چگونه تجهیزات شناور سیمانی از قرار دادن سیمان قابل اعتماد در چاه های عمیق پشتیبانی می کند

تجهیزات شناور سیمان کاری از قرار دادن سیمان قابل اعتماد در چاه های عمیق با نگه داشتن ستون دوغاب در محل، جذب نیروهای U-tubing و دادن سیگنال مثبت plug-bump به خدمه در پایان جابجایی پشتیبانی می کند. چاه‌های عمیق رشته‌های پوششی بلند، دمای حفره بالای ۳۰۰ درجه فارنهایت و یک پنجره باریک بین فشار منفذ و گرادیان شکست را ترکیب می‌کنند. در آن محیط، یک کفش شناور و یقه شناور مجهز به دریچه‌های فشار برگشتی یک طرفه با فشار دیفرانسیل 10000 psi یا بیشتر، از ریزش سیمان در حالی که دوغاب استحکام ژل ساکن ایجاد می‌کند، جلوگیری می‌کند. آنها همچنین گل و لای و دوغاب آلوده را از مسیر کفش دور نگه می‌دارند و یقه‌های پرکننده خودکار فشار موج را در هنگام اجرا کاهش می‌دهند. در جایی که فشار هیدرواستاتیک می تواند از 10000 psi تجاوز کند، تجهیزات شناور سیمانی سخت افزار اختیاری نیستند. بخشی از سیستم یکپارچگی خوب است. این راهنما توضیح می‌دهد که چاه‌های عمیق از تجهیزات شناور چه می‌خواهند، چرا اهمیت دارد و چگونه آن را برای یک غلاف سیمانی مناسب انتخاب، موقعیت و تأیید می‌کند.

آنچه چاه های عمیق از تجهیزات قرار دادن سیمان و شناور می خواهند

قرار دادن سیمان قابل اعتماد در یک چاه عمیق به معنای یک غلاف سیمانی پیوسته است که هر بازه تولیدی، از کفشک تا قسمت بالای سیمان را بدون هیچ کانال گلی و هیچ دوغابی که داخل محفظه باقی نمانده است، مهر و موم می کند. عمق آن هدف را سخت تر می کند. فشارهای هیدرواستاتیک از 10000 psi بالاتر می رود، دمای حفره از 300 درجه فارنهایت فراتر می رود، و شکاف بین فشار منفذ و گرادیان شکست باریک می شود، بنابراین مهندس سیمان سازی آزادی کمتری برای تنظیم تراکم دوغاب یا نرخ جابجایی دارد. رشته های بلند همچنین به معنای حجم دوغاب بیشتر، زمان پمپاژ طولانی تر و اثر U-tubing قوی تر در هنگام توقف پمپ ها هستند.

اصل عملیات ساده است. در حالی که سیمان پمپ می شود، فشار داخل پوشش از فشار حلقوی بیشتر می شود، بنابراین شیر یک طرفه در تجهیزات شناور باز می ماند و دوغاب آزادانه از داخل کفش عبور می کند. لحظه ای که پمپاژ متوقف می شود، ستون حلقوی متراکم تر سعی می کند دوباره به داخل بدنه بیفتد. آن دیفرانسیل معکوس شیر را می بندد و تجهیزات شناور بار کامل هیدرواستاتیک ستون سیمان را حمل می کنند در حالی که دوغاب از مایع به ژل و در نهایت به سیمان گیرش تبدیل می شود.

در یک رشته چاه عمیق معمولی، یک کفش شناور در پایین ساخته می‌شود و یک یقه شناور یک تا سه مفصل در بالای آن نصب می‌شود، معمولاً دو اتصال، که یک مسیر کفش تقریباً 20 تا 90 فوتی باقی می‌گذارد. این فاصله به‌عنوان یک بافر عمل می‌کند: گل، فاصله‌دهنده و دوغاب آلوده که نمی‌تواند از زیر حلقه‌ها عبور کند و از زیر یقه عبور کند. ترتیبات دو سوپاپ، هم با کفش و هم یقه، اگر یکی از سوپاپ ها در حین اجرا آسیب ببیند، افزونگی را اضافه می کند.

