Design di rivestimento

Per la progettazione di un involucro di stringa, uno deve avere la conoscenza di:

• Scopo del bene
• Geologico sezione
• Disponibile l’involucro e il bit di dimensioni
• di Cementazione e di perforazione pratiche
• Rig prestazioni
• Sicurezza e di tutela ambientale

Per arrivare alla soluzione ottimale, il progettista deve prendere in considerazione il telaio come parte di un complesso sistema di foratura. Di seguito viene presentata una breve descrizione degli elementi coinvolti nel processo di progettazione.

Obiettivo di progettazione

L’ingegnere responsabile dello sviluppo del piano del pozzo e della progettazione dell’involucro deve affrontare una serie di compiti che possono essere brevemente caratterizzati.

• Garantire l’integrità meccanica del pozzo fornendo una base di progettazione che rappresenta tutti i carichi previsti che possono essere incontrati durante la vita del pozzo.
• Progettare stringhe per ridurre al minimo i costi del pozzo per tutta la durata del pozzo.
• Fornire una chiara documentazione della base di progettazione al personale operativo nel sito del pozzo. Ciò contribuirà a prevenire il superamento dell’involucro di progettazione mediante l’applicazione di carichi non considerati nel progetto originale.

Mentre l’intenzione è quella di fornire una costruzione di pozzi affidabile ad un costo minimo, a volte si verificano guasti. La maggior parte dei guasti documentati si verificano perché il tubo è stato esposto a carichi per i quali non è stato progettato. Questi errori sono chiamati errori “off-design”. I fallimenti “on-design” sono piuttosto rari. Ciò implica che le pratiche di progettazione dell’involucro sono per lo più conservative. Molti errori si verificano alle connessioni. Ciò implica che le pratiche di trucco sul campo non sono adeguate o che la base di progettazione della connessione non è coerente con la base di progettazione del corpo del tubo.

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Metodo di progettazione

Il processo di progettazione può essere suddiviso in due fasi distinte.

Progettazione preliminare

In genere le maggiori opportunità di risparmio sono presenti durante l’esecuzione di questa attività. Questa fase di progettazione comprende:

• raccolta di Dati e di interpretazione
• Determinazione della scarpa per tubi profondità e il numero di stringhe
• Selezione del foro e la scatola di dimensioni
• Mud-peso di progettazione
• Direzionale

La qualità dei dati raccolti, hanno un grande impatto sulla scelta del rivestimento dimensioni e scarpa profondità e se il design di rivestimento obiettivo è stato raggiunto con successo.

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Progettazione dettagliata

La fase di progettazione dettagliata include la selezione dei pesi e dei gradi dei tubi per ogni stringa di involucro. Il processo di selezione consiste nel confrontare i valori nominali dei tubi con i carichi di progetto e nell’applicare standard di sicurezza minimi accettabili (ad esempio, fattori di progettazione). Un design economico soddisfa tutti i criteri di progettazione con il tubo disponibile meno costoso.

Informazioni richieste

Gli articoli elencati di seguito sono una lista di controllo, che viene fornita per aiutare i progettisti di pozzi/progettisti di involucri sia nella progettazione preliminare che dettagliata.

• Proprietà di formazione: pressione del poro; pressione di frattura di formazione; forza di formazione( guasto del pozzo trivellato); profilo di temperatura; posizione delle zone di spremitura del sale e dello scisto; posizione delle zone permeabili; stabilità chimica/scisti sensibili( tipo di fango e tempo di esposizione); zone di perdita di circolazione, gas poco profondi; posizione delle sabbie d’acqua dolce; e presenza di H2S e/o CO2.
• Dati direzionali: posizione della superficie; target geologico (s); e dati di interferenza del pozzo.
• Requisiti minimi del diametro: dimensione minima del foro richiesta per soddisfare gli obiettivi di produzione e di perforazione; diametro esterno dell’utensile di registrazione (OD); dimensioni del tubo(s); requisiti dell’imballatore e delle relative attrezzature; valvola di sicurezza sotterranea OD (pozzo offshore); e requisiti di completamento.
• Dati di produzione: packer-densità del fluido; composizione del fluido prodotto; e carichi peggiori che potrebbero verificarsi durante le operazioni di completamento, produzione e workover.
• Altro: inventario disponibile; requisiti normativi; e limitazioni dell’attrezzatura dell’impianto di perforazione.

