P - 11

TEHNOLOGIJA IZRADE BUŠOTINA I

INŽENJERSTVO NAFTE I GASA

RGF

P - 12

FLUIDI ZA ISPIRANJEP1 - Funkcije

P - 13

UVOD

Ispirni fluid je od primarne važnosti u svim operacijama bušenja, zato je neophodna velika pažnja u toku pripremanja, kontrole i održavanja!

1844. - prvi patent za rotaciono bušenje Englez Robert Bert. To je cirkulacioni sistem sa utiskivanjem vode u međuprostor i njenim vraćanjem sa krhotinama prema površini – reversna cirkulacija;

1845. - Francuz Fovel opisao metod direktne cirkulacije;

1887. - Čepmen prijavio patent koji opisuje upotrebu gline, mekinja, cementa i zrnastih materijala kao aditiva za zatvaranje pukotina i prslina u stenama;

1900. - isplaka prvi put primenjena pri bušenju polja Spindletop kodBeaumonta u Texasu;

1910. - korišćene su prve ispirne pumpe na parni pogon sa kapacitetom od 900 l/min i radnim pritiskom od 35 bar;

1920. - barit i oksid gvožđa upotrebljeni za povećanje gustine isplake;

P - 14

1929. - bentonit je prvi put upotrebljen za povećanje viskoznosti a fosfati za njeno snižavanje;

1930. - upotrebljeva se Marshov levak i Stormerov viskozimetar za kontrolu viskoznosti; upotreba vibrosita za prečišćavanje isplake;

1935. - prvi put upotrebljen elutriometar – pribor za merenje sadržaja peska;

1936. - atapulgit upotrebljen za povećanje viskoznosti slanih isplaka;

1937. - upotrebljena vaga za isplaku; kukuruzni skrob upotrebljen za smanjenje filtracije; prvi put upotrebljena filter presa;

1944. - upotrebljen CMC kao smanjivač filtracije;

1945. - upotrebljeni su prvi put lignin i Ca-lignosulfonati kao razređivači isplake; prve krečne isplake;

1949. - upotrebljen Fann-viskozimetar;

1955. - početak primene Ferohromlignosulfonatne (FCL) isplake;

P - 15

Spindletop, Texas -10. januar 1901. kapetan Anthony F. Lucas (Splićanin Antun Lučić) pronašao je naftu na dubini od 325 m. Primenjena je rotaciona metoda bušenja sa isplakom i dletom tipa riblji rep. Bušotina je davala 12000 - 16000 m3

nafte dnevno.

P - 16

Fluidi za ispiranje

Bušenje se izvodi uz ispiranje bušotine sa vodom ili češće, posebnim ispirnim fluidom - isplakom (disperznim sistemom vode i koloidalne gline -bentonita).

Za ispiranje bušotine primenjuju se sledeća dva metoda ispiranja:

Ispiranje direktnom cirkulacijomIspiranje direktnom cirkulacijomFluid za ispiranje se upumpava u bušaće šipke, zatim se prstenastim

prostorom između bušaćih šipki i zidova bušotine vraća na površinu noseći nabušene čestice.

Ispiranje indirektnom cirkulacijomIspiranje indirektnom cirkulacijomOvim metodom fluid za ispiranje se upumpava u prstenasti prostor

između bušaćih šipki i zidova bušotine, ulazi u otvore na dletu, i kroz bušaće šipke struji ka površini. Ovaj način bušenja omogućava maksimalno dobijanje uzoraka iz nabušene formacije u zonama gubitka cirkulacije a uzorci ne dolaze u kontakt sa zidovima bušotine.

