6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 1 of 43

INŽENJERSTVO NAFTE I GASAINŽENJERSTVO NAFTE I GASA

Tehnologija bušenja IITehnologija bušenja II

6. predavanje

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 2 of 43

Merenja za vreme bušenja - MWD

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 3 of 43

Merenja za vreme bušenja

Tačnost vođenja kanala bušotine, nesumljivo je važna u procesu izvođenja bušenja, a pri uslovima malih naftnih i gasnih polja, jako razlomljenih i komplikovanih geolo ških struktura, te horizontalnog bušenja, znati tačno gde se dno bušotine nalazi postaje neophodni uslov za izvođača radova. Specifičnost izrade kanala naftnih i gasnih bušotina je da se mesto rada ako se tako uslovno nazove dno bušotine koja se izrađuje, nalazi izvan mogućnosti direktnog opažanja i praćenja. S obzirom na visoku cenu bušenja s jedne strane a s druge strane na sve veće zahteve koji se postavljaju pred izvođača u pogledu uslova bušenja i tačnosti vođenja kanala bušotine razumljiva su nastojanja da se primenom moderne tehnologije bušaču prezentira što veći broj podataka o bušotini i alatu za vreme samog bušenja, tj. realnom vremenu događanja. To izvođaču daje mogućnost momentalnog i korektnog reagovanja na pojave u bušotini ili bušaćem alatu. Prvo merenje za vreme bušenja (MWD) datira iz sredine tridesetih godina prošlog stoleća, kada je isproban sistem merenja otpora formacije korišćenjem kablovskog sistema za prenos signala na površinu.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 4 of 43

Značajan napredak MWD tehnologije je načinjen razvitkom sistema za telemetrijski prenos podataka pulsiranjem isplake koja se temelje na istraživanjima J.J.Arpsa, pedesetih godina prošlog stoleća. Prvi moderni transmisioni sistem pulsiranjem isplake predstavljen je krajem sedamdesetih godina. U početku komercijalne primene MWD merenja su korišćena za kontrolu pravca bušotine, prvenstveno pri bušenju na moru, gde je visoka cena upotrebe imala opravdanje. Zatim je uvođenjem novih senzora prošireno na parametre bušenja, one koji utiču na sigurnost, a zatim i na karakteristike slojeva. Posebno je sve veća primena horizontalnog bušenja, u uslovima kada primena klasične tehnologije nije zadovoljavala, uticala na razvitak savremenetehnologije MWD merenja. Merenje za vreme bušenja (MWD) je danas prihvaćeni sinonim za komunikaciju između najdubljeg dela bušaćeg alata i površine. Zavisno od vrste senzora, učestanosti merenja i preciznosti sistema za merenje koji se koristi, pokazatelji kao što su orijentacija bušotine, promena inklinacije, parametri bušenja, stanje bušotine i osobine slojeva su brzo dostupni. Glavna karakteristika MWD metode je da se mereni podaci prenose na površinu do operatorove konzole kontinuirano i gotovo istovremeno sa zbivanjima u bušotini pa reakcije izvođača u smislu potrebe za korekcijom parametara bušenja ili njegovog zaustavljanja mogu takođe biti gotovo istovremene.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 5 of 43

1. Ciljevi i prednosti merenja za vreme bušenja

Sposobnost bušača da optimizira performanse bušenja raste, što sagledavanje uslova na dnu u realnom vremenu postaje jasnije. A MWD tehnologija je načinila veliki doprinos ka tome obezbeđujući pravovremeno podatke odnosno poboljšavajući sigurnost i utičući na smanjenje cene bušenja. Prema tome za postizanje podesne ekonomične operacije bušenja, sa merenjima u realnom vremenu, podaci sa dna bušotine čije merenje je najčešće potrebno su: - Podaci u vezi kontrole pravca bušotine kao što su otklon (ugao), smer (azimut) i ugao čela bušaćeg dleta (kada bušaći alat ne rotira);- Uslovi u bušotini, kao što su hidrostatički pritisak, slojni pritisak, temperatura u bušotini; - Parametri bušenja, kao što su broj obrtaja, opterećenje na dleto, njegova torzija i stanje dleta; - Osobine sloja, kao što su otpor formacije, poroznost, gustina, vrsta fluida u sloju, prirodna radioaktivnost.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 6 of 43

