Projekt obudowy

aby zaprojektować sznurek obudowy, trzeba mieć wiedzę o:

• przeznaczenie studni
• Przekrój geologiczny
• Dostępne rozmiary obudowy i bitów
• praktyki cementowania i wiercenia
• wydajność wiertnicy
• przepisy dotyczące bezpieczeństwa i ochrony środowiska

aby uzyskać optymalne rozwiązanie, inżynier projektu musi rozważyć obudowę jako część całego systemu wiercenia. Poniżej znajduje się Krótki opis elementów zaangażowanych w proces projektowania.

cel projektu

inżynier odpowiedzialny za opracowanie planu studni i projektu obudowy stoi przed wieloma zadaniami, które można krótko scharakteryzować.

• Zapewnij integralność mechaniczną odwiertu, zapewniając podstawę projektową uwzględniającą wszystkie przewidywane obciążenia, które można napotkać podczas życia odwiertu.
• Zaprojektuj ciągi, aby zminimalizować koszty odwiertu przez cały okres eksploatacji odwiertu.
• dostarcz jasną dokumentację podstawy projektowej personelowi operacyjnemu na miejscu odwiertu. Pomoże to zapobiec przekroczeniu obwiedni projektowej poprzez zastosowanie obciążeń nieuwzględnionych w oryginalnym projekcie.

chociaż intencją jest zapewnienie niezawodnej budowy studni przy minimalnych kosztach, czasami zdarzają się awarie. Większość udokumentowanych awarii występuje, ponieważ rura była narażona na obciążenia, dla których nie została zaprojektowana. Awarie te nazywane są awariami” off-design”. Awarie „On-design” są raczej rzadkie. Oznacza to, że praktyki projektowania obudowy są w większości konserwatywne. Wiele awarii występuje w połączeniach. Oznacza to, że albo praktyki makijażu w terenie nie są odpowiednie, albo podstawa projektu Połączenia nie jest zgodna z podstawą projektu korpusu rury.

do góry

metoda projektowania

proces projektowania można podzielić na dwie odrębne fazy.

projekt wstępny

zazwyczaj największe możliwości oszczędzania pieniędzy są obecne podczas wykonywania tego zadania. Ta faza projektowania obejmuje:

• zbieranie i interpretacja danych
• określanie głębokości buta obudowy i liczby sznurków
• wybór rozmiarów otworów i obudów
• projektowanie masy błotnej
• projektowanie kierunkowe

jakość zebranych danych będzie miała duży wpływ na odpowiedni dobór obudowy rozmiary i głębokość buta oraz to, czy cel projektu obudowy został pomyślnie osiągnięty.

do góry

projekt szczegółowy

etap projektowania szczegółowego obejmuje wybór ciężarów i klas rur dla każdego sznura obudowy. Proces wyboru polega na porównywaniu wartości znamionowych rur z obciążeniami projektowymi i stosowaniu minimalnych dopuszczalnych norm bezpieczeństwa (tj. współczynników konstrukcyjnych). Ekonomiczna konstrukcja spełnia wszystkie kryteria projektowe przy najtańszej dostępnej rurze.

wymagane informacje

pozycje wymienione dalej to lista kontrolna, która ma pomóc projektantom studni/projektantom obudów zarówno w projekcie wstępnym, jak i szczegółowym.

