Ako Frac Plugs fungujú?

Tradičná kompozitná zátka bude obsahovať tŕň, horný kužeľ/kužeľ, prvok a spodný kužeľ. Tŕň poskytne štruktúru zátky, na ktorej „jazdia“ ostatné komponenty, a bude mať buď opracované profily, alebo bude mať pripojené ďalšie časti, ktoré obmedzia komponenty počas zábehu, nastavovania a frakovania. Návleky sú navrhnuté tak, aby interagovali s kužeľom tak, že keď sú pritlačené k sebe, návleky sa pohybujú smerom von, aby sa dotkli krytu. Návleky budú mať tvrdené okraje, ktoré sú navrhnuté tak, aby sa „zahryzli“ do krytu a zaistili ich na mieste. Návleky budú plný krúžok alebo jednotlivé segmenty, ktoré sú držané spolu nejakým pásom. Či tak alebo onak, sú navrhnuté tak, aby zostali spolu, kým ich postupnosť nastavenia nerozdelí, čo im umožní posunúť sa po kužeľoch a zapadnúť do krytu.
Pre frac zátku, ktorá je navrhnutá tak, aby zadržiavala tlak iba zhora, bude spodná sklznica navrhnutá tak, aby udržala plnú silu frac, a horná sklznica bude navrhnutá tak, aby udržala zástrčku, hlavne prvok, stlačenú po nastavení. Prvok je navrhnutý tak, aby sa stlačil pod nastavovacou silou, čím sa vytvorí tesnenie medzi vnútorným priemerom steny plášťa a tŕňom. Toto tesnenie poskytne izoláciu potrebnú na oddelenie studne na dve časti, takže zóna nad ňou môže byť ošetrená diskrétne. V prípade guľôčkovej zátky spadne gulička z povrchu, aby pristála na tŕni a dokončila izoláciu.

Prvý test výkonu kompozitnej zástrčky prichádza počas odčerpávania. Pre túto sekvenciu je kompozitná zátka vyrobená až po zostavu spodného otvoru káblového vedenia (BHA), ktorá obsahuje zástrčku, nastavovací nástroj a perforačné pištole. Tento BHA sa spustí nadol do bodu štartu v horizontálnej studni a potom sa pomocou čerpadiel rozmiestni na zamýšľané miesto. Počas tejto operácie je dôležité, aby komponenty zostali zmontované. Lístky musia zostať spolu, inak by sa počas nasadzovania dotkli puzdra, posunuli by sa nahor a vytvorili prednastavenú udalosť.
Prvok musí zostať na svojom mieste, aby sa predišlo rovnakému osudu. S gumenými prvkami to môže byť ťažké. Napríklad typická 5,5” zástrčka má OD 4-3/8” a puzdro má ID 4,778”, čo ponecháva malú medzeru medzi zástrčkou a puzdrom (len 0,2” na stranu). V závislosti od rýchlosti pohybu zátka a prietoku čerpanej kvapaliny môže byť okolo tejto zátky veľa obtokov. Keď sa tento obtok zväčší, vytvorí sa nízkotlaková zóna okolo zástrčky, ktorá by mohla spôsobiť vydutie prvku a kontakt s puzdrom. Z tohto dôvodu je dôležité pochopiť, koľko tekutiny obchádza zátku počas nasadenia a väčšina poskytovateľov poskytne pokyny, ako rýchlo sa musí zástrčka pohybovať pri rôznych rýchlostiach pumpy.

