Foringsrør design

for at designe en foringsrørstreng skal man have kendskab til:

• formål med brønden
• geologisk tværsnit
• tilgængelige foringsrør og bitstørrelser
• cementering og borepraksis
• Rig ydeevne
• sikkerheds-og miljøregler

for at nå frem til den optimale løsning skal designingeniøren overveje foringsrør som en del af et helt boresystem. En kort beskrivelse af de elementer, der er involveret i designprocessen, præsenteres næste.

designmål

ingeniøren, der er ansvarlig for at udvikle brøndplanen og kabinetdesignet, står over for en række opgaver, der kort kan karakteriseres.

• sørg for brøndens mekaniske integritet ved at tilvejebringe et designgrundlag, der tegner sig for alle de forventede belastninger, der kan opstå i brøndens levetid.
• Design strenge for at minimere brøndomkostninger i løbet af brøndens levetid.
• Giv klar dokumentation af designgrundlaget til operationelt personale på brøndstedet. Dette vil medvirke til at forhindre overskridelse af designkonvolutten ved anvendelse af belastninger, der ikke overvejes i det oprindelige design.

mens hensigten er at levere pålidelig brøndkonstruktion til en minimumspris, forekommer der til tider fejl. De fleste dokumenterede fejl opstår, fordi røret blev udsat for belastninger, som det ikke var designet til. Disse fejl kaldes” off-design ” fejl. “On-design” fejl er ret sjældne. Dette indebærer, at casing-design praksis er for det meste konservative. Mange fejl opstår ved forbindelser. Dette indebærer, at enten feltmakeup-praksis ikke er tilstrækkelig, eller forbindelsesdesigngrundlaget er ikke i overensstemmelse med rør-karosseriets designgrundlag.

tilbage til toppen

designmetode

designprocessen kan opdeles i to forskellige faser.

foreløbigt design

typisk er de største muligheder for at spare penge til stede under udførelsen af denne opgave. Denne designfase omfatter:

• dataindsamling og fortolkning
• bestemmelse af foringsrørsdybder og antal strenge
• valg af hul-og foringsrørstørrelser
• Mud-vægtdesign
• retningsbestemt design

kvaliteten af de indsamlede data vil have stor indflydelse på det passende valg af foringsrørstørrelser og skodybder, og om foringsrørets designmål er opfyldt med succes.

tilbage til toppen

detaljeret design

den detaljerede designfase inkluderer valg af rørvægte og kvaliteter for hver foringsrørstreng. Udvælgelsesprocessen består i at sammenligne rørvurderinger med designbelastninger og anvende mindst acceptable sikkerhedsstandarder (dvs.designfaktorer). Et omkostningseffektivt design opfylder alle designkriterier med det billigste tilgængelige rør.

krævede oplysninger

de næste poster er en tjekliste, som leveres til at hjælpe brøndplanlæggerne/foringsrørsdesignerne i både det foreløbige og detaljerede design.

• Dannelsesegenskaber: poretryk; dannelsesbrudstryk; dannelsesstyrke (borehulssvigt); temperaturprofil; placering af salt-og skiferområder, placering af permeable områder, kemisk stabilitet/følsomme skifer (muddertype og eksponeringstid), områder med mistet cirkulation, lavvandet gas, placering af ferskvandssand og tilstedeværelse af H2S og/eller CO2.
• Retningsdata: overflade placering; geologiske mål; og godt interferens data.
• krav til mindste diameter: minimum hulstørrelse, der kræves for at opfylde bore-og produktionsmål; logningsværktøj udvendig diameter( OD); rørstørrelse(r); pakker og tilhørende udstyrskrav; sikkerhedsventil under jorden OD (offshore brønd); og færdiggørelseskrav.
• produktionsdata: pakker-væsketæthed; produceret-væskesammensætning; og værst tænkelige belastninger, der kan opstå under færdiggørelse, produktion og arbejde.
• andet: tilgængelig beholdning; lovkrav; og rig udstyr begrænsninger.

tilbage til toppen

foreløbig designmetode

• formålet med foreløbig design er at etablere:
• foringsrør og tilsvarende borestørrelser
• foringsrørets indstillingsdybder
• antallet af foringsrør

Foringsrørsprogram (brøndplan) opnås som et resultat af indledende design. Casing program design opnås i tre store trin:

