Advanced Tubing Design

Abstract

Optimal oljeproduksjon krever god tilstrømning av hydrokarboner fra reservoaret til brønnen. Dette innebærer god brønndesign og en av hovedkomponentene i brønnen er produksjonsrøret. Produksjonsrøret transporterer olje og gass fra reservoaret gjennom brønnen på en trygg og kostnadseffektiv måte. Denne oppgaven gir en grundig forståelse og analyse av produksjonsrøret i en brønn.

Følgene faktorer er viktig å vurdere ved utforming av en brønn:

- Utkast av produksjonsrøret, som er et av de første elementene som bestemmes i tidlig fase

- Størrelse på produksjonsrøret som bestemmer underlaget for platå-produksjon, og som dimensjonerer levetid og størrelse på prosessanlegget

- Gassløft, beskyttelse av nedihullsventilen mot scale og andre behov for intervensjon

- Materialkvalitet for å unngå korrosjon og svekkelse av produksjonsrørene

Disse er et av barriere-elementene i primærbarrieren, og må derfor være intakt for å kunne produsere i brønnen. En god brønnintegritet innebærer sikre og gode barrierer i en brønn og er et sentralt element for utformingen av brønnen. Designingen av produksjonsrøret og foringsrøret er en viktig del av brønnintegritet som må ivaretas for å oppfylle kravene til en brønn. Rørene bestemmes ut ifra kravene og deres eksponering for belastninger i brønnens livssyklus.

Når produksjonsrøret skal utformes, bør alle forhold og belastninger som er mulig å oppstå under drift og vedlikehold tas i betraktning. Røret skal kunne bære vekten av forskjellige kompletteringsutstyr, samt ha en akseptabel margin for mulige kritiske belastninger som kan påvirke boreforholdene. Røret må bidra til en sikker og effektiv produksjon, samtidig motstå mulige korroderende væsker fra reservoaret.

Denne oppgaven utdyper designet av et produksjonsrør og ulike faktorer som kan påvirke røret. To brønner med forskjellige brønnbaner har blitt modellert og mulige belastninger i rørdesignene har blitt simulert. Modelleringen består av krefter fra trykk, temperatur og væsker, og en visualisering av hvordan røret er eksponert for hver last som er modellert. Produksjonspakningen påvirker produksjonsrøret på mange måter og derfor er resulterende krefter og pakningskonvolutt blitt evaluert. Den endelige analysen viser hvordan rørbevegelse påvirkes av ulike belastningseffekter og hvordan disse beregningene er utført i forskjellige programvarer.

Phases in an oil production involve many physical elements, and one of the major components in an oil platform is the well. This thesis details the research and depth analysis of designing a tubing, which is the production pipe in a well.

When designing a well, the following must be considered:

- Tubing design, FEED (front end engineering design)

- Tubing size, which is one among many basic procedures for determining plateau production. This includes the size and the life span for the platform which consists of CPF (Central processing facility)

- Gas lift, protection of the DHSV (downhole safety valve) against scale and other issues related to well intervention

- Material quality to avoid corrosion and weakening or damage of the production pipe

These are one of the barrier elements in the primary barrier envelope and must therefore be intact to produce the well safely. Well integrity is a central element for the construction of the well, especially from the safety and economical aspect. An essential part of well integrity is designing the tubing and casing to fit the requirements for a well. When designing a well, tubulars will be selected based on the requirements and their exposure to loads throughout the lifecycle of the well.

All conditions and loads that occur during the operation of a well should be taken care of when designing the tubing. The tubing should have an acceptable margin for critical load cases that may affect well conditions. It should withstand burst, collapse, and tension stresses and be able to bear the weight of completion equipment. In addition, the tubing should resist corrosive fluids coming from the well. The tubing should help to produce the fluids from the formation in a safe manner without causing unconscionable operation problems.

This thesis looks detailed into tubing design and possible factors that may affect the tubing. This is achieved by designing two wells with different wellpaths and analyzing the difference. The modelling consists of forces from pressures, temperatures and fluids, and an illustration of how the tubing is exposed for each load case modelled. As packer affect the tubing in numerous ways, the resulting forces and packer envelope have been evaluated. The final analysis shows how tubing movement is caused by different load effects and how these are calculated in different softwares.