Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar

Kőolaj és Földgáz Intézet

Olajmérnöki Intézeti Tanszék

Egyensúly-helyreállítás elemzése

Szakdolgozat

Készítette: Ürmös Richárd

Tanszéki konzulens: Dr. Szabó Tibor egyetemi docens

Ipari konzulens: Benedek Károly, okl. olajmérnök, Rotary Rt.

Miskolc, 2016.05.09.

MISKOLCI EGYETEM

Műszaki Földtudományi Kar

KŐOLAJ ÉS FÖLDGÁZ INTÉZET

UNIVERSITY OF MISKOLC

Faculty of Earth Science & Engineering

PETROLEUM AND NATURAL GAS INSTITUTE ——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————

: H-3515 Miskolc-Egyetemváros, Hungary : (36) (46) 565-078 FAX: (36) (46) 565-077

e-mail: turzoz@kfgi.uni-miskolc.hu

Szakdolgozat-feladat

Ürmös Richárd

Műszaki földtudományi alapszakos,

olaj- és gázmérnök szakirányos BSc hallgató részére

Egyensúly-helyreállítás elemzése

Mutassa be a fúrólyukak egyensúlymegbomlásának lehetőségeit, írja le az okokat és jeleket, részletesen ismertesse a kitörések megelőzéséhez szükséges eljárásokat! Egy adott fúrólyuk egyensúlyának megbomlása esetén végezze el a hagyományos számításokat, az egyensúly-helyreállítási munkalap, egy modellező szoftver és a kitörésvédelmi szimulátoron végzett egyensúly-helyreállítások segítségével elemezze az operációt, mutassa be a fúrási személyzet által megtett lépéseket! Elemezze a kitörésveszélyes szituáció költség vonzatait! Az eredményei és megállapításai alapján tegyen javaslatokat a veszélyhelyzet kezelésére. Ipari konzulens: Benedek Károly, okl. olajmérnök Tanszéki konzulens: Dr. Szabó Tibor, egy. docens A tervezés helye: Rotary Rt. Nagykanizsa A szakdolgozat beadási határideje: 2016. május 9. Dr. Turzó Zoltán Intézet igazgató, egy. docens

Miskolc, 2015. október 18.

Intézeti igazoló lap diplomamunka benyújtásához

BSc képzésben részt vevő Olaj- és gázmérnök szakirányos, hallgatók részére

A hallgató neve: Ürmös Richárd Neptun-kódja: RVIT12 A szakdolgozat címe: Egyensúly helyreállítás elemzése Eredetiségi nyilatkozat Alulírott Ürmös Richárd, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a diplomamunkát meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a diplomamunkában csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem. Miskolc, 2016. május 9.

a hallgató aláírása Tanszéki konzulens nyilatkozata Alulírott Dr. Szabó Tibor, jelen dolgozat beadásával egyetértek / nem értek egyet 2016. május 9.

a tanszéki konzulens aláírása Ipari konzulens nyilatkozata

Alulírott Benedek Károly, jelen dolgozat beadásával egyetértek / nem értek egyet. 2016. május 9.

az ipari konzulens aláírása A diplomamunka beadásra került 2016. május 9.

a Kőolaj és Földgáz Intézet adminisztrációja

Tartalomjegyzék 1 Bevezetés ....................................................................................................................... 1

2 A kútban és a formációban uralkodó nyomások ........................................................... 3

2.1 A hidrosztatikai nyomás ......................................................................................... 3

2.2 Pórusnyomás ........................................................................................................... 3

2.2.1 Normál pórusnyomás ....................................................................................... 3

2.2.2 Abnormális pórusnyomás ................................................................................ 4

2.2.3 Szubnormális nyomás ...................................................................................... 5

2.3 Repesztési nyomás .................................................................................................. 5

3 A beáramlás okai, jelei .................................................................................................. 6

3.1 A beáramlás legfőbb okai ....................................................................................... 6

3.2 Az abnormális pórusnyomás figyelmeztető jelei .................................................... 8

3.3 Túlfolyás ellenőrzés (Flow Check) ....................................................................... 11

4 Formáció integritás, kick tolerancia ............................................................................ 13

4.1 Elnyelési teszt (Leak-off teszt) ............................................................................. 13

4.2 Maximális gyűrűstéri felszíni nyomás (MAASP) ................................................ 14

4.3 A gázok viselkedése a kútban ............................................................................... 14

4.4 Beáramlási tolerancia ............................................................................................ 16

5 Barrierek, kitörésvédelmi berendezések ...................................................................... 20

5.1 Elsődleges és másodlagos barrierek ..................................................................... 20

5.2 Kitörésgátló (blow out preventer, BOP) ............................................................... 21

5.3 Akkumulátor ......................................................................................................... 22

5.4 A lefúvató szánkó (choke manifold) ..................................................................... 23

5.5 Iszap-gáz szeparátor .............................................................................................. 24

5.6 Lyuktöltő tartály (trip tank) .................................................................................. 24

6 Lyukegyensúly-helyreállítás menete, módszerei ......................................................... 26

6.1 A kútlezárás folyamata ......................................................................................... 26

6.1.1 A kemény zárás (hard shut-in)....................................................................... 26

6.1.2 A lágy zárás (soft shut-in) ............................................................................. 27

6.1.3 A zárt nyomások értelmezése ........................................................................ 28

6.2 Egyensúly helyreállítási módszerek ...................................................................... 30

6.2.1 A fúrós módszer ............................................................................................ 31

6.2.2 A várakozásos módszer ................................................................................. 32

7 A THESIS-01 kút lyukegyensúlyának megbomlása ................................................... 33

7.1 A THESIS-01 kút .................................................................................................. 33

7.2 A kút egyensúlyának megbomlása........................................................................ 35

7.3 Javaslatok a veszélyhelyzet elkerülésére .............................................................. 40

8 A THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítása ......................................................... 42

8.1 Előre felvett adatok ............................................................................................... 42

8.2 Lyukegyensúly helyreállítási munkalap ............................................................... 43

8.3 Egyensúlyhelyreállítás fúrós módszerrel .............................................................. 49

8.4 Egyensúlyhelyreállítás várakozásos módszerrel ................................................... 52

9 Egyensúlyhelyreállítás szimulációja a Petris Drillnet programmal ............................. 55

9.1 Kezdeti lépések ..................................................................................................... 55

9.2 A fúrós módszer .................................................................................................... 57

9.3 A várakozásos módszer ........................................................................................ 60

10 Egyensúlyhelyreállítás kitörésvédelmi szimulátorral .................................................. 64

11 A fúrós és várakozásos módszer összehasonlítása ...................................................... 68

12 A helyreállítás okozta pénzügyi veszteség .................................................................. 70

Összegzés ............................................................................................................................ 72

Summary .............................................................................................................................. 74

Irodalomjegyzék .................................................................................................................. 76

Köszönetnyilvánítás ............................................................................................................ 77

1

1 Bevezetés

Napjainkban a világ energiaszükségletének döntő hányadát az olajbányászat fedezi. Ez az

anyag hajtja autóinkat, ebből készülnek műanyag és gumi használati eszközeink,

kenőanyagaink. Ahhoz, hogy ezen mennyiségű fogyasztást ki lehessen elégíteni, az

olajvállalatoknak több ezer kutat kell fúrniuk évente. Az idők során a legnagyobb

olajlelőhelyeket már feltárták, így a figyelem a fejlettebb technológiát, több befektetett

pénzt és szakmai tudást igénylő területek meghódítására helyeződött át. Ezeken a mezőkön

a mérnököknek és a munkásoknak magas (sokszor abnormális) nyomással, hőmérséklettel

és a kőzetformáció tulajdonságai okozta fúrási nehézségekkel kell megbirkózniuk.

Mindezek közül a legveszélyesebbek az abnormális nyomások, vagy más, előre be nem

látható komplikációk okozta lyukegyensúly-megbomlások, amelyeket ha nem kezelünk

időben és szakszerűen, a fúrt rétegben található fluidumok felszínre töréséhez vezethetnek.

Ahhoz, hogy az ilyen helyzeteket a fúráson lévő csapat kezelni tudja, well control

oktatásban részesülnek. A well control egy, az olaj- és gáziparban használatos technika,

melynek segítségével megakadályozzák a rétegfluidumok kútba történő kontrolálatlan

áramlását, amely ha megtörténik, kitöréshez (blowout) is vezethet.

A lyukegyensúly-megbomlások következményei súlyosak lehetnek. Még a legkisebb

kitörések is dollármilliós károkat okozhatnak a berendezésekben, értékes nyersanyagok

elvesztésével és hatalmas környezeti károkkal járhatnak. A legértékesebbek mégis a

balesetek következtében elveszített emberéletek. A lyukegyensúly-megbomlások nem

köthetők egyes kúttípusokhoz. A baj megtörténhet a legegyszerűbb, sekély kutatások során

éppúgy, mint a legkomplexebb operációk, a magas nyomású és magas hőmérsékletű

(HPHT) kutak fúrása alatt is.

A fentebb vázolt problémák a fúrási gyakorlatok során mindig jelen vannak. Ha nem

törődnénk ezek megoldásával, a megelőző és helyreállító módszerek oktatásával, az

olajipar tevékenysége egyre több áldozattal járna (mind anyagi, mind emberi

szempontból). Ezen okok miatt választottam egy egyensúlyhelyreállítás elemzését

szakdolgozatom témájául. Nyári szakmai gyakorlatom során a magyarországi THESIS-01

nevű kút fúrásánál vettem részt, melynek lyukegyensúlya a 2619. méterben megbomlott. A

dolgozatban egy átfogó képet alkotok

a fúrás közben uralkodó nyomásokról,

2

a lyukegyensúly-megbomlások okairól és jeleiről,

a kút integritásáról, kick toleranciáról,

elsődleges és másodlagos kitörésvédelemről és a szárazföldi operációk eszközeiről,

a kútlezárási folyamatokról és egyensúly helyreállítási módszerekről.

A THESIS-01 kút bemutatása után az egyensúlymegbomlás előzményeit fogom elemezni,

figyelembe véve a fúrási sebesség, tartályszint, iszapban oldott gáztartalom változásait. Az

elemzés célja olyan javaslatok megfogalmazása, amelyekkel a későbbiekben

megakadályozhatók a hasonló incidensek.

A dolgozat fő témája a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítása a fúrós és

várakozásos módszerek alapján, valamint ezen folyamatok elemzése. Először a

berendezéseknél is használatos hagyományos módszerek alapján végzem ezt el. A

szükséges számítások és a lyukegyensúly helyreállítási munkalap elkészítése után a

módszerek elméleti diagramjain keresztül mutatom be a fúrási személyzet teendőit a

helyreállítás közben.

A hagyományos módszer mellett elvégzem a helyreállítások szimulációját a Petris Drillnet

2.0 programcsomag segítségével. A szoftver lehetővé teszi a számítások ellenőrzését és

különböző modellek alapján megjósolja a kútban kialakuló nyomásokat. A helyreállítást

magam is elvégzem a tanszéken található DPWS-22UL típusú mélyfúrási szimulátorral,

hogy az elmélet és a gyakorlat összehasonlítását is elvégezhessem.

A dolgozat végén a fúrós és várakozásos módszer alkalmazhatóságának összehasonlítását

végzem el a THESIS-01 kút esetében és meghatározom, hogy melyik módszer

alkalmasabb a kút egyensúlyának helyreállításához. Továbbá elemzem, hogy az incidens

milyen többletköltséggel, esetleges bevétel kieséssel járt.

3

2 A kútban és a formációban uralkodó nyomások

Minden formáció, amit a fúrások során megfúrnak, eltérő, mélységtől és helytől függő

nyomásokat tartalmaz. Ezek a nyomások kulcsfontosságú szerepet játszanak a kút

stabilitásában, ezért fontos tisztában lennünk velük.

2.1 A hidrosztatikai nyomás

A hidrosztatikus nyomást egy függőleges folyadékoszlop által kifejtett nyomásként

jellemezhetjük. A nyomás nagysága a fluidum átlagos sűrűségétől és az oszlop vertikális

magasságától függ (Rabia, 2002.). Matematikai képlettel leírva:

ahol:

Ph a hidrosztatikus nyomás [bar]

f a fluidum átlagsűrűsége [kg/l]

h az oszlop vertikális magassága [m]

g a nehézségi gyorsulás együtthatója (0,0981).

Hidrosztatikus nyomást fejt ki a kútban lévő fúróiszap és a formáció pórusaiban található

rétegfluidomok is.

2.2 Pórusnyomás

A pórusnyomás a kőzet pórusaiban található fluidumokra ható nyomásként írható le. A

nagyságától függően három kategóriát különböztetünk meg: a normál, abnormális és

szubnormális pórusnyomásokat.

2.2.1 Normál pórusnyomás

A normális pórusnyomás megegyezik a formáció pórusaiban található rétegfluidumok

hidrosztatikai nyomásával. Ha veszünk egy oszlopot, amit maga a formáció tölt ki a benne

lévő pórusokkal együtt, akkor az oszlop alján lévő nyomás lesz a formációnyomás, az

oszlop tetején lévő pedig zérus lesz. A normál pórusnyomás nem egy konstans. Értéke

nagymértékben függ a pórusban lévő fluidum karakterisztikáitól, az abban oldott ásványi

anyagoktól és gázoktól, valamint a hőmérséklet-gradienstől is. Minél több az oldott

4

sótartalom, annál nagyobb lesz a formációnyomás is. A normál pórusnyomás gradiens

átlagos értékei 0,098-0,104 bar/m értékek között mozognak (Rabia, 2002.).

2.2.2 Abnormális pórusnyomás

Abnormális pórusnyomásnak nevezünk minden olyan formációnyomást, amely meghaladja

a réteg pórusaiban található fluidumok hidrosztatikai nyomását. Ilyenkor a nyomás két

részre osztható: a normál pórusnyomás hidrosztatikai komponensére és egy kis extra

nyomásra. Ez a kis extra nyomás az oka annak, hogy a fúrások közben felszíni kitörésgátló

felszereléseket (Blow out preventer, BOP) használnak. Abnormális pórusnyomás

előfordulhat minden mélységben, 30 métertől akár 9000 méterig is. Az abnormális nyomás

elsősorban valamilyen geológia, geokémia, geotermális, mechanikai változások

együtteseként alakul ki. Íme, pár példa az abnormális nyomás kialakulására:

Normál kompakció során az üledék térfogata csökken, a szemcsék egyre közelebb

kerülnek egymáshoz, ahogy újabb és újabb rétegek kerülnek a vizsgált formáció

fölé. A fedőkőzet súlya miatt a szemcsék átrendeződnek, a pórusok térfogata

csökken és a bennük található rétegfluidumok elszivárognak. Az üledékképződés és

a pórusfluidumok elszivárgásának gyorsasága közti egyensúly megbomlik, ha

megnő az előbbi üteme, a réteg permeabilitása csökken, vagy egy zárókőzet miatt a

rétegtartalom csapdázódik. Ezeknek hatására a fluidumok kitámasztják a pórusokat

és segítenek megtartani a fedőkőzetek súlyát, melynek hatására abnormális

pórusnyomás alakul ki (Baker, 1991.).

