Loyiha chuqurligi va tuproq bosimiga mos keladigan qishloq xo'jaligi quvurish devori qalinligini hisoblash

Asosiy tushunchalar Casing pipe Tashqi bosim ostida devor qalinligini hisoblash

Tashqi tuproq va gidrostatik bosimlarning quvurish butunligiga ta'siri

Tashqi tomondan tuproqning siqilishi va yuqoridagi suv vazni quvur devorlariga ta'sir qiluvchi kuchlarni yaratadi va ularni xavf ostiga qo'yadi. Burchak quyish chuqurlikka borar ekan, masalan, 100 metr chuqurlikda, 2023-yilgi sanoat ma'lumotlariga ko'ra, faqatgina suv bosimi taxminan 1,02 MPa ga ko'tariladi. Holat yanada yomonlashadi, masalan, shishaydigan loy qatlamlari kabi qiyinshli holdalarda, bu tomonlama bosimni yanada orttiradi. Barcha ushbu turli kuchlar quvur devorlarida muhandislar aylana tarqoq kuchlanish deb ataydigan hodisaning vujudga kelishiga sabab bo'ladi. Bu esa devorlarning qalinligini hisoblash ishini hal qiluvchi vazifaga aylantiradi, chunki bu quvurlar bosim ostida yoki to'g'ri hamda qiyalangan quduqlarda tashqi tomonga egilishda ham jiddiy nosozliklarga olib kelmasligi kerak.

Tashqi bosim ostida quvur devori qalinligini hisoblashning asosiy tamoyillari

Tashqi bosim ostida joylashgan quvurshab devorining qalinligini aniqlashda, muhandislar ko'pincha ASME B31.3 standartlariga murojaat qilishadi. Ular quyidagi asosiy formulani qo'llashadi: t_min teng (tashqi bosim ko'paytirilgan tashqi diametr) bo'linadi (ikkiga ko'paytirilgan materialning egilish kuchiga va birlashma samaradorligiga qo'shiladi 0,4 tashqi bosim). Tafsilotlari: t_min minimal kerakli qalinlik, P_ext tashqi bosim sifatida o'lchanadi, D_o quvurshab tashqi diametrini, S materialning egilish kuchini, E esa birlashma samaradorligini ifodalaydi. Amaliyotda xavfsizlik chegarasi va ishlab chiqarish chegaralari orasida muvozanat topish muhimdir. Devorlarni juda qalin qilish ishlab chiqarish xarajatlarini sezilarli darajada oshiradi, 2022-yilgi SPE Drilling ma'lumotlariga ko'ra, chiziqli oyoq uchun taxminan 18-42 AQSH dollari qo'shimcha sarf qilinadi.

Dastlabki qalinlikni baholashda geologik va geosimob bosim ma'lumotlarining roli

Hosil bo'lish turi va pora bosimi gradientlarining geomexanik modeli asosiy qalinlik talablari aniqlanadi. 2,1+ sg ekvivalent loy vaznini talab qiluvchi slanets hosil qiluvchi qatlamlar barqaror qumtoshli qatlamlarga qaraganda devor qalinligini 15–25% ko'proq talab qiladi. Hozirgi kunda tezkor loggey (LWD) ma'lumotlari teshikka tushirish jarayonida dinamik sozlashni amalga oshirish imkonini beradi.

Tadqiqot holati: Sichuan botig'ida chuqur burilgan teshik tashqi katta yuklarga duch keladi

Sichuanning Longmaxi slantsida 7850 m gazli quduq tashqi yuklarning 138MPa ga bardosh berish uchun 18,24 mm devor qalinligi bilan N80 quvur talab qilindi. O'rnatishdan keyin olingan kaliper logi natijalari uchta uzilish zonasi orqali tektonik kuchlanishlarga qaramay <0,3% ovalaqligini tasdiqladi, bu ASME asosidagi loyihalash yondashuvini tasdiqlaydi.

Yangi tendentsiya: Quvur loyihalashda haqiqiy vaqtda geosimob bosimi modeli

Yaxshi mutaxassislarning ayni paytdagi avlodlari ma'lumotlarni o'qish jarayonida mashina o'qishini taqsimlangan optik tolali sensorlar bilan integratsiya qilish orqali sementlash davomida qutish modellarini yangilash imkonini beradi. SPE texnik maqolalarda 2022-yilda o'tkazilgan sinovdan kelib chiqib, ushbu yopiq tsikl yondashuvi SSB quduqlarida vayron bo'lish hodisalarini 41% ga kamaytirgan.

