Таны төслийн гүн болон хөрсний даралтанд тохирох цилиндрийн ханын зузааныг тооцоолох

Эрдмийн үндсэн Төмөрний сонголт Гадаад даралтанд ханын зузааныг тооцоолох

Хөрсний болон гидростатик даралт цилиндрийн бат бөх байдлыг хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

Гаднаас шахах, дээр нь байгаа усны жин хоёр нь цахилгаан ган цооножийн хажуу талыг дарах хүчийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эвдрэх эрсдэлтэй байдаг. Цоонд нь гүнзгийрэх тусам жишээ нь 100 метр орчим гүнд уснаас үүсэх даралт нь 2023 оны үйлдвэрлэлийн мэдээгээр дунджаар 1.02 МПа-р нэмэгддэг. Хутгын чулуулгийн давхаргууд шиг төвөгтэй бүтцийг хөндлөнгөөс нь дарах даралтыг илүү ихэсгэдэг. Эдгээр олон янзын хүчлэгүүд хоолойн хананд инженерүүдийн тойрог хүчлэг гэж нэрлэдэг зүйлийг үүсгэдэг. Энэ нь цоонож эвдэрч, даралтанд тэсвэрлэж чадахгүй эсвэл шулуун эсвэл налуу цоонуудад гадагш таталцаж болзошгүй байдлыг сэргийлэхийн тулд ханын зузааныг нарийвчлан тооцоолох нь маш чухал ажил болдог.

Гадаад даралтанд хоолойн ханын зузааныг тооцоолох үндсэн зарчим

Гадаад даралтад орсон цилиндр хийцийн ханын зузааныг тодорхойлохдоо инженерүүд ихэвчлэн ASME B31.3 стандартыг ашигладаг бөгөөд унаж бүүлнэхээс хамгаалах бат бөх байдлыг тодорхойлоход ашигладаг. Энд нэг гол томъёо байдаг: t_min нь (гадаад даралт, гадаад диаметрээр үржүүлсэн утга) хуваагдсан (материалын хязгаарын бат бөх байдлыг нэгжийн үр дүнтэй нь 2 дахин ихээр нэмээд 0.4-р гадаад даралтыг нэмсэнтэй) тэнцүү байдаг. Тайлбарлавал, t_min нь шаардлагатай хамгийн бага зузаан, P_ext нь хэмжсэн гадаад даралт, D_o нь цилиндрийн гадаад диаметр, S нь материалын хязгаарын бат бөх байдлыг илэрхийлэх ба E нь холболтын үр дүнг илэрхийлнэ. Бодит амьдралд энэхүү тооцоонд аюулгүй байдлын хязгаар болон үйлдвэрлэлийн хязгаарын хооронд тэнцвэр олох шаардлагатай байдаг. Ханын зузааныг илүүдэлд нь авах нь зардал ихээр нэмэгдүүлдэг бөгөөд SPE Drilling-ийн 2022 оны судалгаагаар метр тутамд ойролцоогоор 18-42 ам.долларын зардал нэмэгддэг.

Анхны зузааны үнэлгээнд давхаргын болон геологийн даралтын мэдээллийн үүрэг

Бүрхүүлийн төрөл, цав хүчийн эерэг байдлын геомеханик загварчлал нь үндсэн зузаан шаардлагыг тодорхойлдог. 2.1+ sg тэнцүү шороон жинтэй бүрхүүл нь тогтвортой элсст чулуулагтай харьцуулахад ханын зузааныг 15–25% илүү хэрэглэх шаардлагатай болгодог. Одоо үед логгинг-вайл-дрэллинг (LWD) өгөгдлийг бодит цагт ашиглан хийх нь цоонхонд оруулах үед динамик тохируулгыг хийх боломжийг олгодог.

