Wojciechowska Katarzyna

8.Opisać objawy występowania zagrożenia erupcyjnego przy wierceniu otworów naftowych.

9. Wymienić rodzaje kolumn rur okładzinowych, podać ich przeznaczenie i najczęściej stosowane średnice.

10. Przedstawić schemat ideowy układu napędowego wiertnicy.

11. Konstrukcje otworów wiertniczych normalnośrednicowych.

12. Obliczenia wytrzymałościowe kolumn rur okładzinowych.

13. Projektowanie mechanicznych parametrów technologii wiercenia otworów.

14. Projektowanie hydraulicznych parametrów technologii wiercenia otworów.

8 Opisać objawy występowania zagrożenia erupcyjnego przy wierceniu otworów naftowych. Zagrożenie erupcyjne oznacza możliwość wystąpienia wywołanego erupcją wiertniczą rozumianą jako przypływ płynu złożowego do otworu wiertniczego spowodowany naruszeniem równowagi między ciśnieniem złożowym a ciśnieniem dennym.

Teoretycznie zjawisko to występuje wówczas, gdy p₁ < p_f gdzie: p₁ = γ_p·H
p₁- ciśnienie wywierane przez hydrostatyczny słup płuczki wiertniczej na poziom warstwy złożowej, p_f - ciśnienie złożowe, γ_p - ciężar właściwy płuczki, H - głębokość występowania złoża. Praktycznie zjawisko to daje znać o sobie w formie zgazowania płuczki wiertniczej lub nieuzasadnionego wzrostu poziomu płuczki w zbiornikach jej obiegu.

Spośród najważniejszych przyczyn wywołujących erupcję można wymienić:

przyczyny geologiczne,

przyczyny technologiczne

Anormalnie duże zagrożenie erupcyjne występuje w otworach wiertniczych. gdy w nieorurowanej części otworu zalegają poziomy o ciśnieniu złożowym bliskim wartości ciśnienia szczelinowania innych skał odkrytych, bądź gdy gradient ciśnienia złożowego jest większy od 0,13 MPa/10m.

OBJAWY W PROCESIE WIERCENIA

- wzrasta objętość płuczki w zbiornikach płuczkowych

- zwiększenie intensywności wypływu płuczki z rury odlewowej

- stwierdza się nagazowanie płuczki

- manometry na przestrzeni pierścieniowej i przewodzie wiertniczym wskazują różne ciśnienia

- zmniejszony ciężar przewodu wiertniczego

- zwiększa się mechaniczna prędkość wiercenia

- zwiększenie koncentracji jonów chloru w filtracie

- zmiana pH płuczki

W CZASIE WYCIĄGANIA I ZAPUSZCZANIA PRZEWODU

- samowypływ z otworu bez ruchu przewodu

- niezgodność objętości płuczki

W CZASIE PRZESTOJU

- samowypływ płuczki z otworu

- wzrost ciśnienia pod zamknietą głowicą przeciwerupcyjną

W przypadku, gdy ciecze (ropa naftowa, woda złożowa) lub gazy, zawarte w utworach geologicznych, są w trakcie wiercenia wyciskane na zewnątrz (do otworu) pod wpływem ciśnienia złożowego, przewyższającego ciśnienie hydrostatyczne słupa płuczki, następują objawy erupcyjne.

9 Wymienić rodzaje kolumn rur okładzinowych, podać ich przeznaczenie i najczęściej stosowane średnice.

W praktyce wiertniczej stosuje się pięć typów kolumn rur okładzinowych: wstępną, prowadnikową, techniczną (pośrednią), eksploatacyjną, traconą (liner) oraz dodatkową. Liczba zapuszczanych kolumn rur okładzinowych uwarunkowana jest przekrojem geologicznym, głębokością i średnicą otworu, technologią wiercenia oraz sposobem eksploatacji poziomu produktywnego.

- Wstępna umożliwia uzyskanie krążenia płuczki w otworze oraz zapewnia stabilność ściany i wylotu otworu po przewierceniu skał słabo zwięzłych (gliny, piaski, żwiry) występujących w pobliżu powierzchni terenu. Głębokość zapuszczania kolumny wstępnej zależy od przekroju geologicznego i wynosi od kilku do 60 m. Przy przewiercaniu skał bardzo miękkich i słabo zwięzłych, głębokość zapuszczania do otworu kolumny wstępnej może dochodzić do 90 m.

