Как бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов влияет на эффективность последующего бурения

Бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов напрямую контролирует скорость, с которой буровая установка может пройти через башмак и вернуться к бурению. После удара верхнего поршня и достижения начального схватывания раствора, бурильный башмак, плавучий воротник и обратный клапан внутри башмака обсадной колонны должны быть удалены при следующем спуске долота. Конструкции, которые бурятся быстро, за один проход, и распадаются на мелкие фрагменты, которые легко выводятся, минимизируют время простоя и защищают цементную оболочку от ударных повреждений. Выбор материала, чугун, алюминий, термореактивный пластик или керамика, определяет баланс между буримостью и прочностью на сжатие, необходимой для удержания перепада давления во время цементирования. Несколько лишних часов на башмаке могут свести на нет время, сэкономленное быстрым проходом долота. Это руководство объясняет, что такое бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов, почему эффективность бурения важна для экономики скважины и как спланировать предсказуемое бурение в соответствии с практикой API Spec 10F.

Что такое бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов и как происходит бурение

Бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов включает в себя башмак, плавучий воротник и компоненты плавучего клапана, которые остаются в обсадной колонне после цементирования, а затем разрушаются буровым долотом. Плавучий башмак направляет обсадную колонну к забою и обычно несет обратный клапан; плавучий воротник устанавливается на один-три соединения выше башмака, обычно на два соединения, и обеспечивает вторую точку герметизации. Интервал между воротником и башмаком, известный как башмак, обычно простирается на 20-90 футов и остается полным цемента после вытеснения. Поскольку эти компоненты остаются в скважине, они должны быть изготовлены из материалов, которые предсказуемо бурятся, а не из стали, которая потребовала бы фрезерования.

Производители изготавливают бурильные корпуса и внутренние компоненты из чугуна, алюминия, термореактивных пластиков и композитов или керамики. Чугун обладает высокой прочностью на сжатие и стойкостью к эрозии, но бурится медленнее; алюминий бурится быстро и является обычным выбором для стандартных применений; термореактивные пластики и композитные материалы бурятся быстрее, но имеют более низкие пределы температуры и давления; керамика выбирается в основном там, где абразивный раствор может вызвать эрозию более мягких седел. Небурильное стальное оборудование зарезервировано для особых случаев, таких как интервалы, которые будут перфорированы, или операции, которые планируют фрезеровать, а не бурить. Независимо от материала, оборудование должно надежно герметизировать во время цементирования, а затем контролируемо разрушаться под долотом.

Бурение обычно начинается после того, как цемент достиг достаточной прочности на сжатие. В скважину спускается долото PDC или шарошечное долото, сначала пробивается бурильный воротник, затем башмак, и, наконец, цемент в башмаке бурится на небольшое расстояние до достижения следующей запланированной точки. Удаленный материал циркулирует на поверхность в виде мелких фрагментов. Эксплуатационные испытания плавучего оборудования, включая испытания на герметичность и температурные циклы, проводятся в соответствии с API Spec 10F / ISO 10427-2, поэтому заявленные поставщиком характеристики отражают признанный отраслевой стандарт. Фаза бурения заканчивается, когда долото прошло башмак, и ствол скважины готов к следующему участку ствола.

Почему эффективность бурения напрямую влияет на экономику скважины

Каждый час, потраченный на бурение плавучего оборудования, является временем простоя: буровая установка не бурит, долото изнашивается, а ежедневные эксплуатационные расходы продолжаются. На глубоких или морских скважинах башмак является фиксированной точкой в плане скважины, поэтому медленное или непредсказуемое бурение задерживает весь график. Более серьезные последствия включают вращение элемента клапана вместе с долотом, крупные чугунные фрагменты, которые трудно вывести, поврежденную цементную оболочку, которая позже не пройдет испытание давлением, и дополнительный рейс для спуска другого долота или фрезы. Финансовые последствия масштабируются с учетом стоимости буровой установки: плавучий воротник, который бурится за тридцать минут, и тот, который требует двух часов, отличаются незначительно по цене материала, но существенно по стоимости эксплуатации, и разница умножается на платформе или буровой установке.

Хорошо спроектированная бурильная система способствует эффективности четырьмя способами:

• Более быстрое прохождение через башмак. Алюминиевые, термореактивные и композитные внутренние компоненты спроектированы так, чтобы разрушаться под умеренным весом на долото, сокращая время между ударом поршня и началом бурения.
• Совместимость с долотами PDC. Бурильные внутренние компоненты сформулированы таким образом, чтобы резцы PDC могли их срезать без ударных повреждений, устраняя необходимость в специальном фрезерном рейсе.
• Мелкий, легкий мусор. Контролируемое дробление производит частицы, которые легко выводятся из ствола скважины, защищая компоновку низа бурильной колонны и избегая проблем, связанных с мусором.
• Надежная герметизация до точки бурения. Те же материалы, которые быстро бурятся, должны выдерживать перепад давления, обычно 5000-10000 фунтов на квадратный дюйм, во время цементирования, поэтому эффективность не достигается за счет отказа обратного клапана.

