Akademia Górniczo - Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie
Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu
Specjalność: Inżynieria Gazownicza
Projektowanie Otworów Wiertniczych
Temat: Projekt otworu wiertniczego numer 137.
Wykonał: Dariusz Charkiel
Adam Łochowicz
SPIS TREŚĆI:
Profil geologiczny otworu 2
Obliczenie ciśnienia złożowego 3
Obliczenie ciśnienia geostatycznego 3
Obliczanie ciśnienie szczelinowania 7
Obliczenie ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki 10
Schemat rozkładu gradientu ciśnień w otworze 11
Dobór rur okładzinowych 12
Schemat zarurowania otworu 14
Obliczenie wytrzymałości rur okładzinowych 15
Wytrzymałość na zgniatanie 15
9.1.1 Obliczenie ciężaru płuczki wiertniczej 15
9.2 Wytrzymałość na rozluźnienie połączenia gwintowego rur okładzinowych 17
9.3 Sprawdzenie sekcji kolumny rur okładzinowych na ciśnienie wewnętrzne 21
Uszczelnianie rur okładzinowych w otworze wiertnicznym 24
Literatura 31
1. Profil litologiczny otworu wiertniczego numer 137
Lp
|
Głębokość zalegania [m] |
Litologia i właściwości skał |
Grad. ciśnienia złożowego [MPa/m]
|
1 |
0 - 165,5 |
Żwiry, gliny (por. 30%) |
0,0100 |
2 |
165,5 - 850 |
Piaskowce słabozwięzłe (por.25%) |
0,0111 |
3 |
850 - 1212 |
Iłowce czerwone |
0,0112 |
4 |
1212 - 1630 |
Wapienie (por.7%) |
0,0114 |
5 |
1630 - 2060 |
Iłowce czerwone |
0,0101 |
6 |
2060 - 2340 |
Piaskowce (por.20%) |
0,0132 |
7 |
2340 - 2700 |
Sole |
0,0118 |
8 |
2700 - 2920 |
Iłowce czerwone |
0,0119 |
9 |
2920 - 3250 |
Dolomity (por.8%) |
0,0119 |
10 |
3250 - 3830 |
Piaskowce (por.25%) |
0,0130 |
Średnica kolumny eksploatacyjnej - 41/2”
Obliczenie ciśnienia złożowego.
Gdzie:
H - głębokość spągu warstwy, dla której wyznacza się ciśnienie złożowe;
Gz - gradient ciśnienia złożowego.
Lp. |
G zł |
H |
P złożowe [Mpa] |
1 |
0,0100 |
165,5 |
1,655 |
2 |
0,0111 |
850 |
9,435 |
3 |
0,0112 |
1212 |
13,57 |
4 |
0,0114 |
1630 |
16,58 |
5 |
0,0101 |
2060 |
20,81 |
6 |
0,0132 |
2340 |
30,89 |
7 |
0,0118 |
2700 |
31,86 |
8 |
0,0119 |
2920 |
34,75 |
9 |
0,0119 |
3250 |
38,68 |
10 |
0,0130 |
3830 |
49,79 |
Obliczane ciśnienia geostatycznego.
Gdzie:
hi - miąższość poszczególnej warstwy,
ρi - gęstość poszczególnej skały,
g - przyśpieszenie ziemskie.
