شاشة حزمة الحصى مزدوجة الطبقة فائقة المرونة

شاشة حزمة الحصى مزدوجة الطبقة فائقة المرونة لضمان سلامة حفرة البئر الأفقية

 

لقد تحول تطور استخراج الهيدروكربونات الحديثة بشكل لا محالة نحو هياكل الآبار المعقدة, مع أن تصبح حفرة البئر الأفقية هي الوسيلة القياسية لتعظيم الاتصال بالخزان في العمليات غير التقليدية ومنخفضة النفاذية. بينما يفتح الحفر الأفقي احتياطيات هائلة, فهو يؤدي في الوقت نفسه إلى تضخيم تعقيدات إكمال قاع البئر, فيما يتعلق بشكل خاص السيطرة على الرمال. التحديات التقليدية لهجرة الجسيمات الدقيقة, عدم استقرار التكوين, ويتفاقم التآكل الناجم عن السوائل بسبب الطول الهائل للفتحة المفتوحة, التدفق التفاضلي على طول منطقة الدفع, وضرورة أساليب التدخل عالية الكثافة مثل تعبئة الحصى و التكسير الهيدروليكي. بالإضافة إلى, في مجال الاستخلاص المعزز للنفط (الاستخلاص المعزز للنفط), طرق مثل حقن البخار (على سبيل المثال, SAID) تقديم التهديدات المدمرة للدراجات الحرارية الشديدة والتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية.

شاشة البئر التقليدية, سواء كانت بطانة بسيطة مشقوقة أو شاشة مستقلة ملفوفة بالأسلاك, غالبًا ما يكون غير كافٍ لهذه الضغوط التآزرية. هذه الضرورة لمكون يمكنه تحمل الأحمال الميكانيكية العالية, مقاومة الهجوم الكيميائي العدواني, والحفاظ على دقة الترشيح الدقيقة على مسافات أفقية شاسعة دفع إلى تطوير التخصص شاشة حزمة الحصى للبئر الأفقية. ويمثل هذا النظام خطوة هامة إلى الأمام, باستخدام مبتكرة هيكل الترشيح ثنائي الطبقة- الجمع بين قوة عالية, مقاومة للتآكل سترة خارجية من نوع Vee-Wire بدقة عالية مرشح داخلي من شبكة سلكية منسوجة بشكل جيد- ليس فقط لضمان التحكم الموثوق في الرمال ولكن أيضًا المرونة الهيكلية والحرارية المطلوبة لدورات الإنجاز والإنتاج الأكثر صرامة. تم تصميم النظام بأكمله كأصل عالي التكامل مصمم لاستيعاب الضغوط الهائلة الناتجة عن وضع الحصى وتدفق الكسر الراجع مع تخفيف مشكلات الانسداد طويلة المدى التي يسببها الطين, غرامات النفط الثقيل, والمقياس المعدني.

1. تعقيدات التحكم والتدخل في رمال الآبار الأفقية

 

يبدأ التبرير الهندسي لهذه الشاشة المتخصصة بتحليل المتطلبات التشغيلية الفريدة الموضوعة على أجهزة التحكم في الرمال في الآبار الأفقية, وخاصة تلك التي تتطلب التدخل مثل تعبئة الحصى أو التكسير.

التحدي المتمثل في حفرة البئر الأفقية

 

في إنجاز أفقي نموذجي يمتد لآلاف الأمتار, تخضع الشاشة لضغوط ميكانيكية نادرًا ما تصادفها في الآبار العمودية. يجب أن تحافظ على نزاهتها في ظل أهمية كبيرة تحميل الضغط والشد أثناء التثبيت, خاصة عند التنقل في مسارات البئر المتعرجة. بمجرد التثبيت, قوى السحب التفاضلية أثناء التدفق أو الحقن, مقرونة ضخمة التمدد الحراري والانكماش الدورات الملازمة لعمليات حقن البخار, فرض ضغوط شديدة على الهيكل الملحوم للشاشة ووصلاتها. غالبًا ما تستسلم الشاشات التقليدية للفشل الهيكلي عند نقاط الاتصال أو الانهيار بسبب الضغط غير المتساوي لوضع الحصى.