• właściwości formowania: ciśnienie porów; ciśnienie złamania formacji; Siła formowania (awaria otworu wiertniczego); profil temperaturowy; lokalizacja stref wyciskania soli i łupków; lokalizacja stref przepuszczalnych; Stabilność chemiczna/wrażliwe łupki (rodzaj błota i czas ekspozycji); strefy utraconej cyrkulacji, Gaz płytki; lokalizacja piasków słodkowodnych; oraz obecność H2S i/lub CO2.
• dane kierunkowe: lokalizacja powierzchni; cele geologiczne; i dane dotyczące zakłóceń studni.
• Minimalne wymagania dotyczące średnicy: minimalny rozmiar otworu wymagany do spełnienia celów wiercenia i produkcji; średnica zewnętrzna narzędzia do rejestrowania (OD); Rozmiar (Y) rur; pakowacz i powiązane wymagania sprzętowe; podpowierzchniowy zawór bezpieczeństwa OD (Studnia przybrzeżna); i wymagania dotyczące kompletacji.
• dane produkcyjne: pakowacz-gęstość płynu; wytworzony-skład płynu; oraz obciążenia w najgorszym przypadku, które mogą wystąpić podczas prac wykończeniowych, produkcyjnych i roboczych.
• inne: Dostępne zapasy; wymagania regulacyjne;i ograniczenia sprzętu wiertniczego.

do góry

metoda wstępnego projektowania

• celem wstępnego projektowania jest ustalenie:
• obudowa i odpowiednie rozmiary wiertła
• głębokość ustawienia obudowy
• liczba ciągów obudowy

program obudowy (plan studni) uzyskuje się w wyniku wstępnego projektu. Projektowanie programu obudowy odbywa się w trzech głównych krokach:

• program Mud jest przygotowany
• rozmiary obudowy i odpowiadające im rozmiary wiertła są określone
• głębokości ustawienia poszczególnych ciągów obudowy znajdują się

program Mud

najważniejszym parametrem programu mud używanym w konstrukcji obudowy jest „masa mud.”Kompletny program mud jest ustalany z:

• ciśnienie porów
• Siła formowania (stabilność złamania i otworu wiertniczego)
• litologia
• Czyszczenie otworów i zdolność transportu sadzonek
• potencjalne uszkodzenia formacji, problemy ze stabilnością i szybkość wiercenia
• wymóg oceny formacji
• wymagania środowiskowe i regulacyjne

do góry

średnice otworów i rur

średnice otworów i obudów są oparte na wymaganiach omówionych poniżej.

produkcja

wymagania dotyczące sprzętu produkcyjnego obejmują:

• rury
• zawór bezpieczeństwa podpowierzchniowego
• pompa zatapialna i trzpień podnośnika gazowego
• wymagania dotyczące zakończenia (np. pakowanie żwiru)
• ważenie korzyści wynikających ze zwiększonej wydajności rur większych rur w stosunku do wyższych kosztów większej obudowy przez cały okres eksploatacji studni

ocena

wymagania dotyczące oceny obejmują interpretację rejestrów i średnice narzędzi.

Wiercenie

wymagania dotyczące wiercenia obejmują:

• minimalna średnica bitu zapewniająca odpowiednią kontrolę kierunkową i wydajność wiercenia
• dostępne urządzenia wiertnicze
• specyfikacje Platformy
• dostępne urządzenia zapobiegające wydmuchiwaniu (BOP)

te wymagania zwykle wpływają na ostateczną średnicę otworu lub obudowy. Z tego powodu rozmiary obudowy należy określać od wewnątrz Na Zewnątrz, zaczynając od dna otworu. Kolejność projektowania jest zwykle następująca:

• dobierany jest odpowiedni rozmiar rury, na podstawie wydajności dopływu zbiornika i wlotu rury
• określa się wymagany rozmiar obudowy produkcyjnej, biorąc pod uwagę wymagania dotyczące kompletacji
• średnica wiertła jest wybierana do wiercenia sekcji produkcyjnej otworu, biorąc pod uwagę warunki wiercenia i cementowania
• najmniejsza obudowa, przez którą przechodzi wiertło, jest określana
• Proces jest powtarzany

duże oszczędności są możliwe dzięki coraz bardziej agresywnemu (przy użyciu mniejszych luzów) podczas tego część wstępnej fazy projektowania. Jest to jedna z głównych motywacji zwiększonej popularności wiercenia otworów. Typowe rozmiary obudowy i bitów skalnych podano w tabeli 1.

