1BUOTINSKI FLUIDI

INENJERSTVO NAFTE I GASA

RGF

P - 12

FLUIDI ZA ISPIRANJEP1 - Funkcije

P - 13

UVOD

Ispirni fluid je od primarne vanosti u svim operacijama buenja, zato je neophodna velika panja u toku pripremanja, kontrole i odravanja!

1844. - prvi patent za rotaciono buenje Englez Robert Bert. To je cirkulacioni sistem sa utiskivanjem vode u meuprostor i njenim vraanjem sa krhotinama prema povrini reversna cirkulacija;

1845. - Francuz Fovel opisao metod direktne cirkulacije;

1887. - epmen 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 buenju polja Spindletop kodBeaumonta u Texasu;

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

1920. - barit i oksid gvoa upotrebljeni za poveanje gustine isplake;

P - 14

1929. - bentonit je prvi put upotrebljen za poveanje viskoznosti a fosfati za njeno sniavanje;

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

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

1936. - atapulgit upotrebljen za poveanje viskoznosti slanih isplaka;

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

1944. - upotrebljen CMC kao smanjiva filtracije;

1945. - upotrebljeni su prvi put lignin i Ca-lignosulfonati kao razreivai isplake; prve krene isplake;

1949. - upotrebljen Fann-viskozimetar;

1955. - poetak primene Ferohromlignosulfonatne (FCL) isplake;

P - 15

Spindletop, Texas -10. januar 1901. kapetan Anthony F. Lucas (Splianin Antun Lui) pronaao je naftu na dubini od 325 m. Primenjena je rotaciona metoda buenja sa isplakom i dletom tipa riblji rep. Buotina je davala 12000 - 16000 m3nafte dnevno.

P - 16

Fluidi za ispiranje

Buenje se izvodi uz ispiranje buotine sa vodom ili ee, posebnim ispirnim fluidom - isplakom (disperznim sistemom vode i koloidalne gline -bentonita).

Za ispiranje buotine primenjuju se sledea dva metoda ispiranja:

Ispiranje direktnom cirkulacijomIspiranje direktnom cirkulacijomFluid za ispiranje se upumpava u buae ipke, zatim se prstenastim

prostorom izmeu buaih ipki i zidova buotine vraa na povrinu nosei nabuene estice.

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

izmeu buaih ipki i zidova buotine, ulazi u otvore na dletu, i kroz buae ipke struji ka povrini. Ovaj nain buenja omoguava maksimalno dobijanje uzoraka iz nabuene formacije u zonama gubitka cirkulacije a uzorci ne dolaze u kontakt sa zidovima buotine.

P - 17Ureaji za cirkulaciju i obradu isplake

Upumpani fluid

Povratni tok fluida

Zatitne cevi

Buae ipke

Zid buotine

Nabuene estice

Dleto

Mlaz isplake isti dno

Tok isplake u kanalu buotine

CIRKULACIJA ISPLAKECIRKULACIJA ISPLAKE

P - 18

Podela fluida za ispiranje

Termin fluid za ispiranje obuhvata sve fluide koji se koriste u procesu buenja odnosno ispiranja buotine. Isplaka je suspenzija vrstih estica u tenoj fazi pri emu tena faza moe biti voda, nafta ili njihova meavina (emulzija). vrsta faza se deli na dve grupe: a) estice sa niskom gustinom do = 2,5 kg/dm3; mogu biti inertne, kao nabuene estice stena (pesak, dolomit, krenjak, kriljci itd.) ili reaktivne - kao sve vrste glina koje utiu na karakteristike isplake, b) sa gustinom preko 2,5 do 7 kg/dm3, tu spadaju estice barita, oksida gvoa, sulfida olova i sl.

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

Postoje razliite klasifikacije tipova fluida za ispiranje, a najee se vre prema njihovoj glavnoj komponenti, a to su:

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

P - 19

Sve fluide za ispiranje moemo podeliti na:

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

2) fluide na bazi slane vode koji sadrfluide na bazi slane vode koji sadree:- vodu ija je koncentracija elektrolita vea od 10 g/l,- mineralne koloide,- organske koloide,- prema potrebi mineralne ili organske razreivae.

