Casing design

for å designe en casing streng, må man ha kunnskap om:

• formål med brønnen
• Geologisk tverrsnitt
• tilgjengelige foringsrør og bitstørrelser
• Sementering og borepraksis
• Riggytelse
• sikkerhets-og miljøforskrifter

for å komme frem til den optimale løsningen må designingeniøren vurdere foringsrør som en del av et helt boresystem. En kort beskrivelse av elementene som er involvert i designprosessen presenteres neste.

designmål

ingeniøren som er ansvarlig for å utvikle brønnplanen og foringsrøret, står overfor en rekke oppgaver som kan karakteriseres kort.

• Sikre brønnens mekaniske integritet ved å gi et designgrunnlag som står for alle forventede belastninger som kan oppstå i løpet av brønnens levetid.
• Design strenger for å minimere brønnkostnader over brønnens levetid.
• Gir tydelig dokumentasjon av designgrunnlaget til operasjonelt personell på brønnstedet. Dette vil bidra til å forhindre overskridelse av designkuvertet ved bruk av laster som ikke er vurdert i det opprinnelige designet.

mens hensikten er å gi pålitelig brønnkonstruksjon til en minimumskostnad, oppstår det til tider feil. De fleste dokumenterte feil oppstår fordi røret ble utsatt for belastninger som det ikke var konstruert for. Disse feilene kalles» off-design » feil. «On-design» feil er ganske sjeldne. Dette innebærer at casing-design praksis er for det meste konservative. Mange feil oppstår ved tilkoblinger. Dette innebærer at enten feltet makeup praksis er ikke tilstrekkelig, eller tilkoblingen design basis er ikke i samsvar med rør-kroppen design basis.

Tilbake til toppen

Designmetode

designprosessen kan deles inn i to forskjellige faser.

Foreløpig design

Vanligvis er de største mulighetene for å spare penger tilstede mens du utfører denne oppgaven. Denne designfasen inkluderer:

• datainnsamling og tolkning
• Bestemmelse av hylseskodybder og antall strenger
• Valg av hull og hylsestørrelser
• Slamvektdesign
• Retningsdesign

kvaliteten på de innsamlede dataene vil ha stor innvirkning på riktig valg av hylsestørrelser og skodybder og om casing design målet er vellykket oppfylt.

Tilbake til toppen

Detaljert design

den detaljerte designfasen inkluderer valg av rørvekter og kvaliteter for hver foringsrørstreng. Utvelgelsesprosessen består i å sammenligne rørverdier med designbelastninger og anvende minimum akseptable sikkerhetsstandarder (dvs.designfaktorer). En kostnadseffektiv design oppfyller alle designkriteriene med det minst kostbare tilgjengelige røret.

nødvendig informasjon

de neste elementene er en sjekkliste, som er gitt for å hjelpe brønnplanleggere/casing designere i både foreløpig og detaljert design.

• Formasjonsegenskaper: poretrykk; formasjonsfrakturtrykk; formasjonsstyrke( borehullssvikt); temperaturprofil; plassering av klemme salt-og skifersoner; plassering av permeable soner; kjemisk stabilitet / følsomme skifer(slamtype og eksponeringstid); tapte sirkulasjonssoner, grunne gass; plassering av ferskvannssand; og tilstedeværelse AV H2S og / ELLER CO2.
• Retningsdata: overflateplassering; geologiske mål; og brønninterferens data.
• Krav til minimumsdiameter: minimumshullstørrelse som kreves for å oppfylle bore – og produksjonsmålene; loggverktøy utvendig diameter (od); rørstørrelse(er); packer og tilhørende utstyrskrav; sikkerhetsventil UNDER overflaten OD (offshore brønn); og fullføringskrav.
• Produksjonsdata: packer-væsketetthet; produsert-væskesammensetning; og worst-case belastninger som kan oppstå under ferdigstillelse, produksjon og arbeidsoperasjoner.
• Annet: tilgjengelig lager; regulatoriske krav; og rigg utstyr begrensninger.

