Como a configuração do material afeta o desempenho do equipamento flutuante de cimentação

O equipamento flutuante de cimentação não é feito de um único material. Uma sapata flutuante ou colar flutuante é um conjunto integrado no qual ocarcaça de aço, estrutura interna perfurável, componentes de válvula e sistema de vedaçãoexecutar funções diferentes.

O alojamento externo fornece a resistência mecânica necessária para se tornar parte da coluna de revestimento. Dentro da carcaça, um enchimento de cimento ou uma estrutura com núcleo de alumínio suporta o conjunto da válvula enquanto permite que os componentes internos sejam perfurados após a cimentação. A válvula e os componentes de vedação fornecem então a barreira unidirecional necessária para evitar o refluxo do cimento após o deslocamento.

Para engenheiros de perfuração e equipas de aquisição, isto significa que a seleção de materiais não deve ser reduzida a uma simples questão como “aço ou alumínio”. A questão mais útil é se oa configuração completa do material corresponde à especificação do revestimento, às condições do poço, aos requisitos de pressão e ao programa de perfuração.

Carcaça de aço: a base estrutural do equipamento flutuante

O corpo principal de uma sapata flutuante ou colar flutuante convencional é fabricado em aço de qualidade para revestimento.

Dependendo do programa de revestimento, as classes comuns podem incluirK55, L80, P110, Q125 e outras classes especificadas. O alojamento é responsável por suportar as cargas mecânicas associadas ao funcionamento do revestimento e manter a integridade da conexão entre o equipamento flutuante e a coluna de revestimento.

O tipo de aço selecionado, portanto, precisa ser considerado juntamente com o tamanho do revestimento, peso, espessura da parede, tipo de conexão e condições operacionais.

Por exemplo, um projeto de equipamento flutuante com núcleo de alumínio SWS para revestimento de 4-1/2 pol.Corpo em aço Q125 com conexão BTC, demonstrando que “núcleo de alumínio” se refere à construção interna e não a um invólucro externo de alumínio.

Conexões de API, comoSTC, LTC e BTC, bem como conexões premium especificadas, podem ser selecionadas de acordo com o programa de revestimento.

Esta distinção é importante: o invólucro fornece a conexão estrutural à coluna de revestimento, enquanto os materiais internos servem a uma finalidade diferente.

Projetos preenchidos com cimento e com núcleo de alumínio: duas abordagens para componentes internos perfuráveis

Após a cimentação primária, os componentes internos da sapata flutuante e do colar flutuante normalmente precisam ser perfurados para que as operações subsequentes do poço possam continuar.

Por esta razão, a estrutura interna deve fornecer suporte suficiente durante a operação e a cimentação, permanecendo ao mesmo tempo perfurável de forma eficiente.

Duas configurações práticas sãoconstrução cheia de cimento e construção com núcleo de alumínio.

Construção Cheia de Cimento

Em um projeto preenchido com cimento, o conjunto da válvula é suportado por uma estrutura interna perfurável à base de cimento dentro do invólucro de aço.

Esta é uma construção convencional e comprovada para equipamentos flutuantes. O enchimento fixa os componentes internos durante o funcionamento e deslocamento do cimento e pode ser posteriormente removido durante a perfuração.

A confiabilidade desta configuração depende não apenas do material de enchimento em si, mas também da qualidade de fabricação. A colocação e a ligação adequadas são importantes para minimizar fissuras, vazios ou material solto que possam afetar o suporte da válvula ou a perfuração subsequente.

A construção preenchida com cimento oferece, portanto, um equilíbrio prático entre suporte estrutural, simplicidade de fabricação e capacidade de perfuração para aplicações de cimentação convencionais.

Construção com núcleo de alumínio

Um projeto com núcleo de alumínio segue o mesmo princípio básico, mas usa uma estrutura interna de alumínio projetada ao redor ou apoiando o conjunto da válvula.

Oo invólucro externo permanece em aço de qualidade.

A finalidade do alumínio não é, portanto, substituir o corpo de aço estrutural. Em vez disso, fornece uma estrutura interna controlada e perfurável que pode melhorar a eficiência da perfuração após a cura do cimento.

Isto torna a construção com núcleo de alumínio particularmente relevante onde os operadores colocam maior ênfase no desempenho previsível de perfuração do PDC, ao mesmo tempo que exigem que o equipamento flutuante suporte condições exigentes de cimentação.

