En tradisjonell komposittplugg vil inneholde en dor, øvre slip/kjegle, element og nedre slip/kjegle. Doren vil gi strukturen til pluggen som de andre komponentene "rir" på, og vil enten ha profiler maskinert inn i den eller ha tilleggsdeler festet for å begrense komponentene under innkjøring, setting og frakt. Klippene er utformet for å samhandle med kjeglen slik at når de tvinges sammen, beveger kilene seg utover for å berøre foringsrøret. Slipsene vil ha herdede kanter som er designet for å "bite" inn i foringsrøret og låse dem på plass. Slippene vil være en hel ring eller individuelle segmenter som holdes sammen med bånd av noe slag. Uansett er de designet for å holde sammen til innstillingssekvensen bryter dem fra hverandre, slik at de kan bevege seg oppover kjeglen og settes inn i foringsrøret.
For en frac-plugg, designet for kun å holde trykk ovenfra, vil den nedre slip være designet for å holde hele kraften til frac og den øvre slip vil være designet for å holde pluggen, hovedsakelig elementet, komprimert etter setting. Elementet er designet for å komprimere under innstillingskraften og skape en tetning mellom innsiden av foringsrørets vegg og doren. Denne tetningen vil gi den isolasjonen som er nødvendig for å skille brønnen i to deler slik at sonen over kan behandles diskret. For en kulefallplugg vil en ball slippes fra overflaten til å lande på doren og fullføre isolasjonen.
Den første testen av en komposittpluggs ytelse kommer under nedpumpingen. For denne sekvensen lages en komposittplugg til en kabelbunnhullsenhet (BHA) som inkluderer en plugg, innstillingsverktøy og perforeringspistoler. Denne BHA slippes ned til startpunktet i en horisontal brønn, og deretter brukes pumper for å distribuere den til det tiltenkte stedet. Under denne operasjonen er det avgjørende at komponentene forblir som satt sammen. Slippene må holde sammen, ellers ville de kontakte foringsrøret under utplassering, flytte opp kjeglen og opprette en forhåndsinnstilt hendelse.
Elementet må også holde seg på plass for å unngå samme skjebne. Med gummielementer kan dette være vanskelig. Den typiske 5,5" pluggen, for eksempel, har en OD på 4-3/8" og dekselet har en ID på 4,778" som etterlater et lite gap mellom pluggen og dekselet (bare 0,2" per side). Avhengig av hvor raskt pluggen beveger seg og strømningshastigheten til den pumpede væsken, kan det være mye bypass rundt denne pluggen. Når denne bypass øker, vil det skape en lavtrykkssone rundt pluggen som kan føre til at elementet sveller ut og kommer i kontakt med foringsrøret. På grunn av dette er det viktig å forstå hvor mye væske som omgår pluggen under utrulling, og de fleste leverandører vil gi retningslinjer for hvor raskt pluggen må bevege seg ved forskjellige pumpehastigheter.
Innstillingen av en plugg gjøres med et eksplosivt innstillingsverktøy. Detaljer om hvordan de to hovedtypene innstillingsverktøy fungerer finner du i tidligere artikler her og her. Pluggdoren vil holdes statisk og komponentene vil bli tvunget sammen for å sette verktøyet. Vanligvis vil elementet komprimeres, så vil slipene bryte og bevege seg oppover kjeglene til de blir tvunget inn i foringsrøret og låses på plass. Så snart slippene er satt, vil kraften som genereres av setteverktøyet overstige skjærkraften til pluggskjærmediet, og setteverktøyet vil skjære av pluggen og etterlate den autonom i brønnen. Etter setting vil en del av doren bli eksponert over de nylig komprimerte komponentene. Lengden på denne eksponerte doren vil være lik mengden kompositt over den øvre slipen som satt sammen, pluss slaglengden som kreves for å sette verktøyet.
En av de kritiske designbegrensningene for komposittplugg er slaget som kreves for å stille inn verktøyet. Denne lengden styres av slaglengden fra Baker Setting Tool, som er 5,875" for E4-10 og 8,625" for E4-20. Hvis verktøyet krever mer slag enn dette, vil innstillingsverktøyet sannsynligvis ikke skjære av pluggen.
Ytelsen til den øvre slipen, med denne konfigurasjonen, er kritisk like etter innstilling. Den øvre slipen må bite inn i foringsrøret for å låse kompresjonen inn i elementet og opprettholde tetningen. Hvis den øvre slipen ikke fungerer som designet, vil elementet kunne slappe av og du vil miste forseglingen. Det som er interessant er at elementet spiller en rolle i å opprettholde sin egen komprimering. Hvis elementet ikke skapte en motstridende kraft på den øvre kjeglen, ville det ikke holde støtte under slippet som kreves for å holde seg i kontakt med foringsrøret. Uten "mottrykket" fra det komprimerte elementet, ville den øvre slipen ikke utføre jobben sin.
Etter innstilling vil wireline BHA brukes til å perforere foringsrøret over pluggen og deretter fjernes fra brønnen. Overflatefrac-utstyret vil da rigges opp. For en ball drop-plugg, det meste av det som kjøres, vil en ball slippes fra overflaten. Når den når den horisontale delen av brønnen, vil den bli pumpet ned for å lande på pluggen, og isolere brønnen i to seksjoner. Når ballen lander og fracen begynner, vil trykket tvinge doren nedover til den samhandler med toppen av den øvre slipen. Forseglingen må opprettholdes når den glir gjennom elementet.
Dette resulterer i en dorlengde under pluggen lik slaglengden pluss bunnen av pluggen. Dette påvirker egentlig ikke innstillingen eller frac-komponentene til pluggens ytelse, men kan ha en innvirkning på mill up.
Under stimuleringen utøves det høyt trykk på oversiden av pluggen, med lavere trykk på bunnen av pluggen. Denne trykkforskjellen dikterer hvordan pluggen må utformes for å tåle kreftene som utøves. Som du kan se nedenfor, utøves trykket fra frac på ballen, og doren over elementet. Under kulen og elementet er det kun trykket fra reservoaret. Dette resulterer i et kollapstrykk som utøves på doren over tetningen. Ved tetningen må doren tåle kollapstrykket og kompresjonen av elementet.
Den nedre slipen og kjeglen må tåle den mekaniske kraften som genereres på elementet og pluggen fra forskjellen i trykk. Pluggleverandøren må bruke materialtykkelser og styrker for å oppnå en plugg som kan yte under disse forholdene. Vanligvis er en svikt i en tradisjonell frac-plugg forårsaket av kollapsen av den nedre kjeglen/doren som fører til at de nedre slipene mister bittet. Ytelsen til verktøyet er avhengig av styrken til kompositten.
En annen bekymring for designere er elementets ytelse under høytrykks- og temperatursituasjoner. Gummielementet er fleksibelt og vil bli enda mer fleksibelt under varme temperaturer. Når høyt trykk tilsettes blandingen kan det føre til at gummielementet flyter i trykkets retning. Mange av de tradisjonelle pluggene på markedet vil inkludere et element-backup-system som er designet for å utvide seg med elementet etter hvert som det settes og deretter gi struktur for å holde elementet på plass under høytrykksfasen av frac.
Hvis du er interessert i Vigor Completion Tool Frac Plug Series eller andre bore- og kompletteringsverktøy for olje- og gassindustrien, ikke nøl med å kontakte oss for den beste produktstøtten og teknisk støtte.
Innleggstid: 28. mai 2024
