Postrojenja za bušenje

Uvod

• Proces bušenja se obavlja u cilju dobijanja niza geoloških informacija o sredini u kojoj je bušotina formirana (istražno bušenje ) ili za dobijanje korisnih mineralnih sirovina iz otkrivenih ležišta ( istražno – eksploatacione i eksploatacione bušotine ).

• Dubine bušotina mogu biti raznovrsne, počev od nekoliko metara do više hiljada metara, u zavisnosti od cilja i namene bušotina. Prečnici bušotina su takođe veoma različite i određuju se zavisno od namene, konstrukcije, dubine i investicija.

• Postrojenja za bušenje (engl. drilling rig) su namenjena za bušenje svih vrsta dubokih bušotina u rudarstvu nafte i gasa : istražnih i eksploatacionih. Takođe, ona se veoma uspešno mogu koristiti za istražne i eksploatacione radove pri dobijanju: čvrstih mineralnih sirovina, termalnih, mineralnih i pijaćih voda.

• Po karakteru delovanja na stensku masu koja se buši:

– Mehaničko bušenje

– Fizičko bušenje

Uvod

• Masovno se primenjuje mehaničko bušenje, koje se može razvrstati na: udarno, rotaciono i udarno – rotaciono .

• Mehaničko bušenje se zasniva na rezanju, razaranju ili drobljenju stene na dnu bušotine. To se ostvaruje putem delovanja koncentrisane sile na radni alat koji u kontaktu sa stenom vrši proces bušenja . Uklanjanjenje zahvaćenog materijala vrši se takođe na različite načine: ispiranjem pomoću tečnosti (hidraulički), vazduhom (pneumatskim) ili mehaničkim putem .

• Udarno bušenje primenjuje se uglavnom za plitke bušotine u tvrdim stenama. Praktično se kao metoda više na koristi.

• Fizički postupci bušenja (plazmeni, termički, elektrotermički, termomehanički, elektrofizički, hidraulični, ultrazvučni,...) još uvek su najvećim delom u fazi istraživanja. Kod ovih postupaka radni alat ne mora da bude u direktnom kontaktu sa dnom bušotine..

Rotaciono bušenje

• Za ostvarenje dubljih bušotina danas se koristi samo rotaciono bušenje .

• Kod rotacionog bušenja, razaranje stena (bušenje) vrši se okretanjem dleta na dnu bušotine. Prema načinu na koje se dleto okreće razlikuju se dva tipa rotacionog bušenja tj. dva sistema:

a) “Rotary” sistem bušenja

b) Sistem bušenja dubinskim motorima

• Ako se okretanje dleta vrši sa površine preko kompozicije bušaćih alatki (radne šipke, bušaćih šipki, teških šipki i dr.), onda se takav sistem bušenja zove “rotary”.

• Primena dubinskih motora je za sada uglavnom ograničena na bušenje dirigovanih koso usmerenih i horizontalnih bušotina čija se izrada ne bi mogla izvesti (ili veoma otežano) bez tog sistema bušenja.

“Rotary” sistem bušenja

• “Rotary” bušenje je još uvek najrasprostranjeniji sistem bušenja.

• “Rotary” bušaća postrojenja se koriste za bušenje kanala bušotine, spuštanje i cementaciju zaštitnih cevi, a takođe su opremljena i za druge različite funkcije neophodne prilikom izrade bušotine, kao što su testiranje, K-merenja i drugo.

• Bušaća postrojenja su po svojoj konstrukciji veoma složena i da bi se efikasno koristila zahtevaju visoko uvežbanu posadu sa odgovarajućim iskustvom.

• Kod “rotary” sistema bušenja kanal bušotine izrađuje dleto združenim dejstvom aksijalnih (vertikalnih sila usled osovinskog pritiska na dleto) i tangencijalnih sila (horizontalnih sila usled rotacije dleta).

“Rotary” sistem bušenja

• Rotaciju dleta ostvaruje bušaći alat koga na površini pokreće rotacioni sto ili integrisani sistem za rotaciju bušaćim alatom i cirkulaciju isplakom, tzv. ''Top Driving Drilling System'', a osovinski pritisak se daje delom bušaćeg alata iznad dleta, tj. teškim šipkama i teškim bušaćim šipkama.

• Cirkulacijom fluida (uglavnom isplakom) kroz bušaći alat i mlaznice na dletu, nabušeni materijal se iznosi kroz međuprostor kanala bušotine i bušaćeg alata do površine - isplačnih bazena.