Por exemplo, o colar flutuante com núcleo de alumínio de 4-1/2 pol. e a sapata flutuante referenciados pela SWS são projetados comoconjuntos perfuráveis ​​de válvula única e PDC. Os parâmetros de projeto documentados incluem uma vazão de 10 bbl/min, durabilidade de 24 horas, classificação de temperatura de 400°F e classificação de contrapressão de 15.000 psi.

A sapata flutuante usa a mesma configuração Q125/BTC e envelope de desempenho de válvula especificado.

Isso ilustra um importante ponto de engenharia:a capacidade de perfuração e a capacidade de pressão não são necessariamente requisitos opostos quando a carcaça de aço, a estrutura interna e o sistema de válvula são projetados como um único conjunto.

O sistema de válvula fornece a barreira de contrapressão

Embora o alojamento suporte cargas estruturais e o enchimento interno suporte a capacidade de perfuração, a válvula desempenha a função hidráulica primária do equipamento flutuante.

Durante a circulação e o deslocamento do cimento, o fluido deve passar para baixo através do colar da flutuação e da sapata da flutuação. Quando o bombeamento para, a válvula fecha para evitar que a altura hidrostática da coluna de cimento no anel force o fluido de volta para o revestimento.

Esta função de contrapressão é o que impedesubstituto de cimento e tubulação em Ue ajuda a manter uma trilha limpa enquanto o cimento começa a endurecer.

O desempenho da válvula deve, portanto, ser avaliado em relação ao envelope operacional real, e não simplesmente pelo tamanho do invólucro.

Parâmetros importantes incluem:

• pressão diferencial reversa máxima;
• temperatura do fundo do poço;
• densidade da pasta de cimento;
• taxa de deslocamento;
• carregamento esperado de sólidos;
• química de fluidos;
• e duração de retenção necessária.

O projeto da válvula e seus componentes de vedação devem funcionar juntos sob estas condições.

Por que o sistema de vedação não pode ser selecionado apenas pela temperatura

O sistema de vedação é uma das menores partes do equipamento flutuante, mas determina diretamente se a válvula pode manter sua função de contrapressão.

Uma vedação que funciona corretamente à temperatura ambiente pode se comportar de maneira diferente após exposição prolongada a temperaturas elevadas no fundo do poço, pasta de cimento, lama de perfuração, espaçadores ou outros produtos químicos.

A seleção da vedação deve, portanto, considerar diversas condições simultaneamente.

Temperaturaafeta a dureza do elastômero, a elasticidade e o comportamento de vedação a longo prazo.

Pressão diferencialdetermina a carga mecânica imposta na interface de vedação após a parada do bombeamento.

Química de fluidospode afetar a compatibilidade do elastômero e a estabilidade dimensional.

Ciclagem de pressão e fluxoexponha a válvula repetidamente a abertura, fechamento e alteração de cargas diferenciais.

Por esta razão, o sistema de vedação deve ser selecionado de acordo com as condições reais do poço e verificado como parte do conjunto completo da válvula.

Em vez de especificar um material de vedação a partir de um catálogo genérico, os operadores devem fornecer ao fabricante a temperatura, a pressão, o sistema de fluidos esperados e quaisquer requisitos especiais de serviço.

A configuração do material deve ser avaliada como um sistema completo

Os diferentes materiais dentro do equipamento flutuante não devem ser comparados de forma independente porque realizam trabalhos diferentes.

A relação pode ser resumida simplesmente:

Carcaça de aço → resistência estrutural e conexão da carcaça

Enchimento de cimento ou núcleo de alumínio → suporte interno e perfurabilidade

Componentes da válvula → controle de fluxo unidirecional

Sistema de vedação → integridade da contrapressão

Uma carcaça mais resistente não pode compensar uma válvula inadequada. Uma estrutura interna altamente perfurável não pode compensar uma conexão que não corresponda ao revestimento. Da mesma forma, uma classificação de válvula de alta pressão só é significativa quando o conjunto completo é adequado para a temperatura e o ambiente fluido esperados.

Equipamentos flutuantes confiáveis, portanto, resultam do equilíbrio dessas funções, em vez da maximização de qualquer propriedade de um único material.