Туршлагын жишээ: Сычуань түвшний гүн цоонхонд гадаад ачаалал их байх нь

Сычуань мужийн Лонгмаксийн шэйл газрын 7,850м урт газрын цоонхонд 138МРа гадаад ачаалал тэсвэрлэхийн тулд N80 ган хоолой, 18.24мм ханын зузааныг ашигласан. Суурилуулсны дараах калиперийн логгийн өгөгдлээр гурван гэмтлийн бүсийн тектоник хүчдэлийг үгүйсгэсэн шиг <0.3% оваль байдал батлагдсан бөгөөд ASME-д суурилсан загварын хандлагыг баталгаажуулсан.

Шинэ тэргүүлэг: Цахилгаан даралтын бодит цагийн загварчлалыг хоолойн загварчлалд ашиглах нь

Одоо ахисан операторууд машины сургалтыг оптик кабельтай тараан мэдэрсэнтэй хослуулан цементлэх үед цахилгааны загварыг шинэчилдэг. SPE-ийн техникийн бичиг нь 2022 оны талбайн туршилтанд энэ битүү гогцооны хандлагын дүнд өндөр даралт, өндөр температуртай эрдүү цоонхонд 41% -иар бууруулсан гэж мэдээлсэн.

Гүн урт цахилгааны суурилуулалтад хугарлыг нугалах, дарахаас урьдчилан сэргийлэх

Хугарлын даралт, хугарлын улмаас цахилгааны ханхрах талбайн инцидентүүд

2022 оны гүн усан 17 төслийн шинжилгээнд цахилгааны хэлбэр алдагдсаны 35% нь оношлогдоогүй хугарлын улмаас үүссэн бөгөөд засварын дундаж зардал нэг инцидентд 2.1 сая ам.доллар байсан. Эдгээр гэмтлийн ихэнх нь суурилуулсны дараа хэдэн долоо хоног, сарын дараа гарч ирсэн бөгөөд бүрэн гадаад ачаалал үргэлжлэх үед бүтцийн хариу урвал саатаж байгааг харуулж байв.

Хугарлын механик ба цахилгааны хоолойд дарах үед үүсэх гэмтэл Цахилгаан хоолой

Хэрэв тэнхлэгийн даралтын хүч нь цоонд нь тэсвэх хэмжээнээсээ хэтэрвэл хугарал үүсэх эхэлнэ. Энэ хэмжээг тооцоолох томъёо нь дараах байдалтай харагдана: Pcr нь пи квадрат удаагийн E-г I-р үржүүлснийг (K удаагийн L) квадратад хуваасантай тэнцүү байна. Одоо эдгээр хувьсагчдыг тайлбарлавал: E нь упругийн модуль, I нь инерцийн момент, K нь төгсгөлийн нөхцлийн коэффициент, L нь цоондны дэмжлэггүй урт юм. Сонирхолтой нь, хавтгай чулуулгийн давхарга нь ихэвчлэн үзэгддэг талаас илүү их хажуугийн хүчийг үүсгэдэг. Энэ нь критик ачааллын утгад хүчтэй нөлөө үзүүлдэг. Бодитоор судалгаа энэ хавтгай орд нөхцөлд Pcr нь эсвэл элсэн чулуу давхаргын үед ажиглагддаг утгаасаа ойролцоогоор 40% буурдаг байна. Энэ нь инженерүүд төсөл зохион бүтээх үед анхаарах ёстой чухал зүйл юм.

Босоо ба гүн худагт дэмжлэггүй уртын хугаралд оролцох нөлөө

Хэвтээ цооног нь босоо цооногтой харьцуулахад тулгуургүй хэсгийн урт нь их байдаг тул гулсах магадлал нь 2.3Ö-оор их байдаг. Пермийн түвэрт ажиллуулагчид тулгуургүй хэсгийг 12 метрээр хязгаарлах замаар гулсах явдлыг 62% бууруулжээ.

Туршлагын жишээ: Тохируулга дараах цооногийн гулсах үзэгдэл, Гольфын мөрний цөмөрхөг цооног

2021 онд 3,500м ТVD гүнд гүйцэтгэсэн усан доорх төсөл нь цооногийн диаметр 17% багасаж хавтгайрсан бөгөөд энэ нь цооногийн төгсгөлд 90 хоногийн дотор үүссэн байв. Энэ үзэгдлийг 14 метр тулгуургүй хэсэг дээр 12,500 psi гадны даралт үйлчилсэнээр дүгнэсэн байна.