Nagy kiterjedésű sólerakódások alatti rétegek túlnyomásossá válhatnak, hiszen a

sók nyomásközvetítő képessége inkább a fluidumokéhoz hasonlít, mint a szilárd

anyagokéhoz, ezáltal a fedőkőzet nyomásával egyenlő nyomást fejt ki minden

irányban (Rabia, 2002).

A sódómok kialakulása is magas nyomásokhoz vezethet. Például a halit teljesen

impermeábilis, nincs porozitása, már relatívan kis hőmérsékleten és nyomáson

plasztikusan és mobilisan viselkedik. Alacsony sűrűségének köszönhetően a

rétegek között felfelé mozog, létrehozva a sódómot, amely így tökéletes

zárókőzetként viselkedik (Baker,1991; Rabia, 2002).

Ahogy a mélyben a nyomás és a hőmérséklet egyre nő, a kőzetek kémiai és fizikai

változásokon mennek keresztül, melyeket diagenezisként ismerünk. E folyamat

során új ásványok és kőzetek jönnek létre. Az agyagok diagenezise az egyik fő oka

5

az abnormális nyomások kialakulásának. A szulfátok (gipsz és anhidrit)

átalakulásuk során térfogatukat 35%-kal növelik és olyan zárókőzeteket hoznak

létre, amelyek csapdázzák a rétegfluidumokat (Rabia, 2002.).

Tektonikai aktivitás során a formációk gyűrődésen, vetődésen, kiemelődésen

mennek keresztül. Gyűrődés során a rétegek oldalirányú kompressziónak vannak

kitéve, melynek hatására az agyagok kompaktálódnak, amely vízvesztéssel jár. Ha

a víz nem tud elszivárogni, abnormális nyomások alakulnak ki. A vetődések szintén

alulkompaktálódáshoz vezetnek, ám megesik, hogy a porózus réteg mellé

impermeábilis kőzetek kerülnek (Grace, 1994.).

2.2.3 Szubnormális nyomás

Szubnormális pórusnyomásúnak nevezünk minden olyan formációt, amelyben adott

mélységben a nyomás kevesebb, mint a rétegfluidum által kiváltott hidrosztatikai nyomás.

Sokkal ritkábban fordul elő, mint az abnormális nyomás, kialakulásuk jóval a rétegek

leülepedése után történik meg. Okozhatja az adott terület geokémiai és tektonikai múltja,

vagy éppen a rétegfluidumok mesterséges úton való kinyerése olaj- és gáztelepek esetén

(Rabia, 2002.).

2.3 Repesztési nyomás

Ahhoz, hogy biztonságosan le tudjunk fúrni egy kutat tisztában kell lennünk a formáció

repesztési nyomásával. Ha a kútban lévő fúróiszap hidrosztatikai nyomása eléri ezt a

nyomást, akkor a formáció pórusai megnyílnak, felrepednek. Ez folyadékveszteséghez, a

lyukegyensúly megbomlásához vezet. A repesztési nyomás értéke határozza meg a

kontrolálatlan beáramlások maximális térfogatát (kick tolerance), amely még nem tesz kárt

a kútban. Legtöbbször egyenértékű iszapsűrűséggel (Equivalent Mud Weight, EMW) adják

meg (Rabia, 2002.).

Témám kidolgozása közben észrevettem, hogy a lyukba történő beáramlásnak számos oka

lehet. Az egyes operációk okozta lyukegyensúly-megbomlások mellett a fő problémát az

abnormális nyomású rétegek megfúrása okozza. Szerencsére az említett nyomásnak fúrás

közben számos árulkodó jele tapasztalható. A következő fejezetben ezekről a jelekről,

valamint a beáramlások fő okairól lesz szó.

6

3 A beáramlás okai, jelei

Fúrás és egyéb kútmunkálatok közben olyan sűrűségű fúróiszapot használunk, amelynek

hidrosztatikai nyomása adott mélységben képes ellensúlyozni a formáció pórusnyomását.

Ezt a módszert elsődleges kitörésvédelemnek (primary well control) nevezzük. Elsődleges

kitörésvédelem során az iszap hidrosztatikus nyomásának egyenlőnek, de inkább kicsit

nagyobbnak kell lennie a pórusnyomásnál, ezzel túlegyensúlyozva azt. Ha ez a

túlegyensúlyozás - akár csak átmenetileg – megszűnik, a kútba nem kívánt

formációfluidum ún. kick léphet be. A következőkben az egyensúly elvesztésének fő okait

mutatom be.

3.1 A beáramlás legfőbb okai

A lyukegyensúly megbomlásáért általában az legtöbbször az alább felsorolt okok a

felelősek.

Kiépítés közben, ahogy a fúrószerszámot a lyukból kihúzzák, az iszapnívó lecsökken, ha

nem töltik fel a lyukat a szerszám teljes kiszorításának megfelelő térfogatú fúróiszappal.

Ahogy az iszap szintje lecsökken, a hidrosztatikus nyomása olyan mértékben lecsökkenhet,

hogy megszűnik a túlegyensúlyozás, beengedve a kútba a rétegfluidumokat (Well Control,

2012.). Ha mégis megtörténik a lyuktöltés, a hidrosztatikus nyomás akkor is minden

esetben csökkenni fog egy bizonyos mértékig, a fúrószerszám és más teljes átmérőjű

szerszámok kiépítése okozta dugattyúzó-hatás (swabbing) miatt. A dugattyúzó-hatást a

következők okozhatják:

Magas kiépítési sebesség.

A fúróiszap viszkozitása és gélerőssége túl magas

A szerszám és a gyűrűstér közötti szűk térköz

A fúrási operációk során az egyik legnagyobb gondot az iszapveszteség (lost circulation)

okozza (Grace, 1994.). Ha az iszap a lyukból elfolyik, a nívó lecsökken, vele együtt az

iszap hidrosztatikus nyomása is. Iszapveszteség a következők egyike vagy együttese miatt

fordul elő:

Kavernákat tartalmazó formáció.

Természetes körülmények között felrepedt vagy szubnormális pórusnyomású

formáció.

7

A túlzott kiépítési sebesség okozta repedések.

Túl magas gyűrűstéri nyomásveszteségek

Túl magas nyomások hatására az iszapot a formációba préselhetik.

Mechanikai hibák.

Fúrás közben a fúrási iszap sűrűségét sok tényező befolyásolja. Ha bármilyen okból a

sűrűség nem elég nagy ahhoz, hogy túlegyensúlyozza egy permeábilis formáció nyomását,

a rétegfluidumok beszivárognak a kútba. A nem megfelelő sűrűségű iszap okai:

A fúrási iszap hígulása.

Sűrűségcsökkenés a fúrt formációból felszabaduló gázok miatt.

A nehezebb anyagok lerakódása.

Cementezés közben túl sok alacsony sűrűségű elválasztó folyadék (spacer)

szivattyúzása.

Amíg megköt, a cement folyamatosan veszít hidrosztatikai nyomásából.

Offshore fúrások esetén a fentebb sorolt okok mellett előfordulhat, hogy a tengerben lévő

felszálló vezetékben (riser) a fúrási iszap nívója lecsökken. Ez a lyuktalpi hidrosztatikus

nyomás csökkenését idézi elő, amelynek következtében a túlegyensúlyozás megbomlik

(Schlumberger, 1999.). Ennek okai:

Véletlenül a felszálló vezeték összeköttetése a lyukfejjel megszűnik.

A riser sérülése okozta folyadékveszteség

A vezetéket tengervízzel töltik fel.

A lyukegyensúly megbomlását a legtöbb esetben egy abnormális nyomású formáció

megfúrása okozza. Ebben az esetben a megfúrt rétegben uralkodó nyomás nagyobb, mint a

fúrási iszap hidrosztatikus nyomása a lyuktalpon. A rétegfluidumok a nagyobb nyomás

felől a kisebb felé áramlanak ezzel okozva a kút beindulását. A beáramlás mennyisége

nagyrészt a depresszió (nyomáskülönbség) nagyságától függ. A fúrási személyzet feladata

az abnormális formáció előjeleinek mihamarabbi észrevétele (3.2. fejezet), ezzel

csökkentve az egyensúlymegbomlás okozta veszélyeket (Grace, 1994.).

A 3.1. fejezetben felsorolt okok tehát a kút beindulását okozzák. Erről a folyamatról a

legmegbízhatóbban a tartályszint és kifolyó intenzitás mérő műszerek adnak tájékoztatást

8

(Well Control, 2012.). Ha bármelyik műszer által mért érték meghaladja a riasztási szintet

a kút nagy valószínűséggel beindult. Ebben az esetben a fúrómester elsődleges feladata a

kút mihamarabbi lezárása (figyelembe véve a kitörésgátlók zárási idejét is), ezzel

csökkentve a beáramlott rétegfluidum mennyiségét. Minél több fluidum áramlik be, annál

nagyobb lesz a helyreállítás során tapasztalható gyűrűstéri nyomásérték, ezzel

veszélyeztetve a kútszerkezetet.

Ebben a fejezetben felsorolt okok többsége (kivéve a műszaki meghibásodások) a

megfelelő szakértelemmel kiküszöbölhetőek. A legnagyobb problémát a túlnyomásos

formációk megfúrása okozza melynek figyelmeztető jeleit a 3.2. fejezet tartalmazza.

3.2 Az abnormális pórusnyomás figyelmeztető jelei

A túlnyomás alatt lévő formációk felismerése fúrás közben az egyik legfontosabb, ha meg

akarjuk tartani a kút egyensúlyát és megakadályozni a beáramlást. Nincs olyan szabály,

amely pontosan megmondaná, hol fordulnak elő ilyen formációk, de a következőkben

felsorolt figyelmeztető jelek még azelőtt jelen vannak, hogy a pórusnyomás beáramlást

okozzon.

Normál nyomású formációk fúrása közben, körülbelül konstans fúróterhelést,

fordulatszámot, iszapparamétereket, lyukméretet, hidraulikát feltételezve, a fúrási sebesség

(rate of penetration, ROP) csökkenését kell, hogy tapasztaljuk. Amikor abnormális

nyomású formációt fúrunk, az agyagok sűrűsége lecsökken, a porozitás növekszik, a réteg

könnyebben fúrható, így nagymértékben megnő a fúrási sebesség. Ezt a jelenséget a fúró

„megszaladásának” (drilling break) hívjuk. A differenciális nyomás (a réteg és az iszap

hidrosztatikus nyomása közti különbség) növekedése miatt a rétegfluidumok beáramlása

megtörténik (Baker, 1991.)

Mivel a fúrási sebesség nagyon sok paraméter függvénye, a kapott adatokat körültekintően

kell értelmezni. Az évek során egy olyan módszer kidolgozására volt szükség, amely

felfedezi a szabályszerűséget a fúrási sebesség és a paraméterek változása között. 1967-

ben, Jordan és Shirley a Mexikói-öbölben összegyűjtött információik alapján kidolgozták a

fúrhatósági egyenletet, amelyet „D” kitevőnek nevezünk. A formula lehetővé teszi a ROP

9

változások egyszerűbb értelmezését, így javítva az abnormális formációk előrejelzésének

hatékonyságát (Rabia, 2002.). Az egyenlet a következő:

ahol:

ROP a fúrási sebesség [m/perc]

RPM a fúró fordulatszáma [1/perc]

WOB a fúróterhelés [t]

Dh a fúró átmérője [m]

Az egyenletből látható, hogy a „D” kitevő lényegében a fúrási sebesség változását a fúró

fordulatszámának, terhelésének és átmérőjének függvényeként írja le. Normális nyomású

formációk fúrása esetén a „D” kitevő lineáris növekedését kell, hogy tapasztaljuk.

Abnormális formáció fúrásakor ennek ellenkezője történik. Mivel a formula kimutatja a

rétegnyomás és lyuktalpi nyomás közti különbséget, a lyukban lévő iszap sűrűségének

változása nagyban befolyásolja értékét. Ezért Rehm 1971-ben további korrekciót javasolt,

hogy a „D” kitevő érzékenyebb legyen ezen változásokra (Rabia, 2002.):

ahol:

dc a javított „D” kitevő [-]

MW1 az eredeti iszapsűrűség [kg/l]

MW2 az új iszapsűrűség [kg/l]

A korrigált „D” kitevőt univerzálisan használják minden fúrás alkalmával.

A fúrási sebesség (ROP) megnövekedésének három következménye is van. Megnő a

forgatónyomaték, a lyuk elkezd feltöltődni furadékkal, kiépítés közben pedig jelentős

túlhúzás jelentkezik. Az ROP növekedésének hatására a fúrómesteri állásban lévő

nyomatékmérőn a legmagasabb és a legkisebb értékek közötti különbség növekedése

látható. Nagyobb előrehaladással gyorsabb a fúrási furadékok képződése is. A

10

lyukfeltöltődés egyik oka, hogy az öblítési ütem (ezáltal a fúróiszap sebessége) nem elég

nagy ahhoz, hogy a furadékot eltávolítsa a lyuktalpról. Ha a lyuk elkezd feltöltődni, a

fúrószerszám egyszerűen csak beleragadhat a lyuktalpról el nem távolított anyagba.

Ilyenkor kiépítés közben sokkal nagyobb erő kell a szerszám kihúzásához, mint általában,

sőt szerszámszorulás is előfordulhat, ha a lyuk beomlik. A nyomaték, túlhúzás és a

lyuktöltődés sebességének növekedése normális pórusnyomású formációkban is

előfordulhat, legfőképp ferde kutak fúrása közben. Éppen ezért ezekkel az indikátorokkal

csak más előjelek megléte mellett lehet megerősíteni egy túlnyomásos zóna megfúrását.

Abnormális formáció előjele lehet továbbá az, ha kiépítéskor, illetve rátoldáskor

megnövekszik az ún. kiépítési- és toldásgáz mennyisége a fúróiszapban. Ezt a növekedést

okozhatja kiépítéskor a dugattyúzó-hatás erősödése is, de még valószínűbb, hogy a

pórusnyomás emelkedik. Egyes formációkból fúrás során felszabadulhatnak a pórusban

lévő gázok, amelyek háttérgázként jelennek meg. A háttérgáz növekedése előre jelezheti a

túlnyomásos formációt, ez nem igazán megbízható. A fúrt kőzetekben lévő gáztartalom

drasztikusan megnőhet, anélkül, hogy a pórusnyomás változna. A gázkoncentrációt az

operációk során a műszerkabinban rögzítik, amely a fúrómesteri állásban is nyomon

követhető. Ezen értékek nem pontos mennyiségek, csak relatívan, százalékos formában,

vagy egységekben van meghatározva (Baker, 1991.).

Magas nyomású formációk egyes indikátora látványosan észlelhetőek az iszap

szilárdanyag-tartalmát szabályozó rázószitán (Grace, 1994.). Normál nyomású formációk

fúrása során a furadék általában aprók, lekerekített szélűek, laposak, míg a túlnyomásos

formáció furadékai hosszúkásak, szilánkokra hasonlítanak. Ahogy a differenciális nyomás

csökken, a részecskék a lyuktalpról képesek „lerobbanni”, sőt a bennük lévő folyadékok

repedéseket okozhatnak és bemossák az agyagot a fúrólyukba. A furadék alakjának és

méretének megváltozása általában a felszínre hozott mennyiség növekedésével is együtt

jár. A felszínen további vizsgálatokat végezhetünk mind az iszapon, mind a furadékokon.

