Paano Gumagana ang Frac Plugs?

Ang tradisyonal na composite plug ay maglalaman ng mandrel, upper slip/cone, elemento, at lower slip/cone. Ibibigay ng mandrel ang istruktura ng plug kung saan "sinasakyan" ng iba pang mga bahagi at maaaring may mga profile na naka-machine dito o may mga karagdagang bahagi na nakakabit upang pigilan ang mga bahagi habang tumatakbo, setting, at frac. Ang mga slip ay idinisenyo upang makipag-ugnayan sa kono na kapag pinilit na magkasama ang mga slip ay gumagalaw palabas upang hawakan ang pambalot. Ang mga slip ay magkakaroon ng mga tumigas na gilid na idinisenyo upang "kagat" sa pambalot, na ikinakandado ang mga ito sa lugar. Ang mga slip ay magiging isang buong singsing o indibidwal na mga segment na pinagsasama-sama ng banda ng ilang uri. Sa alinmang paraan, idinisenyo ang mga ito upang manatiling magkasama hanggang sa paghiwa-hiwalayin sila ng pagkakasunud-sunod ng setting na nagpapahintulot sa kanila na umakyat sa kono at ilagay sa casing.
Para sa isang frac plug, na idinisenyo upang hawakan lamang ang presyon mula sa itaas, ang lower slip ay idinisenyo upang hawakan ang buong puwersa ng frac at ang itaas na slip ay idinisenyo upang panatilihing naka-compress ang plug, pangunahin ang elemento, pagkatapos i-set. Ang elemento ay idinisenyo upang i-compress sa ilalim ng setting force na lumilikha ng seal sa pagitan ng ID ng casing wall at ng mandrel. Ang seal na ito ay magbibigay ng paghihiwalay na kinakailangan upang paghiwalayin ang balon sa dalawang bahagi upang ang zone sa itaas ay maaaring tratuhin nang maingat. Para sa isang ball drop plug, isang bola ang ibababa mula sa ibabaw patungo sa mandrel at kumpletuhin ang paghihiwalay.

Ang unang pagsubok ng pagganap ng composite plug ay dumarating sa panahon ng pagpapatakbo ng pump down. Para sa sequence na ito, ang isang composite plug ay binubuo sa isang wireline bottom hole assembly (BHA) na may kasamang plug, setting tool, at perforating gun. Ang BHA na ito ay ibinababa sa kickoff point sa isang pahalang na balon at pagkatapos ay ginagamit ang mga bomba upang i-deploy ito sa nilalayong lokasyon nito. Sa panahon ng operasyong ito, mahalaga na manatiling naka-assemble ang mga bahagi. Dapat manatiling magkasama ang mga slip, kung hindi, makikipag-ugnayan sila sa casing sa panahon ng pag-deploy, pataasin ang kanilang cone, at gagawa ng preset na kaganapan.
Ang elemento ay dapat manatili din sa lugar upang maiwasan ang parehong kapalaran. Sa mga elemento ng goma, maaari itong maging mahirap. Ang karaniwang 5.5" na plug, halimbawa, ay may OD na 4-3/8" at ang casing ay may ID na 4.778" na nag-iiwan ng maliit na puwang sa pagitan ng plug at ng casing (.2" lang bawat gilid). Depende sa kung gaano kabilis gumagalaw ang plug at ang flow rate ng pumped fluid, maaaring magkaroon ng maraming bypass sa paligid ng plug na ito. Habang tumataas ang bypass na ito, lilikha ito ng low-pressure zone sa paligid ng plug na maaaring maging sanhi ng paglaki ng elemento at makipag-ugnayan sa casing. Dahil dito, mahalagang maunawaan kung gaano karaming likido ang lumalampas sa plug sa panahon ng pag-deploy at ang karamihan sa mga provider ay magbibigay ng mga alituntunin kung gaano kabilis dapat gumalaw ang plug sa iba't ibang rate ng pump.