Стратеги: Тулгуурын хэсгийг оновчтой байрлуулж, цементийн наалдац үүсгэх замаар цооногийн тулгуургүй хэсгийн уртыг багасгах

Солонгос далайн туршилтаар 8 метр тутамд тулгуурын хэрэгслийг байрлуулж, смолын суурьтай цементийн системийг ашигласнаар ачааллыг тэгш хуваарилж 78% сайжруулжээ. Энэ арга нь цооногийн хазайсан чиглэлд ч тулгуургүй хэсгийн уртыг 5 метрээс доош байлгаж чадав.

Хүнд нөхцөл бүхий хэлбэрт бүтцийн тогтвортой байдлыг хангахын тулд Do/T харьцааны оновчлолт хийх

Диаметр зузааны харьцаа (Do/T) их байх нь цохлын хугаралд холбоотой

Талбайн өгөгдлүүдээс харахад тогтворгүй шламын чулуулгийн дотор цохлын гуурсны 47% хэмжээний гэмтэл Do/T харьцаа 30:1-ээс дээш байх гуурсанд тохиолддог (2023 оны Шургалтын бүтцэд тайлан). До/Т харьцааны 5 нэгжээр нэмэгдэхэд бат бөх чанар нь 18–22%-иар буурдаг бөгөөд энэ нь ханын зузаан багасахад хэлбэр дээрх даралт тэнцвэргүй байх үед хугарал үүсдэг.

Do/T харьцааны цохлын бүтцийн тогтвортой байдлын ачаалал дээр үзүүлэх нөлөө

Do/T харьцаа болон шахах даралтын хамаарал нь шугаман бус хэлбэрээр илэрдэг:

P110 цементийн материалын 5C3 уналтын тестийн API-гийн мэдээлэл

Туршлагын жишээ: Энгийн ба нарийн цементийн гүйцэтгэлийн харьцаа тогтворгүй давхаргууд дээр

2022 оны төсөл Сычуань бассейнд 9â…¥" цемент (Do/T 28:1) ба нарийн 7" цемент (Do/T 22:1)-ийг харьцуулж үзэв. 18 сарын дараа ижил гео даралтын нөхцөлд энгийн цемент 3.2 мм-ийн овал болон нарийн цемент 0.8 мм-ээр өөрчлөгдсөн.

Өндөр эрсдэлтэй, гүн урт нэвтрэлтийн төрлүүдэд Do/T харьцааны утгыг бууруулах чиг хандлага

Мексикын буланд ажиллаж буй компаниуд одоо 15,000ft TVD-с давсан цоонхонд Do/T харьцаагаа <25:1 гэж тогтоожээ. Энэ нь 2010 оны загваруудтай харьцуулахад 35% бууралт юм. Энэ нь геомеханик эрсдлийг чухалчилсан шинэчилсэн ASME B31.8 зааваруудтай таарч байна.

Стратеги: Гүн, даралт, чулуулгийн төрлөөр Do/T-ийн оновчтой утгыг сонгох

Гурван түвшний сонголтын матриц үүсэж байна:

1. Do/T 15–20:1: Давст чулуу, тектоник бүс (гадаад даралт >10,000psi)
2. Do/T 20–25:1: Ердийн цөм (5,000–10,000psi)
3. Do/T 25–28:1: Ижил төрлийн бүс (давление <5,000psi) даралтын горимыг хянах системтэй

Бага дотоод даралт ба сорох байдал дахь цилиндр бүрхүүлийн загварыг шалгах

Цонх битгий нээх үед цилиндр бүрхүүл дээрх даралт ба ажил үйлчилгээнд цохилт өгөх

Цилиндр бүрхүүлийн гадна талын даралт дотоод даралтаас давж буурвал цохилтын эрсдэл үүсдэг. 2022 онд SPE сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгаагаар бага даралттай нүхнүүдийн нийт цилиндр бүрхүүлийн 25% нь ажил үйлчилгээний явцад, тухайн тохиолдолд дотоод даралт 5 МПа-аас доош буурсан үед гэмтдэг байна. Хүмүүс ихэвчлэн анхаардаггүй зүйл бол гадаад хүч дотоод хүчийг давж авдаг даралтын эсрэг байдал юм. Ихэнхдээ уламжлалт цилиндр бүрхүүлийн загвар энэ талаар бодитой тооцоолдоггүй ч гэмтэлд хүргэж болзошгүй.

