Casing design

om een casing string te ontwerpen, moet men kennis hebben van:

• doel van de boorput
• geologische dwarsdoorsnede
• beschikbare mantelafmetingen en bits
• Cementeer-en boorpraktijken
• prestaties van de boorput
• veiligheids-en milieuregels

om tot een optimale oplossing te komen, moet de ontwerpingenieur de behuizing als onderdeel van een volledig boorsysteem beschouwen. Hierna volgt een korte beschrijving van de elementen die betrokken zijn bij het ontwerpproces.

Ontwerpdoelstelling

de ingenieur die verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van het putplan en het ontwerp van de behuizing wordt geconfronteerd met een aantal taken die in het kort kunnen worden gekarakteriseerd.

• zorgen voor de mechanische integriteit van de boorput door een ontwerpbasis te verschaffen die rekening houdt met alle verwachte belastingen die tijdens de levensduur van de boorput kunnen worden ondervonden.
• ontwerp strings om de kosten van de put gedurende de levensduur van de put te minimaliseren.
• duidelijke documentatie van de ontwerpbasis verstrekken aan operationeel personeel op de boorputlocatie. Dit zal helpen voorkomen dat het overschrijden van het ontwerp envelop door toepassing van belastingen die niet in het oorspronkelijke ontwerp.

hoewel het de bedoeling is betrouwbare putbouw tegen minimale kosten te leveren, treden er soms storingen op. De meeste gedocumenteerde storingen komen voor omdat de leiding werd blootgesteld aan belastingen waarvoor hij niet was ontworpen. Deze mislukkingen worden “off-design” mislukkingen genoemd. “On-design” mislukkingen zijn vrij zeldzaam. Dit impliceert dat behuizing-ontwerp praktijken zijn meestal conservatief. Veel storingen optreden bij verbindingen. Dit betekent dat ofwel het veld make-up praktijken zijn niet adequaat, of de verbinding ontwerp basis is niet in overeenstemming met de pijp-body ontwerp basis.

Back to top

ontwerpmethode

het ontwerpproces kan in twee verschillende fasen worden onderverdeeld.

voorlopig ontwerp

bij het uitvoeren van deze taak zijn doorgaans de grootste mogelijkheden om geld te besparen aanwezig. Deze ontwerpfase omvat:

• gegevensverzameling en interpretatie
• bepaling van de dieptes van de behuizing en het aantal snaren
• selectie van gaten en mantelafmetingen
• Moddergewichtontwerp
• directioneel ontwerp

de kwaliteit van de verzamelde gegevens zal een grote invloed hebben op de juiste keuze van mantelafmetingen en schoendieptes en op de vraag of het doel van het mantelontwerp met succes wordt bereikt.

Back to top

gedetailleerd ontwerp

de gedetailleerde ontwerpfase omvat de selectie van pijpgewichten en-kwaliteiten voor elke omhulselstring. Het selectieproces bestaat uit het vergelijken van pijpbeoordelingen met ontwerpbelastingen en het toepassen van minimaal aanvaardbare veiligheidsnormen (d.w.z. ontwerpfactoren). Een kosteneffectief ontwerp voldoet aan alle ontwerpcriteria met de minst dure beschikbare pijp.

vereiste informatie

de volgende items zijn een checklist, die wordt verstrekt om de putplanners/ontwerpers van behuizingen te helpen bij zowel het voorlopige als het gedetailleerde ontwerp.

