سیستم های سرچاهی فشرده چیست و چرا آنها جایگزین سرچاه های معمولی می شوند؟

سیستم های سرچاهی فشرده مجموعه‌های یکپارچه و بهینه‌شده برای فضا هستند که سر پوشش، سر لوله و درخت کریسمس را در یک واحد با مشخصات کم ترکیب می‌کنند - ردپای نصب را تا 40 تا 60 درصد کاهش می‌دهند، زمان نصب را تا 50 درصد کاهش می‌دهند و هزینه‌های کلی سر چاه را در مقایسه با سیستم‌های چند جزئی معمولی کاهش می‌دهند. فناوری سرچاهی فشرده که در اصل برای سکوهای دریایی با محدودیت‌های شدید فضای عرشه توسعه یافته بود، به سرعت به بازی‌های غیرمتعارف خشکی، مکان‌های دورافتاده قطب شمال و کاربردهای زیر دریا که راندمان نصب، کاهش وزن و حداقل اختلال سطح اولویت‌های عملیاتی حیاتی هستند، گسترش یافته است.

این راهنما توضیح می دهد که چگونه سیستم های سرچاهی فشرده کار، تنظیمات موجود، نحوه مقایسه آنها با سر چاه های معمولی از نظر عملکرد و هزینه، و اینکه اپراتورها باید قبل از تعیین یکی برای برنامه چاه بعدی خود ارزیابی کنند.

چگونه سیستم های سرچاهی فشرده کار می کنند؟

سیستم‌های سر چاه فشرده با یکپارچه‌سازی عملکردهایی که سر چاه‌های معمولی در چندین جزء مونتاژ شده مستقل در یک محفظه از پیش مهندسی شده توزیع می‌کنند، کار می‌کنند، اتصالات فلنجی میانی را حذف می‌کنند و تعداد مسیرهای نشت احتمالی را از 6 به 12 به 2 به 4 کاهش می‌دهند.

در یک پشته سر چاه سنتی، اجزای زیر به ترتیب در محل مونتاژ می شوند: سر پوشش هادی، سر پوشش سطحی، سر پوشش میانی (در صورت لزوم)، قرقره سر لوله، آویز لوله، و درخت کریسمس. هر اتصال بین اجزا به یک اتصال فلنج جداگانه با یک واشر حلقه فلزی، سطوح آب بندی که باید تمیز و بازرسی شوند، و پیچ و مهره هایی که باید به طور جداگانه مطابق مشخصات گشتاور شوند، نیاز دارد. پشته به دست آمده می تواند به ارتفاع 3 تا 6 متر برسد و به چندین بار جرثقیل در مدت زمان نصب 2 تا 4 روز نیاز دارد.

الف سیستم سرچاهی فشرده این مجموعه متوالی را با یک محفظه تک سوراخ یا چند سوراخ از پیش ماشینکاری شده جایگزین می کند که در آن آویزهای پوششی، آویزهای لوله و پورت های دسترسی حلقوی همگی در یک بدنه حاوی فشار قرار می گیرند. ویژگی های کلیدی طراحی عبارتند از:

• پروفیل های آویز پوشش یکپارچه - مستقیماً در سوراخ محفظه ماشین کاری شده، اجزای قرقره آویز جداگانه و مهر و موم های صورت مرتبط با آنها را حذف می کند.
• قابلیت نصب یک سفره - رشته‌های پوشش را می‌توان در یک سفر واحد فرود و مهر و موم کرد، به‌جای اینکه به جابجایی‌های جداگانه در هر اندازه بدنه نیاز باشد.
• مهر و موم بسته آف یکپارچه - مهر و موم های حلقوی بین رشته های پوششی به صورت مکانیکی یا هیدرولیکی در داخل سوراخ محفظه فشرده انرژی می گیرند و انزوا را بدون اتصالات فلنج خارجی حفظ می کنند.
• مجموعه های فرعی از پیش تست شده - آزمایش فشار واحد فشرده کامل در کارخانه تولیدی قبل از حمل و نقل، با سوابق آزمایش مستند انجام می شود، بنابراین آزمایش فشار میدانی به جای تایید صلاحیت، تأیید است.
• پورت های نظارتی یکپارچه سر چاه - نقاط دسترسی مانیتورینگ فشار حلقوی، تزریق مواد شیمیایی و گیج پایین چاله به جای اضافه شدن به عنوان قطعات قرقره جداگانه در بدنه محفظه تعبیه شده است.

