Tradiční kompozitní zátka bude obsahovat trn, horní skluz/kužel, prvek a spodní skluz/kužel. Trn poskytne strukturu zátky, na které „jezdí“ ostatní součásti, a bude mít buď obrobené profily, nebo bude mít připojené další části, které omezí součásti během záběhu, nastavení a frakování. Prokluzy jsou navrženy tak, aby interagovaly s kuželem tak, že když jsou k sobě přitlačeny, posunou se prolisy směrem ven a dotknou se pouzdra. Lístky budou mít tvrzené hrany, které jsou navrženy tak, aby se „zakously“ do pouzdra a zajistily je na místě. Lístky budou plný kroužek nebo jednotlivé segmenty, které jsou drženy pohromadě nějakým páskem. V každém případě jsou navrženy tak, aby zůstaly pohromadě, dokud je sekvence nastavení nerozdělí, což jim umožní posunout se nahoru po kuželu a zasadit se do pouzdra.
U zátky frac, která je navržena tak, aby udržovala tlak pouze shora, bude spodní skluzavka navržena tak, aby udržela plnou sílu frakce a horní skluzavka bude navržena tak, aby udržela zástrčku, hlavně prvek, po nastavení stlačenou. Prvek je navržen tak, aby se stlačil pod nastavovací silou a vytvořil těsnění mezi vnitřním průměrem stěny pouzdra a trnem. Toto těsnění poskytne izolaci nezbytnou k oddělení studny na dvě části, takže zóna nad ním může být ošetřena diskrétně. V případě zátky s pádem koule bude koule shozena z povrchu, aby dosedla na trn a dokončila izolaci.
První test výkonu kompozitní zátky přichází během odčerpávání. Pro tuto sekvenci se z kompozitní zátky vytvoří sestava spodního otvoru drátěného vedení (BHA), která obsahuje zátku, nastavovací nástroj a děrovací pistole. Tento BHA je shozen dolů do bodu výkopu do vodorovné studny a poté jsou použita čerpadla k jeho nasazení na zamýšlené místo. Během této operace je kritické, aby součásti zůstaly v sestaveném stavu. Lístky musí zůstat pohromadě, jinak by se během nasazování dotkly pouzdra, posunuly by se nahoru a vytvořily přednastavenou událost.
Prvek musí také zůstat na svém místě, aby se zabránilo stejnému osudu. U pryžových prvků to může být obtížné. Například typická 5,5” zástrčka má vnější průměr 4-3/8” a pouzdro má vnitřní průměr 4,778”, což ponechává malou mezeru mezi zástrčkou a pláštěm (jen 0,2” na stranu). V závislosti na tom, jak rychle se zátka pohybuje a průtoku čerpané kapaliny, může být kolem této zátky hodně obtoků. Jak se tento obtok zvětšuje, vytvoří se kolem zátky nízkotlaká zóna, která by mohla způsobit nafouknutí prvku a kontakt s pouzdrem. Z tohoto důvodu je důležité pochopit, kolik tekutiny obchází zátku během nasazení a většina poskytovatelů poskytne pokyny pro to, jak rychle se musí zátka pohybovat při různých rychlostech pumpy.
Nastavení zátky se provádí pomocí explozivního nastavovacího nástroje. Podrobnosti o tom, jak fungují dva hlavní typy nastavovacích nástrojů, najdete v předchozích článcích zde a zde. Trn zástrčky bude držen statický a součásti budou přitlačeny k sobě, aby se nástroj usadil. Obvykle se prvek stlačí, pak se prokluzy přetrhnou a posunou se nahoru po kuželech, dokud nejsou vtlačeny do pouzdra a nejsou zajištěny na místě. Jakmile jsou prokluzy nastaveny, síla generovaná usazovacím nástrojem překročí smykovou sílu média zátky ve smyku a usazovací nástroj odstřihne zátku a ponechá ji autonomní ve vrtu. Po nastavení se část trnu odkryje nad nově slisovanými součástmi. Délka tohoto obnaženého trnu se bude rovnat množství kompozitu nad horním skluzem po sestavení plus délka zdvihu potřebná k nastavení nástroje.