P - 17Uređaji za cirkulaciju i obradu isplake

Upumpani fluid

Povratni tok fluida

Zaštitne cevi

Bušaće šipke

Zid bušotine

Nabušene čestice

Dleto

Mlaz isplake čisti dno

Tok isplake u kanalu bušotine

CIRKULACIJA ISPLAKECIRKULACIJA ISPLAKE

P - 18

Podela fluida za ispiranje

Termin fluid za ispiranje obuhvata sve fluide koji se koriste u procesu bušenja odnosno ispiranja bušotine. Isplaka je suspenzija čvrstih čestica u tečnoj fazi pri čemu tečna faza može biti voda, nafta ili njihova mešavina (emulzija). Čvrsta faza se deli na dve grupe: a) čestice sa niskom gustinom do ρ = 2,5 kg/dm3; mogu biti inertne, kao nabušene čestice stena (pesak, dolomit, krečnjak, škriljci itd.) ili reaktivne - kao sve vrste glina koje utiču na karakteristike isplake, b) sa gustinom preko 2,5 do 7 kg/dm3, tu spadaju čestice barita, oksida gvožđa, sulfida olova i sl.

Osim njih u isplaci su i hemijski aditivi koji se dodaju radi regulisanja reoloških i filtracionih osobina.

Postoje različite klasifikacije tipova fluida za ispiranje, a najčešće se vrše prema njihovoj glavnoj komponenti, a to su:

- voda (slatka i slana);- nafta;- gas (vazduh, pena, aerizovani fluidi).

P - 19

Sve fluide za ispiranje možemo podeliti na:

1) fluide na bazi vode koji sadrfluide na bazi vode koji sadržže:e:- vodu sa koncentracijom elektrolita manjom od 10 g/l,- glinu iz slojeva kroz koje se buši ili bentonit,- mineralne ili organske razređivače,- prema potrebi organske koloide (skrob, karboksimetilceluloza, polimeri).

2) fluide na bazi slane vode koji sadrfluide na bazi slane vode koji sadržžee:- vodu čija je koncentracija elektrolita veća od 10 g/l,- mineralne koloide,- organske koloide,- prema potrebi mineralne ili organske razređivače.

Dele se na:- zasićene slane isplake,- isplake na bazi morske vode.

P - 110

3) fluide na bazi nafte (ufluide na bazi nafte (uljljno emulzione)no emulzione) sa kontinuiranom uljnom fazom gde količina vode određuje tip.

Dele se na:- isplake na bazi ulja, sa dispergovanom vodenom fazom u malom zapreminskom procentu (3-5%),- inverzne emulzione isplake (voda u ulju), sa vodenom disperznom fazom od 50% ili većem zapreminskom procentu uz primenu aditiva za stabilizovanje sistema.

4) specijalne fluidespecijalne fluide–Gas (prirodni gas, izduvni gasovi)–Magle (kapljice vode rasprštene u vazdušnoj struji)–Pene (mehuri vazduha okruženi filmom vode sa stabilizatorimapene)–Aerizovani fluid

P - 111

Funkcije fluida za ispiranje pri bušenju

U procesu rotacionog bušenja fluid za ispiranje kao tehnološka tečnost ima veliki broj funkcija i smatra se da odgovarajućim kvalitetom isplaka obezbeđuje uspeh u bušenju sa 60%. Danas u svetu ima veliki broj različitih vrsta i tipova fluida, pod različitim komercijalnim nazivima i svi oni imaju zajedničku funkciju da ostvare stabilno izbušeni kanal bušotine, kroz koji će se uspešno proizvoditi nafta i/ili gas.Mada redosled važnosti zavisi od stanja bušotine i trenutnih radova, najvažnije funkcije fluida za ispiranje su:

1. Iznošenje nabušenih čestica iz bušotine na površinu;2. Kontrolisanje slojnog pritiska;3. Zadržavanje nabušenih čestica (materija za otežavanje) prilikom prekida cirkulacije i otpuštanje čestica u površinskim uređajima;4. Oblaganje propusnih slojeva;5. Održavanje stabilnosti bušotine - sprečavanje zarušavanja;6. Minimiziranje zagađenja produktivnih slojeva;

P - 112

7. Hlađenje, podmazivanje i delimično olakšavanje mase pribora za bušenje i dleta;

8. Prenošenje hidraulične energije do alata i dleta;9. Obezbeđivanje maksimuma informacija o nabušenim slojevima;10. Sprečavanje korozije pribora za bušenje;11. Olakšavanje cementacije i opremanja;12. Minimiziranje uticaja na životnu okolinu;