Dele se na:- zasiene 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 koliina vode odreuje 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 veem zapreminskom procentu uz primenu aditiva za stabilizovanje sistema.Uljne isplake se koriste za zatitu produktivnih slojeva, buenje slojeva rastvorljivih u vodi, spreavanje zaglavljivanja alata, oslobaanje zaglavljenog buaeg alata i sl.

4) specijalne fluidespecijalne fluideNe pripadaju ni jednoj pomenutoj kategoriji i to su aerizovani fluidi (isplaka, voda), vazduh (gas) i pena. Ovi fluidi se koriste za reavanje specifinih problema buenja, kao na primer buenje u uslovima gubitka ispirnog fluida ili bubrenja nabuenih slojeva itd.

P - 111

Funkcije fluida za ispiranje pri buenju

U procesu rotacionog buenja fluid za ispiranje kao tehnoloka tenost ima veliki broj funkcija i smatra se da odgovarajuim kvalitetom isplaka obezbeuje uspeh u buenju sa 60%. Danas u svetu ima veliki broj razliitih vrsta i tipova fluida, pod razliitim komercijalnim nazivima i svi oni imaju zajedniku funkciju da ostvare stabilno izbueni kanal buotine, kroz koji e se uspeno proizvoditi nafta i/ili gas.Mada redosled vanosti zavisi od stanja buotine i trenutnih radova, najvanije funkcije fluida za ispiranje su:

1. Iznoenje nabuenih estica iz buotine na povrinu;2. Kontrolisanje slojnog pritiska;3. Zadravanje nabuenih estica (materija za oteavanje) prilikom prekida cirkulacije i otputanje estica u povrinskim ureajima;4. Oblaganje propusnih slojeva;5. Odravanje stabilnosti buotine - spreavanje zaruavanja;6. Minimiziranje zagaenja produktivnih slojeva;

P - 112

7. Hlaenje, podmazivanje i delimino olakavanje mase pribora za buenje i dleta;

8. Prenoenje hidrauline energije do alata i dleta;9. Obezbeivanje maksimuma informacija o nabuenim slojevima;10. Spreavanje korozije pribora za buenje;11. Olakavanje cementacije i opremanja;12. Minimiziranje uticaja na ivotnu okolinu;

1. Iznoenje nabuenih estica iz buotine na povrinu

Ovo je primarna i najvanija funkcija isplake u procesu buenja. Nabuene estice se kontinurano proizvode radom dleta. Ispirni fluid protiui kroz otvore na dletu (mlaznice), deluje u obliku mlaza na dno buotine, ime isti dno i rezne povrine dleta i nosi krhotine prema gore, tj. na povrinu. Brzina uzlazne struje ispirnog fluida, treba da je vea od brzine taloenja estica u fluidu, u protivnom krupne estice e se nakupiti na dnu buotine gde e biti izloeni dodatnom razaranju dletom i efikasnost buenja e se usled toga smanjiti.

P - 113

Krhotine su pod uticajem gravitacije i usled toga padaju prema dnu, pri emu dolazi do njihovog klizanja u isplaci. Ako je uzlazna brzina tenosti u prstenastom prostoru dovoljno velika da premauje brzinu propadanja krhotina kroz tenost, krhotine e biti iznesene iz buotine na povrinu. Uzlazna brzina isplake u direktnoj je zavisnosti od prenika kanala buotine, spoljanjeg prenika buaeg alata, kapaciteta pumpe i stanja buotine.

m

pf V

Qv =

Praksa je pokazala da se optimalna uzlazna brzina isplake u prstenastom prostoru, za standardne prenike buenja i primenjenu gustinu isplake, moe izraunati sledeom jednainom:

isdop D

v =200 gde je:vop optimalna uzlazna brzina isplake u meuprostoru (m/s)

Dd - prenik dleta, tj. kanala buotine (mm)is - gustina primenjene isplake (kg/dm3)

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

P - 114

Vertikalna buotina

Vp = brzina padanja estica kroz isplaku

V = brzina estica

Vf = brzina strujanja isplake

V = Vf - Vp Koeficijent transporta krhotina, R

R = (Vf - Vp)/Vf Ako je koeficijent transporta vei od 0,50

iznoenje krhotina je zadovoljavajue.