نتیجه یک مجموعه سرچاهی است که در بسیاری از پیکربندی‌ها 0.6 تا 1.2 متر بالاتر از خط مرکزی چاه قرار می‌گیرد - در مقایسه با 2.5 تا 5 متر برای سیستم‌های انباشته معمولی - در حالی که درجه‌بندی فشار معادل تا 15000 psi (1034 بار) و انطباق کامل با سرویس H2S در هر NACER ارائه می‌کند.

کدام نوع از سیستم های سرچاهی فشرده در صنعت استفاده می شود؟

چهار پیکربندی اولیه سیستم سرچاهی فشرده در عملیات نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد: سر چاه‌های فشرده سطحی برای کاربردهای زمینی و سکو، سر چاه‌های فشرده زیر دریا برای تولید آب‌های عمیق، سیستم‌های فشرده مدولار برای پدهای چند چاهی، و سر چاه‌های فشرده با سوراخ برای چاه‌های اکتشاف و ارزیابی.

1. سیستم های سرچاهی فشرده سطحی

سر چاه‌های فشرده سطحی گسترده‌ترین پیکربندی هستند که در بازی‌های غیرمتعارف خشکی و سکوهای ثابت دریایی استفاده می‌شوند که در آن ارتفاع کم پشته مستقیماً بار ساختاری روی عرشه چاه را کاهش می‌دهد و دسترسی جرثقیل را در طول عملیات کاری آسان‌تر می‌کند.

سرچاه‌های فشرده سطح استاندارد، دو تا چهار رشته پوششی را در یک محفظه منفرد، با اندازه‌های حفره اسمی 7-1/16 اینچ تا 13-5/8 اینچ و درجه فشار کاری از 3000 تا 15000 psi جای می‌دهند. در عملیات پد چند چاهی حوضه پرمین، اپراتورها کاهش زمان نصب را از میانگین 36 ساعت با سر چاه های معمولی به 14 تا 18 ساعت با سیستم های فشرده گزارش کرده اند - صرفه جویی که به طور قابل توجهی در برنامه پد 20 تا 40 چاه ترکیب می شود.

2. سیستم های سرچاهی فشرده زیر دریا

سر چاه های فشرده زیر دریا به طور خاص برای نصب بر روی بستر دریا طراحی شده اند، جایی که کاهش ارتفاع و وزن آنها مستقیماً بار ساختاری روی قالب های زیردریایی را کاهش می دهد و الزامات دسترسی جانبی کشتی های حفاری و نیمه شناورها را در طول عملیات در حال اجرا کاهش می دهد.

محفظه های سرچاه فشرده زیر دریا معمولاً از فولاد کربنی کم آلیاژ با روکش آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی (CRA) روی سطوح سوراخ داخلی ساخته می شوند. قطر بیرونی محفظه 18 تا 3/4 اینچ برای کاربردهای آب های عمیق استاندارد است و دارای درجه بندی فشار/دمای بالا (HPHT) تا 15000 psi و 350 درجه فارنهایت است. کاهش تعداد اجزای سیستم‌های فشرده در زیر دریا بسیار ارزشمند است زیرا هر اتصال اضافی نشان‌دهنده یک مسیر نشت بالقوه است که برای اصلاح آن در عمق 1000 تا 3000 متری گران و زمان‌بر است.

3. سیستم های سرچاهی فشرده مدولار برای پدهای چند چاهی

سیستم‌های سرچاهی جمع‌وجور مدولار برای نصب دسته‌ای در محل‌های پد چند چاهی طراحی شده‌اند و دارای رابط‌های استانداردی هستند که به همان دکل حفاری، تجهیزات تکمیل و درخت کریسمس اجازه می‌دهند بدون پیکربندی مجدد از چاهی به چاه دیگر منتقل شوند.

استانداردسازی ارزش اصلی سر چاه های فشرده مدولار در برنامه های حفاری پد است. وقتی همه 20 چاه روی یک پد از محفظه های سر چاه فشرده یکسان با مشخصات آویز یکسان، آداپتور سر لوله یکسان و هندسه اتصال درختی مشابه استفاده می کنند، خدمه دکل می توانند مراحل نصب را از حافظه ماهیچه ای اجرا کنند - کاهش خطاهای رویه ای، زمان بازرسی و زمان غیرمولد (NPT) در هر چاه. اپراتورهای بازی‌های شیل ایگل فورد و مارسلوس کاهش NPT را بین 15 تا 25 درصد در هر نصب سر چاه با تغییر از اجزای مرکب مرسوم به یک برنامه سرچاه فشرده استاندارد شده ثبت کرده‌اند.