- Prowadnikowa umożliwia zamontowanie głowic przeciwerupcyjnych, ponadaje kierunek otworowi wiertniczemu (18 5/8", 16", 13 3/8", 11 3/4"). Stosowana jest w celu:

ochrony przed rozpłukiwaniem i kawernowaniem słabo zwięzłych skał występujących przy powierzchni terenu,

stworzenia warunków do założenia głowicy przeciwerupcyjnej, więźby rur i zasuw wysokociśnieniowych

nadaje kierunek pionowy otworu wiertniczego

zapewnienia krążenia płuczki w otworze,

izolacji poziomów wodonośnych zawierających wodę słodką aby ochronić te wody przed zanieczyszczeniami (ropą, gazem, solanką) pochodzącymi z niżej zalegających poziomów.

Długość kolumny prowadnikowej może być różna. Głębokość jej zapuszczania wynosi od 60 do 900 m, a nawet więcej. Uzależnione jest to od wytrzymałości skał na rozwarstwienie i szczelinowanie hydrauliczne, wielkości ciśnienia płynu złożowego w poziomie udostępnionym w czasie wiercenia otworu poniżej buta rur kolumny prowadnikowej.

- Techniczna (pośrednia)- służy do odcięcia poziomów wodno ropo i gazonośnych, izolacji stref zsypania, kawernowania i wyciskania skał. Służą również do izolowania stref o anomalnie wysokich i niskich stref ciśnienia, Ogólnie służą do orurowania otworu w którym wystąpiły komplikacje wiercenia (11¾ ; 10 ¾" ; 9 i 5/6" ; 8 ¾”; 7 ^l/₂" ; 7" ; 6 i 5/8")

- Eksploatacyjna - Przeznaczona jest ona do oddzielenia poziomu produktywnego od wszystkich pozostałych warstw, uszczelnie­nia tegoż poziomu oraz eksploatacji płynu złożowego (wody, ropy, gazu) But tej kolumny może być usytuowany nad stropem, w środku lub po­niżej spągu poziomu produktywnego w zależności od tego, jaki będzie wybrany sposób dowiercania do złoża.

- Tracona - stosowana jako końcowa kolumna w otworach eksploatacyjnych i poszukiwawczych. Może ona być podwieszona powyżej buta rur kolumny poprzedniej albo zacementowała na zakładkę. Często kolumna ta jest perforowana i wykorzystana jako filtr.

- Kolumna dodatkowa. Jest to cementowana kolumna rur okładzinowych, stosowana łącznie z kolumną traconą. Umieszcza się ją między górną częścią kolumny traconej a wylotem otworu.

10 Przedstawić schemat ideowy układu napędowego wiertnicy.

Wiertnica to zespół funkcjonalnie powiązanych ze sobą urządzeń mechanicznych, zespołów i przyrządów niezbędnych do wykonania otworu wiertniczego. Zadaniem wiertnicy jest umożliwienie wykonywania podstawowych czynności: obracanie przewodem wiertniczym i rdzeniówką, usuwanie zwiercin, popuszczanie przewodu wiertniczego w miarę zwiercania skały na dnie otworu, zapuszczanie i wyciąganie przewodu z otworu wiertniczego i zapuszczanie rur okładzinowych.

W skład wiertnicy wchodzą następujące podzespoły: silnik napędowy (spalinowy, elektryczny lub pneumatyczny), wały, przekładnie, sprzęgła, skrzynia biegów — przenoszące napęd z silnika na urządzenia odbierające, bęben wyciągowy przeznaczony do zapuszczania i wyciągania rur wraz z systemem olinowania na wielokrążku, urządzenia wprawiające w ruch obrotowy przewód wiertniczy wraz z rdzeniówką, mechanizmy służące do popuszczania przewodu wiertniczego i regulowania nacisku na narzędzie wiercące, pompa płuczkowa dla krążenia płuczki lub sprężarka, wieża, maszt lub wieżomaszt.

Schemat ideowy wiertnicy przedstawia się następująco:

11 Konstrukcje otworów wiertniczych normalnośrednicowych.

Projekt konstrukcji otworu powinien odpowiadać geologicznym warunkom wiercenia, uwzględniać przeznaczenie otworu oraz stwarzać warunki do osiągnięcia planowej głębokości i odwiercenia poszczególnych odcinków otworu w najkrótszym czasie.