Сорох ба шилжилтийн даралтын нөхцөлд цилиндр бүрхүүлийн зузааныг шалгахын чухал байдал

Цилиндр бүрхүүлийн зузааныг шалгахын тулд имитацийг зохиох шаардлагатай бүрэн сорох нөхцөл (Дотоод даралт нь 0 psi) хамгийн их хүлээж болох гадаад ачаалалтай нэгдэж байгаа нь гол анхаарах зүйл юм. Тусгайлан анхаарах зүйлс дараахь байдал орно:

• CO₂ нэвтруулэх/саслах үеийн даралтын богино хугацаат өөрчлөлт
• Цементийн бүрхүүлийн чанар 20 гаруй жилийн хөндийн амьдралын туршид унаж ирэх
• Хүйтэн эсвэл далайн ёроолын орчинд термал агшаалт
  API TR 5C3 удирдамж нь 1.25-аас доошгүй аюулгүй байдлын нөөцийг савны доторх хоосон зайг тодорхойлох нь – стандарт даралтын зуучлалын хүчин зүйлээс 20% -иар нэмэгдүүлэх

Тухайн тохиолдол: Хоосон зай үүсгэх нөхцөл бүхий газрын доорхи нүүрстөрөгчийг хадгалах жишээ

Пермийн сав газарт нүүрстөрөгчийг хадгалах төсөл хэрэгжүүлэх үед 12 мм овалжилт 18 сарын туршид хоосон зай-даралтын нөхцөлд ажилласны дараа үйлдвэрлэлийн цилиндрт эвдрэл үүсэв. Эвдрэлийн дараах шинжилгээнд илэрсэн нь:

Бат бөх байдлын коэффициентийг бага дотоод даралтанд тэсвэртэй ажиллагааг бий болгохын тулд хэрэглэх нь

Орчин үеийн цилиндрт системийн загварчлалын ажлын урсгалд дамнуурын даралтын таамаглалыг магадлалын загварчлалаар тодорхойлох нь Түлшлэгийн нөөцийг нэмэгдүүлэх (EOR) болон газрын дулааны ашиглалтад чухал ач холбогдолтой юм. Зохистой практикуудад дараахь аргууд ордог:

• Ингэхдээ түгээмэл хэрэглэгддэг байвал тэгш хэмт загваруудыг ашиглахын оронд гурван тэнхлэгт хүчлэгийн шинжилгээ хийх
• SCADA интеграц холболтоор дамжуулан бодит цагийн даралтын хязгаарын нөхцөлийг шинэчлэн ашиглах
• Төвөгтэй ажлын нөхцөлд тэсвэртэй гангуудыг тодорхойлох нь Т95-г шиг

Эдгээр арга хэмжээ нь цилиндрт системийн бүхэл бүтэн байдал нь дотоод даралт нь формацийн шингэний налуугаас доогуур унах үед хадгалагдахад тусалдаг. Энэ нь ирээдүйн энергийн инфраструктурын төслүүдийн чухал шаардлага юм.

