Problemas comuns em equipamentos flutuantes de cimentação causados ​​por detritos e sólidos de cimento

Problemas em equipamentos de flutuação de cimentação causados ​​por detritos e sólidos de cimento estão entre as falhas de válvula mais comuns relatadas durante a cimentação primária. Escamas de moinho, flocos de ferrugem, lubrificante de tubos, cortes de formação e partículas de cimento assentadas podem se acumular dentro de um colar de flutuação ou sapata de flutuação e manter a melindrosa, bola ou cone fora de seu assento. Uma válvula mantida aberta permite o refluxo do cimento após o desligamento da bomba, evita um impacto limpo no tampão do limpador e deixa um rastro de sapata contaminado que pode exigir uma compressão corretiva. A lama de alta velocidade que transporta sólidos abrasivos também pode corroer sedes e vedações, enquanto os sólidos sedimentados podem preencher a passagem do fluxo ou obstruir o orifício de enchimento de uma sapata flutuante de preenchimento automático. A maioria dessas falhas pode ser evitada com preparação disciplinada do revestimento, condicionamento adequado da lama, taxas de bombeamento controladas e equipamentos fabricados e testados de acordo com API Spec 10F/ISO 10427-2. Reconhecer como os detritos se comportam dentro do equipamento flutuante é o primeiro passo para evitar válvulas presas, vazamentos e perda dispendiosa de tempo na plataforma.

Quais problemas relacionados a detritos afetam equipamentos flutuantes de cimentação?

O equipamento flutuante é um sistema de válvula sem retorno ou contrapressão instalado na parte inferior da coluna de revestimento. Um colar flutuante é normalmente colocado de uma a três juntas acima da sapata, mais comumente duas juntas, enquanto a sapata flutuante fica na junta inferior da corda. Ambos os dispositivos permitem que o fluido de perfuração e a pasta de cimento passem para baixo e fechem automaticamente para interromper o fluxo reverso sempre que a pressão abaixo da válvula exceder a pressão acima dela. Os elementos de vedação mais comuns são uma válvula de retenção com vedação de elastômero, um arranjo de esfera e sede ou um design de cone e êmbolo. O corpo pode ser feito de ferro fundido perfurável, alumínio, plástico termofixo ou cerâmica quando a ferramenta deve ser perfurada após a cura do cimento.

Os detritos chegam a essas válvulas vindos de diversas direções. Dentro da carcaça, carepa de laminação, ferrugem e verniz de laminação provenientes do armazenamento e do transporte podem se soltar durante o amaciamento. A graxa de conexão, a escória de solda e as sobras de incrustações de operações anteriores viajam pelo fundo do poço à frente do tubo. Do lado do poço, cortes e cavidades que nunca circularam para fora do furo podem entrar na sapata à medida que a coluna é passada. Durante a cimentação em si, a lama é uma suspensão de sólidos densos: um sistema Classe G de 15,8 ppg ou uma lama ponderada de 17-20 ppg contendo hematita ou óxido de manganês. Qualquer suspensão instável pode se transformar em uma massa dura que atravessa a válvula.

Quando os detritos chegam à válvula, predominam quatro modos de falha. Primeiro, as partículas presas entre a lingueta ou esfera e sua sede mantêm a válvula aberta para que ela não possa vedar contra o fluxo reverso. Em segundo lugar, lixo maior pode emperrar o elemento na posição aberta ou entortar uma dobradiça de aba. Terceiro, os sólidos abrasivos que se movem em velocidades de deslocamento turbulentas desgastam as sedes, as vedações e as finas seções perfuráveis ​​até que a válvula vaze sob pressão diferencial. Quarto, os sólidos podem obstruir o orifício de enchimento restrito de uma sapata flutuante de preenchimento automático, impedindo o enchimento do revestimento na taxa projetada e alterando o comportamento de oscilação. Mesmo uma fina película de sólidos de cimento depositados em uma sede pode transformar um colar flutuante com classificação de 10.000 psi em uma válvula com vazamento.

Por que detritos e sólidos de cimento ameaçam todo o trabalho de cimentação

A válvula flutuante é o componente menos acessível do poço. Ele fica na parte inferior de uma corda que pode se estender por milhares de metros e, uma vez que o equipamento sai da oficina, ele não pode ser inspecionado ou ajustado. Danos causados ​​por detritos são, portanto, descobertos no pior momento possível: durante o impacto do tampão do limpador, o teste de contrapressão ou a espera pelo cimento, quando o custo da falha é medido em trabalhos de compressão, execuções de reabastecimento e tempo perdido na plataforma.

Uma única partícula pode anular toda a função de contrapressão. As válvulas de retenção são projetadas para vedar em uma linha limpa, e até mesmo um grão de areia preso sob uma aba cria um caminho de vazamento. A pressão diferencial então força o fluido através desse caminho em alta velocidade, corroendo a sede e o elastômero até que o vazamento se torne grave. A mesma física explica por que os problemas com detritos aumentam rapidamente assim que começam.

