Häufige Probleme mit Zementier-Float-Ausrüstung, verursacht durch Ablagerungen und Zementfeststoffe

Probleme mit Zementier-Float-Ausrüstung, verursacht durch Ablagerungen und Zementfeststoffe, gehören zu den häufigsten Ventilversagen, die bei der primären Zementierung gemeldet werden. Walzzunder, Rostflocken, Rohrdichtmasse, Formationseinschnitte und abgesetzte Zementpartikel können sich im Float-Kragen oder Float-Schuh ansammeln und die Klappe, Kugel oder den Kegel von ihrem Sitz abhalten. Ein offengelassenes Ventil ermöglicht nach dem Abschalten der Pumpe ein Zurückfließen des Zements, verhindert ein sauberes Abwischen mit dem Wischerstopfen und hinterlässt eine kontaminierte Schuhspur, die möglicherweise eine nachfolgende Quetschzementierung erfordert. Hochgeschwindigkeits-Schlämme, die abrasive Feststoffe mitführen, können auch Sitze und Dichtungen erodieren, während abgesetzte Feststoffe den Durchflusskanal überbrücken oder die Füllöffnung eines Auto-Fill-Float-Schuhs verstopfen können. Die meisten dieser Ausfälle sind durch disziplinierte Gehäusevorbereitung, richtige Schlammaufbereitung, kontrollierte Pumpgeschwindigkeiten und nach API Spec 10F / ISO 10427-2 hergestellte und geprüfte Ausrüstung vermeidbar. Zu erkennen, wie sich Ablagerungen in der Float-Ausrüstung verhalten, ist der erste Schritt zur Vermeidung von festsitzenden Ventilen, Leckagen und kostspieligen Verlusten an Bohrmaschinenzeit.

Welche Ablagerungsbedingten Probleme beeinträchtigen die Zementier-Float-Ausrüstung?

Die Float-Ausrüstung ist ein Rückschlagventil- oder Gegendrucksystem, das am unteren Ende des Gehäusestranges installiert ist. Ein Float-Kragen wird normalerweise ein bis drei Gelenke über dem Schuh platziert, am häufigsten zwei Gelenke, während der Float-Schuh am untersten Gelenk des Stranges befestigt wird. Beide Vorrichtungen lassen Bohrspülung und Zementschlämme nach unten passieren und schließen sich dann automatisch, um einen Rückfluss zu stoppen, wann immer der Druck unter dem Ventil den Druck darüber übersteigt. Die gängigsten Dichtelemente sind ein Klappenventil mit Elastomer-Dichtung, eine Kugel-und-Sitz-Anordnung oder ein Kegel-und-Kolben-Design. Der Körper kann aus bohrbarem Gusseisen, Aluminium, duroplastischem Kunststoff oder Keramik bestehen, wenn das Werkzeug nach dem Abbinden des Zements ausgebohrt werden muss.

Ablagerungen erreichen diese Ventile aus mehreren Richtungen. Im Gehäuse können sich Walzzunder, Rost und Walzlack aus Lagerung und Transport während des Einbaus lösen. Verbindungsdichtmasse, Schweißschlacke und zurückgebliebene Ablagerungen aus früheren Arbeiten wandern vor dem Rohr nach unten. Von der Bohrlochseite können Schnitte und Ausbrüche, die nie aus dem Loch zirkuliert wurden, in den Schuh gelangen, wenn der Strang eingebaut wird. Während der Zementierung selbst ist die Schlämme eine Suspension dichter Feststoffe: ein 15,8 ppg Klasse G System oder eine gewichtete 17-20 ppg Schlämme, die Hämatit oder Manganoxid enthält. Jede instabile Suspension kann sich zu einer harten, überbrückenden Masse über dem Ventil absetzen.

Sobald Ablagerungen das Ventil erreichen, dominieren vier Ausfallmodi. Erstens halten Partikel, die zwischen der Klappe oder Kugel und ihrem Sitz gefangen sind, das Ventil offen, so dass es gegen Rückfluss abdichten kann. Zweitens können größere Brocken das Element in der offenen Position verklemmen oder ein Klappenscharnier verbiegen. Drittens erodieren abrasive Feststoffe, die sich mit turbulenten Verdrängungsgeschwindigkeiten bewegen, Sitze, Dichtungen und dünne bohrbare Abschnitte, bis das Ventil unter Differenzdruck leckt. Viertens können Feststoffe die verengte Füllöffnung eines Auto-Fill-Float-Schuhs verstopfen, wodurch das Gehäuse nicht mehr mit der vorgesehenen Geschwindigkeit gefüllt wird und das Überlaufverhalten verändert wird. Selbst ein dünner Film abgesetzter Zementfeststoffe auf einem Sitz kann einen für 10.000 psi ausgelegten Float-Kragen in ein leckendes Ventil verwandeln.

