Konstrukce pláště

Chcete-li navrhnout řetězec pláště, musíte mít znalosti o:

• účel vrtu
• geologický průřez
• dostupné velikosti pláště a bitů
• postupy cementování a vrtání
• výkon plošiny
• bezpečnostní a environmentální předpisy

aby bylo dosaženo optimálního řešení, musí konstruktér zvážit plášť jako součást celého vrtného systému. Dále je uveden stručný popis prvků zapojených do procesu návrhu.

cíl návrhu

inženýr odpovědný za vývoj plánu vrtu a konstrukce pláště čelí řadě úkolů, které lze stručně charakterizovat.

• zajistěte mechanickou integritu vrtu tím, že poskytnete konstrukční základ, který odpovídá všem předpokládaným zatížením, se kterými se může během životnosti vrtu setkat.
• Navrhněte řetězce, které minimalizují náklady na studnu po celou dobu životnosti studny.
• poskytnout jasnou dokumentaci konstrukčního základu provoznímu personálu v místě vrtu. To pomůže zabránit překročení konstrukční obálky aplikací zátěží, které nejsou v původním návrhu zohledněny.

i když je záměrem zajistit spolehlivou konstrukci studny s minimálními náklady, občas dojde k poruchám. K většině zdokumentovaných poruch dochází, protože potrubí bylo vystaveno zatížení, pro které nebylo navrženo. Tyto poruchy se nazývají“ off-design “ selhání. Selhání „On-design“ jsou poměrně vzácné. To znamená, že postupy navrhování obalů jsou většinou konzervativní. Při připojeních dochází k mnoha poruchám. To znamená, že buď postupy make-upu v terénu nejsou dostatečné, nebo základ návrhu spojení není v souladu se základem konstrukce potrubí a těla.

zpět na začátek

metoda návrhu

proces návrhu lze rozdělit do dvou odlišných fází.

předběžný návrh

při provádění tohoto úkolu jsou obvykle největší příležitosti k úspoře peněz. Tato fáze návrhu zahrnuje:

• sběr a interpretace dat
• stanovení hloubky pláště boty a počtu řetězců
• výběr velikosti otvorů a pláště
• konstrukce bahna
• směrový design

kvalita shromážděných údajů bude mít velký dopad na vhodnou volbu velikosti pláště a hloubky boty a na to, zda je úspěšně splněn cíl konstrukce pláště.

zpět na začátek

podrobný návrh

Podrobná fáze návrhu zahrnuje výběr hmotnosti trubek a stupňů pro každý řetězec pouzdra. Proces výběru spočívá v porovnání jmenovitých hodnot potrubí s konstrukčním zatížením a použitím minimálních přijatelných bezpečnostních norem(tj. Nákladově efektivní design splňuje všechna konstrukční kritéria s nejlevnější dostupnou trubkou.

požadované informace

následující položky jsou kontrolní seznam, který je poskytován na pomoc projektantům/projektantům pláště v předběžném i podrobném návrhu.

• vlastnosti tvorby: tlak pórů; tlak při tvorbě lomu; pevnost při tvorbě (porucha vrtu); teplotní profil; umístění stlačujících solných a břidlicových zón; umístění propustných zón; chemická stabilita / citlivé břidlice (Typ bahna a doba expozice); zóny ztracené cirkulace, mělký plyn; umístění sladkovodních písků; a přítomnost H2S a / nebo CO2.
• směrové údaje: umístění povrchu; geologický cíl(cíle); a data rušení studny.
• minimální požadavky na průměr: minimální velikost otvoru potřebná pro splnění cílů vrtání a výroby; vnější průměr nástroje pro těžbu dřeva (od); Velikost hadiček; požadavky na balírnu a související vybavení; podpovrchový pojistný ventil OD (offshore well); a požadavky na dokončení.
• výrobní údaje: balírna-hustota kapaliny; vyrobené-složení kapaliny; a nejhorší zatížení, ke kterým může dojít během dokončovacích, výrobních a pracovních operací.
• Ostatní: dostupný inventář; regulační požadavky; a omezení zařízení.

zpět na začátek

metoda předběžného návrhu

• účelem předběžného návrhu je vytvořit:
• skříň a odpovídající velikosti vrtáků
• hloubka nastavení skříně
• počet strun skříně

program pláště (plán vrtu) se získá na základě předběžného návrhu. Návrh programu pláště se provádí ve třech hlavních krocích:

• je připraven program bahna
• jsou určeny velikosti pláště a odpovídající velikosti vrtáků
• jsou nalezeny hloubky nastavení jednotlivých řetězců pláště

program bahna

nejdůležitějším parametrem programu bahna používaným při konstrukci pláště je “ hmotnost bahna.“Kompletní program bahna je určen z:

• tlak pórů
• pevnost formace (stabilita lomu a vrtu)
• litologie
• čištění otvorů a odřezky přepravní schopnost
• potenciální poškození formace, problémy se stabilitou a rychlost vrtání
• požadavek na vyhodnocení formace
• environmentální a regulační požadavky

zpět nahoru

průměry otvorů a trubek

průměry otvorů a trubek

výroba

požadavky na výrobní zařízení zahrnují:

• trubky
• podpovrchový pojistný ventil
• Ponorné čerpadlo a plynový výtah velikost trnu
• požadavky na dokončení (např. štěrkové balení)
• Vážení výhod zvýšeného výkonu trubek větších trubek proti vyšším nákladům na větší plášť po dobu životnosti studny

hodnocení

požadavky na hodnocení zahrnují interpretaci protokolování a průměry nástrojů.

vrtání

požadavky na vrtání zahrnují:

• minimální průměr bitů pro odpovídající směrové řízení a vrtání
• dostupné zařízení pro vrtání otvorů
• specifikace zařízení
• dostupné zařízení pro prevenci vyfukování (BOP)

tyto požadavky obvykle ovlivňují konečný průměr otvoru nebo pláště. Z tohoto důvodu by měly být velikosti pouzdra určeny zevnitř směrem ven počínaje dnem otvoru. Sekvence návrhu je obvykle následující:

• je zvolena správná velikost potrubí na základě výkonu přítoku nádrže a přívodu potrubí
• je stanovena požadovaná velikost výrobního pouzdra s ohledem na požadavky na dokončení
• průměr vrtáku je vybrán pro vrtání výrobní části otvoru, s ohledem na vrtání a cementování ustanovení
• nejmenší plášť, kterým vrták projde, je určen
• proces se opakuje

velké úspory nákladů jsou možné díky tomu, že stále agresivnější (s použitím menších vůlí) během tohoto část fáze předběžného návrhu. To byla jedna z hlavních motivací ve zvýšené popularitě vrtání slimhole. Typické velikosti pouzdra a horninových bitů jsou uvedeny v tabulce 1.

• 

  Tabulka 1-běžně používané velikosti bitů, které projdou pláštěm API

• 

  Tabulka 1 Pokračování-běžně používané velikosti bitů, které projdou pláštěm API

zpět nahoru

hloubka obuvi pláště a počet strun

po výběru velikosti vrtáku a pouzdra musí být stanovena hloubka nastavení jednotlivých strun pláště. Při běžných rotačních vrtacích operacích jsou nastavovací hloubky určovány hlavně hmotností bahna a gradientem lomu, jak je schematicky znázorněno na obr. 1, který se někdy nazývá dobře plán. Ekvivalentní hmotnost bahna (EMW) je tlak dělený skutečnou vertikální hloubkou a převeden na jednotky lbm/gal. EMW se rovná skutečné hmotnosti bahna, když je sloupec tekutiny rovnoměrný a statický. Čáry gradientu pórů a zlomenin musí být nakresleny na grafu hloubky vs. EMW. Toto jsou plné čáry na obr. 1. Jsou zavedeny bezpečnostní okraje a jsou nakresleny přerušované čáry, které určují konstrukční rozsahy. Posun od předpokládaného tlaku pórů a lomového gradientu nominálně odpovídá toleranci kopu a zvýšené ekvivalentní cirkulující hustotě (ECD) během vrtání. Existují dva možné způsoby, jak odhadnout hloubku nastavení z tohoto obrázku.