Najvažnija prednost MWD tehnologije je to da obezbeđuje merenja na dnu i/ili interpretaciju merenja u realnom vremenu. Dalje, ova merenja se obavljaju pre nastanka bilo kakvog znatnog oštećenja bušotine i pre bilo kakvog oštećenja sloja izazvanog invazijom filtrata. A merenja na dnu kao što su opterećenje dleta, torzija i temperatura nisu bila dostupna pre ove jedinstvene pogodnosti i imaju posledicu u boljem, bržem izvođenju operacija bušenja. Uticaj MWD na sigurnost bušenja je najdramatičniji. Dok obezbeđuje pouzdano otkrivanje slojnog pritiska korišćenjem metode merenja otpornosti, MWD merenje se takođe može koristiti za otkrivanje početnih radnih problema kao što je diferencijalni prihvat. Na efikasnost bušenja korišćenje MWD utiče na nekoliko načina. Iz bržeg ispitivanja pravca kanala bušotine proizilazi više vremena za bušenje na dnu a češća merenja smanjuju rizik skretanja sa pravca. U nekim bušotinama sa velikim uglom otklona, merenje karakteristika formacija za vreme bušenja može biti i jedino merenje koje se može dobiti.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 7 of 43

Šematski prikaz sistema “MWD”

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 8 of 43

2. Konstrukcija sistema merenja za vreme bušenja

Svi MWD sistemi se sastoje iz tri glavne komponente: sklopa mernih instrumenata sa senzorima, uređaja za transmisiju podataka i površinske opreme za prijem i obradu podataka.

2.1. Merni instrumenti u koloni bušaćeg alata Instrumenti za merenje su postavljeni unutar nemagnetskih teških šipki iznad dleta i/ili dubinskog motora. Instrument se sastoji od mernog sklopa koji sačinjavaju tri dela: - senzorski deo, ili prijemnik merenih vrednosti; moderni senzori mere inklinaciju kanala bušotine pomoću troaksijalnog akcelerometra. Stariji metodi koriste klatno sa elektronskim ili mehaničkim očitavanjem. Po pravilu, smer se meri pomoću troaksijalnog magnetometra. Orijentacija pri promeni inklinacije dubinskog motora se može odrediti magnetskom ili gravitacionom metodom. Tu su obično i detektori za γ zračenje, gustinu, poroznost, otpornost sloja, temperaturu, opterećenje dleta, itd. - telemetrijski deo, procesor izmerenih vrednosti koji osigurava kontrolu celog sistema; što podrazumeva, praćenje izlaznih podataka iz senzora, njihovo čuvanje i kodiranje u formi kojom se mogu telemetrisati na površinu kroz transmisioni medijum.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 9 of 43

- energetski deo, koji sačinjavaju baterije (litijumske) ili turbinski generator koji pokreće isplaka.

2.2. Površinski uređaji za registrovanje podataka Uopšteno, tipična oprema za dekodiranje, analizu i registrovanje dobijenih podataka, sastoji se od uređaja koji prima signale od predajnika, kroz transmisioni element i pretvara ih u električne impulse, i dekodera tj. procesnog kompjutera koji obezbeđuje razumljivo prikazivanje izmerenih vrednosti. Periferijski uređaji kao što su računar, terminal, ploter, štampačobično su povezani u sistem, obezbeđujući analizu i čuvanje podataka.

2.3. Sistemi prenosa signala Zavisno od vrste transmisionog medijuma i/ili metoda kojim se podaci prenose do površine, moguće je klasifikovati MWD sisteme na jasan i logičan način. Oni se mogu sastojati od sistema sa električnim kablom, elektromagnetskim talasima, zvučnim talasima i sistemom pulsiranja bušaćeg fluida. Vrsta osnove transmisije je takođe presudna za trajanje prenosa i/ili učestanost podataka i kvalitet primljenih izmerenih vrednosti.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 10 of 43

Obično, telemetrijski sistem pulsacijom isplake daje informacije koje nisu potpune kao kod zabeleženih podataka. Ovo je rezultat, najvećim delom iz činjenice da šum koji se sreće u transmisionom kanalu može smanjiti efikasnost prenosa, ponekad rezultujući i prekidom podataka.