تعبئة الحصى وتكسيرها: أقصى الحمل

 

يتم تحديد المتطلبات الهيكلية للشاشة من خلال إجراءين للتدخل الأساسي:

1. تعبئة الحصى: يتضمن ذلك ضخ ملاط ​​عالي الكثافة من الحصى الحجمي (داعم) في الفضاء الحلقي بين الشاشة والتشكيل. يجب أن تقاوم الشاشة هائلة ضغط الضغط الخارجي كما يتسرب السائل الملاط إلى التكوين, تتطلب ارتفاعا انهيار القوة في الأنابيب الأساسية وسترة الأسلاك. إذا انهارت الشاشة ولو قليلا, سلامة حزمة الحصى بأكملها معرضة للخطر, مما يؤدي إلى إنتاج الرمال قبل الأوان.

2. التكسير الهيدروليكي (فراك باك): أثناء تدفق المادة الداعمة بعد عملية التكسير, تواجه الشاشة المدقع التآكل الداخلي. عودة عالية السرعة للداعم, خاصة من خلال فتحات الفتحات وبالقرب من ثقوب الأنابيب الأساسية, يمكن أن تتآكل مادة الشاشة بسرعة. الحاجة ل مقاومة أعلى للتآكل يملي استخدام المتخصصة, سبائك شديدة التحمل وتصميم هيكلي قوي لتقليل تسارع السرعة الموضعية.

تتطلب متطلبات تحمل هاتين العمليتين عاليتي التحميل منتجًا أفضل بكثير من البطانة المثقبة البسيطة أو الشاشة المتميزة القياسية ذات الطبقة الواحدة. يجب أن يمتلك التصميم النهائي بطبيعته القدرة الميكانيكية للأنابيب عالية القوة مع توفير دقة الترشيح لمرشح متخصص.

2. بنية المرونة: الهيكل المتكامل ثنائي الطبقة

 

يكمن الابتكار الرئيسي لشاشة البئر الأفقية هذه في تصميمها هيكل الطبقات, مصممة لتعيين أدوار ميكانيكية وترشيح محددة لكل مكون, وبالتالي تحقيق أداء متفوق في القوة, قدرة التدفق, وموثوقية مضادة للانسداد.

طبقة 1: الأنابيب الأساسية عالية القوة والثقوب

 

الأساس هو أنابيب قاعدة, وهو عادة عبارة عن غلاف أو أنابيب فولاذية غير ملحومة API 5CT (على سبيل المثال, 2-7/8″ 4-1/2″ التطوير التنظيمي, وفقا للمعايير المحددة). يوفر الأنبوب الأساسي الغالبية العظمى من الشاشة قوة الشد و مقاومة الانهيار, حاسمة للتعامل, تثبيت, ومقاومة الضغوط الخارجية لحزمة الحصى. الأنبوب الأساسي مثقوب بفتحات مُصنعة بدقة:

1. تعظيم منطقة التدفق (اوفا): ضمان الحد الأقصى لدخول السوائل إلى الأنبوب.

2. الحفاظ على القوة: يجب تحسين نمط التثقيب لتحقيق الحد الأقصى من OFA مع الحفاظ على الحد الأدنى المطلوب من قوة الانهيار للمادة الأساسية (على سبيل المثال, 80% من مقاومة انهيار جسم الأنبوب الأصلي).

