Avaliação dos equipamentos de flutuação de cimento em condições de gás ácido e poços corrosivos

Os equipamentos de flutuação de cimento para poços de gás ácido devem ser avaliados em função do ambiente de serviço completo, não apenas em função das pressões e temperaturas nominais.A NACE MR0175 e a ISO 15156 definem limites de materiais que impedem a cracagem por tensão do sulfetoA corrosão é causada pelo dióxido de carbono, que ataca os invólucros, molas e superfícies de vedação.permitir o refluxo de cimentoA avaliação deve, por conseguinte, abranger a metalurgia de cada peça portadora, a dureza e o tratamento térmico de molas e elementos de fixação,A compatibilidade das vedações de elastómeros com o H2SEste artigo explica como as condições ácidas e corrosivas atacam os equipamentos de flutuação,Por que uma avaliação estruturada protege a integridade do poço e o custo do projeto, e como os compradores podem especificar, verificar e documentar equipamentos que funcionam para a vida do poço.

O que torna o serviço de gás ácido diferente para equipamentos flutuantes?

Um poço é geralmente classificado como azedo quando os seus fluidos contêm sulfeto de hidrogénio a pressões parciais suficientemente elevadas para causar rachaduras de materiais suscetíveis;A NACE MR0175 e a ISO 15156 são comumente aplicáveis quando a pressão parcial de H2S excede cerca de 0O dióxido de carbono geralmente está presente e se dissolve em água para formar ácido carbônico, levando à corrosão da perda de peso.Por conseguinte, as ferramentas de poços de fundo enfrentam dois ataques distintos: Craqueamento por H2S, que é súbito e catastrófico, e corrosão por CO2, que é gradual e acumulativa.

Os aços de alta resistência, incluindo molas endurecidas, fechaduras e fixações dentro das válvulas de flutuação, podem ser usados para a fabricação de máquinas de corte.absorver o hidrogénio produzido pela corrosão e rachadura por H2S sob tensãoO remédio clássico não é um revestimento, mas a selecção de materiais: aços com dureza controlada,normalmente inferior a 22 HRC para aços de carbono e de baixa liga, de acordo com a NACE MR0175 e a ISO 15156As ligações resistentes à corrosão são especificadas quando as condições excedem esses limites.

O equipamento de flutuação adiciona uma complicação porque grande parte dele é projetado para ser perfurável usando ferro fundido, alumínio e plásticos termo-resistentes.do corpo até à mola até ao selo, devem ser avaliadas separadamente: uma carcaça que satisfaça a norma não protege uma mola que não o faça.Materiais perfuráveis não metálicos, tais como plásticos termo-resistentes, evitam completamente a fissura por estresse de sulfeto porque não corroem, mas os seus vedações de elastómeros ainda devem resistir ao ataque de H2S e CO2, à alta temperatura e à rápida descompressão de gases.

A temperatura remodela o quadro: o comportamento de craqueamento por tensão de sulfeto depende fortemente da temperatura, a corrosão do CO2 acelera-se com o aumento da temperatura e da pressão parcial do CO2,e os elastómeros degradam-se mais rapidamente a temperaturas elevadas no buraco inferiorA avaliação não é, portanto, uma verificação de um único material, mas uma matriz de materiais, ambientes e temperaturas.que testam a vedação, capacidade de pressão diferencial, resistência à temperatura e perforabilidade em condições definidas.

Por que a avaliação do serviço ácido não pode ser uma reflexão tardia

As consequências de especificar equipamentos de flutuação ordinários num poço ácido são graves.transformar o colar de flutuação em um conduto aberto para o refluxo de cimento após o deslocamentoO gás de formação pode então migrar para cima da coluna de cimento, criando um caminho de fluxo anular em direção à superfície.e uma única falha pode expor a tripulação e o ambiente a gases tóxicosO equipamento de flutuação é uma barreira unidirecional que não pode ser inspeccionada ou reparada uma vez que o cimento está no lugar.

As falhas de corrosão se desenvolvem mais lentamente, mas são igualmente dispendiosas. O CO2 dissolve-se na água produzida para formar ácido carbônico que ataca os gabinetes, assentos e superfícies de vedação durante meses ou anos.O primeiro sintoma pode ser um colarinho de flutuação que não aguenta durante um teste de pressão de rotina, forçando uma reestruturação que uma escolha correta do material teria evitado.

Os poços ácidos são geralmente regidos por especificações de projeto que exigem a conformidade com a NACE MR0175 e a ISO 15156 e pelas normas da empresa operadora para o serviço H2S.A documentação de adjudicação deve demonstrar que todas as peças que contêm pressão e que suportam carga são adequadas para o ambiente indicado.Uma avaliação estruturada cria essa evidência antes de o equipamento ser encomendado, não após uma falha.