Ilyen vizsgálat lehet a kútból kijövő és a kútba bemenő iszap sótartalmának mérése. A

sótartalom növekedése figyelmeztető jel, a kompakció hiányát jelzi, más indikátorok

megléte mellett megerősítheti a túlnyomásos formáció meglétét. A furadékok sűrűsége a

mélységgel együtt növekszik, ám a túlnyomásos formációkból származó részecskék ettől

eltérő trendet mutatnak. A felszínre jutó fúrási iszap hőmérsékletét is folyamatosan mérik,

11

így megbecsülve a fúrólyukban a hőmérséklet-gradiens nagyságát. A gradiens

nagyságának növekedése képes előre jelezni a pórusnyomás megnövekedést, még mielőtt

belefúrnánk a formációba. Az alulkompaktálódott formációk maradékvíz-tartalma nagyobb

a normálisnál, a hőt is jobban vezetik. Mivel az iszap hőmérsékletét csak a felszínen tudjuk

megmérni, ezért az nagymértékben függ a környezeti hatásoktól, így ez a módszer nem

minden esetben ad megbízható információt (Grace, 1994.).

Általánosságban igaz, hogy a fentebb említett előjelek külön-külön még nem feltétlen

jelentik azt, hogy éppen egy túlnyomásos formáció megfúrása történik, ám ha több

indikátor egyszerre jelentkezik, érdemes megtenni a szükséges intézkedéseket a kút

védelmének érdekében. Univerzálisan elfogadott gyakorlat, hogy a fúrási sebesség hirtelen

megnövekedés után 1-2 méter előfúrás, majd túlfolyás-ellenőrzés (flow check) következik.

3.3 Túlfolyás ellenőrzés (Flow Check)

A figyelmeztető jelek tudatában felkészülhetünk a túlnyomásos formáció megfúrására. Ha

a fúrt formációból beáramlás történik a kútba, a következő eseményeket vehetjük észre:

Előjelként, a formáció fúrásakor hirtelen megszalad a fúró, nő a fúrási sebesség.

A felszíni kifolyóintenzitás-mérőn növekedést tapasztalunk, ahogy a formációból

beáramló fluidum szorítja ki a kútból az iszapot.

Tartályszaporulatot (pit gain) tapasztalunk.

A szivattyúzási nyomás csökken, ahogy a gyűrűstérben lévő iszap sűrűsége

csökken

A felszínen megjelenő iszapban olaj, gáz illetve víz nyomait véljük felfedezni.

A kitörésvédelmi utasítások kimondják, ha már a felszínen a fúró megszaladását

tapasztalják, túlfolyás ellenőrzést (flow check) kell végrehajtani. Ha megemelkedik a

tartályszint vagy a kifolyó intenzitása, azonnal be kell zárni a kutat. Amennyiben a

tartályszaporulat nem kimutatható kétség nélkül, akkor alkalmazható a túlfolyás próba. A

flow check a kút megfigyelését jelenti statikus körülmények között, azaz az öblítés

szüneteltetve van. Az ellenőrzés során kiderül, hogy kút folyik-e vagy sem, tehát, hogy

van-e beáramlás a kútba. A megfigyelés ideje vállalatról vállalatra különbözik,

Magyarországon 15 perc az előírt, ugyanakkor a statikus állapotot mindaddig kötelező

12

fenntartani, amíg kétségek nélkül ki nem jelentjük az eredményt. Fúrás közben a flow

check folyamata a következő (Well Control, 2012.):

A szerszám forgatását leállítjuk.

A szerszámot zárási pozícióba emeljük.

Az öblítést leállítjuk.

A kifolyót ellenőrizzük.

Ha a kifolyónál az öblítés szüneteltetésének ellenére is kifolyást tapasztalunk, akkor a kút

túlfolyik. A kút túlfolyását okozhatja még a kútban lévő fúróiszap hőtágulása, amit a

lyukban uralkodó hőmérsékletviszonyok okoznak (Grace, 1994). Ebben az esetben a

kifolyón csak kismértékű folyás tapasztalható. A túlegyensúlyozás megszűnését okozhatja

továbbá az, hogy a szivattyú kikapcsolásával az öblítést megszüntetjük, ilyenkor a

gyűrűstéri nyomásveszteség nem adódik hozzá a lyuktalpi nyomáshoz. Az egyenértékű

cirkulációs sűrűség (ECD) megmutatja, hogy mekkora sűrűségű iszap hidrosztatikai

nyomásának megfelelő nyomást érhetünk el a lyuktalpon miközben öblítünk:

ahol:

ECD az egyenértékű cirkulációs sűrűség [kg/l]

MW az aktuális fúróiszap sűrűség [kg/l]

APL a gyűrűstéri nyomásveszteség (annular pressure loss) [bar]

A szivattyúk kikapcsolása után már nem jelentkezik gyűrűstéri nyomásveszteség, így a

lyuktalp nyomása olyan mértékben lecsökkenhet, ami a túlegyensúlyozás megszűnését

okozhatja. Ebben az esetben, ha az öblítést újra elindítjuk, a lyukba történő beáramlás is

megszűnik (Well Control, 2012.). Így, ha a kút túlfolyik, a fúrási felügyelő és a

főfúrómester felelőssége eldönteni, hogy a kutat lezárják-e és elkezdjék az egyensúly

helyreállítását. Ha úgy látják, hogy a kútba beáramlás történik, a lehető leggyorsabban

zárni kell a kutat, hiszen az a cél, hogy a beáramlott mennyiséget minimalizálják. A gáz

kútban való viselkedése és a formáció véges teherbíró képessége miatt létezik egy olyan

maximális beáramlási térfogat, amely még nem tesz kárt a kútban. Ezt beáramlási

toleranciának nevezzük.

13

4 Formáció integritás, kick tolerancia

A kutak fúrása közben az egyik legkritikusabb feladat a formáció repesztési nyomás

gradiensének meghatározása, hogy tudjuk mekkora az a legnagyobb nyomás, amit a kútban

használhatunk anélkül, hogy a formáció megsérülne. A formáció integritás tesztek (FIT),

nemcsak e gradiens meghatározását szolgálják, hanem sokkal széleskörűbb információk

birtokába juthatunk. A terepen elvégzett tesztek során az utolsó béléscsősarunál lévő

formáció teherbírásáról is tájékozódhatunk, amely a kick tolerancia meghatározásához

kulcsfontosságú. Az iparban három féle tesztet alkalmaznak (Rabia, 2002.):

Limit teszt: a formációt egy előre meghatározott, a repesztési nyomásnál mindig

kisebb nyomásig terhelik.

Leak-off teszt: a formációt addig terhelik, míg a formációba való átszűrődést nem

tapasztalnak. Ezt a nyomást nyelési, vagy leak-off nyomásnak nevezik.

Repesztési gradiens teszt: a formációt a nyelési nyomásig és azon túl terhelik, amíg

az meg nem reped.

A gyakorlatban a repesztési gradiens tesztet csak ritkán használják, hiszen nem célunk a

formáció tönkretétele. A legsűrűbben alkalmazott eljárás a leak-off teszt, amely

kulcsfontosságú a megfelelő kitörésvédelmi operációk végrehajtásában.

4.1 Elnyelési teszt (Leak-off teszt)

A Leak-Off teszttel addig a pontig terhelünk egy formációt, amikor már rétegbe való

kiszűrődést tapasztalunk. A teszt eredménye felhasználható a későbbi repesztési nyomás

gradiensének előrejelzésében, megmutatja a következő lyukszakaszban használt fúróiszap

maximális sűrűségét, valamint a cementezési munkálatok hatékonyságát. A leak-off teszt

lényege, hogy a lezárt gyűrűstérbe a fúrószerszámon keresztül fúróiszapot szivattyúzunk

mindaddig, amíg a béléscső sarujánál lévő formáció pórusai megnyílnak és elnyelődés

tapasztalható. A tesztet általában az így kialakuló nyelési nyomásig, vagy a béléscsősaru

maximális terhelhetőségéig hajtják végre. A nyelési nyomás elérésénél a formáció

rugalmasan viselkedik, melyet Hooke geomechanikai törvénye ír le. A teszt menete (Well

Control, 2012.):

Az új formáció megnyitása, a saru és a cement átfúrása, 2-3 méter előfúrás.

Az iszap kondicionálása, amíg a bemenő és kimenő iszap sűrűsége meg nem

egyezik

A fúrószerszám visszahúzása a saruba, a kitörésgátló bezárása.

14

A zárt kútba percenként ½ vagy ¼ barrel fúróiszap szivattyúzása, miközben

pontosan mérjük a nyomásemelkedést és beszivattyúzott térfogatot. Diagramon

ábrázoljuk a kapott adatokat.

A szivattyúzás leállítása, amikor a diagramon a lineáris értékektől való bármilyen

változást tapasztalunk

A leak-off teszt eredménye a leak-off, vagy nyelési nyomás (LOP), amely segítségével az

alkalmazott fúróiszap maximális sűrűségét és a MAASP-ot meghatározzák.

4.2 Maximális gyűrűstéri felszíni nyomás (MAASP)

A MAASP (Maximum Allowable Annular Surface Pressure) a maximálisan megengedhető

felszíni gyűrűstéri nyomás. Ennek értéke a leak-off teszt eredményéből számolható, azzal a

feltételezéssel, hogy az utolsó béléscsősarunál lévő formáció a kút leggyengébb rétege. A

MAASP az a felszíni nyomás, amelyhez hozzáadva a sarunál lévő hidrosztatikus nyomást

a formáció károsodni fog (megreped). A leak-off teszt után kiszámított MAASP értéke

csak addig érvényes, amíg a teszt során alkalmazott iszapsűrűség található a lyukban.

Amint ez az érték megváltozik, a maximális felszíni nyomást újra kell számolni.

Kitörésvédelmi operációk során a legfontosabb, hogy a beáramlott fluidum helyzetét az

utolsó saruhoz képest folyamatosan nyomon kövessük. Ha a fluidum eléri a sarut, a

MAASP is változni fog (Rabia, 2002.).

A leak-off teszt végrehajtása és a MAASP meghatározása után kritikus feladat a kick

tolerancia kiszámítása. Hogy megértsük ennek fontosságát, tisztában kell lennünk a kútba

beáramlott gázok viselkedésével.

4.3 A gázok viselkedése a kútban

A tapasztalatok azt mutatják, hogy kitörésvédelmi szempontból a legnagyobb veszélyt a

beáramló gázok okozzák. Amikor ezek a fluidumok beáramlanak, fúróiszapot szorítanak ki

a gyűrűstérből és kis sűrűségüknek köszönhetően tovább csökkentik a lyuktalpi nyomást.

Ezen felül a gázok nagymértékben összenyomható fluidumok. Térfogatuk függ a

nyomástól és hőmérséklettől is. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan viselkedik egy beáramlott

gázdugó miközben felfelé migrál a kútban, tisztában kell lennünk az ideális gáztörvénnyel:

15

Képzeljünk el egy zárt hengert, ami tele van fúróiszappal. Ha ennek a hengernek az aljába

gázt injektálunk, akkor ez a gáz úgy fog a henger tetejéhez áramlani, hogy a nyomása nem

változik, térfogata kicsit csökken. Ebben az esetben a felszínen lévő gázdugó nyomása

hozzáadódik az iszap hidrosztatikus nyomásához, így növelve a zárt kútban is a lyuktalpi

nyomást. A valós kutak esetében mindig hagyni kell a felfelé migráló gázt expandálni. Ha

ezt nem tesszük, a gáz nyomása a felszínre érve hozzáadódik az iszap hidrosztatikus

nyomásához, így a formáció könnyen megrepedhet. A gáz expandálását a felszínen a

távirányítású fúvókával tudjuk vezérelni. A kick tolerancia egyik alapvetése, hogy a gázt

úgy öblítjük ki a lyukból, hogy hagyjuk a nyomását csökkenni, valamint a megnövekedett

térfogatát próbáljuk szabályozott keretek között tartani (Rabia, 2002.).

A gyakorlat és kutatások azt mutatják, hogy az elmélettel ellentétben a fúrólyukba

beáramló gáz nem egy egységes „száraz gázbuborékként” viselkedik, tehát nem tölti ki

teljesen a térfogatának megfelelő gyűrűstéri hosszat. A reális modellek, amelyek a

fúrólyukba porózus médiumból bekerülő gáz turbulens áramlási viselkedését vizsgálják

nagyon komplexek. A 4.1. ábrán Spoerker „Behavior and Shape of Gas Kicks in Well

Bores” című 2010-es tanulmányának eredménye látható. A szerző a beáramlott gáz

viselkedését vizsgálta egy vertikális kútban. A szükséges egyszerűsítések miatt a kútba

nem áramlott több fluidum, kezdetben összefüggő dugót alkotott a gáz, és csak egy 10

méteres szakaszt vizsgált. Már az első szimulációk bizonyították, hogy még a kezdetben

egységes gázdugó is pár másodperc alatt felszakadozik, puskagolyó szerű áramlási alakot

vesz fel, majd a nyitott lyukszakasz közepére koncentrálódik gázoszlopot alkotva, ami már

nem kapcsolódik össze egy darab egységes gázdugóvá. Ha az iszap gélerősségét nem

vesszük figyelembe, akkor a felfelé haladó gáz eléri a 2400 m/óra sebességet (Spoerker,

2010.).

16

4.1. ábra: Gázdugó viselkedése a fúrólyukban

(Forrás: Spoerker,2010.)

4.4 Beáramlási tolerancia

Ha egyszer a lyuk egyensúlya megbomlik, a differenciális nyomás hatására a rétegben lévő

fluidumok a kútba áramlanak. Ennek a beáramlásnak a gyorsasága mindig más és más,

hiszen több paraméter is befolyásolja: a differenciális nyomás nagysága, a kőzet

permeabilitása, a fluidum tulajdonságai. Az időegység alatt beáramlott térfogat

meghatározásához Darcy törvényének síkradiális áramlás során alkalmazott formáját

használjuk (Bódi, 2004.):

ahol:

Q az egységnyi idő alatt beáramló térfogat [bbl/perc]

k a formáció permeabilitása [mD]

µ a beáramló fluidum dinamikus viszkozitása [cP]

Δp a differenciális nyomás nagysága (lyuktalp és formáció között) [psi]

17

L a szakasz hossza, amelyen a beáramlás történik [ft]

re a megcsapolás sugara [ft]

rw a fúrólyuk sugara [ft].

Gyakorlati okokból a kick toleranciát úgy definiálhatjuk, mint az a maximális beáramlási

térfogat, amelyet az utolsó béléscsősarunál lévő formáció még elvisel anélkül, hogy

megrepedne. A kick toleranciát a következő elemek befolyásolják (Rabia, 2002.):

A lyuktalpon uralkodó pórusnyomás.

A használni kívánt iszap maximális sűrűsége.

A beáramlott fluidum fajtája (gáz, víz, olaj).

A béléscsősarunál a repesztési gradiens nagysága.

A kút típusa: kutató vagy termelő.