• Cirkulacija fluidom (isplakom) je zatvoreni kružni ciklus.

“Rotary” sistem bušenja

1 – toranj

2 – postolje

3 – rotacioni sto

4 – pod postolja

5 – motor

6 – radna šipka

7 – bušeća šipka

8 – spojnica

9 – isplačna glava

10 – kuka

11 – pokretna koturača

12 – bušaće uže

13 – nepokretna koturača

14 – druga bina

15 - dizalica

16 – cirkulaciona pumpa

17 – usisni bazen

18 – isplačna cev

19 – isplačno crevo

20 – vibraciono sito

21 – prva bina

22 – dleto

23 – preventer

24 – “Kumi” uređaj

“Rotary” sistem bušenja

Zvonasta spojnica

Uredjaj za sprečavanje eruptiranja Prstenasti Ulošci (čeljusti) za obuhvatanje cevi

Kolona bušaćih alata

Bušaća glava

Glava kolone zaštitnih cevi

Cevovod od usta bušotine do separatora

Vibro crevo

Grlić isplačne glave

Klasifikacija “Rotary” sistem bušenja

Postrojenje za bušenje na kopnu

Osnovne karakteristike konstrukcije postrojenja za bušenje na kopnu su prenosivost i maksimalna radna dubina bušenja.Toranj postrojenja za bušenje na kopnu mora biti podignut na lokaciji. U mnogim slučajevima toranj se ostavlja preko bušotine nakon osvajanja, ispitivanja i opremanja bušotine. Savremena postrojenja za bušenje na kopnu su konstruisanai tako da se toranj lako može preseliti i ponovo upotrebiti. Razne komponente postrojenja su montirane na saonice, tako da se postrojenje može preseljavati u delovima i lako ponovo spajati.

Toranj na preklapanje (''Jackknife'’) se sklapa na tlu pomoću osovinica, a zatim podiže kao sklop, uz primenu opreme za zadizanje. Prenosivi teleskopski toranj (''Portable Mast'’) je pogodan za pliće bušotine. Obično se montira na kamione sa točkovima ili prikolice koje nose mašineriju za dizanje, motore i toranj kao poseban sklop. Teleskopski prenosivi toranj se mora podići do vertikalnog položaja, a zatim istegnuti (izvući) do pune visine pomoći hidrauličkih klipova na njemu.

Postrojenje za bušenje na moru

Konstrukcija zavisi u osnovi od dubine mora i geološke građe dna, takođe utiču i klimatski uslovi oblasti u kojoj se buše. Ova postrojenja grade se po pojedinačnim projektima . Mogu se podeliti u tri grupe: - Postrojenja sa osloncima na dnu mora - Poluuronjene platforme - Brodovi za bušenje

Fiksne platforme se koriste za dubine mora, jezera, močvara do 100 m. Leže na nosačima na nabijenim u dno ili betonskim nosačima koji svojom masom obezbedjuju stabilnost postrojenja. Na platformi se nalazi potrebna oprema za bušenje i objekti za smeštaj ljudi . Obično se sa jedne platforme buši 3 – 20 bušotina. Plovna platforma ima telo u vidu pontona. U radnom položaju ponton se održava iznad njivoa mora, oslanjajući se na morsko dno preko oslonaca koje se opiru u morsko dno . Izrađuju se na 3 i na 4 oslonca . Za dubine 30 – 40 m primenuju se kolone od cevi, a za veće dubine rade se rešetkaste konstrukcije . Ako se bušotina pokaže eksploatabilnom, tada se gradi stacionarna platforma za eksploataciju .

Platforma sa osloncima na dnu mora (fiksna) Plovna (poluuronjena) platforma

Poluuronjena postrojenja mogu da buše u položaju plutanja. Pontoni u zoni mirne vode (18-30 m). Stabilizacija se izvodi sidrenjem i sistemom za korekciju položaja.

Brodovi za bušenje

Mogućnost bušenja na velikim dubinama. Brodovi za bušenje primenjuju se za veće dubine mora . Brod ovde igra ulogu platforme za bušenje . Brod se održava na mestu bušenja pomoću sidara . Pošto se rastojanje između broda i usta bušotine menja u slučaju jačih talasa, bušaća kolona mora imati teleskopski uređaj . Ozbiljni nedostaci ovih uređaja su velika bočna i vertikalna pomeranja do kojih dolazi usled talasanja površine mora i dejstvo vetra ili jakih morskih struja . Sztabilizacija se ostvaruje sistemima za sidrenje, kontrolu položaja i ljuljanja, kontrolu pozicioniranja i korekciju položaja . Sva ova postrojenja moraju da budu autonomna kako u pogledu snabdevanja energijom tako i u pogledu boravka ljudstva na njima .

