Problemi comuni dell'attrezzatura per il galleggiante di cementazione causati da detriti e solidi di cemento

I problemi dell'attrezzatura del galleggiante di cementazione causati da detriti e solidi di cemento sono tra i guasti alle valvole più comuni segnalati durante la cementazione primaria. Scaglie di laminazione, scaglie di ruggine, sigillante per tubi, residui di formazione e particelle di cemento depositate possono accumularsi all'interno di un collare galleggiante o di un pattino galleggiante e tenere la valvola a cerniera, la sfera o il cono fuori dalla sua sede. Una valvola mantenuta aperta consente il riflusso del cemento dopo l'arresto della pompa, impedisce l'urto del tappo pulitore e lascia una traccia del pattino contaminata che potrebbe richiedere una spremitura correttiva. I liquami ad alta velocità che trasportano solidi abrasivi possono anche erodere sedi e guarnizioni, mentre i solidi sedimentati possono colmare il passaggio del flusso o ostruire l'orifizio di riempimento di un pattino galleggiante a riempimento automatico. La maggior parte di questi guasti sono evitabili con una preparazione disciplinata della carcassa, un adeguato condizionamento del fango, velocità controllate della pompa e attrezzature prodotte e testate secondo la specifica API 10F/ISO 10427-2. Riconoscere il comportamento dei detriti all'interno dell'attrezzatura galleggiante è il primo passo per prevenire il bloccaggio delle valvole, le perdite e la costosa perdita di tempo dell'attrezzatura.

Quali problemi legati ai detriti influiscono sulle attrezzature per la cementazione del galleggiante?

L'attrezzatura a galleggiante è un sistema di valvole di non ritorno o di contropressione installato sul fondo della catena dell'involucro. Un collare galleggiante viene normalmente posizionato da uno a tre giunti sopra la scarpa, più comunemente due giunti, mentre la scarpa galleggiante si trova sulla giuntura inferiore della corda. Entrambi i dispositivi consentono al fluido di perforazione e ai fanghi di cemento di passare verso il basso, quindi si chiudono automaticamente per interrompere il flusso inverso ogni volta che la pressione sotto la valvola supera la pressione sopra di essa. Gli elementi di tenuta più comuni sono una valvola a cerniera con guarnizione in elastomero, una disposizione con sfera e sede o un design cono e stantuffo. Il corpo può essere realizzato in ghisa forabile, alluminio, plastica termoindurente o ceramica quando l'utensile deve essere forato dopo che il cemento ha indurito.

I detriti raggiungono queste valvole da diverse direzioni. All'interno dell'involucro, scaglie di laminazione, ruggine e vernice di laminazione derivanti dallo stoccaggio e dal trasporto possono staccarsi durante il rodaggio. Il materiale di collegamento, le scorie di saldatura e le incrostazioni rimanenti delle operazioni precedenti viaggiano nel pozzo davanti al tubo. Dal lato del pozzo, ritagli e cavità che non sono mai state fatte circolare fuori dal foro possono entrare nella scarpa mentre la corda viene fatta scorrere. Durante la cementazione stessa, l'impasto liquido è una sospensione di solidi densi: un sistema di Classe G da 15,8 ppg o un impasto liquido ponderato da 17-20 ppg contenente ematite o ossido di manganese. Qualsiasi sospensione instabile può depositarsi in una massa dura e a ponte attraverso la valvola.

Una volta che i detriti raggiungono la valvola, prevalgono quattro modalità di guasto. Innanzitutto, le particelle intrappolate tra la valvola a cerniera o sfera e la sua sede mantengono aperta la valvola in modo che non possa sigillarsi contro il flusso inverso. In secondo luogo, i rifiuti più grandi possono bloccare l'elemento in posizione aperta o piegare la cerniera della cerniera. In terzo luogo, i solidi abrasivi che si muovono a velocità di spostamento turbolente erodono le sedi, le guarnizioni e le sezioni sottili perforabili fino a quando la valvola perde sotto pressione differenziale. In quarto luogo, i solidi possono ostruire l'orifizio di riempimento ristretto di un pattino galleggiante a riempimento automatico, impedendo il riempimento dell'involucro alla velocità progettata e modificando il comportamento del pompaggio. Anche una sottile pellicola di solidi di cemento depositati su un sedile può trasformare un collare galleggiante da 10.000 psi in una valvola che perde.