A avaliação em relação ao ambiente global proporciona quatro benefícios:

• Integridade do poço e segurança da tripulação: os materiais selecionados para a NACE MR0175 e ISO 15156 mantêm a válvula de contrapressão funcional, evitando o refluxo de cimento, a migração de gases e a liberação descontrolada de H2S.
• Conformidade com os requisitos do projeto: a seleção documentada de materiais e as provas dos ensaios satisfazem as especificações do serviço de fornecimento e proporcionam às equipas de aquisição e de controlo da qualidade a rastreabilidade de que necessitam.
• Desempenho previsível a longo prazo: a correspondência de metais, elastômeros e classificações com a composição e temperatura reais do gás evita falhas repentinas de fissuração e danos graduais da corrosão.
• Menor custo total: avaliação, testes e documentação na fase de planejamento custam uma fração de um trabalho de cimento corretor, uma reestruturação ou um desvio após falha do equipamento.

O serviço ácido coincide frequentemente com altas pressões e altas temperaturas, o que restringe ainda mais as opções de materiais: aços de maior resistência que resistem ao colapso podem exceder os limites de dureza,Enquanto as ligas resistentes à corrosão mudam o cenário de custosNesses poços, o sapato de flutuação e o colarinho de flutuação devem ser revisados como um sistema, com um arranjo de duas válvulas que forneça redundância caso a válvula primária seja danificada durante a perfuração ou por detritos..

O esforço de avaliação deve ser proporcional ao ambiente: um poço com vestígios de CO2 necessita de menos análise do que um poço HPHT com alto teor de H2S com enxofre elementar.Mas cada poço azedo merece uma decisão material documentada., porque o colarinho e o sapato formam uma barreira que só será julgada quando for tarde demais para mudar.

Como avaliar o equipamento de flutuação para poços de gás ácido e corrosivos

Uma avaliação prática segue cinco etapas, cada uma das quais transforma o ambiente do poço em requisitos concretos de equipamento e documentação verificável.Assim, a selecção final pode ser defendida na revisão dos contratos e no campo.

Defina o Envelope de Serviço Completo

Comece pelo ambiente, não pelo catálogo, recolha as pressões parciais máximas de H2S e CO2 esperadas no sapato, a temperatura e a pressão do buraco inferior,pH e composição da água de formação e dos fluidos de conclusãoObserve a faixa de temperatura durante a hidratação do cimento, porque o calor da hidratação pode elevar a temperatura local na válvula.Incluir pressões de tratamento e de ensaio, porque o equipamento deve resistir ao ambiente a pressão diferencial total, tipicamente de 5.000 a 15.000 psi em poços de alta pressão.O envelope de serviço é a referência contra a qual é verificada toda decisão material.

Revisão de todos os materiais em conformidade com a NACE MR0175 e a ISO 15156

Revise a metalurgia de cada componente portador: corpo, assentos, molas, pinos de dobradiça, fixações e anéis de bloqueio.Os aços de carbono e de baixa liga devem cumprir os limites de dureza e de tratamento térmico da NACE MR0175 e da ISO 15156Para a maioria das aplicações, isto significa dureza controlada, temperamento apropriado e nenhuma peça de alta dureza trabalhada a frio sob tensão de tracção.Então confirma o material da primaveraQuando as condições excedam os limites do aço de baixa liga, especificar ligas resistentes à corrosão ou projetos totalmente não metálicos perfuráveis.Pedir ao fornecedor os certificados de material e a base da declaração de conformidade.

Avaliação da compatibilidade do elastômero e do selo

As vedações de elastômeros enfrentam um triplo desafio: ataque químico por H2S e CO2, alta temperatura e rápida descompressão de gás quando a pressão é rapidamente sangrada.A borracha nitrílica padrão é muitas vezes inadequada para serviço ácido a temperatura elevadaConfirmar a classificação de temperatura do sistema de vedação em relação à temperatura máxima do buraco inferior,até cerca de 350 a 400 graus Fahrenheit para projetos padrão e superior para equipamentos especiaisPergunte se o fornecedor qualificou o composto de vedação para o serviço de gás ácido e descompressão rápida de gás e confirme os requisitos de armazenamento e de validade.

Verificar as qualificações funcionais e as provas dos ensaios

O equipamento deve também passar nos testes funcionais da especificação API 10F e da norma ISO 10427-2: integridade do selo em ambas as direcções,capacidade de pressão diferencial a pressão nominal, ciclo de temperatura, e comportamento de perfuração previsível para projetos de perfuração.Perguntar como o fornecedor verifica o desempenho em condições representativas e se existem certificados de ensaioConfirmar que a pressão nominal cobre o pior caso de diferencial durante o deslocamento, quando uma coluna de cimento de 15,8 a 20 ppg é equilibrada contra um fluido anular mais leve, e que o tamanho,ligação, e o binário de reconversão correspondem à contagem do invólucro.