طبقة 2: شبكة سلكية منسوجة بشكل جيد (ترشيح عالي الدقة)

 

يغلف الأنبوب الأساسي المثقب مباشرة طبقة التصفية الداخلية, عادة أ شبكة سلكية منسوجة متعددة الطبقات ملبدة (شبكة كثيفة). هذا هو مكون الترشيح عالي الدقة الذي يكون دوره ذو شقين:

1. استبعاد الجسيمات النهائية: وهي مصممة لاحتجاز أدق الجزيئات (الطمي, فخار, المواد الصلبة الطينية, أو الرمال الناعمة) التي تمر بنجاح من خلال مادة حزمة الحصى الأولية الخشنة. وهذا يمنع هجرة هذه الغرامات إلى ثقوب الأنابيب الأساسية, وبالتالي تقليل انخفاض الضغط (تلف الجلد) وخطر فشل التآكل في نهاية المطاف للأنبوب نفسه.

2. التخفيف من آثار النفط الثقيل/الطين: في مكامن النفط الثقيل, يمكن أن تكون بقايا النفط الخام أو سوائل الحفر عالية اللزوجة "عمياء" جسديًا’ وسط التصفية. الشبكة الداخلية الدقيقة, مدعومة بطبقة خارجية قوية, يسمح للسائل عالي اللزوجة بالمرور عبر فتحة كبيرة, مساحة السطح المدعومة, تقليل مخاطر الضغط التفاضلي عبر الوسط الذي قد يسبب انسدادًا دائمًا (أو المسببة للعمى) من المرشح.

تُفضل الشبكة الملبدة على الشبكة المنسوجة البسيطة بسبب عملية التلبيد (دمج طبقات الشبكة معًا عند درجة حرارة عالية) يخلق مستقرة للغاية, وسيط مرشح عالي القوة مع زي موحد, حجم المسام مضمونة, مما يجعلها شديدة المقاومة للتشوه الميكانيكي أثناء مرور السوائل ذات الضغط العالي.

طبقة 3: سترة Vee-Wire (الدعم الهيكلي والتدفق)

 

الطبقة الخارجية والأكثر وضوحا هي Vee-Wire (إسفين الأسلاك) سترة. هذا المكون بمثابة العمود الفقري الهيكلي من سترة المرشح و درع التآكل الأساسي.

1. النزاهة الهيكلية: سلك V مستمر ملحوم بدقة, ملفوفة حول قضبان الدعم الطولية, يخلق سترة أسطوانية صلبة. تقاوم هذه الطبقة التلف الميكانيكي أثناء المناولة وتوفر القوة اللازمة لدعم الشبكة الداخلية الدقيقة ضد الضغط التفاضلي الهائل والتآكل الجسدي لملاط الحصى.

2. تدفق مضاد للانسداد: يُنشئ ملف تعريف السلك على شكل حرف V فتحة فتحة مستدقة للخارج. أي جسيم يمر عبر حزمة الحصى الأولية والسطح الخارجي للسلك V لا يمكن أن يصبح مثبتًا داخل الفتحة - بل يجب أن يمر عبره بالكامل. هذه الهندسة تقضي بشكل أساسي على سد الجسيمات الداخلية, الحفاظ على كفاءة التدفق.

3. درع التآكل: مصنوعة من صلابة عالية, سبائك مقاومة للتآكل, يحمي السلك V الخارجي الشبكة الداخلية الدقيقة من الاتصال المباشر بالسرعة العالية, تمت مصادفة تدفق السوائل الكاشطة أثناء التدفق الراجع, وخاصة بعد الكسر.

هذا التجميع متعدد الطبقات — الأنبوب الأساسي للحاملة, شبكة داخلية للدقة, وسلك Vee-Wire الخارجي للحماية والدعم - ينشئ نظام ترشيح فائق المرونة مُحسّنًا للضغوط التآزرية لعمليات إكمال الآبار الأفقية.

3. التفويضات المعدنية لبيئات الاستخلاص المعزز للنفط والتكسير

 

يجب اختيار المواد المستخدمة في بناء شبكة حصى البئر الأفقية ليس فقط لقوتها الميكانيكية ولكن أيضًا لمقاومتها للبيئة الكيميائية الحرارية الشديدة التي يقدمها الاستخلاص المعزز للنفط ومعدلات التآكل العالية الناتجة عن التكسير.. الفولاذ الكربوني القياسي غير كافي لطبقات الأسلاك والشبكات, وحتى الأنبوب الأساسي يتطلب دراسة خاصة.

