شاشة حزمة الحصى: تحديد, مواد, وتحليل الأداء
مقدمة لشاشات حزمة الحصى
شاشات حزمة الحصى هي حجر الزاوية في التحكم في الرمال في آبار النفط والغاز, مصمم لمنع إنتاج رمال التكوين مع الحفاظ على إنتاجية جيدة. يمكن أن يتلف إنتاج الرمال المعدات, خطوط أنابيب تسد, وتقليل كفاءة الخزان, جعل فعال التحكم في الرمال حاسم للنجاح التشغيلي. تتكون شاشات حزمة الحصى من شاشات بئر متعددة الطبقات معبأة بالحصى الحجم أو المواد البديلة بدقة مثل كرات السيراميك أو الخرز الزجاجي. الهدف الأساسي هو تثبيت التكوين عن طريق إنشاء حاجز يقوم بتصفية جزيئات الرمال الدقيقة مع السماح للهيدروكربونات بالتدفق بحرية. توفر هذه المقالة استكشافًا مفصلاً لمواصفات شاشة حزمة الحصى, المواد, أنواع الأنابيب الأساسية, وخصائص الأداء, بدعم من البيانات والتحليل الشامل لتوجيه المشغلين في تحسين الأداء البئر.
يعمل نظام حزمة الحصى عن طريق وضع شاشة في حفرة البئر, تحيط بها طبقة من الحجم الحجم لمنع الرمال مع السماح بتدفق السوائل. تتكون الشاشة نفسها عادة من أنبوب قاعدة (مثقب, محفوظة, أو ملفوف الأسلاك) وطبقة خارجية مصممة بأحجام فتحة دقيقة لاستكمال الحصى. مواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ (SS304, SS316) وسبائك دوبلكس (2205, 2507) ضمان المتانة في بيئات قاع البئر القاسية. تصميم النظام, بما في ذلك حجم الحصى, حجم الفتحة, وأنواع الاتصال, تم تصميمه للظروف الجيولوجية والتشغيلية المحددة للبئر. هذه المقالة تتعمق في المواصفات الفنية, يقارن خيارات المواد والتصميم, ويقيم تأثيرها على كفاءة التحكم في الرمال وإنتاجية البئر.
المواصفات والتحليل الأبعاد
تتوفر شاشات حزمة الحصى في مجموعة واسعة من الأحجام لاستيعاب مختلف التصميمات والمتطلبات التشغيلية. تشمل المواصفات القطر الداخلي (بطاقة تعريف), القطر الخارجي (من), الحجم الاسمي, حجم الحصى, وحجم الفتحة, وكلها مهمة لضمان السيطرة الفعالة على الرمال والنزاهة الهيكلية. يتراوح الهوية من 50 ملم الى 373 مم, المقابلة للأحجام الاسمية من 2-3/8 بوصة إلى 16 بوصة. OD, والتي تشمل الشاشة وحزمة الحصى, يتراوح من 110 ملم الى 456 مم. تتراوح أحجام الحصى عادة من 0.10 ملم الى 4.5 مم, تم اختياره بناءً على حجم جسيم الرمال للتكوين لمنع الانسداد. أحجام القمار, تتراوح من 0.05 ملم الى 3 مم, تم تصميمها للسماح بتدفق السوائل أثناء الاحتفاظ بحزمة الحصى.