2.3.1. MWD sistem sa beleženjem podataka Sastoji se od senzora, jednog tipa centralnog interfejsa koji sadrži mikroprocesor, memorije i izvora napajanja energijom. Podaci merenja nisu dostupni u realnom vremenu, već samo nakon vađenja alata. To može predstavljati problem kod upotrebe dleta kojima se mogu bušiti dugi intervali bez izmene. Ovaj sistem sa beleženjem ima nedostatak da u slučaju nenadoknadive zaglave alata, zabeležene informacije naće biti dostupne. Jasno za donošenje nekih odluka informacije o sloju trebaju biti dostupne neposredno nakon ulaska u sloj, dok za druge, informacije mogu biti primljene i kasnije. Kombinacija merenja u realnom vremenu i zabeleženih podataka obično može obezbediti najekonomičnije rešenje za potrebne informacije sa date bušotine.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 11 of 43

2.3.2. Sistem prenosa sa elektro-provodnicima

Već odavno se pri klasičnim karotažnim i drugim merenjima kao prenosnik informacija koristi elektro-kabl. Njegova glavna prednost u odnosu na druge sisteme je u tome jer ima veliku brzinu prenosa informacija, postojanje komunikacionog sistema i dovod el. energije do dubinskog sistema. Međutim glavni nedostatak takvog prenosa je u tome što on zahteva spuštanje i vađenje kabla za svako merenje, pri rotacionom bušenju, što znači prekidanje normalnog procesa bušenja, vađenje dela alata iz bušotine, ponovnu ugradnju, te nakon završetka merenja ponovno vađenje. Zatim javljaju se značajna oštećenja kabla tokom operacija a postoji i problem pouzdanost kontaktnih veza. Prvi komercijalni prenos signala elektro kablom je izveden sa Steering Tool alatom. To je sonda za usmereno bušenje opremljena sa tri akceletrometra i tri magnetometra koji mere komponente vektora gravitacije i vektor Zemljinog magnetnog polja. Ovi podaci se tada prenose do površine i osiguravaju otklon bušotine, azimut i orijentaciju čela alata za vreme bušenja sa dubinskim motorom kada bušaće šipke ne rotiraju sa kablom koji je u njima. Izvedeni su i pokušaji da se bušaći alat permanentno oprema sa elektro kablom. To se pokazalo izvodljivim ali i veoma skupim postupkom. Takav sistem može biti upotrebljen pri rotacionom bušenju isto tako dobro kao i sa motorom na dnu bušotine.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 12 of 43

2.3.3. Elektromagnetski, akustični i drugi sistemi za prenos

Elektromagnetski sistem za slanje dobijenih podataka do površine emituje elektromagnetske talase kroz okolne formacije ili kroz bušaći alat. Zbog velikih prenosnih gubitaka moguće je prenositi samo signale malih frekvencija, tako da ih je veoma teško filtrirati. Elektromagnetski talasi imaju tendenciju da se gube u slojevima sa otpornošću manjom od 1 Ω/m. Tako da su sadašnji komercijalni elektromagnetski sistemi pogodni samo za operacije na kopnu, gde je otpornost veća od 1 Ω/m i ako formacija nije duboko.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 13 of 43

2.3.4. Sistem prenosa impulsa pulsiranjem isplake

Bez obzira na proizvođača ili podatke koji se pulsiranjem isplake prenose od mernih instrumenata na površinu, svi MWD sistemi se baziraju na dva osnovna principa generiranja impulsa pritiska isplake:- Pulsna telemetrija koja pretvara podatke u binarni format i šalje ih do površine bilo pozitivnim ili negativnim impulsima pritiska izazvanim u fluidu. - Telemetrija generiranim impulsima (Continuous-wave), koristi rotacioni ventil u struji isplake unutar sklopa mernih instrumenata sa fiksiranom frekvencijom za slanje informacija pretvorenih u digitalni oblik do površine.

U procesu pulsiranja, pritisak isplake u teškim šipkama blizu dleta se menja usled dejstva ventila tako da nastaje pad ili povećanje pritiska. Ovi impulsi čine mogućim prenos signala, zato što se impulsi stvoreni na dnu prostiru u stubu isplake brzinom zvuka, 1200 do 1500 m/s, sve do površine. Ovo pulsiranje pritiska predstavlja, u digitalnom obliku, kodiranu grupu analogno izmerenih podataka.

Brzina transmisije podataka iznosi od 1 do 3 bita u sekundi (limitirana je postojećom tehnologijom ventilima za pulsiranje i brzinom zatvaranja sistema za pokretanje ventila).