4. سرچاه های فشرده با سوراخ باریک برای چاه های اکتشافی

سرچاه‌های فشرده با سوراخ‌های باریک، برنامه‌های پوششی با قطر کمتر را در چاه‌های اکتشافی در نظر می‌گیرند که در آن ارزیابی سازند بر زیرساخت‌های تولید اولویت دارد و قابلیت مهار فشار کامل را در محفظه‌ای فراهم می‌کند که می‌تواند با یک دکل کوچک‌تر و کم‌هزینه‌تر نصب و بازیابی شود. سیستم‌های فشرده با سوراخ‌های باریک معمولاً روکش‌های تولیدی 4-1/2 اینچ تا 7 اینچ را با فشار کاری تا 10000 psi و وزن سبک‌تر آن‌ها - معمولاً 800 تا 1800 کیلوگرم در مقابل 3000 تا 8000 کیلوگرم برای جابه‌جایی کامل به سر چاه‌های معمولی قابل حمل و نقل را در خود جای می‌دهند.

سیستم های سرچاهی فشرده در مقابل سرچاه های معمولی: مقایسه کامل

سیستم‌های سرچاهی جمع‌وجور از نظر سرعت نصب، ردپا، تعداد مسیر نشتی و هزینه کل نصب شده به طور مداوم از سر چاه‌های معمولی بهتر عمل می‌کنند - در حالی که سرچاه‌های معمولی مزیت‌هایی را در تعمیر میدانی و سازگاری با تجهیزات تکمیلی قدیمی حفظ می‌کنند.

جدول 1: مقایسه جانبی سیستم های سرچاهی فشرده در مقابل پشته های سرچاهی معمولی در پارامترهای کلیدی عملیاتی و عملکردی.

مشخصات فنی کلیدی سیستم های سرچاهی فشرده چیست؟

سیستم‌های سر چاه فشرده در شش بعد فنی اصلی مشخص شده‌اند: درجه فشار کاری، اندازه سوراخ، تطبیق برنامه پوشش، کلاس دما، درجه مواد و محیط خدمات - و هر یک از این‌ها باید دقیقاً با شرایط مخزن چاه و طراحی تکمیل مطابقت داشته باشند.

جدول 2: محدوده مشخصات فنی برای سیستم های جمع و جور سر چاه تحت شرایط خدمات استاندارد و فشار بالا/دمای بالا (HPHT)، با استانداردهای حاکم قابل اجرا.

چرا سیستم‌های سرچاهی فشرده در نمایشنامه‌های غیر متعارف پذیرفته می‌شوند؟

اقتصاد حفاری پد غیر متعارف - که در آن 20 تا 40 چاه در یک مکان واحد مشترک هستند و راندمان دکل به طور مستقیم هزینه توسعه میدان را افزایش می دهد - سیستم های سرچاهی فشرده را به عنوان مشخصات پیش فرض برای اپراتورهای اصلی در حوضه پرمین، باکن، ایگل فورد و مارسلوس تبدیل کرده است، زیرا زمان و هزینه هر چاه در مقیاس صرفه جویی بسیار زیاد است.

یک برنامه پد 30 چاهی را در نظر بگیرید. اگر نصب هر چاه با سیستم معمولی 36 ساعت و با سیستم فشرده 16 ساعت طول بکشد، کل زمان صرفه جویی در سرتاسر پد 600 ساعت دکل است. با نرخ روز 25000 دلار برای یک دکل زمینی مدرن، که برابر با 625000 دلار صرفه جویی در هزینه دکل مستقیم از انتخاب سر چاه به تنهایی است - قبل از محاسبه کاهش بالابر جرثقیل، آزمایش های فشار کمتر، هزینه های حمل و نقل کمتر (واحدهای فشرده سبک تر)، و کاهش قرار گرفتن در معرض ایمنی ناشی از روش های ساده مونتاژ.

