Màn hình gói sỏi: Thông số kỹ thuật, Nguyên vật liệu, và phân tích hiệu suất
Giới thiệu về màn hình gói sỏi
Màn hình gói sỏi là nền tảng của kiểm soát cát trong giếng dầu khí, được thiết kế để ngăn chặn việc sản xuất cát hình thành trong khi duy trì năng suất tốt. Sản xuất cát có thể làm hỏng thiết bị, đường ống guốc, và giảm hiệu quả của hồ chứa, làm hiệu quả kiểm soát cát Quan trọng cho thành công hoạt động. Màn hình gói sỏi bao gồm các màn hình giếng nhiều lớp được đóng gói với sỏi có kích thước chính xác hoặc các vật liệu thay thế như bóng gốm hoặc hạt thủy tinh. Mục tiêu chính là ổn định sự hình thành bằng cách tạo ra một rào cản lọc ra các hạt cát mịn trong khi cho phép hydrocarbon chảy tự do. Bài viết này cung cấp một khám phá chi tiết về thông số kỹ thuật của màn hình sỏi, Vật liệu, Các loại ống cơ sở, và đặc điểm hiệu suất, Được hỗ trợ bởi dữ liệu và phân tích toàn diện để hướng dẫn các nhà khai thác trong việc tối ưu hóa hiệu suất tốt.
Hệ thống gói sỏi hoạt động bằng cách đặt một màn hình trong giếng khoan, được bao quanh bởi một lớp sỏi có kích thước để chặn cát hình thành trong khi cho phép dòng chảy chất lỏng. Bản thân màn hình thường bao gồm một ống cơ sở (đục lỗ, có rãnh, hoặc bọc dây) và một lớp bên ngoài được thiết kế với kích thước khe chính xác để bổ sung cho sỏi. Các vật liệu như thép không gỉ (SS304, SS316) và hợp kim song công (2205, 2507) Đảm bảo độ bền trong môi trường hạ cấp khắc nghiệt. Thiết kế hệ thống, bao gồm kích thước sỏi, Kích thước khe cắm, và các loại kết nối, được điều chỉnh theo các điều kiện địa chất và hoạt động cụ thể của giếng. Bài viết này đi sâu vào các thông số kỹ thuật, So sánh các tùy chọn vật liệu và thiết kế, và đánh giá tác động của chúng đối với hiệu quả kiểm soát cát và năng suất tốt.
Thông số kỹ thuật và phân tích thứ nguyên
Màn hình gói sỏi có sẵn trong một loạt các kích cỡ để phù hợp với các thiết kế tốt và các yêu cầu vận hành. Các thông số kỹ thuật bao gồm đường kính bên trong (ID), đường kính ngoài (TỪ), Kích thước danh nghĩa, Kích thước sỏi, và kích thước khe, Tất cả đều rất quan trọng để đảm bảo kiểm soát cát hiệu quả và tính toàn vẹn cấu trúc. ID dao động từ 50 mm đến 373 mm, tương ứng với kích thước danh nghĩa từ 2-3/8 inch để 16 Inch. OD, trong đó bao gồm màn hình và gói sỏi, phạm vi từ 110 mm đến 456 mm. Kích thước sỏi thường nằm trong khoảng từ 0.10 mm đến 4.5 mm, được chọn dựa trên kích thước hạt cát hình thành để ngăn chặn sự tắc nghẽn. Kích thước khe, từ 0.05 mm đến 3 mm, được thiết kế để cho phép lưu lượng chất lỏng trong khi giữ lại gói sỏi.