1. Iznošenje nabušenih čestica iz bušotine na površinu

Ovo je primarna i najvažnija funkcija isplake u procesu bušenja. Nabušene čestice se kontinurano proizvode radom dleta. Ispirni fluid protičući kroz otvore na dletu (mlaznice), deluje u obliku mlaza na dno bušotine, čime čisti dno i rezne površine dleta i nosi krhotine prema gore, tj. na površinu. Brzina uzlazne struje ispirnog fluida, treba da je veća od brzine taloženja čestica u fluidu, u protivnom krupne čestice će se nakupiti na dnu bušotine gde će biti izloženi dodatnom razaranju dletom i efikasnost bušenja će se usled toga smanjiti.

P - 113

Krhotine su pod uticajem gravitacije i usled toga padaju prema dnu, pri čemu dolazi do njihovog klizanja u isplaci. Ako je uzlazna brzina tečnosti u prstenastom prostoru dovoljno velika da premašuje brzinu propadanja krhotina kroz tečnost, krhotine će biti iznesene iz bušotine na površinu. Uzlazna brzina isplake u direktnoj je zavisnosti od prečnika kanala bušotine, spoljašnjeg prečnika bušaćeg alata, kapaciteta pumpe i stanja bušotine.

m

pf V

Qv =

Praksa je pokazala da se optimalna uzlazna brzina isplake u prstenastom prostoru, za standardne prečnike bušenja i primenjenu gustinu isplake, može izračunati sledećom jednačinom:

isdop D

vρ⋅

= 200 gde je:vop – optimalna uzlazna brzina isplake u međuprostoru (m/s)Dd - prečnik dleta, tj. kanala bušotine (mm)ρis - gustina primenjene isplake (kg/dm3)

gde je:vf= uzlazna brzina isplake, [m/min]Qp= kapacitet pumpe, [m3/min]Vm= zapremina međuprostora, [m3/m]

P - 114

Vertikalna bušotina

• Vpč = brzina padanja čestica kroz isplaku

• Vč = brzina čestica

• Vf = brzina strujanja isplake

•• VVčč = V= Vff -- VVppčč

• Koeficijent transporta krhotina, R

•• RR = = (V(Vff -- VVppčč)/V)/Vff

• Ako je koeficijent transporta veći od 0,50iznošenje krhotina je zadovoljavajuće.

Vf

Vpč

Vč

P - 115

Transportni kapacitet isplake zavisi od sledećih faktora:

a) gustine bušaćeg fluida;

b) viskoznosti;

c) tipa proticanja fluida u međuprostoru;

d) rotacije bušaćih šipki;

e) dimenzija i oblika čestica;

f) odnosa gustine čestica prema gustini bušaćeg fluida;

a) sa povećanjem gustine isplake se povećava sposobnost iznošenja krhotina, jer se povećava potisna sila prema površini, koja ima uticaja na svaku krhotinu;

b) isplake sa većom viskoznošću daju veći procenat iznošenja krhotina;

c) veći kapacitet iznošenja se može postići turbulentnim režimom proticanja nego sa laminarnim sistemom tečenja;

P - 116

d) rotacija bušaćih šipki nabušene čestice koje su u njihovoj blizini odbacuje u zonu većih brzina (stvarajući helikoidalni tok) i time se poboljšava transportna moć fluida;

e) odnos debljine čestica prema prečniku manji od tri otežava iznošenje čestica iz bušotine s obzirom na uticaj efekta torzije;

f) što je manja gustina čestica, lakše se iznose;

2) Kontrolisanje slojnog pritiska

Težinom stuba isplake mora se postići dovoljan hidrostatički pritisak za uravnoteženje slojnog (pornog) pritiska, radi sprečavanja dotoka ležišnih fluida u kanal bušotine. Hidrostatički pritisak koji se ostvaruje težinom stuba isplake na neki sloj u bušotini izračunava se jednačinom

