Model of drag and torque for casing running in extended reach and horizontal wells

• Autorzy: Miska S. , Mengjiao Y. , Zhang Y. , Miska W.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie sil tarcia przy zapuszczaniu rur okładzinowych w odwiertach o dużym kącie odchylenia i poziomych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Application of extended reach and horizontal wells for offshore and onshore exploration and production purposes has been continuously increasing over the last decade. To reach the desired targets many of these wells are planed to have there dimensional complex well trajectories. Field experience indicate that running casing into wells with high horizontal departure and complex trajectories is frequently associated with many problems resulting in high cost of operations. In some instances the high pushing force resulted in casing buckling and the casing has not reach the planned depth. To reduce the pushing force one can rotate casing but that requires application of a sufficiently high torque. In any case accurate calculations of drag forces and torque are needed to evaluate casing mechanical integrity and technical feasibility of the casing running operation during planning and drilling stage of well development. In this paper we show the development of an improved characterization of wellbore trajectory by including the wellbore torsion in addition to the traditional wellbore curvature (dogleg severity). We also show the development of 3D drag and torque model that makes allowance for wellbore curvature, torsion, pipe bending stiffness and its weight in fluid. Finally, the paper is furnished with practical examples that show the application of the developed mathematical model. The proposed model is useful for practical design applications such as optimization of a well trajectory, calculating loads on casing and better understanding of field records and observations.

PL

W ostatnich latach ciągle wzrasta ilość odwiertów morskich i lądowych, o dużym kącie odchylenia i poziomych, mających bardzo złożone trajektorie. Doświadczenia polowe wskazują, że przy rurowaniu takich odwiertów, występują bardzo często komplikacje, zwiększające znacznie koszty tej operacji. Występujące przy tym siły tarcia mogą spowodować wyboczenie kolumny rur okładzinowych i zaklinowanie odwiertu. Aby zredukować siły nacisku, można podczas rurowania obracać kolumną rur okładzinowych, ale wymagane są przy tym wystarczająco wysokie momenty obrotowe. Dokładne obliczenie występujących wtedy sił rozciągających i skręcających oraz momentów obrotowych, pozwala określić techniczną wykonywalność operacji rurowania, w planowanym stadium wiercenia odwiertu. W artykule przedstawiony jest trójwymiarowy model zapuszczania rur okładzinowych z obrotem, uwzględniający poprawkę na krzywiznę odwiertu, skręcenie, sztywność kolumny rur okładzinowych i jej ciężar w płuczce. Przedstawionych jest też kilka przykładów praktycznego zastosowania proponowanego modelu matematycznego. Reasumując można stwierdzić, że proponowany model jest przydatny w praktycznych zastosowaniach projektowych, takich jak optymalizacja trajektorii otworu i obliczanie sił działających na rury okładzinowe, oraz pozwala on lepiej zrozumieć zachodzące w praktyce zjawiska.

Słowa kluczowe

EN

drilling; drag and torque; horizontal wells

PL

wiertnictwo; siła tarcia; orurowanie otworu; otwory horyzontalne

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Wiertnictwo, Nafta, Gaz
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 25, z. 2
• Strony: 523--535
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Miska S.

• The University of Tulsa

autor

Mengjiao Y.

• The University of Tulsa

autor

Zhang Y.

• The University of Tulsa

autor

Miska W.

• Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków

Bibliografia

• [1] Gonet A.: Metodyka stabilizacji dolnej części przewodu wiertniczego. Archiwum Górnictwa 27/3, 1982
• [2] Mitchell R.F., Samuel R.: How Good is the Torque-Drag Model? SPE/IADC 105068, presented at the SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam, February 2007
• [3] Mitchell R.F.: Advanced Torque-Drag Analysis. Personal communication with Stefan Miska, October 2005
• [4] Mason C.J., Lopez J., Meling S., Munger R.: Casing Running Challenges for Extended-Reach Wells. SPE 84447, presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, Colorado, October 2003
• [5] Mason C.J., Chen D.C.: Step Changes Needed to Modernize T&D Software. SPE 104609, presented at the SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam, February 2007
• [6] Johancsik C.A., Dawson R., Friesen D.B.: Torque and Drag in Directional Wells-Prediction and Measurement. SPE 11380, presented at the IADC/SPE Drilling conference, New Orleans, 1983
• [7] Ho H.S.: General Formulation of Drillstring Under Large Deformation and Its Use in BHA Analysis. SPE 15562, presented at the 60th Annual Technical Conference and Exhibition of the SPE, New Orleans, October 1986
• [8] Dawson R., Paslay P.R.: Drill Pipe Buckling in Inclined Holes. JPT (Oct. 1984), 467-472
• [9] Miska S., Qiu W., Volk L., Cunha J.C.: An Improved Analysis of Axial Force Along Coiled Tubing in Inclined/Horizontal Wellbores. SPE 37056, presented at the 1996 SPE International Conference on Horizontal Well Technology, Calgary, Canada, November 1996
• [10] Lagreca A.J.: Mathematical Modeling of Insertion Forces for Running-In Casing Strings in 2-D Wellbores with Hole Curvature (Dogleg Severity) and High Deviation Angles, the University of Tulsa Drilling Research. Projects M.S. Thesis, 1997
• [11] Sawaryn S.J., Thorogood J.L.: A Compendium of Directional Calculations Based on the Minimum Curvature Method. SPE 84246, presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, October 2003
• [12] Mason C.J, Chen D.C.: The Drilling and Casing Running Enigma. SPE 100749, presented at the 2006 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, San Antonio, Texas, September 2006
• [13] Maidla, Eric E., Wojtanowicz, Andrew K.: Prediction of Casing Running Loads in Directional Wells. The 20th Annual OTC in Houston, Texal, May 1998
• [14] Sheppard M.C., Wick C, Burgess T.: Designing Well Paths To Reduce Drag and Torque. SPE Drilling Engineering, December 1987
• [15] Mason C.J., Allen F.M., Ramirez A.A., Wolfson L.: Casing Running Milestones for Extended-Reach Wells. SPE/IADC 52842, presented at 1999 SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam, March 1999
• [16] Yi Zhang: Modeling of Casing Running in High Angle Wells. MS Thesis, The University of Tulsa, 2007