Perché detriti e solidi di cemento minacciano l'intero lavoro di cementazione

La valvola a galleggiante è il componente meno accessibile del pozzo. Si trova alla base di una corda che può estendersi per migliaia di piedi e, una volta che l'attrezzatura lascia l'officina, non può essere ispezionata o regolata. Il danno da detriti viene quindi scoperto nel peggior momento possibile: durante l'urto del tappo del tergicristallo, il test di contropressione o l'attesa del cemento, quando il costo del guasto viene misurato in lavori di compressione, cicli di riempimento e tempo perso sull'impianto.

Una singola particella può annullare l'intera funzione di contropressione. Le valvole di non ritorno sono progettate per sigillare su una linea pulita e anche un granello di sabbia intrappolato sotto una valvola a cerniera crea un percorso di perdita. La pressione differenziale quindi spinge il fluido attraverso quel percorso ad alta velocità, erodendo la sede e l'elastomero finché la perdita non diventa grossolana. La stessa fisica spiega perché i problemi legati ai detriti si intensificano rapidamente una volta che iniziano.

Anche i danni causati dai detriti tendono ad arrivare a grappoli. Le incrostazioni provenienti da un giunto corroso possono raggiungere la valvola come una lumaca e le condizioni di conservazione o manipolazione che l'hanno prodotta di solito colpiscono più giunti contemporaneamente. Questo è il motivo per cui i guasti dovuti ai detriti spesso si ripetono nello stesso pozzo o nella stessa campagna finché non viene corretta la causa principale, ovvero stoccaggio umido, scarsa pulizia o liquame instabile.

Quattro caratteristiche delle attrezzature galleggianti e delle operazioni di cementazione rendono i detriti e i solidi di cemento particolarmente pericolosi:

• La tenuta dipende dal contatto metallo-metallo o metallo-elastomero sull'intera circonferenza della sede. I detriti interrompono la linea di contatto e la perdita risultante cresce sotto pressione anziché guarire.
• La pista di scarpa è l'ultima sezione pulita prima della cementazione e il primo luogo in cui si accumulano i detriti. Se la scarpa galleggiante si guasta, il collare galleggiante è l'unico supporto; in una stringa a valvola singola non c'è alcun backup.
• I fanghi di cemento sono abrasivi per natura. I liquami di classe G a 15,8 ppg e i sistemi ponderati fino a 20 ppg trasportano particelle dure che influiscono su sedi, guarnizioni e parti interne perforabili a velocità di spostamento turbolente.
• I sintomi del fallimento compaiono tardivamente. Una valvola tenuta aperta dai detriti può superare i controlli di riempimento e circolazione, quindi fallire solo quando deve trattenere l'intera colonna di cemento durante il test di contropressione dopo l'urto del tappo.

Le conseguenze sono familiari a ogni ingegnere cementatore. Il cemento cade indietro o i tubi a U fuoriescono dal binario della scarpa, il binario della scarpa rimane contaminato dal fango, il gas può migrare lungo l'anello durante l'attesa del cemento e una compressione correttiva diventa l'unica cura. Comprendere il motivo per cui i detriti sono così distruttivi rende più semplice giustificare un programma di prevenzione e affina anche i criteri di ispezione applicati prima che l'attrezzatura venga utilizzata nella fossa.

Come prevenire e gestire i problemi legati ai detriti nelle apparecchiature galleggianti

La prevenzione inizia prima che l'attrezzatura raggiunga l'impianto di perforazione e continua durante la perforazione. Un programma pratico copre cinque aree.