بطاقة تعريف (مم) | الحجم الاسمي (بوصة) | من (مم) | حجم الحصى (مم) | حجم الفتحة (مم) |
---|---|---|---|---|
50 | 2-3/8 | 110 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
63 | 2-7/8 | 123 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
74 | 3-1/2 | 138 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
92 | 4 | 151 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
103 | 4-1/2 | 164 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
116 | 5 | 177 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
129 | 5-1/2 | 189 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
142 | 6-5/8 | 218 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
172 | 7 | 227 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
183 | 8-5/8 | 269 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
220 | 9-5/8 | 294 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
246 | 10-3/4 | 323 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
276 | 13-3/8 | 398 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
373 | 16 | 456 | 0.10-4.5 | 0.05-3 |
عادة ما تكون أطوال أنابيب الشاشة أقل من 5.8 متر لسهولة التعامل والتركيب, على الرغم من أن الأطوال تصل إلى 11.8 تتوفر أمتار للآبار الكبيرة. تم تصميم مواصفات الأبعاد لضمان التوافق مع أحجام الغلاف والأنابيب القياسية, تسهيل التكامل في التصميمات الآبار الحالية. يتم تحديد حجم الحصى استنادًا إلى توزيع حجم الحبوب في تكوين Sand, عادةً ما تتبع القاعدة القائلة بأن الحصى يجب أن يكون أكبر من 5 إلى 6 مرات من حجم الحبوب الرملية المتوسطة لمنع الهجرة مع الحفاظ على النفاذية. يتم تصميم أحجام القمار للاحتفاظ بالحصى مع السماح بتدفق السوائل, مع فتحات أصغر (على سبيل المثال, 0.05 مم) تستخدم لتكوينات الرمال الجميلة والفتحات الكبيرة (يصل إلى 3 مم) للرمال الخشنة. تخضع هذه المواصفات للتخصيص بناءً على رسومات تفصيلية لتصميم الآبار لضمان الأداء الأمثل.
اختيار المواد وخصائصها
يعد اختيار مواد شاشات حزمة الحصى أمرًا بالغ الأهمية لأدائها في بيئات قاع البئر التآكل والضغط العالي. تشمل المواد الشائعة الفولاذ المقاوم للصدأ (SS304, SS304L, SS316, SS316L) و Duplex Steels (2205, 2507), مع استخدام 904L لظروف تآكل للغاية. يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ مثل SS304 و SS316 مقاومة تآكل ممتازة وفعالية من حيث التكلفة للتطبيقات القياسية. SS304L و SS316L, مع انخفاض محتوى الكربون, توفير مقاومة معززة للتآكل بين الحبيبية, جعلها مناسبة للآبار ذات الملوحة العالية أو الظروف الحمضية. فولاذ دوبلكس (2205 و 2507) اجمع بين القوة العالية ومقاومة التآكل الفائقة, مثالي للآبار العميقة أو عالية الضغط حيث تكون الضغوط الميكانيكية والبيئية مهمة.
مادة | المقاومة للتآكل | قوة الشد (الكروب الذهنيه) | التطبيقات النموذجية |
---|---|---|---|
SS304 | جيد | 515-620 | الآبار القياسية, بيئات التآكل المنخفض |
SS304L | جيد جدًا | 485-620 | الآبار ذات اللون العالي, مقاومة التآكل بين الحبيبية |
SS316 | جيد جدًا | 515-690 | بيئات التآكل المعتدل |
SS316L | ممتاز | 485-690 | ارتفاع الجملة, الآبار الحمضية |
904L | أرقى | 490-700 | بيئات تآكل للغاية |
دوبلكس 2205 | ممتاز | 620-880 | المياه العميقة, آبار الضغط العالي |
دوبلكس 2507 | أرقى | 800-1000 | الظروف القاسية, آبار الضغط العالي |
يعتمد اختيار المواد على البيئة الكيميائية للبئر, ضغط, ودرجة الحرارة. على سبيل المثال, يفضل SS316L في الآبار مع محتوى CO2 أو H2S العالي بسبب مقاومته لتآكل التآكل. دوبلكس 2507, بقوته العالية الشد ومقاومة التآكل, مثالي للآبار الخارجية حيث تسود الظروف القاسية. استخدام المتغيرات منخفضة الكربون (على سبيل المثال, SS304L, SS316L) يقلل من خطر التوعية أثناء اللحام, ضمان المتانة على المدى الطويل. يجب على المشغلين موازنة تكاليف المواد مع متطلبات الأداء, كمواد متميزة مثل Duplex 2507 زيادة التكاليف ولكن تعزيز الموثوقية في البيئات الصعبة.
