Design carcasa

pentru a proiecta un șir carcasa, trebuie să aibă cunoștințe de:

• scopul sondei
• secțiune transversală geologică
• carcasă disponibilă și dimensiuni de biți
• practici de cimentare și foraj
• performanța platformei
• reglementări de siguranță și mediu

pentru a ajunge la soluția optimă, inginerul proiectant trebuie să ia în considerare carcasa ca parte a unui întreg sistem de foraj. O scurtă descriere a elementelor implicate în procesul de proiectare este prezentată în continuare.

obiectiv de proiectare

inginerul responsabil pentru dezvoltarea planului de puț și proiectarea carcasei se confruntă cu o serie de sarcini care pot fi caracterizate pe scurt.

• asigurați integritatea mecanică a puțului prin furnizarea unei baze de proiectare care să contabilizeze toate sarcinile anticipate care pot fi întâlnite pe durata de viață a puțului.
• șiruri de proiectare pentru a minimiza costurile de bine pe durata de viață a sondei.
• furnizați documentația clară a bazei de proiectare personalului operațional de la locul sondei. Acest lucru va ajuta la prevenirea depășirii plicului de proiectare prin aplicarea unor sarcini care nu sunt luate în considerare în designul original.

în timp ce intenția este de a oferi o construcție fiabilă a puțurilor la un cost minim, uneori apar defecțiuni. Cele mai multe defecțiuni documentate apar deoarece conducta a fost expusă la sarcini pentru care nu a fost proiectată. Aceste eșecuri sunt numite eșecuri „Off-design”. Eșecurile „On-design” sunt destul de rare. Acest lucru implică faptul că practicile de proiectare a carcasei sunt în mare parte conservatoare. Multe eșecuri apar la conexiuni. Acest lucru implică faptul că fie practicile de machiaj pe teren nu sunt adecvate, fie baza de proiectare a conexiunii nu este în concordanță cu baza de proiectare a țevii-corp.

înapoi la început

metoda de proiectare

procesul de proiectare poate fi împărțit în două faze distincte.

proiectare preliminară

de obicei, cele mai mari oportunități de economisire a banilor sunt prezente în timpul îndeplinirii acestei sarcini. Această fază de proiectare include:

• colectarea și interpretarea datelor
• determinarea adâncimilor pantofului carcasei și a numărului de șiruri
• selectarea dimensiunilor găurilor și carcasei
• proiectarea greutății noroiului
• proiectarea direcțională

calitatea datelor colectate va avea un impact mare asupra alegerii corespunzătoare a dimensiunilor carcasei și adâncimi de pantofi și dacă obiectivul de proiectare carcasa este îndeplinită cu succes.

înapoi la început

design detaliat

faza de proiectare detaliată include selectarea greutăților și gradelor țevilor pentru fiecare șir de carcasă. Procesul de selecție constă în compararea ratingurilor țevilor cu sarcinile de proiectare și aplicarea standardelor minime de siguranță acceptabile (adică factori de proiectare). Un design rentabil îndeplinește toate criteriile de proiectare cu cea mai puțin costisitoare țeavă disponibilă.

informații necesare

elementele enumerate în continuare sunt o listă de verificare, care este furnizată pentru a ajuta proiectanții de puțuri/proiectanți de carcasă atât în proiectarea preliminară, cât și în cea detaliată.