Documentação de auditoria, rastreabilidade e tratamento

Solicitar um pacote de documentação que inclua relatórios de ensaio de materiais com números de calor, verificação da dureza, dados sobre compostos de elastómeros, certificados de ensaio funcional,e uma declaração clara de conformidade com a NACE MR0175 e a ISO 15156 para o âmbito de serviço especificado. Confirmar que o fornecedor opera sob os sistemas de qualidade API Spec Q1 ou ISO 9001.luz solar, e calor, utilizar protectores de fios, e evitar danos de impacto que possam criar concentrações de tensão em componentes que devem resistir à fissuração por tensão de sulfeto.

Perguntas Frequentes

Que nível de H2S torna um poço ácido para a seleção de equipamentos de flutuação?

Não há limite universal, mas a NACE MR0175 e a ISO 15156 são comumente aplicadas quando a pressão parcial de H2S na fase gasosa excede cerca de 0,05 psi (0,3 kPa).A pressão parcial depende tanto da concentração como da pressão total do sistema, de modo que um gás de baixa concentração a alta pressão ainda pode ser ácido.

Os equipamentos de flutuação perfuráveis podem ser utilizados em poços ácidos?

Sim, com a escolha correta. O plástico termo-resistente e outros projetos totalmente não-metálicos perfuráveis não contêm partes metálicas sujeitas a fissuração por sulfeto e são usados no serviço ácido.Os componentes de alumínio e ferro fundido devem ser verificados em relação à NACE MR0175 e à ISO 15156 para o ambiente específico., e as vedações de elastómeros devem corresponder à composição e temperatura do gás.

Por que são as fontes uma preocupação especial no serviço ácido?

As molas são peças de aço de alta dureza trabalhadas a frio sob tensão contínua, exatamente a combinação que o sulfeto de stress ataca.Uma mola rachada em uma válvula de flapper deixa o flapper incapaz de se sentarPor conseguinte, as válvulas de serviço ácido utilizam molas com dureza controlada e tratamento térmico, ligas alternativas de molas,ou desenhos sem mola que se sentem por gravidade ou pressão diferencial.

As vedações de elastómeros padrão falham em ambientes de gases ácidos?

O H2S e o CO2 atacam muitas borrachas de uso geral, causando inchaço, endurecimento e perda de força de vedação, e a alta temperatura acelera os danos.Sangramento de pressão rápida também pode causar danos de descompressão explosivos dentro da vedaçãoPara os poços ácidos, são geralmente necessários compostos especiais, tais como HNBR e FKM, qualificados para a composição do gás, temperatura e condições de descompressão.

Como o CO2 e o H2S juntos afetam os equipamentos de flutuação?

Eles atacam de diferentes maneiras. H2S conduz sulfeto de stress de craqueamento de aços duros e também pode causar perda de peso corrosão. CO2 dissolve-se na água para formar ácido carbônico,causando corrosão gradual dos bancosEm conjunto, exigem uma metalurgia resistente a rachaduras, além de materiais resistentes à corrosão e vedações que resistem a ambos os gases à temperatura do buraco.

Qual a documentação que o comprador deve solicitar para os equipamentos de flutuação de serviço ácido?

Solicitar relatórios de ensaio de materiais com números térmicos, registos de dureza e tratamento térmico das peças portadoras, dados sobre compostos de elastómeros e cópias dos certificados de ensaio funcional.Pedir uma declaração escrita de conformidade com a NACE MR0175 e a ISO 15156 que nomeie o âmbito de serviço, incluindo pressões e temperatura parciais de H2S e CO2.

Conclusão

O serviço de gás ácido muda o significado da selecção de equipamentos de flutuação.Pressões parciais de H2S e de CO2Uma avaliação estruturada, que abrange a metalurgia em relação à NACE MR0175 e à ISO 15156, a compatibilidade dos selos,Classificações funcionais de acordo com as especificações API 10F e ISO 10427-2O custo da avaliação é pequeno; o custo de um colar de flutuação que falha em um poço azedo não é.Quando o seu próximo projeto envolver gases ácidos ou fluidos corrosivos, entre em contato com nossos engenheiros de aplicação com a análise de gás, temperatura e pressão dados, e programa de invólucro, para que o sapato flutuante e colarinho flutuante pode ser especificado, testado,e documentado para as suas condições de serviço exatas.