Een traditionele composietplug bevat een doorn, bovenste slip/conus, element en onderste slip/conus. De doorn zal de structuur van de plug verschaffen waar de andere componenten op "rijden" en er zullen ofwel profielen in zijn machinaal bewerkt of er zijn extra onderdelen aan bevestigd om de componenten tijdens het inlopen, uitharden en fracen vast te houden. De slips zijn zo ontworpen dat ze in wisselwerking staan met de kegel, zodat de slips, wanneer ze samengedrukt worden, naar buiten bewegen en de behuizing raken. De slips hebben geharde randen die zijn ontworpen om in de behuizing te ‘bijten’ en ze op hun plaats te vergrendelen. De slips zijn een volledige ring of individuele segmenten die bij elkaar worden gehouden met een soort band. Hoe dan ook, ze zijn ontworpen om bij elkaar te blijven totdat de uithardingsvolgorde ze uit elkaar haalt, waardoor ze langs de kegel omhoog kunnen bewegen en in de behuizing kunnen worden geplaatst.
Voor een frac-plug, ontworpen om alleen druk van bovenaf vast te houden, zal de onderste slip ontworpen zijn om de volledige kracht van de frac vast te houden en de bovenste slip zal ontworpen zijn om de plug, voornamelijk het element, na het uitharden samengedrukt te houden. Het element is ontworpen om samen te drukken onder de instelkracht, waardoor een afdichting ontstaat tussen de binnendiameter van de behuizingswand en de doorn. Deze afdichting zorgt voor de isolatie die nodig is om de put in twee delen te scheiden, zodat de zone erboven discreet kan worden behandeld. Bij een kogelvalplug wordt een kogel van het oppervlak gedropt om op de doorn te landen en de isolatie te voltooien.
De eerste test van de prestaties van een composietplug vindt plaats tijdens het leegpompen. Voor deze reeks wordt een samengestelde plug gemaakt tot een draadgebonden bodemgatsamenstel (BHA) dat een plug, plaatsingsgereedschap en perforeerpistolen omvat. Deze BHA wordt naar het aftrappunt in een horizontale put gedropt en vervolgens worden er pompen gebruikt om deze op de beoogde locatie te plaatsen. Tijdens deze operatie is het van cruciaal belang dat de componenten zoals gemonteerd blijven. De slips moeten bij elkaar blijven, anders zouden ze tijdens de inzet in contact komen met de behuizing, hun kegel omhoog bewegen en een vooraf ingestelde gebeurtenis creëren.
Het element moet ook op zijn plaats blijven om hetzelfde lot te voorkomen. Bij rubberen elementen kan dit lastig zijn. De typische 5,5”-stekker heeft bijvoorbeeld een buitendiameter van 4-3/8” en de behuizing heeft een binnendiameter van 4,778”, waardoor er een kleine opening overblijft tussen de stekker en de behuizing (slechts 0,2” per zijde). Afhankelijk van hoe snel de plug beweegt en de stroomsnelheid van de verpompte vloeistof, kan er veel bypass rond deze plug plaatsvinden. Naarmate deze bypass groter wordt, ontstaat er een lagedrukzone rond de plug, waardoor het element kan uitzwellen en in contact kan komen met de behuizing. Daarom is het van cruciaal belang om te begrijpen hoeveel vloeistof er tijdens de plaatsing langs de plug stroomt en de meeste leveranciers zullen richtlijnen geven voor hoe snel de plug moet bewegen bij verschillende pompsnelheden.
Het plaatsen van een plug gebeurt met een explosief instelgereedschap. Details over hoe de twee belangrijkste soorten instelhulpmiddelen werken, vindt u in eerdere artikelen hier en hier. De plugdoorn wordt statisch gehouden en de componenten worden samengedrukt om het gereedschap in te stellen. Meestal zal het element samendrukken, waarna de slips zullen breken en langs de kegels omhoog zullen bewegen totdat ze in de behuizing worden gedrukt en op hun plaats worden vergrendeld. Zodra de slips zijn ingesteld, zal de door het plaatsingsgereedschap gegenereerde kracht de afschuifkracht van het plug-afschuifmedium overschrijden en zal het plaatsingsgereedschap de plug afschuiven en deze autonoom in de put achterlaten. Na het uitharden komt een deel van de doorn boven de nieuw samengedrukte componenten te liggen. De lengte van deze blootliggende doorn zal gelijk zijn aan de hoeveelheid composiet boven de bovenste slip zoals gemonteerd, plus de slaglengte die nodig is om het gereedschap in te stellen.
