Wiertnictwo naftowe
Opracowane pytania na II termin egzaminu INiG
1. Podział otworów wiertniczych
2. Charaketerystyka urządzeń wyciągowych
3. Charakterystyka studni bezfiltrowych
4. Charakterystyka kolumn prowadnikowych stosowanych w wiertnictwie
5. Rury okładzinowe stosowane w wiertnictwie zgodnie z normami API (charakterystyka odmian
wytrzymałościowych stali, kategorie długościowe, typy połączeń gwintowych.
6. Zasady przeprowadzania obliczeń wytrzymałościowych kolumn rur okładzinowych
7. Zawory zwrotne i buty rur okładzinowych
8. Technika i technologia cementowania jednostopniowego
9. Charakterystyka uniwersalnych głowic przeciwerupcyjnych
1. Podział otworów wiertniczych
-w zależności od celu i przeznaczenia
*geologiczne
*badawcze
*poszukiwawcze
*eksploatacyjne
*otwory wiercone dla celów specjalnych
-w zależności od głębokości wiercenia
*płytkie (wykonywane zestawami wiertniczymi ręcznymi lub maszynowo)
*głębokie (wykonywane wiertnicami przewoźnymi lub stabilnymi)
*super głębokie
-ze względu na średnicę otworu
*otwory małośrednicowe (fi<100mm)
*otwory normalnośrednicowe (100mm<fi<500mm)
Otwory wielkośrednicowe (fi>500mm)
2. Charaketerystyka urządzeń wyciągowych
Wyciąg wiertniczy składa się z bębna, przekładni planetarnych, sprzęgieł i hamulca.
Przeznaczony jest on do nawijania i odwijania liny wielokrążkowej w czasie:
-operacji dźwigowych przewodu wiertniczego
-wiercenia
-orurowania otworu
-operacji technologicznych przy pracach ratunkowych
Moce zainstalwoe na wyciągu sięgają obecnie 1500-2200 kW
Długość i średnica bębna wyciągu wiertniczego są bardzo ważny parametrem konstrukcyjnym zapewniającym
prawidłowość nawijania się na bęben liny wielokrążkowej: średnica bębnów wynosi ok.760mm; dlugość
bębnów ok.1500mm
Przekładnie planetarne służą do uzyskania obrotów. Nowsze typy wyciągów mają od 4 do 8 prędkości
wyciągowych, 1 lub 2 prędkości wsteczne i od 2 do 4 prędkości stołu wiertniczego
Przy wierceniu głębokich otworów nie należy w schemacie kinematycznym wyciągu przewidywać napędu stołu
obrotowego. Stoły obrotowe mają wówczas z zasady napędy indywidualne.
Niektóre wyciągi mają tylko jedno sprzęgło, przy innych konstrukcjach włączanie poszczególnych elementów
wyciągu uzyskuje się oddzielnymi sprzęgłami.
Sprzęgło ze względu na sposób sterowania dzieli się na:
-ręczne
-pneumatyczne
-hydrauliczne
Hamulce wyciągu winny spełniać następujące funkcje:
-płynnie hamować ruch przewodu wiertniczego i rur okładzinowych nad stołem
-umożliwić regulację prędkości opuszczania haka wiertniczego w zależności od obiążenia
Wymagane są 2 hamulce:
-taśmowo-mechaniczny chłodzony wodą
-wspomagający elektryczny lub hydrauliczny
3. Charakterystyka studni bezfiltrowych
Studnie bezfiltrowe dzielimy na:
-bez filtra
-z lejem czerpanym
Studnie bezfiltrowe charakteryzują się tym, że woda dopływa do wnętrza studni bezpośrednio przez ściany nie
zarurowanego otworu albo przez dno z wytworzonym lejem czerpnym. Mogą to być studnie wykonane z
spękanych, nieosypujących się skałach lub w warstwie wodonośnej sypkiej o napiętym zwierciadle wody, w
której strop jest zbudowany z litej skały lub innych zwartych utworów nieprzepuszczalnych.
4. Charakterystyka kolumn prowadnikowych stosowanych w wiertnictwie
Kolumna rur okładzinowych prowadnikowa - wiertnicza kolumna rur zapuszczana w górną część otworu w celu
utrzymywania założonego kierunku wiercenia.
Kolumna prowadnikowa
Stanowi podstawę przeciwerupcyjnego zabezpieczenia otworu. Najczęściej spotykane średnice rur
okładzinowych tej kolumny to: 245 - 473 mm (9 ⅝ - 18 ⅝ "); głębokość zapuszczania kolumny zależy od
warunków geologicznych i hydrogeologicznych.
Kolumna ta powinna izolować poziomy wody słodkiej, skały przepuszczalne mające połączenia z
powierzchnią, strefy ucieczek płuczki oraz osłaniać warstwy słabe, których ciśnienie szczelinowania jest niższe
od ciśnienia złożowego gazu spodziewanego na głębokości postawienia buta kolumny pośredniej.
Długość kolumny prowadnikowej najczęściej wynosi 300 - 600 m ale może mieć także 1500 m i więcej w
otworach głębokich.
5. Rury okładzinowe stosowane w wiertnictwie zgodnie z normami API (charakterystyka odmian
wytrzymałościowych stali, kategorie długościowe, typy połączeń gwintowych.
Rura okładzinowa – rura zapuszczana do otworu wiertniczego, służąca do zabezpieczenia ścian otworu, oraz
horyzontów wodnych, ropnych i gazowych.
Posiadają na obu końcach połączenia gwintowe, służące do łączenia rur w kolumnę rur okładzinowych.