ID (mm) | Kích thước danh nghĩa (inch) | TỪ (mm) | Kích thước sỏi (mm) | Kích thước khe (mm) |
---|---|---|---|---|
50 | 2-3/8 | 110 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
63 | 2-7/8 | 123 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
74 | 3-1/2 | 138 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
92 | 4 | 151 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
103 | 4-1/2 | 164 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
116 | 5 | 177 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
129 | 5-1/2 | 189 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
142 | 6-5/8 | 218 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
172 | 7 | 227 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
183 | 8-5/8 | 269 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
220 | 9-5/8 | 294 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
246 | 10-3/4 | 323 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
276 | 13-3/8 | 398 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
373 | 16 | 456 | 0.10Cấm4.5 | 0.05–3 |
Chiều dài ống màn hình thường nhỏ hơn 5.8 mét để dễ xử lý và cài đặt, mặc dù chiều dài lên đến 11.8 mét có sẵn cho các giếng lớn hơn. Các thông số kỹ thuật kích thước được thiết kế để đảm bảo khả năng tương thích với kích thước vỏ và ống tiêu chuẩn, Tạo điều kiện tích hợp vào các thiết kế tốt hiện có. Kích thước sỏi được chọn dựa trên phân phối kích thước hạt cát hình thành, thường tuân theo quy tắc rằng sỏi phải lớn hơn 5 lần6 lần so với kích thước hạt cát trung bình để ngăn chặn di chuyển trong khi vẫn duy trì tính thấm. Kích thước khe được thiết kế để giữ lại sỏi trong khi cho phép dòng chất lỏng, với các khe nhỏ hơn (ví dụ., 0.05 mm) được sử dụng cho các thành tạo cát mịn và các khe lớn hơn (lên đến 3 mm) cho cát thô hơn. Những thông số kỹ thuật này tuân theo tùy chỉnh dựa trên bản vẽ thiết kế chi tiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Lựa chọn vật chất và tính chất
Sự lựa chọn vật liệu cho màn hình gói sỏi là rất quan trọng đối với hiệu suất của chúng trong môi trường xuống cấp có tính ăn mòn và áp suất cao. Các vật liệu phổ biến bao gồm thép không gỉ (SS304, SS304L, SS316, SS316L) và thép song công (2205, 2507), với 904L được sử dụng cho các điều kiện ăn mòn cao. Thép không gỉ như SS304 và SS316 cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và hiệu quả chi phí cho các ứng dụng tiêu chuẩn. SS304L và SS316L, có hàm lượng carbon thấp hơn, Cung cấp khả năng chống ăn mòn giữa các hạt, làm cho chúng phù hợp với các giếng có độ mặn cao hoặc điều kiện axit. Thép song công (2205 Và 2507) Kết hợp sức mạnh cao với khả năng chống ăn mòn vượt trội, Lý tưởng cho các giếng nước sâu hoặc áp suất cao trong đó căng thẳng cơ học và môi trường là đáng kể.
Vật liệu | Chống ăn mòn | Sức căng (MPa) | Các ứng dụng điển hình |
---|---|---|---|
SS304 | Tốt | 515Mạnh620 | Giếng tiêu chuẩn, môi trường ăn mòn thấp |
SS304L | Rất tốt | 485Mạnh620 | Giếng cao, Kháng ăn mòn giữa các hạt |
SS316 | Rất tốt | 515Tiết690 | Môi trường ăn mòn vừa phải |
SS316L | Xuất sắc | 485Tiết690 | Độ cao cao, Giếng có tính axit |
904L | Thượng đẳng | 490Mạnh700 | Môi trường ăn mòn cao |
Duplex 2205 | Xuất sắc | 620Tiết880 | Nước sâu, giếng áp suất cao |
Duplex 2507 | Thượng đẳng | 800Mạnh1000 | Điều kiện khắc nghiệt, giếng áp suất cao |
Lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào môi trường hóa học Well Well, áp lực , và nhiệt độ. Ví dụ, SS316L được ưa thích trong các giếng có hàm lượng CO2 hoặc H2S cao do khả năng chống ăn mòn của nó. Duplex 2507, với độ bền kéo cao và khả năng chống ăn mòn, là lý tưởng cho các giếng ngoài khơi nơi các điều kiện khắc nghiệt chiếm ưu thế. Việc sử dụng các biến thể carbon thấp (ví dụ., SS304L, SS316L) Giảm nguy cơ nhạy cảm trong quá trình hàn, Đảm bảo độ bền dài hạn. Người vận hành phải cân bằng chi phí vật liệu với các yêu cầu về hiệu suất, như các vật liệu cao cấp như song công 2507 Tăng chi phí nhưng tăng cường độ tin cậy trong môi trường thách thức.