Gęstości skał zostały wyznaczone z wykresów 8.3,8.4,8.5 i tabeli 8.10
Żwiry, gliny (por.30%) - głębokość 0 - 165,5
ρ1 = 2,225∙103 [kg/m3]
h1 = 165,5 [m]
Pg1 = 9,80665∙120∙ 2,225∙103 = 3,61 [MPa]
Piaskowce słabozwięzłe (por.25%) głębokość 165,5 - 850 [m]
ρ2 = 2,315 ∙103 [kg/m3]
h2 = 684,5 [m]
Pg2 = g∙h2∙ ρ2 = 15,54 [MPa]
Iłowce czerwone - głębokość 850 - 1212 [m]
Wyznaczamy dla tego interwału średnią gęstość z wzoru:
ρ spągu = 2,460∙103 [kg/m3]
ρ stropu = 2,370∙103 [kg/m3]
ρ 3śr.= 2,415∙103 [kg/m3]
h3= 362 [m]
Pg3= g∙h3∙ ρ3 = 8,57 [MPa]
Wapienie (por.7%)- głębokość 1212 - 1630 [m]
ρ4 = 2,610 ∙103 [kg/m3]
h4= 418 [m]
Pg4= g∙h4∙ ρ4 = 10,70 [MPa]
Iłowce czerwone - głębokość 1630 - 2060 [m]
ρ spągu = 2,575∙103 [kg/m3]
ρ stropu = 2,525∙103 [kg/m3]
ρ 5śr.= 2,550∙103 [kg/m3]
h5= 430 [m]
Pg5= g∙h5∙ ρ5 = 10,75 [MPa]
Piaskowce (por. 20%) - głębokość 2060 - 2340 [m]
ρ 6.= 2,390∙103 [kg/m3]
h6= 280 [m]
Pg6= g∙h6∙ ρ6 = 6,56 [MPa]
Sole - głębokości 2340 - 2700 [m]
ρ7 = 2,10∙103 [kg/m3]
h7= 360 [m]
Pg7= g∙h7∙ ρ7 = 7,41 [MPa]
Iłowce czerwone - głębokość 2700 - 2920 [m]
ρ spągu = 2,625∙103 [kg/m3]
ρ stropu = 2,615∙103 [kg/m3]
ρ 8śr.= 2,620∙103 [kg/m3]
h8= 220 [m]
Pg8= g∙h8∙ ρ8 = 5,65 [MPa]
Dolomity (por. 8%) - głębokość 2920 - 3250 [m]
ρ śr.= 2,615∙103 [kg/m3]
h9= 330 [m]
Pg9= g∙h9∙ ρ9 = 8,46 [MPa]
Piaskowce (por.25%) - głębokości 3250- 3830 [m]
ρ10 = 2,300∙103 [kg/m3]
h10= 580 [m]
Pg10= g∙h10∙ ρ10 = 13,08 [MPa]
Pg=Pg1+Pg2+ Pg3+Pg4 +Pg5+Pg6 +Pg7+Pg8 +Pg9+Pg10
Pg= 90,33 [Mpa]
4. Obliczanie ciśnienia szczelinowania.
Żwiry, gliny (por.30%).
Psz1 = Pz + ½(PG - PZ)
Psz1 = 2,63 [MPa]
Gsz1 = Psz1/H1
Gsz1 = 0,01591 Mpa/m
Piaskowce słabozwięzłe (por.25%) głębokość 165,5 - 850 [m]
Psz2 = Pz +2/3 (PG - PZ)
Psz2 = 15,91 [MPa]
Gsz2 = Psz2/H2
Gsz2 = 0,01872 Mpa/m
Iłowce czerwone - głębokość 850 - 1212 [m]
Psz3 ≤ ∑ Pg
Psz3 = 27,71 [MPa]
Gsz3 = Psz3/H3
Gsz3 = 0,02287 Mpa/m
Wapienie (por.7%)- głębokość 1212 - 1630 [m]
Psz4 = Pz+⅔ (PG - PZ)
Psz4 = 31,14 [MPa]
Gsz4 = Psz4/H4
Gsz4 = 0,01910 Mpa/m
Iłowce czerwone - głębokość 1630 - 2060 [m]
Psz5 ≤ ∑ Pg
Psz5 = 49,17 [MPa]
Gsz5 = Psz5/H5
Gsz5 = 0,02387 Mpa/m