Ang pag-set ng isang plug ay ginagawa ng isang explosive setting tool. Ang mga detalye sa kung paano gumagana ang dalawang pangunahing uri ng mga tool sa pagtatakda ay makikita sa mga nakaraang artikulo dito at dito. Ang plug mandrel ay gaganapin na static at ang mga bahagi ay pipilitin na magkasama upang itakda ang tool. Karaniwang mag-i-compress ang elemento, pagkatapos ay masisira ang mga slip, at pataasin ang mga cone hanggang sa mapilitan ang mga ito sa casing at mai-lock sa lugar. Kapag naitakda na ang mga slip, ang puwersa na nabuo ng setting tool ay lalampas sa shear force ng plug shear media at ang setting tool ay maggugupit sa plug at mag-iisa ito sa balon. Pagkatapos ng pagtatakda, ang bahagi ng mandrel ay malalantad sa itaas ng mga bagong compress na bahagi. Ang haba ng nakalantad na mandrel na ito ay magiging katumbas ng dami ng composite sa itaas ng upper slip bilang pinagsama-sama, kasama ang haba ng stroke na kinakailangan upang itakda ang tool.
Ang isa sa mga kritikal na hadlang sa disenyo ng composite plug ay ang stroke na kinakailangan upang itakda ang tool. Ang haba na ito ay pinamamahalaan ng stroke na ibinigay ng Baker Setting Tool, na 5.875” para sa E4-10 at 8.625” para sa E4-20. Kung ang tool ay nangangailangan ng higit pang stroke kaysa dito, ang setting tool ay malamang na hindi maggugupit sa plug.
Ang pagganap ng upper slip, kasama ang configuration na ito, ay kritikal pagkatapos lamang i-set. Ang itaas na slip ay dapat kumagat sa casing upang i-lock ang compression sa elemento at mapanatili ang selyo. Kung ang itaas na slip ay hindi gumanap bilang dinisenyo, ang elemento ay makakapag-relax at mawawala ang iyong selyo. Ang kawili-wili ay ang elemento ay gumaganap ng isang papel sa pagpapanatili ng sarili nitong compression. Kung ang elemento ay hindi lumikha ng isang magkasalungat na puwersa papunta sa itaas na kono, hindi nito mananatili ang suporta sa ilalim ng slip na kinakailangan upang manatiling nakatuon sa casing. Kung wala ang "presyon sa likod" mula sa naka-compress na elemento, ang itaas na slip ay hindi gaganap ng trabaho nito.

Pagkatapos i-set, ang wireline na BHA ay gagamitin para butasin ang casing sa itaas ng plug at pagkatapos ay alisin sa balon. Ang pang-ibabaw na kagamitan sa frac ay i-rigged up. Para sa isang ball drop plug, ang karamihan sa kung ano ang tumatakbo, isang bola ay ibababa mula sa ibabaw. Sa sandaling maabot ang pahalang na bahagi ng balon ito ay ibobomba pababa upang mapunta sa plug, na ihihiwalay ang balon sa dalawang seksyon. Kapag dumapo ang bola at nagsimula ang frac, pipilitin ng pressure ang mandrel pababa hanggang sa ito ay makipag-ugnayan sa tuktok ng upper slip. Ang selyo ay dapat mapanatili habang ito ay dumudulas sa elemento.
Nagreresulta ito sa haba ng mandrel sa ibaba ng plug na katumbas ng stroke at sa ilalim ng plug. Hindi talaga nito naaapektuhan ang setting o mga frac na bahagi ng pagganap ng plug ngunit maaaring magkaroon ng epekto sa mill up.
Sa panahon ng pagpapasigla, mayroong mataas na presyon na ibinibigay sa tuktok na bahagi ng plug, na may mas mababang presyon sa ilalim ng plug. Ang pagkakaiba sa presyon na ito ay nagdidikta kung paano dapat idisenyo ang plug upang mapaglabanan ang mga puwersang ginawa. Tulad ng makikita mo sa ibaba, ang presyon mula sa frac ay ibinibigay sa bola, at ang mandrel sa itaas ng elemento. Sa ibaba ng bola at ang elemento ay mayroon lamang presyon mula sa reservoir. Nagreresulta ito sa isang presyon ng pagbagsak na ginawa sa mandrel sa itaas ng selyo. Sa selyo ang mandrel ay dapat makatiis sa pagbagsak ng presyon at ang compression ng elemento.
Ang mas mababang slip at kono ay dapat makatiis sa mekanikal na puwersa na nabuo sa elemento at plug mula sa pagkakaiba sa mga presyon. Ang provider ng plug ay dapat gumamit ng mga materyal na kapal at lakas upang makamit ang isang plug na maaaring gumanap sa ilalim ng mga kundisyong ito. Kadalasan, ang pagkabigo ng tradisyonal na frac plug ay sanhi ng pagbagsak ng lower cone/mandrel na nagiging sanhi ng pagkawala ng kagat ng lower slips. Ang pagganap ng tool ay umaasa sa lakas ng composite.
Ang isa pang alalahanin para sa mga designer ay ang pagganap ng elemento sa panahon ng mataas na presyon at mga sitwasyon sa temperatura. Ang elemento ng goma ay nababaluktot at magiging mas nababaluktot sa ilalim ng mainit na temperatura. Kapag ang mataas na presyon ay idinagdag sa halo, maaari itong magresulta sa pag-agos ng elemento ng goma sa direksyon ng presyon. Marami sa mga tradisyunal na plug sa merkado ay magsasama ng isang element back up system na idinisenyo upang palawakin ang elemento habang ito ay nakatakda at pagkatapos ay magbigay ng istraktura upang panatilihin ang elemento sa lugar sa panahon ng high-pressure phase ng frac.
Kung interesado ka sa Vigor Completion Tool Frac Plug Series o iba pang mga tool sa pagbabarena at pagkumpleto para sa industriya ng langis at gas, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnayan sa amin para sa pinakamahusay na suporta sa produkto at teknikal na suporta.