• proprietăți De formare: presiunea porilor; presiunea fracturii de formare; rezistența la formare (defectarea găurii de foraj); profilul de temperatură; localizarea zonelor de stoarcere a sării și a șisturilor; localizarea zonelor permeabile; stabilitatea chimică/șisturile sensibile (tipul de nămol și timpul de expunere); zonele de circulație pierdută, gazele de mică adâncime; localizarea nisipurilor de apă dulce; și prezența H2S și/sau CO2.
• date direcționale: locația suprafeței; țintă(ținte) geologice; și date de interferență a puțului.
• cerințe minime de diametru: dimensiunea minimă a găurii necesară pentru a îndeplini obiectivele de foraj și de producție; diametrul exterior al instrumentului de exploatare forestieră (OD); dimensiunea (dimensiunile) tuburilor; cerințele de ambalare și echipamentele aferente; supapa de siguranță subterană OD (puțul offshore); și cerințele de finalizare.
• date de producție: densitatea fluidului de ambalare; compoziția fluidului produs; și încărcările în cel mai rău caz care ar putea apărea în timpul operațiunilor de finalizare, producție și reparații.
• altele: inventarul disponibil; cerințe de reglementare; și limitările echipamentelor de foraj.

înapoi la început

metoda de proiectare preliminară

• scopul proiectării preliminare este de a stabili:
• carcasa și dimensiunile corespunzătoare ale burghiului
• adâncimi de setare a carcasei
• numărul de șiruri de carcasă

programul carcasei (planul sondei) este obținut ca urmare a proiectării preliminare. Proiectarea programului de carcasă se realizează în trei etape majore:

• programul Mud este pregătit
• dimensiunile carcasei și dimensiunile corespunzătoare ale burghiului sunt determinate
• adâncimile de setare ale șirurilor individuale ale carcasei se găsesc

programul Mud

cel mai important parametru al programului mud utilizat în proiectarea carcasei este „greutatea noroiului.”Programul complet de noroi este determinat de:

• presiunea porilor
• rezistența la formare (stabilitate la fractură și foraj)
• litologie
• curățarea găurilor și capacitatea de transport a butașilor
• deteriorarea potențială a formării, problemele de stabilitate și rata de foraj
• cerința de evaluare a formării
• cerințele de mediu și de reglementare

înapoi la început

diametrele găurilor și țevilor

diametrele găurilor și carcasei se bazează pe cerințele discutate în continuare.

producție

cerințele echipamentelor de producție includ:

• tubulatură
• supapă de siguranță subterană
• pompă submersibilă și dimensiunea dornului de ridicare a gazului
• cerințe de finalizare (de exemplu, ambalare cu pietriș)
• cântărind beneficiile creșterii performanței tubulaturii tubulaturii mai mari față de costul mai mare al carcasei mai mari pe durata de viață a puțului

evaluare

cerințele de evaluare includ interpretarea jurnalului și diametrele instrumentului.

foraj

cerințele de foraj includ:

• un diametru minim de biți pentru un control direcțional adecvat și performanțe de foraj
• echipamente disponibile pentru foraj
• specificații ale platformei
• echipamente disponibile pentru prevenirea exploziei (Bop)

aceste cerințe afectează în mod normal gaura finală sau diametrul carcasei. Din acest motiv, dimensiunile carcasei trebuie determinate din interior spre exterior începând de la fundul găurii. Secvența de proiectare este, de obicei, după cum urmează:

• dimensiunea corectă a tuburilor este selectată, pe baza fluxului rezervorului și a performanței de admisie a tuburilor
• dimensiunea necesară a carcasei de producție este determinată, luând în considerare cerințele de finalizare
• diametrul burghiului este selectat pentru găurirea secțiunii de producție a găurii, luând în considerare prevederile de foraj și cimentare
• cea mai mică carcasă prin care va trece burghiul este determinată
• procesul se repetă

economii mari de costuri sunt posibile prin a deveni mai agresiv (folosind distanțe mai mici) în timpul acestei parte a fazei preliminare de proiectare. Aceasta a fost una dintre motivațiile principale în popularitatea crescută a forajului slimhole. Dimensiunile tipice ale carcasei și ale bitului de rocă sunt prezentate în tabelul 1.