Danos causados ​​por detritos também tendem a chegar em grupos. A incrustação de uma junta corroída pode atingir a válvula como um pedaço, e as condições de armazenamento ou manuseio que a produziram geralmente afetam várias juntas ao mesmo tempo. É por isso que as falhas de detritos muitas vezes se repetem no mesmo poço ou campanha até que a causa raiz, armazenamento úmido, limpeza inadequada ou lama instável, seja corrigida.

Quatro características dos equipamentos flutuantes e das operações de cimentação tornam os detritos e os sólidos de cimento especialmente perigosos:

• A vedação depende do contato metal-metal ou metal-elastômero em toda a circunferência da sede. Os detritos rompem essa linha de contato e o vazamento resultante cresce sob pressão, em vez de se curar sozinho.
• A pista da sapata é a última seção limpa antes da cimentação e o primeiro local onde os detritos se acumulam. Se a sapata flutuante falhar, o colar flutuante será o único backup; em uma cadeia de válvula única não há nenhum backup.
• As pastas de cimento são abrasivas por natureza. A lama Classe G a 15,8 ppg e sistemas ponderados de até 20 ppg transportam partículas duras que colidem com sedes, vedações e partes internas perfuráveis ​​em velocidades de deslocamento turbulentas.
• Os sintomas de falha aparecem tarde. Uma válvula mantida aberta por detritos pode passar nas verificações de enchimento e circulação e, em seguida, falhar apenas quando precisar segurar a coluna de cimento cheia durante o teste de contrapressão após o impacto do tampão.

As consequências são familiares a todo engenheiro de cimentação. O cimento cai ou os tubos em U saem da pista da sapata, a pista da sapata fica contaminada com lama, o gás pode migrar para cima no anel durante a espera pelo cimento e um aperto corretivo torna-se a única cura. Compreender por que os detritos são tão destrutivos torna mais fácil justificar um programa de prevenção e também aprimora os critérios de inspeção aplicados antes que o equipamento seja colocado no buraco.

Como prevenir e gerenciar problemas de detritos em equipamentos flutuantes

A prevenção começa antes do equipamento chegar à plataforma e continua durante a perfuração. Um programa prático abrange cinco áreas.

Prepare o revestimento e o equipamento flutuante antes da execução

Inspecione cada colar e sapata flutuante no armazém e novamente no local da plataforma. Verifique os protetores de rosca, confirme a pressão e temperatura nominais na placa de identificação e procure danos por impacto, seções perfuráveis ​​rachadas ou vedações deslocadas. Armazene as ferramentas em patins, mantenha-as secas e nunca as deixe cair ou role. Antes de operar, remova a carcaça e escove ou raspe as superfícies internas onde é esperada incrustação; aplique graxa de conexão com moderação para que o excesso não seja empurrado para dentro da válvula. Confirme se a pressão e a temperatura nominais correspondem ao plano do poço antes de montar as ferramentas.

Condicione o poço e a lama antes da cimentação

Circule o buraco limpo antes do trabalho de cimento. Execute no mínimo de baixo para cima e, em poços desviados, trabalhe o tubo para quebrar os leitos de cascalhos que podem cair no fundo do poço. Condicionar a lama para remover sólidos perfurados e manter a reologia estável; uma lama com alto teor de sólidos despejará sua carga de cascalhos na primeira zona de baixa velocidade, geralmente bem na sapata. Após longos períodos de estática, acione o limpador. O objetivo é iniciar o trabalho de cimento com o furo mais limpo possível, pois o espaçador e a lama irão adicionar sua própria carga de sólidos.

Projetar lama e deslocamento para limitar a erosão e sedimentação

Mantenha a taxa de deslocamento dentro da faixa para a qual o equipamento flutuante foi projetado. O fluxo turbulento através da válvula em taxas excessivas acelera a erosão das sedes, vedações e partes internas perfuráveis; se o programa exigir deslocamento turbulento, escolha projetos resistentes à erosão e confirme com o fornecedor. As pastas pesadas na faixa de 17 a 20 ppg precisam de dispersantes eficazes para que os sólidos permaneçam suspensos, uma vez que uma pasta que se acumula através da válvula é um problema de detritos criado na unidade de mistura. Evite deixar lama estática na válvula, mantenha o movimento do tubo onde for prático e use o volume correto do espaçador.

Verifique a integridade da válvula no local do poço

Confirme o float antes de depender dele. Durante a rodagem, observe o comportamento de enchimento: um revestimento que enche muito rápido ou não enche pode indicar um orifício de enchimento automático danificado. Após o pouso, circule a uma taxa controlada e confirme os retornos, depois teste a pressão contra o flutuador e mantenha o valor de teste planejado. Uma válvula que não retém pressão deve ser investigada antes da cimentação. Durante o trabalho, bata o bujão na pressão planejada e observe os medidores: uma pressão de fechamento constante significa que a bóia está segurando, enquanto uma queda constante significa que a válvula está vazando e a coluna está caindo.