Preparare l'involucro e l'attrezzatura del galleggiante prima del rodaggio

Ispezionare ogni collare galleggiante e scarpa galleggiante nel magazzino e di nuovo presso l'impianto di perforazione. Controllare le protezioni della filettatura, confermare la pressione e la temperatura nominali sulla targhetta e cercare eventuali danni da impatto, sezioni perforabili incrinate o guarnizioni spostate. Conservare gli strumenti sui pattini, tenerli asciutti e non lasciarli cadere o rotolare mai. Prima della messa in funzione, sgocciolare l'involucro e spazzolare o raschiare le superfici interne dove sono previste incrostazioni; applicare la droga di connessione con parsimonia in modo che l'eccesso non venga spinto avanti nella valvola. Confermare che la pressione e la temperatura nominali corrispondano al piano del pozzo prima di allestire gli strumenti.

Condizionare il pozzo e il fango prima della cementazione

Circolare il foro pulito prima del lavoro di cemento. Eseguire il lavoro dal basso verso l'alto al minimo e nei pozzi deviati lavorare il tubo per rompere i letti di taglio che possono crollare a fondo pozzo. Condizionare il fango per rimuovere i solidi perforati e mantenere stabile la reologia; un fango ad alto contenuto di solidi scaricherà il carico di detriti nella prima zona a bassa velocità, spesso proprio in corrispondenza della scarpa. Dopo lunghi periodi statici, eseguire uno sgancio del tergicristallo. L'obiettivo è iniziare il lavoro del cemento con il foro più pulito possibile, perché il distanziatore e il liquame aggiungeranno il proprio carico di solidi.

Progettare liquami e spostamenti per limitare l'erosione e la sedimentazione

Mantenere la velocità di spostamento entro l'intervallo per cui è stata progettata l'attrezzatura galleggiante. Il flusso turbolento attraverso la valvola a velocità eccessive accelera l'erosione di sedi, guarnizioni e parti interne perforabili; se il programma richiede uno spostamento turbolento, scegliere modelli resistenti all'erosione e confermare con il fornitore. I liquami ponderati nell'intervallo 17-20 ppg necessitano di disperdenti efficaci in modo che i solidi rimangano in sospensione, poiché un liquame che si compatta attraverso la valvola è un problema di detriti prodotti nell'unità di miscelazione. Evitare di lasciare residui statici attraverso la valvola, mantenere il movimento del tubo dove possibile e utilizzare il volume del distanziatore corretto.

Verificare l'integrità della valvola sul sito

Conferma il galleggiante prima di dipendere da esso. Durante il rodaggio, osservare il comportamento di riempimento: un involucro che si riempie troppo velocemente o non si riempie affatto può indicare un orifizio di riempimento automatico danneggiato. Dopo l'atterraggio, circolare a velocità controllata e confermare i ritorni, quindi effettuare un test di pressione contro il galleggiante e mantenere il valore di test pianificato. Una valvola che non trattiene la pressione deve essere esaminata prima della cementazione. Durante il lavoro, sbattere il tappo alla pressione prevista e osservare i manometri: una pressione di chiusura stabile significa che il galleggiante tiene, mentre un decadimento costante significa che la valvola perde e la colonna sta cadendo indietro.

Perforare con attenzione e far circolare i detriti

La perforazione crea i propri detriti. Quando si fora un'attrezzatura galleggiante perforabile, utilizzare un peso sulla punta appropriato per interni in ghisa, alluminio, termoindurente o ceramica in modo che i frammenti vengano macinati piccoli invece di rompersi in pezzi. Circolare continuamente per sollevare i trucioli e i frammenti di utensili fuori dal cingolo del pattino prima che possano incastrarsi sotto una valvola. Nei pozzi con rivestimento e a più stadi, i detriti dall'alto possono cadere sugli strumenti sottostanti, quindi circolare dal basso verso l'alto e controllare gli agitatori prima di procedere alla perforazione. Rispettare i parametri di perforazione del produttore, perché forzare la punta può spingere i frammenti nella tana del topo o incastrarli sotto lo strumento successivo.