Tilbake til toppen

Foreløpig designmetode

• formålet med foreløpig design er å etablere:
• Casing og tilsvarende drill-bit størrelser
• Casing innstilling dybder
• antall casing strenger

Casing program (vel plan) er oppnådd som et resultat av foreløpige design. Casing program design er oppnådd i tre hovedtrinn:

• Mud programmet er forberedt
• casing størrelser og tilsvarende drill-bit størrelser bestemmes
• innstillingen dybden av individuelle casing strenger er funnet

Mud program

den viktigste mud program parameter som brukes i casing design er «mud vekt.»Det komplette slamprogrammet er bestemt fra:

• Poretrykk
• Formasjonsstyrke (brudd-og borehullsstabilitet)
• Litologi
• hullrengjøring og borekaks transportkapasitet
• potensiell formasjonsskade, stabilitetsproblemer og borehastighet
• Formasjonsevalueringskrav
• Miljø-og lovkrav

tilbake til toppen

hull-og rørdiametre

Hull-Og Foringsrørdiametre Er Basert På Kravene Som Diskuteres Neste.

Produksjon

kravene til produksjonsutstyr inkluderer:

• Tubing
• sikkerhetsventil Under Overflaten
• Nedsenkbar pumpe og gassløft dor størrelse
• Fullføringskrav (f.eks. gruspakning)
• Veier fordelene med økt rørytelse av større rør mot høyere kostnader for større foringsrør over brønnens levetid

Evaluering

Evalueringskrav Omfatter Logging Tolkning Og Verktøy Diameter.

Boring

Boring krav inkluderer:

• et minimum bit diameter for tilstrekkelig retningsbestemt kontroll og boring ytelse
• tilgjengelig nedihulls utstyr
• Rigg spesifikasjoner
• TILGJENGELIG blowout forebygging (BOP) utstyr

disse kravene påvirker normalt den endelige hull eller casing diameter. På grunn av dette bør foringsrørstørrelser bestemmes fra innsiden utover fra bunnen av hullet. Designsekvensen er vanligvis som følger:

• Riktig rørstørrelse er valgt, basert på reservoarinnstrømning og rørinntaks ytelse
• den nødvendige produksjonsdekselstørrelsen bestemmes, med tanke på fullføringskrav
• diameteren på borekronen er valgt for boring av produksjonsdelen av hullet, med tanke på boring og sementeringsbestemmelser
• det minste foringsrøret gjennom hvilket borekronen vil passere bestemmes
• prosessen gjentas

store kostnadsbesparelser er mulig ved å bli mer aggressive (ved hjelp av mindre klaringer) under dette del av den foreløpige designfasen. Dette har vært en av de viktigste motivasjonene i den økte populariteten til slimhole boring. Typiske casing og rock bit størrelser er gitt I Tabell 1.

• 

  Tabell 1 – Ofte Brukte Bitstørrelser Som Vil Passere GJENNOM API Casing

• 

  Tabell 1 Fortsatt – Ofte Brukte Bitstørrelser Som Vil Passere GJENNOM API Casing

Tilbake til toppen

Casing skodybder og antall strenger

etter valg av drillbit og casing størrelser, innstillingen dybden av individuelle casing strenger må bestemmes. I konvensjonelle roterende boreoperasjoner bestemmes innstillingsdybdene hovedsakelig av slamvekten og bruddgradienten, som skjematisk avbildet I Fig. 1, som noen ganger kalles en brønnplan. Ekvivalent slamvekt (EMW) er trykk dividert med sann vertikal dybde og konvertert til enheter av lbm/gal. EMW er lik faktisk slamvekt når væskekolonnen er jevn og statisk. Pore og frakturgradientlinjer må tegnes på et godt dybde vs. EMW-diagram. Dette er de faste linjene I Fig. 1. Sikkerhetsmarginer innføres, og brutte linjer trekkes, som etablerer designområdene. Forskyvningen fra det forventede poretrykket og bruddgradienten står nominelt for sparktoleranse og DEN økte ekvivalente sirkulasjonstettheten (ECD) under boring. Det er to mulige måter å estimere innstillingsdybder fra denne figuren.

• 

  Fig. 1-Casing innstilling dybder-bottom-up design.

