Tradicionalni kompozitni čep bo vseboval trn, zgornji drsnik/stožec, element in spodnji drsnik/stožec. Trn bo zagotovil strukturo čepa, na katerem se "vozijo" druge komponente in bo imel bodisi strojno vdelane profile ali pa bo imel pritrjene dodatne dele za omejevanje komponent med zagonom, nastavitvijo in frac. Listi so oblikovani tako, da delujejo s stožcem tako, da se, ko jih pritisnete skupaj, premaknejo navzven in se dotaknejo ohišja. Listki bodo imeli utrjene robove, ki so oblikovani tako, da se "zagrizejo" v ohišje in jih zaklenejo na mestu. Listki bodo polni obroč ali posamezni segmenti, ki se držijo skupaj z nekakšnim trakom. V vsakem primeru sta zasnovana tako, da ostaneta skupaj, dokler ju zaporedje nastavitve ne razloči, kar jima omogoči, da se premakneta navzgor po stožcu in namestita v ohišje.
Za čep frac, ki je zasnovan tako, da zadržuje samo pritisk od zgoraj, bo spodnji drsnik zasnovan tako, da zadrži celotno silo frac, zgornji drsnik pa bo oblikovan tako, da bo čep, predvsem element, po strditvi zadrževal stisnjen. Element je zasnovan tako, da se stisne pod silo nastavitve, ki ustvarja tesnilo med ID stene ohišja in trnom. To tesnilo bo zagotovilo izolacijo, ki je potrebna za ločitev vodnjaka na dva dela, tako da je mogoče diskretno obdelati območje zgoraj. Pri čepu za spuščanje krogle bo krogla padla s površine, da bo pristala na trnu in dokončala izolacijo.
Prvi preizkus delovanja kompozitnega čepa se izvede med delovanjem izčrpavanja. Za to zaporedje se sestavi kompozitni čep do sklopa spodnje vrtine (BHA), ki vključuje čep, orodje za nastavitev in pištole za luknjanje. Ta BHA se spusti do začetne točke v vodoravnem vodnjaku, nato pa se uporabijo črpalke za njegovo namestitev na predvideno lokacijo. Med tem postopkom je ključnega pomena, da komponente ostanejo sestavljene. Listi morajo ostati skupaj, sicer bi se med namestitvijo dotaknili ohišja, se pomaknili navzgor po stožcu in ustvarili prednastavljen dogodek.
Tudi element mora ostati na mestu, da se izogne isti usodi. Pri gumijastih elementih je to lahko težavno. Tipični 5,5-palčni čep ima na primer OD 4-3/8" in ohišje ima ID 4,778", kar pušča majhno vrzel med čepom in ohišjem (samo 0,2" na stran). Odvisno od tega, kako hitro se čep premika in hitrost pretoka črpane tekočine, je lahko okoli tega čepa veliko obvodov. Ko se ta obvod poveča, bo okoli čepa nastalo območje nizkega tlaka, ki lahko povzroči, da element nabrekne in pride v stik z ohišjem. Zaradi tega je ključnega pomena razumeti, koliko tekočine obide čep med uvajanjem, in večina ponudnikov bo zagotovila smernice za to, kako hitro se mora čep premikati pri različnih hitrostih črpanja.
Nastavitev čepa se izvede z orodjem za nastavljanje eksploziva. Podrobnosti o tem, kako delujeta dve glavni vrsti orodij za nastavitev, lahko najdete v prejšnjih člankih tukaj in tukaj. Trn čepa bo statičen in komponente bodo prisiljene skupaj, da se orodje nastavi. Običajno se bo element stisnil, nato pa se bodo lističi zlomili in se premikali po stožcih navzgor, dokler niso potisnjeni v ohišje in se zaskočijo na svoje mesto. Ko so zdrsi nastavljeni, bo sila, ki jo ustvari orodje za nastavitev, presegla strižno silo strižnega medija čepa in orodje za nastavitev bo odrezalo čep, ki ga bo pustil samostojnega v vrtini. Po strditvi bo del trna izpostavljen nad novo stisnjenimi komponentami. Dolžina tega izpostavljenega trna bo enaka količini kompozita nad zgornjim drsečem, kot je sestavljen, plus dolžina giba, potrebna za nastavitev orodja.