• 

  obr. 1-hloubka nastavení pouzdra-návrh zdola nahoru.

zpět nahoru

návrh zdola nahoru

Toto je standardní metoda pro výběr sedadla skříně. Z bodu A na obr. 1 (nejvyšší hmotnost bahna požadovaná v celkové hloubce) nakreslete svislou čáru nahoru k bodu B. ochranný 7 5/8-in. řetězec pláště musí být nastaven na 12 000 ft, což odpovídá bodu B, aby bylo možné bezpečně vrtat na úseku AB. Chcete-li určit hloubku nastavení dalšího pouzdra, nakreslete vodorovnou čáru BC a poté svislou čáru CD. Tímto způsobem je bod D určen pro nastavení 9 5/8-in. nábojnice na 9 500 ft. Postup se opakuje pro ostatní řetězce pláště, obvykle až do dosažení stanovené hloubky povrchu pláště.

návrh shora dolů

z hloubky nastavení 16-in. povrchový plášť (zde se předpokládá, že je na 2000 ft), nakreslete svislou čáru od tečkované čáry gradientu zlomeniny, bod a, k přerušované čáře tlaku pórů, bod B. tím se stanoví bod nastavení 11¾-in. nábojnice na asi 9 800 ft. Nakreslete vodorovnou čáru z bodu B do průsečíku s tečkovanou čárou gradientu frac v bodě C; poté nakreslete svislou čáru do bodu D v průsečíku křivky tlaku pórů. Tím se stanoví 9 5/8-in. hloubka nastavení pouzdra. Tento proces se opakuje, dokud se nedosáhne spodního otvoru.

o těchto dvou metodách je třeba pozorovat několik věcí. Za prvé, nemusí nutně dávat stejné hloubky nastavení. Za druhé, nemusí nutně dávat stejný počet řetězců. V provedení shora dolů je tlak dna vynechán o malé množství, které vyžaduje krátký 7-in. část vložky. Tuto malou chybu lze opravit resetováním hloubky povrchu pláště. Metoda shora dolů je spíše jako skutečné vrtání studny, ve které je pouzdro nastaveno, je-li to nutné k ochraně předchozí boty pláště. Tato analýza může pomoci předvídat potřebu dalších řetězců, vzhledem k tomu, že křivky tlaku pórů a lomového gradientu s nimi mají určitou nejistotu.

v praxi může řada regulačních požadavků ovlivnit návrh hloubky boty. Tyto faktory jsou dále diskutovány.

zpět na začátek

stabilita otvoru

to může být funkce hmotnosti bahna, odchylky a napětí na stěně vrtu nebo může být chemické povahy. Problémy se stabilitou otvorů často vykazují časově závislé chování (výběr obuvi je funkcí rychlosti penetrace). Rovněž je třeba vzít v úvahu plastové tekoucí chování solných zón.

diferenciální přilepení

pravděpodobnost diferenciálního přilepení se zvyšuje spolu s:

• zvýšení diferenčního tlaku mezi vrtem a tvorbou
• zvýšení propustnosti útvaru
• zvýšení ztráty tekutiny vrtné kapaliny (tj. silnější bahno)

zónová izolace. Mělké Sladkovodní písky musí být izolovány, aby se zabránilo kontaminaci. Zóny ztracené cirkulace musí být izolovány před proniknutím tvorby vyššího tlaku.

zpět nahoru

směrové vrtání se týká

řetězec pláště se často provádí po vyvrtání části budovy s úhlem. Tím se zabrání problémům s podáváním klíčů v zakřivené části vrtu kvůli zvýšené normální síle mezi stěnou a vrtnou trubkou.

nejistota v předpovězených vlastnostech tvorby

průzkumné vrty často vyžadují další řetězce, aby kompenzovaly nejistotu v předpovědích tlaku pórů a lomového gradientu.

jiný přístup, který by mohl být použit pro stanovení hloubky nastavení pláště, se opírá spíše o Vykreslování formačních a lomových tlaků vs. hloubky díry, než o gradienty, jak je znázorněno na obr. 2 a obr. 1. Tento postup však obvykle přináší mnoho řetězců a je považován za velmi konzervativní.

• 

  obr. 2-hloubka nastavení pouzdra-design shora dolů.

problém výběru hloubek nastavení pláště je v průzkumných vrtech komplikovanější kvůli nedostatku informací o geologii, tlaky pórů, a lomové tlaky. V takové situaci je třeba učinit řadu předpokladů. Obvykle je gradient formačního tlaku považován za 0,54 psi / ft Pro hloubky otvorů menší než 8 000 ft a za 0,65 psi / ft Pro hloubky větší než 8 000 ft. Přechody přetížení se obecně berou jako 0,8 psi / ft v mělké hloubce a jako 1,0 psi / ft pro větší hloubky.

zpět na začátek

TOC hloubky

Top-of-cement (TOC) hloubky pro každý řetězec pláště by měly být vybrány ve fázi předběžného návrhu, protože tato volba ovlivní rozložení axiálního zatížení a vnější tlakové profily použité během podrobné fáze návrhu. TOC hloubky jsou obvykle založeny na:

• zonální izolace
• regulační požadavky
• předchozí hloubky obuvi
• pevnost formace
• vzpěr
• nárůst prstencového tlaku(v podmořských jamkách)

výpočty vzpěr se provádějí až do podrobné fáze návrhu. Proto může být hloubka TOC upravena v důsledku analýzy vzpěr, aby se v některých případech pomohlo snížit vzpěru.

směrový plán

pro účely návrhu pláště se stanovení směrového plánu skládá z určení cesty studny od povrchu k geologickým cílům. Směrový plán ovlivňuje všechny aspekty konstrukce pláště, včetně:

• hmotnost bahna a chemie bahna výběr stability otvoru
• výběr sedáku boty
• profily axiálního zatížení pláště
• opotřebení pláště
• napětí v ohybu
• vzpěr

je založen na faktorech, které zahrnují:

• geologické cíle
• povrchová Poloha
• Interference z jiných vrtů
• úvahy o kroutícím momentu a odporu
• úvahy o opotřebení pláště
• sestava spodních otvorů
• výkon vrtáku v místním geologickém prostředí

k zohlednění odchylky od plánovaných rychlostí výstavby, poklesu a otočení, ke kterým dochází kvůli použitým a provozním BHAs praxe používá, vyšší doglegs jsou často překrývají vrtu. To zvyšuje vypočtené ohybové napětí v podrobné fázi návrhu.

zpět na začátek

Podrobná metoda návrhu

zatěžovací případy

aby bylo možné vybrat vhodné váhy, stupně a připojení během podrobné fáze návrhu pomocí úsudku zvukového inženýrství, musí být stanovena kritéria návrhu. Tato kritéria obvykle sestávají ze zatěžovacích případů a jejich odpovídajících konstrukčních faktorů, které jsou porovnávány s jmenovitými hodnotami potrubí. Případy zatížení jsou obvykle umístěny do kategorií, které zahrnují:

• Burst zatížení
• vrtné zatížení
• výrobní zatížení
• kolaps zatížení
• axiální zatížení
• provozní a cementovací zatížení
• servisní zatížení

zpět na začátek

konstrukční faktory (DF)

………………..(1)

kde

DF = konstrukční faktor (minimální přijatelný bezpečnostní faktor) a

SF = bezpečnostní faktor.

z toho vyplývá, že

………………..(2)

proto vynásobením zatížení DF lze provést přímé srovnání s jmenovitým potrubím. Pokud je hodnocení větší nebo rovno modifikovanému zatížení (které nazýváme návrhové zatížení), byla kritéria návrhu splněna.

zpět nahoru

další úvahy

po provedení návrhu založeného na roztržení, kolapsu a axiálních úvahách je dosaženo počátečního návrhu. Před dosažením konečného návrhu je třeba řešit konstrukční problémy (výběr připojení, opotřebení a koroze). Kromě toho mohou být do návrhu zahrnuty i další úvahy. Tyto úvahy jsou triaxiální napětí z důvodu kombinovaného zatížení (např., balonování a tepelné účinky) – to je často nazýváno „analýza životnosti“; jiné teplotní účinky; a vzpěru.

zatížení na strunách pláště a trubek

aby bylo možné vyhodnotit danou konstrukci pláště, je nutná sada zatížení. Zatížení skříně je výsledkem:

• spuštění pláště
• cementování pláště
• následné vrtné operace
• výroba a práce na vrtu

zatížení pláště jsou hlavně tlakové zatížení, mechanické zatížení a tepelné zatížení. Tlaková zatížení jsou vytvářena tekutinami uvnitř pláště, cementem a tekutinami mimo plášť, tlaky působícími na povrch vrtáním a pracovními operacemi a tlaky vytvářenými během vrtání a výroby.

mechanická zatížení jsou spojena s:

• hmotnost závěsu skříně
• rázová zatížení během provozu
• zatížení balírny během výroby a zpracování
• zatížení závěsu

změny teploty a výsledné zatížení tepelnou roztažností jsou vyvolány v pouzdru vrtáním, výrobou a zpracováním a tato zatížení mohou způsobit vzpěrné (ohybové napětí) zatížení v necementovaných intervalech.

zatížení skříně, která se obvykle používají při předběžném návrhu skříně, jsou:

• vnější tlaková zatížení
• vnitřní tlaková zatížení
• mechanická zatížení
• tepelná zatížení a teplotní efekty

každá provozní společnost má však na základě svých zkušeností obvykle vlastní speciální sadu konstrukčních zatížení pro plášť. Pokud navrhujete řetězec pláště pro konkrétní společnost, musí být tyto informace o zatížení získány od nich. Protože existuje tolik možných zatížení, které je třeba vyhodnotit, většina konstrukce skříně se dnes provádí pomocí počítačových programů, které generují příslušné sady zatížení (často přizpůsobené konkrétnímu operátorovi), vyhodnocují výsledky a někdy mohou automaticky určit návrh s minimálními náklady.

zpět na začátek

pozoruhodné papíry v OnePetro

Adams, a. J. and Hodgson, T. 1999. Kalibrace kritérií návrhu pláště / potrubí pomocí technik spolehlivosti konstrukce. SPE vrták & Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

Adams, A. J. a MacEachran, a.1994. Vliv tepelné roztažnosti kapalin v uzavřených Mezikružích na konstrukci pláště. SPE vrták & Compl 9 (3): 210-216. SPE-21911-PA. http://dx.doi.org/10.2118/21911-PA.

Halal, a. s. and Mitchell, R.F. 1994. Konstrukce skříně pro zachycený prstencový Tlak. SPE vrták & 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. Vícevláknová Konstrukce pouzdra s pohybem vrtu. Prezentováno na sympoziu SPE Production Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, USA, 9-11 March. SPE-37443-MS. http://dx.doi.org/10.2118/37443-MS.

Hammerlindl, D.J. 1977. Pohyb, síly, a napětí spojená s kombinovanými hadicovými strunami utěsněnými v balírnách. J Pet Technol 29 (2): 195-208; Trans. AIME, 263. SPE-5143-PA. http://dx.doi.org/10.2118/5143-PA.

Klementich, E. F. and Jellison, M. J.1986. Model životnosti pro struny pláště. SPE Drill Eng 1 (2): 141-152. SPE-12361-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12361-PA.

Prentice, C. M.1970. „Maximální Zatížení“ Konstrukce Skříně. J. Pet Tech 22 (7): 805-811. SPE-2560-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.

zpět na začátek

pozoruhodné knihy

Aadnoy, B.S. 2010 moderní design studny. Rotterdam, Nizozemsko: Balkema Publications. WorldCat eBook nebo WorldCat

CIRIA Report 63, racionalizace faktorů bezpečnosti a použitelnosti ve strukturálních kódech. 1977. Londýn: Asociace pro výzkum a informace ve stavebnictví. WorldCat

Det Norske Veritas. 1981. Pravidla pro návrh, výstavbu a kontrolu pobřežních staveb. Hovik, Norsko: DNV. WorldCat

Economides, M. J., Waters, L. T., and Dunn-Norman s. 1998. Stavba Ropných Vrtů. New York City: John Wiley & Synové. WorldCat

EUROCODE 3, společná jednotná pravidla pro ocelové konstrukce. 1984. Komise Evropských společenství. WorldCat

Mitchell, R. F.: „konstrukce pláště,“ v vrtání inženýrství, ed. R.F. Mitchell, vol. 2 Petroleum Engineering Handbook, ed. L.W. Lake. (USA: Společnost ropných inženýrů, 2006). 287-342. SPEBookstore and WorldCat

Mitchell, R. F., & Miska, s. (Eds.). (2011). Základy vrtné techniky. Richardson, TX: Společnost ropných inženýrů. SPEBookstore a WorldCat

Rabia, h. 1987. Základy konstrukce pláště. Londýn: Graham & Trotman. WorldCat

doporučení pro nakládání a bezpečnostní předpisy pro konstrukční návrh. 1978. Zpráva č. 36, Severský Výbor pro stavební předpisy, NKB, Kodaň. WorldCat

zpět na začátek

další pozoruhodné papíry

býk. D7, doporučení pro přistání pláště, první vydání. 1955. Dallas: API. Standard: API-BULL D7

Rackvitz, R. a Fiessler, B.1978. Spolehlivost Konstrukce Při Kombinovaných Sekvencích Náhodného Zatížení. Počítače a struktury 9: 489. Abstrakt

zpět na začátek

obalový design WorldCat list

Viz také

plášť a hadičky

konstrukce skříně založená na riziku

PEH: Casing_Design