Como selecionar a configuração correta para um poço

Uma seleção adequada de equipamento flutuante deve começar com o programa de revestimento e poço, e não com um modelo genérico de produto.

Antes da fabricação, normalmente devem ser confirmadas as seguintes informações:

• diâmetro externo do invólucro;
• peso do invólucro ou espessura da parede;
• classe de aço;
• tipo de conexão;
• deriva necessária;
• pressão diferencial máxima;
• temperatura do fundo do poço;
• densidade da pasta de cimento;
• condições de deslocamento;
• exigência de preenchimento convencional ou automático;
• construção interna preferida quando especificado;
• e quaisquer requisitos especiais de teste ou documentação.

Para aplicações exigentes, esses parâmetros permitem ao fabricante determinar se um projeto convencional preenchido com cimento é suficiente ou se um núcleo de alumínio ou outra configuração personalizada é mais apropriada.

Eles também permitem que a válvula e o sistema de vedação sejam revisados ​​em relação às condições reais de operação, em vez de serem selecionados apenas com base no tamanho nominal da carcaça.

Perguntas frequentes

Uma sapata flutuante com núcleo de alumínio é feita com corpo externo de alumínio?

Não. Em um projeto com núcleo de alumínio, oo invólucro externo permanece em aço de qualidade. O alumínio é usado como parte da estrutura interna perfurável. Isto permite que o equipamento retenha as propriedades estruturais exigidas pela coluna de revestimento, ao mesmo tempo que fornece características de perfuração eficientes.

Quais tipos de aço podem ser usados ​​para carcaças de equipamentos flutuantes?

O grau de alojamento depende do programa de revestimento. Exemplos comuns incluemK55, L80, P110 e Q125, com a nota final selecionada de acordo com a especificação do invólucro e requisitos operacionais.

Qual é a diferença entre equipamentos flutuantes preenchidos com cimento e com núcleo de alumínio?

Ambos usam uma caixa externa de aço. A diferença está principalmente na construção interna perfurável. Os equipamentos preenchidos com cimento utilizam uma estrutura interna à base de cimento, enquanto os equipamentos com núcleo de alumínio incorporam componentes de alumínio projetados para apoiar o conjunto da válvula e fornecer características de perfuração controladas.

Por que um operador escolheria um projeto com núcleo de alumínio?

Um projeto com núcleo de alumínio pode ser útil quandoperfuração previsível e eficienteé um requisito importante. A seleção ainda deve considerar a pressão, a temperatura, as especificações do revestimento, o desempenho da válvula e o programa geral de cimentação.

A perfuração mais fácil significa menor capacidade de pressão?

Não necessariamente. O desempenho da pressão depende do projeto completo e não apenas do material interno perfurável. Por exemplo, o projeto de núcleo de alumínio SWS de 4-1/2 pol. Q125 referenciado especifica umClassificação de contrapressão de 15.000 psi e classificação de temperatura de 400°Fenquanto permanece PDC perfurável.

Que informações devem ser fornecidas ao solicitar equipamento flutuante?

No mínimo, forneça otamanho do revestimento, peso, tipo de aço, conexão, pressão diferencial esperada, temperatura e condições de cimentação. Informações adicionais sobre densidade de lama, conexões especiais, requisitos de perfuração e ambiente de serviço permitem a seleção de uma configuração mais precisa.

Conclusão

A seleção de materiais em equipamentos flutuantes de cimentação não consiste em encontrar um material que faça tudo.

Uma sapata flutuante ou colar flutuante confiável combina vários sistemas de materiais, cada um com uma finalidade específica:o invólucro de aço para revestimento fornece integridade estrutural, a estrutura interna preenchida com cimento ou com núcleo de alumínio suporta a válvula enquanto mantém a capacidade de perfuração, e a válvula e o sistema de vedação fornecem a barreira de contrapressão necessária após o deslocamento do cimento.

A configuração correta depende de como esses componentes funcionam juntos sob as condições reais de revestimento, pressão, temperatura, fluido e perfuração do poço.

Para aplicações de cimentação padrão e personalizadas, a SWS pode fabricar sapatas flutuantes e colares flutuantes com base nas especificações do revestimento e nas condições de serviço exigidas. Forneça o tamanho do revestimento, peso, grau, conexão, pressão, temperatura e parâmetros de cimentação para que a configuração completa possa ser revisada antes da fabricação.