Een van de kritische ontwerpbeperkingen van een composietplug is de slag die nodig is om het gereedschap in te stellen. Deze lengte wordt bepaald door de slag geleverd door het Baker Setting Tool, namelijk 5,875” voor de E4-10 en 8,625” voor de E4-20. Als het gereedschap meer slag nodig heeft dan dit, zal het instelgereedschap waarschijnlijk niet van de plug afbreken.
De prestatie van de bovenste slip is bij deze configuratie van cruciaal belang vlak na het uitharden. De bovenste slip moet in de behuizing bijten om de compressie in het element te vergrendelen en de afdichting te behouden. Als de bovenste slip niet presteert zoals ontworpen, kan het element ontspannen en verliest u uw afdichting. Wat interessant is, is dat het element een rol speelt bij het handhaven van zijn eigen compressie. Als het element geen tegengestelde kracht op de bovenste kegel uitoefende, zou het geen steun behouden onder de slip die nodig is om in contact te blijven met de behuizing. Zonder de “tegendruk” van het samengedrukte element zou de bovenste slip zijn werk niet doen.
Na het uitharden wordt de draadkabel BHA gebruikt om de behuizing boven de plug te perforeren en vervolgens uit de put te verwijderen. Vervolgens wordt de oppervlaktefrac-apparatuur opgetuigd. Bij een ball drop plug zal het grootste deel van wat er wordt uitgevoerd een bal van het oppervlak vallen. Zodra het horizontale deel van de put wordt bereikt, wordt deze naar beneden gepompt om op de plug te landen, waardoor de put in twee delen wordt geïsoleerd. Wanneer de bal landt en de frac begint, zal de druk de doorn naar beneden dwingen totdat deze in wisselwerking staat met de bovenkant van de bovenste slip. De afdichting moet behouden blijven terwijl deze door het element glijdt.
Dit resulteert in een doornlengte onder de plug gelijk aan de slag plus de onderkant van de plug. Dit heeft niet echt invloed op de instellingen of frac-componenten van de prestaties van de plug, maar kan wel van invloed zijn op de mill-up.
Tijdens de stimulatie wordt er hoge druk uitgeoefend op de bovenzijde van de plug, terwijl er lagere druk wordt uitgeoefend op de onderkant van de plug. Dit drukverschil bepaalt hoe de plug moet worden ontworpen om de uitgeoefende krachten te weerstaan. Zoals je hieronder kunt zien, wordt de druk van de frac uitgeoefend op de bal en de doorn boven het element. Onder de bal en het element bevindt zich alleen de druk uit het reservoir. Dit resulteert in een bezwijkdruk die wordt uitgeoefend op de doorn boven de afdichting. Bij de afdichting moet de doorn bestand zijn tegen de bezwijkdruk en de compressie van het element.
De onderste slip en kegel moeten bestand zijn tegen de mechanische kracht die op het element wordt uitgeoefend en het drukverschil opvangen. De aanbieder van de plug moet materiaaldikten en -sterkten gebruiken om een plug te verkrijgen die onder deze omstandigheden kan presteren. Meestal wordt het falen van een traditionele frac-plug veroorzaakt door het instorten van de onderste kegel/doorn, waardoor de onderste slippen hun beet verliezen. De prestaties van het gereedschap zijn afhankelijk van de sterkte van het composiet.
Een andere zorg voor ontwerpers zijn de prestaties van het element tijdens situaties met hoge druk en temperaturen. Het rubberen element is flexibel en zal bij hoge temperaturen nog flexibeler worden. Wanneer hoge druk aan het mengsel wordt toegevoegd, kan dit ertoe leiden dat het rubberen element in de richting van de druk stroomt. Veel van de traditionele pluggen op de markt bevatten een elementback-upsysteem dat is ontworpen om uit te breiden met het element terwijl het wordt geplaatst en vervolgens structuur te bieden om het element op zijn plaats te houden tijdens de hogedrukfase van de frac.
Als u geïnteresseerd bent in de Vigor Completion Tool Frac Plug Series of andere boor- en voltooiingsgereedschappen voor de olie- en gasindustrie, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen voor de beste productondersteuning en technische ondersteuning.
Posttijd: 28 mei 2024