تعدين الأنابيب الأساسية: القوة والمرونة

 

عادةً ما يكون الأنبوب الأساسي عبارة عن أنابيب API 5CT عالية القوة, تتراوح ما بين J55 (القوة الأساسية) حتى من خلال L80 (خدمة NACE الحامضة مؤهلة, غالباً $80 \text{ ksi}$ قوة الخضوع) أو P110 (قسط عالية القوة, $110 \text{ ksi}$ قوة الخضوع).

• L80 (امتثال NACE): إلزامية متى $\text{H}_2\text{S}$ موجود (خدمة تعكر). يجب أن تتوافق صلابة المادة وتركيبها الكيميائي مع NACE MR0175/ISO 15156 لمنع تكسير التآكل الناتج عن إجهاد الكبريتيد (SSCC), آلية الفشل تتسارع بسبب درجات الحرارة المرتفعة لحقن البخار وضغوط الشد في المقطع الأفقي الطويل.

• P110: تم اختياره للتطبيقات التي تتطلب أقصى قوة للانفجار والانهيار لتحمل التكسير الهيدروليكي الشديد وعمليات وضع الحصى ذات الضغط العالي.

سترة المرشح وشبكة المعادن: المقاومة الحرارية والكيميائية

 

سترة Vee-Wire والشبكة الداخلية الدقيقة, كونها واجهة السوائل المباشرة, تتطلب محتوى سبائك فائقًا لمقاومة التهديدات المشتركة المتمثلة في التدوير الحراري والتآكل/التآكل:

1. كروم ستيل (على سبيل المثال, 13كر, L80 13Cr): في كثير من الأحيان الحد الأدنى من المتطلبات ل $\text{CO}_2$ التآكل ودرجات الحرارة المعتدلة. على $13\%$ يشكل محتوى الكروم طبقة أكسيد واقية, مما يجعلها أكثر مقاومة للتآكل الحلو من الفولاذ الكربوني التقليدي. يتم استخدام هذا بشكل متكرر للسلك V وقضبان الدعم.

2. دوبلكس ستانلس ستيل (على سبيل المثال, أونس S31803 أو S32750): إلزامية لارتفاع درجات الحرارة والبيئات مجتمعة $\text{H}_2\text{S}$ والكلوريدات العالية. تقدم السبائك المزدوجة ممتازة رقم ما يعادل مقاومة الحفر (خشب) (عادة $\text{PREN} \geq 32$) وهي مقاومة للغاية للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي, مما يجعلها مثالية للدورة الحرارية الشديدة والبيئة المسببة للتآكل لحقن البخار (ساغد/CSS) حيث لا يمكن تجنب الإجهاد الحراري العالي.

3. شبكة متكلس: غالبًا ما تستخدم الشبكة الداخلية سبائك مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316L لمقاومة التآكل والاستقرار الحراري, متكلس لتعزيز القوة الميكانيكية واستقرار المسام تحت الضغط التفاضلي العالي.

يضمن الأنبوب الأساسي عالي القوة مع الغلاف المصنوع من السبائك المقاومة للتآكل أن يحافظ النظام على السلامة الهيكلية بينما تقاوم المكونات الوظيفية التدهور الكيميائي والفيزيائي.