پلاگین برف پاک کن بالایی در انتهای جابجایی روی یقه شناور قرار می گیرد. فشار برآمدگی حاصل، که معمولاً چند صد psi تا حدود 1500 psi بالاتر از فشار گردشی نهایی است، تأیید می کند که حجم برنامه ریزی شده به پایین رسیده است و ثابت می کند که شناورها در حال نگه داشتن هستند. از آنجایی که چاه‌های عمیق فضای کمی برای خطا باقی می‌گذارند، ابزارها بر اساس درجه فشار تفاضلی، قابلیت دما، نوع اتصال و مواد انتخاب می‌شوند، با عملکرد تأیید شده بر اساس API Spec 10F و ISO 10427-2.

چرا تجهیزات شناور مانع حیاتی برای موفقیت در سیمان کاری چاه عمیق هستند؟

هنگامی که تجهیزات شناور در یک چاه عمیق خراب می شود، خرابی گران است و بسیار قابل مشاهده است. به محض توقف پمپاژ، سیمان به داخل بدنه برمی‌گردد، قسمت بالای سیمان به پایین‌تر از طرح ختم می‌شود، گاز می‌تواند در حالی که دوغاب ساکن است به سمت حلقۀ حلقوی حرکت کند، و مسیر کفش پر از مواد آلوده‌ای می‌شود که بعداً باید سوراخ شود. هر یک از این نتایج زمان دکل را افزایش می دهد و می تواند عملیات فشرده سازی سیمان را مجبور کند. بنابراین بخش بزرگی از قابلیت اطمینان سیمان کاری اولیه بر روی یک مجموعه کوچک در پایین رشته قرار دارد.

چهار مزیت توضیح می‌دهد که چرا برنامه‌های چاه عمیق، تجهیزات شناور سیمانی را به‌جای لوازم جانبی کالا به‌عنوان یک مانع اولیه در نظر می‌گیرند:

• یکپارچگی فشار برگشتی: دریچه ای که به درستی قرار گرفته است فشار دیفرانسیل معکوس را در محدوده 5000 تا 15000 psi نگه می دارد و ستون دوغاب را در حلقه نگه می دارد در حالی که سیمان استحکام ژل ساکن را ایجاد می کند.
• تأیید جابجایی مثبت: پلاگ بالایی روی یقه شناور ضربه می زند، و افزایش فشار ناشی از آن به خدمه می گوید که حجم برنامه ریزی شده به جای کانال یا کوتاهی به کفش رسیده است.
• راندمان اجرا: یقه‌های شناور پرکننده خودکار بدنه را در حین دویدن تا حدی پر نگه می‌دارند، فشار موج را محدود می‌کنند و نیاز به توقف و پر کردن هر پنج تا ده مفصل را برطرف می‌کنند.
• سوراخ کردن سریع و تمیز: قطعات داخلی چدن، آلومینیوم، ترموست یا سرامیک قابل حفاری برای دریل کردن PDC طراحی شده اند، بنابراین مسیر کفش پس از گیرش سیمان به سرعت پاک می شود.

دما در چاه های عمیق مستحق توجه ویژه است. ابزارهای استاندارد تا دمای 350 تا 400 درجه فارنهایت با طراحی های تخصصی برای 450 درجه فارنهایت و بالاتر رتبه بندی می شوند. درزگیرهای الاستومری با بالا رفتن دما کارایی خود را از دست می دهند، بنابراین نشیمنگاه شیر و بسته آب بند باید با دمای استاتیک ته چاله مورد انتظار مطابقت داشته باشند، نه تنها با درجه فشار. طراحی دوغاب نیز با تجهیزات تعامل دارد: دوغاب های با چگالی بالا 17 تا 20 پی پی جی مواد جامد بیشتری را حمل می کنند و صندلی ها را سریعتر فرسایش می دهند، در حالی که دوغاب های فوم سبک وزن بارهای کمتری را تحمیل می کنند اما نیاز به کنترل دقیق جابجایی دارند.

