تغییرات دمایی در چاه های نفت و تاثیر آن بر روی وضعیت تنش لوله ها

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی نفت

2 استادیار، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی نفت

چکیده
پیش­بینی دمای چاه هنگام عملیات درون­چاهی و تأثیراتی که بر روی لوله­­ها و وضعیت تنش وارد بر آن­ها دارد یکی از موارد مهم در طراحی عملیات تکمیل، تولید و تحریک چاه­های نفت و گاز می­باشد. تغییرات دمایی در طول عمر چاه می­تواند باعث تغییر در وضعیت تنشی لوله­های درون‌چاهی مانند لوله تولیدی و لوله جداری شده و مشکلاتی از قبیل جابجایی تاج چاه و یا کمانش (Buckling) لوله را ایجاد کند که هم از لحاظ ایمنی چاه و کارکنان و هم از لحاظ اقتصادی می­تواند زیان‌بار باشد. در این مطالعه عملیات مختلف تکمیل، تولید و تحریک در طول عمر یک چاه مانند راندن رشته تکمیل چاه، شروع تولید، بستن چاه، تزریق اسید و دیگر عملیات رایج در چاه­های نفت با ترتیبی کاربردی شبیه­سازی شدند. تغییرات دمایی ایجاد شده در طی این عملیات و تأثیر آن­ها بر روی وضعیت تنش لوله جداری و لوله تولیدی پیش‌بینی و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که تولید درازمدت از چاه بیشترین تغییرات دمایی را در چاه ایجاد می­کند. این افزایش دما در عمق 430 فوتی از چاه که همان عمق mud line می‌باشد به حداکثر مقدار خود رسیده و به دلیل ثابت بودن لوله باعث کمانش آن و ایجاد گشتاور در عمق‌های پایین شده است. هم‌چنین به دلیل تغییرات طول لوله با دما و با گذشت زمان، زمان لازم برای رسیدن دمای لوله تولیدی به حالت پایدار جهت انجام آزمون‌های فشار بر روی لوله تولیدی حدود چند ماه می‌باشد و این نکته باید در آنالیز آزمون فشار لوله تولیدی لحاظ شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Temperature Changes in Oil Wells and Its Effect on Tubulars Stress Condition

نویسندگان English

Aminollah Peyvand 1
Mohammad Fazaelizadeh 2
1 Department of Petroleum Engineering, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Department of Petroleum Engineering, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده English

Research subject: Prediction of the wellbore temperature during the downhole operations and its effects on the stress condition of the tubulars is one of the important factors in design of the completion, production and stimulation operations in oil and gas wells. Temperature changes during the life of the well can change the stress condition of the pipes inside the well, such as the tubing and the casing, and cause problems such as wellhead displacement or buckling of the tubulars, which is dangerous in both terms of safety of the well and personnel and it can also be economically inefficient.

Research approach: In this study, various operations during the life of a well such as running the completion string, production start-up, the well shut in, acid injection and other common operations in oil wells were simulated in a practical order. Temperature changes during these operations and their effect on the stress condition of the wellbore casing and tubing were investigated.

Main results: The results showed that long-term production of the well causes the most temperature changes in the well. This increase in the temperature reached a maximum value at a depth of 430 ft, which is the mud line depth. Further, because the pipe is fixed, it buckles and creates torque at deeper well depths. The results also showed that the time required for the temperature to be completely stable is about a few months, and this should be taken into account in the tubing pressure test analysis.

کلیدواژه‌ها English

Temperature Changes
stress
Casing
Tubing
Completion
Production
[1]. Placido J.C., Ademar P., Paulo L., Pasqualino I. and Estefen S., Stress-analysis of casing string submitted to cyclic steam injection, Latin American and Caribbean Petroleum Engineering, 1997, 1-9, (1)1.
[2]. Shahreyar N. and Finley D., Importance of thermal/stress loading analysis for tubulars in HPHT wells. Offshore Technology, 2014, 1-10, 1(1).
[3]. Carpenter C., Thermal/stress-loading analysis for tubulars in HP/HT Wells, Journal of Petroleum Technology, 2014, 108-111, 66(06).
[4]. Lavrov A. and Torsæter M., Thermal Stresses in Annular Cement: Physics and Mechanics of Primary Well Cementing, SpringerBriefs in Petroleum Geoscience & Engineering, 2016, 10-93, 1(1).
[5]. Bellarby J., Well completion design, Elsevier, Oxford, Vol. 56, NO. 1, 275-284, 2009:.
[6]. Liang Q., Casing Thermal Stress and Wellhead Growth Behaviors Analysis, SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition, Perth, Australia, October 2012.
[7]. Mitchell R.F., Tubing Buckling:The State of the Art, SPE Drilling & Completion, 2008, 361-370, 23(04).
[8]. Almulhe K., Mrsic Z., Thuwaibi M. and Adesegha R., Temperature Effect on HP Gas Well Integrity: Thermal Wellhead Growth Challenges and Solutions, SPE Asia Pacific Oil & Gas Conference and Exhibition, Virtual, November 2020.
[9] Guo X., Liu J., Dai L., Huang L., Wei A., Fang D. and Zeng L., Safety evaluation method of tubing strings in high-pressure, high-temperature and high-yield gas wells based on FIV analysis, Engineering Failure Analysis, 120, 44-105, 2021.
[10] Landmark, A Halliburton Company, WellCAT manual, Landmark Graphics Corporation, 2003.