PPhh= 0,0981= 0,0981··HH··ρρ [[barbar]]gde je:Ph - hidrostatički pritisak isplake (bar)H - vertikalna dubina kanala bušotine (m)ρ - gustina isplake (kg/dm3)

P - 117

Bušenje sa “natpritiskom” znači da pritisak, izazvan težinom stuba isplake, prelazi vrednost slojnog (pornog) pritiska. Izraz ”bušenje sa potpritiskom” se, međutim, koristi za označavanje stanja bušenja kada je hidrostatički pritisak stuba isplake niži od ležišnog (pornog) pritiska.Takve formacije se buše sa vazduhom, gasom, penom, aerizovanom isplakom itd.Izbor odgovarajuće gustine isplake, je ograničen minimalnom gustinom potrebnom da kontroliše slojne pritiske i maksimalnom gustinom isplake koja neće izazvati frakturiranje formacija.

ρi = (Ph + ΔP)/0,0981·Hgde je:ΔP = diferencijalni pritisak (10 ~ 15 bar)

Sledeći faktori moraju se uzeti u obzir prilikom izbora potrebne gustine isplake, koja zadovoljava uslove u toku bušenja:- slojni (porni) pritisci,- gradijenti frakturiranja (loma) stena,-dubina ugradnje zaštitnih cevi, -stabilnost kanala bušotine,

P - 118

- površinska oprema za kontrolu pritiska (BOP),- brzina toka isplake u međuprostoru,- koeficijent sigurnosti iznad slojnog pritiska,- oscilovanje pritisaka u kanalu bušotine (tokom manevra),- diferencijalni pritisak koji ostvaruje stub isplake na sloj,- veličina i brzina filtracije isplake,- dopunjavanje bušotine isplakom,- prodor gasa u isplaku,- cena koštanja bušaćeg fluida,- tolerancija u pogledu količine dotoka slojnog fluida u kanal bušotine,- poroznost i propusnost stena, tip slojnig fluida,- potencijalni gubici isplake u bušotini i dr.

3. Zadržavanje nabušenih čestica (materija za otežavanje) prilikom prekida cirkulacije i otpuštanje čestica u površinskim uređajima

Jedan od osnovnih zahteva pri korišćenju bilo koje isplake jeste njena sposobnost držanja krhotina stena i oteživača u stanju lebdenja, kad je zbog bilo kojih razloga prekinut kružni tok isplake, tj. cirkulacija.

P - 119

Da bi isplaka imala sposobnost držanja čestica, ona mora posedovati tiksotropna svojstva. Tiksotropija je osobina tečnosti da kada je u stanju mirovanja pređe u u polučvrsto (gel) stanje a kada se promeša ili stavi u kretanje opet se vrati u svoje prvobitno tečno stanje (sol).Uzrok pojave geliranja je usled prisustva privlačnih i odbojnih sila među česticama isplake. U stanju mirovanja čestice zauzimaju različite položaje u zavisnosti od njihovog naelektrisanja i prisustva tečne faze. Prema vrsti (čvrstini) dele se u dve grupe:-progresivne (jake) gelove;-meke (lomljive) gelove.

Isplaka u svom kružnom toku nosi krhotine stena na površinu, gde njih treba odstraniti. U protivnom, kružnim tokom isplake krhotine bi se ponovo unosile u bušotinu, što bi uzrokovalo poteškoće u daljem radu. Čestice nabušenog materijala nepovoljno deluju na:- parametre bušenja, jer smanjuju mehaničku brzinu bušenja i povećavaju potreban broj dleta;- osobine isplake, jer nepovoljno utiču na gustinu, viskoznost, granicu tečenja, gelove, filtraciju i debljinu glinenog obloga- oštećuju (habaju) dleto, bušaći alat, delove ispirnih pumpi i dr.

P - 120

Iz navedenih razloga moraju se, što je više moguće, ukloniti čestice (krhotine) probušenih stena iz isplake. To se postiže određenim mehaničkim sredstvima za kontrolu sadržaja čvrste faze tj. sledećim načinima:- taloženjem;- prosejavanjem;- hidrociklonima (desanderi i desilteri);- kombinacijom desiltera i prosejavanja;- centrifugama.