Các loại ống cơ sở và cân nhắc thiết kế
Màn hình gói sỏi sử dụng ba loại ống cơ sở chính: Ống đục lỗ, Màn hình được bọc dây, và đường ống có rãnh. Mỗi loại được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu về kiểm soát cát và dòng chảy cụ thể, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống gói sỏi. Các đường ống đục lỗ có các lỗ khoan, Thông thường đường kính 102020 mm, Cung cấp khả năng lưu lượng cao nhưng khả năng duy trì cát hạn chế. Chúng thường được sử dụng trong các thành tạo với cát thô trong đó kích thước khe lớn hơn được chấp nhận. Màn hình được bọc dây bao gồm một dây được quấn quanh một ống cơ sở đục lỗ, Tạo các khe mở chính xác (0.05Mạnh3 mm) cung cấp kiểm soát cát tuyệt vời cho sự hình thành tốt hơn. Đường ống có rãnh, với các khe cắt laser hoặc được xay, Cung cấp sự cân bằng giữa khả năng lưu lượng và khả năng giữ cát, Thích hợp cho một loạt các thành tạo.
Loại ống cơ sở | Kích thước khe/lỗ (mm) | Khả năng dòng chảy | Giữ cát | Sử dụng điển hình |
---|---|---|---|---|
ống đục lỗ | 10–20 | Cao | Thấp | Hình thành cát thô |
Màn hình được bọc dây | 0.05–3 | Vừa phải | Cao | Hình thành cát tốt |
ống có rãnh | 0.05–3 | Trung bình cao | Vừa phải | Hình thành đa năng |
Sự lựa chọn loại ống cơ sở phụ thuộc vào phân phối kích thước cát hình thành và sự cân bằng mong muốn giữa dòng chảy và kiểm soát cát. Màn hình được đóng dây được ưa thích trong các thành tạo không hợp nhất với cát mịn, vì kích thước khe chính xác của chúng ngăn chặn di chuyển sỏi trong khi duy trì tính thấm. Ống đục lỗ phù hợp cho sự hình thành ổn định với các hạt cát lớn hơn, nơi tốc độ dòng chảy cao được ưu tiên. Đường ống có rãnh cung cấp tính linh hoạt, chứa một loạt các kích thước khe và loại hình thành. Loại kết nối - như STC, BTC, LTC, Npt, Và, Châu Âu, hoặc kết thúc đơn giản, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự phù hợp an toàn trong hệ thống hoàn thành tốt, giảm thiểu nguy cơ rò rỉ hoặc lỗi cơ học trong quá trình cài đặt.
Vật liệu đóng gói sỏi và thay thế
Gói sỏi là trung tâm của hệ thống điều khiển cát, Được thiết kế để lọc cát hình thành trong khi cho phép hydrocarbon chảy vào giếng khoan. Kích thước sỏi thường nằm trong khoảng từ 0.10 mm đến 4.5 mm, được lựa chọn dựa trên phân phối kích thước hạt cát hình thành. Sỏi phải đủ lớn để chặn di chuyển cát nhưng đủ nhỏ để duy trì tính thấm. Một quy tắc thiết kế phổ biến là đường kính sỏi phải gấp 5 lần 6 lần kích thước hạt cát trung bình, Đảm bảo lọc hiệu quả mà không bị tắc. Trong một số ứng dụng, Các vật liệu thay thế như bóng gốm hoặc hạt thủy tinh được sử dụng thay vì sỏi. Những vật liệu này cung cấp kích thước và hình dạng đồng đều, Cải thiện hiệu quả đóng gói và tính thấm so với sỏi tự nhiên, có thể có hình dạng và kích thước không đều.