Jedním z kritických konstrukčních omezení kompozitní zátky je zdvih potřebný k nastavení nástroje. Tato délka se řídí zdvihem poskytovaným nástrojem Baker Setting Tool, který je 5,875” pro E4-10 a 8,625” pro E4-20. Pokud nástroj vyžaduje větší zdvih, nastavovací nástroj se pravděpodobně neodtrhne od zástrčky.
Výkon horního skluzu je u této konfigurace kritický hned po nastavení. Horní skluz se musí zakousnout do pouzdra, aby zablokoval stlačení v prvku a udrželo těsnění. Pokud horní skluz nefunguje tak, jak bylo navrženo, prvek se bude moci uvolnit a ztratíte těsnění. Zajímavé je, že prvek hraje roli při zachování vlastní komprese. Pokud by prvek nevytvářel opačnou sílu na horní kužel, neudržel by podpěru pod prokluzem potřebným k tomu, aby zůstal v záběru s pouzdrem. Bez „protitlaku“ ze stlačeného prvku by horní skluz neplnil svou funkci.
Po nastavení bude drátěný vodič BHA použit k perforaci pouzdra nad zátkou a poté je odstraněn z jamky. Povrchové frac zařízení bude poté zmanipulováno. U zátky s pádem míče bude většina toho, co běží, míč shozen z povrchu. Jakmile dosáhne vodorovné části studny, bude pumpována dolů, aby přistála na zátce, čímž se studna izoluje na dvě části. Když koule dopadne a frac začne, tlak bude tlačit trn dolů, dokud nebude interagovat s horní částí horního skluzu. Těsnění musí být udržováno, když klouže skrz prvek.
To má za následek, že délka trnu pod kuželkou se rovná zdvihu plus spodní části zástrčky. To ve skutečnosti neovlivňuje nastavení nebo složky výkonu zátky, ale může to mít dopad na frézování.
Během stimulace je na horní stranu zátky vyvíjen vysoký tlak, na spodní stranu zátky nižší. Tento rozdíl v tlaku určuje, jak musí být zátka navržena, aby odolala vynaloženým silám. Jak můžete vidět níže, tlak z fracu je vyvíjen na kuličku a trn nad prvkem. Pod koulí a prvkem je pouze tlak ze zásobníku. To má za následek tlak zhroucení vyvíjený na trn nad těsněním. U těsnění musí trn odolat tlaku zborcení a stlačení prvku.
Spodní skluz a kužel musí odolat mechanické síle generované na prvek a kuželku z rozdílu tlaků. Dodavatel zástrčky musí použít tloušťku a pevnost materiálu, aby dosáhl zástrčky, která může fungovat za těchto podmínek. Typicky je selhání tradiční frac zátky způsobeno zhroucením spodního kužele/trnu, což způsobí, že spodní prokluzy ztratí svůj záběr. Výkon nástroje závisí na pevnosti kompozitu.
Další starostí pro konstruktéry je výkon prvku během situací vysokého tlaku a teploty. Pryžový prvek je pružný a za vysokých teplot se stane ještě pružnějším. Když je do směsi přidán vysoký tlak, může to vést k tomu, že pryžový prvek proudí ve směru tlaku. Mnoho tradičních zástrček na trhu bude obsahovat záložní systém prvku, který je navržen tak, aby expandoval s prvkem, jak je nastaven, a pak poskytuje strukturu pro udržení prvku na místě během vysokotlaké fáze frakce.
Pokud máte zájem o Vigor Completion Tool Frac Plug Series nebo jiné vrtací a dokončovací nástroje pro ropný a plynárenský průmysl, neváhejte nás kontaktovat pro nejlepší produktovou podporu a technickou podporu.
Čas odeslání: 28. května 2024