المعلمة	أنابيب قاعدة (أبي 5CT L80/P110)	سترة مرشح (13كر / ثنائية الاتجاه)	متطلبات المعالجة الحرارية
درجة المواد	API 5CT L80 أو P110	13كر (إيسي 420 وزارة الدفاع) أو دوبلكس (2205)	أنابيب قاعدة: التبريد & هدأ (Q&T) للتحكم في القوة والصلابة المحددة.
التركيز الكيميائي	الكربون الخاضع للرقابة, MN (للقوة)	عالية $\text{Cr}$ (13% إلى 25%), $\text{Mo}$ (ثنائية الاتجاه), $\text{Ni}$	سترة: الحل التلدين بعد اللحام (للدوبلكس) لاستعادة البنية المجهرية المثالية.
قوة الشد	L80: $552 \text{ MPa}$ دقيقة, $P110: 758 \text{ MPa}$ دقيقة	عادة $R_{eH} \geq 550 \text{ MPa}$ (مماثلة للأنابيب الأساسية)	التلدين للشبكة لضمان الليونة ومنع التآكل بين الحبيبات.
التحكم في الحزام	إلزامية NACE MR0175/ISO 15156 حدود (ل L80)	التحكم لمنع SSC (تكسير الإجهاد الكبريتيد)	ن/أ
المعيار الرئيسي	مواصفات API 5CT	أستم A790/A240 (للدوبلكس) أو مواصفات البائع المحددة	API 5CT / Nace MR0175

---

4. مواصفات الأبعاد, التسامح, والتطبيق

 

المعلمات الأبعاد لشاشة حزمة الحصى للبئر الأفقية مقيدة بالحاجة إلى الملاءمة ضمن أحجام الغلاف القياسية مع ترك حلقة كافية لملاط حزمة الحصى والحفاظ على الحد الأدنى من تباين القطر الخارجي لضمان التشغيل السلس.

معلمات الأبعاد والتصميم الملائم للغرض

 

تعد العلاقة بين القطر الخارجي للأنبوب الأساسي والقطر الخارجي لغلاف الشاشة النهائي أمرًا بالغ الأهمية لضمان الخلوص المناسب. توضح المعلمات المقدمة اقتران أحجام أنابيب/غلاف API القياسية بقطر تجميع الشاشة المخصص:

حجم الأنابيب الأساسية (أنابيب/غلاف API)	الأنابيب الأساسية OD (مم)	سترة الشاشة النهائية OD (مم)	سياق التطبيق
2-3/8″	$\Phi 60.3$	$\Phi 79$	استكمالات ذات قطر صغير, في كثير من الأحيان من خلال الأنابيب أو الإكمال المزدوج.
2-7/8″	$\Phi 73$	$\Phi 95$	أنابيب ملفوفة قياسية أو استكمالات تقليدية أصغر.
3-1/2″	$\Phi 88.9$	$\Phi 110$	حجم الأنابيب المشتركة, السماح بحلقة كافية لحزمة الحصى الفعالة.
4″	$\Phi 101.6$	$\Phi 121$	غلاف الإنتاج أو إكمال معرف أكبر.
4-1/2″	$\Phi 114.3$	$\Phi 135$	غلاف الإنتاج ذو القطر الكبير; يزيد من معدل التدفق.

التسامح الشديد على القطر الخارجي لسترة الشاشة (التطوير التنظيمي) أمر بالغ الأهمية. ويجب أن يكون موحدًا على طول القسم بالكامل لضمان الخلوص المناسب أثناء التثبيت ولمنع التعطل. والأهم من ذلك, ال فتحة العرض التسامح في Vee-Wire الخارجي و التسامح مع حجم المسام في الشبكة الداخلية يجب أن تكون ضيقة للغاية (على سبيل المثال, $\pm 0.05 \text{ mm}$), لأن هذا يؤثر بشكل مباشر على كفاءة التحكم في الرمال وقدرة التدفق على المدى الطويل.