• Vormingseigenschappen: poriedruk; vormingsfractuurdruk; vormingssterkte (uitval van boorgaten); temperatuurprofiel; locatie van knijpende zout-en schaliezones; locatie van doorlaatbare zones; chemische stabiliteit/gevoelige schalen (slibtype en Blootstellingstijd); verloren circulatiezones, ondiep gas; locatie van zoetzand; en aanwezigheid van H2S en/of CO2.
• Richtingsgegevens: locatie van het oppervlak; geologische doel (en); en interferentie van boorputgegevens.
• minimale diametervereisten: minimale gatgrootte die vereist is om te voldoen aan boor-en productiedoelstellingen; buitendiameter van loggersgereedschap (od); buisgrootte (s); verpakkings-en aanverwante uitrustingseisen; OD voor ondergrondse veiligheidsklep (offshore well); en voltooiingseisen.
• productiegegevens: dichtheid van de verpakkingsvloeistof; samenstelling van de geproduceerde vloeistof; en belastingen in het slechtste geval die kunnen optreden tijdens voltooiing, productie en workoveroperaties.
• Overige: beschikbare inventaris; wettelijke eisen; en beperkingen van uitrusting voor boorinstallaties.

Back to top

Preliminary design method

• het doel van het preliminary design is het vaststellen van:
• behuizing en bijbehorende boorbitsafmetingen
• Insteldiepte van de behuizing
• het aantal behuizingsreeksen

Behuizingsprogramma (putplan) wordt verkregen als resultaat van een voorlopig ontwerp. Behuizing programma ontwerp wordt bereikt in drie belangrijke stappen:

• Mud program is prepared
• de afmetingen van de behuizing en de bijbehorende boor-bits worden bepaald
• de insteldieptes van afzonderlijke behuizingsreeksen worden gevonden

Mud-programma

de belangrijkste parameter van het mud-programma die bij het ontwerp van de behuizing wordt gebruikt, is het “mudgewicht”.”De complete modder programma is vastgesteld uit:

• waterspanning
• Vorming kracht (de breuk en boorgat stabiliteit)
• Lithology
• Gat reinigen en stekken vervoer vermogen
• Potentiële vorming van schade, problemen met de stabiliteit, en het boren tarief
• Vorming evaluatie eis
• Milieu-en regelgeving

Terug naar boven

Gat en diameters

Gat en de behuizing diameters zijn gebaseerd op de eisen besproken.

productie

de vereisten voor productieapparatuur omvatten::

• buizen
• ondergrondse veiligheidsklep
• dompelpomp en gaslift doorngrootte
• Voltooiingsvereisten (bv. grindverpakking)
• afweging van de voordelen van betere buisprestaties van grotere buizen tegen de hogere kosten van grotere behuizing gedurende de levensduur van de put

evaluatie

Evaluatievereisten omvatten loginterpretatie en gereedschapsdiameters.

boren

boren:

• een minimumbitdiameter voor adequate richtingsregeling en boorprestaties
• beschikbare boorgatapparatuur
• specificaties van de boorinstallatie
• beschikbare boorgatpreventie-apparatuur

deze eisen hebben gewoonlijk gevolgen voor de uiteindelijke diameter van het gat of de behuizing. Hierdoor moet de behuizing maten worden bepaald van binnen naar buiten vanaf de onderkant van het gat. De ontwerpvolgorde is meestal als volgt:

• de Juiste slang grootte is geselecteerd, gebaseerd op stuwmeer instroom en de slangen door de inname prestaties
• De vereiste productie behuizing grootte wordt bepaald, uitgaande van de oplevering eisen
• De diameter van de boor is geselecteerd voor het boren van de productie afdeling van het gat, gezien het boren en cementeren bepalingen
• De kleinste behuizing waardoor de boor zal pas is vastgesteld
• Het proces is herhaald

Grote kosten besparingen mogelijk zijn door steeds agressiever (kleinere afstanden) tijdens deze deel van de voorbereidende ontwerpfase. Dit is een van de belangrijkste motivaties in de toegenomen populariteit van slimhole boren. De typische afmetingen van de behuizing en de steenbit worden gegeven in Tabel 1.