A leak-off teszt elvégzése után, de még mielőtt a fúrás elkezdődne, a kick toleranciát

minden esetben ki kell számolni a következő lyukszakaszra és a használni kívánt

iszapsűrűségre vonatkoztatva. A leak-off teszt eredményét célszerű 5-6 bar-ral

csökkenteni, így biztonságos becslést tudunk adni a repesztési nyomás nagyságára. Ha egy

befolyásoló tényező, mint az iszapsűrűség, vagy a fúrószerszám geometriája megváltozik,

mindig újra kell számolni az adott szakaszra a kick tolerancia értékét. A túlnyomásos

rétegekben ez az érték rohamosan csökkenni fog, ahogy a növekvő rétegnyomást növekvő

iszapsűrűséggel ellensúlyozzuk.

Az olyan kutak esetében, amelyek kiképzésekor nagy valószínűséggel abnormális nyomású

zónákkal fogunk találkozni, a tervezés és a fúrás szakaszában is precíz megfigyelést és

kick tolerancia számításokat várnak el. A kick toleranciát a következő formákban adhatják

meg (Grace, 1994.):

Kick térfogatként, amely még kiöblíthető anélkül, hogy a béléscsősarut

felrepesztené.

Maximális iszapsűrűségként.

Maximális pórusnyomásként, amely még ellensúlyozható anélkül, hogy

meghaladnánk a maximális iszapsűrűséget.

18

Számításaink során feltételezzük, hogy a beáramlott fluidum gáz, hiszen a kút

szempontjából az a legveszélyesebb. A béléscsősarunál a következő nyomás alakul ki,

amikor a beáramlott gázdugó eléri azt (Rabia, 2002.):

ahol:

Px a béléscsősarunál kialakuló nyomás [bar]

Pg a gázbuborék nyomása (= H*G) [bar]

H a gázbuborék magassága a béléscsősarunál [m]

G a gáz gradiense (a metáné 0,0113 bar/m) [bar/m]

TVD a lyuktalp vertikális mélysége [m]

CSD a béléscsősaru vertikális mélysége [m]

m a használni kívánt iszap maximális sűrűsége [kg/l].

A képletet a gázbuborék magasságára átrendezzük, Px nyomást pedig maximális

iszapsűrűségben kifejezett repesztési nyomás gradiensre cseréljük, hogy a maximális

értéket megkapjuk.

ahol:

FG a repesztési nyomás gradiens maximális iszapsűrűségben megadva [kg/l]

Pf a pórusnyomás [bar].

A beáramlás térfogata a béléscsősarunál (V1):

ahol Ca jelöli a fúrószerszám és a nyitott lyuk közötti űrtartalmat (m3/m). Lyuktalpi

körülmények között a beáramlás térfogata (V2) a következők szerint alakul (felhasználva

az ideális gáztörvényt és elhanyagolva a gáz hőmérsékletét és eltérési tényezőjét):

19

ahol:

p1 a repesztési nyomás a béléscsősarunál [bar]

p2 a formáció nyomása [bar].

A V2 értéke fejezi ki a cirkulációs kick toleranciát m3-ben. A számítások során

észrevehetjük, hogy a repesztési gradiensnek óriási szerepe van a beáramlási tolerancia

értékére. Ha a fúrás során kiderül, hogy a gradiens eltér a tervezési értéktől, akkor a

következő lehetőségek adódnak:

Amennyiben a gradiens nagyobb, mint amennyivel a kutat terveztük, akkor a

béléscsősaru alatt lévő nyitott lyukszakasz a tervezettnél mélyebbre fúrható, hiszen

a kút jobban terhelhető.

Ha a gradiens kisebb, mint a tervezett, akkor az előző lehetőség ellenkezője

érvényes: a nyitott lyukszakasz nem fúrható olyan mélyre, mint szeretnénk. Ebben

az esetben vagy sekélyebb mélységig fúrunk, ahol kisebb a pórusnyomás értéke,

vagy cementdugót helyezünk el a sarunál, ezzel megerősítve azt. A cementdugó

elhelyezése 1,8 kg/l nagyságú repesztési gradiensig alkalmazható (Rabia, 2002.).

Az eddigi fejezetekben láthattuk, milyen fontos egy kút életében a gondos tervezés,

megfigyelés, valamint az elsődleges kitörésvédelem fenntartása. Mindezek ellenére

bármikor előfordulhat, hogy váratlanul olyan túlnyomásos formáció megfúrása történik,

amely beáramlást okoz a kútba. A berendezéseknél dolgozóknak nagyon kell ügyelniük a

figyelmeztető jelekre, hiszen az ilyen esetekben az a feladatuk, hogy a kutat a lehető

legrövidebb időn belül lezárják, biztonságba helyezzék, ezzel minimalizálva a beáramlott

fluidumok térfogatát. A következő fejezetben a kitörésvédelmi operációk során használt

berendezéseket és módszereket fogom bemutatni, amelyek hozzájárulnak nemcsak pénz,

hanem emberi életek megmentéséhez is.

20

5 Barrierek, kitörésvédelmi berendezések

5.1 Elsődleges és másodlagos barrierek

A kitörésvédelemben használt barrier kifejezés magában foglalja mindazon technikai és

emberi tényezőket, amelynek célja elkerülni, de legalábbis csökkenteni a nem kívánt

szituációk, balesetek és ezek következményeinek esélyét (Well Control, 2012.). Ha egy

barriert közelebbről megvizsgálunk, úgy képzelhetjük el, mint egy folytonos, védelmező

„réteg” a fúrólyuk körül. Ez a védelem akadályozza meg, hogy a kútba vagy a felszínre a

formációból kontrollálatlan fluidum (gáz vagy folyadék) léphessen. A barrierek garantálják

a felszínen a dolgozók épségét, valamint azt, hogy a rétegben lévő fluidumok ne

szennyezhessék be a környezetet.

A barrierek egy vagy több barrier elemből állnak (Well Control, 2012.). Ha egy barrier,

vagy bármelyik eleme meghibásodik és nem látja el a szerepét, akkor minden munkálatot

meg kell szüntetni, míg a hibát helyre nem hozzák. Magyarországon az olajvállalatoknak

mindig két független, tesztelt barrierrel kell rendelkezniük az operációk során. Ezek

mindig úgy vannak csoportosítva, hogy ha az egyik megszűnik, akkor másik azonnal életbe

léphessen, illetve a hibás barriert minél kevesebb idő alatt helyre lehessen hozni. A

használatos barrierek és elemeik (Well Control, 2012.):

Elsődleges: a fúrási iszap hidrosztatikus nyomása

Másodlagos: a kitörésgátló, kútfej, cementpalást, stb.

Az elsődleges kitörésvédelem (barrier) lényege az, hogy a fúróiszap hidrosztatikus

nyomásával túlegyensúlyozzuk a formáció pórusnyomását. Ha valamilyen okból ez

megszűnik, akkor a kútba rétegfluidum áramlik be és életbe lép a másodlagos

kitörésvédelem (barrier). Ennek az a célja, hogy a kútba áramló rétegfluidumok

beáramlását megállítsa a kút lezárásával, majd a lyukegyensúly-helyreállítási módszerek

alkalmazásával újra létrejöjjön az elsődleges barrier. Ahhoz, hogy egy kutat biztonságosan

le tudjanak mélyíteni, kitörésvédelmi szempontból különösen fontos, hogy megfelelően

kiválasszák a használni kívánt kitörésgátlót, lefúvató szánkót, iszap-gáz szeparátort és

egyéb well control-hoz kapcsolódó felszereléseket. Csakis a megfelelően méretezett,

gondosan karbantartott berendezésekkel lehet sikeres kitörésvédelmi operációt

végrehajtani. A továbbiakban a szárazföldi kitörésvédelmi berendezéseket mutatom be.

21

5.2 Kitörésgátló (blow out preventer, BOP)

A kitörésgátló a well control berendezések egyik legmeghatározóbb darabja. Segítségével

tudják a kutat lezárni, amely hatására felépülnek a felszíni ellennyomások és a beáramlás

megszűnik. Ezért a különböző fúrások különböző méretű kitörésgátlót követelnek meg. A

kitörésgátlók 5 nyomásosztályba sorolhatók, attól függően, hogy mekkora az a legnagyobb

felszíni nyomás, amit még elviselnek. Ez alapján megkülönböztetünk 2-3-5-10-15 ezer psi

legnagyobb terhelhetőségű berendezéseket. Ugyanakkor tisztában kell lenni vele, hogy a

BOP a kút integritásának csak az egyik része, a kútfej berendezéseit, a béléscsövet és a

nyitott lyukszakaszt is a várható legnagyobb nyomásokra kell méretezni. A kitörésgátó

rendszer részei (Schlumberger, 1999.):

gyűrűs kitörésgátló,

pofás kitörésgátló, amely lehet csőre záró vagy telezáró

négyperemes közdarab

akkumulátor, amely a BOP működtetéséért felel,

az akkumulátort és a kitörésgátlót összekötő hidraulikai vezetékek,

működtető panel, ahol a kút zárható/nyitható.

A kitörésgátlók különböző kialakításokban is elérhetőek, nyomásosztálytól függően. A

legkisebb, 2000 psi nyomásosztályú általában egy gyűrűs és egy pofás zárószerkezettel van

felszerelve, a legnagyobbak egy gyűrűs és 3 pofás (közöttük egy telezáró) kitörésgátlót

tartalmaznak. A gyűrűs kitörésgátló teljesen körülöleli a lyuk tetejét, üres lyukra és

bármilyen szerszámra rá lehet zárni vele. A pofás szerkezetek nagy nyomással egymáshoz

vannak szorítva. Betétméretüknek mindig az aktuálisan használt fúrócsőátmérőhöz kell

igazodnia, a megfelelő zárás érdekében. A telezárókkal általában üres lyukra szoktak

rázárni, a fúrócsövet csak végső esetben vágják el. Ha kitörésgátlóban van telezáró pofás

zárószerkezet, akkor annak olyan minőségűnek kell lennie, hogy a kúton használt

legnagyobb falvastagságú fúrócsövet is el tudja vágni. Bár a kutat lezárjuk, mégis a

beáramlott fluidumot ki kell vezetni a kútból, a fúróiszapot pedig cirkuláltatni kell

valahogy. Ezért a berendezés egy négyperemes közdarabbal csatlakozik egy lyukmegölő

vezetékre (kill line) és egy lefúvató vezetékre (choke line). Mindkét vezetékben két-két

elzáró szerelvény található, melyek közül az egyik hidraulikusan a másik kézzel

működtethető. A lyukmegölő vezetékben visszacsapó szelep is található. Az 5.1. ábrán a

THESIS-01 kúton a 8 ½” szelvény fúrásakor használt kitörésgátló elrendezés látható.

22

5.1. ábra: Kitörésgátló elrendezés a THESIS-01 kúton

(Forrás: Schlumberger, 1999., saját szerkesztés)

5.3 Akkumulátor

A kitörésgátló rendszer hidraulikusan működtethető. Az ehhez szükséges hidraulikus

fluidumot nagy nyomáson tárolja az akkumulátor, amely olyan távolságban található a

kúttól, ahol a kút kigyulladása esetén is biztonságosan kezelhető. A hidraulikus folyadékot

általában 3000 psi nyomáson tárolja. Ez a nagynyomású fluidum gondoskodik arról, hogy

a kitörésgátló nagyon gyorsan bezárjon. Amikor az akkumulátort működésbe hozzák, az a

fluidumot a magas nyomású vezetékeken keresztül a kitörésgátlóhoz pumpálja. A magas

nyomású fluidum zárja és nyitja a kitörésgátlókat. Az akkumulátor és így közvetve a

kitörésgátló távirányítású kezelőpanelekkel is működésbe hozható, amelyekből egy darab

mindig a munkapadon, a fúrómesterhez közel található. A kezelőfelület segítségével a

BOP és más szelepek a rendszerben könnyen és gyorsan irányíthatóak. Vészhelyzet esetén,

az akkumulátoron található tolózárak is használhatók (Schlumberger, 1999.).

23

5.4 A lefúvató szánkó (choke manifold)

A lefúvató szánkót a lefúvató vezeték (choke line) köti össze a kitörésgátlóval. A

vezetékben található egy hidraulikus tolózár (HCR), amely a kitörésgátlót működtető

panelekből nyitható és zárható. A lefúvató szánkón történik a kútba beáramlott fluidum

eltávolítása, valamint a fúrási iszap keringetése a lyukegyensúly helyreállítása során (Well

Control, 2012.). A manifoldban kettő vagy több fúvóka is található, ám csak az egyiken

történik cirkuláció. Ez az egy távirányítású fúvóka, a többit csak tartalékként, vagy nagyon

speciális esetekben alkalmazzák. A fúvóka valójában egy tűszelep, mely helyzetének

változtatásával kontrollálható a nyíláson átáramló fluidum mennyisége.

Minél nagyobb a nyílás és az átáramlott fluidum mennyisége, annál kevesebb

hidrosztatikus nyomást tudunk tartani a lyuktalpon. Ezért a fúrómester a munkapadon

található panel segítségével folyamatosan változtatja a fúvóka helyzetét, hogy a lyuktalpon

állandó nyomást lehessen biztosítani, állandó öblítési ütem mellett. Ezen a panelen

megtalálható a fúrócső- és béléscsőoldali nyomás, a szivattyú löketszámlálója és az öblítési

ütem mutatója is. Az 5.2. ábrán a THESIS-01 kúton használt lefúvató szánkót láthatjuk. A

hidraulikus és mechanikus tolók kemény zárásra (6.1.1. fejezet) vannak beállítva.

5.2. ábra: Choke manifold a THESIS-01 kúton

(Forrás: Schlumberger, 1999., saját szerkesztés)

24

5.5 Iszap-gáz szeparátor

A lefúvató szánkóról a beáramlott rétegfluidum és a fúrási iszap az iszap-gáz szeparátorba

kerül. Az iszap ilyenkor legtöbbször formáció gázt tartalmaz, de előfordul, hogy víz, olaj,

vagy ezek kombinációja is megtalálható benne. Az iszap-gáz szeparátor feladata, hogy az

iszapban lévő gázt eltávolítsa és a gázmentes fúrási folyadékot visszajuttassa az

iszaptartályba. A szeparált gáz egy vezetéken keresztül a fáklyán át távozik. A

szeparátorok között megkülönböztetünk atmoszferikus és nyomás alatti szeparátorokat. A

legtöbb fúrási operáció során az atmoszferikus szeparátor használata kötelező. A nyomás

alatti szeparátort legfőképp H2S által veszélyeztetett fúrásokon alkalmazzák.

Az atmoszferikus szeparátor gravitációs elven működik. A gázt tartalmazó iszap a

berendezésbe belépve számos egymás alatt elhelyezkedő terelő lemezen a szeparátor aljába

jut. Ez idő alatt a gáz kiválik az iszapból és a fáklyán elégetik. A szeparátorban általában

az atmoszférikusnál nagyobb, vagy ahhoz közeli nyomás uralkodik. A berendezésnek

számos előírásnak kell megfelelnie: minimum 30 inch átmérőjűnek és 16 láb magasnak

kell lennie, minimum 8 inch átmérőjű gázkilépő nyílással a tetején. A szeparátor alján

megfelelő magasságú U-cső elrendezésnek kell lennie (minimum 3 és fél láb), hogy az ott

található iszap hidrosztatikus nyomása megakadályozza a gáz belépését a

tartályrendszerbe. A fáklya a fúrótoronytól távol található, így a gáz elégetése közben a

csapat biztonságban dolgozhat a berendezésen (Baker, 1991.).