Warum Ablagerungen und Zementfeststoffe die gesamte Zementierung gefährden

Das Float-Ventil ist die am wenigsten zugängliche Komponente im Bohrloch. Es sitzt am Ende eines Stranges, der Tausende von Fuß lang sein kann, und sobald die Ausrüstung die Werkstatt verlässt, kann sie nicht mehr inspiziert oder eingestellt werden. Ablagerungsschäden werden daher im schlimmsten Moment entdeckt: während des Abwischens mit dem Wischerstopfen, des Gegendrucktests oder beim Warten auf Zement, wenn die Kosten des Versagens in Quetschzementierungen, Nachfüllläufen und verlorener Bohrmaschinenzeit gemessen werden.

Ein einzelnes Partikel kann die gesamte Rückschlagfunktion beeinträchtigen. Rückschlagventile sind so konzipiert, dass sie auf einer sauberen Leitung abdichten, und selbst ein Sandkorn, das unter einer Klappe gefangen ist, schafft einen Leckweg. Der Differenzdruck zwingt dann Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durch diesen Weg und erodiert den Sitz und das Elastomer, bis das Leck erheblich wird. Die gleiche Physik erklärt, warum sich Ablagerungsprobleme schnell verschlimmern, sobald sie beginnen.

Ablagerungsschäden treten auch oft in Gruppen auf. Ablagerungen aus einem korrodierten Gelenk können als Stoß das Ventil erreichen, und die Lagerungs- oder Handhabungsbedingungen, die sie verursacht haben, betreffen normalerweise mehrere Gelenke gleichzeitig. Deshalb wiederholen sich Ablagerungsfehler oft im selben Bohrloch oder in derselben Kampagne, bis die Grundursache, feuchte Lagerung, schlechte Reinigung oder eine instabile Schlämme, behoben ist.

Vier Eigenschaften von Float-Ausrüstung und Zementierungsarbeiten machen Ablagerungen und Zementfeststoffe besonders gefährlich:

• Die Abdichtung hängt von Metall-zu-Metall- oder Metall-zu-Elastomer-Kontakt über den gesamten Sitzumfang ab. Ablagerungen brechen diese Kontaktlinie, und das daraus resultierende Leck wächst unter Druck, anstatt sich selbst zu heilen.
• Die Schuhspur ist der letzte Abschnitt, der vor der Zementierung gereinigt wird, und der erste Ort, an dem sich Ablagerungen ansammeln. Wenn das Float-Schuh versagt, ist der Float-Kragen die einzige Reserve; in einem einzelnen Ventilstrang gibt es keine Reserve.
• Zementschlämmen sind konstruktionsbedingt abrasiv. Klasse G Schlämme bei 15,8 ppg und gewichtete Systeme bis zu 20 ppg führen harte Partikel mit, die mit turbulenten Verdrängungsgeschwindigkeiten auf Sitze, Dichtungen und bohrbare Innenteile treffen.
• Ausfallerscheinungen treten spät auf. Ein durch Ablagerungen offengehaltenes Ventil kann die Füll- und Zirkulationsprüfungen bestehen und erst versagen, wenn es die gesamte Zementsäule während des Gegendrucktests nach dem Abstoßen des Stopfens halten muss.

Die Folgen sind jedem Zementierungsingenieur vertraut. Zement fällt zurück oder fließt aus der Schuhspur, die Schuhspur bleibt mit Schlamm kontaminiert, Gas kann während des Wartens auf Zement im Ringraum aufsteigen, und eine nachfolgende Quetschzementierung wird zur einzigen Lösung. Das Verständnis, warum Ablagerungen so zerstörerisch sind, erleichtert die Rechtfertigung eines Präventionsprogramms und schärft auch die Inspektionskriterien, die angewendet werden, bevor die Ausrüstung überhaupt in das Bohrloch eingebracht wird.

Wie man Ablagerungsprobleme in Float-Ausrüstung verhindert und bewältigt

Die Prävention beginnt, bevor die Ausrüstung auf der Bohrinsel eintrifft, und setzt sich bis zum Ausbohren fort. Ein praktisches Programm deckt fünf Bereiche ab.