• 

  Tabela 1-powszechnie stosowane rozmiary bitów, które będą przechodzić przez obudowę API

• 

  Tabela 1 ciąg dalszy-powszechnie stosowane rozmiary bitów, które będą przechodzić przez obudowę API

powrót do góry

głębokość buta obudowy i liczba sznurków

po wyborze wiertła i rozmiarów obudowy należy określić głębokość ustawienia poszczególnych sznurków obudowy. W konwencjonalnych operacjach wiercenia obrotowego głębokość osadzania jest określana głównie przez ciężar błota i gradient pękania, jak schematycznie przedstawiono na Fig. 1, który jest czasem nazywany planem studni. Równoważna masa błota (EMW) jest ciśnieniem podzielonym przez rzeczywistą głębokość pionową i przeliczonym na jednostki lbm/gal. EMW jest równa rzeczywistej masie błota, gdy kolumna płynu jest jednolita i statyczna. Linie gradientu porów i pęknięć muszą być narysowane na wykresie głębokości studni w porównaniu z EMW. Są to linie stałe na Fig. 1. Wprowadza się marginesy bezpieczeństwa i rysuje się linie łamane, które określają zakresy projektowania. Przesunięcie od przewidywanego ciśnienia porów i gradientu pękania nominalnie odpowiada za tolerancję kopnięcia i zwiększoną równoważną gęstość krążenia (ECD) podczas wiercenia. Istnieją dwa możliwe sposoby oszacowania głębokości ustawienia na podstawie tej liczby.

• 

  Fig. 1-Głębokość ustawiania obudowy-konstrukcja oddolna.

do góry

Konstrukcja od dołu

jest to standardowa metoda wyboru siedziska obudowy. Z punktu A na Rys. 1 (najwyższa wymagana masa błota na całkowitej głębokości), narysuj pionową linię w górę do punktu B. ochronna 7 5/8 cala. sznur obudowy musi być ustawiony na 12 000 stóp, co odpowiada punktowi B, aby umożliwić bezpieczne wiercenie w sekcji AB. Aby określić głębokość ustawienia następnej obudowy, narysuj poziomą linię BC, a następnie pionową linię CD. W ten sposób ustala się punkt D dla ustawienia 9 5/8-in. łuska na wysokości 9500 stóp. Procedura jest powtarzana dla innych ciągów osłonowych, Zwykle do momentu osiągnięcia określonej głębokości obudowy powierzchni.

projekt odgórny

z głębokości ustawienia 16-calowego. obudowa powierzchniowa (tutaj zakłada się, że znajduje się na wysokości 2000 stóp), narysuj pionową linię od linii przerywanej gradientu pękania, punkt A, do linii przerywanej ciśnienia porów, punkt B. to ustanawia punkt nastawczy 11¾-in. Obudowa na ok. Narysuj poziomą linię od punktu B do przecięcia z przerywaną linią gradientu frac w punkcie C; następnie narysuj pionową linię do punktu D na przecięciu krzywej ciśnienia porów. To ustanawia 9 5/8-in. głębokość ustawienia obudowy. Proces ten powtarza się aż do osiągnięcia dolnego otworu.

jest kilka rzeczy do zaobserwowania na temat tych dwóch metod. Po pierwsze, niekoniecznie dają te same głębokości ustawienia. Po drugie, niekoniecznie dają taką samą liczbę ciągów. W konstrukcji z góry na dół ciśnienie w otworze dolnym jest pomijane o niewielką ilość, która wymaga krótkiego 7 cali. sekcja liniowa. Ten niewielki błąd można naprawić, resetując głębokość obudowy powierzchni. Metoda top-down jest bardziej podobna do wiercenia studni, w której obudowa jest ustawiana, gdy jest to konieczne, aby chronić poprzednią obudowę. Analiza ta może pomóc przewidzieć potrzebę dodatkowych ciągów, biorąc pod uwagę, że krzywe gradientu ciśnienia porów i pękania mają pewną niepewność związaną z nimi.

w praktyce wiele wymogów prawnych może mieć wpływ na konstrukcję głębokości buta. Czynniki te są omówione następnie.

