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ケーシングは、掘削孔の掘削部分に組み立てられ、挿入される大口径パイプです。脊髄を保護する脊椎の骨と同様に、ケーシングは掘削孔内に設置され、坑井水を保護し、支えます。下部（場合によっては全体）は通常、セメントで固定されます。[1]より深いストリングは通常、地表まで完全にセメントで固定されないため、パイプの重量は坑口のケーシングハンガーで部分的に支える必要があります。
所定の位置にセメントで固定されたケーシングは、いくつかの方法で掘削プロセスを支援します。[2]
- 淡水井戸ゾーンの汚染を防ぎます。
- 不安定な上部地層が陥没してドリルストリングが固まったり、大きな洞窟が形成されたりするのを防ぎます。
- 高密度の掘削流体を使用してさらに深く掘削を継続できるように、強力な上部基礎を提供します。
- 掘削された地層内の圧力や流体が異なる可能性のあるさまざまなゾーンを互いに分離します。
- 高圧ゾーンを地表から遮断し、噴出の可能性を最小限に抑えます。
- 生産ゾーンへの液体の損失や汚染を防ぎます。
- 生産設備を設置するための滑らかな内部ボアを提供します。
ケーシングプログラムの最適設計により、井戸建設コストが削減され、作業効率が向上し、環境への影響も軽減されます。[3]
生産チューブと呼ばれるわずかに異なる金属ストリングは、生産流体を封じ込めて地下貯留層から地表に輸送するために、セメントを使用せずに井戸の最終ケーシングストリング内で使用されることがよくあります。
デザイン
井戸の計画段階では、掘削技術者が、通常は地質学者などからの意見を参考にして、掘削が目的の総深度に達するために穴をケーシングする必要がある戦略的な深度を選択します。この決定は、地層の圧力や強度、井戸の健全性などの地下データに基づいて行われることが多く、[4]コスト目標や目的の掘削戦略とのバランスが取られます。[2]
ケーシング セットの深さが決まったら、穴のサイズとケーシングのサイズもそれに従って決める必要があります。各ケーシングストリング用に掘削する穴は、ケーシングをその中に入れられる大きさでなければならず、ケーシングの外側と穴の間にセメントを入れる余地が必要です。また、掘削を続ける後続のビットは、当然既存のケーシング ストリングを通過する必要があります。したがって、各ケーシング ストリングの直径は、その後小さくなります。最終ケーシング ストリング (またはライナー完成の場合には最後から 2 番目のストリング) の内径は、生産チューブと、パッカー、ガス リフト マンドレル、地下安全弁などの関連ハードウェアに適合する必要があります。
設計されたパイプの各サイズのケーシング設計は、掘削中および井戸の生産寿命中に直面する可能性のある最悪の条件を計算することによって行われます。縦方向の引張強度、破裂および崩壊抵抗（軸方向および周方向の応力の二軸効果を考慮して計算）などの機械的特性は、さまざまな深さで十分である必要があります。強度の異なるパイプは、多くの場合、長いケーシング ストリングで構成されており、通常は上部で軸方向の張力が最大になり、内部の破裂圧力差も最大になり、井戸の深部では外部圧力と低下した内部圧力による崩壊荷重が最大になります。
ケーシング ストリングは、坑口に設置されたケーシング ハンガーによって支えられており、このケーシング ハンガーの上には、後でクリスマス ツリーが取り付けられます。坑口の下部メンバーは、通常、最初のケーシング ストリングが所定の位置にセメントで固定された後に、その上に設置されます。
間隔
通常、井戸には、前のケーシングラン内に連続して配置された複数のケーシング間隔が含まれます。[2]石油井戸やガス井戸では、通常、次のケーシング間隔が使用されます。
- 導体ケーシング
- 表面カバー
- 中間ケーシング（オプション）
- 生産ケース
- 生産ライナー
導体ケーシングは、掘削作業中の支持材として、また掘削中の逆流防止や表面ケーシングのセメント固定、地表付近の緩い土の崩壊防止などの役割を果たします。通常、そのサイズは18～30インチ（460～760 mm）程度です。[5]
表面ケーシングの目的は、掘削および仕上げ中に淡水域が汚染されないように隔離することです。表面ケーシングは、環境問題のため、ケーシングの深さやセメントの品質の規制など、最も厳しく規制されています。表面ケーシングの一般的なサイズは13です。+3⁄8インチ（ 340mm）。 [ 5 ]