• 

  Tabelul 1 – Dimensiuni de biți utilizate în mod obișnuit care vor trece prin carcasa API

• 

  Tabelul 1 continuare – dimensiuni de biți utilizate în mod obișnuit care vor trece prin carcasa API

înapoi în partea de sus

carcasa pantof adâncimi și numărul de siruri de caractere

După selectarea drillbit și carcasa dimensiuni, adâncimea de setare a carcasei individuale siruri de caractere trebuie să fie determinată. În operațiile convenționale de foraj rotativ, adâncimile de reglare sunt determinate în principal de greutatea noroiului și de gradientul de fractură, așa cum este descris schematic în Fig. 1, Care este uneori numit un plan de bine. Greutatea echivalentă a noroiului (EMW) este presiunea împărțită la adâncimea verticală adevărată și convertită în unități de LBM/gal. EMW este egal cu greutatea reală a noroiului atunci când coloana de fluid este uniformă și statică. Liniile de gradient al porilor și fracturilor trebuie desenate pe o diagramă de adâncime față de EMW. Acestea sunt liniile solide din Fig. 1. Se introduc marje de siguranță și se trasează linii întrerupte, care stabilesc intervalele de proiectare. Diferența față de presiunea prezisă a porilor și gradientul de fractură reprezintă nominal toleranța la lovitură și densitatea de circulație echivalentă crescută (ECD) în timpul forajului. Există două modalități posibile de a estima adâncimile de setare din această cifră.

• 

  Fig. 1-carcasa setarea adâncimi-design de jos în sus.

Înapoi sus

design de Jos în sus

aceasta este metoda standard pentru selectarea scaunului carcasei. Din punctul A din Fig. 1 (cea mai mare greutate a noroiului necesară la adâncimea totală), trageți o linie verticală în sus până la punctul B. a protector 7 5/8-in. șirul de carcasă trebuie setat la 12.000 ft, corespunzător punctului B, pentru a permite găurirea în siguranță pe secțiunea AB. Pentru a determina adâncimea de setare a carcasei următoare, trageți o linie orizontală BC și apoi o linie verticală CD. În acest mod, punctul D este determinat pentru setarea 9 5/8-in. carcasa la 9.500 ft. Procedura se repetă pentru alte șiruri de carcasă, de obicei până la atingerea unei adâncimi specificate a carcasei suprafeței.

design de sus în jos

de la adâncimea de setare a 16-in. carcasa de suprafață (aici se presupune a fi la 2.000 ft), trageți o linie verticală de la linia punctată a gradientului de fractură, punctul A, la linia punctată a presiunii porilor, punctul B. Aceasta stabilește punctul de setare al 11-in-ului. carcasa la aproximativ 9.800 ft. Desenați o linie orizontală de la punctul B la intersecția cu linia de gradient frac punctată la punctul C; apoi, trageți o linie verticală la punctul D la intersecția curbei de presiune a porilor. Aceasta stabilește 9 5/8-in. carcasa setarea adâncime. Acest proces se repetă până când se ajunge la gaura de jos.

există mai multe lucruri de observat despre aceste două metode. În primul rând, ele nu dau neapărat aceleași adâncimi de setare. În al doilea rând, ele nu dau neapărat același număr de șiruri de caractere. În designul de sus în jos, presiunea fundului este ratată de o cantitate ușoară care necesită un scurt 7-in. secțiunea liner. Această ușoară eroare poate fi remediată prin resetarea adâncimii carcasei suprafeței. Metoda de sus în jos seamănă mai mult cu forarea unui puț, în care carcasa este setată atunci când este necesar pentru a proteja pantoful carcasei anterioare. Această analiză poate ajuta la anticiparea nevoii de șiruri suplimentare, având în vedere că presiunea porilor și curbele gradientului de fractură au o anumită incertitudine asociată cu acestea.

în practică, o serie de cerințe de reglementare pot afecta designul adâncimii pantofilor. Acești factori sunt discutați în continuare.