Nastavenie zástrčky sa vykonáva pomocou výbušného nastavovacieho nástroja. Podrobnosti o tom, ako fungujú dva hlavné typy nástrojov nastavenia, nájdete v predchádzajúcich článkoch tu a tu. Tŕň zástrčky bude držaný statický a komponenty budú pritlačené k sebe, aby sa nástroj nastavil. Obyčajne sa prvok stlačí, potom sa sklznice zlomia a posunú sa hore po kužeľoch, až kým nie sú vtlačené do puzdra a nie sú zaistené na mieste. Akonáhle sú sklzy nastavené, sila generovaná nastavovacím nástrojom presiahne šmykovú silu zátkového šmykového média a nastavovací nástroj odstrihne zátku a ponechá ju autonómnu vo vrte. Po nastavení sa časť tŕňa odkryje nad novo stlačenými komponentmi. Dĺžka tohto odkrytého tŕňa sa bude rovnať množstvu kompozitu nad horným sklzom po zostavení plus dĺžka zdvihu potrebná na nastavenie nástroja.
Jedným z kritických konštrukčných obmedzení kompozitnej zátky je zdvih potrebný na nastavenie nástroja. Táto dĺžka sa riadi zdvihom poskytovaným nástrojom Baker Setting Tool, ktorý je 5,875” pre E4-10 a 8,625” pre E4-20. Ak nástroj vyžaduje väčší zdvih, nastavovací nástroj sa pravdepodobne neodtrhne od zástrčky.
Výkon horného sklzu pri tejto konfigurácii je kritický hneď po nastavení. Horná sklznica sa musí zahryznúť do puzdra, aby zaistila kompresiu v prvku a udržala tesnenie. Ak horná sklznica nefunguje tak, ako bola navrhnutá, prvok sa bude môcť uvoľniť a vy stratíte tesnenie. Čo je zaujímavé, prvok zohráva úlohu pri udržiavaní vlastnej kompresie. Ak by prvok nevytváral opačnú silu na horný kužeľ, neudržal by oporu pod sklzom potrebným na to, aby zostal v zábere s puzdrom. Bez „protitlaku“ zo stlačeného prvku by horná sklznica neplnila svoju úlohu.

Po nastavení sa drôtené vedenie BHA použije na perforáciu puzdra nad zátkou a potom sa vyberie z jamky. Povrchové frac vybavenie bude potom zmanipulované. V prípade zátky na padanie lopty, väčšina toho, čo beží, lopta spadne z povrchu. Po dosiahnutí vodorovnej časti studne bude čerpaná dole, aby pristála na zátke, čím sa studňa izoluje na dve časti. Keď loptička dopadne a začne frac, tlak bude tlačiť tŕň smerom nadol, až kým nebude interagovať s hornou časťou horného sklzu. Tesnenie sa musí udržiavať, keď sa posúva cez prvok.
To má za následok, že dĺžka tŕňa pod zátkou sa rovná zdvihu plus spodnej časti zátky. V skutočnosti to neovplyvňuje nastavenie alebo zlomkové komponenty výkonu zástrčky, ale môže to mať vplyv na frézovanie.
Počas stimulácie je na vrchnú stranu zátky vyvíjaný vysoký tlak, na spodnú časť zátky nižší. Tento rozdiel v tlaku určuje, ako musí byť zátka navrhnutá, aby odolala vynaloženým silám. Ako môžete vidieť nižšie, tlak z fracu je vyvíjaný na guľu a tŕň nad prvkom. Pod guľou a prvkom je iba tlak zo zásobníka. To má za následok tlak zrútenia vyvíjaný na tŕň nad tesnením. Pri tesnení musí tŕň odolať tlaku zrútenia a stlačeniu prvku.
Spodný sklz a kužeľ musia odolať mechanickej sile generovanej na prvok a zátku z rozdielu tlakov. Dodávateľ zástrčky musí použiť hrúbku a pevnosť materiálu, aby dosiahol zástrčku, ktorá môže fungovať za týchto podmienok. Zlyhanie tradičnej frakčnej zátky je zvyčajne spôsobené zrútením spodného kužeľa/tŕňa, čo spôsobí, že spodné kĺzačky stratia svoj záber. Výkon nástroja závisí od pevnosti kompozitu.
Ďalším problémom pre dizajnérov je výkon prvku počas vysokotlakových a teplotných situácií. Gumový prvok je pružný a pri vysokých teplotách sa stane ešte pružnejším. Keď sa do zmesi pridá vysoký tlak, môže to viesť k tomu, že gumový prvok prúdi v smere tlaku. Mnohé z tradičných zátok na trhu budú obsahovať záložný systém prvku, ktorý je navrhnutý tak, aby expandoval s prvkom, keď je nastavený, a potom poskytuje štruktúru na udržanie prvku na mieste počas vysokotlakovej fázy fracu.
Ak máte záujem o Vigor Completion Tool Frac Plug Series alebo iné vŕtacie a dokončovacie nástroje pre ropný a plynárenský priemysel, neváhajte nás kontaktovať pre najlepšiu produktovú podporu a technickú podporu.