Technology of Drilling Fluids-bizjak

  • View
    180

  • Download
    9

Embed Size (px)

Text of Technology of Drilling Fluids-bizjak

  • TECHNOLOGY OFDRIILING FLUIDSDr Renato Bizjak

  • KARAKTERISTIKE BUAIH FLUIDA U statikim uslovima: kada isplaka i alat u kanalu buotine miruju; U dinamiki uslovima: kada se isplaka kree kao rezultat rada isplane pumpe ili pokretanja buaih alatki. Pod buaim fluidom podrazumevaju se sva vrste fluida koje se koriste u procesu izrade buotine, a ''isplaka'' predstavlja suspenziju vrste faze u vodi ili ulju, ili kapljice jedne od ovih tenosti dispergovane u drugoj.

    Hidrauliki sistem isplake u kanalu buotine moe delovati:

    Hidrauliki sistem igra aktivnu ulogu za vreme buenja jer ispravno dizajnirana i odravana hidraulika bitno utie na sigurnost radova i na smanjenje trokova izrade buotine.

  • HIDRAULIKA BUENJA Kontrola povrinskih pritisaka Izazivanje efekta potiska na buai alat i zatitne ceviMinimalizacija erozije kanala buotine, koju ostvaruje isplaka za vreme pokretanja alata ienje dleta, uklanjanje nabuenih estice sa dna buotine i iznoenje iz buotine Poveavanje brzine buenja Odreivanje dimenzija, tj. veliine povrinske opreme, kao to su npr. isplane pumpe Kontrolisanje poveanja pritiska stuba isplake ostvarenog tokom sputanja alata u buotinu Minimalizacija klipovanja u buotini, tj. pad pritiska kada se alat vadi iz buotine Omoguavanje procene porasta pritiska u kanalu buotine u toku cirkulacije isplakom Omoguavanje kontrole buotine za vreme dotoka slojnih fluida Hidrostatika, nauka koja prouava ravnoteu fluida i hidrodinamika, nauka koja prouava kretanje fluida, nazivaju se zajednikim imenom ''Hidraulika'' ili ''Hidrodinamika''. Tenosti i gasovi kao predmet hidraulike, za razliku od vrstih tela, nazivaju se zajednikim imenom fluidi. Ispravno dizajniran i odravan hidrauliki sistem u kanalu buotine ostvaruje mnogobrojne funkcije, od kojih su najvanije:

  • DELOVANJE FLUIDA U STATIKIM USLOVIMA Pritisak stuba tenog fluida (isplake) Promene hidrostatikog pritiska stuba tenog fluida (isplake) sa dubinim prikazane su na slici, delovanjem vertikalnih sila na elemenat ' '' tenog fluida na dubini ''Z'' i povrinu ''A''. Sila koja deluje sa gornje strane elementa tenog fluida , ostvarena je sa pritiskom ''p'' na povrinu ''A'' , jednainom: Istovremeno sila koja deluje na elemenat tenog fluida sa donje strane data je sa : Takoe, elemenat tenog fluida deluje i svojom teinom usled dejstva gravitacije, tj. silom na dole: Na osnovu slike jasno je da je elemenat tenog fluida koji se nalazi u njegovom stubu u ravnotei, to se moe prikazati sledeom jednainom:

  • Zamenom vrednosti za sile koje deluju na elemenat tenog fluida u gornju jednainu, i njenim reavanjem dobija se: Kako je kompresibilitet tenog fluida zanemarljiv, a njegova gustina konstantna sa porastom dubine Z, daljim reavanjem gornje jednaine dobija se: Pod uslovom da je na povrini (Z=0) pritisak, po= 0, dobija se konana jednaina za izraunavanje hidrostatikog pritiska, odnosno pritiska stuba tenog fluida u kanalu buotine koja glasi: gde su: - gustina (zapreminska masa) tenog fluida g - gravitaciono ubrzanje Z - vertikalna dubina stuba tenog fluida, tj. vertikalna dubina buotine