5.6 Lyuktöltő tartály (trip tank)

A trip tank egy speciális iszaptartály. Általában ki és beépítéskor használják, hogy nyomon

tudják követni a fúrószerszám által kiszorított iszap mennyiségét. A tartály egységekre van

felosztva, a pontosabb leolvasás érdekében. Kiépítéskor a trip tankból pontosan annyi

fluidumot kell a lyukba szivattyúzni, mint amennyit a kiépített szerszám kiszorít.

Beépítéskor a kútból a trip tankba pontosan ugyanennek a mennyiségnek kell beáramlania.

Ha eltérést vesznek észre, vagy a lyukat elfelejtik teljesen feltölteni, akkor az legtöbbször

azt okozhatja, hogy formáció fluidumok lépnek be a kútba, így minél gyorsabban meg kell

tenni a szükséges intézkedéseket (Well Control, 2012.).

Mint tapasztalhattuk, a kitörésvédelmi berendezések fontos szerepet játszanak egy kút

életében. Nagyon fontos a pontos méretezés és a megfelelő szaktudás a használatukhoz.

25

Minél gyorsabban lezárjuk és biztonságba helyezzük a kutat, annál több időt és pénzt

takaríthatunk meg, nem beszélve az emberéletekről, amelyek így kevésbé vannak

veszélyeztetve. A lyukegyensúly helyreállításának számos módszere van, amit a következő

fejezetben fogok elemezni.

26

6 Lyukegyensúly-helyreállítás menete, módszerei

Miután a lyukegyensúly megbomlott, a fúrási csapat tagjainak nincs más választása, mint a

fúrási folyamat leállítása, a kút lezárása és az egyensúly helyreállítása. A helyreállításra

számos módszer áll rendelkezésre, a leggyakrabban használtak a fúrós, várakozásos,

volumetrikus módszerek. Azt, hogy melyik módszert használják fúrás közben, az operátor

írja elő, amelytől csak speciális esetekben lehet csak eltekinteni.

6.1 A kútlezárás folyamata

A 3.3 fejezetben leírtak alapján, minden esetben, amikor a fúrási sebesség hirtelen megnő,

túlfolyás-ellenőrzést (flow check) kell tartani. Ha a kút túlfolyik, a hidrosztatikus nyomás

nem tudja ellensúlyozni a formáció nyomását a lyuktalpon, így az elsődleges well control

megszűnik, a kutat le kell zárni. Amennyiben fúrás közben a kifolyó intenzitása megnő,

illetve tartályszaporulatot észlelnek, a kutat azonnal le kell zárni. A lezárási folyamatra

eltérő előírások vannak érvényben, de mindig az operátor által kiadott technológiai utasítás

alapján kell végrehajtani. A mai gyakorlatban az ún. lágy és kemény zárás valamelyikét

használják, és annak megfelelően állítják be a kitörésvédelmi szerelvényeket.

Magyarországon a kemény zárást írják elő az operátorok.

6.1.1 A kemény zárás (hard shut-in)

Amikor a fúrótorony kemény záráshoz van előkészítve, akkor a hidraulikus tolózár (HCR)

a lefúvató vezetéken zárva, a távirányítású fúvóka a manifoldban szintén zárva van, az

iszap-gáz szeparátorra vezető vezeték pedig nyitva (lásd 5.2. ábra). Fúrás közben a kemény

zárás menete a következő (Baker, 1991.):

a riadót követően a szerszám forgatásának leállítása, majd zárási helyzetbe emelése.

A szivattyú – ezzel az öblítés – leállítása.

A kitörésgátló teljes nyomással való bezárása, majd a zárás ellenőrzése.

A hidraulikus tolózár nyitása, a zárt fúrócső oldali nyomás (SIDPP) és a zárt

gyűrűstér oldali nyomás (SICP) felvétele.

Tartályszaporulatot leolvasása.

A felügyelő értesítése.

A kemény zárás folyamata kiépítés közben (Baker, 1991.):

27

a riadót követően a szerszám ékbe ültetése, a nyitott biztonsági szelep behelyezése.

A szelep és a kitörésgátló bezárása, hidraulikus tolózár nyitása, zárás ellenőrzése.

A forgatórúd, vagy Top Drive csatlakoztatása.

A zárt nyomások és a tartályszaporult felvétele.

A felügyelő értesítése.

6.1.2 A lágy zárás (soft shut-in)

Ha lágy záráshoz van a fúrótorony előkészítve, akkor a HCR zárva van, az iszap-gáz

szeparátorra vezető vezeték nyitva, de a kemény zárással ellentétben a lefúvató szánkóban

lévő távirányítású fúvóka nyitva van. A lágy zárás menete fúrás közben (Baker 1991.):

a riadót követően a szerszám forgatásának leállítása, zárási pozícióba emelése.

A szivattyúzás leállítása.

A hidraulikus tolózár nyitása, majd a kitörésgátló bezárása.

A kút lezárása a fúvóka folyamatos, lassú zárásával, majd a zárás ellenőrzése.

A zárt nyomások beállása után a nyomások és a tartályszaporulat leolvasása.

A felügyelő értesítése.

A lágy zárás folyamata kiépítés közben (Baker, 1991.):

A riadó után a fúrószerszám ékbe ültetése.

Nyitott biztonsági szelep felszerelése, zárása.

Hidraulikus tolózár nyitása.

Kitörésgátló zárása (általában gyűrűstéri).

A távirányítású fúvóka folyamatos, lassú zárásával a kút zárása.

Zárás ellenőrzése.

Forgatórúd vagy Top Drive csatlakoztatása.

Az állandósult zárt nyomások és a tartályszaporulat leolvasása.

Felügyelő értesítése.

A két kútlezárási metódusnak megvannak a saját előnyei és hátrányai. A lágy zárás

lehetőség ad arra, hogy lezárás során ellenőrzés alatt tartsák a zárt gyűrűstér oldali nyomás

felépülését. Ha a kezdeti gyűrűstéri nyomás nagy valószínűséggel meghaladja majd a

maximálisan megengedhető legnagyobb nyomást, akkor a lágy zárási módszer több

alternatív eljárást is lehetővé tesz a maximális nyomás elkerülésére. A módszer hátránya,

28

hogy a fúvóka teljes zárásáig eltelt idő lehetővé teszi a rétegfluidumok további beáramlását

a kútba, így a nagyobb beáramlott térfogat miatt nagyobb lesz a gyűrűstéri nyomás is.

Ezzel szemben a kemény zárás kevésbé komplikált eljárás, egy ember is könnyedén

elvégzi a munkapadon és késlekedés nélkül le lehet zárni a kutat. A módszer vélt hátránya,

hogy a kitörésgátló bezárásakor a berendezés hidraulikus ütést szenved el, ám az még nem

bizonyított, hogy az ütés mértéke bármilyen kárt tenne a kútban. A zárás eredménye a

felszíni nyomások kialakulása: a zárt fúrócső oldali nyomás (shut-in drillpipe pressure,

SIDPP) és a zárt gyűrűstér oldali nyomás (shutn-in casing pressure, SICP).

6.1.3 A zárt nyomások értelmezése

A kút lezárása után az operátorok által előírt időnek el kell telnie, mielőtt regisztrálhatják a

zárt nyomásokat. Magyarországon ez az előírt idő 15 perc. A zárt nyomások sosem lesznek

teljesen konstans értékek a gáz migrációja miatt. A gáz migráció közben expandál, ezzel

fúróiszapot szorít ki a gyűrűstérből, azonban a kút zárt állapotában ez nem lehetséges. Így

a felhajtó erő hatása a gázbuborék eredeti nyomását megőrizve migrál felfele a kútban,

rétegrepesztést is előidézhetve. Éppen ezért fontos az egyensúly helyreállításának

mihamarabbi megkezdése. A zárt nyomásokat egy U-cső modell segítségével

értelmezhető, amely a 6.1. ábrán látható. A fúrócső oldali és a béléscső oldali nyomások

tartanak egyensúlyt egymással (Rabia, 2002.):

és

ahol:

Phidrf a fúrócsőben lévő iszap hidrosztatikus nyomása [bar]

SIDDP a zárt fúrócső oldali nyomás [bar]

Phidrgy a gyűrűstérben lévő iszap hidrosztatikus nyomás [bar]

Pg a gázdugó nyomása [bar]

SICP a zárt gyűrűstéri nyomás [bar]

Pf a formáció nyomása [bar].

29

6.1. ábra: A zárt nyomások értelmezése

(Forrás: Well Control, 2012., saját szerkesztés)

Tény, hogy a kútba mindaddig beáramlás történik, míg a lyuktalpon a hidrosztatikai

nyomás kisebb, mint a formáció nyomása. A kút lezárásával olyan felszíni

ellennyomásokat (SIDPP és SICP) hozunk létre, melyek hozzáadódnak a lyuktalpi

nyomáshoz, így létrehozva a nyomásegyensúlyt. Az SIDPP értéket használva

meghatározhatjuk a formáció tényleges nyomását. Az SICP érték minden esetben nagyobb,

mint az SIDPP, hiszen feltételezzük, hogy beáramlás csak a gyűrűstérben történt (a

fúrószerszámban visszacsapó szelep van), így ott nagyobb ellennyomást kell tartani a

felszínen, a beáramlott gázdugó által kiszorított iszap hidrosztatikus nyomását pótolva. A

kút lezárása után a technológiai utasításban leírt módszerrel helyreállítják a lyuk

egyensúlyát.

30

6.2 Egyensúly helyreállítási módszerek

Az egyensúly-helyreállítási módszerek feladata a fúrólyukba beáramlott rétegfluidumok

eltávolítása, valamit a lyuk feltöltése olyan sűrűségű fúróiszappal, amelynek hidrosztatikai

nyomása megegyezik a réteg nyomásával, vagy enyhén túlegyensúlyozza azt (Grace,

1994.).

Az iparban számos helyreállítási módszert alkalmaznak, melyek között annyi az eltérés,

hogy mikor és hogyan szivattyúzzák a nehezített öblítő fluidumot a fúrószerszámba és az

mikor éri el a fúrót. Magyarországon a legtöbbet használt fúrós módszer (Driller’s Method)

esetében két öblítési kört alkalmaznak: először az eredeti sűrűségű iszappal kiöblítik a

beáramlást, majd a második körben szivattyúzzák a nehezített iszapot a lyukba. A

várakozásos módszer (Wait & Weight Method) alkalmazása során a nehezített iszap

beszivattyúzása és a rétegtartalom kiöblítése párhuzamosan történik. Az egyidejű

nehezítéses (Concurrent Method) módszer esetén az öblítés során folyamatosan,

lépcsőkben nehezítik az öblítő közeget, és az egyes időpontokban bekevert fúróiszapot

azonnal a szerszámba szivattyúzzák, megfelelően módosítva a cirkulációs nyomást.

További helyreállítási módszerek a volumetrikus, kis ellennyomású (low choke pressure)

és bullheading metódusok, azonban Magyarországon a fúrós és várakozásos módszerek az

elterjedtek.

A használatos módszerek (fúrós és várakozásos) mindegyikében közös vonás, hogy

állandó lyuktalpi nyomást kell biztosítani a helyreállítási művelet alatt. Ezt az állandó

nyomást konstans szivattyúzási ütemmel érhetjük el. A kitörésgátló bezárása után az

öblítőkör a lefúvató manifoldon keresztül biztosított, amelyben egy távirányítású fúvóka

található (lásd 5.3 fejezet). A fúvóka szelvényének változtatásával kezelhető az átfolyó

áram sebessége, így a szükséges ellennyomás biztosítható. Mindegyik módszer lehetővé

teszi, hogy a helyreállítás közben leállítsuk az öblítést, lezárjuk a fúvókát és elemezzük a

kialakult helyzetet a kút veszélyeztetése nélkül (Well Control, 2012.).

A lyukegyensúly helyreállításának egyik kulcsfontosságú eleme a lyukegyensúly

helyreállítási munkalap. Ez olyan előre rögzített adatokat tartalmaz, mint a csökkentett

szivattyúzási ütemhez tartozó cirkulációs nyomás (Slow Circulation Pressure, SCP), a

MAASP, a fúrószerszám és a gyűrűstér térfogatai, a kút mélysége és a béléscső adatai. Az

31

SCP értékét minden 100 méter előfúrás után vagy az iszapparaméterek változásakor

kötelező megmérni, a maximális gyűrűstéri nyomást minden esetben újra kell számolni, ha

a fúróiszap sűrűsége változik, a térfogatok és a mélység pedig a fúrás előrehaladtával

változnak, így az adatokat folyamatosan frissíteni kell a munkalapon. A kút lezárása és az

előírt állandósulási idő kivárása után a zárt fúrócső oldali és zárt béléscső oldali

nyomásokat (SIDPP és SICP), valamint a tartályszaporulatot (Pit Gain, PG) a lapon

rögzíteni kell. A kezdeti cirkulációs nyomás (Initial Circulating Pressure, ICP) az SIDPP és

SCP értékeinek összege. A módszerek megkövetelik, hogy a végső cirkulációs nyomást

(Final Circulating Pressure, FCP) állandó értéken tartsuk, ha a nehezített iszap elérte a

gyűrűsteret.

6.2.1 A fúrós módszer

A fúrós módszer alkalmazása során a beáramlott rétegfluidumot a kútban lévő, eredeti

sűrűségű iszappal öblítik ki, majd utána a sűrűséget a szükséges értékre növelik és feltöltik

vele a fúrószerszámot és a gyűrűsteret, így két öblítési körre van szükség ahhoz, hogy a

módszer sikeres legyen.

Mivel a kick kiöblítése és a nehezített iszap lejuttatása két külön körben történik, ezért a

fúrós módszert a legegyszerűbb helyreállítási módszerként tartják számon. Ez a metódus

nem követel meg túl bonyolult számításokat, azonban a személyzetnek képesnek kell

lennie a fúrólyuk azonnali és biztos lezárására, a szivattyúk megfelelő indítására és a

lyuktalpi nyomás állandó értéken tartására, ami megakadályozza a további rétegfluidumok

beáramlását. További előnye, hogy kevés információ is elég a sikeres helyreállításhoz,

valamint a gázdugó kiöblítése azonnal megkezdődhet.

Az előnyökkel szemben ennek a módszernek is akadnak korlátjai. Mivel a beáramlott

rétegfluidumot az eredeti iszappal öblítik ki, így további felszíni gyűrűstéri nyomástöbblet

szükséges ahhoz, hogy a lyuktalpi nyomást állandó értéken tartsuk. A felfelé mozgó

gázdugó expandál, így iszapot szorít ki a kútból, ami csökkenti a lyuktalpi nyomást, ezért

szükséges a fúvóka állításával biztosítani a megfelelő nyomástöbbletet. Ennek

következménye, hogy a felszíni gyűrűstéri nyomás túl nagy lehet, amely a formáció

felrepesztéséhez, vagy felszín alatti kitöréshez, átfejtődéshez vezethet, amelyek a

beáramlott fluidum relatív helyétől és a béléscsősaru mélységétől függnek. További

32

szempont, hogy a két öblítési kör miatt a módszer sok időt vesz igénybe, így a

kitörésvédelmi rendszerek sokáig maradnak nyomás alatt, amely további komplikációkhoz

vezethet (Baker, 1991.; Well Control, 2012.).