W celu prawidłowego zaprojektowania konstrukcji otworu wiertniczego należy określić funkcje poszczególnych kolumn rur, stąd można wyróżnić: wstępną, prowadnikową, techniczną (pośrednią), eksploatacyjną, traconą (liner).

Na kolumnę rur okładzinowych działają następujące siły: ciśnienie zgniatające (z zewnątrz), ciśnienie rozrywające (od środka), siła rozciągająca Średnice kolumny eksploatacyjnej dobiera się w zależności od spodziewanej wydajności odwiertu i metody eksploatacji.

Konstrukcja odwiertu podaje liczbę kolumn rur okładzinowych, które mają być zapuszczone do odwiertu, średnicę zewnętrzną i wewnętrzną tych rur, grubość ich ścian, rodzaj stali, z jakiej są one wykonane, następnie rodzaj świdrów, którymi ma się wiercić lub rdzeniować, oraz wysokość słupa cementu poza każdą kolumną rur okładzinowych.

Konstrukcja otworu wykonanego metodą obrotową z płuczką obejmuje najczęściej jedną, dwie lub trzy, rzadziej więcej kolumn rur okładzinowych.

Jeżeli do odwiertu zapuszcza się oprócz kolumny wstępnej i prowadnikowej tylko kolumnę eksploatacyjną to taką konstrukcję odwiertu nazywa się jednokolumnową.

Jeżeli zapuszcza się jedną kolumnę pośrednią to nazywamy dwukolumnową.

Jeżeli zapuszcza się dwie kolumny pośrednie to wielokolumnową.

1- kolumna wstępna, 2-kolumna prowadnikowa, 3-techniczna 1, 4-techniczna 2, 5-eksploatacyjna

A -rury eksploatacyjne na wysokości stropu horyzontu eksploatacyjnego

B - rury eksploatacyjne w połowie wysokości horyzontu eksploatacyjnego

C - rury eksploatacyjne w połowie wysokości horyzontu eksploatacyjnego

12 Obliczenia wytrzymałościowe kolumn rur okładzinowych.

Dla obliczeń wytrzymałościowych rur okładzinowych stosuje się wzory empiryczne określające tylko głów­ne wskaźniki i parametry wytrzymałościowe rur. Inne czynniki koryguje siej współczynnikami bezpieczeństwa.

Na rury okładzinowe mogą działać następujące obciążenia:

• zewnętrzne ciśnienie hydrostatyczne słupa płuczki lub płynu złożowego, wywołujące przy opróżnieniu kolumny rur jej zgniecenie,

• siły rozciągające w materiale rur wywołane ciężarem kolumny, działające w poprzecznym przekroju najczęściej blisko wylotu otworu,

• ciśnienie wewnętrzne wywołujące rozerwanie rury,

• poprzeczne siły ściskające, które prowadzą do poprzecznego zginania kolumny rur (siły te mają największe znaczenie dla części kolumny rur znajdującej się w pobliżu spodu otworu w miejscach nagłych odchyleń osi otworu od pionu).

W praktyce wiertniczej przyjęto metodę obliczania wytrzymałości kolumny rur okładzinowych na zewnętrzne ciśnienie zgniatające z poprawkami na obciążenia rozciągające kolumnę lub na siły rozrywające, pochodzące od ciśnienia działającego wewnątrz kolumny. Algorytm:

1) Obliczenie wartości ciśnień złożowych, hydrostatycznych, szczelinowania i geostatycznych.

2) Znając dopuszczalne ciśnienie zgniatające rurę o danej grubości ścianki i wykonanej z danej odmiany wytrzymałościowej stali oblicza się dopuszczalną głębokość zapuszczenia danych rur.

gdzie H_di głębokość dopuszczalna zapuszczenia danej rury, P_zgi - dop. ciśn. Zniatające rurę, γ_zgi- ciężar płuszki wiertniczej, n-wsp. Bezpieczeństwa

długość sekcji rur h_i = H_di-H_di+1

2a) Dobiera się dł. Sekcji - pełna liczba rur, mniejsza bądź równa h_i

3) Sprawdzenie wcześniej dobranych sekcji na siła rozluźniająca połączenie gwintowe:

dopuszczalna długość sekcji rur ze względu na ciśnienie rozluźniające, P_r - Siła rozluźniająca połączenie gwintowe, Q - ciężar podwieszony poniżej sekcji rur, k -wsp. Bezpieczeństwa, q_z - ciężar jednostkowy rur pł.