Gehäuse und Float-Ausrüstung vor dem Einbau vorbereiten

Jeden Float-Kragen und Float-Schuh im Lager und erneut auf der Bohrinsel inspizieren. Prüfen Sie die Gewindeschoner, bestätigen Sie den Nenn-Druck und die Nenn-Temperatur auf dem Typenschild und suchen Sie nach Stoßschäden, gerissenen bohrbaren Abschnitten oder verschobenen Dichtungen. Lagern Sie Werkzeuge auf Böcken, halten Sie sie trocken und lassen Sie sie niemals fallen oder rollen. Vor dem Einbau das Gehäuse durchdriften und innere Oberflächen bürsten oder abkratzen, wo Ablagerungen erwartet werden; Dichtmasse sparsam auftragen, damit kein Überschuss in das Ventil gelangt. Bestätigen Sie, dass der Nenn-Druck und die Nenn-Temperatur mit dem Bohrlochplan übereinstimmen, bevor die Werkzeuge montiert werden.

Bohrloch und Schlamm vor der Zementierung aufbereiten

Das Bohrloch vor der Zementierung sauber zirkulieren. Mindestens einmal den Boden zirkulieren und in abgelenkten Bohrlöchern das Rohr bewegen, um Schnittbetten aufzubrechen, die nach unten rutschen können. Den Schlamm aufbereiten, um Bohrschlamm zu entfernen und die Rheologie stabil zu halten; ein Schlamm mit hohem Feststoffgehalt gibt seine Schnittlast in der ersten Zone mit geringer Geschwindigkeit ab, oft direkt am Schuh. Nach langen statischen Perioden einen Wischerlauf durchführen. Ziel ist es, die Zementierung mit einem möglichst sauberen Bohrloch zu beginnen, da der Spacer und die Schlämme ihre eigene Feststofflast hinzufügen werden.

Schlämme und Verdrängung so gestalten, dass Erosion und Ablagerung begrenzt werden

Halten Sie die Verdrängungsgeschwindigkeit innerhalb des Bereichs, für den die Float-Ausrüstung ausgelegt wurde. Turbulente Strömung durch das Ventil bei übermäßigen Geschwindigkeiten beschleunigt die Erosion von Sitzen, Dichtungen und bohrbaren Innenteilen; wenn das Programm eine turbulente Verdrängung erfordert, wählen Sie erosionsbeständige Designs und bestätigen Sie dies mit dem Lieferanten. Gewichtete Schlämmen im Bereich von 17-20 ppg benötigen wirksame Dispergiermittel, damit die Feststoffe suspendiert bleiben, da eine Schlämme, die sich über dem Ventil absetzt, ein Ablagerungsproblem ist, das in der Mischanlage entsteht. Vermeiden Sie es, statische Schlämme über dem Ventil zu lassen, halten Sie die Rohrleitung, wo immer möglich, in Bewegung und verwenden Sie das richtige Spacer-Volumen.

Integrität des Ventils auf der Bohrinsel überprüfen

Bestätigen Sie das Float, bevor Sie sich darauf verlassen. Achten Sie während des Einbaus auf das Füllverhalten: Ein Gehäuse, das sich zu schnell oder gar nicht füllt, kann auf eine beschädigte Auto-Fill-Öffnung hinweisen. Nach dem Absenken bei kontrollierter Geschwindigkeit zirkulieren und Rückläufe bestätigen, dann gegen das Float druckprüfen und den geplanten Prüfwert halten. Ein Ventil, das keinen Druck hält, sollte vor der Zementierung untersucht werden. Während des Jobs den Stopfen mit dem geplanten Druck abstoßen und die Anzeigen beobachten: Ein konstanter Schließdruck bedeutet, dass das Float hält, während ein stetiger Verfall bedeutet, dass das Ventil leckt und die Säule zurückfällt.

Vorsichtig ausbohren und Ablagerungen ausspülen

Das Ausbohren erzeugt eigene Ablagerungen. Beim Ausbohren von bohrbarer Float-Ausrüstung verwenden Sie ein Gewicht auf dem Bohrmeißel, das für Gusseisen, Aluminium, Duroplast oder Keramik-Innenteile geeignet ist, damit die Fragmente zu kleinen Stücken zermahlen werden, anstatt in Brocken zu zerbrechen. Kontinuierlich zirkulieren, um Schnitte und Werkzeugfragmente aus der Schuhspur zu heben, bevor sie sich unter einem Ventil verkeilen können. In Liner- und Mehrstufenbohrlöchern können Ablagerungen von oben auf Werkzeuge darunter fallen, daher zirkulieren Sie den Boden und überprüfen Sie die Siebe, bevor Sie weiterbohren. Beachten Sie die Ausbohrparameter des Herstellers, da das Erzwingen des Bohrmeißels Fragmente in das Rattenloch drücken oder sie unter dem nächsten Werkzeug verkeilen kann.

Häufig gestellte Fragen

Können kleine Ablagerungspartikel wirklich verhindern, dass ein Float-Ventil abdichtet?