• 

  Tabel 1 Gebruikte Beetje Maten Die Zullen Passeren Via de API Behuizing

• 

  Tabel 1 Vervolg – Gebruikte Beetje Maten Die Zullen Passeren Via de API Behuizing

Terug naar boven

omhulselschoen diepte en het aantal snaren

Na de selectie van drillbit en behuizing maten, de instelling van de diepte van de afzonderlijke behuizing snaren moet worden bepaald. Bij conventionele roterende boorwerkzaamheden worden de insteldiepte voornamelijk bepaald door het slibgewicht en de breukgradiënt, zoals schematisch weergegeven in Fig. 1, wat soms een goed plan wordt genoemd. Equivalent moddergewicht (EMW) is druk gedeeld door ware verticale diepte en omgezet in eenheden van lbm/gal. EMW is gelijk aan het werkelijke moddergewicht wanneer de vloeistofkolom uniform en statisch is. Porie-en breukgradiëntlijnen moeten worden getekend op een goeddiepte vs.EMW grafiek. Dit zijn de vaste lijnen in Fig. 1. Veiligheidsmarges worden ingevoerd, en gebroken lijnen worden getrokken, die het ontwerp bereiken vast te stellen. De afwijking ten opzichte van de voorspelde poriedruk en breukgradiënt is nominaal verantwoordelijk voor de schiptolerantie en de verhoogde equivalente circulatiedichtheid (ECD) tijdens het boren. Er zijn twee mogelijke manieren om de insteldiepte van dit cijfer te schatten.

• 

  Fig. 1-behuizing instelling dieptes-bottom-up design.

terug naar boven

ontwerp van onderop

dit is de standaardmethode voor de keuze van de bekledingsstoel. Vanaf punt A in Fig. 1 (Het hoogste moddergewicht vereist op de totale diepte), trek een verticale lijn omhoog naar punt B. a beschermende 7 5/8-in. de mantelstring moet worden ingesteld op 12.000 ft, overeenkomend met punt B, om veilig boren op de sectie AB mogelijk te maken. Om de insteldiepte van de volgende behuizing te bepalen, tekent u een horizontale lijn BC en vervolgens een verticale lijn CD. Op die manier wordt punt D bepaald voor het instellen van de 9 5/8-in. huls op 9.500 ft. De procedure wordt herhaald voor andere behuizing snaren, meestal totdat een gespecificeerde oppervlak behuizing diepte is bereikt.

Top-down ontwerp

uit de insteldiepte van de 16-inch. oppervlak behuizing (hier aangenomen op 2000 ft), trek een verticale lijn van de breuk gradiënt gestippelde lijn, punt A, naar de poriedruk gestippelde lijn, punt B. Dit stelt het instelpunt van de 11¾-in. behuizing op ongeveer 9.800 ft. Teken een horizontale lijn van punt B naar het snijpunt met de gestippelde frac-gradiëntlijn op punt C; teken vervolgens een verticale lijn naar punt D bij het snijpunt van de poriedrukcurve. Dit stelt de 9 5/8-in. insteldiepte van de behuizing. Dit proces wordt herhaald totdat het onderste gat is bereikt.

er zijn verschillende dingen te observeren over deze twee methoden. Ten eerste geven ze niet noodzakelijkerwijs dezelfde insteldiepte. Ten tweede geven ze niet noodzakelijkerwijs hetzelfde aantal strings. In de top-down ontwerp, de bodemgat druk wordt gemist door een kleine hoeveelheid die een korte 7-in vereist. liner sectie. Deze kleine fout kan worden vastgesteld door het resetten van de oppervlakte behuizing diepte. De top-down methode is meer als het daadwerkelijk boren van een put, waarin de behuizing wordt ingesteld wanneer dat nodig is om de vorige behuizing schoen te beschermen. Deze analyse kan helpen anticiperen op de behoefte aan extra snaren, gezien het feit dat de poriedruk en breukgradiëntkrommen enige onzekerheid geassocieerd met hen hebben.

in de praktijk kunnen een aantal wettelijke eisen van invloed zijn op het ontwerp van de schoendiepte. Deze factoren worden hierna besproken.

terug naar boven

stabiliteit van het gat

dit kan een functie zijn van het slibgewicht, de afwijking en de spanning aan de wand van de boorput, of kan chemisch van aard zijn. Vaak vertonen gatstabiliteit problemen tijdsafhankelijk gedrag (waardoor schoen selectie een functie van penetratiegraad). Het plastic stromende gedrag van zoutzones moet ook worden overwogen.