الميزات وفعالية مكافحة الانسداد

 

فئة الميزة	الميزة الوصفية	الميزة الوظيفية في الآبار الأفقية/الاستخلاص المعزز للنفط
الموثوقية الهيكلية	الأنابيب الأساسية API 5CT عالية القوة	يتحمل الضغط الخارجي العالي أثناء تعبئة الحصى وأحمال الشد/الضغط الداخلية العالية.
دقة الترشيح	طبقة داخلية شبكية دقيقة ملبدة	استبعاد الجسيمات عالية الدقة من الغرامات, الطين, والمواد الصلبة النفطية الثقيلة; يمنع توصيل الأنابيب الداخلية.
تدفق مضاد للانسداد	سترة خارجية من نوع Vee-Wire (فتحة على شكل حرف V)	يزيل سد الجسيمات; يقلل من تلف الجلد ويحافظ على قدرة التدفق مع مرور الوقت.
مقاومة التآكل	13أسلاك وقضبان على شكل حرف V Cr/Duplex	يقاوم التآكل الناتج عن التدفق الراجع عالي السرعة, العودة الداعمة بشكل خاص بعد الكسر.
المقاومة للتآكل	سبائك NACE/Duplex المؤهلة	يتحمل درجات الحرارة العالية, خدمة تعكر ($\text{H}_2\text{S}/\text{CO}_2$), وتكسير التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد (SCC) من البخار.
براعة التشغيلية	قدرة تدفق عالية	مناسبة للإنتاج بمعدل مرتفع, تعبئة الحصى, وعمليات التكسير الهيدروليكي.

التطبيقات والسوق المتخصصة

 

تملأ هذه الشاشة المتخصصة المكانة الحاسمة حيث يلتقي الضغط الميكانيكي العالي مع بيئات الاستخلاص المعزز للنفط المسببة للتآكل:

1. تصريف الجاذبية بمساعدة البخار (SAID) و CSS: ضروري لاستخراج النفط الثقيل في درجة حرارة عالية, تتطلب المقاومة $\sim 300^{\circ}\text{C}$ البخار والدورة الحرارية الضخمة.

2. تكسير الغاز/النفط غير التقليدي: تستخدم في الخطوط الأفقية الطويلة حيث يجب أن تتحمل الشاشة قوى التآكل الناتجة عن التدفق الراجع للكسر مع الحفاظ على التحكم الدقيق في الرمال.

3. الآبار العميقة ذات الانحراف العالي: يتم نشره حيث يُخضع طول الشاشة الطويلة المكون للاحتكاك الشديد والضغط الميكانيكي أثناء التثبيت.

الالتزام بالموثوقية غير التقليدية

 

شاشة حزمة الحصى للبئر الأفقية, بفضل هيكلها ثنائي الطبقة فائق المرونة, يمثل ذروة هندسة التحكم في الرمال المعاصرة. إنها استجابة محسوبة للميكانيكية التآزرية, حراري, والتهديدات الكيميائية الكامنة في عملية الاستخلاص المعزز للنفط الأفقي الحديث وإكمال التكسير. يتم إقران العمود الفقري الهيكلي القوي للأنبوب الأساسي API 5CT بشكل استراتيجي مع وسيط ترشيح عالي الأداء - سترة Vee-Wire الواقية والشبكة الملبدة الدقيقة - المصنوعة من سبائك تم اختيارها خصيصًا لمقاومتها للتآكل والتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية.

هذا النظام هو شهادة على المبدأ القائل بأنه في بيئات قاع البئر المعقدة, يجب أن يتم تصنيع الموثوقية في المكون نفسه. من خلال تحقيق سلامة هيكلية أعلى واستقرار حراري, إلى جانب دقة الترشيح الفائقة وخصائص التدفق المضادة للانسداد, تعمل هذه الشاشة على تقليل النفقات التشغيلية المرتبطة بعمليات صيانة الآبار بشكل كبير, تنظيف, وفشل الآبار المبكرة. تضمن الهندسة المعمارية المتطورة أن الاستثمار الرأسمالي الهائل الذي تم إجراؤه في حفرة البئر الأفقية محمي بواسطة شاشة مصممة لتحمل عمر أصول المكامن الأكثر تطلبًا, وبالتالي الحفاظ على معدل مرتفع, الإنتاج الخالي من الرمال في حقول النفط والغاز الأكثر تحديًا في العالم.