Tilbake til toppen

Bottom-up design

dette er standardmetoden for setevalg. Fra Punkt A I Fig. 1 (den høyeste slamvekten som kreves ved total dybde), tegne en vertikal linje oppover Til Punkt B. a beskyttende 7 5/8-in. foringsrøret må settes til 12.000 fot, tilsvarende Punkt B, for å muliggjøre sikker boring PÅ seksjon AB. For å bestemme innstillingsdybden til neste foringsrør, tegne en horisontal linje BC og deretter en vertikal linje CD. På en slik måte bestemmes Punkt D for å sette 9 5/8-in. casing på 9,500 ft. Prosedyren gjentas for andre foringsrørstrenger, vanligvis til en spesifisert overflatedybde er nådd.

utforming Ovenfra og ned

fra innstillingsdybden til 16-in. overflate foringsrør (her antas å være på 2000 ft), tegne en vertikal linje fra bruddgradientstykket linje, Punkt A, til poretrykkstykket linje, Punkt B. dette etablerer innstillingspunktet for 11¾-in. casing på ca 9800 ft. Tegn en horisontal linje Fra Punkt B til krysset med den stiplede frac-gradientlinjen Ved Punkt C; deretter tegner du en vertikal linje Til Punkt D ved poretrykkskurvekrysset. Dette etablerer 9 5/8-in. casing innstilling dybde. Denne prosessen gjentas til bunnhullet er nådd.

det er flere ting å observere om disse to metodene. For det første gir de ikke nødvendigvis samme innstillingsdybder. For det andre gir de ikke nødvendigvis samme antall strenger. I topp-ned-designet blir bunnhullstrykket savnet av en liten mengde som krever en kort 7-in. liner seksjon. Denne liten feil kan løses ved å tilbakestille overflaten casing dybde. Top-down-metoden er mer som å faktisk bore en brønn, hvor foringsrøret er satt når det er nødvendig for å beskytte den forrige foringsskoen. Denne analysen kan bidra til å forutse behovet for ytterligere strenger, gitt at poretrykket og bruddgradientkurvene har en viss usikkerhet knyttet til dem.

i praksis kan en rekke regulatoriske krav påvirke skodybdedesign. Disse faktorene diskuteres neste.

Tilbake til toppen

Hullstabilitet

dette kan være en funksjon av slamvekt, avvik og stress på borehullveggen, eller kan være kjemisk i naturen. Ofte viser hullstabilitetsproblemer tidsavhengig oppførsel (gjør skovalg til en funksjon av penetrasjonshastighet). Den plastflytende oppførselen til saltzoner må også vurderes.

Differensialstikk

sannsynligheten for å bli differensielt fast øker sammen med:

• en økning i differansetrykk mellom borehullet og formasjonen
• en økning i permeabiliteten av formasjonen
• En Økning i væsketap av borevæsken (dvs. tykkere mudcake)

Zonal Isolasjon. Grunne ferskvannssand må isoleres for å hindre forurensning. Tapte sirkulasjonssoner må isoleres før en høyere trykkdannelse trengs.

Tilbake til toppen

Retningsbestemt boring bekymringer

en foringsrør strengen kjøres ofte etter en vinkel bygningen delen er boret. På grunn av den økte normalkraften mellom veggen og borerøret unngår man problemer med tastespising i den buede delen av borehullet.

Usikkerhet i forventede formasjonsegenskaper

Letebrønner krever ofte ekstra strenger for å kompensere for usikkerheten i poretrykk og bruddgradientprognoser.

En annen tilnærming som kan brukes til å bestemme foringsrørsdybder, er avhengig av å plotte formasjon og bruddtrykk mot hulldybde, i stedet for gradienter, som vist I Fig. 2 Og Fig. 1. Denne prosedyren gir imidlertid vanligvis mange strenger, og anses å være svært konservativ.

• 

  Fig. 2-Casing innstilling dybder-top-down design.

problemet med å velge casing innstilling dybder er mer komplisert i letebrønner på grunn av mangel på informasjon om geologi, poretrykk, og brudd trykk. I en slik situasjon må det gjøres en rekke forutsetninger. Vanligvis er formasjonstrykkgradienten tatt som 0,54 psi / ft for hulldybder mindre enn 8000 ft og tatt som 0,65 psi / ft for dybder større enn 8000 ft. Overbelastningsgradienter er vanligvis tatt som 0,8 psi / ft ved grunne dybder og som 1,0 psi / ft for større dybder.