înapoi la început

stabilitatea găurii

aceasta poate fi o funcție a greutății noroiului, a deviației și a stresului la peretele găurii de sondă sau poate fi de natură chimică. Adesea, problemele de stabilitate a găurilor prezintă un comportament dependent de timp (făcând selecția pantofilor o funcție a ratei de penetrare). De asemenea, trebuie luat în considerare comportamentul de curgere din plastic al zonelor de sare.

lipirea diferențială

probabilitatea de a deveni blocat diferențiat crește odată cu:

• o creștere a presiunii diferențiale între gaura de sondă și formarea
• o creștere a permeabilității formării
• o creștere a pierderii de lichid a fluidului de foraj (adică, turtă de noroi mai groasă)

izolarea zonală. Nisipurile de apă dulce de mică adâncime trebuie izolate pentru a preveni contaminarea. Zonele de circulație pierdută trebuie izolate înainte de a pătrunde o formare de presiune mai mare.

înapoi la început

preocupări de foraj direcțional

un șir de carcasă este adesea rulat după ce o secțiune de construcție unghiulară a fost forată. Acest lucru evită probleme keyseating în porțiunea curbată a sondei din cauza forței normale a crescut între perete și drillpipe.

incertitudinea în proprietățile de formare prezise

puțurile de explorare necesită adesea șiruri suplimentare pentru a compensa incertitudinea în predicțiile de presiune a porilor și gradient de fractură.

o altă abordare care ar putea fi utilizată pentru determinarea adâncimilor de reglare a carcasei se bazează pe formarea plotării și presiunile de fracturare vs.adâncimea găurii, mai degrabă decât gradienții, așa cum se arată în Fig. 2 și Fig. 1. Cu toate acestea, această procedură produce de obicei multe șiruri și este considerată a fi foarte conservatoare.

• 

  Fig. 2-carcasa setarea adâncimi-design de sus în jos.

problema alegerii adâncimilor de setare a carcasei este mai complicată în puțurile exploratorii din cauza lipsei de informații despre geologie, presiunile porilor și presiunile de fractură. Într-o astfel de situație, trebuie făcute o serie de ipoteze. În mod obișnuit, gradientul de presiune de formare este luat ca 0,54 psi/ft pentru adâncimi ale găurilor mai mici de 8.000 ft și luat ca 0,65 psi/ft pentru adâncimi mai mari de 8.000 ft. Gradienții supraîncărcați sunt luați în general ca 0,8 psi/ft la adâncime mică și ca 1,0 psi / ft pentru adâncimi mai mari.

înapoi la început

adâncimi TOC

adâncimi Top-of-ciment (TOC) pentru fiecare șir de carcasă ar trebui să fie selectate în faza de proiectare preliminară, deoarece această selecție va influența distribuții de sarcină axială și profile de presiune externe utilizate în timpul fazei de proiectare detaliată. Adâncimile TOC se bazează de obicei pe:

• izolare zonală
• cerințe de reglementare
• adâncimi de încălțăminte anterioare
• rezistență la formare
• flambaj
• acumulare de presiune inelară(în puțuri submarine)

calculele de flambaj nu sunt efectuate până la faza de proiectare detaliată. Prin urmare, adâncimea TOC poate fi ajustată, ca urmare a analizei flambajului, pentru a ajuta la reducerea flambajului în unele cazuri.

plan direcțional

în scopul proiectării carcasei, stabilirea unui plan direcțional constă în determinarea căii de sondă de la suprafață la țintele geologice. Planul direcțional influențează toate aspectele proiectării carcasei, inclusiv:

• greutate noroi și noroi chimie selecție pentru gaura stabilitate
• scaun pantofi selecție
• carcasa axiale profile de sarcină
• carcasa uzura
• îndoire subliniază
• flambaj

se bazează pe factori care includ:

• obiective geologice
• locație suprafață
• interferențe de la alte puțuri
• cuplu și trageți considerații
• carcasa uzură considerații
• ansamblu Fund
• performanță burghiu-bit în setarea geologică locală

pentru a ține cont de variația față de ratele planificate de construire, scădere și întoarcere, care apar din cauza BHA-urilor utilizate și a practicilor operaționale utilizate, picioarele superioare sunt adesea suprapuse peste puțul de sondă. Acest lucru crește tensiunea de îndoire calculată în faza de proiectare detaliată.