در نهایت، شواهد آزمایشی اهمیت دارد. تجهیزات تأیید شده تحت رویه‌های API Spec 10F و ISO 10427-2، از جمله آزمایش‌های آب بندی مایع و فشار دیفرانسیل در شرایط نام‌گذاری شده، به تیم چاه‌گاه اطمینان می‌دهد قبل از اینکه ریسمان وارد سوراخ شود. در چاه های عمیق، هزینه تأیید در مقایسه با هزینه یک مانع شکست خورده، ناچیز است. برای یک چاه اکتشافی عمیق که صدها هزار دلار در روز هزینه دارد، تفاوت بین شناوری که نگه می‌دارد و شناوری که نشتی دارد در روزهای دکل اندازه‌گیری می‌شود، نه در قیمت ابزار.

نحوه برنامه ریزی و اجرای سیمان قابل اطمینان با تجهیزات شناور در چاه های عمیق

قرار دادن قابل اطمینان قبل از برداشتن پوشش تصمیم گیری می شود و سپس در پنج مرحله منضبط اجرا می شود که انتخاب تجهیزات را به تمرین میدانی متصل می کند.

رتبه‌بندی‌ها و مواد را با محیط چاه عمیق مطابقت دهید

با بزرگترین دیفرانسیل معکوس که ستون سیمانی می تواند ایجاد کند شروع کنید و حاشیه آزمایش را اضافه کنید. کفش های شناور استاندارد و یقه های شناور با فشار دیفرانسیل 5000 تا 10000 psi رتبه بندی می شوند، در حالی که طرح های HPHT به 15000 psi می رسند. درجه بندی دما را نسبت به دمای استاتیک ته چاه تأیید کنید: 350 تا 400 درجه فارنهایت بیشتر چاه های عمیق را می پوشاند، اما سوراخ های داغ به ابزارهای تخصصی نیاز دارند. برای سرویس ترش، مواد و الاستومرها را مطابق با NACE MR0175 و ISO 15156 مشخص کنید. اتصال، API LTC، STC، BTC یا Premium را با جدول بدنه مطابقت دهید و تأیید کنید که قطر بیرونی ابزار سوراخ و مرکزی‌کننده‌ها را پاک می‌کند.

یقه شناور را قرار دهید و مسیر کفش را طراحی کنید

یقه شناور را یک تا سه مفصل بالای کفش نصب کنید. دو مفصل رایج ترین روش است و یک مسیر کفش تقریباً 40 تا 90 فوت با اتصالات طول استاندارد ایجاد می کند. مسیرهای طولانی‌تر برای چاه‌های حیاتی مناسب هستند که دقت جابجایی در آنها نامشخص است، زیرا آنها دوغاب آلوده را از حلقه دور نگه می‌دارند. در ابتدا بین تنظیمات تک سوپاپ و دو سوپاپ تصمیم بگیرید. برای چاه های عمیق، یک یقه شناور به علاوه کفش شناور در صورتی که دریچه کفش آسیب دیده باشد یا نتواند بنشیند، مانع دومی ایجاد می کند. در مواردی که افزایش موج در رشته‌های طولانی یک نگرانی است، تجهیزات پرکننده خودکار با دیفرانسیل بسته شدن مطابق با برنامه اجرا را انتخاب کنید.