Osnovne karakteristike postrojenja

• Nosivost – dopuštena težina bušaćeg pribora (“opterećenje na kuku”);

– Nominalna nosivost je najveća težina bušaćeg pribora na koju je proračunato postrojenje imajući u vidu trajan rad.

– Maksimalna nosivost je opterećenje koje postrojenje može podneti pri kratkotrajnom preopterećenju (obično 20-30% iznad nominalne)

• Dubina bušenja; zavisi od nosivosti postrojenja, tj. Dimenzija i težine bušaćeg pribora. Postrojenje se projektuje za 2-3 dimenzije bušaćih cevi. Za svaku od cevi definiše se dubina bušenja u zavisnosti od nosivosti i materijala cevi.

• Kapacitet pumpnog postrojenja definiše mogućnost efikasnog bušenja u različitim uslovima. Količina isplakekoju potiskuje pumpno postrojenje zavisi od načina bušenja, dubine bušotine, geoloških faktora i drugih faktora koji zavise od tehnologije bušenja.

Osnovne karakteristike postrojenja

• Pritisak na priključku pumpi određuju uslovi bušenja. Maksimalni radni pritisak je onaj pritisak pri kome postrojenje može trajno da radi. Maksimalni dopušteni pritisak je pritisak pri kome postrojenje sme da radi kratkotrajno i na ovaj pritisak su podešeni sigurnosni ventili (obično 20-30% iznad maksimalnog radnog pritiska). Odnos pmax/pmin je 6 ... 10 za “rotary” bušenje, odnosno 2 ... 2,5 za bušenje sa dubinskim motorima

• Snaga postrojenja je definisana je zahtevima za velikim brzinama dizanja bušaćeg pribora, za pumpanjem određene količine isplake pod određenim pritiskom i za obrtanje radnog alata tehnološki najpovoljnijim brojem obrtaja pri određenom aksijalnom pritisku. Snaga postrojenja definiše čvrstoću i trajnost elemenata postrojenja: prenosnika, ležišta, spojnica, užadi, cevovoda, broj motora i njihovu težinu, kao i kompoziciju postrojenja kao celine.

• Dužina sekcije bušaćih cevi i njena težina utiču na trajanje operacija dizanja i spuštanja. Povećanjem dužina smanjuje se njihov broj u bušaćem priboru i vreme spajanja i razdvajanja, ali zbog manipulacije je potrebno imati viši (teži) toranj. Uobičajeno se koriste sekcije dužine 12, 18 i 28 m.

T-76 NATIONAL 1320-UE

TECHNICAL OVERVIEW

Rating 2, 000 HP 1,491 kW

Hook load 1,275,000 lbs @ 14 lines 578 t

Design depth theoretical

20,000 ft 6,096 m

Year of construction 1980, major refurbishment 1997

MAST

Type Pyramid DA-M-583

Height 161 ft incl. extension 49 m

Base 30 ft 9.1 m

N.G.C 1,640,000 lbs 744 t

Hook load 1,275,000 lbs 578 t

SUBSTRUCTURE

Type Pyramid swing-up

Height 30 ft 9.1 m

Clear height 25 ft 7.6 m

Casing load 1,250,000 lbs 567 t

Setback load 750,000 lbs 340 t

DRAWWORKS

Type National 1320-UE

Horsepower rating 2,000 HP 1,491 kW

Max. line pull 93,500 lbs 42.4 t

Drilling line diameter 1 ½” 38.1 mm

Auxiliary brake Baylor 7838

TOP DRIVE

Type Varco TDS-4H

Capacity 1,300,000 lbs 590 t

Torque 45,500 ft.lbs 61,690 Nm

ROTARY TABLE

Type NAT C-375

Table opening 37 ½” 952.5 mm

DRIVE GROUP

Engine Type MWM TBD 620 V16

Horsepower rating 4 x 2,132 HP

Generator type Piller NG 2500-4S

Generator rating 4 x 2,500 kVA

Voltage 690/400 V, 50 Hz

SCR Unit Bentec SCR

MUD SYSTEM

Pump type Wirth TPK-2000

Horsepower rating 3 x 2,000 HP

Shale shaker type Derrick PMD 300 Genies

Shale shaker 3 pcs single

Standpipe pressure 7,500 psi 517 bar

Active mud system 1,824 bbl 290 m3

Reserve mud system 1,132 bbl 180 m3

BOP EQUIPMENT

Annular 13 5/8” x 5,000 psi

Double ram 13 5/8” x 10,000 psi

Single ram 13 5/8” x 10,000 psi

CAMP EQUIPMENT

Full rig and base camp

© KCA DEUTAG: all rights reserved. No part of this document may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means without prior permission of KCA DEUTAG. DT_02833. Last updated September 2013. Last reviewed April 2015.

