Un tappo composito tradizionale conterrà un mandrino, un cono/barattolo superiore, un elemento e un cono/barattolo inferiore. Il mandrino fornirà la struttura del tappo su cui “cavalcano” gli altri componenti e avrà profili lavorati al suo interno o avrà parti aggiuntive attaccate per vincolare i componenti durante il rodaggio, l'impostazione e la fratturazione. Gli inserti sono progettati per interagire con il cono in modo tale che, quando forzati insieme, si spostano verso l'esterno fino a toccare l'involucro. Gli slip avranno bordi temprati progettati per "mordere" l'involucro, bloccandoli in posizione. I foglietti saranno costituiti da un anello completo o da singoli segmenti tenuti insieme da una fascia di qualche tipo. In ogni caso, sono progettati per rimanere insieme finché la sequenza di impostazione non li separa consentendo loro di risalire lungo il cono e inserirli nell'involucro.
Per un tappo frac, progettato per trattenere solo la pressione dall'alto, il colletto inferiore sarà progettato per sostenere tutta la forza del frac e il colletto superiore sarà progettato per mantenere il tappo, principalmente l'elemento, compresso dopo l'indurimento. L'elemento è progettato per comprimersi sotto la forza di regolazione creando una tenuta tra il diametro interno della parete dell'involucro e il mandrino. Questa sigillatura fornirà l'isolamento necessario per separare il pozzo in due parti in modo che la zona sovrastante possa essere trattata in modo discreto. Per un tappo a sfera, una sfera verrà lasciata cadere dalla superficie per atterrare sul mandrino e completare l'isolamento.
Il primo test delle prestazioni di un tappo composito avviene durante l'operazione di svuotamento. Per questa sequenza viene realizzato un tappo composito con un gruppo del foro inferiore wireline (BHA) che include un tappo, uno strumento di impostazione e pistole di perforazione. Questo BHA viene fatto cadere fino al punto di kickoff in un pozzo orizzontale e quindi vengono utilizzate pompe per distribuirlo nella posizione prevista. Durante questa operazione è fondamentale che i componenti rimangano assemblati. I foglietti devono stare insieme, altrimenti entrerebbero in contatto con l'involucro durante l'implementazione, si sposterebbero verso l'alto nel loro cono e creerebbero un evento preimpostato.
Anche l'elemento deve rimanere al suo posto per evitare lo stesso destino. Con gli elementi in gomma questo può essere difficile. La tipica spina da 5,5", ad esempio, ha un diametro esterno di 4-3/8" e l'involucro ha un diametro interno di 4,778" che lascia un piccolo spazio tra la spina e l'involucro (solo 0,2" per lato). A seconda della velocità con cui si muove il tappo e della portata del fluido pompato, potrebbe esserci molto bypass attorno a questo tappo. Man mano che questo bypass aumenta, si creerà una zona di bassa pressione attorno all'otturatore che potrebbe causare il rigonfiamento dell'elemento e il contatto con l'involucro. Per questo motivo, è fondamentale comprendere la quantità di fluido che bypassa il tappo durante l'implementazione e la maggior parte dei fornitori fornirà linee guida sulla velocità con cui il tappo deve muoversi a diverse velocità della pompa.
L'impostazione di una spina viene eseguita mediante uno strumento di impostazione esplosivo. I dettagli su come funzionano i due principali tipi di strumenti di impostazione possono essere trovati negli articoli precedenti qui e qui. Il mandrino della spina verrà mantenuto statico e i componenti verranno forzati insieme per impostare l'utensile. Di solito l'elemento si comprime, quindi gli elementi si rompono e risalgono i coni finché non vengono forzati nell'involucro e bloccati in posizione. Una volta impostate le barbottine, la forza generata dallo strumento di posa supererà la forza di taglio del mezzo di taglio del tappo e lo strumento di posa taglierà via il tappo lasciandolo autonomo nel pozzo. Dopo l'impostazione, parte del mandrino sarà esposta sopra i componenti appena compressi. La lunghezza di questo mandrino esposto sarà uguale alla quantità di composito sopra lo slip superiore così come assemblato, più la lunghezza della corsa richiesta per impostare l'utensile.
