Typowe problemy ze sprzętem pływającym do cementowania spowodowane przez zanieczyszczenia i stałe składniki cementu

Problemy ze sprzętem pływającym do cementowania spowodowane przez zanieczyszczenia i stałe składniki cementu należą do najczęstszych awarii zaworów zgłaszanych podczas pierwotnego cementowania. Zgorzelina, płatki rdzy, pasta połączeniowa, urobek formacyjny i osadzone cząstki cementu mogą gromadzić się w kołnierzu pływającym lub bucie pływającym i uniemożliwiać klapce, kuli lub stożkowi przyleganie do gniazda. Zawór pozostawiony otwarty pozwala na cofanie się cementu po zatrzymaniu pompy, uniemożliwia czyste odbicie tłoka wycierającego i pozostawia skażony ślad buta, który może wymagać wtórnego cementowania. Słupy o dużej prędkości niosące ścierne cząstki stałe mogą również powodować erozję gniazd i uszczelnień, podczas gdy osadzone cząstki stałe mogą blokować przepływ lub otwór napełniania samonapełniającego się buta pływającego. Większość tych awarii można uniknąć dzięki zdyscyplinowanemu przygotowaniu rur okładzinowych, odpowiedniemu kondycjonowaniu płuczki, kontrolowanym prędkościom pompowania oraz sprzętowi wyprodukowanemu i przetestowanemu zgodnie z API Spec 10F / ISO 10427-2. Rozpoznanie sposobu zachowania się zanieczyszczeń wewnątrz sprzętu pływającego jest pierwszym krokiem w kierunku zapobiegania zacinaniu się zaworów, wyciekom i kosztownemu przestojowi platformy.

Jakie problemy związane z zanieczyszczeniami wpływają na sprzęt pływający do cementowania?

Sprzęt pływający to system zaworów zwrotnych lub antyzwrotnych zainstalowany na dole przewodu okładzinowego. Kołnierz pływający jest zazwyczaj umieszczany od jednego do trzech złączy powyżej buta, najczęściej dwóch złączy, podczas gdy but pływający jest montowany na dolnym złączu przewodu. Oba urządzenia pozwalają na przepływ płuczki wiertniczej i zawiesiny cementowej w dół, a następnie automatycznie zamykają się, aby zatrzymać przepływ wsteczny, gdy ciśnienie poniżej zaworu przekroczy ciśnienie powyżej niego. Najczęstszymi elementami uszczelniającymi są zawór klapowy z uszczelnieniem elastomerowym, układ kula-gniazdo lub konstrukcja stożek-tłok. Korpus może być wykonany z żeliwa, aluminium, tworzywa termoutwardzalnego lub ceramiki, gdy narzędzie musi zostać przewiercone po stwardnieniu cementu.

Zanieczyszczenia docierają do tych zaworów z kilku kierunków. Wewnątrz rur okładzinowych zgorzelina, rdza i lakier z magazynowania i transportu mogą odrywać się podczas wsuwania. Pasta połączeniowa, żużel spawalniczy i pozostałości z poprzednich operacji przemieszczają się w dół przed rurą. Ze strony odwiertu, urobek i odłamy, które nigdy nie zostały wypłukane z otworu, mogą dostać się do buta podczas wsuwania przewodu. Podczas samego cementowania zawiesina jest zawiesiną gęstych cząstek stałych: system klasy G o gęstości 15,8 ppg lub zawiesina o gęstości 17-20 ppg zawierająca hematyt lub tlenek manganu. Każda niestabilna zawiesina może osadzić się w twardą, blokującą masę na zaworze.

Gdy zanieczyszczenia dotrą do zaworu, dominują cztery tryby awarii. Po pierwsze, cząstki uwięzione między klapką lub kulą a jej gniazdem utrzymują zawór otwarty, uniemożliwiając jego uszczelnienie przed przepływem wstecznym. Po drugie, większe zanieczyszczenia mogą zablokować element w pozycji otwartej lub wygiąć zawias klapki. Po trzecie, ścierne cząstki stałe poruszające się z turbulentnymi prędkościami wypierania powodują erozję gniazd, uszczelnień i cienkich sekcji do przewiercenia, aż zawór zacznie przeciekać pod ciśnieniem różnicowym. Po czwarte, cząstki stałe mogą zablokować ograniczony otwór napełniania samonapełniającego się buta pływającego, zatrzymując napełnianie rury okładzinowej z zamierzoną prędkością i zmieniając zachowanie przepływu. Nawet cienka warstwa osadzonych cząstek cementu na gnieździe może zamienić kołnierz pływający o wytrzymałości 10 000 psi w przeciekający zawór.