بدنه را با مدیریت کنترل شده پر و نوسان اجرا کنید

در حین اجرا، محفظه باید به گونه‌ای پر شود که فشار فروپاشی هرگز به آن نزدیک نشود، اما پر شدن بیش از حد باعث افزایش فشار در کفش می‌شود. تمرین معمولی هر پنج تا ده مفصل را پر می کند. تجهیزات شناور پرکننده خودکار این کار را به طور مداوم انجام می دهند و زمانی که دیفرانسیل در شیر پرکننده به مقدار از پیش تعیین شده خود رسید بسته می شود. سرعت دویدن را کنترل کنید، به‌ویژه در بخش‌های تنگ و مناطق با گردش از دست رفته گذشته، و حجم پر شدن را ثبت کنید تا ناهنجاری‌ها زودتر نمایان شوند. یک دریچه شناور که توسط بارهای افزایشی کوبیده می شود می تواند حتی قبل از شروع سیمان کاری آسیب ببیند.

جابجایی با نرخ، حجم و زمانبندی منظم

گل را حالت دهی کنید، سپس اسپیسر برنامه ریزی شده را با سرعتی پمپ کنید که در فواصل زمانی که حذف گل بیشترین اهمیت را دارد، جریان متلاطم حاصل شود. دوشاخه پایینی، دوغاب سیمان و دوشاخه بالایی را پمپ کنید، حجم ها را در برابر ظرفیت رشته ها ردیابی کنید. با نزدیک شدن پلاگین بالا به یقه شناور، سرعت را کاهش دهید، سپس با افزایش فشار تقریباً 500 تا 1500 psi بالاتر از فشار گردشی نهایی، ضربه بزنید. آن فشار را برای مدت کوتاهی نگه دارید و گیج را تماشا کنید: یک قرائت پایدار به این معنی است که شناورها نگه داشته می شوند و جابجایی تایید می شود.

مانع را بررسی کنید و یک تمرین قابل پیش بینی برنامه ریزی کنید

پس از ضربه، فشار را به آرامی تخلیه کنید و مراقب برگشت هایی باشید که نشان دهنده جریان برگشتی از شیر است. فشار نهایی را یادداشت کرده و در زمانی که سیمان گیر می کند، آن را کنترل کنید. در طول حفاری، از یک بیت PDC در تجهیزات شناور مته‌کن، چدن، آلومینیوم، ترموست یا سرامیک، با پارامترهای کنترل‌شده استفاده کنید و به دنبال اولین سیمان تمیز زیر کفش باشید. اگر مسیر کفش حاوی سیمان آلوده است، آن را طبق برنامه ریزی سوراخ کنید. یقه شناور آن ماده را در زیر سد نگه می‌دارد، جایی که نمی‌تواند بر روی حلق تأثیر بگذارد.

سوالات متداول

تجهیزات شناور برای چاه عمیق چه درجه فشار تفاضلی باید داشته باشند؟

کفش های شناور استاندارد و یقه های شناور برای فشار دیفرانسیل 5000 تا 10000 psi درجه بندی می شوند و ابزارهای HPHT تا 15000 psi گسترش می یابند. درجه بندی مناسب به حداکثر دیفرانسیل معکوس که ستون سیمانی می تواند اعمال کند، به علاوه آزمایش فشار برنامه ریزی شده در کفش بستگی دارد. از مهندس سیمان بخواهید قبل از سفارش بدترین شرایط استاتیکی را محاسبه کند.

چرا یقه شناور یک تا سه مفصل بالای کفش نصب می شود؟

فاصله بین یقه شناور و کفش شناور مسیر کفش است. قرار دادن یقه یک تا سه مفصل در بالای کفش، حجم کافی برای به دام انداختن گل و لای، اسپیسر و دوغاب آلوده در زیر یقه باقی می‌گذارد، به طوری که مواد هرگز وارد حلقه نمی‌شوند. یک مسیر طولانی تر زمانی که جابجایی نامشخص است بافر اضافه می کند.