6.2.2 A várakozásos módszer

A módszer neve onnan ered, hogy a csapat először lezárja a kutat, majd megvárja, amíg a

nehezített iszap elkészül. Ezután a nehezített iszapot szivattyúzzák a lyukba, miközben az

eredeti iszapot és a rétegfluidumot kiöblítik a lyukból (Well Control, 2012.).

A módszer előnye, hogy a kialakuló gyűrűstéri nyomások sokkal kisebbek lesznek, hiszen

a nehezített iszap eléri a gyűrűsteret mielőtt a gázdugó a felszínre érne, így növelve a

lyuktalpi nyomást, valamint maga a cirkulációs idő is kevesebb, hiszen a módszer

elméletben csak egy öblítési kört igényel. Hátránya, hogy meglehetősen sok időt kell várni,

míg a nehezített iszap elkészül, így a gáz elkezd migrálni a kútban. Mivel a kút le van

zárva, a gáz nem tud expandálni, mert a felette lévő iszap összenyomhatatlan, így megőrzi

eredeti nyomását és a béléscsősaruhoz érve felrepesztheti a formációt. Továbbá, ha

nagymértékű nehezítés szükséges, akkor az szinte kivitelezhetetlen egyetlen lépcsőben.

Az eddigi fejezetekben bemutattam a fúrólyukban uralkodó nyomásokat, a beáramlások

okait, a gázok viselkedését. Kitértem a szárazföldi kitörésvédelmi eszközökre és a

lyukegyensúly megbomlások kezelési folyamataira, módszereire. A továbbiakban a

THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítását elemzem a fúrós és a várakozásos módszer

segítségével.

33

7 A THESIS-01 kút lyukegyensúlyának megbomlása

7.1 A THESIS-01 kút

Szakmai gyakorlatomat a THESIS-01 nevű kúton töltöttem 2015.07.05-én, ahol a 8 ½”-os

lyukszelvény előfúrása zajlott. A szelvény fúrása során volt várható az első szénhidrogén

tároló telep jelentkezése. A fúrási terv szerint a 2528 méterben elhelyezkedő 9 5/8”-os

béléscsősarutól 2740 méterig tart a fúrás. Előző kutatófúrások rétegvizsgálati információi

alapján a rétegnyomás a pannóniai és fiatalabb képződményekben hidrosztatikus, míg a

miocén és triász tárolóban kb. 25-30%-os túlnyomás várható. A 7.1. táblázatban láthatóak

a várható nyomásértékek különböző mélységekben. Ezen adatok alapján a 8 ½”-os

szelvényben a fúrási iszap ajánlott sűrűsége 1,28 kg/l, amelyet 1,32 kg/l értékre kell emelni

a fúrás során. Kútbeindulás - az öblítőkör megléte mellett - elégtelen lyuktöltés vagy

túlzott kiépítési sebesség hatására következhet be. A vártnál nagyobb túlnyomás esetén

lyukegyensúly megbomlásra kell számítani.

7.1. táblázat: Várható rétegnyomások különböző mélységekben

Mélység (m) Vonatkozási hely Várható

rétegnyomás (bar)

Várható hőmérséklet

(°C)

2530 Felső szint 312 148

2750 Alsó szint 350 159

2950 Tervezett talp 360 170

(Forrás: THESIS-01 kút kiviteli terv, saját szerkesztés)

A 7”-os béléscső (2740 méterig) célja, hogy a 8 ½”-os szelvény fúrásakor harántolt első

szénhidrogén tárolót kizárja. A kitörésvédelmi előírás pontos utasítást adott arra, hogy a

rétegtartalom belépés, illetve a veszteség kezdeti észlelése érdekében fokozott figyelmet

kell fordítani a tartálytérfogat jelzőre. A belépés vagy veszteség első jelére a fúrási

műveletet fel kell függeszteni, nyomásellenőrzést kell végezni, majd elvégezni az

egyensúly helyreállítását.

A berendezés a 7.2. táblázatban látható berendezésekkel üzemelt. A BOP két pofás és egy

telezáró egységgel (melyek nyomáshatára 690 bar), valamint egy gyűrűs kitörésgátlóval

(nyomáshatára 345 bar) volt felszerelve. A 8 ½”-os szelvény fúrása során alkalmazott

34

kitörésgátló elrendezés az 5.1. ábrán található. A fúrószerszámban beépített visszacsapó

szelep működött belső kitörésgátlóként.

7.2. táblázat: A berendezés kitörésvédelmi eszközei, nyomáshatárai

Meghajtás: 4 db CAT-3512 motor

Szivattyúk: 2 db EWECO EFB 1600 triplex

Nyomóvezeték: 2 x 3 1/2"

Kitörésgátlók: 13 3/8” x 69,0 MPa Hydril 2 zárási hely

13 3/8” x 69,0 MPa Hydril 1 zárási hely

13 3/8” x 34,5 MPa Hydril Gyűrűs

Lefúvató rendszer: 3 1/16" - 69,0 MPa

Lyukmegölő rendszer: 2 1/16" - 69,0 MPa

(Forrás: THESIS-01 kút kiviteli terve, saját szerkesztés)

2015.07.05-én 14:15 perckor a THESIS-01 kút egyensúlya megbomlott, a kútból

kontrollálatlanul tört az iszap a felszínre, egészen a kapcsolóállásig lövellve. A

kitörésgátlót be kellett zárni és el kellett kezdeni az iszapnehezítést és az egyensúly

helyreállítását. A 7.1. ábrán látható a kút sematikus modellje a lyukegyensúly megbomlás

pillanatában.

7.1. ábra: A kút és a szerszámzat modellje

(Forrás: Saját szerkesztésű ábra)

35

Az egyensúly megbomlásakor a 8 ½”-os szelvény előfúrása történt 2619 méterben. Az

utolsó beépített és elcementezett béléscső 9 5/8”-os átmérőjű, beépítési mélysége 2528

méter. A lyukegyensúly megbomlás időpontjában érvényes szerszámösszetételt a 7.3.

táblázat mutatja. A táblázatban külön fel lett tüntetve, hogy a fúrószerszám mely része

található a nyitott lyukszakaszban illetve a béléscsőben.

7.3. táblázat: Szerszámösszeállítás

Darab

Névleges

méret

(")

Megnevezés Hossz

(m)

Mélység

(m)

Külső

átmérő

(mm)

Belső

átmérő

(mm)

Open

Hole

1 8 1/2 Görgős fúró RT1G 0,26 0,26 215,90

1 8 15/32 Near Bit stabilizátor 1,79 2,05 214,30 74,98

1 6 3/4

Rövid súlyosbító

(RDC) 4,41 6,46 171,45 70,99

1 8 15/32 String stabilizátor 1,79 8,25 214,30 70,99

1 6 3/4 Súlyosbító (DC) 9,04 17,29 171,45 71,98

1 8 15/32 String stabilizátor 1,8 19,09 214,30 71,98

8 6 3/4 Súlyosbító (DC) 71,81 90,9 171,45 70,99

Casing

6 6 3/4 Súlyosbító (DC) 56,92 147,82 171,45 70,99

9 5 HWDP 85,02 232,84 127,00 76,20

1 6 3/4 Hydraulic Jar (ütőolló) 9,97 242,81 171,45 76,99

9 5 HWDP 84,5 327,31 127,00 76,20

230 5 Drill Pipe 2292 2619 127,00 108,61

Béléscső 2528

244,48 228,6 (Forrás: saját szerkesztés)

7.2 A kút egyensúlyának megbomlása

Egy fúrólyuk egyensúlya számos ok miatt megbomolhat. Ezen okokat a 3.1-es fejezetben

részletesen kifejtettem. A fúrási személyzet feladata, hogy az árulkodó jeleket felfedezze

és a kutat a lehető legrövidebb időn belül biztonságba helyezze. A munkapadon a

következő paramétereket kell nyomon követni:

fúrási sebesség (ROP),

aktív tartályszint (m3),

kifolyó intenzitás,

gázérzékelők által mért értékek.

36

Gyakorlati megfigyelések alapján egy 8 ½”-os szelvény beáramlási toleranciája 4 és 8 m3

között változik. A személyzet felelőssége, hogy a figyelt paraméterek alapján a beáramlást

felismerjék, és a kutat lezárják. A következőkben a THESIS-01 kúton bekövetkező

lyukegyensúly megbomlásának előzményeit fogom vizsgálni.

2015.07.05-én 01:00-tól előfúrást végeztek, melynek célja a 2740 méteres mélység elérése

volt. A fúrás során a fúró megszaladását tapasztalták 2590 méteres mélységben, amely az

abnormális nyomású formáció egyik figyelmeztető jele. A 7.2. ábrán 01:00 óra óta eltelt

percek függvényében a ROP és a felszíni tartályszint látható.

7.2. ábra: ROP és tartályszint 01:00 óra után

(Forrás: Composite log, saját szerkesztés)

A 0. és 20. percek között a fúró megszaladása látható. A tartani kívánt előrehaladási érték

5-6 m/hr, miközben látható, hogy a tényleges érték elérte akár a 16 m/hr sebességet is. A

3.2. fejezetben leírtak alapján a fúró megszaladása önmagában nem teljesen megbízható

előjel (a „d” kitevő változását kellene figyelni), de az előírások szerint minden „drilling

break” jelenség után Flow Check-et kell végrehajtani. Az operatív döntés szerint

informatív öblítést rendeltek el a 20. percben, amely 50 percig tartott. Ez idő alatt nem

tapasztalhatjuk a felszíni tartályszint emelkedését, beáramlás nem történt, így tovább

fúrtak, míg rátoldást nem kellett végezni. A rátoldás előtt kétszer megjáratták a szerszámot

a fúrólyukban, majd statikus Flow Check-et hajtottak végre, amelynek menete:

75,5

76

76,5

77

77,5

78

78,5

79

79,5

80

80,5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 50 100

Akt

ív t

artá

lysz

int

[m3]

RO

P [

m/h

r]

Eltelt percek [min]

ROP [m/hr] Tartályszint

37

a forgatás leállítása,

szerszám zárási pozícióba való emelése,

öblítés leállítása,

kifolyó figyelése.

A 7.2. ábrán is látszik, hogy a 94. percben az öblítést leállították, a felszíni tartálytérfogat

azonnal rohamosan emelkedni kezdett, amíg az öblítést vissza nem kapcsolták.

Megállapíthatjuk, hogy a kút túlfolyt, ám csak leállított öblítés mellett. Ennek az okát a

3.3. fejezetben ismertettem. Az egyenértékű cirkulációs sűrűség a következőképp alakul

(1,28 kg/l sűrűségű iszap és 16 bar becsült gyűrűstéri nyomásveszteség alapján):

Ezen számítás alapján a kút nyugalomban van öblítés alatt, de öblítés nélkül az 1,28 kg/l

sűrűségű fúrási iszap már nem tudja túlegyensúlyozni a formáció nyomását. Operatív

döntésre a rátoldást elvégezték, a fúrólyukba beáramlás történt, ám az öblítés újbóli

elindításával a kút nyugalomban maradt, további fúrómegszaladás 12:37 óráig nem történt.

A 7.3. ábrán 12:37 óra után eltelt percek függvényében a fúrási előrehaladási sebesség és a

csigasor magassága látható egészen 14:15-ig, amikor a kútból kontrollálatlanul a felszínre

lövellt az iszap és a kitörésgátlót azonnal be kellett zárni.

38

7.3. ábra: ROP és csigasor magasság 12:37 óra után

(Forrás: Composite log, saját szerkesztés)

Az első 8 percben tapasztalható a fúró megszaladása, hiszen a tartani kívánt értékhez

képest a ROP elérte 13 m/hr értéket is. A kiugró ROP értékeket a 16. és 69. percben a fúró

elindítása és a lyuktalp megtalálása okozza. A 8. és 15. perc között történt informatív

öblítés során a kút nyugalomban maradt, amit a 7.4. ábra is bizonyít, ezért folytatták az

előfúrást. A 39. perctől a 60. percig a fúrási személyzet megelőző karbantartást végzett

(Top Drive és öblítőfej olajszintek ellenőrzése), valamint rátoldás előtt kétszer megjáratták

a szerszámot a fúrólyukban (csigasor magassága mutatja) az öblítőkör megléte mellett. A

60. perctől a 69. percig ismét rátoldásra került a sor, amihez az öblítést leállították és a kút

túlfolyt (7.4. ábra). Az öblítés visszaállítása után a kút nyugalomban volt a 90. percig

(2619 méter), ami után öblítés mellett is a tartályszint folyamatos növekedése volt

tapasztalható, a forgatást és az öblítést le kellett állítani, a kitörésgátlót be kellett zárni. A

7.4. ábrán látható, hogy az öblítés leállítása után a beáramlás üteme megnövekszik a

differenciális nyomás megnövekedése miatt.

0

5

10

15

20

25

30

35

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Csi

gaso

r m

agas

sága

[m

]

Rat

e o

f P

en

etr

atio

n [

m/h

r]

Eltelt percek [min]

ROP Csigasor magasság

39

7.4. ábra: Tartályszint és öblítési ütem 12:37 óra után

(Forrás: Composite log, saját szerkesztés)

A 7.5. ábrán a 12:37 óta eltelt percek függvényében a felszíni tartályszint és a felszínen

lévő gázérzékelővel mért gáztartalom látható.

7.5. ábra: Tartályszint és gáztartalom 12:37 óra után

(Forrás: Composite log, saját szerkesztés)

A gáztartalomban az első kiugró értékeket a 47. perc környékén tapasztaljuk, miközben a

szerszámot megjáratták a kútban az öblítés megléte mellett. A diagramok alapján ezeket a

kiugró értékeket egy nagyobb gáztartalommal rendelkező zóna fúrása során felszabadult

gáz okozhatta. A lyukegyensúly megbomlását a 90. perctől követhetjük végig. A

tartályszint emelkedni kezdett az öblítés ellenére is. A gyors beáramlás oka, hogy a

0

20

40

60

80

100

74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Öb

líté

si ü

tem

[st

rk/m

in]

Akt

ív f

els

zín

i tar

tály

szin

t [m

3 ]

Eltelt percek [min]

Tartályszint Öblítési ütem [strk/mn]

0

200

400

600

800

1000

74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

0 50 100

Gáz

tart

alo

m [

*10

00

pp

m]

Tart

álys

zin

t [m

3]

Eltelt percek

Tartályszint Gáztartalom

40

túlnyomásos formáció magas permeabilitású volt. A nagy permeabilitású formációt az

iszap csak alig egyensúlyozta túl a fúrás során, így ebben az esetben a túlfolyást nehéz

észrevenni, a tartályszint lassan növekszik, azonban gáz a felszín közelébe érve rohamos

gyorsasággal expandál, fúrási iszapot szorítva ki a fúrólyukból, ezzel felgyorsítva

tartályszint növekedését és a fúrólyuk kiegyensúlyozatlanságának mértékét. A folyamatot

erősítette a rátoldás során kútba kerülő gáz és annak expandálása is. A fúrási személyzet a

kemény zárás lépései alapján (6.1.1. fejezet) lezárta a kutat majd megkezdte a

lyukegyensúly helyreállítását. A kút lezárása után 15 perccel az SIDPP 15 baron, az SICP

51 baron, a tartályszaporulat 7500 literen állandósult. A helyreállítás folyamata 7,5 órát

vett igénybe.

