجم برنامه ریزی شده جابجا کنید. هنگامی که شاخه بالایی روی یقه شناور قرار می گیرد، فشار پمپ باید تا فشار برآمدگی محاسبه شده افزایش یابد، که نشان دهنده سطح واضحی است که مسیر کفش پر است و شاخه ها قرار دارند. فشار را در زمانی که سیمان گیر می کند نگه دارید. شناور زمانی ثابت می شود که می توان بدنه را تخلیه کرد و شیر ستون هیدرواستاتیک را نگه می دارد. اگر برنامه به آن نیاز دارد، مسیر کفش را با فشار آزمایش کنید، سپس قسمت های داخلی قابل حفاری را با پارامترهای کنترل شده سوراخ کنید و برگشت ها را بررسی کنید تا برداشتن کامل آن تایید شود.

سوالات متداول

تفاوت بین کفش شناور و یقه شناور چیست؟

کفش شناور پایین ترین مفصل رشته پوشش است. این یک دماغه راهنمای گرد، یک شیر بدون بازگشت و یک پورت جریان را ترکیب می کند. یقه شناور یک مجموعه دریچه ای است که یک تا سه مفصل بالاتر، معمولاً دو مفصل نصب می شود و مسیر کفش را بین دو ابزار مشخص می کند. هر دو از جریان معکوس جلوگیری می کنند و اجرای آنها با هم محافظت مضاعف می دهد.

یقه شناور چگونه از برگشت سیمان جلوگیری می کند؟

یک یقه شناور حاوی یک شیر فشار برگشتی است که معمولاً یک فلپر، توپ و صندلی یا طرح مخروطی است که وقتی مایع به سمت پایین پمپ می‌شود باز می‌شود و زمانی که جریان تلاش می‌کند جریان را معکوس کند، بسته می‌شود. پس از اینکه پلاگین برف پاک کن در بالای آن قرار گرفت، شیر ستون سیمانی را در حلقه نگه می دارد و از پر شدن مجدد پوشش با دوغاب در حین گیرش سیمان جلوگیری می کند.

چرا اپراتورها هم کفش شناور و هم یقه شناور را اجرا می کنند؟

راه اندازی دو دریچه، افزونگی را فراهم می کند. اگر یکی از عناصر آب بندی در حین کار در سوراخ، بر اثر آوار، فرسایش یا ضربه آسیب ببیند، شیر دوم همچنان می تواند ستون سیمانی را در جای خود نگه دارد. رشته های دو سوپاپ همچنین یک مسیر کفش تمیز و پر از سیمان و یک نقطه فرود مطمئن برای پلاگین برف پاک کن پایین ایجاد می کند.

پیست کفش چیست و چرا اهمیت دارد؟

مسیر کفش فاصله پوششی بین یقه شناور و کفش شناور است که معمولاً 20 تا 90 فوت است. پس از اتمام کار با سیمان آلوده نشده پر می شود و پس از آن سوراخ می شود. یک مسیر کفش تمیز اهمیت دارد زیرا مانعی محکم در برابر فشار در قسمت پایین بدنه ایجاد می کند که عملیات بعدی چاه به آن بستگی دارد.

چه درجه بندی فشار و دما برای تجهیزات شناور معمول است؟

تجهیزات شناور استاندارد برای فشارهای دیفرانسیل 5000 یا 10000 psi درجه بندی می شوند و طرح های فشار بالا به 15000 psi برای چاه های HPHT می رسد. درجه بندی دما معمولاً به 350 تا 400 درجه فارنهایت می رسد و نسخه های ویژه با دمای بالا از 450 درجه فارنهایت فراتر می روند. رتبه‌بندی‌ها باید همیشه با بدترین شرایط حفره‌ای در طراحی چاه مطابقت داشته باشند.

آیا تجهیزات شناور پس از سیمان کاری اولیه سوراخ می شوند؟

بیشتر کفش‌ها و یقه‌های شناور از مواد قابل حفاری مانند چدن، آلومینیوم، پلاستیک گرماسخت یا سرامیک ساخته می‌شوند. پس از اینکه سیمان به استحکام فشاری کافی رسید، قطعات داخلی با یک PDC یا غلتک مخروطی سوراخ می‌شوند و یک چاه تمیز باقی می‌مانند. طرح های فولادی غیرقابل حفاری تنها زمانی استفاده می شوند که یک مانع دائمی در نظر گرفته شده باشد.

نتیجه گیری

تجهیزات شناور سیمانکاری جزء کوچکی از رشته پوشش است که تأثیر زیادی بر موفقیت سیمان کاری اولیه دارد. با جلوگیری از جریان برگشتی سیمان، کنترل لوله U و فشار موج، و تمیز نگه داشتن مسیر کفش، یک کفش شناور و یقه شناور به درستی انتخاب شده از سیمان و خود چاه محافظت می کند. مسیر دستیابی به عملکرد قابل اعتماد ساده است: رتبه‌بندی‌ها را با محیط چاه مطابقت دهید، پیکربندی مناسب شیر را انتخاب کنید، هر مجموعه را قبل از اجرا بررسی کنید، و شیوه‌های جابجایی و نگه‌داشتن فشار منظم را اجرا کنید. هنگامی که رفتار فشار نامشخص است، به جای اینکه فرض کنید ابزارها سالم هستند، توقف و بررسی کنید. مهندسان برنامه ما می توانند به شما در انتخاب، اندازه و واجد شرایط بودن تجهیزات شناور سیمانی برای برنامه پوشش خود کمک کنند. برای بررسی شرایط چاه خود و دریافت توصیه پیکربندی متناسب با کار سیمان اولیه بعدی خود با ما تماس بگیرید.