do góry

stabilność otworu

może to być funkcja masy błota, odchylenia i naprężenia na ścianie odwiertu lub może mieć charakter chemiczny. Często problemy ze stabilnością otworów wykazują zachowanie zależne od czasu (dzięki czemu wybór buta jest funkcją szybkości penetracji). Należy również wziąć pod uwagę plastyczne zachowanie stref solnych.

przyklejanie różnicowe

prawdopodobieństwo zablokowania różnicowego wzrasta wraz z:

• wzrost różnicy ciśnień między odwiertem a formacją
• wzrost przepuszczalności formacji
• wzrost utraty płynu wiertniczego (tj. grubszy muł)

Izolacja strefowa. Płytkie Piaski Słodkowodne muszą być izolowane, aby zapobiec zanieczyszczeniu. Strefy utraconej cyrkulacji muszą zostać odizolowane przed penetracją formacji o wyższym ciśnieniu.

powrót do góry

wiercenie kierunkowe dotyczy

ciąg obudowy jest często uruchamiany po wywierceniu kątowej sekcji budynku. Pozwala to uniknąć problemów z odgrzybianiem w zakrzywionej części odwiertu ze względu na zwiększoną normalną siłę między ścianą a rurą wiertniczą.

niepewność w przewidywanych właściwościach formacji

studnie poszukiwawcze często wymagają dodatkowych ciągów, aby zrekompensować niepewność w prognozach ciśnienia porów i gradientu pękania.

inne podejście, które może być wykorzystane do określenia głębokości ustawienia obudowy, opiera się na tworzeniu wykresów i ciśnieniach szczelinowania w stosunku do głębokości otworu, a nie gradientach, jak pokazano na Fig. 2 i Rys. 1. Procedura ta jednak zazwyczaj daje wiele ciągów i jest uważana za bardzo konserwatywną.

• 

  Fig. 2-Głębokość ustawiania obudowy-konstrukcja odgórna.

problem wyboru głębokości ustawienia obudowy jest bardziej skomplikowany w studniach poszukiwawczych z powodu braku informacji na temat geologii, ciśnień porów i ciśnień pękania. W takiej sytuacji należy przyjąć szereg założeń. Zwykle gradient ciśnienia formacji przyjmuje się jako 0,54 psi/ft dla głębokości otworów mniejszych niż 8,000 ft i przyjmuje się jako 0,65 psi/ft dla głębokości większych niż 8,000 ft. Gradienty nadkładu są zwykle przyjmowane jako 0,8 psi / ft na płytkiej głębokości i jako 1,0 psi / ft dla większych głębokości.

powrót do góry

głębokość Toc

głębokość top-of-cement (Toc) dla każdego ciągu obudowy należy wybrać we wstępnej fazie projektowania, ponieważ wybór ten wpłynie na rozkład obciążenia osiowego i profile ciśnienia zewnętrznego stosowane w fazie szczegółowego projektowania. Głębokości TOC są zazwyczaj oparte na:

• Izolacja strefowa
• wymagania prawne
• wcześniejsze głębokości buta
• Siła formowania
• wyboczenie
• nagromadzenie ciśnienia pierścieniowego(w studniach podwodnych)

obliczenia wyboczenia wykonywane są dopiero na etapie szczegółowego projektowania. W związku z tym głębokość TOC może być regulowana, w wyniku analizy wyboczenia, aby pomóc zmniejszyć wyboczenie w niektórych przypadkach.