Chuqur qutish o'rnatishlarda chayqalish va siqilish natijasida vayron bo'lishning oldini olish

Siqilish va chayqalish tufayli qutish vayron bo'lishining maydon hodisalari

2022-yilda 17 ta chuqur suv loyihalarining tahlili 35% qutish deformatsiyasining sababi aniqlanmagan chayqalishdan kelib chiqqanligini, shu bilan birga o'rtacha ta'mirlash xarajatlari hodisa boshiga 2,1 million AQSH dollari tashkil qilganligini ko'rsatdi. Bunday vayron bo'lishlar tez-tez o'rnatishdan keyin hafta yoki oy o'tgach sodir bo'lgan, bu esa tashabbusga uzoq muddatli tashabbusga qarama-qarshi strukturaviy javoblarni keltirib chiqargan.

Chayqalish va qutish naychalari siqilishidan vayron bo'lish mexanizmi Quvurlar

Agar o'qilma siqilish kuchlari qobiqlanishning me'yorida bo'lgan kritik yuklamani bartaraf etish imkoniyatidan oshib ketgan bo'lsa, buklanish boshlanadi. Bu kritik yuklamani hisoblash uchun formula quyidagicha ko'rinadi: Pkr teng pi kvadratga ko'paytirilgan E ga I ni (K ga L) kvadratga bo'linganda. Men o'zgaruvchilarni tezda tushuntirib beraman - E elastik modulni, I inertsiya momentini, K esa shartlarni hisobga oluvchi omilni, L - qobiqlanishning qo'llab-quvvatlanmagan uzunligini anglatadi. Endi qiziq narsa shuki, shish beruvchi loyli bo'lgan slanets hosil qiluvchi qatlamlar odatda kuzatiladiganlardan katta tomonlama kuchlarni yaratadi. Bu esa kritik yuklama qiymatiga sezilarli ta'sir qiladi. Haqiqatan ham, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ushbu slanets sharoitlarida Pkr qumtosh qatlamlarida kuzatiladigan qiymatga qaraganda taxminan 40% kamayadi. Bu muhandislarning loyihalash bosqichida e'tibor qaratishlari kerak bo'lgan katta farqdir.

Gorizontal va chuqur qudullarda qo'llab-quvvatlanmagan uzunlikning buklanish xavfiga ta'siri

Gorizontal chegara quduqlari vertikal quduqlarga qaraganda 2,3 marta ko'proq qisqarish xavfini tug'diradi, chunki ularda qo'llab-quvvatlanmagan qismlar uzunroq bo'ladi. Permian basseynida operatorlar markazlashtiruvchilarni yaxshiroq joylashtirish orqali qo'llab-quvvatlanmagan qismlarni 12 metrga cheklangandan keyin vayron bo'lish hodisalari 62% kamaydi.

Ishonch: Oshkorbekdan keyingi o'rnatishda oynagan quduq, Meksika qo'ltig'i

2021-yilda 3500 m TVD chuqurlikda amalga oshirilgan dengiz quduq loyihasida 90 kun ichida quvur diametrining 17% ga kamayishi (ovalizatsiya) sodir bo'ldi. Chekli elementlar tahlili shuni aniqladiki, 14 metrli qo'llab-quvvatlanmagan qismga 12500 psi tashqi bosim qo'llanilgani sabab bo'ldi.

Strategiya: Markazlashtiruvchilar va sement bog'lanish yordamida qo'llab-quvvatlashni optimallashtirish orqali samarali uzunlikni kamaytirish

Shimoliy dengizda o'tkazilgan sinovlar 8 metr intervalda joylashtirilgan markazlashtiruvchilar va sintetik sement tizimlarining hamkorligi yukni taqsimlashni 78% gacha oshirishini ko'rsatdi. Bunday yondashuv samarali qo'llab-quvvatlanmagan uzunlikni hatto kuchli og'ishli quduq yo'nalishlarida ham 5 metrdan kam qildi.

Murakkab shakldagi hosilalar uchun strukturaviy barqarorlikda Do/T nisbatini optimallashtirish

Kenglik-diametr (Do/T) nisbati yuqori bo'lgan qazish vositalarining vujudga keltirgan muvaffaqiyatsizliklar

Hududiy ma'lumotlar shuni ko'rsatmoqda nima uchun 47% qazish trubasi muvaffaqiyatsizliklari beqaror slanets hosilalarida Do/T nisbati 30:1 dan yuqori bo'lgan trubalarda sodir bo'ladi (Drilling Integrity Report 2023). Yuqori nisbatlar esa devorlarning noaniq bosim ostida buklanishiga olib keladi va har 5 birlik nisbat ortishiga 18–22% gacha kamayadi.