أنواع الأنابيب الأساسية واعتبارات التصميم
تستخدم شاشات حزمة الحصى ثلاثة أنواع أنابيب أساسية: الأنابيب المثقبة, شاشات ملفوفة الأسلاك, والأنابيب المحددة. تم تصميم كل نوع لتلبية متطلبات تحكم في الرمال وتدفق محددة, التأثير على الأداء العام لنظام حزمة الحصى. ميزة الأنابيب المثقبة الثقوب المحفورة, عادة 10-20 مم في القطر, تقديم سعة تدفق عالية ولكن محدودة الاحتفاظ بالرمل. غالبًا ما يتم استخدامها في التكوينات ذات الرمال الخشنة حيث تكون أحجام الفتحات الأكبر مقبولة. تتكون الشاشات ملفوفة بالأسلاك من سلك ملفوف حول أنبوب قاعدة مثقبة, إنشاء فتحات فتحات دقيقة (0.05-3 ملم) التي توفر التحكم الممتاز في الرمال لتكوينات أدق. الأنابيب المحددة, مع فتحات ليزر أو مطحنة, تقديم توازن بين سعة التدفق والاحتفاظ بالرمل, مناسبة لمجموعة واسعة من التكوينات.
نوع الأنابيب الأساسية | فتحة/حجم الفتحة (مم) | سعة التدفق | الاحتفاظ بالرمال | استخدام نموذجي |
---|---|---|---|---|
الأنابيب المثقبة | 10-20 | عالي | قليل | تشكيلات الرمال الخشنة |
شاشة ملفوفة الأسلاك | 0.05-3 | معتدل | عالي | تكوينات الرمال الجميلة |
أنبوب مشقوق | 0.05-3 | معتدلة - عالية | معتدل | التكوينات للأغراض العامة |
يعتمد اختيار نوع الأنابيب الأساسية على توزيع حجم الرمال والتوازن المطلوب بين التدفق والتحكم في الرمال. تفضل الشاشات ملفوفة بالأسلاك في تشكيلات غير موحدة برمال ناعم, نظرًا لأن أحجام الفتحات الدقيقة لها تمنع هجرة الحصى مع الحفاظ على النفاذية. الأنابيب المثقبة مناسبة لتكوينات مستقرة ذات حبيبات رمل أكبر, حيث يتم إعطاء الأولوية لمعدلات التدفق العالية. توفر الأنابيب المرسومة براعة, استيعاب مجموعة من أحجام القمار وأنواع التكوين. نوع الاتصال - مثل STC, بيتكوين, LTC, NPT, و, الاتحاد الأوروبي, أو نهايات عاديات - يلعب أيضًا دورًا مهمًا في ضمان ملاءمة آمنة ضمن نظام إكمال الآبار, تقليل مخاطر التسريبات أو الفشل الميكانيكي أثناء التثبيت.
مواد الحصى والتعبئة البديلة
حزمة الحصى هي قلب نظام التحكم في الرمال, مصمم لتصفية الرمال مع السماح للهيدروكربونات بالتدفق إلى حفرة البئر. تتراوح أحجام الحصى عادة من 0.10 ملم الى 4.5 مم, تم اختياره بناءً على توزيع حجم الحبوب في تكوين Sand. يجب أن يكون الحصى كبيرًا بما يكفي لمنع الترحيل الرملي ولكنه صغير بما يكفي للحفاظ على النفاذية. قاعدة التصميم الشائعة هي أن قطر الحصى يجب أن يكون 5-6 أضعاف حجم الحبوب الرملية المتوسطة, ضمان ترشيح فعال دون انسداد. في بعض التطبيقات, يتم استخدام مواد بديلة مثل كرات السيراميك أو الخرز الزجاجي بدلاً من الحصى. توفر هذه المواد حجم وشكل موحدين, تحسين كفاءة التعبئة والنفاذية مقارنة بالحصى الطبيعي, التي قد تحتوي على أشكال وأحجام غير منتظمة.