Tehnološke operacije pri rotacionom bušenju

• Rotacija i uzdužno pomeranje dleta u smeru napredovanja čela bušotine;

• Ispiranje bušotine i iznošenje razorenog materijala na površinu;

• Nastavljanje bušaćeg pribora sa napredovanjem čela bušotine;

• Podizanje i spuštanje bušaćeg pribora;

• Priprema, obrada i čišćenje fluida koji se koriste za ispiranje bušotine;

• Spuštanje obložnih kolona da se obezbedi stabilnost zidova bušotine

• Dodatni zahtevi: Havarijska zaštita, ekozaštita, pomoćne operacije.

Prikaz dodavanja novog komada bušaće šipke

Prikaz manevara alatom - vađenje alata

Osnovni elementi postrojenja za bušenje

• Sistem za manevrisanje (dizanje i spuštanje bušaćeg pribora)

• Sistem za rotaciju bušaćeg pribora

• Sistem bušaćeg pribora

• Sistem za pogon i transmisiju

• Sistem za cirkulaciju i pripremu fluida (isplake)

• Sistem za kontrolu dotoka ležišnih fluida u kanal bušotine

• Uređaji i oprema na podištu tornja

1.Bušaće šipke

2.Teške šipke

3.Proširivač

4.Dleto

5.Nepokretna koturača

6.Uže u sistemu koturača

7.Oslonjeni pasovi

8.Pokretna koturača

9.Kuka

10.Isplačna glava

11.Isplačno crevo

12.Radna šipka

13.Isplačne cevi

14.Kanal za cirkulaciju ispalke

15.Sistem za prečišćavanje isplake

16.Usisni rezervoar

17.Usisno crevo

18.Pumpa za isplaku

19.Dizel motori

20.Dizalica

21.Rotacioni sto

22.Uže

Postrojenje za rotaciono bušenje

Sistem za manevrisanje (dizanje i spuštanje bušaćeg pribora)

Sistem za manevrisanje

Sistem za manevrisanje predstavlja vitalnu komponentu bušaćeg

postrojenja i uglavnom služi za obavljanje dve rutinske operacije: dodavanje

komada bušaćeg alata i zaštitnih cevi i manevar bušaćim alatom (spuštanje

i vađenje alata u kanalu bušotine).

Sistem za manevrisanje sastoji se iz: - Bušaće dizalice - Sistema koturača (nepokretne i pokretne) i kuke - Tomja i postolja - Bušaćeg užeta

Šematski prikaz sistema za manevrisanje

Sistem za manevrisanje

Toranj

Toranj (engl. mast, derrick) je rešetkasta konstrukcija, smeštena nad ustima bušotine, sa osnovnim zadatkom da obezbedi mogućnost: podizanja, spuštanja i odlaganja bušaćeg pribora. Tornjevi su čelične konstrukcije izrađene od profila različitog poprečnog preseka, a profili su povezani: zavarivanjem, zavrtanjima ili zglobnim vezama .

1. Kosnik 2. Gornja platforma 3. Stepenište 4. 5. Platforme 6. Stopa tornja 7. Zglobna dijagonalna prečka 8. Horizontalna prečka 9. Detalj veze 10. 11. 12. Elementi veze 13. Detalj veze

Prema konstrukciji tornjevi mogu biti: stabilni (konvencionalni), preklopni, teleskopski. Prema broju i položaju nosećih elemenata (nogu) tornjevi mogu biti: Jednonožni, dvonožni, četvoronožni .

Jednonožni

Dvonožni

Teleskopski Preklopni

Konstruktivni karakteristike tornja

- Visina tornja - Nosivost (opterećenje) tornja - Izvijanje tornja

Visina tornja definiše se kao rastojanje od osnove do ose nepokretne koturače i mora da obezbedi: - Mogućnost normalnog rada sa bušaćim priborom ( podizanje spuštanje, manipulacija ) - Rezervnu visinu, koja je dovoljna za smeštaj i funkcionisanje svih uređaja koji se koriste tokom rada kao i mogućnost ugradnje dodatnih uređaja .