  • U SI sistemu jedinica mera, hidrostatiki pritisak se izraava Paskalima (Pa), pod uslovom da je: gustina tenog fluida data u kg/m3, gravitaciono ubrzanje u m/s2 i duina stuba tenog fluida u metrima (m). Zamenom ovih vrednosti u jednainu 1 dobija se jednaina za izraunavanje vrednosti hidrostatikog pritiska tenog fluida izraenog u Pa koja glasi: Jednaine 2 ukazuje da je hidrostatiki pritisak koji ostvaruje stub tenog fluida u funkciji gustine fluida i razmatrane vertikalne dubine kanala buotine, a ne kose, tj. merene duine kanala buotine. Iz praktinih razloga, u tehnologiji buenja sa projektovanjem gustina isplake se meri, a i uobiajeno prikazuje u kg/dm3, i tada se hidrostatiki pritisak isplake izraava u izvedenoj jedinici SI sistema u barima (bar), koristei sledee relacije: Sreivanjem gornjeg izraza konana jednaina za izraunavanje hidrostatikog pritiska isplake izraenog u barima, koja se uobiajeno upotrebljava u tehnologiji buenja sa projektovanjem, glasi: ph - hidrostatiki pritisak isplake (bar); - gustina isplake (kg/dm3); Z - vertikalna dubina kanala buotine (m)

  • Hidrostatiki pritisak stuba tenog fluida sa vie razliitih gustina Kod izraunavanja hidrostatikog pritiska u funkciji dubine buotine, mora se posebno definisati efekat svakog segmenta, tj. sekcije (isplaka, voda, cement i drugo). Bitno je naznaiti da je hidrostatiki pritisak na dnu bilo koje sekcije jednak hidrostatikom pritisku na vrhu sledee sekcije. Ako je pritisak na vrhu prve sekcije poznat i iznosi po, pritisak na dnu prve sekcije e biti izraunat jednainom: Pritisak na dnu prve sekcije (I), je jednak pritisku na vrhu druge sekcije (II). Pritisak na dnu druge sekcije dat je jednainom: Generalno, hidrostatiki pritisak na bilo kojoj vertikalnoj distanci dubine Z, moe se prikazati jednainom:

  • Primer:Izraunati ostvareni hidrostatiki pritisak stuba kompleksnog fluida, na levoj strani U-cevi koja je zatvorena (pb). Desna strana U-cevi je otvorena, tj. pritisak na njenom vrhu iznosi po=0. Sastav kompleksnog stuba tenog fluida prikazan je na slici: Reenje:Hidrostatiki pritisak stuba kompleksnog fluida na strani zatvorenog kraja U-cevi, moe se izraunati primenom sledee jednaine:

  • Statiki pritisak stuba gasa u buotini Promena pritiska sa dubinom stuba gasa u statikim uslovima je mnogo sloenija nego statikog stuba tenosti. Gas spada u stiljive fluide, tako da gustina gasa zavisi od pritiska i temperature u kanalu buotine. Ponaanje gasa moe se opisati primenom jednaine za realni gas definisanom sa: gde su: p - apsolutni pritisak; V - zapremina gasa; n - moli gasa; z - faktor stiljivosti gasa; R - univerzalna konstanta; T - apsolutna temperatura; m - masa gasa; M - molekularna masa Faktor stiljivosti gasa z uveden je u cilju uporeivanje ponaanja realnog gasa sa idealnim gasom. Idealni gasovi su oni kod kojih se moe zanemariti meumolekularno delovanje, odnosno razliite interakcije meu molekulima i tada faktor stiljivosti idealnog gasa iznosi 1. Za prirodni gas faktor stiljivosti moe se odrediti eksperimentalno u funkciji temperature i pritiska.