Эффективность бурения также влияет на последующую оценку цемента. Чистое бурение оставляет оболочку неповрежденной, так что каротажные данные дают надежную картину цемента за башмаком; интенсивное бурение или крупный мусор могут привести к растрескиванию или образованию каналов в затвердевшем цементе возле башмака, что приведет к неубедительным каротажным данным и защитным ремонтным работам, которые данные могут даже не оправдать. Выбор бурильного класса, следовательно, является компромиссом между двумя этапами работы. Более мягкий материал бурится быстро, но должен выдерживать гидростатические и ударные нагрузки при спуске обсадной колонны; более твердый материал более снисходителен в скважине, но медленнее под долотом. Инженеры разрешают конфликт, подбирая класс материала в соответствии с глубиной скважины, температурой, плотностью раствора и запланированным окном бурения, а также проверяя рейтинг в сертификате испытаний поставщика, а не предполагая, что один класс подходит для каждой скважины. Когда скважина позже перфорируется или разрывается возле башмака, состояние этого цементного столба определяет, выдержит ли барьер, поэтому плавучее оборудование, которое бурится чисто, является предпосылкой для башмака, который можно испытать, зафиксировать и эксплуатировать с уверенностью.

Как спланировать и выполнить быстрое, надежное бурение

Предсказуемое бурение планируется до спуска обсадной колонны, а не обнаруживается после схватывания цемента. Шаги ниже следуют последовательности, которую инженеры по цементированию и буровые бригады используют для спецификации, проверки и бурения плавучего оборудования.

Соответствие класса бурильного материала профилю скважины

Для стандартных вертикальных и наклонно-направленных скважин с нормальными температурами алюминиевые или термореактивные пластиковые внутренние компоненты бурятся быстрее и обычно достаточны. Чугун предпочтителен там, где более высокая механическая прочность, более глубокие глубины установки или абразивные растворы оправдывают более медленное бурение. Подтвердите максимальную расчетную температуру, обычно 350-400 °F для стандартных классов, против циркулирующей температуры на забое, поскольку термореактивные компоненты теряют прочность выше своего рейтинга. Там, где оператор планирует бурение долотом PDC, выбирайте внутренние компоненты с документированной буримостью PDC; где будет использоваться шарошечное долото, допустимы более прочные классы.

Проверьте рейтинги давления, температуры и соединений перед работой

Каждый плавучий воротник и плавучий башмак должны быть специфицированы для размера обсадной колонны, веса и резьбы, от 4-1/2 дюймов до 20 дюймов с соединениями API LTC, STC, BTC или премиальными. Проверьте, что рейтинг перепада давления, обычно 5000 psi или 10000 psi с опциями 15000 psi для HPHT работ, превышает максимальную нагрузку после вытеснения. Запросите индивидуальный протокол испытаний и подтвердите, что испытания проводились в соответствии с API Spec 10F / ISO 10427-2. Поставщик также должен подтвердить, что бурильный корпус не будет разрушаться под гидростатическим давлением на глубине установки или деформироваться во время спуска, рециркуляции или вращения обсадной колонны.

Спроектируйте компоновку низа бурильной колонны и рабочие параметры для бурения

Большинство операторов бурят тем же долотом PDC, которое запланировано для следующего участка ствола. Начните с пониженных параметров, обычно 2000-5000 фунтов веса на долото и 60-120 об/мин, пока не будет пробит бурильный воротник, затем нормализуйте параметры через башмак и оставшийся цемент. Следите за крутящим моментом и давлением в стояке на предмет признаков вращения компонента вместе с долотом и немедленно останавливайтесь, если бурение останавливается. Избегайте чрезмерного веса на долото на воротнике, который может отломить крупные куски или сместить сборку в сторону в размытом стволе. Безопаснее поддерживать контролируемую скорость проходки и позволить ситам подтвердить прогресс, чем толкать долото и рисковать остановкой колонны.

Планируйте управление мусором и очистку ствола

Поскольку бурильные фрагменты должны достичь поверхности, планируйте циркуляцию с кольцевой скоростью, достаточной для транспортировки ожидаемой самой крупной частицы. Промывочные жидкости и короткий проход с протиркой перед бурением снижают риск оседания мусора вокруг компоновки низа бурильной колонны. Собирайте образцы на ситах, чтобы подтвердить, что плавучий воротник и плавучий башмак были полностью удалены, и сравните объем циркуляции с рассчитанным объемом башмака. Убедитесь, что плавучий воротник является ориентиром глубины для башмака: когда долото достигает воротника, бригада точно знает, сколько бурильного материала осталось ниже.