Dlaczego zanieczyszczenia i stałe składniki cementu zagrażają całemu procesowi cementowania

Zawór pływający jest najmniej dostępnym elementem w odwiertie. Znajduje się na dole przewodu, który może sięgać tysięcy stóp, a gdy sprzęt opuści warsztat, nie można go już sprawdzić ani wyregulować. Uszkodzenia spowodowane przez zanieczyszczenia są zatem odkrywane w najgorszym możliwym momencie: podczas odbicia tłoka wycierającego, testu ciśnienia zwrotnego lub oczekiwania na cement, kiedy koszt awarii jest mierzony w postaci wtórnych cementowań, ponownych wtrysków i utraconego czasu pracy platformy.

Jedna cząstka może uniemożliwić działanie całego zaworu zwrotnego. Zawory zwrotne są zaprojektowane do uszczelniania na czystej linii, a nawet ziarnko piasku uwięzione pod klapką tworzy ścieżkę wycieku. Ciśnienie różnicowe następnie przepycha płyn przez tę ścieżkę z dużą prędkością, powodując erozję gniazda i elastomeru, aż wyciek stanie się znaczący. Ta sama fizyka wyjaśnia, dlaczego problemy z zanieczyszczeniami szybko się nasilają, gdy tylko się zaczną.

Uszkodzenia spowodowane przez zanieczyszczenia mają również tendencję do występowania w skupiskach. Zgorzelina z jednego skorodowanego złącza może dotrzeć do zaworu jako fala, a warunki przechowywania lub obsługi, które ją spowodowały, zazwyczaj wpływają na kilka złączy jednocześnie. Dlatego awarie spowodowane przez zanieczyszczenia często powtarzają się w tym samym odwiertie lub kampanii, dopóki nie zostanie usunięta przyczyna źródłowa, taka jak wilgotne przechowywanie, słabe czyszczenie lub niestabilna zawiesina.

Cztery cechy sprzętu pływającego i operacji cementowania sprawiają, że zanieczyszczenia i stałe składniki cementu są szczególnie niebezpieczne:

• Uszczelnienie zależy od kontaktu metal-metal lub metal-elastomer na całym obwodzie gniazda. Zanieczyszczenia przerywają tę linię kontaktu, a wynikający z tego wyciek powiększa się pod ciśnieniem, zamiast sam się leczyć.
• Ślad buta jest ostatnim odcinkiem czyszczonym przed cementowaniem i pierwszym miejscem, gdzie gromadzą się zanieczyszczenia. Jeśli but pływający zawiedzie, kołnierz pływający jest jedynym zabezpieczeniem; w przewodzie z jednym zaworem nie ma żadnego zabezpieczenia.
• Zawiesiny cementowe są z natury ścierne. Zawiesina klasy G o gęstości 15,8 ppg i systemy obciążone do 20 ppg niosą twarde cząstki, które uderzają w gniazda, uszczelnienia i elementy do przewiercenia z turbulentnymi prędkościami wypierania.
• Objawy awarii pojawiają się późno. Zawór utrzymywany w pozycji otwartej przez zanieczyszczenia może przejść przez kontrole napełniania i cyrkulacji, a następnie zawieść dopiero wtedy, gdy musi utrzymać pełną kolumnę cementu podczas testu ciśnienia zwrotnego po odbiciu tłoka.

Konsekwencje są znane każdemu inżynierowi cementowania. Cement cofa się lub wypływa z śladu buta, ślad buta pozostaje skażony błotem, gaz może migrować w górę pierścienia podczas oczekiwania na cement, a wtórne cementowanie staje się jedynym rozwiązaniem. Zrozumienie, dlaczego zanieczyszczenia są tak destrukcyjne, ułatwia uzasadnienie programu zapobiegania, a także wyostrza kryteria inspekcji stosowane przed włożeniem sprzętu do odwiertu.

Jak zapobiegać problemom z zanieczyszczeniami w sprzęcie pływającym i nimi zarządzać

Zapobieganie rozpoczyna się przed dostarczeniem sprzętu na platformę i trwa do momentu przewiercenia. Praktyczny program obejmuje pięć obszarów.