Vf

Vp

V

P - 115

Transportni kapacitet isplake zavisi od sledeih faktora:

a) gustine buaeg fluida;

b) viskoznosti;

c) tipa proticanja fluida u meuprostoru;

d) rotacije buaih ipki;

e) dimenzija i oblika estica;

f) odnosa gustine estica prema gustini buaeg fluida;

a) sa poveanjem gustine isplake se poveava sposobnost iznoenja krhotina, jer se poveava potisna sila prema povrini, koja ima uticaja na svaku krhotinu;

b) isplake sa veom viskoznou daju vei procenat iznoenja krhotina;

c) vei kapacitet iznoenja se moe postii turbulentnim reimom proticanja nego sa laminarnim sistemom teenja;

P - 116

d) rotacija buaih ipki nabuene estice koje su u njihovoj blizini odbacuje u zonu veih brzina (stvarajui helikoidalni tok) i time se poboljava transportna mo fluida;

e) odnos debljine estica prema preniku manji od tri oteava iznoenje estica iz buotine s obzirom na uticaj efekta torzije;

f) to je manja gustina estica, lake se iznose;

2) Kontrolisanje slojnog pritiska

Teinom stuba isplake mora se postii dovoljan hidrostatiki pritisak za uravnoteenje slojnog (pornog) pritiska, radi spreavanja dotoka leinih fluida u kanal buotine. Hidrostatiki pritisak koji se ostvaruje teinom stuba isplake na neki sloj u buotini izraunava se jednainom

Ph= 0,0981H [bar]gde je:Ph - hidrostatiki pritisak isplake (bar)H - vertikalna dubina kanala buotine (m) - gustina isplake (kg/dm3)

P - 117

Buenje sa natpritiskom znai da pritisak, izazvan teinom stuba isplake, prelazi vrednost slojnog (pornog) pritiska. Izraz buenje sa potpritiskom se, meutim, koristi za oznaavanje stanja buenja kada je hidrostatiki pritisak stuba isplake nii od leinog (pornog) pritiska.Takve formacije se bue sa vazduhom, gasom, penom, aerizovanom isplakom itd.Izbor odgovarajue gustine isplake, je ogranien minimalnom gustinom potrebnom da kontrolie slojne pritiske i maksimalnom gustinom isplake koja nee izazvati frakturiranje formacija.

i = (Ph + P)/0,0981Hgde je:P = diferencijalni pritisak (10 ~ 15 bar)

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

P - 118

- povrinska oprema za kontrolu pritiska (BOP),- brzina toka isplake u meuprostoru,- koeficijent sigurnosti iznad slojnog pritiska,- oscilovanje pritisaka u kanalu buotine (tokom manevra),- diferencijalni pritisak koji ostvaruje stub isplake na sloj,- veliina i brzina filtracije isplake,- dopunjavanje buotine isplakom,- prodor gasa u isplaku,- cena kotanja buaeg fluida,- tolerancija u pogledu koliine dotoka slojnog fluida u kanal buotine,- poroznost i propusnost stena, tip slojnig fluida,- potencijalni gubici isplake u buotini i dr.

3. Zadravanje nabuenih estica (materija za oteavanje) prilikom prekida cirkulacije i otputanje estica u povrinskim ureajima

Jedan od osnovnih zahteva pri korienju bilo koje isplake jeste njena sposobnost dranja krhotina stena i oteivaa u stanju lebdenja, kad je zbog bilo kojih razloga prekinut kruni tok isplake, tj. cirkulacija.

