Zjawiska chemiczno-technologiczne podczas zabiegu cementowania otworu w aspekcie projektowania rur okładzinowych ze szczególnym uwzględnieniem ich wytrzymałości na zgniatanie i rozrywanie

• Autorzy: Witek Wiesław , Rzepka Marcin

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.03.05

Warianty tytułu

EN

Chemical-technological phenomena occurring during borehole cementing operations in terms of casing design, with particular emphasis on their collapse and burst strength

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jedną z najbardziej istotnych kwestii, jaka wymaga rozwiązania w procesie projektowania otworu wiertniczego, jest optymalne zaprojektowanie konstrukcji otworu, w tym odpowiedni dobór poszczególnych kolumn rur okładzinowych oraz ich posadowienie, do zakładanych warunków geologiczno-złożowych oraz warunków cementowania. Dobór poszczególnych kolumn rur okładzinowych do konkretnych warunków geologiczno-technicznych ma szereg nie tylko uwarunkowań, ale również ograniczeń. Głównym naturalnym ograniczeniem jest przyjęta przez API wiele dekad temu swoista unifikacja wymiarowa rur, tzn. typoszereg ze względu na średnicę zewnętrzną rur. Inne elementy tej unifikacji, jak np. typoszereg gatunków stali czy klasycznych połączeń gwintowych i typu PREMIUM, były wdrażane stopniowo w miarę rozwoju technologii wiercenia. Niezależnie od tych uwarunkowań w procesie projektowania rur okładzinowych i doboru rur wydobywczych jedna kwestia zawsze pozostaje niezmienna, czyli zachowanie równowagi między występującymi obciążeniami działającymi na rury w trakcie procesu wiercenia i eksploatacji otworu a graniczną minimalną wytrzymałością mechaniczną rur. W niniejszym artykule dokonano przeglądu metod i wytycznych w zakresie projektowania rur okładzinowych publikowanych przez API oraz programów komputerowych, w tym programu StressCheck, który należy obecnie do powszechnie stosowanych narzędzi w zakresie projektowania rur. Poruszane w artykule zagadnienia wytrzymałościowe odnoszą się głównie do calizny rury, z pominięciem skomplikowanego zagadnienia wytrzymałości samego połączenia gwintowego, w szczególności połączeń typu PREMIUM, którego kwalifikacja nie podlega unifikacji norm API, lecz wytycznym zawartym w normie ISO 13679.

EN

One of the most important issues that needs to be addressed in the borehole design process is the optimal design of the borehole structure, including the appropriate selection of individual casing columns and their setting given the assumed geological and cementing-technical conditions. Specific geological and technical conditions imply a number of both conditions and constraints. A kind of dimensional unification of pipes adopted by API many decades ago, i.e. a series according to the outer diameter of the pipes, constitutes the main natural constraint. Other elements of this unification, such as a series of steel grades or of classic and PREMIUM thread connections were implemented gradually as drilling technology developed. Regardless of these conditions, one thing always remains the same when designing casing and selecting production tubing, i.e. maintaining the balance between the existing loads acting on the pipes during the drilling process and operation of the borehole and the minimum mechanical strength of the pipes. This article reviews the methods and guidelines for casing pipe designing published by API and of computer programs, including StressCheck, which is currently one of the commonly used pipe design tools. The strength issues discussed in the article refer mainly to the pipe body, ignoring the complex issue of the strength of the thread connections, especially those of PREMIUM type, whose qualification is not subject to API standards, but to the guidelines contained in ISO 13679.

Słowa kluczowe

PL

cementowanie rur okładzinowych; rury okładzinowe; wytrzymałość; wytrzymałość na zgniatanie; wytrzymałość na rozrywanie

EN

cementing of casing; casings; strength; collapse strength; burst strength

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 3
• Strony: 187--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Witek Wiesław

• Firma Konsultingowa „WES”