• Mudderprogrammet er forberedt
• foringsrørstørrelserne og de tilsvarende borebitstørrelser bestemmes
• indstillingsdybderne for individuelle foringsrør findes

Mudderprogram

den vigtigste mudderprogramparameter, der anvendes i foringsrørets design, er “muddervægten.”Det komplette mudderprogram bestemmes ud fra:

• Poretryk
• Dannelsesstyrke (brud og borehulsstabilitet)
• litologi
• hulrensning og stiklinger transportkapacitet
• potentiel dannelsesskade, stabilitetsproblemer og borehastighed
• krav til Dannelsesevaluering
• miljø-og lovkrav

tilbage til toppen

hul-og rørdiametre

hul-og Foringsdiametre er baseret på de krav, der diskuteres næste.

produktion

kravene til produktionsudstyr inkluderer:

• slanger
• sikkerhedsventil under jorden
• dorn størrelse
• Færdiggørelseskrav (f.eks. gruspakning)
• vejning af fordelene ved øget slangeydelse for større slanger mod de højere omkostninger ved større hus i brøndens levetid

evaluering

evaluering krav omfatter logning fortolkning og værktøj diametre.

boring

boring krav omfatter:

• en mindste bitdiameter for tilstrækkelig retningskontrol og boreevne
• tilgængeligt udstyr i borehullet
• Rigspecifikationer
• tilgængeligt udstyr til forebyggelse af udblæsning (BOP)

disse krav påvirker normalt det endelige hul eller foringsrørets diameter. På grund af dette skal foringsrørstørrelser bestemmes indefra udad fra bunden af hullet. Designsekvensen er normalt som følger:

• korrekt slangestørrelse er valgt, baseret på reservoirindstrømning og slangeindtagsydelse
• den krævede produktionshusstørrelse bestemmes under hensyntagen til færdiggørelseskrav
• diameteren af borekronen er valgt til boring af produktionssektionen i hullet under hensyntagen til bore-og cementeringsbestemmelser
• det mindste hus, gennem hvilket borekronen passerer, bestemmes
• processen gentages

store omkostningsbesparelser er mulige ved at blive mere aggressive (ved hjælp af mindre frirum) i løbet af dette del af den indledende designfase. Dette har været en af de vigtigste motivationer i den øgede popularitet af slimhole boring. Typiske foringsrør og stenbitstørrelser er angivet i tabel 1.

• 

  tabel 1-almindeligt anvendte bitstørrelser, der vil passere gennem API Casing

• 

  tabel 1 fortsat-almindeligt anvendte bitstørrelser, der vil passere gennem API Casing

tilbage til toppen

foringsrørsdybder og antallet af strenge

efter valg af Drillbit-og foringsrørstørrelser skal indstillingsdybden for de enkelte foringsrør bestemmes. Ved konventionelle roterende boreoperationer bestemmes indstillingsdybderne hovedsageligt af muddervægten og brudgradienten, som skematisk afbildet i Fig. 1, som undertiden kaldes en brøndplan. Ækvivalent muddervægt er tryk divideret med ægte lodret dybde og konverteret til enheder af lbm/gal. EMV er lig med den faktiske muddervægt, når væskesøjlen er ensartet og statisk. Pore-og brudgradientlinjer skal tegnes på et godt dybde vs. EMV-diagram. Disse er de faste linjer i Fig. 1. Sikkerhedsmargener indføres, og brudte linjer tegnes, som fastlægger designområderne. Forskydningen fra det forudsagte poretryk og brudgradient tegner sig nominelt for kick tolerance og den øgede ækvivalente cirkulationstæthed (ECD) under boring. Der er to mulige måder at estimere indstillingsdybder fra denne figur.