Piaskowce (por. 20%) - głębokość 2060 - 2340 [m]
Psz6 = Pz + ⅔(PG - PZ)
Psz6 = 47,45 [MPa]
Gsz6 = Psz6/H6
Gsz6 = 0,02028 Mpa/m
Sole - głębokości 2340 - 2700 [m]
Psz7 ≤ ∑ Pg
Psz7 = 60,14 [MPa]
Gsz7 = Psz7/H7
Gsz7 = 0,02339 Mpa/m
Iłowce czerwone - głębokość 2700 - 2920 [m]
Psz8 ≤ ∑ Pg
Psz8 = 68,79 [MPa]
Gsz8 = Psz8/H8
Gsz8 = 0,02359 Mpa/m
Dolomity (por. 8%) - głębokość 2920 - 3250 [m]
Psz9 = Pz + ⅔(PG - PZ)
Psz9 = 64,39 [MPa]
Gsz9 = Psz9/H9
Gsz9 = 0,01981 Mpa/m
10. Piaskowce (por.25%) - głębokości 3250- 3830 [m]
Psz10 = Pz + ⅔(PG - PZ)
Psz10 = 76,82 [MPa]
Gsz10 = Psz10/H10
Gsz10 = 0,02006 Mpa/m
5. Obliczenie ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki.
Stosujemy metodę naddatku ciśnienia. Przy wyznaczaniu gęstości płuczki winno się utrzymać represję zawartą w przedziale 7 ÷ 35 at.
Ze względu na wystąpienie w utworach piaskowca podwyższonego ciśnienia zastosowano zwiększony naddatek.
normalne ciśnienie złożowe: naddatek wynosi: 0,7 - 2,1 MPa
Lp. |
Ciśnienie hydrostatyczne [MPa] |
Gradient Ph [Mpa] |
1. |
1,655 + 0,7 = 2,365 |
0,01429 |
2. |
9,435 + 0,7 = 10,135 |
0,01192 |
3. |
13,57 + 0,7 = 14,27 |
0,01177 |
4. |
16,58 + 0,7 = 17,28 |
0,01060 |
5. |
20,81 + 0,7 = 21,51 |
0,01044 |
6. |
30,89 + 1,1 = 31,99 |
0,01367 |
7. |
31,86 + 0,7 = 32,56 |
0,01205 |
8. |
34,75 + 0,7 = 35,45 |
0,01214 |
9. |
38,68 + 0,7 = 39,38 |
0,01211 |
10. |
49,79 + 1,1 = 50,89 |
0,01329 |
Zestawienie ciśnień i gradientów:
Lp
|
Ciśnienie złożowe |
Ciśnienie geostatyczne |
Ciśnienie szczelinowania |
Ciśnienie hydrostatyczne |
||||
|
Pz[MPa] |
Gz[MPa/m] |
PG[MPa] |
GG[MPa/m] |
Psz[MPa] |
Gsz[MPa/m |
Ph[MPa] |
Gh[MPa/m] |
1 |
1,655 |
0,0100 |
3,61 |
0,02181 |
2,63 |
0,01591 |
2,365 |
0,01429 |
2 |
9,435 |
0,0111 |
15,54 |
0,02253 |
15,91 |
0,01872 |
10,135 |
0,01192 |
3 |
㌱㔬ܷ ⰰ㈱㠇㔬ܷⰰ㈰㠲ܷ㜲㜬ܱⰰ㈰㠲ܷ㐱㈬ܷⰰ㜱ܷ㐇ㄇⰶ㠵〇〬ㄱܴ〱㜬ܰⰰ㈰㔳ܷㄳㄬܴⰰㄹܰ㜱㈬ܸⰰ㘰ܰ㔇㈇ⰰㄸ〇〬〱ܱ〱㜬ܵⰰ㈰㠳ܷ㤴ㄬܷⰰ㈰㠳ܷㄲ㔬ܱⰰ㐰ܴ㘇㌇ⰰ㤸〇〬㌱ܲⰶ㘵〇〬㌲㈸㐇ⰷ㔴〇〬〲㠲㌇ⰱ㤹〇〬㌱㜶܇ܷㄳ㠬ܶⰰ㠱㜇㐬ܱⰰ㈰㌳ܹ〶ㄬܴⰰ㈰㌳ܸ㈳㔬ܶⰰ〲ܵ㠇㌇ⰴ㔷〇〬ㄱܹⰵ㔶〇〬㌲㘵㘇ⰸ㤷〇〬㌲㤵㌇ⰵ㔴〇〬㈱㐱܇ܹ㠳㘬ܸⰰ㤱㠇㐬ܶⰰ㈰㜳ܷ㐶㌬ܹⰰㄹܸ㤳㌬ܸⰰㄲܱㄇܰ㤴㜬ܹⰰ〳ㄇⰳ㠰〇〬㌲㠵㜇ⰶ㈸〇〬〲㘰㔇ⰰ㤸〇〬㌱㤲܇††††ࠠ 6. Schemat rozkładu gradientu ciśnień w otworzeGradient ciśnienia złozowego Gradient ciśnienia szczelinowaniaGradient ciśnienia