Tilbake til toppen

TOC dybder

top-of-sement (TOC) dybder for hver foringsrør streng bør velges i den innledende designfasen, fordi dette valget vil påvirke aksial lastfordeling og eksterne trykkprofiler som brukes i den detaljerte designfasen. TOC dybder er vanligvis basert på:

• Soneisolasjon
• Regulatoriske krav
• tidligere skodybder
• Formasjonsstyrke
• Knekking
• Ringformet trykkoppbygging(i havbunnsbrønner)

Buckling beregninger utføres ikke før den detaljerte designfasen. DERFOR kan TOC-dybden justeres, som et resultat av buckling-analysen, for å redusere buckling i noen tilfeller.

Retningsplan

for konstruksjonsformål består etablering av en retningsplan for å bestemme brønnbanen fra overflaten til de geologiske målene. Retningsplan påvirker alle aspekter av casing design inkludert:

• Gjørme vekt og gjørme kjemi valg for hull stabilitet
• Sko sete utvalg
• Casing aksial belastning profiler
• Casing slitasje
• Bøying spenninger
• Buckling

Det er basert på faktorer som inkluderer:

• Geologiske mål
• Overflateplassering
• Interferens fra andre brønnbaner
• Moment og dra hensyn
• Casing slitasje hensyn
• Bunnhullsenhet
• Bor-bit ytelse i den lokale geologiske innstillingen

for å ta hensyn til variansen fra de planlagte bygge -, slipp-og svingratene, som oppstår på grunn av bha-ene som brukes og operasjonelle praksiser som brukes, er høyere doglegs ofte lagt over borehullet. Dette øker den beregnede bøyespenningen i den detaljerte designfasen.

Tilbake til toppen

Detaljert designmetode

Lasttilfeller

for å velge passende vekter, karakterer og tilkoblinger i den detaljerte designfasen ved hjelp av lydteknisk vurdering, må designkriterier etableres. Disse kriteriene består normalt av lastkasser og tilhørende designfaktorer som sammenlignes med rørverdier. Last tilfeller er vanligvis plassert i kategorier som inkluderer:

• Burst laster
• Boring laster
• produksjon laster
• Kollaps laster
• Aksiale laster
• Kjøre-og sementeringslaster
• servicebelastninger

Tilbake til topp

designfaktorer (df)

………………..(1)

hvor

DF = designfaktor (minimum akseptabel sikkerhetsfaktor), og

SF = sikkerhetsfaktor.

det følger at

………………..(2)

derfor, ved å multiplisere lasten MED DF, kan en direkte sammenligning gjøres med rørverdien. Så lenge vurderingen er større enn eller lik den modifiserte belastningen (som vi vil kalle designbelastningen), har designkriteriene blitt oppfylt.

Tilbake til toppen

Andre hensyn

etter å ha utført en design basert på burst, kollaps og aksiale hensyn, oppnås en innledende design. Før en endelig design er nådd, må designproblemer (tilkoblingsvalg, slitasje og korrosjon) løses. I tillegg kan andre hensyn også inkluderes i designet. Disse hensynene er triaksiale påkjenninger på grunn av kombinert lasting—f. eks. ballong og termiske effekter) – dette kalles ofte «levetid analyse»; andre temperatureffekter; og buckling.

Laster på foringsrør og rørstrenger

for å evaluere en gitt foringsrørdesign er det nødvendig med et sett med laster. Casing laster resultat fra:

• Kjøring av foringsrøret
• Sementering av foringsrøret
• Etterfølgende boreoperasjoner
• produksjons-og brønnovergangsoperasjoner

Foringsrørbelastninger er hovedsakelig trykkbelastninger, mekaniske belastninger og termiske belastninger. Trykkbelastninger produseres av væsker i foringsrøret, sement og væsker utenfor foringsrøret, trykk på overflaten ved boring og overhaling, og trykk pålagt av formasjonen under boring og produksjon.