Przygotuj rury okładzinowe i sprzęt pływający przed wsuwaniem

Sprawdź każdy kołnierz pływający i but pływający w magazynie i ponownie na miejscu wiercenia. Sprawdź osłony gwintów, potwierdź znamionowe ciśnienie i temperaturę na tabliczce znamionowej oraz poszukaj uszkodzeń mechanicznych, pękniętych sekcji do przewiercenia lub przesuniętych uszczelnień. Przechowuj narzędzia na podporach, utrzymuj je suche i nigdy ich nie upuszczaj ani nie tocz. Przed wsuwaniem przepuść przez rury kaliber i szczotkuj lub zeskrob wewnętrzne powierzchnie, gdzie spodziewana jest zgorzelina; nakładaj pastę połączeniową oszczędnie, aby nadmiar nie został przepchnięty do zaworu. Przed montażem narzędzi potwierdź, że znamionowe ciśnienie i temperatura odpowiadają planowi odwiertu.

Przygotuj odwiert i płuczkę przed cementowaniem

Przepłucz otwór przed cementowaniem. Przeprowadź przepłukanie dna co najmniej, a w odwiertach pochyłych pracuj rurą, aby rozbić złoża urobku, które mogą się zsunąć w dół. Kondycjonuj płuczkę, aby usunąć stałe składniki wiercenia i utrzymać stabilną reologię; płuczka o wysokiej zawartości stałych składników zrzuci swój ładunek urobku w pierwszej strefie o niskiej prędkości, często tuż przy bucie. Po długich okresach statycznych wykonaj przejazd wycierający. Celem jest rozpoczęcie cementowania z jak najczystszym otworem, ponieważ płuczka pośrednicząca i zawiesina dodadzą własny ładunek stałych składników.

Zaprojektuj zawiesinę i wypieranie, aby ograniczyć erozję i osadzanie się

Utrzymuj prędkość wypierania w zakresie, dla którego zaprojektowano sprzęt pływający. Przepływ turbulentny przez zawór przy nadmiernych prędkościach przyspiesza erozję gniazd, uszczelnień i elementów do przewiercenia; jeśli program wymaga turbulentnego wypierania, wybierz konstrukcje odporne na erozję i potwierdź z dostawcą. Zawiesiny obciążone w zakresie 17-20 ppg wymagają skutecznych dyspersantów, aby cząstki stałe pozostały zawieszone, ponieważ zawiesina, która osiada na zaworze, jest problemem zanieczyszczeń powstałym w jednostce mieszającej. Unikaj pozostawiania statycznej zawiesiny na zaworze, utrzymuj ruch rury tam, gdzie jest to praktyczne, i używaj odpowiedniej objętości płuczki pośredniczącej.

Zweryfikuj integralność zaworu na miejscu wiercenia

Potwierdź działanie zaworu pływającego, zanim na nim polegasz. Podczas wsuwania obserwuj zachowanie napełniania: zbyt szybkie lub wcale nienapełniająca się rura okładzinowa może wskazywać na uszkodzony otwór samonapełniający. Po osadzeniu cyrkuluj z kontrolowaną prędkością i potwierdź zwroty, a następnie przetestuj ciśnienie na zaworze pływającym i utrzymuj zaplanowaną wartość testową. Zawór, który nie wytrzymuje ciśnienia, powinien zostać zbadany przed cementowaniem. Podczas pracy odbij tłok przy zaplanowanym ciśnieniu i obserwuj manometry: stabilne ciśnienie zamknięcia oznacza, że zawór trzyma, podczas gdy stały spadek oznacza, że zawór przecieka, a kolumna cementu opada.

Przewiercaj ostrożnie i wypłucz zanieczyszczenia

Przewiercanie generuje własne zanieczyszczenia. Podczas przewiercania sprzętu pływającego do przewiercenia używaj nacisku na wiertło odpowiedniego dla żeliwa, aluminium, tworzywa termoutwardzalnego lub ceramiki, aby fragmenty były rozdrabniane na małe kawałki, zamiast łamać się na większe. Cyrkuluj stale, aby wypłukać urobek i fragmenty narzędzi ze śladu buta, zanim zdążą się zaklinować pod zaworem. W rurach końcowych i wieloetapowych zanieczyszczenia z góry mogą spadać na narzędzia poniżej, dlatego przepłukuj dno i sprawdzaj sita przed dalszym wierceniem. Przestrzegaj parametrów przewiercania producenta, ponieważ forsowanie wiertła może wepchnąć fragmenty do otworu szczurowego lub zaklinować je pod następnym narzędziem.

Często zadawane pytania

Czy małe cząstki zanieczyszczeń mogą naprawdę uniemożliwić uszczelnienie zaworu pływającego?

