Calculul coloanelor de burlane

Calculul coloanelor de burlane

Solicitarile coloanelor de burlane

O sonda se proiecteaza in asa fel incat la un cost minim, sa prezinte siguranta atat in timpul forajului, pana la atingerea obiectivului, cat si in perioada preconizata de exploatare. Aceasta siguranta este determinata de rezistenta coloanelor de tubare si de adancimea la care ele sunt tubate. Dimensionarea lor corecta (ca grosime, otel, tip de imbinare) presupune anticiparea tuturor situatiilor ce pot interveni si stabilirea celor mai severe solicitari posibile.

Situatiile ce trebuie luate in considerare sunt:

introducerea coloanelor in sonda;

cimentarea lor;

prizarea si intarirea cimentului;

fixarea coloanelor in flanse;

probarea coloanelor si a lainerelor tubate prin ele, la presiune interioara sau la golire;

testarea rezistentei la fisurare a rocilor aflate sub siul coloanelor:

continuarea forajului prin interiorul coloanelor: schimbarea densitatii noroiului, pierderi de circulatie, manifestari eruptive, actiunea garniturii de foraj in timpul rotirii si al manevrelor;

probarea stratelor productive;

stimularea productivitatii orizonturilor productive prin fisurare hidraulica, injectie de fluide fierbinti;

exploatarea sondei;

repararea sondei.

Coloanele de burlane sunt solicitate la tractiune si compresiune, la presiune interioara si presiune exterioara, uneori si la incovoiere in sonde curbate si atunci cand coloanele sunt flambate. Prezenta si marimea acestor solicitari difera de la o situatie la alta. Ele sunt uniforme de-a lungul sondei dar au in general un caracter static, exceptand socurile care apar la oprirea brusca in timpul introducerii,la obturarea circuitului hidraulic si mai ales cele provocate de garnitura de prajini la continuarea forajului. Pentru ca solicitarile nu sunt uniforme, profilul cel mai economic al unei coloane va fi, probabil, variabil dea lungul ei cu grosimi, oteluri sau imbinari diferite.

Unele dintre solicitari se modifica in timp, datorita unor fenomene cum sunt:

deformarea rocilor vascoplastice (sare, roci argiloase) din jurul coloanelor;

curgerea nisipului prin perforaturi;

depletarea si compactizarea zacamantului exploatat;

fluajul materialului din burlane;

variatiile de presiune si temperatura.

In portiunile comprimate din zonele necimentate sau din cimentate necorespunzator, in dreptul zacamintelor care se compactizeaza, coloanele de burlane pot flamba.

Uzura provocata de actiunea racordurilor si a prajinilor in timpul lucrului, coroziunea cauzata de fluidele agresive, micsoreaza grosimea burlanelor si ca rezultat, rezistenta lor la solicitarile amintite.

Unele dintre situatiile enumerate mai sus sunt comune pentru toate tipurile de coloane, altele se intalnesc doar la anumite coloane.

In continuarea acestui proiect vom evalua solicitarile coloanelor de burlane in situatiile cele mai edificatoare.

Date initiale

Diametrele coloanelor

- coloana de ghidare

- coloana de ancoraj

- coloana intermediara

- lainerul

- coloana de exploatare

aceasta este alcatuita din doua tronsoane

Adancimile de tubare

- coloana de ghidare

- coloana de ancoraj

- coloana intermediara

- lainerul

- coloana de exploatare

Densitatile noroaielor folosite pentru fiecare colana

- coloana de ghidare

- coloana de ancoraj

- coloana intermediara

- lainerul

- coloana de exploatare

Densitatile de fisurare echivalente

- coloana de ghidare

- coloana de ancoraj

- coloana intermediara

- lainerul

- coloana de exploatare

Densitatea apei mineralizate

Coloana de ghidare

Presiunea fluidelor din pori

Presiunea fluidelor din pori la adancimea maxima deschisa sub siul coloanei de 18^5/8.

Presiunea de fisurare a formatiunilor aflate sub siul coloanei de 18^5/8 cu o siguranta echivalenta de 100 de bar.

Consideram coloana plina cu gaze de la adancimea de 500m, densitatea medie a acestora va avea valoarea de 50kg/m³ .

Presiunea gazelor la siul coloanei.

aceasta valoare este mai mare decat presiunea de fisurare a formatiunii vom limita presiunea de la siu la valoarea presiunii de fisurare.

Consideram in spatele coloanei apa mineralizata cu densitatea de 1050kg/m³.

Diferenta de presiune interioara la siul coloanei va fi

Presiunea interioara

(sonda inchisa plina cu gaze)

Presiunea in interiorul coloanei la suprafata

Alegem burlane din otel J-55 cu urmatoarele caracteristici:

- grosimea de perete

- presiunea interioara admisibila

- presiunea exterioara admisibila

- forta de tractiune admisibila

- masa unitara

Presiunea exterioara

(coloana goala si in exterior se considera noroiul din momentul tubatrii )

Diferenta de presiune exterioara maxima la siu.

Burlanele alese au presiunea exterioara admisibila mai mare decat diferenta de presiune de la siul coloanei

40,95bar>5,639bar

Greutatea coloanei in aer

valoarea este mai mica decat cea admisibila

Forta detractiune

Daca se considera coloana scufundata in noroi, forta de tractiune maxima este la suprafata.