7.3 Javaslatok a veszélyhelyzet elkerülésére

A 7.2. fejezetben bemutatásra került a THESIS-01 kút lyukegyensúly megbomlásának

körülményei. Diagramokon keresztül szemléltettem a megbomlás előzményeit és a fúrási

személyzet cselekvéseit. Megállapítottam, hogy a lyukegyensúly megbomlását egy magas

permeabilitású, túlnyomásos formáció okozta. A kút csak alig volt egyensúlyban, a gáz a

felszínre érve gyorsan növelte a fúrólyuk kiegyensúlyozatlanságát, amire a rátoldáskor

belépett gáz is rásegített. A kitörésgátló bezárása után a béléscső oldalon 51 bar nyomást,

és 7500 liter tartályszaporulatot mértek. Ezek magas értéknek számítanak, főleg, hogy a

mai modern műszerekkel a kutakat 2 m3 beáramlás alatt be lehet zárni. A magas gyűrűstéri

nyomás a helyreállítás során problémát okozhat, amennyiben a saru alatt gyenge formáció

helyezkedik el.

A veszélyhelyzetek elkerülése érdekében ajánlott minden fúrómegszaladás után statikus

Flow Check-et tartani. Ha a kút túlfolyik, azonnal le kell zárni és az egyensúlyt

helyreállítani, így elkerülve a későbbi váratlan eseményeket. Fontos a berendezésnél a

mérőműszerek (tartályszint és kifolyó intenzitás mérő) folyamatos karbantartása és

kalibrálása. A riasztási értékeket célszerű úgy beállítani, hogy a kutat 2 m3 beáramlás előtt

le lehessen zárni, figyelembe véve a zárási időket. A rázószitánál és a fúrómesteri állásban

mindig legyen egy-egy rádió adó-vevő, így a szitát figyelő azonnal tudja értesíteni a

fúrómestert, ha a berendezésen túlfolyás jelei tapasztalhatók. Ez a módszer a

mérőműszerek meghibásodása esetén is működik. A geológiai adatokat gyűjtő

41

szakemberek a 3.2. fejezetben kifejtett furadék minta elemzések eredményéről nyújtsanak

tájékoztatást, ezzel felkészítve a személyzetet a túlnyomásos formációk meglétére.

Véleményem szerint a lyukegyensúly megbomlása megelőzhető lehetett volna. Az első

statikus Flow Checket 02:30 órakor tartották, ahol már látszott, hogy a kút túlfolyik. Az

operatív döntés alapján tovább fúrtak és öblítettek, de ha már akkor elkezdenek egy adott

ütemű nehezítést a fúrás közben, akkor a túlnyomásos formáció ellensúlyozható lett volna.

A kiviteli tervben becsült gyűrűstéri nyomásveszteség alapján (16 bar) az egyenértékű

cirkulációs sűrűség 1,34 kg/l (7.2. fejezet). A kútban és a felszíni tartályrendszerben lévő

összes iszap térfogata 170 m3. 10 m

3 iszap nehezítéséhez szükséges barit mennyisége (100

font tömegű zsákokat feltételezve:

ahol:

1: az eredeti iszap sűrűsége [kg/m3]

2: az új iszap sűrűsége [kg/m3]

barit: a barit sűrűsége [kg/m3]

A számítás alapján a 170 m3 iszap nehezítéséhez 351 zsák baritra van szükség. A

kitörésgátló bezárása és a statikus Flow Check között 12,75 óra telt el. 28 zsák/óra

folyamatos nehezítéssel a lyukegyensúly megbomlása elkerülhető lehetett volna. A

keverési kapacitásokat kihasználva ez az ütem gyorsabb is lehet, hamarabb elérve a kívánt

sűrűségű iszapot.

A lyukegyensúly helyreállítása 7,5 órán át tartott. A további fejezetekben ezt fogom

elvégezni és elemezni.

42

8 A THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítása

8.1 Előre felvett adatok

A sikeres lyukegyensúly helyreállítás kulcsa az adatok pontos ismerete és a szükséges

számítások precíz elvégzése. Az egyensúlymegbomlások előtt a fúrási személyzetnek

számos adattal kell rendelkezniük, amelyek hozzájárulnak az eredményes operáció

elvégzéséhez.

MAASP

A maximálisan megengedhető legnagyobb gyűrűstéri nyomásról a 4.2. fejezetben írtam.

Béléscsövezés, majd 1-2 méter előfúrás után Leak-Off tesztet kell végezni, amelyből a

MAASP értéket meghatározzák. Feltételezzük, hogy a nyitott lyukszakasz leggyengébb

formációja a béléscsősaru alatt helyezkedik el. Egyes esetekben előfordulhat, hogy a

lyukszakaszban máshol is előfordul gyenge zóna, de a vizsgált kútban ez nem fordult elő.

A THESIS-01 kúton a 9 5/8”-os béléscső elhelyezése után végezték el a tesztet. 1,28 kg/l

sűrűségű fúrási iszap mellett, 164 bar felszíni nyomás hatására sem mutatkozott

elnyelődés, így a saru alatti réteg erősebbnek bizonyult, mint tervezték, az operációt

leállították. A további fúrás során az iszap sűrűsége 1,29 kg/l értékre emelkedett, ezért a

MAASP értékét újra kell számolni, ami az egyensúlyhelyreállítás során a kezdeti MAASP

érték lesz:

Ezt az értéket a biztonság irányába, tehát lefelé kell egész értékre kerekíteni, így a MAASP

értéke 161 bar. A megengedhető legnagyobb sűrűségű iszap:

43

CSÖKKENTETT ÖBLÍTÉSI ÜTEM

Az egyensúly helyreállítási módszerek lényege, hogy a lyuktalpon állandó nyomást

tartsunk. Ez úgy történik, hogy csökkentett öblítési ütem mellett egy adott fúrócsőoldali

nyomást tartani kell. Ez a nyomás kezdetben a csökkentett öblítési ütemhez tartozó

állócsőnyomás (Slow Circulation Pressure, SCP) és az SIDPP összege, ezért előre

ismernünk kell az öblítőkörben fellépő nyomásveszteségeket. Az SCP értékét mindig meg

kell határozni:

100 méter előfúrás után,

iszapparaméterek megváltozásakor,

lyuktalpi szerelvény megváltozásakor.

A vizsgált kúton 2600 méternél vették fel a nyomásokat:

8.1. táblázat: Az egyes szivattyúkra vonatkozó SCP értékek

Szivattyú Öblítési ütem [strks/min] Állócső nyomás [bar]

1-es szivattyú 30 17

40 26

2-es szivattyú 30 17

40 26

(Forrás: THESIS-01 kút kiviteli terve, saját szerkesztés)

ZÁRT NYOMÁSOK FELVÉTELE

A kút bezárása után a fúrócső és gyűrűstér oldali nyomások stabilizálódnak. Erre a

gyakorlatban maximum 15 percet szoktak hagyni, majd az értékeket le kell olvasni. A zárt

nyomásokról bővebben a 6.1.3. fejezetben volt szó. A vizsgált kúton a következő

nyomások alakultak ki: SIDPP=15 bar; SICP=51 bar. A tartályszaporulat 7500 liter volt.

8.2 Lyukegyensúly helyreállítási munkalap

Az ismert adatok a 8.1. ábrán láthatóak. A szerszámösszeállítást a 7.3. táblázat tartalmazza.

44

Lyuk mélység: 2619 m TVD

Saru mélység: 2528 m TVD

Eredeti iszap: 1,29 kg/l

Kezdeti MAASP: 161 bar

SIDPP: 15 bar

SICP: 51 bar

Pit Gain: 7500 liter

9 5/8" béléscső

TVD: 2528 m

Szivattyú: 2-es szivattyú

ID: 228,6 mm

18,33 l/löket

30 löket/perc

550 liter/perc

Lyuktalp

SCP: 17 bar

TVD: 2619 m

8.1. ábra: Az ismert adatok

(Forrás: Saját szerkesztés)

Az adatok ismeretében elvégezhetjük a szükséges számításokat és kitölthetjük az

egyensúlyhelyreállításhoz nélkülözhetetlen munkalapot. A számítások és a munkalap

kitöltésének menete:

az előzetes adatok ellenőrzése,

nehezített iszap sűrűségének kiszámítása,

ICP és FCP kiszámítása,

a szükséges térfogatszámítások elvégzése,

fúrócsőoldali nyomásesés felvétele.

FORMÁCIÓ NYOMÁSA, BEÁRAMLÁS SŰRŰSÉGE, NEHEZÍTETT ISZAP

45

Az értéket felfelé, a biztonság irányába kerekítve 1,35 kg/l sűrűségű nehezített iszapot

kapunk. Ez a fúrási iszap már képes lesz túlegyensúlyozni a formáció nyomását, amely

346,5 bar. Továbbá megállapítottuk, hogy a beáramlás sűrűsége (0,207 kg/l) alapján gáz.

KEZDETI ÉS VÉGSŐ CIRKULÁCIÓS NYOMÁS (ICP, FCP)

A FÚRÓSZERSZÁM TÉRFOGATA

A különböző fúrószerszám szakaszokra érvényes kapacitás és térfogatszámítás, valamint a

feltöltéshez szükséges löket:

8.2. táblázat: A fúrószerszám térfogata

Szekció Hossz

(m)

Belső átmérő

(mm)

Kapacitás

(l/m)

Térfogat

(liter) Löket

Near Bit stabilizátor 1,79 74,98 4,42 7,90 0,43

Rövid súlyosbító 4,41 70,99 3,96 17,46 0,95

String stabilizátor 1,79 70,99 3,96 7,09 0,39

Súlyosbító (DC) 9,04 71,98 4,07 36,79 2,01

String stabilizátor 1,8 71,98 4,07 7,33 0,40

Súlyosbító (DC) 128,73 70,99 3,96 509,57 27,80

HWDP 85,02 76,20 4,56 387,72 21,15

Hydraulic Jar (ütőolló) 9,97 76,99 4,66 46,41 2,53

HWDP 84,5 76,20 4,56 385,35 21,02

Drill Pipe 2291,69 108,61 9,26 21231,89 1158,31

Összesen 2619

22637 1235 (Forrás: saját szerkesztés)

46

A 8.2. táblázat az egyes fúrószerszám szakaszok és azok összesített térfogatát mutatja. A

teljes térfogat felfelé kerekítve 22637 liter, amely 1235 szivattyúlöketnek felel meg.

A GYŰRŰSTÉR TÉRFOGATA

A gyűrűstér térfogatát a fúrószerszáméhoz hasonlóan számolhatjuk, de a

kapacitásszámításnál körgyűrű keresztmetszetet kell figyelembe venni.

8.3. táblázat: A gyűrűstér térfogata

Gyűrűstér

Hossz

(m)

Külső átmérő

(mm)

Kapacitás

(l/m)

Térfogat

(liter) Löket

Open

Hole /

Near Bit stabilizátor 1,79 214,30 0,54 0,97 0,05

Rövid súlyosbító 4,41 171,45 13,52 59,64 3,25

String stabilizátor 1,79 214,30 0,54 0,97 0,05

Súlyosbító (DC) 9,04 171,45 13,52 122,25 6,67

String stabilizátor 1,8 214,30 0,54 0,97 0,05

Súlyosbító (DC) 71,81 171,45 13,52 971,07 52,98

Casing /

Súlyosbító (DC) 56,92 171,45 17,96 1022,08 55,76

HWDP 85,02 127,00 28,38 2412,50 131,61

Hydraulic Jar (ütőolló) 9,97 171,45 17,96 179,03 9,77

HWDP 84,5 127,00 28,38 2397,74 130,81

Drill Pipe 2292 127,00 28,38 65028,12 3547,63

Összesen 2619 72195 3939

(Forrás: saját szerkesztés)

A 8.3. táblázatban az egyes gyűrűstérszakaszok és azok összesített térfogatai találhatók. A

nyitott lyukszakasz és a 9 5/8”-os béléscső átmérői rendre 215,9 és 228,6 mm. A gyűrűstér

iszapcseréjéhez 72195 liter iszap szivattyúzására van szükség, amely 3939 löketet vesz

igénybe.

47

NYOMÁSESÉS A FÚRÓCSŐ OLDALON

Amikor a nehezített iszap szivattyúzását megkezdik az állócső nyomása folyamatosan

csökken, amíg az új iszap teljesen fel nem tölti a szerszámot. A csökkenés ütemét a

következőképp számoljuk:

A 8.2. ábrán a fúrócsőoldali nyomásesés követhető nyomon, amint a nehezített iszap

elkezdi feltölteni a szerszámot. Látható, hogy a nyomás a kezdeti cirkulációs nyomásról

indul és a végső cirkulációs nyomást (FCP) éri el, amint a szerszám feltöltődik az új,

nehezített iszappal. A gyakorlatban az egyenes meredekségének növekedését

tapasztalhatjuk, hiszen amikor az új iszap eléri a súlyosbítót, csökkentett keresztmetszeten

halad át az iszap, így egy löket hosszabb szakaszt tölt fel.

8.2. ábra: Nyomásesés a fúrócsőoldalon

(Forrás: Saját szerkesztés)

Miután minden adat és számolási eredmény a rendelkezésünkre áll, elkészíthetjük a

lyukegyensúly helyreállítási munkalapot (8.4. táblázat). A munkalap kitöltése közben a

fúrási személyzet felkészül az egyensúly helyreállításra, az iszap nehezítése is

megkezdődik.

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

0 200 400 600 800 1000 1200

Álló

cső

nyo

más

[b

ar]

Löketszám

48

8.4. táblázat: Lyukegyensúly helyreállítás munkalap

(Forrás: saját szerkesztés)

49

A SZÁMÍTÁSOK SORÁN ALKALMAZOTT JELÖLÉSEK

FP: Formáció nyomás [bar]

inf: Beáramlás sűrűsége [kg/l]

Hinf: Beáramlás magassága a gyűrűstérben [méter]

KMW: Kill Mud Weight, nehezített iszap sűrűsége [kg/l]

OMW: Original Mud Weight, eredeti iszap sűrűsége [kg/l]

TVD: Total Vertical Depth, teljes függőleges mélység [m]

SIDPP: Shut In Drill Pipe Pressure, zárt fúrócsőoldali nyomás [bar]

SICP: Shut In Casing Pressure, zárt gyűrűstéri nyomás [bar]

ICP: kezdeti cirkulációs nyomás [bar]

FCP: végső cirkulációs nyomás [bar]

SCP: Slow Circulation Pressure, lassú öblítési nyomás [bar]

CaDPx: fúrószerszám adott szakaszának kapacitása [l/m]

VDPx: fúrószerszám adott szakaszának térfogata [l]

LDPx: fúrószerszám adott szakaszának hossza [m]

CaCx: gyűrűstér adott szakaszának kapacitása [l/m]

VCx: gyűrűstér adott szakaszának térfogata [l]

LCx: gyűrűstér adott szakaszának hossza [m]

STRx: adott szakaszt feltöltő löketek száma [löket]

ΔPgrad: nyomásváltozás gradiens [bar/100 löket]

8.3 Egyensúlyhelyreállítás fúrós módszerrel

A fúrós módszer lényege, hogy a beáramlott rétegfluidumot az eredeti sűrűségű iszappal

öblítjük ki. Így a módszer elvégzéséhez legalább kettő cirkulációs körre van szükségünk.