Do/T nisbatining yuk ostida qazish tizimi barqarorligiga ta'siri

Do/T nisbati va kritik vayron bo'lish bosimi o'rtasidagi munosabat chiziqli bo'lmagan naqshga ega:

P110 qazish materiali uchun API 5C3 sinov natijalaridan olingan ma'lumotlar

Holat tushuntirish: Oddiy va ingichka quvur ishlashi bo'yicha taqqoslash barqaror bo'lmagan qatlamlarda

2022-yilda Sichuan botigida 9â…¥" quvur (Do/T 28:1) ingichka 7" dizaynlar (Do/T 22:1) bilan taqqoslandi. 18 oydan keyin bir xil geosimob bosimlari ostida standart quvurda 3,2 mm ovalayish, ingichka konfiguratsiyada esa 0,8 mm ovalayish kuzatildi.

Xavfli va chuqur qo'llash sohalarida Do/T nisbatlarni kamaytirishga qaratilgan sanoat o'tishi

Meksika qo'ltig'idagi operatorlar endi 15 000 fut TVD dan ortiq chuqurlikdagi quduqlar uchun Do/T nisbati <25:1 ni belgilaydilar – bu 2010-yillardagi dizaynlarga qaraganda 35% kamayish. Bu esa geomexanik xavflarga e'tibor qaratuvchi yangilangan ASME B31.8 ko'rsatmalariga mos keladi.

Strategiya: Chuqurligi, bosimi va jins turiga qarab optimal Do/T tanlash

Uch qavatli tanlash matritsasi shakllandi:

1. Do/T 15–20:1: Tuzli dumlari va tektonik zonalar (>10 000 psi tashqi)
2. Do/T 20–25:1: Oddiy konlar (5 000–10 000 psi)
3. Do/T 25–28:1: Barqaror jinslar (<5 000 psi) kuzatilayotgan bosim rejimlari bilan

Ichki past bosim va vakuum sharoitlarida quvur dizaynini tasdiqlash

Quvur ichida bosim tushib ketganda quvur qoplami vujudga keladi va texnik xizmat ko'rsatish jarayonida qoplamingning vujudga kelishi

Quvur qoplamlari ichki bosimi tashqi bosimdan past bo'lganda, ya'ni quduq yopilganda yoki texnik xizmat ko'rsatish davomida qoplamlarning vujudga kelish xavfi bor. 2022-yilda nashr etilgan SPE jurnalidagi tadqiqotga ko'ra, past bosimli quduqlardagi barcha qoplamlarning taxminan choragi texnik xizmat ko'rsatish davomida, aynan ichki bosim 5 MPa dan past bo'lganda sodir bo'ladi. Ko'plab odamlar tashqi kuchlar ichki qismni ushlab turgan narsadan ustun keladigan bosim teskari vaziyatlarni e'tiborsiz qoldiradi. Ko'pgina an'anaviy quvur loyihalari esa bu jihatni to'liq hisobga olmaydi, hatto e'tiborsiz qoldirilganda ham halokatga olib kelishi mumkin.

Bo'shliq va o'tish bosimi sharoitida devor qalinligini tekshirish muhimligi

Quvur devorining qalinligini tasdiqlash uchun simulyatsiya qilish kerak to'liq vakuum sharoiti (ichki bosim 0 psi) eng yuqori bashorat qilingan tashqi yuklar bilan birlashtiriladi. Asosiy jihatlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• CO₂ injektsiya/chiqarish tsikllari davomida o'tish bosimi o'zgarishlari
• 20 yildan ortiq muddatli guruhdagi sement qavati degradatsiyasi
• Arktika yoki dengiz tagi muhitlarida termik qisqarish ta'siri
  API TR 5C3 ko'rsatmalari quyidagini qo'llashni tavsiya qiladi: vakuum holatlari uchun minimal xavfsizlik omili 1.25 standart bosim loyihalash omillariga qaraganda vakuum holatlari uchun 20% ko'proq.