• 

  Fig. 1-kabinet indstilling dybder-bottom – up design.

tilbage til toppen

Bottom-up design

dette er standardmetoden til valg af kabinetssæde. Fra punkt A i Fig. 1 (den højeste muddervægt, der kræves ved den samlede dybde), tegner en lodret linje opad til punkt B. A beskyttende 7 5/8-in. foringsrørstrengen skal indstilles til 12.000 ft svarende til punkt B for at muliggøre sikker boring på sektionen AB. For at bestemme indstillingsdybden for det næste hus skal du tegne en vandret linje BC og derefter en lodret linje CD. På en sådan måde bestemmes punkt D for indstilling af 9 5/8-in. foringsrør ved 9.500 ft. Proceduren gentages for andre foringsrørstrenge, normalt indtil en specificeret overfladehusdybde er nået.

ovenfra og ned design

fra indstillingsdybden på 16-in. overfladehus (her antages at være på 2.000 ft), tegne en lodret linje fra brudgradienten stiplede linje, punkt A, til poretrykket stiplede linje, punkt B. Dette fastlægger indstillingspunktet for 11-liters-in. foringsrør på omkring 9.800 ft. Tegn en vandret linje fra punkt B til krydset med den stiplede frac-gradientlinie ved punkt C; træk derefter en lodret linje til punkt D ved poretrykskurvekrydset. Dette fastlægger 9 5/8-in. foringsrør indstilling dybde. Denne proces gentages, indtil bundhullet er nået.

der er flere ting at observere om disse to metoder. For det første giver de ikke nødvendigvis de samme indstillingsdybder. For det andet giver de ikke nødvendigvis det samme antal strenge. I det øverste design savnes bundhulstrykket med en lille mængde, der kræver en kort 7-in. liner sektion. Denne lille fejl kan løses ved at nulstille overfladehusets dybde. Top-ned-metoden er mere som faktisk at bore en brønd, hvor huset er indstillet, når det er nødvendigt for at beskytte den forrige foringssko. Denne analyse kan hjælpe med at forudse behovet for yderligere strenge, da poretrykket og brudgradientkurverne har en vis usikkerhed forbundet med dem.

i praksis kan en række lovkrav påvirke skodybdedesign. Disse faktorer diskuteres næste.

tilbage til toppen

Hulstabilitet

dette kan være en funktion af muddervægt, afvigelse og stress ved brøndboringsvæggen eller kan være kemisk. Ofte udviser hulstabilitetsproblemer tidsafhængig opførsel (hvilket gør valg af sko til en funktion af penetrationshastigheden). Saltområdernes plaststrømmende opførsel skal også overvejes.

differentiel stikning

sandsynligheden for at blive differentielt fast stiger sammen med:

• en stigning i differenstryk mellem borehullet og dannelsen
• en stigning i permeabiliteten af formationen
• en stigning i væsketab af borevæsken (dvs. tykkere mudcake)

isoleret område. Lavt ferskvandssand skal isoleres for at forhindre forurening. Lost-circulation områder skal isoleres før en højere tryk dannelse er trængt.

tilbage til toppen

retningsbestemt boring bekymringer

en casing streng køres ofte efter en vinkel bygning sektion er blevet boret. Dette undgår nøglesædeproblemer i den buede del af borehullet på grund af den øgede normale kraft mellem væggen og borerøret.

usikkerhed i forudsagte formationsegenskaber

Efterforskningsbrønde kræver ofte yderligere strenge for at kompensere for usikkerheden i poretrykket og brudgradientforudsigelserne.

en anden fremgangsmåde, der kunne anvendes til bestemmelse af hylsterindstillingsdybder, er afhængig af plotning af dannelse og brudtryk vs. huldybde snarere end gradienter, som vist i Fig. 2 og Fig. 1. Denne procedure giver imidlertid typisk mange strenge og anses for at være meget konservativ.

• 

  Fig. 2-kabinet indstilling dybder-top-ned design.

problemet med at vælge foringsrørets indstillingsdybder er mere kompliceret i sonderende brønde på grund af mangel på information om geologi, poretryk, og brudtryk. I en sådan situation skal der foretages en række antagelser. Almindeligvis tages formationstrykgradienten som 0,54 psi/ft for huldybder mindre end 8.000 ft og tages som 0,65 psi / ft for dybder større end 8.000 ft. Overbelastningsgradienter tages generelt som 0,8 psi/ft ved lav dybde og som 1,0 psi / ft for større dybder.

tilbage til toppen

TOC-dybder

top-of-cement (Toc) – dybder for hver foringsrørstreng skal vælges i den indledende designfase, fordi dette valg vil påvirke aksiale belastningsfordelinger og eksterne trykprofiler, der anvendes i den detaljerede designfase. Toc dybder er typisk baseret på:

• Områdeisolering
• lovgivningsmæssige krav
• tidligere skodybder
• Dannelsesstyrke
• Buckling
• ringformet trykopbygning(i undersøiske brønde)

Buckling beregninger udføres ikke før den detaljerede designfase. Derfor kan TOC-dybden justeres som et resultat af buckling-analysen for at hjælpe med at reducere buckling i nogle tilfælde.