Korisna visina tornja

l1- poluprečnik nepokretne koturače

l2- visina podizanja-spuštanja pokrete koturače

l3-dimenzije pokretne koturače

l4-dimenzije kuke

l5- dimenzije isplačne glave

l6- dužina bušaće šipke

l7- slobodna visina iznad rotacionog stola

13 - Nepokretna koturača 12 – Užad 11- Pokretna koturača, kuka 14 – Toranj sa platformom 18 – Isplačna glava

Konstruktivna visina tornja se definiše od njivoa oslanjanja tornja do gornje platforme tornja. Ona je za I8 = 1,5...2,0 m (visina bušotinske glave) veća od korisne visine. Položaj i visina platforme se definiše prema dužini šipke, uglu nagiba bušaće šipke i visini slobodnog prostora između platforme i šipke sa kojom se manipuliše: HP = l6

.cosα + l4 + Δh

α = 2-4° - ugao nagiba šipkel Δh – visina slobodnog prostora

Za smeštaj potrebnog, radnog i rezervnog broja bušaćih šipki neophodno je da se na platformi tornja, obezbedi odgovarajući skladišni prostor . Površina ovog prostora se definiše prema izrazu: L – ukupna dužina bušotine AS – površina poprečnog preseka šipke

A =1,2 ×L

l6

AS

Opterećenje tornja

Maksimalno opterećenje tornja se definiše prema sledećim kriterijumima: -Da naponi u elementima tornja ostanu u granicama dozvoljenih vrednosti -Da deformacije tornja ostanu u granicama dozvoljenih vrednosti 1. Noseća sposobnost tornja

Deformaciona sposobnost tornja:

Računsko opterećenje tornja se definiše kao suma svih istovremeno dejstvujućih opterećenja:

Sva opterećenja koja dejstvuju na jedan toranj se mogu svrstati u 3 grupe: - Stalna opterećenja; - Eksploataciona opterećenja; - Opterećenja od vetra.

U stalna opterećenja spadaju: -Težina tornja GT = 0,15 Fgr

-Težina koturače GKO = 0,04 Fgr - Težina kuke GK = 0,015 Fgr - Težina platforme, lestvica, kosnika GP = 0,03 Fgr

Eksploataciona opterećenja obuhvata: -Silu u užetu dizaličnog mehanizma

ηk – stepen korisnog dejstva sistema sa koturačama m – broj koturača pokretne koturače

Fp - sila kojom bušaći pribor opterećuje uže (bušeće šipke, spojnice, dleta, dubinski motor),

- Koeficijent potiska

- Koeficijent porasta sile usled otpora koji se javlja pri podizanju bušaćeg pribora (K1=2,6, za bušotine do 1000 m; K1=1,6, za bušotine preko 1000 m)

Fk - sila kojom kuka i pokretna koturača opterećuju uže Fk = Gk

Opterećenje od vetra:

FV = qV . nV . C . β . AT

- qV, specifični pritisak vetra (funkcija kvadrata brzine vetra)

- nV, koeficijenat preopterećenje

- C, koeficijenat otpora tornja

- β, koeficijenat pulsacije

- AT, aktivna površina tornja

FP = mpgKK1

K =1-ri

rc

Težište dejstva sile vetra se definiše izrazima: - Za toranj sa 3 oslonca

- Za toranj sa 4 oslonca

B, b - dimenzije gornje i donje osovine tornja . Ukupno opterećenje tornja definiše se kao rezultanta vertikalnog i horizontalnog opterećenja tornja . Površina poprečnog profila rešetke se definiše izrazom: Fs- sila u štapu rešetke, N

K3- koeficijent istorodnosti materijala

σd- dozvoljeni napon

ϕ - koeficijent uslova rada ν - vitkost štapa lš – dužina štapa is-poluprečnik inercije poprečnog preseka štapa μ- koeficijent relativne dužine štapa

n = mlS

iS

Deformacije tornja

Deformaciona sposobnost tornja: Ukupna deformacija: Δ = Δ1 + Δ2

Δ1 ≈ HT/500 – deformacije nastale kao posledica opterećenje (eksploataciona i vetar) Δ2 ≈ HT/750 – deformacije usled netačnosti izrade i montaže D – prečnik otvora na radnom stolu DD – prečnik bušećeg dleta

Dgr =D- DD

2»

HT

300