Ja. Klappen- und Kugel-Sitz-Ventile dichten auf einer schmalen Kontaktlinie ab, so dass ein Sandkorn oder einige abgesetzte Zementpartikel, die auf dem Sitz gefangen sind, einen Leckweg schaffen. Sobald der Differenzdruck Flüssigkeit durch den Spalt zwingt, vergrößert die Erosion ihn schnell. Winzige Ablagerungen können einen für 10.000 psi ausgelegten Float-Kragen zum Lecken bringen.

Was sind die häufigsten Quellen für Ablagerungen?

Walzzunder, Rost und Lack aus der Gehäuselagerung und dem Transport stehen an erster Stelle, gefolgt von überschüssiger Gewindeverbindung. Formationseinschnitte und Ausbrüche, die nicht aus dem Bohrloch zirkuliert wurden, gelangen ebenfalls in den Schuh, wenn der Strang eingebaut wird. Eine instabile Zementschlämme, die sich während des Jobs absetzt, kann das Ventil mit verpackten Feststoffen überbrücken.

Wie können wir feststellen, ob Ablagerungen ein Ventil offen halten?

Die ersten Anzeichen treten während des Füllens und der Zirkulation auf: Das Gehäuse füllt sich schneller als berechnet, oder die Rückläufe entsprechen nicht dem gepumpten Volumen. Nach dem Abstoßen des Stopfens hält ein durch Ablagerungen offengehaltenes Ventil keinen Druck und die Anzeige verfällt, während die Zementsäule zurückfällt. Behandeln Sie einen fehlgeschlagenen Drucktest vor der Zementierung als ablagerungsbedingt, bis das Gegenteil bewiesen ist.

Erhöhen schwere Zementschlämmen das Risiko von Ventilproblemen?

Ja, hauptsächlich durch Erosion und Ablagerung. Gewichtete Schlämmen von 17-20 ppg führen Hämatit- oder Manganoxidpartikel mit, die mit turbulenten Geschwindigkeiten auf Sitze und Dichtungen treffen, und sie setzen sich schneller ab, wenn sie statisch sind, und bilden Brücken über dem Ventil. Dispergiermittelbehandlung, kontrollierte Geschwindigkeiten und erosionsbeständige Innenteile reduzieren das Risiko, eliminieren es aber nicht.

Können Auto-Fill-Float-Schuhe durch Ablagerungen verstopfen?

Das können sie. Auto-Fill-Werkzeuge leiten Flüssigkeit durch eine verengte Öffnung oder an einer Klappe vorbei, die während des Füllens des Gehäuses schwimmt, und diese Durchgänge sind, wo sich Feststoffe zuerst ansammeln. Ein verstopfter Füllanschluss stoppt das Füllen des Gehäuses mit der vorgesehenen Geschwindigkeit und verändert den Überdruck und die Füllzeit. Füllprüfungen während des Einbaus fangen das Problem ab, bevor der Strang den Boden erreicht.

Was sollen wir tun, wenn das Float seinen Gegendrucktest nicht besteht?

Stoppen und diagnostizieren Sie, bevor Sie Zement pumpen. Versuchen Sie, mit höherer Geschwindigkeit zu zirkulieren, um Ablagerungen vom Sitz zu spülen, und testen Sie dann erneut. Wenn das Ventil immer noch nicht abdichtet, sind die Optionen begrenzt: Ziehen Sie den Strang, um die Ausrüstung zu ersetzen, oder fahren Sie mit dem Float-Kragen als primäre Barriere fort und planen Sie eine Quetschzementierung. Fragen Sie Ihren Lieferanten nach Empfehlungen vor Ort.

Schlussfolgerung

Ablagerungen und Zementfeststoffe sind die verborgenen Feinde der Float-Ausrüstung. Sie verursachen festsitzende Ventile, leckende Sitze, verstopfte Auto-Fill-Öffnungen und kontaminierte Schuhspuren, Ausfälle, die erst dann auftreten, wenn die Zementierung davon abhängt, dass das Ventil Druck hält. Die Abhilfemaßnahmen sind gut erprobt: Gehäuse und Werkzeuge richtig vorbereiten, das Bohrloch sauber zirkulieren, Schlämmen entwickeln, die suspendiert bleiben, das Ventil vor und während des Jobs überprüfen und mit Disziplin ausbohren. Da diese Maßnahmen im Vergleich zu einer Quetschzementierung oder einer verlorenen Schuhspur kostengünstig sind, sollte jedes Zementierungsprogramm sie beinhalten. Wenn Sie eine Zementierung in einem Bohrloch mit fragwürdiger Lochreinigung oder schweren Schlämmen planen, kontaktieren Sie unsere Anwendungstechniker für Empfehlungen zu Float-Schuhen und Float-Kragen, die auf Ihre Bedingungen abgestimmt sind.