differentieel plakken

de kans op differentieel plakken neemt samen met:

• een toename van het drukverschil tussen de boorput en de vorming
• een toename van de permeabiliteit van de vorming
• een toename van het vloeistofverlies van de boorvloeistof (d.w.z. dikkere modderkoek))

zonale isolatie. Ondiep zoetzand moet worden geïsoleerd om verontreiniging te voorkomen. Verloren circulatiezones moeten worden geïsoleerd voordat een hogere drukvorming wordt doorboord.

Back to top

directionele boringen

een omhulselstring wordt vaak uitgevoerd nadat een hoekconstructie is geboord. Dit voorkomt keyseating problemen in het gebogen gedeelte van de put door de verhoogde normale kracht tussen de wand en de boorpijp.

onzekerheid in voorspelde vormingseigenschappen

exploratieputten hebben vaak extra strings nodig om de onzekerheid in de voorspellingen van de poriedruk en de breukgradiënt te compenseren.

een andere benadering die kan worden gebruikt voor het bepalen van de insteldiepte van de behuizing is gebaseerd op het plotten van de formatiedruk en de breukdruk ten opzichte van de gatdiepte, in plaats van de gradiënten, zoals weergegeven in Fig. 2 en Fig. 1. Deze procedure, echter, meestal levert veel strings, en wordt beschouwd als zeer conservatief.

• 

  Fig. 2-Behuizing instelling dieptes-top-down ontwerp.

het probleem van het kiezen van de behuizing instelling dieptes is ingewikkelder in exploratieve putten als gevolg van een tekort aan informatie over geologie, poriedruk en breukdruk. In een dergelijke situatie moeten een aantal veronderstellingen worden gemaakt. Gewoonlijk wordt de gradiënt van de formatiedruk genomen als 0,54 psi / ft voor gatdieptes minder dan 8.000 ft en genomen als 0,65 psi/ft voor dieptes groter dan 8.000 ft. Overbelasting hellingen worden over het algemeen genomen als 0,8 psi/ft bij ondiepe diepte en als 1,0 psi/ft voor grotere dieptes.

Back to top

TOC-dieptes

Toc-dieptes voor elke omhulselstring MOETEN in de voorbereidende ontwerpfase worden geselecteerd, omdat deze selectie van invloed zal zijn op axiale belastingsverdelingen en externe drukprofielen die tijdens de gedetailleerde ontwerpfase worden gebruikt. TOC dieptes zijn meestal gebaseerd op:

• zonale isolatie
• wettelijke vereisten
• eerdere schoendiepte
• Formatiesterkte
• knik
• Ringdrukopbouw (in onderzeese putten))

Knikberekeningen worden pas in de gedetailleerde ontwerpfase uitgevoerd. Daarom kan de TOC-diepte als gevolg van de knikanalyse worden aangepast om het knikken in sommige gevallen te verminderen.

Richtingsplan

voor het ontwerp van de behuizing bestaat het opstellen van een richtingsplan uit het bepalen van het boorputpad van het oppervlak tot de geologische doelen. Het richtingsplan beïnvloedt alle aspecten van het ontwerp van de behuizing, waaronder:

• Moddergewicht en modderchemie selectie voor gatstabiliteit
• selectie van Schoenstoelen
• axiale belastingsprofielen van de behuizing
• slijtage van de behuizing
• Buigspanningen
• knikken

het is gebaseerd op factoren zoals::

• Geologische doelen
• Oppervlakte-locatie
• Interferentie van andere wellbores
• Koppel en sleep overwegingen
• Behuizing dragen overwegingen
• Bottomhole montage
• Boor-bits prestaties in de lokale geologische setting

om rekening Te houden met de variantie van de geplande bouw, neerzetten en draaien tarieven, die optreden als gevolg van de BHAs gebruikt en operationele praktijken, hoger doglegs zijn vaak bovenop de wellbore. Dit verhoogt de berekende buigspanning in de gedetailleerde ontwerpfase.