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Metodo di progettazione preliminare

• Lo scopo della progettazione preliminare è quello di stabilire:
• Dimensioni dell’involucro e delle punte corrispondenti
• Profondità di impostazione dell’involucro
• Il numero di stringhe dell’involucro

Programma dell’involucro (well plan) è ottenuto come risultato della progettazione preliminare. Involucro di progettazione del programma è realizzato in tre fasi principali:

• Fango programma è preparato
• L’involucro dimensioni e corrispondente drill bit dimensioni sono determinate
• L’impostazione della profondità dei singoli involucro stringhe sono trovato

Fango programma

La più importante fango programma parametro utilizzato nel design di rivestimento è il “fango di peso.”La completa fango programma è determinato da:

• pressione interstiziale
• Formazione di forza (frattura e foro di stabilità)
• Litologia
• pulizia del Foro e tagli di capacità di trasporto
• i Potenziali danni di formazione, problemi di stabilità, e perforazione tasso
• Formazione la valutazione del requisito
• Ambientale e requisiti normativi

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Foro e tubo di diametro

Foro e la carcassa diametri in base ai requisiti illustrati di seguito.

Produzione

L’attrezzatura di produzione requisiti richiesti sono:

• Tubo
• Sottosuolo valvola di sicurezza
• pompa Sommersa e alzata a gas mandrino dimensioni
• i requisiti di Completamento (ad esempio, imballaggio di ghiaia)
• pesare i benefici di un aumento di tubi prestazioni di tubi più grandi contro il più alto costo di grandi involucro durante la vita del bene

Valutazione

requisiti di Valutazione includono la registrazione di interpretazione e di diametro utensile.

Foratura

I requisiti di foratura includono:

• Un diametro minimo del pezzo per controllo direzionale adeguato e la prestazione della perforazione
• Attrezzatura disponibile del foro di fondo
• Specifiche dell’impianto di perforazione
• Attrezzatura disponibile di prevenzione di scoppio (BOP)

Questi requisiti colpiscono normalmente il foro finale o il diametro dell’intelaiatura. Per questo motivo, le dimensioni dell’involucro dovrebbero essere determinate dall’interno verso l’esterno partendo dal fondo del foro. La sequenza di progettazione è, di solito, la seguente:

• Corretto tubo sia selezionato il formato, basato su serbatoio afflusso e il tubo di aspirazione prestazioni
• La richiesta casing di produzione dimensione è determinata, considerando i requisiti di completamento
• Il diametro della punta da trapano è selezionato per la foratura, la sezione di produzione del foro, considerando la foratura e la cementazione disposizioni
• Il più piccolo involucro attraverso il quale punta da trapano pass è determinato
• Il processo è ripetuto

costo di Grandi risparmi sono possibili, diventando più aggressivo (piccole distanze) in questo parte della fase di progettazione preliminare. Questa è stata una delle motivazioni principali nella crescente popolarità di perforazione slimhole. Le dimensioni tipiche del pezzo di roccia e dell’intelaiatura sono date nella tabella 1.