الفdditional drivers of compact wellhead adoption in unconventional operations include:

• کاهش ردپای محیطی - ارتفاع پشته کمتر ضربه سطح قابل مشاهده را کاهش می دهد و حفاظ و حصار چاه را ساده تر می کند و از تعهدات زیست محیطی اپراتورها در مناطق حساس حمایت می کند.
• هندسه حفاری پد - سر چاه های فشرده به راحتی در فاصله محدود بین سر چاه های مجاور روی لنت های چند چاهی قرار می گیرند، جایی که ارتفاع پشته های معمولی خطرات تداخلی را در طول عملیات جرثقیل ایجاد می کند.
• الفutomated manufacturing quality - محفظه‌های فشرده ماشین‌کاری شده روی تجهیزات CNC تا تلورانس‌های محکم (معمولاً IT7 یا بهتر در قطر سوراخ‌ها) نسبت به پشته‌های معمولی مونتاژ شده در مزرعه، فرود و آب‌بندی آویز قابل تکرار بیشتری را ارائه می‌دهند.
• کاهش پیچیدگی موجودی - یک SKU سر چاه فشرده استاندارد شده می تواند جایگزین ده ها شماره قطعه معمولی شود، خرید، انبارداری و مدیریت زنجیره تامین را ساده می کند.

سیستم های سرچاهی فشرده چگونه نصب و راه اندازی می شوند؟

نصب یک سیستم سر چاه جمع و جور در مقایسه با سر چاه های معمولی از یک توالی ساده پیروی می کند: محفظه روی هادی فرود می آید، رشته های پوشش به ترتیب در داخل محفظه تکی قرار می گیرند و آویزان می شوند، مهر و موم های بسته آف برق می شوند و آداپتور سر لوله و درخت کریسمس به هم متصل می شوند -- همه با استفاده از جرثقیل های کمتری نسبت به سیستم های نصب معمولی نیاز دارند.

مرحله 1 - نصب مسکن

محفظه جمع و جور سر چاه پس از سیمان شدن هادی روی محفظه هادی نصب می شود. برای سیستم های فشرده سطحی، محفظه با استفاده از یک اتصال از پیش ماشینکاری شده در کارخانه سازنده مسکن به هادی رزوه یا جوش داده می شود. محفظه معمولاً در یک جرثقیل به مدت 30 تا 60 دقیقه فرود و تراز می شود.

مرحله 2 -- آویزان کردن رشته

هر رشته پوشش از سوراخ محفظه فشرده عبور می کند و در پروفیل آویز مناسب که ماشینکاری شده در محفظه فرود می آید. جهت گیری آویز با یک علامت مرجع بر روی بدنه آویز تأیید می شود که با علامت مربوطه روی محفظه مطابقت دارد، که یک نشانه بصری مثبت نشان می دهد که آویز به درستی فرود آمده است قبل از اینکه دکل کشش را آزاد کند. مهر و موم های بسته آف یکپارچه بین رشته های پوشش یا به صورت مکانیکی (با چرخش یا وزن) یا به صورت هیدرولیکی از طریق پورت های بدنه محفظه تنظیم می شوند.

مرحله 3 -- تست فشار

هر مهر و موم حلقوی پوشش و مهر و موم سوراخ اولیه به صورت جداگانه با استفاده از پورت های آزمایشی تعبیه شده در بدنه محفظه فشرده آزمایش می شوند. فشارهای آزمایشی بر اساس API 6A و روش تست سرچاهی خاص اعمال می‌شود، با فشار برای هر آب‌بندی برای اکثر الزامات اپراتور به مدت 15 دقیقه. از آنجایی که محفظه فشرده به عنوان یک مجموعه کامل در کارخانه آزمایش شده است، نتایج آزمایش میدانی تقریباً همیشه قطعی است - یک آزمایش میدانی ناموفق به‌طور قابل‌اطمینانی نشان‌دهنده خطای نصب به جای نقص در ساخت قطعه است.

مرحله 4 - اتصال درخت کریسمس

بسته به طراحی سیستم، درخت کریسمس از طریق یک آداپتور سر لوله (THA) یا مستقیماً از طریق یک اتصال درخت واحد به محفظه سر چاه فشرده متصل می شود. سیستم های جمع و جور سر چاه معمولاً از یک کانکتور تک گیره یا اتصال رزوه ای در رابط درخت به جای اتصال فلنجی تمام وجه استفاده می کنند که تعداد پیچ ​​ها و واشرهای مورد نیاز را کاهش می دهد و زمان نصب درخت را 30 تا 50 درصد در مقایسه با اتصالات درخت فلنج دار معمولی کاهش می دهد.

اپراتورها قبل از انتخاب یک سیستم چاه فشرده چه چیزی را باید ارزیابی کنند؟

اپراتورها قبل از التزام به یک سیستم سرچاه فشرده باید پنج عامل سازگاری حیاتی را ارزیابی کنند: هندسه برنامه پوشش چاه، پوشش فشار و دمای مخزن، محیط نصب سطح یا زیر دریا، سازگاری ابزار تکمیل و کار، و وضعیت تأیید نظارتی فناوری سرچاه فشرده در حوزه قضایی عملیاتی.