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 14 of 43

a. Pozitivni puls sistem

Predstavlja proces pulsiranja pri kome dolazi do povećanja pritiska u stubu isplake, tako što se ventil aktivira hidrauličnim sistemom koji je elektronski kontrolisan. Omogućava svaku vrednost pritiska unutar praktičnih granica i pulsiranje je lako prepoznati. Nema direktne komunikacije između unutrašnjeg i prstenastog prostora. Trenutno, sa postojećom tehnikom moguća je viša brzina prenosa.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 15 of 43

b. Negativni puls sistem

Princip negativnog pulsiranja bazira se na upotrebi diferencijalnog pritiska koji postoji unutar i izvan teških šipki. Ventil dozvoljava isticanje isplake iz unutrašnjosti u prstenasti prostor za kratko vreme i na taj način, nastaje pad pritiska koji se beleži na površini. Negativni puls sistem može prouzrokovati stalnu komunikaciju između unutrašnjosti i prstenastog prostora ako ventil zataji kod zatvaranja.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 16 of 43

- Pad pritiska moguć je približno 10-15% od pritiska isplake uz komplikovano prepoznavanje pulseva.

- Tokom procesa pulsiranja kroz otvor na instrumentu 5-20% isplake prelazi u prstenasti prostor.

- Korišćenjem postojeće tehnologije ostvaruje se niža brzina prenosa nego sa pozitivnim sistemom.

Upotrebljava se i drugi sistem kodiranja gde je vrednost podatka predstavljena pomoću udaljenosti između dva pulsa. Prednost ovog sistema je veća brzina obrade podataka manje vrednosti.

Svi puls sistemi su vrlo osetljivi na šum koji unosi isplačna pumpa a filtriranje je otežano zbog širokog raspona frekvencija koje su sadržane u pulsevima.

Sistem pogona se razlikuje, zavisno od tipa ventila koji se koristi i može biti direktan ili sa hidrauličkim servo ventilima.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 17 of 43

c. Sistem generiranih talasa

Sistem za generiranje impulsa isplake tzv. sistem sa kontinuiranim talasom koristi rotacioni ventil (mud siren) sa perforiranim statorom i rotorom koji ograničavaju tok fluida stvarajući pozitivni signal pritiska koji putuje kroz fluid do površine brzinom zvuka. Najčešća frekvencija talasa je 12 Hz a izmena faze je češće u upotrebi od frekventne modulacije.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 18 of 43

3. Brzina prenosa pulsacije

Brzina i slabljenje pulseva isplake zavisi od gustine isplake i kompresibiliteta, kao i od karakteristika bušaćih šipki. Ona varira od 1500 m/s za lake isplake na bazi vode do 1200 m/s za teške isplake na bazi vode. Brzina u isplaci na bazi ulja će varirati od 1200 m/s za laku isplaku, do 1000 m/s za tešku isplaku. Prigušenje impulsa pritiska postaje sve intenzivnije sa dubinom i kompresibilitetom isplake. Još veće smanjenje pritiska primećeno je kod uljnih isplaka koje se uglavnom koriste u dubokim bušotina.

4. Pouzdanost sistema

Kako se MWD sistemi sastoje se od senzora, izvora napajanja energijom, pulsirajuće jedinice i detektujućeg sistema na površini verovatnoća da sistem neće otkazati (PsRT) može se definisati kao:

PsRT = PsR ⋅ PsP

PsR = verovatnoća sistema za registrovanje (PsR < 1) PsP = verovatnoća sistema za pulsiranje (PsP < 1 )

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 19 of 43

Nadalje sistem za pulsiranje sadrži elemente sa pokretnim delovima i zbog toga se uopšteno može očekivati veća sklonost ka otkazivanju nego kod drugih komponenti.Otkazivanje MWD instrumenata rezultira preranim vađenjem alata, što produžava vreme rada postrojenja i direktno utiče na povećanje troškova. U prošlosti, MWD alati su kritikovani zbog nepouzdanosti i slabe izdržljivosti. U sadašnje vreme pouzdanost je povećana i većina proizvođača garantuje više od 250 časova rada između kvarova. Pouzdanost ovih alata, međutim može biti i dalje povećavana ukoliko se posebna pažnja posveti merenju vibracija bušaćeg alata. Primenom merenja vibracija alata na dnu, poboljšava se pouzdanost MWD sistema i produžava vek dleta i bušaćeg alata. Energija za rad sonde se obezbeđuje baterijama (litijumske pri čemu treba obezbediti približno 200 časova rada) ili generatorima. Sistemi sa turbinski pogonjenim generatorom dopuštaju višu temperaturu nego sistemi sa baterijama.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 20 of 43

Svi elementi sistema su obično predviđeni za sledeće uslove:- Temperatura: 150 Cº- Pritisak: 1500 bar - Udari: 1000 puta veći od ubrazanja gravitacije - Vibracije: 40 puta veće od ubrzanja gravitacije

Visoke vrednosti otpornosti na udare i vibracije ne proizilaze samo iz uslova u bušotini tokom bušenja, nego su takođe potrebne i zbog manipulacije tokom prenosa i sastavljanja. Većina sistema je osetljiva na strana tela u isplaci (zaptivne materije) tako da je neophodno postavljanje zaštitnih mrežica na ulazu u instrument.