• 

  Tabella 1 – Bit Comunemente Usata Dimensioni Che Passa Attraverso API Involucro

• 

  Tavola 1 Segue – Bit Comunemente Usata Dimensioni Che Passa Attraverso API Involucro

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scarpa per tubi profondità e il numero di stringhe

di Seguito la selezione di drillbit e involucro dimensioni, la profondità dei singoli involucro stringhe deve essere determinato. Nelle perforazioni rotative convenzionali, le profondità di regolazione sono determinate principalmente dal peso del fango e dal gradiente di frattura, come schematicamente illustrato in Fig. 1, che a volte è chiamato un piano ben. Il peso equivalente del fango (EMW) è la pressione divisa per la vera profondità verticale e convertita in unità di lbm/gal. EMW è uguale al peso effettivo del fango quando la colonna fluida è uniforme e statica. Le linee di gradiente dei pori e delle fratture devono essere disegnate su un grafico a profondità vs. EMW. Queste sono le linee continue in Fig. 1. Vengono introdotti i margini di sicurezza e vengono disegnate linee spezzate che stabiliscono gli intervalli di progettazione. L’offset dalla pressione dei pori prevista e dal gradiente di frattura rappresenta nominalmente la tolleranza al calcio e l’aumento della densità circolante equivalente (ECD) durante la perforazione. Ci sono due modi possibili per stimare la profondità di impostazione da questa figura.

• 

  Fig. 1-Profondità di impostazione dell’involucro-design bottom-up.

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Bottom-up design

Questo è il metodo standard per la selezione del sedile dell’involucro. Dal punto A in Fig. 1 (il più alto peso di fango richiesto alla profondità totale), disegnare una linea verticale verso l’alto al punto B. Un protettivo 7 5/8-in. la corda dell’involucro deve essere impostata a 12.000 piedi, corrispondente al punto B, per consentire una foratura sicura sulla sezione AB. Per determinare la profondità di impostazione dell’involucro successivo, tracciare una linea orizzontale BC e quindi una linea verticale CD. In tal modo, il punto D è determinato per impostare il 9 5/8-in. involucro a 9.500 piedi. La procedura viene ripetuta per altre stringhe di involucro, di solito fino a raggiungere una profondità di involucro superficie specificata.

Top-down design

Dalla profondità di impostazione del 16-in. involucro di superficie (qui assunto per essere a 2.000 ft), tracciare una linea verticale dalla linea tratteggiata gradiente di frattura, Punto A, alla linea tratteggiata pressione dei pori, Punto B. Questo stabilisce il punto di impostazione del 11¾-in. involucro a circa 9,800 ft. Disegnare una linea orizzontale dal punto B all’intersezione con la linea tratteggiata del gradiente frac nel punto C; quindi, disegnare una linea verticale al punto D all’intersezione della curva di pressione dei pori. Questo stabilisce il 9 5/8-in. profondità di impostazione dell’involucro. Questo processo viene ripetuto fino al raggiungimento del foro inferiore.

Ci sono diverse cose da osservare su questi due metodi. Innanzitutto, non danno necessariamente le stesse profondità di impostazione. In secondo luogo, non danno necessariamente lo stesso numero di stringhe. Nel design top-down, la pressione del bottomhole viene persa di una leggera quantità che richiede un breve 7-in. sezione liner. Questo piccolo errore può essere risolto ripristinando la profondità della superficie dell’involucro. Il metodo top-down è più simile alla perforazione di un pozzo, in cui l’involucro viene impostato quando necessario per proteggere la scarpa precedente. Questa analisi può aiutare ad anticipare la necessità di stringhe aggiuntive, dato che la pressione dei pori e le curve del gradiente di frattura hanno una certa incertezza ad esse associate.

In pratica, una serie di requisiti normativi possono influenzare la progettazione della profondità della scarpa. Questi fattori sono discussi di seguito.

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Stabilità del foro

Questa può essere una funzione del peso del fango, della deviazione e dello stress alla parete del pozzo o può essere di natura chimica. Spesso, i problemi di stabilità del foro mostrano un comportamento dipendente dal tempo (rendendo la selezione della scarpa una funzione della velocità di penetrazione). Anche il comportamento plastico delle zone saline deve essere considerato.