Цилиндрт системийн загварчлалд хөгжилтэй механик загварчлал ба Төгсгөл элементийн шинжилгээ

Цемент-формацийн харилцан үйлчлэлээс болоод цилиндрт системийн орчмын хүчлэгийн тэнцэтгэлгүй тархалт

Өнөөгийн цемент хийх системүүд нь цемент орчны чулуулгийн хамт үйлчилж тодорхой даралтын бүсүүдийг үүсгэх үед хүнд хүчний нөхцөлд тулгардаг. Энд зөвхөн ердийн гадны даралтаар тайлбарлах боломжгүй бөгөөд цемент нь чулуулгийн материалын хамт ханын дагуу тэнцвэргүй хүчний тархалтыг үүсгэдэг. Ийм тэнцвэргүй байдал нь хүмүүс ихэвчлэн бодож байгаа шиг хурдан хугацаанд элэгдэлтийн асуудлыг хурдасгаж байна. Инженерүүд энэ бүхий л асуудлыг шийдэхийн тулд төгсгөлөг элементийн шинжилгээ (FEA) гэж нэрлэгдэх зүйлийг ашиглаж эхэлсэн. FEA багажны тусламжтайгаар тэд цементийн холболтын нарийн түүхийг микрон хэмжээнд хүртэл судалж чаддаг. Тэд олж мэдэж буй нь ихэвчлэн гайхшруулдаг, учир нь шулуун шугаман байдлыг үндэслэл болгосон өмнөх аргуудын тооцоололд олон сул талууд илэрдэггүй байна.

Орчин үеийн хүчний стрессын нөхцөлд цилиндр хийх механик загварчлалын хөгжил

Олон физикийн симуляцийд сүүлийн үеийн амжилт нь температурын ялгааг, чулуулагийн пластик чанар, шингэний доторх дээд хэмжээний коррозийг зэрэгцээгээр нь тооцож эхэлсэн. 2024 оны судалгаагаар 17 геотермал цоон худагнаас цуглуулсан өгөгдлүүдийг ашиглан эдгээр загваруудыг баталгаажуулж, цоонд хийцийн хэмжээнд 92% нарийвчлалыг хүртэл таамагласан. Энэ нарийвчлал нь инженерүүдэд гео-даралтын бодит цагийн шинэчлэлтүүдийн дагуу ханын зузааныг динамик аргаар тохируулах боломжийг олгодог.

Цоон-цемент-хүрээлэн бүрдүүлэгч системийн төгсгөлийн элементийн шинжилгээ: Холболтоо алдалт, жижиг хонхруудыг урьдчилан сэргийлэх

Төгсгөлийн элементийн шинжилгээний бодит утга нь цоон, цементийн бүрхүүл, түрхэх чулуулаг гэсэн гурван талт системийг шинжлэхэд илэрдэг. Дулааны цикллэг, даралтын сэгсрэлийг симуляци хийж инженерүүд өндөр энтальпийн эрдэс нөөцийн хувьд холболтоо алдалтын эрсдлийг тодорхойлдог. 2023 оны амжилттай арга нь цементийн уян харимхай модулиудыг FEA-д суурилсан материалыг сонгох замаар хүчилтөрөгчтэй хийн цоонд жижиг хонхруудын үүсэлтийг 40%-иар бууруулж чадсан.

Тухайн тохиолдол: Таримын түүхийд даралт ихтэй, температур өндөртэй цооныг бүх системийн FEA-гаар баталгаажуулсан

Хятадын Таримын хөндийд үргэлжлүүлэн хэрэгжүүлж буй HPHT төсөл нь FEA-г бодитоор туршиж үзэв. Инженерийн баг нь цоонхны хашууд эдгээр хүчтэй нөхцөлд яаж тэсвэл зохихыг таамаглахын тулд харьцангуй нарийн төвөгтэй элементийн шинжилгээний программ хангамж ашиглан симуляцийг явуулжээ. Энд 162 МПа хүртэлх давление, 204 хэмийн хүртэлх температурын тухай асуудал байна. Хоолой бууруулалтыг хийсний дараа тэд хийсэн симуляцийн үр дүнг бодит хэмжилттэй харьцуулан үзэв. Тэд юу олсон бэ? Бодит өгөгдөл болон компьютерийн загварын хооронд 0.5%-аас бага зөрүү гарчээ. Ийм нарийн үр дүн нь инженерүүдэд ийм төрлийн хатуу дэд газрын нөхцөлд ажиллахдаа итгэл өгдөг, учир нь энд гарсан алдаа их зардалд хүргэж болзошгүй юм.