Perfure com cuidado e circule os detritos

A perfuração cria seus próprios detritos. Ao perfurar equipamentos flutuantes perfuráveis, use o peso na broca apropriado para partes internas de ferro fundido, alumínio, termofixo ou cerâmica, para que os fragmentos sejam triturados pequenos em vez de se quebrarem em pedaços. Circule continuamente para retirar cortes e fragmentos de ferramentas da trilha da sapata antes que eles possam ficar presos sob uma válvula. Em poços liner e de múltiplos estágios, os detritos de cima podem cair nas ferramentas abaixo, então circule de baixo para cima e verifique os agitadores antes de perfurar adiante. Respeite os parâmetros de perfuração do fabricante, pois forçar a broca pode empurrar os fragmentos para dentro do buraco do rato ou prendê-los sob a próxima ferramenta.

Perguntas frequentes

Pequenas partículas de detritos podem realmente impedir a vedação de uma válvula flutuante?

Sim. As válvulas de retenção e de esfera e sede vedam em uma linha de contato estreita, de modo que um grão de areia ou algumas partículas de cimento depositadas presas na sede criam um caminho de vazamento. Uma vez que a pressão diferencial força o fluido através da lacuna, a erosão aumenta-a rapidamente. Pequenos detritos podem causar vazamento no colar flutuante.

Quais são as fontes mais comuns de detritos?

Carepa de laminação, ferrugem e verniz provenientes do armazenamento e transporte da carcaça encabeçam a lista, seguidos pelo excesso de composto de rosca. Cortes de formação e desmoronamentos que não circulam para fora do buraco também entram na sapata à medida que a corda é passada. Uma pasta de cimento instável que assenta durante o trabalho pode colmatar a válvula com sólidos compactados.

Como podemos saber se detritos estão mantendo uma válvula aberta?

Os primeiros sinais aparecem durante o enchimento e a circulação: a caixa enche mais rápido do que o calculado ou os retornos não correspondem ao volume bombeado. Após o tampão bater, um flutuador mantido aberto por detritos não manterá a pressão e o medidor decairá à medida que a coluna de cimento cai para trás. Trate um teste de pressão de pré-cimentação que falhou como relacionado a detritos até prova em contrário.

As pastas pesadas de cimento aumentam o risco de problemas nas válvulas?

Sim, principalmente através da erosão e da sedimentação. Polpas pesadas de 17 a 20 ppg carregam partículas de hematita ou óxido de manganês que atingem as sedes e vedações em velocidades turbulentas e assentam mais rapidamente quando estáticas, formando pontes através da válvula. O tratamento dispersante, taxas controladas e componentes internos resistentes à erosão reduzem, mas não eliminam o risco.

As sapatas flutuantes de preenchimento automático podem ficar obstruídas com detritos?

Eles podem. As ferramentas de preenchimento automático passam o fluido através de um orifício restrito ou por uma aba que flutua enquanto o revestimento é preenchido, e essas passagens são onde os sólidos se acumulam primeiro. Uma porta de enchimento obstruída interrompe o enchimento do revestimento na taxa projetada, alterando a pressão de pico e o tempo de enchimento. As verificações de preenchimento durante a execução detectam o problema antes que a string chegue ao fundo.

O que devemos fazer se o flutuador falhar no teste de contrapressão?

Pare e diagnostique antes de bombear cimento. Tente circular a uma taxa mais alta para remover detritos do assento e, em seguida, teste novamente. Se a válvula ainda não vedar, as opções serão limitadas: puxar a corda para substituir o equipamento ou prosseguir com o colar flutuante como barreira primária e planejar uma compressão. Peça recomendações de campo ao seu fornecedor.

Conclusão

Detritos e sólidos de cimento são os inimigos ocultos dos equipamentos flutuantes. Eles causam válvulas presas, vazamentos nas sedes, portas de enchimento automático obstruídas e trilhas de sapatas contaminadas, falhas que surgem apenas quando o trabalho de cimentação depende da pressão de retenção da válvula. As soluções são comprovadas: preparar adequadamente o revestimento e as ferramentas, circular o furo limpo, projetar lamas que permaneçam suspensas, verificar a válvula antes e durante o trabalho e perfurar com disciplina. Como essas medidas são baratas em comparação com um trabalho apertado ou uma trilha perdida, todo programa de cimentação deve incluí-las. Se você estiver planejando um trabalho de cimento em um poço com limpeza de furo questionável ou lamas pesadas, entre em contato com nossos engenheiros de aplicação para obter recomendações de sapata flutuante e colar flutuante adequadas às suas condições.