Differenziale attaccare

La probabilità di diventare differenzialmente bloccato aumenta insieme con:

• Un aumento della pressione differenziale tra il pozzo e la formazione
• Un aumento della permeabilità della formazione
• Un Aumento nella perdita di liquido del liquido di perforazione (cioè, più spessa mudcake)

Zonale di Isolamento. Le sabbie d’acqua dolce poco profonde devono essere isolate per prevenire la contaminazione. Le zone a circolazione persa devono essere isolate prima che venga penetrata una formazione a pressione più elevata.

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Preoccupazioni di perforazione direzionale

Una stringa di involucro viene spesso eseguita dopo che è stata perforata una sezione di costruzione angolare. Ciò evita i problemi di keyseating nella parte curva del pozzo a causa della forza normale aumentata fra la parete ed il drillpipe.

Incertezza nelle proprietà di formazione previste

I pozzi di esplorazione richiedono spesso stringhe aggiuntive per compensare l’incertezza nella pressione dei pori e nelle previsioni del gradiente di frattura.

Un altro approccio che potrebbe essere utilizzato per determinare le profondità di impostazione dell’involucro si basa sulla stampa di pressioni di formazione e fratturazione rispetto alla profondità del foro, piuttosto che sui gradienti, come mostrato in Fig. 2 e Fig. 1. Questa procedura, tuttavia, in genere produce molte stringhe ed è considerata molto conservativa.

• 

  Fig. 2-Involucro impostazione profondità-top-down design.

Il problema della scelta delle profondità di impostazione dell’involucro è più complicato nei pozzi esplorativi a causa della carenza di informazioni su geologia, pressioni dei pori e pressioni di frattura. In tale situazione, è necessario formulare una serie di ipotesi. Comunemente, il gradiente di pressione di formazione è preso come 0.54 psi / ft per profondità del foro meno allora 8,000 ft e preso come 0.65 psi / ft per profondità maggiori di 8,000 ft. I gradienti di sovraccarico sono generalmente presi come 0,8 psi / ft a bassa profondità e come 1,0 psi/ft per profondità maggiori.

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Profondità TOC

Le profondità top-of-cement (TOC) per ogni stringa di involucro devono essere selezionate nella fase di progettazione preliminare, poiché questa selezione influenzerà le distribuzioni del carico assiale e i profili di pressione esterni utilizzati durante la fase di progettazione dettagliata. Le profondità del TOC sono in genere basate su:

• Isolamento zonale
• Requisiti normativi
• Profondità precedenti della scarpa
• Forza di formazione
• Instabilità
• Accumulo di pressione anulare(in pozzi sottomarini)

I calcoli di instabilità non vengono eseguiti fino alla fase di progettazione dettagliata. Quindi, la profondità del TOC può essere regolata, come risultato dell’analisi di instabilità, per aiutare a ridurre l’instabilità in alcuni casi.

Piano direzionale

Ai fini della progettazione dell’involucro, stabilire un piano direzionale consiste nel determinare il percorso del pozzo dalla superficie agli obiettivi geologici. Il piano direzionale influenza tutti gli aspetti del design dell’involucro tra cui:

• Peso del fango e selezione chimica del fango per la stabilità del foro
• Selezione del sedile della scarpa
• Profili di carico assiale dell’involucro
• Usura dell’involucro
• Sollecitazioni di flessione
• Instabilità

Si basa su fattori che includono:

• Geologiche obiettivi
• Superficie
• Interferenze da parte di altri wellbores
• Coppia e trascinare considerazioni
• Involucro di usura considerazioni
• Bottomhole assembly
• Drill bit prestazioni in locale geologica

Per conto della varianza dalla prevista costruire, drop, e girare le tariffe, che si verificano a causa del BHAs utilizzati e le pratiche operative impiegate, superiore doglegs sono spesso sovrapposta al pozzo. Ciò aumenta lo sforzo di flessione calcolato nella fase di progettazione dettagliata.