Онол болон гүйцэтгэлийн хоорондох зөрүүг арилгахын тулд FEA болон талбайн өгөгдлийг интеграцлах

Одоогоор инженерийн туршилтын өгөгдлийг FEA загварууд руу буцаан явуулж буй салбарын урдчилсан үйл ажиллагааны төрлүүд нь вибрацийн загвар, эргэлтийн моментийн хэмжилт, үйл ажиллагааны явцад гарч буй эвзэг даралтын үзүүлэлтүүдийг хэлэх боломжтой. Ийм төрлийн хариу холбооны системийг нэвтрүүлснээр нэг шэйл газрын төсөл нь 50 цоонд бүрэн хүрээний хугарлыг ойролцоогоор 31% бууруулжээ. Энэ нь инженерүүд зөвхөн статик загварын бодлого дээр тулгуурладаг байсан өмнөх арга барилаас харьцуулахад маш сайн үр дүн юм. Энд бид юу болохыг нь үзэж байгаа бол цаг хугацааны туршид хүрээ хэрхэн даацын тэсвэртэй байж чаддаг талаарх бодох арга барилын шинэ чиглэл юм. Компьютерийн симуляци болон бодит нөхцөлд цоон хийх үеийн мэдээллийг хослуулах замаар хүрээний бат бөх байдлын салбарт тодорхой чиглэлээр өөрчлөлт орж ирсэн болно.

Түгээмэл асуулт

Гадаад даралтанд цоон хийх хоолойн ханын зузааныг бодох гол зорилго юу вэ?

Хамгийн гол зорилго нь хөрсний даралт, гидростатик хүч нь шахалтын дор үлдэх үед цоонд нь хэвийн бүтцийн бат бөх байдал хангах явдал юм.

ASME B31.3 стандарт нь ханын зузааныг тооцоолоход яаж тусалдаг вэ?

ASME B31.3 стандарт нь гадаад даралт, цооногийн гадаад диаметр, материал бат бөх байдал, холболтын үр ашиглалтыг үндэслэн шаардлагатай ханын хамгийн бага зузааныг тодорхойлох томъёог олгож өгдөг.

Цооногийн загварчлалын дизайнд гео-даралтын бодит цагийн загварчлал яагаад чухал байна вэ?

Бодит цагийн гео-даралтын загварчлал нь үйл ажиллагааны явцад динамик шинэчлэлт, тохируулгыг хийх боломжийг олгох бөгөөд нарийн, өндөр даралттай орчинд цооногийн хөндийрөх эрсдлийг ихэд бууруулдаг.

Гүн цооногийн суурьлуулалтад хөндийрөл, шахалтын эвдрэлийг сэргийлэх түлхүү стратегүүд юу вэ?

Стратегийн дунд төвийг нь зөв байрлуулах, цементээр холбох замаар дэмжих, дэмжигдээгүй уртыг багасгах, нарийн элементийн шинжилгээг ашиглан стрессын тархалтыг нарийвчлан загварчлах зэрэг ордог.

Цооногтой хоолойн хэв гэмтэлд До/Т харьцаа яагаад чухал вэ?

До/Т харьцаа нь хоолойн хөндийд үүсэх эсэргүүцэлд шууд нөлөөлдөг бөгөөд илүү өндөр харьцаатай холбоотой байх нь гэмтлийн түвшнийг нэмэгдүүлдэг тул бүтцийн тогтвортой байдалд хүрэхийн тулд оновчтой байлгах нь маш чухал юм.

Хязгаарлагдмал элементийн шинжилгээ (FEA) цооногт хоолойн системийн загварыг зохион бүтээхэд яаж нөлөөлж байна вэ?

FEA нь цооногт хоолой-цемент-хүрээний харилцан үйлчлэлийг симуляци хийх боломжийг олгож, стрессын тархалтын талаар нарийн мэдээлэл өгөх, тэсвэртэй байдал, гэмтэлд тэсвэртэй байх чадварыг сайжруулах зорилгоор оновчтой болгож өгдөг.