- limita de curgere a materialului

Aria sectiunii transversale

Valoarea calculata este mai mare decat Δpe.s si in concluzie coloana va fi alcatuita in intregime din burlane de otel J-55 cu grosimea de perete de11,05mm.

Coloana de ancoraj

Presiunea fluidelor din pori

Alegem burlane din otel J-55 cu urmatoarele caracteristici

Dimensionam la presiune exterioara

burlanul ales are Pext admisibila de 74.2bar>58.84bar

Solicitarea de tractiune

Valoarea calculata este mai mare decat Δpe.s si in concluzie coloana va fi alcatuita in intregime din burlane de otel J-55 cu grosimea de perete de 9,65mm.

Coloana intermediara

Presiunea fluidelor din pori

densitatea medie a gazelor

se limiteaza presiunea la gura sondei la 350bar

La baza coloanei de noroi diferenta de presiune interioara va fi

La siul coloanei diferenta de presiune va ramane aceiasi

Determinam lungimea tronsonului inferior din otel N-80 cu urmatoarele caracteristici

Lungimea celui de-al doilea tronson din otel N-80 cu caracteristicile

calculul la presiune exterioara

Calculul la tractiune

Greutatea tronsonului inferior

valoarea calculata este mai mica decat valoarea fortei maxime admisibile

Trecerea de la tractiune la compresiune datorita flotabilitatii are loc la adancimea.

La capatul de sus al tronsonului inferior de 11,05mm , forta de tractiune se calculeaza cu formula

Greutatea celor trei tronsoane

Lainerul

Presiunea fluidelor din pori

Presiunea de fisurare la siu.

presiunea gazelor la siu.

Valoarea presiunii gazelor la siul coloanei este mai mica decat presiunea de fisurare.

Diferenta de presiune la siul coloanei va avea valoarea.

Determinam lungimea tronsonului inferior din otel J-55 cu caracteristicile:

Din calcul rezulta ca coloana poate avea o lungime de 1892m dar lungimea lainerului este de doar 1000m. In concluzie daca rezista si la celelalte solicitarii coloana va fi tubata in intregime cu burlane de 6,91mm din otel J-55.

Calculam la presiune exterioara

Adancimea de golire

Calculul la tractiune

Greutatea in aer a lainerului

Trecerea de la tractiune la compresiune datorita flotabilitatii are loc la adancimea.

Coloana de exploatare

Lungimea coloanei de exploatare cu diametrul de 5in

Lungimea coloanei de exploatare cu diametrul de 5^1/2in

Presiunea fluidelor din pori

Diferenta de presiune interioara la siul coloanei de 5^1/2in

Presiunea exterioara

Presiunea exterioara la siul coloanei de 5^1/2in

Diferenta de presiune interioara la siul coloanei de 5in

Presiunea exterioara la siul coloanei de 5in.

Burlanele din primul tronson sunt alcatuite din otel N-80 cu caracteristicile

Se observa ca de la o anumita adancime este posibila tubarea unor burlane mai ieftine. Vom folosi in continuare burlane J-55 cu caracteristicile.

Adancimea la care se face trecerea reprezinta adancimea maxima de tubare a burlanelor J-55 cu grosimea de perete 7,72mm

Trecerea de la tractiune la compresiune are loc la adancimea.

Burlanele din primul tronson sunt solicitate la tractiune pe lungime.

Forta de tractiune la adancimea H₂ este:

Presiunea admisibila corectata a burlanelor din al doilea tronson la adancimea de 3375m

Se recalculeaza adancimea de tubare a burlanelor J-55 de 7,72mm

Forta de tractiune recalculata la adancimea de 3272m

Cu acestea se calculeaza:

La urmatoarea iteratie va rezulta:

Dupa inca o iteratie:

Se admite:

La adancimea 3210m, diferenta de presiune interioara va fi:

Calculul la tractiune

Greutatea tronsonului in aer.

Lungimea tronsonului 1 va fi:

Deasupra se vor tuba burlane de otel J-55 cu grosimea de perete 7,52 pana la adancimea de 2700m de unde se vot tuba burlane de 5^1/2in

Greutatea coloanei in aer.

Greutatea coloanei in noroi

Lungimea tronsonului de 5in este

Este necesar ca burlanele de 5^1/2in sa reziste mai mult la presiune interioara si la tractiune turtirea nemaifiind o problema.

V-om folosi burlane din otel J-55 cu grosimea de perete de 7,72mm si vom studia pana unde se pot tuba. Caracteristicile acestor burlane sunt:

Adancimea pana la care se pot tuba aceste burlane este.

Greutatea coloanei in aer

Deoarece valoarea depaseste forta admisibila vom recalcula lungimea pe care poate fi tubata cu burlane J-55 de 7,72mm.

Mai sus vom folosi burlane N-80 de 7,72mm cu caracteristicile:

Tronsonul de 7,72 N-80 va avea lungimea:

Mai sus vom tuba burlane de 9,17mm N-80 cu caracteristicile

Tronsonul de 9,17 N-80 va avea lungimea

Vom folosi burlane N-80 pe toata lungimea

Masa totala a coloanei.

Greutatea coloanei in aer.

Coloana a fost dimensionata corect.