  • Gustina gasa moe se prikazati kao funkcija pritiska zamenom u prethodnoj jednaini, i reavanjem te jednaine za gustinu gasa:Primenom SI jedinica, uobiajenih u tehnologiji buenja, dobija se: gde su: - gustina gasa u buotini (kg/dm3) pg - pritisak stuba gasa (bar) M - molekularna teina gasa z - faktor stiljivosti gasa T - temperatura (0C)

  • U tehnologiji buenja tj. u pojedinim operacijama na izradi buotine neophodno je ponekad izraunati pritisak stuba gasa koji on ostvaruje na dno buotine, ili oekivani pritisak gasa na ustima buotine, ili pak prosenu gustinu gasa u buotini. Sledee jednaine, pod uslovom da stub gasa u buotini nije male duine, mogu se koristiti za: Pritisak stuba gasa na dnu buotine: Pritisak gasa na ustima buotine: Prosena gustina gasnog fluida u buotini: gde su:pSL - slojni pritisak (bar); pgd - pritisak stuba gasa na dnu buotine (bar); pg.us - pritisak gasa na ustima buotine (bar); - prosena gustina gasnog fluida u buotini (kg/dm3); Z - vertikalna dubina buotine (m); q - specifina teina gasa u odnosu na vazduh (kod istranih buotina se uzima metan, gde je q= 0,554 d.j.); Tpr - prosena temperatura u buotini (oC): Tpr=Tp+Td/2 (oC), gde su: Tp -temperatura na ustima buotine(oC), a Td - temperatura na dubini Z(oC)

  • Ekvivalentna gustina isplake: Tokom izrade buotine, u statikim uslovima, esto se deava da istovremeno u kanalu buotine deluje pritisak stuba isplake, pritisci vie stubova fluida razliitih gustina i dodatni pritisak na povrini usled dotoka fluida, to sve zajedno daje totalni pritisak u buotini na odreenoj dubini.

    Suma tih pritisaka iskazuje se u poveanju gustine isplake tj. u tkz. ekvivalentnoj gustini isplake koja deluje u statikim uslovima na odreenoj dubini.

    Da bi se definisalo stanje ravnotee pritiska u statikim uslovima u buotini sa potrebnom isplakom za uspostavljanje ravnotee, treba razmatrati ekvivalentnu gustinu isplake, a ne gustinu isplake.

    Za praktinu primenu, ekvivalentna gustina isplake odreuje se jednainom: gde su: - ekvivalentna gustina isplake (kg/dm3) phu - ukupni pritisak stuba fluida (raznih gustina), u statikim uslovima (bar) Z - vertikalna dubina buotine (m) pi - ostvareni pritisak na povrini (bar)

  • U odnosu na ekvivalentnu gustinu isplake u kanalu buotine treba napomenuti sledee: Kada stub isplake miruje, tj. buotina je otvorena, bez cirkulacije, ili ako je buotina puna, ekvivalentna gustina isplake je jednaka prosenoj gustini isplake ;

    Kada buotina nije puna zbog gubitka cirkulacije, ili neredovnog dopunjavanja meuprostora, ekvivalentna gustina isplake e biti nia od gustine isplake u buotini;

    Kada je ue buotine zatvoreno i pod pritiskom, ekvivalentna gustina isplake e biti vea od gustine isplake u buotini;

    U toku manevra alatom prilikom vaenja alatki, zbog efekta klipovanja, ekvivalentna gustina isplake e biti nia od gustine isplake, a prilikom njihovog sputanja vea.

  • Primer:Gustina isplake iznosi: kg/dm3Pri zatvorenoj buotini, bez cirkulacije, ostvaren je pritisak na ustima buotine od pi = 30 bar. Izraunati vrednost ekvivalentne gustine isplake ( ) u buotini na dubinama: Z = 500m, Z = 1.000m i Z = 2.000m. Reenje: Primenom jednaina:

    dobijeni rezultati prikazani su u n