P - 119

Da bi isplaka imala sposobnost dranja estica, ona mora posedovati tiksotropna svojstva. Tiksotropija je osobina tenosti da kada je u stanju mirovanja pree u u poluvrsto (gel) stanje a kada se promea ili stavi u kretanje opet se vrati u svoje prvobitno teno stanje (sol).Uzrok pojave geliranja je usled prisustva privlanih i odbojnih sila meu esticama isplake. U stanju mirovanja estice zauzimaju razliite poloaje u zavisnosti od njihovog naelektrisanja i prisustva tene faze. Prema vrsti (vrstini) dele se u dve grupe:-progresivne (jake) gelove;-meke (lomljive) gelove.

Isplaka u svom krunom toku nosi krhotine stena na povrinu, gde njih treba odstraniti. U protivnom, krunim tokom isplake krhotine bi se ponovo unosile u buotinu, to bi uzrokovalo potekoe u daljem radu. estice nabuenog materijala nepovoljno deluju na:- parametre buenja, jer smanjuju mehaniku brzinu buenja i poveavaju potreban broj dleta;- osobine isplake, jer nepovoljno utiu na gustinu, viskoznost, granicu teenja, gelove, filtraciju i debljinu glinenog obloga- oteuju (habaju) dleto, buai alat, delove ispirnih pumpi i dr.

P - 120

Iz navedenih razloga moraju se, to je vie mogue, ukloniti estice (krhotine) probuenih stena iz isplake. To se postie odreenim mehanikim sredstvima za kontrolu sadraja vrste faze tj. sledeim nainima:- taloenjem;- prosejavanjem;- hidrociklonima (desanderi i desilteri);- kombinacijom desiltera i prosejavanja;- centrifugama.

4. Oblaganje propusnih slojevaKako se isplaka sastoji od tene faze i vrstih estica, to e zbog hidrostatikog pritiska njenog stuba u buotini, u poroznim stenama, doi do filtriranja, tj. odvajanja tene faze koja ulazi u porozne stene, dok e se na licu tih stena stvarati tzv. kola, odnosno oblog, sastavljen od vrstih estica iz isplake.Najtanji, najilaviji i najnepropusniji oblog (kola) e dati dobro hidratisane estice bentonita. U praksi postoje dva tipa filtracije, i to:- statika filtracija, koja se odvija kada tenost miruje,- dinamika filtracija, koja se odvija kada tenost protie preko povrine filtriranja.

P - 121

Oba tipa fitracije odvijaju se tokom izrade buotine. Dinamika filtracija razlikuje se od statike jer tok isplake uz zidove buotine a takoe i rotacija buaeg 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 izjednai sa brzinom erozije. Za isti period filtriranja, glineni oblog pri statikoj filtraciji e biti deblji, a koliina filtrata manja nego pri dinamikoj fitraciji. Brojni aditivi se primenjuju u cilju poboljanja glinene obloge tj. smanjenja filtracije: bentonit, prirodni i sintetiki polimeri, bitumen i dr.

5. Odravanje stabilnosti buotine - spreavanje zaruavanja

Pri izradi buotine esta je pojava da prenik kanala buotine nije jednak preniku dleta. Proirenje ili suenje kanala buotine uzrok je nizu tehniko-tehnolokih problema pri buenju. Uzrok toj pojavi lei u razliitom stepenu stabilnosti buenih stena, npr. formacije kriljastih glina, slojevi peska, i sekcije soli. Generalno posmatrano, na stabilizaciju nestabilnih formacija u procesu izrade buotine moe se delovati podeavanjem osobina isplake: gustinom, kvalitetnom glinenom oblogom,hemijskim inhibitorima i aditivima; i mehanikim zahvatima.

P - 122

6. Minimiziranje zagaenja produktivnih slojeva

Negativan uticaj na proizvodne naslage stena se u praksi i literaturi oznaava kao oteenje sloja, to u stvari ima znaenje smanjenja prirodnih propusnosti stena izazvanog zagaivanjem isplakom, tj. njenim esticama i filtratom. Smanjenje propusnosti proizvodnih stena usled negativnog delovanja isplake proizilazi iz:- zaepljivanja upljina (pora) isplakom i njenim esticama;

- hidratacije glinenih estica u stenama;

- zaepljivanja pora zbog stvaranja emulzije filtrata i slojnih fluida;

- taloenja estica unutar stena kao rezultat nekompatibilnosti filtrata i

slojnih fluida;

- taloenja estica usled interakcije filtrata i drugih fluida kao to su vode

visokog saliniteta ili kiseline, tokom opremanja ili stimulacije.