Bóng gốm có độ bền cao và có khả năng chống nghiền, làm cho chúng phù hợp với các giếng áp suất cao, nơi sỏi có thể biến dạng dưới căng thẳng. Hạt thủy tinh cung cấp lợi ích tương tự, với lợi thế bổ sung của trơ hóa hóa học, giảm nguy cơ phản ứng với chất lỏng hình thành. Tuy nhiên, Những lựa chọn thay thế này đắt hơn sỏi tự nhiên, Vì vậy, việc sử dụng của chúng thường được dành riêng cho các giếng hoặc hình thành có giá trị cao với những thách thức cụ thể, chẳng hạn như nội dung phạt cao hoặc môi trường ăn mòn. Quy trình đóng gói liên quan đến việc bơm sỏi hoặc vật liệu thay thế vào annulus giữa màn hình và sự hình thành, Đảm bảo chặt chẽ, Gói thống nhất tối đa hóa điều khiển cát trong khi giảm thiểu điện trở. Vị trí sỏi thích hợp là rất quan trọng đối với sự thành công của hệ thống, Yêu cầu kỹ thuật chính xác và kiểm soát chất lượng trong quá trình cài đặt.
So sánh hiệu suất và tiêu chí lựa chọn
Hiệu quả của hệ thống màn hình gói sỏi phụ thuộc vào khả năng cân bằng kiểm soát cát với năng suất tốt. Các yếu tố hiệu suất chính bao gồm giữ cát, công suất dòng chảy, chống ăn mòn, và sức mạnh cơ học. Màn hình được bọc dây với kích thước khe nhỏ (ví dụ., 0.05Hàng0,5 mm) excel trong các thành tạo cát mịn, Cung cấp khả năng duy trì cát vượt trội nhưng có khả năng tốc độ dòng chảy thấp hơn do các khe mở bị hạn chế. Ống đục lỗ, với các lỗ lớn hơn, Tối đa hóa khả năng dòng chảy nhưng ít hiệu quả hơn trong các thành tạo không hợp nhất với cát mịn. Đường ống có rãnh cung cấp một mặt đất giữa, Thích hợp cho một loạt các thành tạo nhưng yêu cầu lựa chọn kích thước khe cẩn thận để tránh cắm hoặc sản xuất cát quá mức.
Lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất lâu dài. Thép không gỉ (SS304, SS316) có hiệu quả về chi phí cho các giếng tiêu chuẩn với rủi ro ăn mòn vừa phải, Trong khi thép song công (2205, 2507) được ưu tiên cho các giếng nước sâu hoặc áp suất cao do sức mạnh cao và khả năng chống ăn mòn của chúng. Sự lựa chọn của vật liệu đóng gói sỏi hoặc thay thế cũng ảnh hưởng đến hiệu suất, Với những quả bóng gốm và hạt thủy tinh cung cấp độ thấm và độ bền được cải thiện trong môi trường đầy thách thức. Các loại kết nối như BTC và LTC đảm bảo cài đặt an toàn, giảm nguy cơ thất bại trong quá trình triển khai. Người vận hành phải xem xét các đặc điểm hình thành, điều kiện tốt, và các ràng buộc về ngân sách khi chọn sự kết hợp tối ưu của loại màn hình, vật liệu, và sỏi. Phân tích hình thành chi tiết, bao gồm phân phối kích thước cát và hóa học chất lỏng, là điều cần thiết để thiết kế một hệ thống gói sỏi hiệu quả.
Key Takeaway: Màn hình gói sỏi là một giải pháp kiểm soát cát đa năng, với thông số kỹ thuật có thể tùy chỉnh phù hợp với các điều kiện tốt khác nhau. Màn hình được bọc dây vượt trội trong các thành tạo cát mịn, Trong khi các ống đục lỗ và có rãnh phù hợp với cát thô. Lựa chọn vật liệu và sỏi nên phù hợp với nhu cầu cơ học và môi trường của WELL để tối ưu hóa năng suất và tuổi thọ.