Back to top

gedetailleerde ontwerpmethode

belastinggevallen

om de juiste gewichten, kwaliteiten en aansluitingen tijdens de gedetailleerde ontwerpfase te selecteren, moeten ontwerpcriteria worden vastgesteld. Deze criteria bestaan normaal gesproken uit ladingsgevallen en de bijbehorende ontwerpfactoren die worden vergeleken met pijpbeoordelingen. Load cases worden meestal geplaatst in categorieën die omvatten:

• Barstbelastingen
• Boorbelastingen
• Productiebelastingen
• Instortbelastingen
• axiale belastingen
• loop-en cementbelastingen
• bedrijfsbelastingen

terug naar boven

Ontwerpfactoren (DF)

………………..(1)

waarbij

DF = ontwerpfactor (de minimaal aanvaardbare veiligheidsfactor) en

SF = veiligheidsfactor.

Hieruit volgt dat

………………..(2)

door de belasting met de DF te vermenigvuldigen, kan een directe vergelijking worden gemaakt met de nominale leiding. Zolang de classificatie groter is dan of gelijk is aan de gewijzigde belasting (die we de ontwerpbelasting zullen noemen), is aan de ontwerpcriteria voldaan.

Back to top

andere overwegingen

na het uitvoeren van een ontwerp gebaseerd op barsten, instorten en axiale overwegingen, wordt een eerste ontwerp bereikt. Voordat een definitief ontwerp wordt bereikt, moeten ontwerpproblemen (verbindingsselectie, slijtage en corrosie) worden aangepakt. Daarnaast kunnen ook andere overwegingen in het ontwerp worden opgenomen. Deze overwegingen zijn triaxiale spanningen als gevolg van gecombineerde belasting (bijvoorbeeld ballonvaren en thermische effecten)—Dit wordt vaak genoemd “levensduur analyse”; andere temperatuur Effecten; en knikken.

belastingen op omhulsels en slangen

om een bepaald ontwerp van de behuizing te evalueren, is een reeks belastingen nodig. De belasting van de behuizing is het gevolg van:

• het draaien van het omhulsel
• het cementeren van het omhulsel
• daaropvolgende boorbewerkingen
• productie-en boorputbewerkingen

de Omhulselbelastingen zijn hoofdzakelijk drukbelastingen, mechanische belastingen en thermische belastingen. Drukbelastingen worden geproduceerd door vloeistoffen in de behuizing, cement en vloeistoffen buiten de behuizing, druk uitgeoefend aan het oppervlak door boren en workover operaties, en druk opgelegd door de vorming tijdens het boren en productie.

mechanische belastingen worden geassocieerd met:

• ophanggewicht van de behuizing
• schokbelastingen tijdens het lopen
• Packerbelastingen tijdens productie en workovers
• Hanger-belastingen

temperatuurveranderingen en resulterende thermische uitzettingsbelastingen worden in de behuizing veroorzaakt door boren, productie en workovers, en deze belastingen kunnen knikbelastingen (buigspanning) veroorzaken in ongetemde intervallen.

de belasting van de behuizing die gewoonlijk wordt gebruikt bij het eerste ontwerp van de behuizing is::

• externe drukbelastingen
• interne drukbelastingen
• mechanische belastingen
• thermische belastingen en temperatuureffecten

echter, elke werkmaatschappij heeft gewoonlijk zijn eigen speciale reeks ontwerpbelastingen voor de behuizing, gebaseerd op hun ervaring. Als u het ontwerpen van een behuizing string voor een bepaald bedrijf, deze belasting informatie moet worden verkregen van hen. Omdat er zo veel mogelijke ladingen die moeten worden geëvalueerd, de meeste behuizing ontwerp vandaag wordt gedaan met computerprogramma ‘ s die de juiste belasting sets genereren (vaak op maat gemaakt voor een bepaalde operator), evalueren van de resultaten, en kan soms bepalen een minimale kosten ontwerp automatisch.