Plan Kierunkowy

do celów projektowania obudowy ustanowienie planu kierunkowego polega na określeniu ścieżki odwiertu od powierzchni do celów geologicznych. Plan Kierunkowy wpływa na wszystkie aspekty projektowania obudowy, w tym:

• wybór masy błota i chemii błota dla stabilności otworu
• wybór siedziska buta
• profile obciążeń osiowych obudowy
• zużycie obudowy
• naprężenia zginające
• wyboczenie

opiera się na czynnikach, które obejmują:

• cele geologiczne
• lokalizacja powierzchni
• zakłócenia od innych odwiertów
• względy momentu obrotowego i oporu
• względy zużycia obudowy
• montaż otworu DNA
• wydajność wiertła w lokalnym środowisku geologicznym

aby uwzględnić różnice między planowanymi wskaźnikami budowy, spadku i obrotu, które występują z powodu stosowanych bhas i stosowanych praktyk operacyjnych, wyższe doglegs są często nakładane na odwiert. Zwiększa to obliczone naprężenia zginające w fazie szczegółowego projektowania.

do góry

szczegółowa metoda projektowania

przypadki obciążenia

aby dobrać odpowiednie ciężary, stopnie i połączenia na etapie szczegółowego projektowania przy użyciu rozsądnej oceny inżynierskiej, należy ustalić kryteria projektowania. Kryteria te zwykle składają się z przypadków obciążenia i odpowiadających im współczynników konstrukcyjnych, które są porównywane z znamionami rur. Przypadki obciążenia są zazwyczaj umieszczane w kategoriach, które obejmują:

• obciążenia Burst
• obciążenia wiertnicze
• obciążenia produkcyjne
• obciążenia zwijane
• obciążenia osiowe
• obciążenia eksploatacyjne i cementowe
• obciążenia eksploatacyjne

do góry

czynniki konstrukcyjne (DF)

………………..(1)

gdzie

DF = współczynnik projektowy (minimalny dopuszczalny współczynnik bezpieczeństwa) i

SF = współczynnik bezpieczeństwa.

wynika z tego, że

………………..(2)

stąd, mnożąc Obciążenie przez DF, można dokonać bezpośredniego porównania z wartością znamionową rury. Tak długo, jak ocena jest większa lub równa zmodyfikowanemu obciążeniu (które nazwiemy obciążeniem projektowym), kryteria projektowe zostały spełnione.

powrót do góry

inne uwagi

po wykonaniu projektu opartego na rozerwaniu, załamaniu i osiowym, uzyskuje się wstępny projekt. Przed ostatecznym projektem należy rozwiązać problemy projektowe (wybór połączenia, zużycie i korozja). Ponadto, inne względy mogą być również uwzględnione w projekcie. Rozważania te są naprężenia trójosiowe z powodu obciążenia połączonego (na przykład balonowanie i efekty termiczne) – jest to często nazywane „analiza żywotności”; inne efekty temperaturowe; i wyboczenia.

obciążenia na strunach obudowy i przewodów

aby ocenić daną konstrukcję obudowy, niezbędny jest zestaw obciążeń. Obciążenia obudowy wynikają z:

• uruchamianie obudowy
• cementowanie obudowy
• kolejne operacje wiercenia
• operacje produkcyjne i odwierty

obciążenia Obudowy to głównie obciążenia ciśnieniowe, obciążenia mechaniczne i obciążenia termiczne. Obciążenia ciśnieniowe są wytwarzane przez płyny wewnątrz obudowy, cement i płyny na zewnątrz obudowy, ciśnienia nałożone na powierzchnię przez operacje wiercenia i workover oraz ciśnienia nałożone przez formację podczas wiercenia i produkcji.

obciążenia mechaniczne są związane z:

• waga do zawieszania obudowy
• obciążenia udarowe podczas pracy
• obciążenia pakujące podczas produkcji i prac
• obciążenia wieszaków

zmiany temperatury i wynikające z nich obciążenia rozszerzalności cieplnej są indukowane w obudowie przez wiercenie, produkcję i prace, a obciążenia te mogą powodować obciążenia wyboczeniowe (naprężenia zginające) w niezakłóconych odstępach czasu.

obciążenia obudowy, które są zwykle stosowane we wstępnej konstrukcji obudowy, to:

• zewnętrzne obciążenia ciśnieniowe
• wewnętrzne obciążenia ciśnieniowe
• obciążenia mechaniczne
• obciążenia termiczne i efekty temperaturowe

jednak każda firma operacyjna ma zwykle swój specjalny zestaw obciążeń konstrukcyjnych obudowy, oparty na ich doświadczeniu. Jeśli projektujesz ciąg obudowy dla konkretnej firmy, należy uzyskać od nich informacje o obciążeniu. Ponieważ istnieje tak wiele możliwych obciążeń, które muszą zostać ocenione, większość konstrukcji obudowy jest obecnie wykonywana za pomocą programów komputerowych, które generują odpowiednie zestawy obciążeń (często niestandardowe dostosowane do konkretnego operatora), oceniają wyniki i czasami mogą automatycznie określić minimalny koszt projektu.

powrót na górę

ważne artykuły w OnePetro

Adams, A. J. and Hodgson, T. 1999. Kalibracja kryteriów konstrukcyjnych obudowy/rury przy użyciu technik niezawodności strukturalnej. Wiertło SPE & Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

i MacEachran, A. 1994. Wpływ na konstrukcję obudowy rozszerzalności cieplnej płynów w zamkniętych Annuli. Wiertło SPE & Compl 9 (3): 210-216. SPE-21911-PA http://dx.doi.org/10.2118/21911-PA.

Halal, A. S. and Mitchell, R. F. 1994. Konstrukcja obudowy do uwięzionego nagromadzenia ciśnienia pierścieniowego. Wiertło SPE & 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. Wielostrunowa Konstrukcja Obudowy z ruchem głowicy odwiertu. Prezentacja na sympozjum spe Production Operations, Oklahoma City, Oklahoma, USA, 9-11 marca. SPE-37443-MS. http://dx.doi.org/10.2118/37443-MS

Hammerlindl, D. J. 1977. Ruch, siły i naprężenia związane z ciągami rur kombinowanych uszczelnionymi w Pakowaczach. 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 żywotności sznurków obudowy. Spe Drill Eng 1 (2): 141-152. SPE-12361-PA http://dx.doi.org/10.2118/12361-PA.

Konstrukcja Obudowy „Maximum Load”. J. Pet Tech 22 (7): 805-811. SPE-2560-PA http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.

do góry

książki warte uwagi

Aadnoy, B. S. 2010 nowoczesny design studni. Rotterdam, Holandia: Balkema Publications. WorldCat eBook lub WorldCat

raport CIRIA 63, racjonalizacja czynników bezpieczeństwa i użyteczności w kodach strukturalnych. 1977. London: Construction Industry Research and Information Association. WorldCat

Det Norske Veritas. 1981. Zasady projektowania, budowy i kontroli konstrukcji morskich. Hovik, Norwegia: DNV. WorldCat

Economides, M. J., Waters, L. T., and Dunn-Norman S. 1998. Budowa Studni Naftowych. John Wiley & Sons. WorldCat

Eurokod 3, wspólne ujednolicone zasady dla konstrukcji stalowych. 1984. Komisja Wspólnot Europejskich. 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 i WorldCat

Mitchell, R. F., & Miska, S. (Eds.). (2011). Podstawy inżynierii wiertniczej. Richardson, TX: Society of Petroleum Engineers. SPEBookstore i WorldCat

Rabia, H. 1987. Podstawy projektowania obudów. Graham & Trotman. WorldCat

zalecenia dotyczące załadunku i przepisów bezpieczeństwa dotyczących projektowania konstrukcji. 1978. Raport nr 36, Nordic Committee on Building Regulations, NKB, Kopenhaga. WorldCat

do góry

pozostałe artykuły warte uwagi

Bull. D7, zalecenia lądowania łusek, pierwsze wydanie. 1955. API. Standard: API-BULL D7

Rackvitz, R. i Fiessler, B. 1978. Niezawodność Strukturalna Przy Połączonych Losowych Sekwencjach Obciążenia. „Computers and Structures” – 9: 489 Streszczenie

do góry

projekt obudowy lista WorldCat

Zobacz także

obudowy i przewody

projekt obudowy oparty na ryzyku

PEH:Casing_Design