6. Zasady przeprowadzania obliczeń wytrzymałościowych kolumn rur okładzinowych
Zaprojektoanie optymalnej konstrukcj kolumny rur okładzinowych dla kryterium wytrzymałościowego, wymaga
przede wszystkim dokładnej znajomości rozkładu i charakteru naprężeń, występujących w poszczególnych
przekrojach kolumny rur okładzinowych.
Kolumna rur okładzinowych zapuszczona do otworu wiertniczego podana jest działaniu następujących rodzajów
obciążeń:
-rozciąganie, wywoływane ciężarem własnym, siłami dynamicznymi powstającymi w czasie rurowania i innymi
siłami;
-zgniatanie pod wpływem ciśnienia zewnętrznego płynów lub skał;
-rozrywanie wskutek ciśnienia panującego wewnątrz kolumn rur;
-skręcanie w odcinkach zmian kąta odcylenia od pionu i azymutu;
-zginanie w krzywoliniowych odcinkach otworu kierunkowego
Ze wzrostem głębokości otworu zwieksza się ciężar kolumny rur okładzinowych
W czasie zapuszczania kolumny rur do otworu występuje dodatkowe obciążenei dynamiczne wywołane nagłym
zmniejszeniem prędkości zapuszczania lub dodatkowymi oporami tarcia przy podciąganiu kolumny.
Wzorst ciśnienia wewnątrz kolumny oraz różnice temperatur płynów zatłączanych do otworu w trakcie różnych
zabiegó1) technologicznych prowadzą równeż do zwiększenia napręzeń rociągających.
Dopuszczalne obciążenie kolumny rur okładzinowych siłami rozciągającymi określi się wytrzymałością rury w
caliźnie oraz wytrzymałościa połączenia gwintowego w przekroju ostatniego zwoju gwintu, który całkowicie
znajduje się w zaczepieniu.
7. Zawory zwrotne i buty rur okładzinowych
Zawór zwrotny- zlokalizowany jest w bucie lub nad butem rur okładzinowych.
Zalecane stosowanie, gdy długość kolumny rur przekracza 300m. W przypadku cementowania kolumn
prowadnikowych i krótkich kolumn pośrednich, jak też przy małej różnicy gęstości zaczyn cementowego o
przybitki, nie jest konieczne użycie dodatkowego zaworu zwrotnego, poza znajdującym się w bucie kolumny.
Natomiast kolumny eksploatacyjne oraz długie (ponad 3000m) i cementowanie na długich odcinkach kolumny
pośrednie, powinny mieć dwa lub trzy zawory zwrotne. Poza zaworem w bucie rur, drugi zawó® zwrotny
powienie być umieszczony bezpośrednio na pierwszą rurą na butem.
But rur okładzinowych-zlokalizowany jest na dolnym końcu rury okładzinowej.
Każda kolumna rur okładzinowych powinna być zakończona butem. Buty samo napełniające zaleca się stosować
w zasadzie tylko w bardzo długich pośrednich kolumnach rur okładzinowych (3000m i dłuższych).
Zastosowanei ich jest również wskazane w przypadku bardzo małych prześwitów między ścianą otworu a rurami
przy dużej wytrzymałości strukturalnej płucznki np. obciążonej oraz w warunkach dużego zagrożenia
szczelinowania skał i ucieczką płuczki.
8. Technika i technologia cementowania jednostopniowego
Cementowanie jednostopniowe:
-z prawym obiegiem
-z lewym obiegiem
-przez przewód
Cementowanie jednostopniowe z prawym obiegiem płuczki składa się z następujących etapów:
-zatłaczanie cieczy buforowej
-wprowadzanie się dolnego klocka
-zatłaczanie zaczynu cementowego
-zwolnienie z głowicy drugiego górnego klocka i wtłoczenie przybitki
-dojście górnego klocka do dolnego-wzrost cisnienia-koniec zabiegu
Cementowanie jednostopniowe z lewym obiegiem płuczki
-zaczyn wtłaczany do przestrzeni pierścieniowej przez więźbę rur
-zaczyn wtłaczany do przestrzeni pierścieniowej poprzez zapuszczenie do niej rury o małej średnicy
Cementowanie przez przewód- wymagana skuteczność cementowania kolumn o dużych średnicach (340 mm
133/8’’) i większych (ochrona płytkich poziomów wodnonośnych izolacji i warstw słabo zwięzłych i
przepuszczalnych, stworzenia wytrzymałej podstawy dla prezentera).
Zwykle duże skawernowanie skał powoduje konieczność zwiększenia o 100% objętości zaczynu w porównaniu
z obliczoną objętością.
Stosując konwencjonalne cementowanie - następuje duża starata czasu (50 min; Q=1600 l/min); duża ilość
materiałow (80m3 i więcej); wystepuje zagrozenie mieszania się cementu i przybitki.
9. Charakterystyka uniwersalnych głowic przeciwerupcyjnych
Główną częścią głowicy uniwersalnej jest gumowy element uszczelniający posiadający stalowe wkładki
przeznaczone do zwiększenia wytrzymałości gumy i nadania odkształcenia gumie w określony kierunku.
Głowicę zamyka się przez wywarcie ciśnienia cieczy na pierścień stalowy wykonany w kształcie stożka. Przy
przemieszczaniu siępierścnia w górę pod działaniem ciśnienia, powierzchnia stożkowa wywiera nacisk na
element gumowy, który odkształca się w kierunku osi otworu.
Kiedy nastąpi uszczelnienie elementu przewodu wiertniczego, ciśnienie w otworze sprzja zwiększeniu docisku
pierścienia stalowego na element gumowy uszczelniacza.