In che modo la configurazione del materiale influisce sulle prestazioni delle attrezzature per la cementazione del galleggiante

L'attrezzatura per la cementazione del galleggiante non è costituita da un unico materiale. Un pattino galleggiante o un collare galleggiante è un assieme integrato in cui ilalloggiamento in acciaio, struttura interna forabile, componenti della valvola e sistema di tenutasvolgere funzioni diverse.

L'involucro esterno fornisce la resistenza meccanica necessaria per diventare parte della corda dell'involucro. All'interno dell'alloggiamento, il riempimento in cemento o una struttura con nucleo in alluminio supporta il gruppo valvola consentendo al tempo stesso la foratura dei componenti interni dopo la cementazione. La valvola e i componenti di tenuta forniscono quindi la barriera unidirezionale necessaria per impedire il riflusso del cemento dopo lo spostamento.

Per gli ingegneri di perforazione e i team di approvvigionamento, ciò significa che la selezione dei materiali non dovrebbe essere ridotta a una semplice domanda come “acciaio o alluminio”. La domanda più utile è se illa configurazione completa del materiale corrisponde alle specifiche dell'involucro, alle condizioni del pozzo, ai requisiti di pressione e al programma di perforazione.

Alloggiamento in acciaio: il fondamento strutturale delle apparecchiature galleggianti

Il corpo principale di un pattino galleggiante o di un collare galleggiante convenzionale è realizzato in acciaio di grado involucro.

A seconda del programma di rivestimento, possono essere inclusi i gradi comuniK55, L80, P110, Q125 e altri gradi specificati. L'alloggiamento è responsabile del trasporto dei carichi meccanici associati al funzionamento dell'involucro e del mantenimento dell'integrità della connessione tra l'attrezzatura del galleggiante e la stringa dell'involucro.

Pertanto è necessario considerare la qualità dell'acciaio selezionata insieme alle dimensioni dell'involucro, al peso, allo spessore della parete, al tipo di connessione e alle condizioni operative.

Ad esempio, il design di un'apparecchiatura galleggiante SWS con nucleo in alluminio per involucro da 4-1/2 pollici utilizza aCorpo in acciaio Q125 con connessione BTC, dimostrando che "nucleo in alluminio" si riferisce alla costruzione interna piuttosto che a un involucro esterno in alluminio.

Connessioni API comeSTC, LTC e BTC, così come i collegamenti Premium specificati, possono essere selezionati in base al programma di rivestimento.

Questa distinzione è importante: l'alloggiamento fornisce il collegamento strutturale alla corda dell'involucro, mentre i materiali interni hanno uno scopo diverso.

Design con nucleo in cemento e con nucleo in alluminio: due approcci agli interni perforabili

Dopo la cementazione primaria, i componenti interni della scarpa galleggiante e del collare galleggiante normalmente devono essere perforati in modo che le successive operazioni del pozzo possano continuare.

Per questo motivo la struttura interna deve fornire un sostegno sufficiente durante la colatura e la cementazione pur rimanendo efficientemente perforabile successivamente.

Due configurazioni pratiche sonocostruzione riempita di cemento e costruzione con nucleo in alluminio.

Costruzione riempita di cemento

Nella versione riempita di cemento, il gruppo valvola è supportato da una struttura interna perforabile a base di cemento all'interno dell'alloggiamento in acciaio.

Questa è una costruzione convenzionale e collaudata per l'attrezzatura galleggiante. Il riempimento protegge i componenti interni durante la corsa e lo spostamento del cemento e può essere successivamente rimosso durante la perforazione.

L'affidabilità di questa configurazione dipende non solo dal materiale di riempimento stesso, ma anche dalla qualità della produzione. Il posizionamento e l'incollaggio corretti sono importanti per ridurre al minimo crepe, vuoti o materiale allentato che potrebbero compromettere il supporto della valvola o la successiva perforazione.

La costruzione riempita di cemento offre quindi un equilibrio pratico tra supporto strutturale, semplicità di produzione e perforabilità per le applicazioni di cementazione convenzionali.

Costruzione con nucleo in alluminio

Un design con nucleo in alluminio segue lo stesso principio di base ma utilizza una struttura interna in alluminio attorno o che supporta il gruppo valvola.

ILl'alloggiamento esterno rimane in acciaio di grado involucro.

Lo scopo dell'alluminio non è quindi quello di sostituire la carrozzeria in acciaio strutturale. Fornisce invece una struttura interna controllata e perforabile che può migliorare l'efficienza della perforazione dopo che il cemento si è solidificato.