Ko'rikdan o'tgan holat: Vakuumli sikllanishga ega quruqlikda uglerodni saqlash quduqchasi

Permian basseynidagi uglerod sequesterlash loyihasi 12 mm ovalizatsiya vakuum-bosim sikllanishining 18 oydan keyin ishlab chiqarish qismlarida. Shikastlanishdan keyingi tahlil quyidagilarni aniqladi:

Past ichki bosim ostida ishonchli ishlash uchun xavfsizlik koeffitsientlarini qo'llash

Zamonaviy qoplamalar dizayn jarayonlariga ehtimollar bilan yuk modelini kiritish kiradi eOR va geotermal dasturlarda bosim noaniqlikarini hal etish uchun eng yaxshi amaliyotlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

• Uch o'qli kuchlanish tahlilidan foydalanish an'anaviy ikki o'qli modellar o'rniga
• SCADA integratsiyasi orqali haqiqiy vaqtda bosim chegarasi shartlarini yangilashni amalga oshirish
• Shiddatli xizmat ko'rsatish sharoitlari uchun T95 kabi vujudga qarshilik ko'rsatadigan po'lat navlarini belgilash

Bu choralar ichki bosim darajasi quyidagi shakllanish suyuqligi graduentidan past tushganda qoplamalar butunligini saqlashga yordam beradi – keyingi avlod energiya infratuzilma loyihalarida muhim talabdir.

Qoplamalar tizimi loyihalashda murakkab mexanik model va chekli elementlar tahlili

Sement-shakllanish o'zaro ta'siri tufayli qoplamada atrofida noyob kuchlanish taqsimoti

Bugungi ko'zgu tizimlari sement atrof-muhitdagi shakllar bilan o'zaro ta'sirlashayotganda vujudga keluvchi maxsus bosim zonalarini hosil qiladi. Bu yerda oddiy tashqi bosimdan ko'ra murakkab vaziyatlar mavjud. Sement shakl materiallari bilan uchrashganda, ko'zgu devorlarida nozik kuchlanish tarqalishini yaratadi. Bunday muvozanatsizlik kishilarning odatda kutayotganidan ancha tezroq eskirish va ishdan chiqish muammolarini tezlashtiradi. Muhandislar endi FEA (Finite Element Analysis) deb ataluvchi narsadan foydalanishni boshladilar. FEA vositalari yordamida ular sementning ko'zgular bilan bog'lanishini mikronlarda o'lchab tahlil qilishlari mumkin. Ko'pincha ularning topgan narsalari ularni hayratga soladi, chunki ko'plab zaif nuqtalar eski hisoblash usullari bilan aniqlanmaydi, chunki ular barcha narsaning to'g'ri chiziqli ravishda ishlashini taxmin qiladi.

In Situ Kuchlanishlar Ostida Ko'zgu Mexanik Modelini Yaratishda Yutuqlar

Ko'p fizik simulyatsiyalardagi so'nggi yutuqlar endi bir vaqtning o'zida harorat gradientlarini, tog' jinslarining plastikligi va suyuqlik bilan keltirib chiqarilgan korroziyani hisobga oladi. 2024-yilda o'tkazilgan tadqiqot geotermal quduqlardan olingan maydon ma'lumotlariga qarab 92% aniqlik bilan qoplamalarning deformatsiya chegaralarini bashorat qilishni tasdiqladi. Bu aniqlik muhandislarning geosimqob bosim yangilanishiga asoslanib devor qalinligini dinamik ravishda sozlashiga imkon beradi.

Quvur-sement-shliyak tizimining chekli elementlar tahlili: ajralish va mikro halqalarni oldini olish

Chekli elementlar tahlilining (FEA) asl qiymati — quvur, sement qobi va atroflovchi jinslardan iborat uchlik tizimlarini tahlil qilishda namoyon bo'ladi. Termik sikllash va bosimli shoklarni modellashtirish orqali muhandislar yuqori entalpiyali konlarda ajralish xavflarini aniqlaydilar. 2023-yilda amalga oshirilgan yutuq FEA asosida material tanlash orqali sement elastik modullarini optimallashtirish hisobiga o'tkazli gazli quduqlarda mikro halqalarning vujudga kelishini 40% ga kamaytirdi.