Retningsplan

til foringsrørdesignformål består etablering af en retningsplan i at bestemme brøndstien fra overfladen til de geologiske mål. Retningsplanen påvirker alle aspekter af kabinetdesign, herunder:

• Mud vægt og mudder Kemi valg for hul stabilitet
• sko sæde valg
• Casing aksial belastning profiler
• Casing slid
• bøjning spændinger
• Buckling

det er baseret på faktorer, der omfatter:

• geologiske mål
• Overfladeplacering
• interferens fra andre brøndboringer
• overvejelser om drejningsmoment og træk
• overvejelser om Beklædning
• bundhulssamling
• borebitydelse i den lokale geologiske indstilling

for at redegøre for variansen fra den planlagte build -, drop-og drejehastighed, der opstår på grund af de anvendte bh ‘ er og anvendte operationelle praksis, er højere doglegs ofte overlejret over borehullet. Dette øger den beregnede bøjningsspænding i den detaljerede designfase.

tilbage til toppen

detaljeret designmetode

Load cases

for at vælge passende vægte, kvaliteter og forbindelser i den detaljerede designfase ved hjælp af lydteknisk vurdering skal designkriterier fastlægges. Disse kriterier består normalt af belastningskasser og deres tilsvarende designfaktorer, der sammenlignes med rørvurderinger. Belastningssager placeres typisk i kategorier, der inkluderer:

• Burst belastninger
• Borebelastninger
• Produktionsbelastninger
• kollaps belastninger
• aksiale belastninger
• løb og cementering belastninger
• Servicebelastninger

tilbage til top

designfaktorer (DF)

………………..(1)

hvor

DF = designfaktor (den mindste acceptable sikkerhedsfaktor) og

SF = sikkerhedsfaktor.

det følger heraf, at

………………..(2)

ved at multiplicere belastningen med DF kan der derfor foretages en direkte sammenligning med rørvurderingen. Så længe vurderingen er større end eller lig med den ændrede belastning (som vi kalder designbelastningen), er designkriterierne opfyldt.

tilbage til toppen

andre overvejelser

efter udførelse af et design baseret på burst, collapse og aksiale overvejelser opnås et indledende design. Inden et endeligt design nås, skal designproblemer (valg af forbindelse, slid og korrosion) løses. Derudover kan andre overvejelser også indgå i designet. Disse overvejelser er triaksiale belastninger på grund af kombineret belastning (f.eks. ballooning og termiske effekter)—Dette kaldes ofte “levetidsanalyse”; andre temperatureffekter; og buckling.

belastninger på foringsrør og slangestrenge

for at evaluere et givet foringsrørdesign er et sæt belastninger nødvendigt. Foringsrør belastninger skyldes:

• kørsel af foringsrøret
• cementering af foringsrøret
• efterfølgende boreoperationer
• Produktions-og brøndbearbejdningsoperationer

Foringsrørbelastninger er hovedsageligt trykbelastninger, mekaniske belastninger og termiske belastninger. Trykbelastninger produceres af væsker i huset, cement og væsker uden for huset, tryk, der pålægges overfladen ved boring og bearbejdning, og tryk, der pålægges af formationen under boring og produktion.

mekaniske belastninger er forbundet med:

• foringsrørets hængende vægt
• stødbelastninger under kørsel
• Pakkebelastninger under produktion og arbejde
• Bøjelaster

temperaturændringer og deraf følgende termiske ekspansionsbelastninger induceres i foringsrøret ved boring, produktion og arbejde, og disse belastninger kan forårsage buckling (bøjningsspænding) belastninger i ikke-cementerede intervaller.

de foringsrørsbelastninger, der typisk anvendes i indledende foringsrørdesign, er:

• eksterne trykbelastninger
• interne trykbelastninger
• mekaniske belastninger
• termiske belastninger og temperatureffekter

hvert driftsselskab har dog normalt sit eget specielle sæt designbelastninger til huset, baseret på deres erfaring. Hvis du designer en foringsrørstreng til et bestemt firma, skal disse belastningsoplysninger hentes fra dem. Fordi der er så mange mulige belastninger, der skal evalueres, udføres de fleste kabinetdesign i dag med computerprogrammer, der genererer de passende belastningssæt (ofte skræddersyet til en bestemt operatør), evaluerer resultaterne og kan undertiden bestemme et design med minimale omkostninger automatisk.

tilbage til toppen

bemærkelsesværdige papirer i OnePetro

Adams, A. J. og Hodgson, T. 1999. Kalibrering af foringsrør / Slangekonstruktionskriterier ved brug af strukturelle Pålidelighedsteknikker. SPE Drill & Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

Adams, A. J. og MacEachran, A. 1994. Indvirkning på foringsrør Design af termisk udvidelse af væsker i begrænset Annuli. SPE Drill & Compl 9 (3): 210-216. SPE-21911-PA. http://dx.doi.org/10.2118/21911-PA.

Halal, A. S. og Mitchell, R. F. 1994. Casing Design til fanget ringformet trykopbygning. SPE Drill & Compl 9 (2): 107-114. SPE-25694-PA. http://dx.doi.org/10.2118/25694-PA.

Halal, A. S., Mitchell, R. F., R. R. 1997. Multi-String kabinet Design med brøndhoved bevægelse. Præsenteret på Spe Production Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, USA, 9. -11. Marts. SPE-37443-MS. http://dx.doi.org/10.2118/37443-MS.

Hammerlindl, D. J. 1977. Bevægelse, kræfter og spændinger forbundet med kombination slange strenge forseglet i pakkerne. J Pet Technol 29 (2): 195-208; Trans., AIME, 263. SPE-5143-PA. http://dx.doi.org/10.2118/5143-PA.

Klementich, E. F. Og Jellison, M. J. 1986. En levetid Model for foringsrør strenge. SPE bore Eng 1 (2): 141-152. SPE-12361-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12361-PA.

Prentice, C. M. 1970. “Maksimal Belastning” Kabinet Design. J. Pet Tech 22 (7): 805-811. SPE-2560-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.

tilbage til toppen

bemærkelsesværdige bøger

Aadnoy, B. S. 2010 Moderne godt Design. Rotterdam, Holland: Balkema Publications. Verdenscat eBook eller Verdenscat

CIRIA-rapport 63, rationalisering af sikkerheds-og Servicefaktorer i strukturelle koder. 1977. London: Construction Industry Research and Information Association. Verdenskat

Det Norske Veritas. 1981. Regler for konstruktion, konstruktion og inspektion af Offshore konstruktioner. Hovik, Norge: DNV. Verdenkat

Economides, M. J., farvande, L. T. og Dunn-Norman S. 1998. Oliebrønd Konstruktion. Ny York City: John Viley & Sønner. Verdenskat

EUROCODE 3, fælles ensartede regler for stålkonstruktioner. 1984. Kommissionen for De Europæiske Fællesskaber. Verdenkat

Mitchell, R. F.: “Casing Design,” i boreteknik, Red. R. F. Mitchell, vol. 2 af Petroleum Engineering Handbook, Red. Sø. (USA: Society of Petroleum Engineers, 2006). 287-342. SPEBookstore og Verdenkat

Mitchell, R. F., & Miska, S. (Eds.). (2011). Grundlæggende om boreteknik. Richardson: Society of Petroleum Engineers. SPEBookstore og Verdenkat

Rabia, H. 1987. Fundamentals of Casing Design. London: Graham & Trotman. Verdenkat

anbefalinger til lastning og sikkerhedsbestemmelser for strukturelt Design. 1978. 36, Nordisk Bygningsreglementsudvalg, NKB, København. Verdenkat

tilbage til toppen

andre bemærkelsesværdige papirer

Bull. D7, Kabinetlandingsanbefalinger, første udgave. 1955. Dallas: API. Standard: API-BULL D7

Rackvitt, R. og Fiessler, F. 1978. Strukturel Pålidelighed Under Kombinerede Tilfældige Belastningssekvenser. Computere og strukturer 9: 489. Abstrakt

tilbage til toppen

Casing design Verdenkat liste

Se også

Casing and tubing

risikobaseret casing design

PEH: Casing_Design