Ciò rende la costruzione con nucleo in alluminio particolarmente rilevante laddove gli operatori pongono maggiore enfasi sulle prevedibili prestazioni di perforazione del PDC pur richiedendo che l'attrezzatura galleggiante resista a condizioni di cementazione impegnative.

Ad esempio, il collare galleggiante con nucleo in alluminio da 4-1/2 pollici e il pattino galleggiante di SWS sono progettati comegruppi a valvola singola con foratura PDC. I parametri di progettazione documentati includono una portata di 10 bbl/min, una durata di 24 ore, una temperatura nominale di 400°F e una contropressione nominale di 15.000 psi.

Il pattino galleggiante utilizza la stessa configurazione Q125/BTC e l'inviluppo di prestazioni della valvola specificato.

Questo illustra un importante punto ingegneristico:la perforabilità e la capacità di pressione non sono necessariamente requisiti opposti quando l'alloggiamento in acciaio, la struttura interna e il sistema di valvole sono progettati come un unico assieme.

Il sistema di valvole fornisce la barriera di contropressione

Mentre l'alloggiamento sopporta carichi strutturali e il riempimento interno favorisce la perforabilità, la valvola svolge la funzione idraulica primaria dell'attrezzatura a galleggiante.

Durante la circolazione e lo spostamento del cemento, il fluido deve passare verso il basso attraverso il collare del galleggiante e il pattino del galleggiante. Quando il pompaggio si ferma, la valvola si chiude per evitare che la colonna idrostatica della colonna di cemento nell'anello spinga il fluido indietro nell'involucro.

Questa funzione di contropressione è ciò che impediscefallback in cemento e tubi a Ue aiuta a mantenere una pista pulita mentre il cemento inizia a solidificarsi.

Le prestazioni della valvola dovrebbero pertanto essere valutate rispetto al campo operativo effettivo piuttosto che semplicemente in base alle dimensioni dell'involucro.

I parametri importanti includono:

• massima pressione differenziale inversa;
• temperatura del fondo foro;
• densità dell'impasto cementizio;
• velocità di spostamento;
• carico solido previsto;
• chimica dei fluidi;
• e la durata di detenzione richiesta.

In queste condizioni il design della valvola e i suoi componenti di tenuta devono collaborare.

Perché il sistema di tenuta non può essere selezionato solo in base alla temperatura

Il sistema di tenuta è una delle parti più piccole dell'attrezzatura del galleggiante, ma determina direttamente se la valvola può mantenere la sua funzione di contropressione.

Una tenuta che funziona correttamente a temperatura ambiente può comportarsi diversamente dopo un'esposizione prolungata a temperature elevate del fondo pozzo, fanghi di cemento, fango di perforazione, distanziatori o altri prodotti chimici.

La scelta della tenuta dovrebbe quindi considerare diverse condizioni contemporaneamente.

Temperaturainfluisce sulla durezza dell'elastomero, sull'elasticità e sul comportamento di tenuta a lungo termine.

Pressione differenzialedetermina il carico meccanico imposto sull'interfaccia di tenuta dopo l'arresto del pompaggio.

Chimica dei fluidipossono influenzare la compatibilità degli elastomeri e la stabilità dimensionale.

Cicli di pressione e flussoesporre ripetutamente la valvola all'apertura, alla chiusura e alla variazione dei carichi differenziali.

Per questo motivo, il sistema di tenuta dovrebbe essere selezionato in base alle condizioni effettive del pozzo e verificato come parte del gruppo completo della valvola.

Invece di specificare un materiale di tenuta da un catalogo generico, gli operatori dovrebbero fornire al produttore la temperatura, la pressione, il sistema di fluidi previsti ed eventuali requisiti di servizio speciali.

La configurazione dei materiali dovrebbe essere valutata come un sistema completo

I diversi materiali all'interno dell'attrezzatura galleggiante non dovrebbero essere confrontati in modo indipendente perché svolgono compiti diversi.

La relazione può essere riassunta semplicemente:

Alloggiamento in acciaio → resistenza strutturale e collegamento dell'involucro

Riempimento in cemento o anima in alluminio → supporto interno e forabilità

Componenti della valvola → controllo del flusso unidirezionale

Sistema di tenuta → integrità della contropressione

Un alloggiamento più robusto non può compensare una valvola inadatta. Una struttura interna altamente perforabile non può compensare una connessione che non combacia con l'involucro. Allo stesso modo, la valutazione della valvola ad alta pressione è significativa solo quando il gruppo completo è adatto alla temperatura e all'ambiente fluido previsti.

Un'attrezzatura galleggiante affidabile deriva quindi dal bilanciamento di queste funzioni piuttosto che dalla massimizzazione di ogni singola proprietà del materiale.