Mekaniske belastninger er forbundet med:

• Casing hengende vekt
• Støtbelastninger under kjøring
• Pakkebelastninger under produksjon og arbeid
• Hengelast

Temperaturendringer og resulterende termiske ekspansjonsbelastninger induseres i foringsrøret ved boring, produksjon og arbeid, og disse belastningene kan forårsake buckling (bøyestress) belastninger i uisolerte intervaller.

casing laster som vanligvis brukes i foreløpige casing design er:

• Eksterne Trykkbelastninger
• Interne Trykkbelastninger
• Mekaniske Belastninger
• Termiske Belastninger Og Temperatureffekter

imidlertid har hvert driftsselskap vanligvis sitt eget spesielle sett med designbelastninger for foringsrør, basert på deres erfaring. Hvis du designer en foringsrør for et bestemt selskap, må denne lastinformasjonen hentes fra dem. Fordi det er så mange mulige belastninger som må evalueres, er de fleste casing design i dag gjort med dataprogrammer som genererer de riktige lastsettene (ofte skreddersydd for en bestemt operatør), evaluere resultatene, og kan noen ganger bestemme en minimumskostnadsdesign automatisk.

Tilbake til toppen

Noteworthy papers In OnePetro

Adams, A. J. og Hodgson, T. 1999. Kalibrering Av Casing/Tubing Design Kriterier Ved Bruk Av Strukturelle Pålitelighet Teknikker. Spe Drill & Komplett 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

Adams, A. J. Og MacEachran, A. 1994. Innvirkning På Casing Design Av Termisk Ekspansjon Av Væsker I Begrenset Annuli. Spe Drill & Komplett 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 For Fanget Ringformet Trykk Buildup. Spe Drill & Komplett 9 (2): 107-114. SPE-25694-PA. http://dx.doi.org/10.2118/25694-PA.

Halal, A. S., Mitchell, R. F., Og Wagner, R. R. 1997. Multi-Streng Casing Design Med Brønnhodet Bevegelse. Presentert på SPE Production Operations Symposium, Oklahoma City, Oklahoma, USA, 9-11 Mars. SPE-37443-MS http://dx.doi.org/10.2118/37443-MS.

Hammerlindl, D. J. 1977. Bevegelse, Krefter Og Påkjenninger Forbundet Med Kombinasjon Rør Strenger Forseglet I 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. og Jellison, M. J. 1986. En Levetid Modell For Foringsrør Strenger. Spe Drill Eng 1 (2): 141-152. SPE-12361-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12361-PA.

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

Tilbake til toppen

Bemerkelsesverdige bøker

Aadnoy, Bs 2010 Moderne Brønndesign. Rotterdam, Nederland: Balkema Publikasjoner. WorldCat eBook or WorldCat

CIRIA Report 63, Rasjonalisering Av Sikkerhets-Og Servicevennlighetsfaktorer I Strukturelle Koder. 1977. London: Construction Industry Research And Information Association. WorldCat

Det Norske Veritas. 1981. Regler For Design, Konstruksjon og Inspeksjon Av Offshore Konstruksjoner. Hovik, Norge: DNV. WorldCat

Economides, M. J., Waters, L. T., Og Dunn-Norman s. 1998. Petroleumsbrønn Konstruksjon. New York: John Wiley & Sønner. WorldCat

EUROKODE 3, Felles Enhetlige Regler For Stålkonstruksjoner. 1984. Kommisjonen For De Europeiske Fellesskap. WorldCat

Mitchell, R. F.: «Casing Design,» I Boreteknikk, red. R. F. Mitchell, vol. 2 Av Petroleum Engineering Handbook, red. L. W. Lake. (Usa: Society Of Petroleum Engineers, 2006). 287-342. SPEBookstore Og WorldCat

Mitchell, R. F., & Miska, S. (Red.). (2011). Grunnleggende Om Boreteknikk. RICHARDSON, TX, usa: Society Of Petroleum Engineers (engelsk). SPEBookstore Og WorldCat

Rabia, H. 1987. Grunnleggende Om Casing Design. London: Graham & Trotman. WorldCat

Anbefalinger For Lasting Og Sikkerhetsforskrifter For Konstruksjonsdesign. 1978. Rapport nr. 36, Nordisk Komite For Byggeforskrifter, Nkb, København. WorldCat

Tilbake til toppen

Andre bemerkelsesverdige papirer

Bull. D7, Casing Landing Anbefalinger, første utgave. 1955. Dallas: API. STANDARD: API-BULL D7

Rackvitz, R. Og Fiessler, B. 1978. Strukturell Pålitelighet Under Kombinerte Tilfeldige Lastsekvenser. Datamaskiner og Strukturer 9: 489. Sammendrag

Tilbake til toppen

Casing Design WorldCat liste

Se også

Casing og rør

risikobasert casing design

PEH: Casing_Design