掘削間隔が長くなると、掘削泥水の重量により静水圧が発生し、浅い層や深い層が破壊される恐れがあるため、中間ケーシングが必要になる場合があります。ケーシングの配置は、掘削流体の静水圧が層間隙水圧と破壊圧力の間の圧力レベルに保たれるように選択されます。[6] [5]
コストを削減するために、以前のケーシング間隔のシュー（底部）のすぐ上に伸び、地表ではなく坑井の底から垂れ下がるライナーが使用されることがあります。ライナーの多くは生産チューブの直径と一致していますが、通常は7インチです。[5]
実際にケーシングを通して生産する井戸はほとんどありません。生産流体が鋼を腐食したり、アスファルテンやパラフィンワックスなどの堆積物を形成したり、直径が大きいと流れが不安定になる可能性があるためです。したがって、生産チューブは最後のケーシングストリング内に設置され、チューブの環状部は通常、パッカーによってチューブの底部で密閉されます。チューブは、メンテナンス、交換、またはさまざまなタイプの作業オーバー操作のために簡単に取り外すことができます。チューブはケーシングよりも大幅に軽量で、穴に出入りするための掘削リグを必要としません。この目的には、より小型の「サービスリグ」が使用されます。
セメント
セメント充填は、ケーシングの内部を循環するセメントスラリーをケーシング ストリングの下部にあるケーシング シューを通して環状部に送り出すことによって行われます。ケーシングの外側の必要な間隔でセメントスラリーを正確に配置するために、セメントスラリー カラムの後ろのプラグに置換流体を送り込みます。このプラグはケーシング シュー内で「隆起」し、シューを通る流体のそれ以上の流れを防ぎます。この隆起は、セメント ポンプの圧力スパイクとして表面で確認できます。セメントがケーシングの内部に逆流するのを防ぐために、ケーシング シューの上にあるフロート カラーがチェック バルブとして機能し、流体が環状部からシューを通って上方に流れるのを防ぎます。
ケーシングの摩耗
ケーシング内で軸方向および回転方向の動きが長時間にわたって繰り返されると、ケーシング内部が摩耗し、噴出、生産損失、その他の危険でコストのかかる合併症が 発生する可能性があります。
以下の条件はケーシングの摩耗に影響します。
- ドリルパイプ重量
- 泥と添加物
- RPMとROP
- ツールジョイントコーティング
- ウェルパスとドッグレッグ
ケーシングの摩耗を最小限に抑えるための予防措置に関する推奨事項は次のとおりです。
- ドッグレッグの厳しさを最小限に抑え、実際のドッグレッグが計画値の少なくとも 1.5 倍になることを予想します。
- ケーシングに優しいツールジョイント材料の使用。
- ローター速度を最小限に抑え、ダウンホールモーターを使用します。
- ROP を増やします。
- 適切な泥の種類を選択し、潤滑剤を追加して摩耗と摩擦を最小限に抑えます。
- ドリルパイププロテクターの使用。
- 摩耗が予想されるセクション領域に厚肉ケーシングを使用します。
- リスクを軽減するためのソフトウェアの使用。
参考文献
- ^ 「ケーシングはどのように機能するのか？」www.rigzone.com 。 2018年7月5日閲覧。
- ^ abc ラビア、フセイン (1986)。石油井戸掘削工学。シュプリンガー。pp. 185–243。ISBN 0860106616。
- ^ Fontenot, Kyle R.; Strickler, Bob; Warren, T. (2005). 「ケーシングを使用した方向性井戸の掘削」。オイルフィールドレビュー。S2CID 16241819 。
- ^ Wagner, RR; Warling, DJ; Halal, AS (1996 年 1 月 1 日)。最小コストのケーシング設計。石油技術者協会。doi : 10.2118/36448- MS。ISBN 9781555634230。
- ^ abcd 石油工学ハンドブック、第2巻：掘削工学。石油技術者協会。2007年。287〜288頁。ISBN 978-1-55563-114-7。
- ^ 米国特許 2012174581A1、「地熱発電のための閉ループシステムおよび方法」
外部リンク
- セメント工
- シュルンベルジェ油田用語集: ケーシング 2012-07-16 にWayback Machineでアーカイブ
- ケーシングはどのように機能しますか?