geostatycznego Gradient ciśnienia hydrostatycznego7 . Dobór rur okładzinowych.Kolumny:Według schematu 18 5/8” - 13 3/8” - 9 5/7” - 7” - 4 1/2”Kolumna wstępna; 18 5/8” - 50 m, Kolumna prowadnikowi; 13 3/8” - 1000 mI Kolumna techniczna; 9 5/7”- 2000 mII kolumna techniczna; 7”- 2900 mKolumna eksploatacyjna; 4 1/2” - 3830 mPo ustaleniu schematu zarurowania otworu wiertniczego dobieramy średnice poszczególnych kolumn rur okładzinowych, jak i świdrów do wykonania wiercenia pod rury. Kolumna rur 4 1/2” - 0,1143 mm Rury te będą zapuszczone do głębokości Ho1 = 3830 [m]Średnica złączki rury 4 1/2” wynosi Dm1 = 0,127 [m]Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do1 = 0,143 [m]Dla tak przyjętej średnicy świdra wielkość prześwitu wyniesie:Granice dopuszczalnych prześwitów k є (0,016 ÷ 0,095) 2. Najbliższą średnicę wewnętrzną rur przez którą przechodzi świder 143 mm są rury 6 5/8” ale do projektu założono rury 7”o najmniejszej średnicy wew. 155,4 mmRury te będą zapuszczone do głębokości Ho2 = 2900 [m]Średnica zewnętrzna złączki rur o średnicy 7” wynosi Dm2 = 0,1945 [m]Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do2 = 0,216 [m]Przyjmując to średnica świdra, otrzymamy wielkość prześwitu:k2 = Do2 - Dm2k2 = 0,0215 [m] - warunek dotyczący prześwitów spełniony.3.Kolejna kolumna rur w której mieści się świder 216 mm jest to kolumna rury o średnicy 95/8'' o najmniejszej średnicy wew. 224,5 mmRury te będą zapuszczone do głębokości Ho3 = 2000 [m] Zewnętrzna średnica złączki rur o średnicy 95/8'' wynosi Dm3 = 0,2699 [m]Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do3 = 0,308 [m]Przyjmując tą średnicę świdra, otrzymamy wielkość prześwitu:k3 = Do3 - Dm3k3 = 0,0411 [m] - warunek dotyczący prześwitów spełniony.4. Dobór kolejnej kolumny rur w której mieści się świder 308 mm to kolumna rury o średnicy 13 3/8 najmniejszej średnicy wew. 313,5 mmRury te będą zapuszczone do głębokości Ho4 = 1000 [m] Średnica złączki rur o średnicy 13 3/8 wynosi Dm4 = 0,365 [m]Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do4 = 0,4064 [m]Przyjmując tą średnicę świdra, otrzymamy wielkość prześwitu:k4 = Do4 - Dm4k4 = 0,0414 [m]5. Kolejna kolumna rur w której mieści się świder 406,4 mm jest to kolumna rury o średnicy 18 5/8 najmniejszej średnicy wew. 450,9 mmRury te będą zapuszczone do głębokości Ho5 = 50 [m] Średnica złączki rur o średnicy 18 5/8 wynosi Dm5 = 0,508 [m]Najbliższa znormalizowana średnica świdra wynosi Do5 = 0,5588 [m]Przyjmując tą średnicę świdra, otrzymamy wielkość prześwitu:k4 = Do5 - Dm5k4 = 0, 0508[m]Rury te będą zapuszczone do głębokości Ho4 = 50 [m]8. Schemat zarurowania otworu wiertniczego9. Obliczenia wytrzymałościowe kolumny rur okładzinowych.Rury podlegają następującym oddziaływaniom:Naprężenie zgniatające - pochodzące od płynów wypełniających otwór wiertniczyNaprężenia osiowe - ich źródłem jest ciężar właściwy kolumny rurNaprężenia wynikające z działania ciśnienia wewnętrznegoNaprężenia zginające (w przypadku gdy przekraczają 3( na 100m)Obciążenia temperaturowe (jeżeli temperatura przekracza 200(C)9.1. Wytrzymałość na zgniatanieObliczenia dopuszczalnej głębokości zapuszczania rur okładzinowych dla poszczególnych grubości ścianek i rodzaju stali.Założenia projektowe:Wnętrze rury jest wypełnione powietrzem ( pusta rura), natomiast w przestrzeni pierścieniowej znajduje się płuczka o wymaganym ciężarze właściwym.9.2. Obliczenie ciężaru płuczki wiertniczej Ciśnienie hydrostatyczne płuczki musi przekraczać o 5% ciśnienie złożowe. Gpł = Gzł ( H Gpł - gradient ciśnienia płuczki Gzł - gradient ciśnienia złożowego H - ciśnienie hydrostatyczne płuczkiGpł = Gzł x 1,05 = 0,01156 x 1.05 = 0,012134 MPa/mCiężar właściwy płuczki wiertniczej wypełniającej otwór w czasie rurowania: (pł = 12,34 kN/m3Obliczenie ciśnienia zgniatającego dla kolumny eksploatacyjnej 4 1/2''Gdzie:Hdi - dopuszczalna głębokość zapuszczania rury okładzinowej ze względu na ciśnienie zgniatające i-tą grubości ścianki [m],Pzgi - dopuszczalne ciśnienie zgniatające dla i-tej grubości ścianki [tab. 8.20 str.200](p - ciężar właściwy płuczki wiertniczej wypełniającej otwór przed orurowaniem [N/m3]n - współczynnik bezpieczeństwa na zginanie:- dla kolumn prowadnikowych n = 1,0- dla kolumn technicznych i eksploatacyjnych n = 1,1.