Проверьте обработку, хранение и документацию перед спуском

Бурильный компонент, поврежденный при транспортировке или хранившийся во влажном состоянии, может треснуть под долотом или, что хуже, протечь, когда он должен герметизировать. Проверьте защитные кожухи резьбы, состояние внутренней поверхности и движение клапана на складе; храните оборудование вертикально и в сухом месте; и просмотрите документацию по качеству производителя, обычно производимую в соответствии с системами API Spec Q1 или ISO 9001, перед сборкой оборудования в колонну. Запишите серийные номера, чтобы любую аномалию бурения можно было отследить до конкретного компонента и его истории испытаний.

Следование этой последовательности дает буровой бригаде четкий ориентир по времени бурения и объему мусора, поэтому любое отклонение от плана обнаруживается на ранней стадии, пока проблема еще дешево устранима.

Часто задаваемые вопросы

Что такое бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов?

Бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов — это плавучие башмаки, плавучие воротники и плавучие клапаны, изготовленные из таких материалов, как алюминий, чугун, термореактивный пластик или керамика, которые буровое долото может разрушить после цементирования. Оборудование герметизирует от обратного потока цемента во время укладки, затем бурится, чтобы ствол скважины мог продолжить движение к следующему участку ствола.

Какие материалы используются для бурильного плавучего оборудования?

Наиболее распространенными бурильными материалами являются алюминий, чугун, термореактивные пластики и композиты, а также керамика. Алюминиевые и термореактивные внутренние компоненты бурятся быстрее и подходят для скважин со стандартной температурой; чугун обеспечивает более высокую прочность; керамика устойчива к эрозии от плотных или абразивных растворов. Класс подбирается в соответствии с требованиями к давлению, температуре и бурению каждой скважины.

Сколько времени занимает бурение плавучего оборудования?

Время бурения зависит от класса материала, количества клапанов и используемого долота. Современные бурильные конструкции обычно удаляются за минуты или несколько часов бурения и циркуляции. Алюминиевые и композитные внутренние компоненты бурятся быстрее, в то время как чугун занимает больше времени. Фактическое время следует сравнивать с планом, чтобы проблемы были обнаружены на ранней стадии.

Могут ли долота PDC бурить бурильное плавучее оборудование?

Да. Бурильные плавучие воротники и плавучие башмаки спроектированы таким образом, чтобы резцы PDC могли их срезать с контролируемым весом на долото и скоростью вращения. Начало с пониженных параметров, обычно несколько тысяч фунтов веса и 60-120 об/мин, защищает долото и производит мелкие фрагменты. Шарошечные долота также используются в некоторых программах.

Что произойдет, если плавучее оборудование не удастся пробурить?

Если компонент вращается, заклинивает долото или не может быть пробит, буровой бригаде может потребоваться увеличить вес на долото, перейти на фрезу или сделать дополнительный рейс, что приведет к дополнительному времени простоя. Крупные фрагменты, которые не могут быть выведены, могут потребовать специального рейса для очистки. Большинство проблем связаны с выбором материала, поврежденными компонентами или неправильными параметрами.

Снижает ли буримость рейтинг давления оборудования?

Буримость и рейтинг давления сбалансированы, а не противоположны. Более мягкий материал бурится быстрее, но обычно имеет более низкий рейтинг перепада давления, в то время как чугун и керамические классы имеют более высокие рейтинги. Покупатели должны убедиться, что рейтинг перепада давления, обычно 5000-10000 psi, соответствует ожидаемой нагрузке, а не предполагать, что более мягкий материал означает более низкое качество.

Заключение

Бурильное цементировочное оборудование для плавучих клапанов находится на стыке двух этапов работы: оно должно надежно герметизировать во время укладки цемента, а затем быстро исчезать под долотом. Выбор материала, проверенные рейтинги, тщательная обработка и дисциплинированная процедура бурения превращают этот компромисс в предсказуемое время простоя. Для большинства скважин алюминиевые, термореактивные и композитные внутренние компоненты обеспечивают быстрое однократное бурение долотами PDC, в то время как чугунные и керамические классы занимают свое место в более глубоких, горячих или более абразивных средах. Общим является проверка: рейтинги давления и температуры, подтвержденные протоколами испытаний API Spec 10F / ISO 10427-2, и поведение при бурении, согласованное с поставщиком до спуска обсадной колонны. Когда план ясен, башмак перестает быть источником неопределенности. Свяжитесь с нашими инженерами по применению, предоставив данные о размере обсадной колонны, глубине и температуре, чтобы подтвердить правильный бурильный класс для вашей следующей цементажной работы.