Tačnost merenja je za: - azimut ± 1,5º- ugao otklona ± 0,1º- ugao čela alata ± 1,5º

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 21 of 43

5. Primena mwd sistema

Uopšteno, sistem se sastoji od odgovarajućih senzora za analogno ili digitalno beleženje željenih merenih vrednosti koje se mogu podeliti na četiri grupe osnovnih podataka:

Usmeravanje i vođenje alata za bušenje

- Orijentacija čela alata - Azimut (smer) kanala bušotine- Ugao otklona kanala bušotine (inklinacija)

Sigurnosni faktori - uslovi na dnu bušotine - Pritisak u bušotini - Protok isplake - Temperatura

Optimizacija bušenja - parametri bušenja ,- Opterećenje na dleto - Torzija - Broj obrataja dleta na dnu

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 22 of 43

Karakteristike formacija kroz koje se buši

- Prirodna radioaktivnost - Otpor formacije- Gustina- Poroznost

MWD sonda unutar nemagnetne teške šipke

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 23 of 43

5.1. Usmeravanje i vođenje alata za bušenje

Prva komercijalna primena MWD sistema bila je pri usmerenom bušenju. MWD ispitivanje traje 90-130 sekundi, u poređenju sa približno 1 sat za konvencionalno merenje (singleshot). Ovo vodi ka uštedi vremena i značajnom smanjenju rizika od prihvata alata. Mnogo češća merenja, koja su omogućena sa MWD sistemima, dozvoljavaju bolju kontrolu smera i inklinacije tokom bušenja. Sa modernim akcelerometrima i magnetometrima, dostupni su kompletni podaci za inklinaciju, orijentaciju čela alata i azimut uključujući i magnetsku korekciju.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 24 of 43

Inklinacija se može izračunati pomoću jednačine (1). Gravitacioni ugao čela alata je ugao između vertikalne ravni u kojoj je osa bušotine i ravni dubinskog motora tj. ose bušotine. Termin čelo alata se odnosi samo na bušenje sa dubinskim motorom. U slučaju kućišta sa prelaznim delom donji deo kućišta se posmatra kao čelo alata. Slika prikazuje orijentaciju čela alata.

Ugao TF se izračunava jednačinom: TF = arc tan (-Gy/Gx) (1)

gde su: Gx = ubrzanje gravitacije povezano sa motorom ili čelom dleta u ravni normalnoj na osu bušotine; Gy = normala na Gx u istoj ravni.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 25 of 43

Može se videti da ako je TF>0, dolazi do skretanja bušotine na desno, ako je TF=0, bušotina ide pravo gradeći ugao, i ako je TF<0 ,tada bušotina skreće levo. Ugao TF nije definisan ako je inklinacija nula. Faza bušenja u kojoj započinje skretanje naziva se "kickoff", i postiže se korišćenjem kosog prelaza i dubinskog motora za orijentaciju čela alata prema uglu vertikalne ravni u kojoj je prelaz ili kućište motora u odnosu na sever.MWD senzori su postavljeni u nemagnetskoj teškoj šipki ali magnetske šipke koje su udaljene ipak imaju uticaja stvarajući perturbacije u smeru ose bušotine. To izaziva grešku u merenju koja se mora korigovati. Ove perturbacije mogu nastati i od mesta u nemagnetskim teškim šipkama u kojima je nastao magnetizam ili usled spoljnih faktora kao kao što je prisustvo kolone zaštitnih cevi u blizini.Sa MWD sistemom, stručnjak za usmereno bušenje je sposoban da precizno odredi tačku skretanja i kontroliše operacije korekcije pravca u procesu dostizanja geološkog cilja.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 26 of 43

5.2. Sigurnosni faktori - uslovi na dnu bušotine

Otkrivanje povišenog pritiska i odgovarajuće održavanje primarne hidrostatičke kontrole slojnih fluida je najvažniji sigurnosni problem koji utiče na operacije bušenja.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 27 of 43