P - 123

P - 124

7. Hlaenje, podmazivanje i delimino olakavanje mase pribora za buenje i dleta

Pri okretanju dleta i buaih alatki, zbog njihovog trenja o zidove kanala buotine, stvara se znatna koliina toplote. Ta toplota se odvodi isplakom koja odlazi prema povrini, gde se delimino hladi zbog nie temperature okoline.Podmazujue svojstvo isplake je takoe od velike vanosti. Njime se postie znatna uteda u vremenu i trokovima, ako je podmazivanje svih pokretnih delova zadovoljavajue. Trajnost opreme (npr. dleta) moe biti produeno, sa rezultujuim smanjenjem broja manevara, to posebno dolazi do izraaja pri buenju dubokih i dirigovanih buotina. Veliina trenja se moe smanjiti upotrebom specijalnih isplaka koje sadre u svom sastavu ulje, grafit ili druge aditive.Isplaka svojom gustinom vri olakavanje buaeg alata i kolone zatitnih cevi, smanjujui im faktor tonjenja, ime se delimino rastereuje buae postrojenje, a posebno toranj.

P - 125

8. Prenoenje hidrauline energije do alata i dleta

Ispravno postavljen hidrauliki program isplake ima posebno znaenje za uspeni zavretak buotine. Naime, isplaka je medij koji prenosi raspoloivu snagu na dleto radi obavljanja ienja dna buotine, odnosno, radi pokretanja dubinskih motora pri njihovoj upotrebi. Hidrauliki program isplake ukljuuje izraunavanje gubitaka pritisaka u krunom sistemu cirkulacije i njenu brzinu.Hidraulika buenja se bazira na maksimalnoj hidraulikoj snazi na dletu, sili udara mlaza i na brzini mlaza. Pri buenju dubinskim motorima, koliina cirkulacije treba da bude oko 50% vea nego pri rotary buenju. Ta razlika je potrebna radi optimalnog pokretanja dubinskih motora.

P - 126

9. Obezbeivanje maksimuma informacija o nabuenim slojevima

Pored izrade buotine pred izvoaima se postavlja i zadatak da se to vie podataka prikupi iz probuenih stena kako u obliku koji se dobijaju, krhotina tako i neporemeenom obliku. Interpretacija profila nabuenih slojeva vri se na osnovu ovih uzoraka koji u isto vreme slue i za ispitivanje petrografskog sastava, prisustva fosila, fizikih osobina (poroznosti, propusnosti itd.). Isplaka mora da omogui uzimanje jezgra i izvoenje potrebnih geofizikih merenja. Karotana merenja se odnose na merenje elektro, akustinih, 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. Spreavanje korozije pribora za buenje

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

P - 128

11. Olakavanje cementacije i opremanja

Ispirni fluid treba da omogui brzo i nesmetano sputanje niza zatitnih cevi do potrebne dubine. Ugradnja kolone cevi je laka u kanalu iji prenik nema naglih promena tj. proirenja ili suenja.

12. Minimiziranje uticaja na ivotnu okolinuNa kraju, isplaka postaje otpad koji se mora odloiti u skladu sa lokalnim propisima o zatiti ivotne sredine. Materijali koji se koriste prilikom izrade isplake ne podleu prirodnoj razgradnji i prelasku u nezagaujua 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. Predvianje problema u buotini pomae pri izboru posebnog ispirnog fluida za datu buotinu. Meutim, mogu postojati i drugi razlozi koji uslovljavaju korienje razliitog fluida. Cena, dostupnost nekog proizvoda i faktori zatite ivotne okoline se uvek uzimaju u obzir.

P - 129

KRAJ

KRAJ