Back to top

Opmerkelijk artikel in Onepetro

Adams, A. J. and Hodgson, T. 1999. Kalibratie van de ontwerpcriteria van de behuizing/buis door gebruik te maken van structurele Betrouwbaarheidstechnieken. Spe Boor & Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

Adams, A. J. and MacEachran, A. 1994. Impact op het ontwerp van de behuizing van thermische uitzetting van vloeistoffen in beperkte Annuli. Spe Boor & Compl 9 (3): 210-216. SPE-21911-PA. http://dx.doi.org/10.2118/21911-PA.

Halal, A. S. and Mitchell, R. F. 1994. Behuizing ontwerp voor gevangen ringvormige druk opbouw. Spe Boor & Compl 9 (2): 107-114. SPE-25694-PA. http://dx.doi.org/10.2118/25694-PA.Halal, A. S., Mitchell, R. F., and Wagner, R. R. 1997. Multi-String behuizing ontwerp met putkop beweging. Gepresenteerd op het spe Production Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, USA, 9-11 maart. SPE-37443-MS http://dx.doi.org/10.2118/37443-MS.

Hammerlindl, D. J. 1977. Beweging, krachten en spanningen in verband met combinatie buizen Snaren verzegeld in Packers. J Pet Technol 29 (2): 195-208; Trans. AIME, 263. SPE-5143-PA. http://dx.doi.org/10.2118/5143-PA.

Klementich, E. F. en Jellison, M. J. 1986. Een levensduur Model voor de behuizing Snaren. SPE Drill Eng 1 (2): 141-152. SPE-12361-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12361-PA.

Prentice, C. M. 1970. “Maximale Belasting” Behuizing Ontwerp. J. Pet Tech 22 (7): 805-811. SPE-2560-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.

Back to top

opmerkelijke boeken

Aadnoy, B. S. 2010 Modern Well Design. Rotterdam: Balkema Publications. WorldCat eBook of WorldCat

CIRIA Report 63, Rationalisation of Safety and Serviceability Factors in Structural Codes. 1977. London: Construction Industry Research and Information Association. WorldCat

Det Norske Veritas. 1981. Voorschriften voor het ontwerp, de bouw en de inspectie van Offshoreconstructies. Hovik, Noorwegen: DNV. WorldCat

Economides, M. J., Waters, L. T., And Dunn-Norman S. 1998. Bouw Van Petroleumputten. New York: John Wiley & Sons. WorldCat

EUROCODE 3, gemeenschappelijke uniforme regels voor staalconstructies. 1984. Commissie van de Europese Gemeenschappen. WorldCat

Mitchell, R. F.: “Casing Design,” in Drilling Engineering, ed. R. F. Mitchell, vol. 2 of Petroleum Engineering Handbook, ed. L. W. Lake. (USA: Society of Petroleum Engineers, 2006). 287-342. SPEBookstore en WorldCat

Mitchell, R. F., & Miska, S. (Eds.). (2011). Grondbeginselen van boortechniek. Wedstrijden in Congo-Brazzaville: Society of Petroleum Engineers. SPEBookstore and WorldCat

Rabia, H. 1987. Grondbeginselen van het ontwerp van de behuizing. London: Graham & Trotman. WorldCat

aanbevelingen voor laad-en veiligheidsvoorschriften voor constructieontwerp. 1978. Verslag Nr. 36, Nordic Committee on Building Regulations, NKB, Kopenhagen. WorldCat

Back to top

andere opmerkelijke documenten

Bull. D7, huls Landing aanbevelingen, eerste editie. 1955. API. Standaard: API-BULL D7

Rackvitz, R. en Fiessler, B. 1978. Structurele Betrouwbaarheid Bij Gecombineerde Willekeurige Ladingssequenties. Computers en structuren 9: 489. Abstract

Back to top

Casing design WorldCat list

zie ook

Casing and tubing

Risk-based casing design

PEH: Casing_Design