- Ho = 3840 [m] , γp = 12,34 [kN/m3], n = 1,1Zewnętrzna średnica rur okładzinowychGatunek staliGrubość ścianki, mWytrzymałość na ciśnienie zgniatające, pzg, MPaDopuszczalnej głębokości zapuszczania rur okładzinowych, mcalem4 1/20,1143J-55b40,0056927,6Hd42033,3b30,0063534,2Hd32519,5N-80b20,0063543,8Hd23226,8b10,0073758,9Hd14339,2Wyliczenie długości sekcji rur okładzinowych z uwagi na ciśnienie zgniatające.H0 = 3830mh1 = H0 - Hd2 = 3830 - 3226,8 = 603,2mh2 = Hd2 - Hd3 = 3226,8 - 2519,5 = 707,2h3 = Hd3 - Hd4 = 2519,5 - 2033,3 = 486,2h4 = Hd0 - (h1+h2+h3) = 2033,3Zewnętrzna średnica rur okładzinowychGatunek staliGrubość ścianki, mWytrzymałość na ciśnienie zgniatające, MPaWyliczone długości sekcji rur okładzinowych z uwagi na ciśnienie zgniatające, mcalem4 1/20,1143J-55b40,0056927,6h42033,4b30,0063534,2h3486,2N-80b20,0063543,8h2707,2b10,0073758,9h1603,29.2 Wytrzymałość na rozluźnienie połączenia gwintowego rur okładzinowychObliczenie długości poszczególnych sekcji rur okładzinowych z uwagi na siłę rozluźniającą połączenie gwintowe, Prli - dopuszczalna długość drugiej sekcji rur okładzinowych (licząc od dołu, z uwagi na siłę rozluźniającą połączenia gwintowe) [m],Pri - siła rozluźniająca połączenia gwintowe i-tej sekcji,k - współczynnik bezpieczeństwa na rozluźnianie połączenia gwintowego,k = 2,0 - dla krajowych rur skręcanych bez użycia momentomierza,k = 1,75 - dla krajowych rur skręcanych z użyciem momentomierza,k = 1,6 - dla rur zgodnie z normami API z użyciem momentomierza,qi - ciężar jednostki długości w powietrzu i-tej sekcji rur okładzinowych, - ciężar odcinka kolumny rur okładzinowych w powietrzu, poniżej i-tej sekcji,Założenia projektowe:Podajemy ciężar kolumny ważonej w powietrzu. ࠂ ࠄ ࠾ ࢄ ࢆ ࢈ ࢊ ࢎ ࣒ ࣬ ख च ज ञ । ० ব ী ূ ੶ આ ન પ શ ஔ ൰ ൲ ൴ ൶ ൸ ൾ ක ﳚ웎뷼궵꣼뷼ﲵꂤ鳼銗趗趒蓼胼粠敯 ᘒᵢ伀Ɋ儀Ɋ帀Ɋ ᔘ瑨ꨑᘀ瑨ꨑ伀Ɋ儀Ɋ帀Ɋ ᘆᥨ鄫 ᘆﭨ煺 ᘑﰃ㔀脈䩃䩡ᘉ﹨Ω㔀脈ᘉ荨䰳㔀脈ᘉﰃ㔀脈ᘆ﹨Ω ᘆ佨팄 ᘆ荨䰳 ᘉﰃ㸀Īᘎ癨锰䌀⁊愀⁊ ᘎﰃ䌀⁊愀⁊ ᘑﰃ㔀脈䩃 䩡 ᘎﰃ䌀⡊愀⡊ ̗j ᘀﰃ䌀⡊唀Ĉ䩡(ᘎﰃ䌀お愀お ᘑﰃ㔀脈䩃$䩡$ᘑﰃ㔀脈䩃0䩡0̏j ᘀﰃ唀Ĉᘆﰃ␀ ࠂ ࠾ ࢄ ࢆ ࢈ ࢌ ࢎ ࣒ घ च ज ञ ठ ० २ ৄ ÷ è Ù 턀 Þ 쀀 è 대 À 쀀 À 대 è 대 ¦ ግ̀Ĥ萏Ũ♀帀梄愁Ĥ摧暹̀Ĥ옍ﰂ 愀Ĥ摧ϠǜĤ옍ﰂ ᄀ㞄怂㞄愂Ĥ摧Ϡü܀ ␃愁Ĥ摧ϠüЀ 摧Ϡü ഀࣆȀӼ৸ 摧Ϡü ␃ഁࣆȀӼ৸ ♀愀Ĥ摧暹܀ ␃愃̤摧Ϡüᄀ Ǵɀࣺ﷽ý ЄĀ́ৄ ৈ ৌ ৎ પ ಂ ൲ ൴ ൶ ൸ ൺ ó ß |