آیا چاه های عمیق هم به کفش شناور و هم به یقه شناور نیاز دارند؟

ترتیبات دو سوپاپ برای چاه های عمیق و پرخطر به شدت توصیه می شود. اگر یکی از سوپاپ ها در حین اجرا آسیب ببیند یا نتواند در جای خود قرار گیرد، دومی همچنان محافظت از فشار برگشتی را فراهم می کند. هزینه اضافی شیر دوم در مقایسه با یک کار سیمانی ناموفق، سوراخ کردن سیمان در داخل بدنه، یا مشکل مهاجرت گاز در حین انتظار روی سیمان، ناچیز است.

آیا می توان از تجهیزات شناور پرکننده خودکار در چاه های عمیق استفاده کرد؟

بله. قلاده‌های پرکننده خودکار در چاه‌های عمیق و با دسترسی گسترده رایج هستند زیرا فشار افزایش را محدود می‌کنند و در زمان پر کردن صرفه‌جویی می‌کنند. دریچه پر در یک دیفرانسیل از پیش تعیین شده بسته می شود، پس از آن ابزار مانند یک طوق شناور معمولی رفتار می کند. قبل از اینکه رشته در سوراخ برود، اطمینان حاصل کنید که دیفرانسیل بسته شدن با برنامه در حال اجرا مطابقت دارد.

چگونه عملکرد تجهیزات شناور برای سرویس چاه عمیق تأیید می شود؟

سازندگان عملکرد را مطابق با API Spec 10F و ISO 10427-2 تأیید می‌کنند، از جمله آزمایش‌های آب‌بندی مایع، آزمایش‌های فشار تفاضلی و چرخه دما. هر ابزار باید با یک رکورد آزمایشی که درجه بندی فشار و دمای آن را ذکر می کند، وارد شود. اسناد را در حیاط بررسی کنید، آنها را با جدول نگه دارید و هر ابزاری را با محل نصب آن مطابقت دهید.

اگر شناور بعد از برآمدگی دوشاخه نگه ندارد، خدمه چه کاری باید انجام دهند؟

کورکورانه فشار را آزاد نکنید. رفتار فشار را ثبت کنید، به آرامی خونریزی کنید و مراقب برگشت هایی باشید که نشان دهنده جریان برگشتی هستند. در صورت نشتی دریچه، در صورت امکان بدنه را نگه دارید و با مهندس سیمان کاری تماس بگیرید. گزینه ها عبارتند از: نگه داشتن فشار سطح در حین انتظار روی سیمان، برنامه ریزی برای فشار دادن، یا حفاری پس از درک کامل وضعیت.

نتیجه گیری

در یک چاه عمیق، قرار دادن سیمان در پایین رشته پوشش موفق یا ناموفق است. سیمان کردن تجهیزات شناور سه چیز را در اختیار خدمه قرار می دهد که در آخرین لحظه نمی تواند بداهه بسازد: یک مانع یک طرفه که ستون دوغاب را در حین غروب نگه می دارد، یک نقطه فرود که برجستگی پلاگین را معنی دار می کند و یک مسیر کفش که تمیز می ماند و به سرعت سوراخ می شود. ابزارهایی را انتخاب کنید که درجه بندی فشار، دما و مواد آنها با چاه مطابقت داشته باشد، یقه شناور را به درستی قرار دهید، جریان و جابجایی را کنترل کنید، و عملکرد را قبل و بعد از کار بررسی کنید. هیچ یک از اینها به سخت افزار عجیب و غریب نیاز ندارد. نیاز به برنامه ریزی منظم و تجهیزات قابل اعتماد دارد. اگر در حال برنامه‌ریزی یک کار سیمانی چاه عمیق هستید و می‌خواهید در مورد پیکربندی شیر، گزینه‌های پر کردن خودکار یا طراحی مسیر کفش راهنمایی استفاده کنید، با مهندسان برنامه ما تماس بگیرید تا تجهیزات شناور سیمان‌کاری را با شرایط چاه شما مطابقت دهند.