Tak. Zawory klapowe i kulowo-gniazdowe uszczelniają się na wąskiej linii styku, więc ziarnko piasku lub kilka osadzonych cząstek cementu uwięzionych na gnieździe tworzy ścieżkę wycieku. Gdy ciśnienie różnicowe przepchnie płyn przez szczelinę, erozja szybko ją powiększa. Drobne zanieczyszczenia mogą spowodować przeciek kołnierza pływającego o określonej wytrzymałości.

Jakie są najczęstsze źródła zanieczyszczeń?

Zgorzelina, rdza i lakier z magazynowania i transportu rur okładzinowych znajdują się na czele listy, a następnie nadmiar pasty połączeniowej. Urobek formacyjny i odłamy, które nie zostały wypłukane z otworu, również dostają się do buta podczas wsuwania przewodu. Niestabilna zawiesina cementowa, która osiada podczas pracy, może zablokować zawór spakowanymi cząstkami stałymi.

Jak możemy stwierdzić, czy zanieczyszczenia utrzymują zawór otwarty?

Pierwsze oznaki pojawiają się podczas napełniania i cyrkulacji: rura okładzinowa napełnia się szybciej niż obliczono, lub zwroty nie odpowiadają objętości wtłoczonej. Po odbiciu tłoka, zawór utrzymywany w pozycji otwartej przez zanieczyszczenia nie będzie trzymał ciśnienia, a manometr będzie wskazywał spadek, gdy kolumna cementu opada. Traktuj nieudany test ciśnienia przed cementowaniem jako związany z zanieczyszczeniami, dopóki nie zostanie udowodnione inaczej.

Czy ciężkie zawiesiny cementowe zwiększają ryzyko problemów z zaworami?

Tak, głównie poprzez erozję i osadzanie się. Obciążone zawiesiny o gęstości 17-20 ppg niosą cząstki hematytu lub tlenku manganu, które uderzają w gniazda i uszczelnienia z turbulentnymi prędkościami, i szybciej osiadają, gdy są statyczne, tworząc mostki na zaworze. Obróbka dyspersantami, kontrolowane prędkości i elementy odporne na erozję zmniejszają, ale nie eliminują ryzyka.

Czy samonapełniające się buty pływające mogą zostać zatkane przez zanieczyszczenia?

Mogą. Samonapełniające się narzędzia przepuszczają płyn przez ograniczony otwór lub obok klapki, która unosi się podczas napełniania rury okładzinowej, i to właśnie w tych przejściach najpierw gromadzą się cząstki stałe. Zatkany port napełniania zatrzymuje napełnianie rury okładzinowej z zamierzoną prędkością, zmieniając ciśnienie przepływu i czas napełniania. Kontrole napełniania podczas wsuwania wykrywają problem, zanim przewód dotrze do dna.

Co powinniśmy zrobić, jeśli zawór pływający nie przejdzie testu ciśnienia zwrotnego?

Zatrzymaj się i zdiagnozuj przed wtłoczeniem cementu. Spróbuj cyrkulować z większą prędkością, aby zmyć zanieczyszczenia z gniazda, a następnie przetestuj ponownie. Jeśli zawór nadal nie będzie uszczelniał, opcje są ograniczone: wyciągnij przewód, aby wymienić sprzęt, lub kontynuuj z kołnierzem pływającym jako główną barierą i zaplanuj wtórne cementowanie. Skontaktuj się z dostawcą w celu uzyskania zaleceń terenowych.

Wniosek

Zanieczyszczenia i stałe składniki cementu są ukrytymi wrogami sprzętu pływającego. Powodują one zacinanie się zaworów, przeciekające gniazda, zatkane porty samonapełniania i skażone ślady butów, awarie, które ujawniają się dopiero wtedy, gdy cementowanie zależy od tego, czy zawór utrzyma ciśnienie. Rozwiązania są dobrze sprawdzone: prawidłowe przygotowanie rur okładzinowych i narzędzi, przepłukanie otworu, projektowanie zawiesin, które pozostają zawieszone, weryfikacja zaworu przed i w trakcie pracy oraz zdyscyplinowane przewiercanie. Ponieważ te środki są niedrogie w porównaniu z wtórnym cementowaniem lub utratą śladu buta, każdy program cementowania powinien je uwzględniać. Jeśli planujesz cementowanie w odwiertach z wątpliwym czyszczeniem otworu lub ciężkimi zawiesinami, skontaktuj się z naszymi inżynierami aplikacyjnymi w celu uzyskania zaleceń dotyczących butów i kołnierzy pływających dopasowanych do Twoich warunków.