Koriste se mnogi metodi za određivanje i predviđanje pritiska a najšire upotrebljavan je metod trenda otpornosti za predviđanje zone sa nadpritiskom što povlači za sobom crtanje dijagrama veličine otpornosti (logaritamska skala) prema dubini bušotine (linearna skala) i poređenjem sa trendom gradijenta pritiska utvrđenog u toj oblasti. U većini slučajeva, otpornost glinaca raste sa dubinom usled sabijanja slojeva. Na vrhu zone sa abnormalnim pritiskom, otpornost počinje da opada u odnosu na normalnu liniju otpornosti glinaca. Ovo je prouzrokovano zarobljenim pornim fluidom u sloju a slojna voda je provodljivija nego formacija. Sličan trend ima kriva dobijena merenjem prirodnog γ-zračenja. U formaciji sa glincima, γ zračenje opada u zoni sa natpritiskom, pošto količina gline po jedinici zapremine opada. Obično, vrednost otpornosti glinaca počinje da opada oko vrha prelazne zone. Odnos normalnog trenda otpornosti Rn, i posmatrana otpornost Ro, koriste se za predviđanje slojnog pritiska u zonama abnormalnog pritiska. Korišćenjem vrednosti pornog pritiska koji proizilazi iz MWD merenja urealnom vremenu, može se odabrati odgovarajuća gustina isplake za održanje hidrostatičke kontrole, i prema tome smanjujući rizik dotoka.Indirektna korist od korišćenja MWD za određivanje pornog pritiska je i to da se može koristiti isplaka minimalne gustine za odgovarajuću kontrolu pritiska, usled toga smanjujući rizik od gubljenja cirkulacije i povećati brzinu bušenja.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 28 of 43

Sledeća primena MWD senzora je za otkrivanje dotoka gasa pri čemu se koristi merenje otpornosti isplake i tehnika međuprostornog akustičnog odziva (ultrazvučni senzor). Senzor otpornosti isplake se može koristiti samo u isplakama na bazi vode. Pozitivna strana je to, da može odrediti količinu dotoka i razlikovati dotok gasa od dotoka vode. Kvantifikacija se može izvesti iz odnosa promene otpornosti isplake prema početnoj otpornosti isplake. Glavna nepogodnost ovog sistema je to da može otkriti jedino dotok koji dolazi ispod mesta gde je senzor.Postavljen na ivici stabilizatora MWD alata, ultrazvučni davač emituje signal kroz isplaku. Signal se reflektuje od sloja nazad ka senzoru koji meri vreme puta signala. Kako materijal na ivici stabilizatora ima akustičnu impedancu vrlo sličnu isplaci, vrlo mala refleksija se pojavljuje na ivici stabilizatora. Međutim, male količine slobodnog gasa u bušaćem fluidu značajno menjaju akustičnu impedancu isplake. Ova promena povećava refleksiju između ivice stabilizatora i isplake a smanjuje refleksiju od sloja ka isplaci. Praćenjem amplitude ovih dveju refleksija otkriva se prisustvo gasa u međuprostoru. Korisnost ovog tipa merenja je ograničena time što se detektuje samo gas koji je ušao u anular ispod senzora, a gas može prodreti na bilo kojem mestu duž kolone bušaćeg alata.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 29 of 43

5.3. Optimizacija bušenja - parametri bušenja

Opterećenje dleta na dnu i torzija značajno se razlikuju od površinskih merenja. Razlika je posebno izražena u bušotinama sa otklonom ili pri upotrebi stabilizatora u koloni bušaćeg alata koji su blizu dleta. Razlika između opterećenja izmerenog na površini i opterećenja izmerenog sa MWD senzorima na dnu može se koristiti za određivanje prenosa koeficijenta korisnog učinka. Efektivnost zavisi od mnogih faktora kao što su inklinacija kanala bušotine, vrsta formacije, vrsta isplake, lubrifikanta koji se koristi u cirkulacionom sistemu itd. Oslanjanje stabilizatora na zidove bošotine vodi ka vrlo slabom prenosu opterećenja na dleto. Pod tim uslovima neki parametri bušenja se moraju prilagoditi radi rešenja problema.Senzori za merenje opterećenja na dnu koriste se i za merenje torzije na dletu tokom bušenja. Obično je između dleta i senzora torzije postavljen stabilizator tako da je za interpretaciju podataka o torziji na dnu potrebno znati dužinu i prečnik stabilizatora. Nagle promene torzije na dnu signaliziraju promenu opterećenja na dletu, vrste sloja ili blokirani konus dleta.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 30 of 43