Come selezionare la giusta configurazione per un pozzo

Una corretta selezione dell'attrezzatura galleggiante dovrebbe iniziare con l'involucro e il programma del pozzo piuttosto che con un modello di prodotto generico.

Prima della produzione, normalmente dovrebbero essere confermate le seguenti informazioni:

• diametro esterno dell'involucro;
• peso dell'involucro o spessore della parete;
• grado di acciaio;
• tipo di connessione;
• deriva richiesta;
• pressione differenziale massima;
• temperatura del fondo foro;
• densità dell'impasto cementizio;
• condizioni di spostamento;
• requisito convenzionale o di riempimento automatico;
• costruzione interna preferita dove specificato;
• ed eventuali requisiti speciali di test o documentazione.

Per le applicazioni più impegnative, questi parametri consentono al produttore di determinare se un design convenzionale riempito di cemento è sufficiente o se è più appropriato un nucleo in alluminio o un'altra configurazione personalizzata.

Consentono inoltre di rivedere la valvola e il sistema di tenuta rispetto alle condizioni operative effettive anziché selezionarli solo dalla dimensione nominale dell'involucro.

Domande frequenti

Una scarpa galleggiante con anima in alluminio è realizzata con un corpo esterno in alluminio?

No. In un design con nucleo in alluminio, ill'alloggiamento esterno rimane in acciaio di grado involucro. L'alluminio è utilizzato come parte della struttura interna forabile. Ciò consente all'attrezzatura di mantenere le proprietà strutturali richieste dalla corda dell'involucro fornendo allo stesso tempo caratteristiche di perforazione efficienti.

Quali tipi di acciaio possono essere utilizzati per gli alloggiamenti delle apparecchiature galleggianti?

La qualità dell'alloggiamento dipende dal programma dell'involucro. Gli esempi comuni includonoK55, L80, P110 e Q125, con la qualità finale selezionata in base alle specifiche dell'involucro e ai requisiti operativi.

Qual è la differenza tra le attrezzature galleggianti riempite di cemento e quelle con nucleo in alluminio?

Entrambi utilizzano un alloggiamento esterno in acciaio. La differenza sta principalmente nella costruzione interna perforabile. Le apparecchiature riempite di cemento utilizzano una struttura interna a base di cemento, mentre le apparecchiature con nucleo in alluminio incorporano componenti in alluminio ingegnerizzati per supportare il gruppo valvola e fornire caratteristiche di foratura controllata.

Perché un operatore dovrebbe scegliere un design con nucleo in alluminio?

Un design con anima in alluminio può essere utile quandoperforazione prevedibile ed efficienteè un requisito importante. La scelta dovrebbe comunque considerare la pressione, la temperatura, le specifiche dell'involucro, le prestazioni della valvola e il programma di cementazione complessivo.

Una perforazione più semplice significa una capacità di pressione inferiore?

Non necessariamente. Le prestazioni di pressione dipendono dal design completo piuttosto che dal solo materiale perforabile interno. Ad esempio, il design con nucleo in alluminio SWS 4-1/2 pollici Q125 di riferimento specifica aValutazione di contropressione di 15.000 psi e temperatura di 400 °Fpur rimanendo PDC perforabile.

Quali informazioni devono essere fornite quando si richiede l'attrezzatura galleggiante?

Come minimo, fornire ildimensioni dell'involucro, peso, qualità dell'acciaio, connessione, pressione differenziale prevista, temperatura e condizioni di cementazione. Ulteriori informazioni sulla densità del liquame, sulle connessioni speciali, sui requisiti di perforazione e sull'ambiente di servizio consentono di selezionare una configurazione più accurata.

Conclusione

La scelta del materiale per la cementazione delle attrezzature per galleggianti non consiste nel trovare un materiale che faccia tutto.

Una scarpa galleggiante o un collare galleggiante affidabile combina diversi sistemi di materiali, ciascuno con uno scopo specifico:l'alloggiamento in acciaio di qualità garantisce integrità strutturale, la struttura interna riempita di cemento o con nucleo in alluminio supporta la valvola mantenendo la perforabilità e la valvola e il sistema di tenuta forniscono la barriera di contropressione necessaria dopo lo spostamento del cemento.

La configurazione corretta dipende da come questi componenti lavorano insieme nelle effettive condizioni di rivestimento, pressione, temperatura, fluido e perforazione del pozzo.

Per applicazioni di cementazione standard e personalizzate, SWS può produrre scarpe galleggianti e collari galleggianti in base alle specifiche dell'involucro e alle condizioni di servizio richieste. Fornire le dimensioni dell'involucro, il peso, il grado, la connessione, la pressione, la temperatura e i parametri di cementazione in modo che la configurazione completa possa essere rivista prima della produzione.