• هندسه برنامه پوششی - محفظه فشرده باید تمام اندازه‌های ریسمان پوششی برنامه‌ریزی شده با فاصله شعاعی کافی بین رشته‌ها را در خود جای دهد. یک چاه با یک رشته پوشش میانی که قطر بیرونی آن فقط 1/2 اینچ کوچکتر از پوشش سطحی است ممکن است از نظر فیزیکی در داخل یک سوراخ استاندارد مسکن فشرده قرار نگیرد.
• پوشش فشار و دما - تأیید کنید که کلاس دمایی API 6A و درجه فشار کاری سیستم فشرده، هر دو از حداکثر فشار پیش‌بینی‌شده سر چاه و حداکثر دمای سطح بسته با حداقل 10 درصد حاشیه ایمنی فراتر می‌رود.
• سازگاری ابزار تکمیل - شاخه‌های فرک، بسته‌کننده‌ها و ابزارهای سیمی که در طول شکستگی هیدرولیکی یا ورود به سیستم تولید کار می‌کنند باید بدون تداخل از سوراخ سرچاهی فشرده عبور کنند. بررسی کنید که حداقل سوراخ سیستم فشرده با الزامات کل رشته ابزار تکمیل مطابقت دارد
• دسترسی Workover -- سر چاه های معمولی امکان جایگزینی تک تک اجزا در میدان را فراهم می کند. محفظه های فشرده ای که باعث خرابی آب بند می شوند، معمولاً نیاز به تعویض کامل محفظه دارند، که ممکن است به معنای کشیدن چاه باشد - ارزیابی کنید که آیا مشخصات تعمیرپذیری میدانی سیستم فشرده برای عمر تولید مورد انتظار چاه و فرکانس کار قابل قبول است یا خیر.
• تایید رگولاتوری - در برخی از حوزه‌های قضایی، سیستم‌های سرچاهی فشرده قبل از نصب باید به طور جداگانه توسط نهاد نظارتی تأیید شود. تایید کنید که سرچاه فشرده انتخابی تاییدیه های لازم را دریافت کرده است (به عنوان مثال، BSEE در خلیج مکزیک ایالات متحده، HSE در دریای شمال بریتانیا) قبل از تهیه

پرسش‌های متداول: سیستم‌های سرچاهی فشرده

نتیجه‌گیری: موردی برای سیستم‌های سرچاهی فشرده در برنامه‌های چاه مدرن

سیستم های سرچاهی فشرده از یک راه حل ویژه برای محدودیت های فضایی فراساحلی به یک انتخاب مشخصات اصلی در سراسر حفاری پد خشکی، تولید زیر دریا، اکتشاف از راه دور و تکمیل های غیر متعارف منتقل شده اند. ترکیبی از کاهش زمان نصب، مسیرهای نشتی کمتر، هزینه کل نصب کمتر، کیفیت تایید شده توسط کارخانه و ردپای سطحی کوچکتر، یک مورد فنی و اقتصادی قانع کننده را ایجاد می کند که پشته های سرچاهی معمولی در اکثر برنامه های چاه مدرن با مشکل مطابقت دارند.

مناطق باقیمانده ای که در آن سر چاه های معمولی مزایای واقعی را حفظ می کنند - برنامه های کاربردی فوق العاده HPHT بالای 15000 psi، سازگاری با میدان قدیمی، و موقعیت هایی که نیازمند قطعات قابل تعمیر در میدان هستند - واقعی هستند اما به طور فزاینده ای باریک می شوند زیرا فناوری سرچاه فشرده همچنان در قابلیت فشار و دما پیشرفت می کند.

برای اپراتورهایی که برنامه‌های چاه جدید را برنامه‌ریزی می‌کنند، فرآیند ارزیابی باید نه با پرسیدن اینکه آیا یک سیستم سر چاه فشرده قابل اجرا است یا نه، بلکه با شناسایی محدودیت‌های فنی خاص - هندسه برنامه پوشش، پوشش فشار، الزامات ابزار تکمیل، و زمینه نظارتی - که تعیین می‌کند پیکربندی سر چاه فشرده مشخصات بهینه برای هر طراحی چاه است. در بیشتر موارد، آن ارزیابی تایید می کند که الف سیستم سرچاهی فشرده انتخاب درستی است.