autor

Rzepka Marcin

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Aadnoy B., Cooper I., Miska S., Mitchell R.F., Payne M.L., 2009. Advanced Drilling and Well Technology. Society of Petroleum Engineers: 17–84. ISBN: 978-1-55563-145-1.
• Alberta Energy Regulator (Canada), 2009. Directive 010: Minimum Casing Design Requirements Dec 22 2009 Eff. June 2013. <https://www.aer.ca/regulating-development/rules-and-directives/directives/directive-010> (dostęp: 09.10.2020).
• API, 2010. Isolating Potential Flow Zones During Well Construction, API STANDARD 65 – Part 2. December. <https://www.api.org/~/media/Files/Policy/Exploration/Stnd_65_2_e2.pdf> (dostęp: 09.10.2020).
• API BULL 5C3, 1999. Bulletin on Formulas and Calculations for Casing, Tubing, Drill Pipe, and Line Pipe Properties. <https://global.ihs.com/doc_detail.cfm?document_name=API%20BULL%205C3&item_s_key=00010624>, API, Washington DC.
• ASME, 2005. ASME Presentation. Advances in Casing Design with ISO DIS 10400. <http://www.docdatabase.net/more-advances-incasing-design-with-iso-dis-10400-1019765.html> (dostęp: 09.10.2020).
• Bourgoyne A.T., Millheim K.K., Chenevert M.E., Young F.S. Jr., 1991. Applied Drilling Engineering. SPE Textbook Series vol. 2. ISBN 978-1-55563-001-0.
• Budak P., Szpunar T., Witek W., 2010a. Kryteria doboru rur okładzinowych i wydobywczych jako funkcje wytrzymałości i wytężenia materiału oraz rodzaju i typu połączenia gwintowego. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, 4: 4–10.
• Budak P., Szpunar T., Witek W., 2010b. Kryteria doboru rur okładzinowych i wydobywczych jako funkcje wytrzymałości i wytężenia materiału oraz rodzaju i typu połączenia gwintowego: RURY HC „High Collapse”. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, 5: 4–7.
• Budak P., Szpunar T., Witek W., 2010c. Zagadnienia wytrzymałości i wytężenia materiału przy projektowaniu kolumny rur okładzinowych w odniesieniu do zjawisk zachowania się górotworu w trakcie wiercenia i po odwierceniu otworu. Wiadomości Naftowe i Gazownicze, 3: 4–8.
• Byrom T.G., 2007. Casing and liners for drilling and completion. Gulf Publishing Company.
• Firma Konsultingowa „WES”, 2020. <http://fk-wes.pl> (dostęp: 09.10.2020).
• Gabolde G., Nguyen J.P., 1999. Drilling Data Handbook. Seventh Edition. Instytut Francais du Petrole Publications. ISBN-13: 978-2710807568. ISBN-10: 2710807564.
• Halliburton, 2020. Casing Equipment. <https://www.halliburton.com/en-US/ps/cementing/casing-equipment/default.html> (dostęp: 09.10.2020).
• ISO/TR 10400:2007. Petroleum and natural gas industries – Equations and calculations for the properties of casing, tubing, drill pipe and line pipe used as casing or tubing. <https://www.iso.org/standard/44107.html> (dostęp: 09.10.2020).
• Kowalewski Z.L., 2004. Podstawy wytrzymałości materiałów. Oficyna Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa.
• Mitchell R.F., Miska S., Wagner R.R., 1997. Casing and Tubing Design. [W:] Economides M.J., Watters L.T., Norman S.D., Petroleum Well Construction. John Wiley & Sons Duncan, Oklahoma. <https://www.scribd.com/document/49893936/Economides-M-J-Watters-L-T-andNorman-S-D-Petroleum-Well-Construction> (dostęp: 09.10.2020).
• Tenaris, 2020. TenarisHydril running manual. <https://www.tenaris.com/en/products-and-services/octg/tenarishydril-running-manual/> (dostęp: 09.10.2020).
• TenarisHydril, 2018. Premium Connections Cataloque. <https://www.tenaris.com/media/1wvb3eti/tenarishydril-premium-connectionscatalog.pdf> (dostęp: 09.10.2020).
• Timoshenko S.P., Goodier J.N., 1970. Theory of Elasticity (third edition). McGraw: New York.
• Vallourec, 2017. VAM BOOK – Technical Manual, November. <http://www.vamservices.com/Library/files/VAM%C2%AE%20Book.pdf> (dostęp: 09.10.2020).
• Witek W., 2009a. Dobór rur okładzinowych oraz połączeń gwintowych dla obszaru poszukiwań Przedgórza Karpat oraz Nasunięcia Karpackiego. Opracowania dla PGNiG S.A. Oddział w Sanoku. Firma Konsultingowa „WES”.
• Witek W., 2009b. Opinie oraz ekspertyzy. Materiały archiwalne niepublikowane. Firma Konsultingowa „WES”.
• Witek W., Rzepka M., 2021. Zjawiska chemiczno-technologiczne podczas zabiegu cementowaniaotworu w aspekcie projektowania rur okładzinowych. Nafta-Gaz, 2: 92–105, DOI: 10.18668/NG.2021.02.04.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• ISO 13679:2019 Petroleum and natural gas industries — Procedures for testing casing and tubing connections.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).