Bezdimenziona torzija (Td) se izračunava iz opterećenja na dnu (DWOB) i torzije na dnu (DTOR), i uspostavlja dobru korelaciju sa litološkim indikatorima posebno sa dijagramima merenja γ zračenja i poroznosti:

Td = DTOR/(DWOB · D)

gde je: D = prečnik dleta

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 31 of 43

Objedinjavanje merenja trenja na površini i dnu je i jedan od načina rešenja problema prihvata kolone bušaćeg alata. Korišćenjem podataka sa površine i opterećenja dleta na dnu (DWOB) i torzije na dnu (DTOR) za rano otkrivanje trenja na dnu u realnom vremenu, bušač može preduzeti preventivnu akciju za izbegavanje prihvata, optimizirati performanse dleta i izbeći nepotrebne manevre alatom.Vibracije ponekad nisu jasno uočljive na površini usled toga što su prigušene trenjem između kolone bušaćeg alata i zida bušotine.

5.4. Karakteristike formacija - geološka korelacija

Za pravljenje pouzdane geološke korelacije iz MWD podataka prvo treba utvrditi da li dijagrami γ zračenja i otpornosti dobijeni iz MWD merenja odgovaraju onima koji su dobijeni konvencionalnim karotažnim kablovskim merenjem. Ovo poređenje je u početku bilo neophodno kao uslov za prihvatanje MWD merenja iako MWD senzori i konvencionalni senzori ne mere bezuslovno isto stanje sloja. Tačne vrednosti dobijene na ova dva načina ne moraju biti identične, međutim, uopšteno slaganje je prilično dobro i dovoljno da dozvoli korišćenje MWD dijagrama za geološke korelacije a u nekim slučajevima i kvantitativne proračune za ocenjivanje formacije.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 32 of 43

Prednost MWD instrumenata je i to da su u kućištu koje rotira i pomera se relativno malom karotažnom brzinom. U kosim (sa otklonom većim od 50º) a posebno u horizontalnim bušotinama česte su teškoće pri karotažnim kablovskim merenjima tako da MWD merenje predstavlja jedino rešenje.

5.4.1. γ zračenje Merenje prirodnog γ zračenja formacija radi razlikovanja litoloških slojeva je najčešće merenje koje se izvodi korišćenjem MWD. Pri većini brzina bušenja MWD senzor γ zračenja obezbeđuje veću gustinu podataka i bolju definisanost granica slojeva. Različiti komercijalni sistemi MWD razlikuju se konstrukciono, neki koriste GeigerMueller detektor dok drugi koriste scintilacioni brojač. Samo za sebe ovo ne izaziva stvarne razlike u performansama mada maksimalna dozvoljena brzina merenja za datu gustinu podataka i statistička tačnost variraju. Sledeća primena MWD merenja osobina slojeva je izbor dubine postavljanja kolone zaštitnih cevi baziran na korelaciji sa susednim bušotinama. Tako da se u bušotinama dubina pete tehničke kolone može odrediti na osnovu promene pornog pritiska, i kolona postaviti u prelaznu zonu, dajući dovoljan gradijent za bušenje predviđene dubine bez problema gubitika cirkulacije.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 33 of 43

Zanimljivo je primetiti da se rasedi i druge geološke anomalije lako otkrivaju korišćenjem MWD karotaža. To dozvoljava korelaciju u realnom vremenu nageološkom planu gde se prilagođenje cilju bušenja može trenutno uraditi, i tako smanjiti ukupnu cenu bušotine.

Dijagram prirodne γradioaktivnost formacija

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 34 of 43

5.4.2. Otpor formacije

Tri glavna tipa MWD sondi za merenje otpornosti su:- kratka normalna (40 cm), postavljena što bliže dletu, koja pri korišćenju daje što tačniju vrednost stvarne otpornosti sloja pošto je invazija filtrata ekstremno plitka u trenutku merenja.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 35 of 43

- toroidalna elektroda (toroidalni predajnik i prijemnik) radi na frekvenciji 2MHz. Teške šipke i dleto funkcionišu kao elektrode.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 36 of 43

- Bočna fokusirana sa karakteristikom ispitivanja sličnom srednjoj indukcionoj sondi i osnim merenjem fokusiranim nadole. Pri korišćenju ove sonde moraju se koristiti isplake na bazi vode.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 37 of 43