Tadqiqot holati: Barcha tizimli FEA tomonidan tasdiqlangan Tarim botig'idagi yuqori bosimli yuqori haroratli quduq

Xitoyning Tarim botig'ida amalga oshirilayotgan HPHT loyiha FEA ni sinovdan o'tkazdi. Muhandislik guruhining qoplarning shu tarzli kuchli sharoitlarga qanday chidashini bashorat qilish uchun juda murakkab chekli elementlar tahlili dasturidan foydalangan holda simulatsiyalar o'tkazildi - bu yerda 162 MPa gacha yetuvchi hosilaviy bosim hamda taxminan 204 daraja Selsiyga yetuvchi temperaturaga e'tibor qaratilmoqda. Bureniye tugagandan so'ng, ular olingan haqiqiy o'lchovlarni simulatsiyalar bashorat qilgan natijalar bilan solishtirdi. Natijada nima aniqlandi? Haqiqiy dunyo ma'lumotlari hamda kompyuter modellarining farqi 0,5 % dan kam bo'ldi. Bunday aniqlik muhandislarga xatoliklar qimmatga tushishi mumkin bo'lgan qattiq yer osti sharoitlari bilan ishlashda ishonch his etishini beradi.

Nazariya va Ishchi natijalarni Moslashtirish uchun FEA hamda Maydon Ma'lumotlarini Integratsiya Qilish

Sanoaning yetakchi operatorlari bugungi kunda o'z FEA modellariga burilish telemetriya ma'lumotlarini qayta qaytarishni boshlamoqda. Biz nima haqida so'zlayapmiz — bu tebranish naqshlari, moment o'lchovlari, operatsiya davomida kuchli bosim sakrashlari kabi narsalardir. Bunday qayta aloqa tizimini joriy qilgandan keyin, bir shil poydevori loyihasida 50 ta quduq bo'yicha qoplamalarning ishdan chiqish darajasi taxminan 31% ga kamaydi. Bu esa muhandislarning faqat statik loyihalash hisob-kitoblarga tayanishiga asoslangan eski usullarga qiyoslaganda juda ham yaxshi natija. Bu yerda biz aslida qoplamalarning vaqt o'tishi bilan qanday chidamli ekanligi to'g'risida yangi fikrlash usulini ko'ramiz. Kompyuter simulatsiyalarini asl burilish sharoitlaridan olingan haqiqiy dunyo ma'lumotlari bilan birlashtirish orqali qoplamalarning chidamliligi sohasida umumiy yo'nalish o'zgargan.

Ko'p so'raladigan savollar

Tashqi bosim ostida qoplamali quvur devori qalinligini hisoblashning asosiy maqsadi nima?

Asosiy maqsad — tupgaming nuqtai nazaridan tuplarni tashkil etuvchi qismlarning butunligini ta'minlash, shu jumladan, tuproq siqilish kuchi va gidrostatik kuchlar kabi tashqi bosim ostida ularning vujudga kelishini oldini olish.

ASME B31.3 standarti devor qalinligini hisoblashda qanday yordam beradi?

ASME B31.3 standarti tashqi bosim, trubaning tashqi diametri, materialning egilish kuchini va biriktirish samaradorligini hisobga olgan holda minimal kerakli devor qalinligini aniqlash uchun formulani taqdim etadi.

Nima uchun geosimob bosimini real vaqtda modellashtirish muhimlikka ega bo'lyapti?

Real vaqtda geosimob bosimini modellashtirish operatsiyalar davomida dinamik yangilanishlarni va sozlanishlarni amalga oshirish imkonini beradi, murakkab va yuqori bosimli muhitlarda ularning vujudga kelish xavfini sezilarli darajada kamaytiradi.

Chuqur o'rnatilgan trubalarda egilish va siqilishdan saqlanishning asosiy strategiyalari qanday?

Strategiyalar markazlashtiruvchilar va sement bilan bog'lanish yordamida qo'llab-quvvatlashni optimallashtirish, foydali uzunlikni kamaytirish hamda aniq kuchlanish taqsimoti modellashtirish uchun chekli elementlar usulidan foydalanishni o'z ichiga oladi.

Nima uchun Do/T nisbat devon naylarning ishdan chiqishini boshqarishda muhim hisoblanadi?

Do/T nisbat bevosita vujudga kelish qarshilikka ta'sir qiladi; yuqori nisbatlar ishdan chiqish darajasini oshirish bilan bog'liq bo'lib, tuzilmaning barqarorligini saqlash uchun optimallashtirish zarur bo'ladi.

Chekli elementlar usuli (FEA) devon tizimi loyihalashni qanday o'zgartirmoqda?

FEA devon-sement-hosilaviy o'zaro ta'sirlarni murakkab modellashtirish imkonini beradi, kuchlanish taqsimoti to'g'risida batafsil ma'lumot olish va ishlamay qolishga qarshilikni oshirish uchun optimallashtirish imkonini beradi.