4. Oblaganje propusnih slojevaKako se isplaka sastoji od tečne faze i čvrstih čestica, to će zbog hidrostatičkog pritiska njenog stuba u bušotini, u poroznim stenama, doći do filtriranja, tj. odvajanja tečne faze koja ulazi u porozne stene, dok će se na licu tih stena stvarati tzv. “kolač”, odnosno oblog, sastavljen od čvrstih čestica iz isplake.Najtanji, najžilaviji i najnepropusniji oblog (kolač) će dati dobro hidratisane čestice bentonita. U praksi postoje dva tipa filtracije, i to:- statička filtracija, koja se odvija kada tečnost miruje,- dinamička filtracija, koja se odvija kada tečnost protiče preko površine filtriranja.

P - 121

Oba tipa fitracije odvijaju se tokom izrade bušotine. Dinamička filtracija razlikuje se od statičke jer tok isplake uz zidove bušotine a takođe i rotacija bušaćeg pribora i njegovo trenje o zidove nastoji da erodira glineni oblog koji se stvorio u toku procesa filtriranja. Glineni oblog se stvara dok se brzina odlaganja ne izjednači sa brzinom erozije. Za isti period filtriranja, glineni oblog pri statičkoj filtraciji će biti deblji, a količina filtrata manja nego pri dinamičkoj fitraciji. Brojni aditivi se primenjuju u cilju poboljšanja glinene obloge tj. smanjenja filtracije: bentonit, prirodni i sintetički polimeri, bitumen i dr.

5. Održavanje stabilnosti bušotine - sprečavanje zarušavanja

Pri izradi bušotine česta je pojava da prečnik kanala bušotine nije jednak prečniku dleta. Proširenje ili suženje kanala bušotine uzrok je nizu tehničko-tehnoloških problema pri bušenju. Uzrok toj pojavi leži u različitom stepenu stabilnosti bušenih stena, npr. formacije škriljastih glina, slojevi peska, i sekcije soli. Generalno posmatrano, na stabilizaciju nestabilnih formacija u procesu izrade bušotine može se delovati podešavanjem osobina isplake: gustinom, kvalitetnom glinenom oblogom,hemijskim inhibitorima i aditivima; i mehaničkim zahvatima.

P - 122

6. Minimiziranje zagađenja produktivnih slojeva

Negativan uticaj na proizvodne naslage stena se u praksi i literaturi označava kao “oštećenje sloja”, što u stvari ima značenje smanjenja prirodnih propusnosti stena izazvanog zagađivanjem isplakom, tj. njenim česticama i filtratom. Smanjenje propusnosti proizvodnih stena usled negativnog delovanja isplake proizilazi iz:- začepljivanja šupljina (pora) isplakom i njenim česticama;

- hidratacije glinenih čestica u stenama;

- začepljivanja pora zbog stvaranja emulzije filtrata i slojnih fluida;

- taloženja čestica unutar stena kao rezultat nekompatibilnosti filtrata i

slojnih fluida;

- taloženja čestica usled interakcije filtrata i drugih fluida kao što su vode

visokog saliniteta ili kiseline, tokom opremanja ili stimulacije.

P - 123

P - 124

7. Hlađenje, podmazivanje i delimično olakšavanje mase pribora za bušenje i dleta

Pri okretanju dleta i bušaćih alatki, zbog njihovog trenja o zidove kanala bušotine, stvara se znatna količina toplote. Ta toplota se odvodi isplakom koja odlazi prema površini, gde se delimično hladi zbog niže temperature okoline.Podmazujuće svojstvo isplake je takođe od velike važnosti. Njime se postiže znatna ušteda u vremenu i troškovima, ako je podmazivanje svih pokretnih delova zadovoljavajuće. Trajnost opreme (npr. dleta) može biti produženo, sa rezultujućim smanjenjem broja manevara, što posebno dolazi do izražaja pri bušenju dubokih i dirigovanih bušotina. Veličina trenja se može smanjiti upotrebom specijalnih isplaka koje sadrže u svom sastavu ulje, grafit ili druge aditive.Isplaka svojom gustinom vrši olakšavanje bušaćeg alata i kolone zaštitnih cevi, smanjujući im faktor tonjenja, čime se delimično rasterećuje bušaće postrojenje, a posebno toranj.