Ena od kritičnih konstrukcijskih omejitev kompozitnega čepa je hod, potreben za nastavitev orodja. Ta dolžina je določena s hodom, ki ga zagotavlja Baker Setting Tool, ki je 5,875" za E4-10 in 8,625" za E4-20. Če orodje zahteva večji hod od tega, se nastavitveno orodje verjetno ne bo odrezalo s čepa.
Zmogljivost zgornjega drsnika je pri tej konfiguraciji kritična takoj po nastavitvi. Zgornji drsnik se mora ugrizniti v ohišje, da zaklene stiskanje v element in ohrani tesnost. Če zgornji drsnik ne deluje tako, kot je načrtovano, se bo element lahko sprostil in izgubili boste tesnjenje. Zanimivo je, da element igra vlogo pri ohranjanju lastne kompresije. Če element ne bi ustvaril nasprotne sile na zgornji stožec, ne bi ohranil podpore pod zdrsom, ki je potreben, da ostane v stiku z ohišjem. Brez "povratnega tlaka" stisnjenega elementa zgornji drsnik ne bi opravil svojega dela.
Po strditvi bo žični BHA uporabljen za perforacijo ohišja nad čepom in nato odstranjen iz vrtine. Oprema za površinski lom bo nato nameščena. Za žogico bo žogica padla s površine. Ko doseže vodoravni del vodnjaka, se bo črpal navzdol, da bo pristal na čepu, pri čemer bo vodnjak izoliran na dva dela. Ko krogla pristane in se začne lom, bo pritisk potisnil trn navzdol, dokler ne pride v stik z vrhom zgornjega drsnika. Med drsenjem skozi element je treba ohraniti tesnilo.
Posledica tega je dolžina trna pod čepom, ki je enaka gibu plus dno čepa. To v resnici ne vpliva na nastavitev ali frac komponente delovanja čepa, lahko pa vpliva na dviganje mlina.
Med stimulacijo je visok pritisk na zgornji strani čepa, nižji pa na dnu čepa. Ta razlika v tlaku narekuje, kako mora biti čep zasnovan tako, da prenese sile, ki se izvajajo. Kot lahko vidite spodaj, se pritisk frac izvaja na kroglo in trn nad elementom. Pod kroglo in elementom je samo pritisk iz rezervoarja. Posledica tega je tlak zrušitve, ki deluje na trn nad tesnilom. Pri tesnjenju mora trn prenesti tlak zrušitve in stiskanje elementa.
Spodnji drsnik in stožec morata prenesti mehansko silo, ki nastane na element in čep zaradi razlike v tlakih. Ponudnik čepa mora uporabiti debelino in trdnost materiala, da doseže čep, ki lahko deluje pod temi pogoji. Običajno pride do okvare tradicionalnega čepa za lomljenje zaradi zrušitve spodnjega stožca/trna, ki povzroči, da spodnji utori izgubijo svoj ugriz. Delovanje orodja je odvisno od trdnosti kompozita.
Naslednja skrb oblikovalcev je zmogljivost elementa v razmerah visokega tlaka in temperature. Gumijasti element je prožen in bo postal še bolj prožen pri visokih temperaturah. Ko se mešanici doda visok tlak, lahko povzroči, da gumijasti element teče v smeri pritiska. Številni tradicionalni čepi na trgu bodo vključevali rezervni sistem za element, ki je zasnovan tako, da se razširi skupaj z elementom, ko je nastavljen, in nato zagotovi strukturo, ki element obdrži na mestu med visokotlačno fazo lomljenja.
Če vas zanima Vigor Completion Tool Frac Plug Series ali druga orodja za vrtanje in dokončanje za naftno in plinsko industrijo, prosimo, ne oklevajte in nas kontaktirajte za najboljšo podporo za izdelke in tehnično podporo.
Čas objave: 28. maj 2024