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Metodo di progettazione dettagliata

Casi di carico

Al fine di selezionare pesi, gradi e connessioni appropriati durante la fase di progettazione dettagliata utilizzando il giudizio di ingegneria del suono, devono essere stabiliti criteri di progettazione. Questi criteri sono normalmente costituiti da casi di carico e dai loro corrispondenti fattori di progettazione che vengono confrontati con i valori nominali dei tubi. I casi di carico sono in genere collocati in categorie che includono:

• Burst carichi
• Foratura carichi
• carichi di Produzione
• Crollo carichi
• carichi Assiali
• Esecuzione e la cementazione carichi
• carichi di Servizio

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fattori di Progettazione (DF)

………………..(1)

dove

DF = fattore di progettazione (il fattore di sicurezza minimo accettabile) e

SF = fattore di sicurezza.

Ne consegue che

………………..(2)

Quindi, moltiplicando il carico per il DF, è possibile effettuare un confronto diretto con la valutazione del tubo. Finché la valutazione è maggiore o uguale al carico modificato (che chiameremo carico di progetto), i criteri di progettazione sono stati soddisfatti.

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Altre considerazioni

Dopo aver eseguito un progetto basato su considerazioni di scoppio, collasso e assiali, si ottiene un progetto iniziale. Prima di raggiungere un progetto definitivo, è necessario risolvere i problemi di progettazione (selezione della connessione, usura e corrosione). Inoltre, altre considerazioni possono anche essere incluse nel design. Queste considerazioni sono sollecitazioni triassiali a causa del carico combinato (ad esempio, ballooning e effetti termici)—questo è spesso chiamato “analisi della vita di servizio”; altri effetti di temperatura; e instabilità.

Carichi sulle stringhe di tubi e involucri

Al fine di valutare un determinato progetto di involucro, è necessario un insieme di carichi. I carichi dell’intelaiatura derivano da:

• Esecuzione dell’involucro
• Cementazione dell’involucro
• Le successive operazioni di perforazione
• Le operazioni di produzione e di lavoro del pozzo

I carichi dell’involucro sono principalmente carichi di pressione, carichi meccanici e carichi termici. I carichi di pressione sono prodotti dai fluidi all’interno dell’involucro, dal cemento e dai fluidi all’esterno dell’involucro, dalle pressioni imposte alla superficie mediante operazioni di perforazione e workover e dalle pressioni imposte dalla formazione durante la perforazione e la produzione.

I carichi meccanici sono associati a:

• Carcassa appesa peso
• carichi d’Urto durante il funzionamento
• Packer carichi durante la produzione e workovers
• Gancio carichi

variazioni di Temperatura e conseguente dilatazione termica carichi indotti nella scatola da perforazione, produzione, e workovers, e questi carichi possono causare instabilità (flessione) carichi non cementata intervalli.

I carichi dell’involucro che vengono tipicamente utilizzati nella progettazione preliminare dell’involucro sono:

• Carichi di pressione esterni
• Carichi di pressione interni
• Carichi meccanici
• Carichi termici ed effetti di temperatura

Tuttavia, ogni azienda operativa di solito ha il proprio set speciale di carichi di progettazione per l’involucro, in base alla loro esperienza. Se si sta progettando una stringa di involucro per una particolare azienda, queste informazioni di carico devono essere ottenute da loro. Poiché ci sono così tanti carichi possibili che devono essere valutati, la maggior parte della progettazione dell’involucro oggi viene eseguita con programmi per computer che generano i set di carico appropriati (spesso personalizzati su misura per un particolare operatore), valutano i risultati e talvolta possono determinare automaticamente un design a costo minimo.

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Articoli degni di nota in OnePetro

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Libri degni di nota

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Altri articoli degni di nota

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Rackvitz, R. e Fiessler, nato nel 1978. Affidabilità strutturale in sequenze di carico casuali combinate. Computer e strutture 9: 489. Abstract

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Design dell’involucro WorldCat list

Vedi anche

Involucro e tubi

Design dell’involucro basato sul rischio

PEH: Casing_Design