4) Sprawdzenie na ciśn wewnętrzne

P_w - ciśn powodujące rozerwanie, P_o - ciśnienie wewnętrzne na określonej głębokości P_o = P_zł - P_z, P_zł - ciśnienie złożowe (P_zł = G_zl ·h) P_z ciśnienie zewnętrzne poza kolumną rur przyjmuje ciśnienie słupa wody na tej głębokości. S dla kolumny prowadnikowej i tech > 1,0 dla eksploatacyjnej >1,1.

13 . Projektowanie mechanicznych parametrów technologii wiercenia otworów

Przy projektowaniu parametrów technologii wiercenia rozróżnia się:

wstępny dobór parametrów technologii wiercenia gdy dysponuje się tylko jakościowymi parametrami dotyczącymi właściwości skał

optymalizacje parametrów technologii wiercenia gdy dysponujemy informacjami na temat aktualnie istniejących parametrów technologii

zużycia stosowanych narzędzi wiercących

parametrów wytrzymałościowych skał

Parametry:

Nacisk. Obroty, Moc, Moment obrotowy

Przy projektowaniu mechanicznych parametrów technologii wiercenia kierujemy się następującymi kryteriami:

Kryteria mechaniczne:

Kryterium maksymalnej mechanicznej prędkości wiercenia,

gdzie:

T - oznacza czas wiercenia,

H - oznacza przewiert świdra w czasie T.

Kryterium maksymalnego przewiertu,

Kryterium minimalnego kosztu jednostkowego,

Kryterium maksymalnej marszowej prędkości wiercenia

gdzie:

T_zw - oznacza sumaryczny czas zużyty na: operacje dźwigowe zapuszczania i wy­ciągania przewodu wiertniczego, płukanie otworu, dodawanie pojedynczej rury płuczkowej lub obciążnika oraz na zmianę świdra lub koronki rdzeniowej. Marszowa prędkość wiercenia otworu jest podstawowym wskaźnikiem technicznym, który określa jednoznacznie tempo głębienia otworu,

T - oznacza czas wiercenia,

H - oznacza przewiert świdra w czasie T,

q - koszt świdra.

14 Dobór hydraulicznych parametrów technolog wiercenia.

Parametry: Strumień objętości, Ciśnienie tłoczenia.

Kryteria hydrauliczne:

Kryterium maksymalnej mocy wykorzystywanej w dyszach świdra,

N_S = P_S * Q= max

Kryterium maksymalnego ciśnienia dynamicznego,

Kryterium maksymalnej prędkości wypływu z dysz świdra,

Kryterium maksymalnej prędkości wiercenia (Eckela).

V= C * Re^a = max

gdzie:

N_s - moc pompy,

P_s - opory na świdrze, Re- liczba Reynoldsa

Q - wydatek,

P_d - ciśnienie dynamiczne, a-wykładnik potęgowy

V - prędkość wiercenia,

14.Projektowanie hydraulicznych parametrów technologii wiercenia otworów.

Parametry technologii wiercenia polegają na ustaleniu ciśnienia tłoczenia pompy wiertniczej i strumienia objętości tłoczenia pośrednio wyznacza się średnice dysz umocowanych w świdrze.Wyznacza się minimalną wartość prędkości przepływu w najmniejszej co do wielkości przestrzeni pierścieniowej przeważnie przestrzeni między rurami okładzinowymi i płuczkowymi. Stosując analizę wynoszenia zwiercin, wyznaczając wielkość krytyczną lub wzorów empirycznych. Dla tej prędkości wyznacza się minimalny strumień objętości przepływu a następnie stosując kryteria hydrauliczne (max moce w dyszach świdra max parcia dynamicznego, w dysza świdra i maksymalnej prędkości wypływu wyznacza się strumień optymalny. Dla tego strumienia oblicza się opory przepływu w systemie cyrkulacyjnym za wyjątkiem świdra. Przyjmując wartość max ciśnienia na pompie i strat

ciśnienia w systemie cyrkulacyjnym. Mając ciśnienie na świdrze wyznacza się średnicę ekwiwalentną dysz świdra. Przyjmując rzeczywiste wartości średnie dysz produkowanych przez producentów wyznaczamy rzeczywistą średnicę ekwiwalentną dysz, a tym samym rzeczywiste straty ciśnienia na świdrze.

---