Domande frequenti

Piccole particelle di detriti possono davvero impedire la tenuta di una valvola a galleggiante?

SÌ. Le valvole a cerniera e a sfera e sede sigillano su una linea di contatto stretta, quindi un granello di sabbia o alcune particelle di cemento depositate intrappolate sulla sede creano un percorso di perdita. Una volta che la pressione differenziale spinge il fluido attraverso lo spazio, l’erosione lo allarga rapidamente. Piccoli detriti possono provocare perdite nel collare galleggiante classificato.

Quali sono le fonti più comuni di detriti?

Incrostazioni di laminazione, ruggine e vernice derivanti dallo stoccaggio e dal trasporto dell'involucro sono in testa all'elenco, seguiti dal composto per filettature in eccesso. Anche i ritagli e le cavità della formazione non fatti circolare fuori dal foro entrano nella scarpa mentre la corda viene fatta scorrere. Una sospensione di cemento instabile che si deposita durante il lavoro può colmare la valvola con solidi imballati.

Come possiamo sapere se i detriti tengono aperta una valvola?

I primi segnali compaiono durante il riempimento e la circolazione: il corpo si riempie più velocemente del previsto, oppure i ritorni non corrispondono al volume pompato. Dopo che il tappo ha urtato, un galleggiante tenuto aperto dai detriti non manterrà la pressione e il manometro decade quando la colonna di cemento ricade. Trattare un test di pressione pre-cementazione fallito come correlato ai detriti fino a prova contraria.

I fanghi di cemento pesanti aumentano il rischio di problemi alle valvole?

Sì, principalmente attraverso l'erosione e l'assestamento. I fanghi ponderati di 17-20 ppg trasportano particelle di ematite o ossido di manganese che colpiscono sedi e guarnizioni a velocità turbolente e si depositano più velocemente quando sono statici, formando ponti attraverso la valvola. Il trattamento disperdente, i tassi controllati e le parti interne resistenti all'erosione riducono ma non eliminano il rischio.

Le scarpe galleggianti a riempimento automatico possono intasarsi di detriti?

Possono. Gli strumenti di riempimento automatico fanno passare il fluido attraverso un orifizio ristretto o oltre un deflettore che galleggia mentre l'involucro si riempie e questi passaggi sono i primi luoghi in cui si accumulano i solidi. Una porta di riempimento tappata arresta il riempimento dell'involucro alla velocità prevista, modificando la pressione di picco e il tempo di riempimento. I controlli di riempimento durante il rodaggio rilevano il problema prima che la corda raggiunga il fondo.

Cosa dovremmo fare se il galleggiante non supera il test di contropressione?

Fermarsi e diagnosticare prima di pompare il cemento. Provare a circolare a una velocità più elevata per eliminare i detriti dal sedile, quindi ripetere il test. Se la valvola continua a non sigillarsi, le opzioni sono limitate: tirare la corda per sostituire l'attrezzatura oppure procedere con il collare galleggiante come barriera primaria e pianificare una compressione. Chiedi al tuo fornitore consigli sul campo.

Conclusione

Detriti e solidi di cemento sono i nemici nascosti delle attrezzature galleggianti. Causano valvole bloccate, sedi che perdono, porte di riempimento automatico ostruite e piste di scarpe contaminate, guasti che emergono solo quando il lavoro del cemento dipende dalla pressione di mantenimento della valvola. I rimedi sono ben collaudati: preparare adeguatamente l'involucro e gli strumenti, far circolare il foro in modo pulito, progettare fanghi che rimangano in sospensione, verificare la valvola prima e durante il lavoro ed eseguire il foro con disciplina. Poiché queste misure sono poco costose rispetto a un lavoro di compressione o alla perdita di una traccia di scarpe, ogni programma di cementazione dovrebbe includerle. Se stai pianificando un lavoro di cementazione in un pozzo con pulizia del foro discutibile o fanghi pesanti, contatta i nostri ingegneri applicativi per consigli su pattini galleggianti e collari galleggianti adatti alle tue condizioni.