كرات السيراميك متينة للغاية ومقاومة للسحق, جعلها مناسبة للآبار ذات الضغط العالي حيث قد يشوه الحصى تحت الضغط. توفر الخرز الزجاجي فوائد مماثلة, مع ميزة إضافية من الامتداد الكيميائي, تقليل خطر التفاعلات مع سوائل التكوين. لكن, هذه البدائل أغلى من الحصى الطبيعي, لذا فإن استخدامها مخصص عادة للآبار أو التكوينات ذات القيمة العالية مع تحديات محددة, مثل محتوى الغرامات العالية أو البيئات المسببة للتآكل. تتضمن عملية التعبئة ضخ الحصى أو المواد البديلة في الحلقة بين الشاشة والتكوين, ضمان ضيق, حزمة موحدة تزيد من التحكم في الرمال مع تقليل مقاومة التدفق إلى الحد الأدنى. يعد وضع الحصى المناسب أمرًا ضروريًا لنجاح النظام, تتطلب هندسة دقيقة ومراقبة الجودة أثناء التثبيت.
معايير مقارنة الأداء ومعايير الاختيار
تعتمد فعالية نظام شاشة حزمة الحصى على قدرته على موازنة التحكم في الرمال مع إنتاجية البئر. تشمل عوامل الأداء الرئيسية الاحتفاظ بالرمل, قدرة التدفق, المقاومة للتآكل, والقوة الميكانيكية. شاشات ملفوفة بالأسلاك بأحجام صغيرة (على سبيل المثال, 0.05-0.5 مم) تتفوق في تكوينات الرمال الجميلة, تقديم الاحتفاظ بالرمل الفائق ولكن من المحتمل أن يكون معدلات التدفق المنخفضة بسبب فتحات الفتحات المقيدة. الأنابيب المثقبة, مع ثقوب أكبر, زيادة سعة التدفق إلى الحد الأقصى ولكنها أقل فعالية في التكوينات غير الموثوقة مع رمال ناعمة. توفر الأنابيب المرسومة أرضًا وسطًا, مناسبة لمجموعة واسعة من التكوينات ولكن تتطلب اختيارًا دقيقًا لحجم الفتحة لتجنب توصيل أو إنتاج الرمل المفرط.
يؤثر اختيار المواد بشكل كبير على الأداء طويل الأجل. فولاذ مقاوم للصدأ (SS304, SS316) هي فعالة من حيث التكلفة للآبار القياسية مع مخاطر التآكل المعتدلة, بينما فولاذ دوبلكس (2205, 2507) تفضل لآبار المياه العميقة أو عالية الضغط بسبب مقاومة قوتها وارتفاعها في التآكل. يؤثر اختيار مواد التعبئة الحصى أو البديلة أيضًا على الأداء, مع كرات السيراميك والخرز الزجاجي التي توفر تحسين النفاذية والمتانة في البيئات الصعبة. أنواع الاتصال مثل BTC و LTC ضمان التثبيت الآمن, تقليل خطر الفشل أثناء النشر. يجب على المشغلين النظر في خصائص التكوين, ظروف جيدة, وقيود الميزانية عند اختيار المزيج الأمثل من نوع الشاشة, مادي, والحصى. تحليل التكوين التفصيلي, بما في ذلك توزيع حجم الرمال وكيمياء السوائل, ضروري لتصميم نظام حزمة الحصى الفعال.
الوجبات الرئيسية: شاشات حزمة الحصى عبارة عن محلول تحكم في الرمال متعددة الاستخدامات, مع مواصفات قابلة للتخصيص لتناسب مختلف ظروف البئر. تتفوق الشاشات ملفوفة بالأسلاك في تكوينات الرمال الدقيقة, بينما تتناسب الأنابيب المثقبة والذاتية الرمال الخشنة. يجب أن يتماشى اختيار المواد والحصى مع المتطلبات البيئية والميكانيكية للبئر لتحسين الإنتاجية وطول العمر.