înapoi la început

metoda de proiectare detaliată

cazuri de încărcare

pentru a selecta greutățile, gradele și conexiunile adecvate în timpul fazei de proiectare detaliată folosind judecata inginerească solidă, trebuie stabilite criterii de proiectare. Aceste criterii constau în mod normal în cazuri de încărcare și factorii lor de proiectare corespunzători care sunt comparați cu evaluările conductelor. Cazurile de încărcare sunt de obicei plasate în categorii care includ:

• sarcini de spargere
• sarcini de foraj
• sarcini de producție
• sarcini de colaps
• sarcini axiale
• sarcini de funcționare și cimentare
• sarcini de serviciu

înapoi la top

factori de proiectare (DF)

………………..(1)

unde

DF = factor de proiectare (factorul de siguranță minim acceptabil) și

SF = factor de siguranță.

rezultă că

………………..(2)

prin urmare, prin înmulțirea sarcinii cu DF, se poate face o comparație directă cu ratingul conductei. Atâta timp cât ratingul este mai mare sau egal cu sarcina modificată (pe care o vom numi sarcina de proiectare), criteriile de proiectare au fost îndeplinite.

înapoi la început

alte considerații

după efectuarea unui design bazat pe considerente de spargere, colaps și axiale, se realizează un design inițial. Înainte de a se ajunge la un proiect final, trebuie abordate problemele de proiectare (selectarea conexiunii, uzura și coroziunea). În plus, în proiectare pot fi incluse și alte considerente. Aceste considerente sunt tensiuni triaxiale din cauza încărcării combinate (de exemplu, balon și efecte termice)—aceasta este adesea numită „analiza duratei de viață”; alte efecte de temperatură; și flambaj.

sarcini pe carcasă și șiruri de tuburi

pentru a evalua un design dat al carcasei, este necesar un set de sarcini. Încărcările carcasei rezultă din:

• rularea carcasei
• cimentarea carcasei
• operațiuni ulterioare de foraj
• operațiuni de producție și de prelucrare a sondelor

sarcinile carcasei sunt în principal sarcini sub presiune, sarcini mecanice și sarcini termice. Sarcinile de presiune sunt produse de fluide în interiorul carcasei, ciment și fluide în afara carcasei, presiuni impuse la suprafață prin operațiuni de foraj și workover și presiuni impuse de formare în timpul forării și producției.

sarcinile mecanice sunt asociate cu:

• greutatea de suspendare a carcasei
• sarcini de șoc în timpul rulării
• sarcini de ambalare în timpul producției și al lucrărilor
• sarcini de umeraș

schimbările de temperatură și sarcinile de expansiune termică rezultate sunt induse în carcasă prin găurire, producție și lucrări, iar aceste sarcini pot provoca sarcini de flambare (stres de îndoire) la intervale necimentate.

sarcinile carcasei care sunt utilizate în mod obișnuit în proiectarea preliminară a carcasei sunt:

• sarcini de presiune externă
• sarcini de presiune internă
• sarcini mecanice
• sarcini termice și efecte de temperatură

cu toate acestea, fiecare companie care operează are de obicei propriul set special de sarcini de proiectare pentru carcasă, pe baza experienței lor. Dacă proiectați un șir de carcasă pentru o anumită companie, aceste informații de încărcare trebuie obținute de la acestea. Deoarece există atât de multe sarcini posibile care trebuie evaluate, majoritatea proiectării carcasei de astăzi se face cu programe de calculator care generează seturile de sarcini adecvate (adesea personalizate adaptate pentru un anumit operator), evaluează rezultatele și uneori pot determina automat un design cu costuri minime.