Uno dei vincoli di progettazione critici del tappo in composito è la corsa richiesta per impostare l'utensile. Questa lunghezza è determinata dalla corsa fornita dallo strumento di impostazione Baker, che è 5,875" per l'E4-10 e 8,625" per l'E4-20. Se l'utensile richiede una corsa maggiore, è probabile che l'utensile di impostazione non si stacchi dal tappo.
La prestazione dello scivolamento superiore, con questa configurazione, è critica subito dopo l'indurimento. Lo scorrimento superiore deve aderire all'involucro per bloccare la compressione nell'elemento e mantenere la tenuta. Se lo slip superiore non funziona come previsto, l'elemento potrà rilassarsi e tu perderai la tenuta. La cosa interessante è che l'elemento gioca un ruolo nel mantenere la propria compressione. Se l'elemento non creasse una forza opposta sul cono superiore, non manterrebbe il supporto sotto lo scorrimento necessario per rimanere agganciato all'involucro. Senza la “contropressione” dell’elemento compresso, lo slip superiore non svolgerebbe il suo lavoro.
Dopo l'impostazione, il wireline BHA verrà utilizzato per perforare l'involucro sopra la spina e quindi rimosso dal pozzo. Successivamente verrà allestita l'attrezzatura per la frantumazione di superficie. Per un plug a sfera, per la maggior parte del percorso, una palla verrà lasciata cadere dalla superficie. Una volta raggiunta la parte orizzontale del pozzo verrà pompato fino a depositarsi sul tappo, isolando il pozzo in due sezioni. Quando la pallina si ferma e inizia la frattura, la pressione spingerà il mandrino verso il basso finché non interagirà con la parte superiore dello slip superiore. La tenuta deve essere mantenuta mentre scorre attraverso l'elemento.
Ciò si traduce in una lunghezza del mandrino sotto il tappo pari alla corsa più il fondo del tappo. Ciò non influisce realmente sull'impostazione o sui componenti fratturati delle prestazioni del plug, ma può avere un impatto sulla fresatura.
Durante la stimolazione viene esercitata un'elevata pressione sulla parte superiore del plug, mentre una pressione minore sulla parte inferiore. Questo differenziale di pressione determina come la spina deve essere progettata per resistere alle forze esercitate. Come puoi vedere di seguito, la pressione del frac viene esercitata sulla sfera e sul mandrino sopra l'elemento. Sotto la sfera e l'elemento c'è solo la pressione del serbatoio. Ciò si traduce in una pressione di collasso esercitata sul mandrino sopra la guarnizione. In corrispondenza della tenuta il mandrino deve resistere alla pressione di collasso e alla compressione dell'elemento.
Lo scorrimento inferiore e il cono devono resistere alla forza meccanica generata sull'elemento e intasarsi dalla differenza di pressione. Il fornitore di connettori deve utilizzare spessori e resistenze dei materiali per ottenere un connettore che possa funzionare in queste condizioni. Tipicamente, un guasto di un tradizionale tappo fratturato è causato dal collasso del cono/mandrino inferiore, causando la perdita di presa degli elementi inferiori. Le prestazioni dello strumento dipendono dalla resistenza del composito.
Un'altra preoccupazione per i progettisti è la prestazione dell'elemento durante le situazioni di alta pressione e temperatura. L'elemento in gomma è flessibile e diventerà ancora più flessibile alle temperature calde. Quando si aggiunge alta pressione alla miscela, l'elemento in gomma può fluire nella direzione della pressione. Molti dei tappi tradizionali sul mercato includeranno un sistema di supporto dell'elemento progettato per espandersi con l'elemento man mano che viene impostato e quindi fornire una struttura per mantenere l'elemento in posizione durante la fase di alta pressione del frac.
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Orario di pubblicazione: 28 maggio 2024