P - 125

8. Prenošenje hidraulične energije do alata i dleta

Ispravno postavljen hidraulički program isplake ima posebno značenje za uspešni završetak bušotine. Naime, isplaka je medij koji prenosi raspoloživu snagu na dleto radi obavljanja čišćenja dna bušotine, odnosno, radi pokretanja dubinskih motora pri njihovoj upotrebi. Hidraulički program isplake uključuje izračunavanje gubitaka pritisaka u kružnom sistemu cirkulacije i njenu brzinu.Hidraulika bušenja se bazira na maksimalnoj hidrauličkoj snazi na dletu, sili udara mlaza i na brzini mlaza. Pri bušenju dubinskim motorima, količina cirkulacije treba da bude oko 50% veća nego pri “rotary” bušenju. Ta razlika je potrebna radi optimalnog pokretanja dubinskih motora.

P - 126

9. Obezbeđivanje maksimuma informacija o nabušenim slojevima

Pored izrade bušotine pred izvođačima se postavlja i zadatak da se što više podataka prikupi iz probušenih stena kako u obliku koji se dobijaju, krhotina tako i neporemećenom obliku. Interpretacija profila nabušenih slojeva vrši se na osnovu ovih uzoraka koji u isto vreme služe i za ispitivanje petrografskog sastava, prisustva fosila, fizičkih osobina (poroznosti, propusnosti itd.). Isplaka mora da omogući uzimanje jezgra i izvođenje potrebnih geofizičkih merenja. Karotažna merenja se odnose na merenje elektro, akustičnih, nuklearnih i magnetno-rezonansnih osobina formacije radi identifikovanja litologije i slojnih fluida. U isto vreme isplaka kao fluid treba da obezbedi nesmetano dubinsko testiranje (DST) proizvodnih slojeva u pogledu pritiska i uzoraka fluida.

P - 127

10. Sprečavanje korozije pribora za bušenje

Porni fluidi stenske mase mogu da imaju veoma izraženo korozivno delovanje na celokupnu opremu koja se koristi za vreme bušenja i u periodu proizvodnje. Rastvoreni gasovi kao kiseonik, CO2 i H2S mogu izazvati ozbiljne korozione probleme. Pravilno obrađenom isplakom sa inhibitorima, koja ima visoku vrednost pH, kao i materijalima koji su otporni na uticaj H2S može se zaštititi celokupna oprema u bušotini.

P - 128

11. Olakšavanje cementacije i opremanja

Ispirni fluid treba da omogući brzo i nesmetano spuštanje niza zaštitnih cevi do potrebne dubine. Ugradnja kolone cevi je lakša u kanalu čiji prečnik nema naglih promena tj. proširenja ili suženja.

12. Minimiziranje uticaja na životnu okolinuNa kraju, isplaka postaje otpad koji se mora odložiti u skladu sa lokalnim propisima o zaštiti životne sredine. Materijali koji se koriste prilikom izrade isplake ne podležu prirodnoj razgradnji i prelasku u nezagađujuća jedinjenja.

Mada funkcije koje su nabrojane mogu predstavljati osnovu za izbor fluida on treba da se bazira na iskustvu, lokalnim uslovima i razmatranja najbolje dostupne tehnologije. Predviđanje problema u bušotini pomaže pri izboru posebnog ispirnog fluida za datu bušotinu. Međutim, mogu postojati i drugi razlozi koji uslovljavaju korišćenje različitog fluida. Cena, dostupnost nekog proizvoda i faktori zaštite životne okoline se uvek uzimaju u obzir.

P - 129

KRAJ