- elektromagnetski talasi (EWR) sa višestrukom dubinom ispitivanja tj. senzori koji mere četiri dubine ispitivanja; daju dijagram otpornosti koji je ekvivalentan onim dobijenim sa srednjom i dubokom indukcionom sondom pri klasičnom karotažnom merenju. Sonda meri fazni pomak (razliku) i amplitudno prigušenje sa četiri nezavisna predajnik-prijemnik rastojanja i dve elektromagnetne frekvencije. Obezbeđujući dva merenja (za razliku od običnog EWR) od kojih je jedno pliće a drugo dublje); Tako da se dobija pouzdana vrednost stvarne otpornosti Rt i više informacija o invazionoj zoni Rxo.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 38 of 43

Ova sonda ima veću dubinu ispitivanja nego ostala dva tipa elektroda; međutim pri normalnim uslovima bušenja efekat invazije filtrata je mali. Merenje otpornosti sa kratkom normalnom i toroidalnom elektrodom su relativno osetljiva na invaziju filtrata. Kratka normalna sonda i toroidalna elektroda za merenje otpornosti mogu se primeniti kada se koristi isplaka na bazi vode. Sonda sa elektromagnetskim talasima za merenje otpornosti može se koristiti kako u isplaci na bazi vode tako i nafte. Veoma važna karakteristika alatke sa elektromagnetskim talasima je rezolucija (razlučivanje) tankih slojeva. Senzor za elektromagnetsku talasnu otpornost ima teoretsku rezoluciju sloja jednaku rastojanju dva predajnika koje varira od 15 do 25 cm. Stoga, se tanki slojevi proizvodnih zona mogu identifikovati ovim tipom sondi za merenje otpornosti pre nego invazija filtrata prikrije stvarni (postojeći) sadržaj formacija. Senzori za merenje otpornosti su postavljeni iza dleta na rastojanju od 1 do 3 m a prelaz ili stabilizator između dleta i MWD alatke može još i povećati ovo rastojanje. Koje izaziva određene nepouzdanosti i smanjuje uspešnost merenja. Ako je potrebno merenje na samom dletu, tada je alatka za otpornost sa toroidalnom elektrodom jedina upotrebljiva i ona obezbeđuje merenje otpornosti tačno na dletu tj. lateralno.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 39 of 43

5.4.3.Poroznost

Određivanje poroznosti formacije je veoma važno za kompletan proračun rezervi nafte u ležištu. Merenje poroznosti pomoću neutrona, povlači za sobom bombardovanje sloja brzim neutronima. Oni bivaju usporeni ili "termalizovani" kroz sudare sa jezgrima vodonika. Termalne neutrone tada apsorbuju jezgra atoma drugih elemenata i pri tome emituju γ zrake visoke energije. Koncentracija jezgara vodonika se određuje registrovanjem bilo fluksa termalnih neutrona, fluksa epitermalnih neutrona ili fluksa γ radijacije apsorpcije neutrona.Poređenje MWD i konvencionalnog karotažnog neutron merenja pokazuje kvantitativne sličnosti u zonama sa naftom i vodom. Vertikalna rezolucija je nešto bolja sa MWD merenjem i proširenje kanala bušotine ima malo uticaja na merenje ako je senzor blizu dleta, za razliku od klasičnog kablovskog merenja.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 40 of 43

Dijagram detekcije gasa pomoću neutrona

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 41 of 43

5.4.4. Gustina

Merenju gustine formacije se obično daje prvenstvo nad merenjem poroznosti neutronima, najviše zbog toga što daje jasnu razliku između zona gasa i nepropusnih zona. Najbolja opcija je mogućnost korišćenja oba načina. Koristi se γ-γ princip merenja koji podrazumeva izlaganje formacije γ zračenju i registrovanje rasute radijacije koja se vraća u detektor. Povratni fluks je obrnuto proporcionalan gustini formacije. Odatle se poroznost može izračunati pretpostavljanjem gustine matriksa i gustine slojnog fluida.Sonda za merenje gustine sloja (Density) pri klasičnom kablovskom karotažnom merenju zahteva kontakt senzora sa površinom sloja, što je svakako ekstremno neželjena karakteristika u uslovima rotacije, tako da se koriste sredstva za obezbeđenje sigurnih merenja gustine formacije bez kontakta sa zidom bušotine.

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 42 of 43

Sonda za detekciju i merenje gustine formacije

6. Horizontalno-MWD Tehnologija bušenja II Slide 43 of 43

KRAJKRAJ