Σχεδιομελέτη επένδυσης σε βαθειά κεκλιμένη γεώτρηση παραγωγής υδρογονανθράκων.

Abstract

Καθώς οι ενεργειακές απαιτήσεις σε παγκόσμια κλίμακα συνεχίζουν να αυξάνονται με ιλιγγιώδη ρυθμό, η ανάγκη παραγωγής υδρογονανθράκων καθίσταται καθημερινά πιο επιτακτική. Δεδομένου ότι μετά από 150 χρόνια συνεχούς παραγωγής τα «εύκολα» ανακτήσιμα αποθέματα έχουν πλέον εξαντληθεί, οι εναπομείναντες προς εκμετάλλευση ταμιευτήρες βρίσκονται σε μεγάλα βάθη, συχνά σε θαλάσσια περιβάλλοντα. Για την παραγωγή των περιεχόμενων υδρογονανθράκων απαιτείται η διάνοιξη βαθέων γεωτρήσεων, συχνά σε βάθος μεγαλύτερο των 20,000’, οι οποίες πραγματοποιούνται τμηματικά, σε τρία έως έξι στάδια. Σε κάθε στάδιο η διάτρηση γίνεται με κοπτικά ίδια διαμέτρου έτσι ώστε η διάμετρος του φρέατος να είναι σταθερή καθ’ όλο το μήκος του σταδίου, ενώ στη συνέχεια τοποθετείται χαλύβδινος σωλήνας υψηλής αντοχής για την προστασία της γεώτρησης από την κατάρρευση των τοιχωμάτων. Ο σχεδιασμός και η διαστασιολόγιση της τοποθετούμενης χαλύβδινης επένδυσης (casing) αποτελεί ένα από τα πλέον σύνθετα προβλήματα σχεδιασμού στο χώρο των βαθέων γεωτρήσεων καθότι είναι δύσκολος ο προσδιορισμός της εντατικής κατάστασης της επένδυσης. Επιπρόσθετα, ο υπολογισμός των ορθών και διατμητικών τάσεων καθώς και αυτός της δυσμενέστερης φόρτισης απαιτούν σύνθετους υπολογισμούς. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία μελετάται η τοποθέτηση επένδυσης σε μια βαθιά κεκλιμένη γεώτρηση παραγωγής υδρογονανθράκων. Με δεδομένα τη χάραξη της γεώτρησης (path) και τις επικρατούσες πιέσεις πόρων και θραύσης των πετρωμάτων καταρχάς εκτιμώνται τα βέλτιστα βάθη των επιμέρους σταδίων. Στη συνέχεια, προσδιορίζονται τα δυσμενέστερα πιθανά σενάρια (worst case scenaria) φορτίσεων στις οποίες θα μπορούσε να υποβληθεί η επένδυση κάθε σταδίου. Τέλος, πραγματοποιείται ο προσδιορισμός του τύπου και η διαστασιολόγιση των σωληνώσεων επένδυσης λαμβάνοντας επιπρόσθετα υπόψη τους απαιτούμενους συντελεστές ασφαλείας προκειμένου να αντιμετωπιστεί η αναπόφευκτη αβεβαιότητα των παραμέτρων σχεδιασμού.

As energy demand worldwide continues to grow at a breakneck pace, the need for production of hydrocarbons is becoming more urgent. Given that after 150 years of continuous production of the "easy" recoverable reserves have been exhausted, the remaining exploitable reservoirs are now in great depths, often in marine environments. For the production of hydrocarbons is required drilling of deep boreholes, often deeper than 20,000', which are performed partially, in three to six stages. At each stage the perforation is made by cutting the same diameter so that the diameter of the shaft to remain constant throughout the length of the stage. Next is a placed high-strength steel tube to protect the borehole from collapse. The design and dimensioning of the steel liner (casing) to be installed, is one of the most complex design problems in the field of deep drilling because it is difficult to determine the stress condition of the coating. In addition, the calculation of normal and shear stress as well as the worst charge require complex calculations. In this thesis, is studied the placement of a case in a deep inclined hydrocarbon production drilling. Given the design of drilling (path) and the prevailing pore pressure and fracture rocks, first are estimated the optimal depths of the individual stages. Then, a determination is made of the worst possible scenarios (worst case scenaria) loads, which could be subjected on the casing of each stage. Lastly, is carried out the determination of the type and the dimensioning of the lining pipes, taking additionally into consideration the required safety factors, in order to address the inevitable uncertainty of design parameters.