înapoi la început

lucrări notabile în OnePetro

Adams, A. J. și Hodgson, T. 1999. Calibrarea criteriilor de proiectare a carcasei/tubulaturii prin utilizarea tehnicilor de fiabilitate structurală. Masina de gaurit SPE & Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

Adams, A. J. și MacEachran, A. 1994. Impactul asupra proiectării carcasei de dilatare termică a fluidelor în annuli limitate. Masina de gaurit SPE & Compl 9 (3): 210-216. SPE-21911-PA. http://dx.doi.org/10.2118/21911-PA.

Halal, A. S. și Mitchell, R. F. 1994. Carcasa de proiectare pentru acumularea de presiune inelară prins. Masina de gaurit SPE & Compl 9 (2): 107-114. SPE-25694-PA. http://dx.doi.org/10.2118/25694-PA.

Halal, A. S., Mitchell, R. F. și Wagner, R. R. 1997. Multi-String carcasa Design cu mișcarea de bine. Prezentat la Simpozionul de operațiuni de producție SPE, Oklahoma City, Oklahoma, SUA, 9-11 Martie. SPE-37443-DOMNIȘOARĂ. http://dx.doi.org/10.2118/37443-MS.

Hammerlindl, D. J. 1977. Mișcarea, forțele și tensiunile asociate cu corzile combinate de tuburi sigilate în ambalaje. J Pet Technol 29( 2): 195-208; Trans., AIME, 263. SPE-5143-PA. http://dx.doi.org/10.2118/5143-PA.

Klementich, E. F. și Jellison, M. J. 1986. Un model de viață de serviciu pentru carcasa siruri de caractere. Spe burghiu Eng 1 (2): 141-152. SPE-12361-PA. http://dx.doi.org/10.2118/12361-PA.

Prentice, C. M. 1970. Design Carcasă „Sarcină Maximă”. J. Pet Tech 22 (7): 805-811. SPE-2560-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.

înapoi la început

Cărți demne de remarcat

Aadnoy, B. S. 2010 design modern. Rotterdam, Olanda: Publicații Balkema. WorldCat eBook sau WorldCat

CIRIA Report 63, raționalizarea factorilor de siguranță și de funcționare în codurile structurale. 1977. Londra: Asociația de cercetare și informare a industriei construcțiilor. WorldCat

Det Norske Veritas. 1981. Reguli pentru proiectarea, construcția și inspecția structurilor Offshore. Hovik, Norvegia: DNV. WorldCat

Economides, M. J., Waters, L. T. și Dunn-Norman S. 1998. Construcția De Puțuri De Petrol. New York City: John Wiley & Fii . WorldCat

Eurocod 3, reguli comune unificate pentru structurile metalice. 1984. Comisia Comunităților Europene. WorldCat

Mitchell, R. F.: „proiectarea carcasei”, în ingineria forajului, ed. R. F. Mitchell, vol. 2 din manualul de inginerie petrolieră, ed. Lacul L. W. (SUA: Societatea Inginerilor petrolieri, 2006). 287-342. SPEBookstore și WorldCat

Mitchell, R. F., & Miska, S. (ed.). (2011). Bazele ingineriei de foraj. Alina, TX: Societatea Inginerilor petrolieri. SPEBookstore și WorldCat

Rabia, H. 1987. Bazele proiectării carcasei. Londra: Graham & Trotman. WorldCat

recomandări pentru reglementările de încărcare și siguranță pentru proiectarea structurală. 1978. 36, Comitetul Nordic pentru Reglementări în construcții, NKB, Copenhaga. WorldCat

înapoi la început

alte lucrări notabile

Taur. D7, recomandări de aterizare a carcasei, prima ediție. 1955. API. Standard: API-BULL D7

Rackvitz, R. și Fiessler, B. 1978. Fiabilitatea Structurală Sub Secvențe De Sarcină Aleatoare Combinate. Calculatoare și structuri 9: 489. Rezumat

înapoi la început

Design carcasă lista WorldCat

Vezi și

carcasă și tubulatură

design carcasă bazat pe risc

PEH: Design carcasă