Az elsőben a kútban lévő gázt öblítjük ki, míg a másodikban helyezzük el a nehezített

iszapot. A 8.4. táblázatban a módszer cirkulációs körei találhatóak. Az első körben egy

gyűrűstérnyi térfogat leszivattyúzása szükséges, ez 131,3 percet vesz igénybe. A második

körben a nehezített iszappal először a fúrószárat töltjük fel, ami 41,2 percet vesz igénybe,

majd újra a gyűrűsteret. Így a két cirkuláció összesen minimum 304 perc alatt teljesíthető

(elméleti idő), ha minden a terv szerint halad.

50

8.5. táblázat: A fúrós módszer cirkulációs körei

Öblítési kör Öblített kútrész Térfogat Löket Idő

1. öblítési kör: gyűrűstér 72195 3939 131,3

2. öblítési kör: fúrószár 22637 1235 41,2

gyűrűstér 72195 3939 131,3

Összesen 167027 9113 303,8

(Forrás: saját szerkesztés)

A fúrós módszer lényege, hogy a beáramlott fluidumot úgy öblítsük ki, hogy a lyuktalpi

nyomás állandó értéken maradjon. Ehhez rendelkezünk már a szükséges adatokkal,

számításokkal és az egyensúlyhelyreállítási munkalappal, így elkezdődhet a lyukmegölés.

Az első cirkulációs kör elején a lefúvató rendszer fúvókáját ¼ részt ki kell nyitni és a

szivattyúkat lassan a csökkentett öblítési ütemre (30 löket/perc) kell beállítani. Ez idő alatt

a fúvókát úgy kell szabályozni, hogy a gyűrűstéri nyomás konstans maradjon, hiszen így

lesz konstans a lyuktalpi nyomás is. Amint elértük a kívánt öblítési ütemet, a fúvókát úgy

kell beállítani, hogy a fúrócső oldalon az ICP nyomást tartsa addig, amíg a rétegfluidumot

ki nem öblítettük a kútból. Ezután a fúvókát bezárjuk, amíg az új iszap el nem készül.

Amint a nehezített iszap elkészül, megkezdődik a második cirkulációs kör. Újra nyitni kell

a fúvókát és a szivattyút a lassú öblítési ütemre kell hozni. Amíg az új iszap feltölti a

fúrószárat, célszerű a gyűrűstéri nyomást állandó értéken tartani. Az öblítés közben a 8.2.

ábrán látható nyomásesést kell tapasztalnunk. Amint az új iszap feltölti a fúrószárat a

fúvóka kezelőnek az FCP nyomást kell tovább tartania, amíg a kút teljesen fel nem töltődik

a nehezített iszappal.

8.3. ábra: Fúrócső nyomása változása fúrós módszer esetén

(Forrás: Saját szerkesztés)

0

10

20

30

40

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Nyo

más

[b

ar]

Löketszám [stks]

51

A 8.3. ábrán a fúrócsőnyomás változása látható. Az első öblítési kör a 3939. löketig tart,

addig a kezdeti öblítési nyomás (ICP) van állandó értéken tartva (32 bar). Ez a nyomás

1235 löket alatt lecsökken a végső cirkulációs nyomás (FCP) értékére (18 bar). A két

cirkuláció összesen 9113 löketből áll és 304 percet vesz igénybe. A gyakorlatban az első

öblítési kört több ideig is fenntarthatják, annak érdekében, hogy a beáramlott fluidumot

biztosan kiöblítsék. Ha az első kör után lezárjuk a kutat és teljes mértékben kiöblítettük a

gázt, akkor az SIDPP és SICP értékeknek egyenlőnek kell lenniük. Amennyiben nem azok,

folytatni kell az első kört.

8.4. ábra: Gyűrűstéri nyomás elméleti változása fúrós módszer esetén

(Forrás: Saját szerkesztés)

A 8.4. ábrán a gyűrűstéri nyomás elméleti változása látható a két cirkuláció alatt. Amíg a

gáz el nem éri a felszínt, addig folyamatosan expandál, egyre több fúrási iszapot szorítva ki

a gyűrűstérből. Emiatt egyre nagyobb felszíni nyomást kell tartani ahhoz, hogy a lyuktalpi

nyomást állandó értéken tartsuk. A növekedés nem lineáris, a gáz viselkedése miatt.

Amikor a fluidum eléri a felszínt, akkor a legnagyobb a térfogata, így akkor tapasztalhatjuk

a legnagyobb gyűrűstéri nyomást, ezért figyelnünk kell arra, hogy ez meg ne haladja a

MAASP értékét. Amint elkezdődik a gáz kiöblítése, a nyomás a löketeknek megfelelő

lineáris lépcsőben fog csökkenni, az első kör végére a gyűrűstéri nyomás az SIDPP

értékére csökken.

52

A második körben, miközben a fúrószerszámot feltölti az új iszap, a gyűrűstéren az eredeti

SIDPP nyomást tartjuk állandó értéken. Amint az új iszap a gyűrűstérbe ér és folyamatosan

feltölti azt, a nyomás lineárisan csökken zérusra. A második kör befejeztével mind az

SIDPP és SICP értékeknek zérusnak kell lenniük.

8.4 Egyensúlyhelyreállítás várakozásos módszerrel

A várakozásos módszer (Wait and Weight Method) lényege – a fúrós módszerrel

megegyezően – az, hogy a lyuktalpi nyomást a helyreállítás ideje alatt konstans értéken

tartjuk. A különbség, hogy a cirkuláció nem kettő, hanem csupán egy körből áll. A fúrási

személyzet először elvégzi az iszapnehezítést, a kút addig teljesen zárva marad, majd a

beáramlott fluidum kiöblítése és a lyuk megölése egy cirkuláció alatt megtörténik.

8.6. táblázat: A várakozásos módszer cirkulációs köre

Öblítési kör Öblített kútrész Térfogat

[liter] Löket

Idő

[min]

1. öblítési kör fúrószár 22637 1235 41,2

gyűrűstér 72195 3939 131,3

Összesen 94832 5174 172,5

(Forrás: saját szerkesztés)

A 8.5. táblázatban látható a várakozásos módszerrel történő egyensúlyhelyreállítás

időigénye. Az egy cirkuláció alatt egyszer kell feltölteni mind a fúrószárat, mind a

gyűrűsteret a nehezített iszappal. Ez összesen 131 perccel kevesebb időt vesz igénybe, mint

a fúrós módszerrel történő lyukmegölés, viszont az iszapnehezítés ideje alatt a kút nem áll

öblítés alatt, így a gáz nyomását és térfogatát megőrizve migrál a kútban (4.3. fejezet).

Mivel a THESIS-01 kúton akkora mértékű volt a beáramlás, hogy az a nyitott lyukszakaszt

teljesen feltöltötte, a migráció nem okozhatott kárt a béléscsősarunál lévő formációban.

A 8.5. ábrán a helyreállítás folyamata során tartandó fúrócső oldali nyomások láthatók. A

módszer nehézsége a fúrós módszerhez képest, hogy az öblítés megkezdése után a

helyreállítási munkalapon szereplő csökkenési ütemet kell tartani a fúrócsövön a

távirányítású fúvóka szabályozásával. Amíg a szivattyúk el nem érik a csökkentett öblítési

ütemet, addig a zárt gyűrűstéri nyomás kezdeti értékét kell állandón tartani, ám a

későbbiekben ez már nem lehetséges.

53

8.5. ábra: A fúrócső nyomás változása várakozásos módszer esetén

(Forrás: Saját szerkesztés)

1235 löket után a szerszám megtelik a nehezített iszappal és a nyomás az FCP értékre

csökken. A gyűrűstér iszapcseréje során ezt a nyomást kell tartani a fúvóka kezelőjének.

A 8.6. ábrán a helyreállítás során lehetséges gyűrűstéri nyomásváltozás látható. Amint a

szivattyúk elérték a szükséges löketszámok a nyomás emelkedni kezd a gáz viselkedésének

megfelelően. Észrevehetjük, hogy amikor a gáz eléri a felszínt, kisebb nyomást

tapasztalunk, mint a fúrós módszer esetében, hiszen a nehezített iszap a gázdugó

felérkezésekor már elkezdte feltölteni a gyűrűsteret. Ennek köszönhetően kisebb felszíni

nyomás szükséges a konstans lyuktalpi nyomás megőrzéséhez.

8.6. ábra: A gyűrűstéri elméleti változása várakozásos módszer esetén

(Forrás: Saját szerkesztés)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1000 2000 3000 4000 5000

Nyo

más

[b

ar]

Löketszám

54

Miután a gázdugó elérte a felszínt, a gyűrűstéri nyomás csökkenni kezd az öblítés ütemével

arányosan. A fúrós módszerrel ellentétben, amikor a gázdugót kiöblítik, a felszíni nyomás

nem a kezdeti SIDPP értékre fog lecsökkenni. Mivel a kút nagy részét már a nehezített

iszap tölti fel a gázdugó kiöblítését követően, kisebb nyomás szükséges a formáció

kiegyensúlyozásához. A 3939. löket után már nincs gáz a rendszerben, ezért látható 8.6.

ábrán a törés is. Ahogy az új iszap tovább tölti a gyűrűsteret, a felszínen tartandó nyomás

zérusra csökken.

A 8. fejezetben a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítását végeztem el a fúrós és

a várakozásos módszer segítségével. A módszereket a berendezéseknél is használatos

hagyományos számításokkal végeztem el. A szükséges adatok ismertetése és felvétele után

kiszámoltam a kút térfogatait, a lyukmegöléshez szükséges iszapsűrűséget, a helyreállítás

során alkalmazandó ICP és FCP nyomásokat, valamint a fúrócső oldalon történő

nyomásesést. Elkészítettem egy lyukegyensúly helyreállítási munkalapot, majd a

helyreállítások menetét nyomásdiagramok segítségével vezettem le.

A hagyományos módszer mellett – a számítástechnikának köszönhetően – számos program

létezik már a számítások elvégzéséhez. A technika fejlődésének köszönhetően a

berendezéseknél rendelkezésre állnak azok a hardware-es követelmények, amelyek egy

ilyen program futtatását lehetővé teszik. Ezen szoftverek a hagyományos számolások

elvégzése mellett képesek arra, hogy a helyreállítást szimulálják, így előre jelezve a

kialakuló nyomásokat. A szimulált adatok alapján eldönthető, hogy melyik módszerrel

érdemes elvégezni a lyukegyensúly helyreállítását.

Szakdolgozatomban a Petris Drillnet programcsomag Kick Simulation moduljával

végeztem el a THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítását, amit a 9. fejezetben mutatok

be.

55

9 Egyensúlyhelyreállítás szimulációja a Petris Drillnet programmal

9.1 Kezdeti lépések

A Petris Drillnet egyensúlyhelyreállítási szimulációja egy pontos és könnyen használható

módszer arra, hogy átfogóan tanulmányozzuk a fúrás közben történő gázbelépés utáni

operációkat. A program használható szárazföldi és offshore, vertikális és ferdített kutak

fúrása során is, valamint a fúrós és a várakozásos módszert egyaránt kezelni tudja. A 9.1.

táblázatban a szoftverbe betáplált adatok láthatóak.

9.1. táblázat: A bevitt adatok

Bevitt adatok

Áramlási modell: Gázdugó

Iszap típusa: Víz alapú

Reológiai modell: Bingham Plastic

Mért mélység (MD): 2 619 (m)

Függőleges mélység (TVD): 2 619 (m)

Saru TVD: 2 528,002 (m)

SIDPP: 15 (bar)

SICP: 51 (bar)

Tartályszaporulat: 7,5 (m³)

Öblítési ütem: 30 (stk/min)

ROP: 3 (m/hr)

Gáz viszkozitás: 0,014 (mPa-s)

Gáz felszíni feszültség: 100 (dynes/cm)

Rezervoár porozitás: 0,35 %

Rezervoár permeabilitás: 100 (md)

Eredeti iszapsűrűség: 1,29 (kg/L)

Eredeti iszap YP: 22 (Pa)

Eredeti iszap PV: 17 (mPa-s)

Nehezített iszap sűrűség: 1,35 (kg/L)

Új iszap YP: 31 (Pa)

Új iszap PV: 27 (mPa-s)

(Forrás: Petris Drillnet, utána saját szerkesztés)

A program lehetőséget kínál különböző áramlási és reológiai modellek alkalmazására. A

szimuláció során a beáramlott gázt egy egységes gázdugóként (csak vízbázisú iszap esetén

alkalmazható) modelleztem, hiszen ebben az esetben várhatóak a legnagyobb nyomások a

rétegfluidum kiöblítése során. Az eredeti és az új iszap reológiáját a Bingham plasztikus

56

modell írja le az iszapok plasztikus viszkozitásának (PV) és folyáshatárának (YP)

ismeretében, így határozhatók meg az öblítés közbeni nyomásveszteségek. Mivel a

rezervoárról és a rétegfluidumról nem voltak elérhető adatok, ezért a modellbe beépített,

átlagos tulajdonságokat vettem figyelembe. A 9.1. táblázatban látható adatok megadása

mellett, a térfogatszámításhoz használt szerszámösszeállítást is meg kellett határozni,

amely adatok a 7.3. táblázatban találhatóak.

Kezdeti lépésként egy beáramlási tolerancia számítást futtattam le, hogy meggyőződjek

arról, hogy a kútba beáramlott 7,5 m3 rétegfluidum biztonságosan kiöblíthető-e a kútból. A

9.1. ábrán a számításhoz szükséges adatok és az eredmény látható.

9.1. ábra: Kick tolerancia számítás

(Forrás: Petris Drillnet)

A beáramlási tolerancia kiszámításához szükséges megadnunk a kút és a benne lévő

szerszám adatait, az éppen használatos fúrási iszap sűrűségét, valamint a Leak-Off teszt

során mért repesztési nyomás gradiens értékét (iszapsűrűségben). Az eredmények (Results)

táblában látható a kiszámolt MAASP értéke (161 bar), valamint a kezelhető formáció

nyomás maximális értéke (463 bar). Ezek alapján a beáramlási tolerancia 28,96 m3, ami

57

még biztonsággal kiöblíthető a kútból bármely egyensúlyhelyreállítási módszer

segítségével. Ekkora mértékű beáramlási tolerancia a sarunál lévő formáció várakozáson

felüli erősségéről tanúskodik.

Az adatok bevitele és a kick tolerancia számítás után futtattam le a helyreállítás

szimulációját a fúrós és a várakozásos módszerek alapján. A szimuláció során a központi

alapelv a lyuktalpi nyomás állandó értéken tartása volt, amit a 8. fejezetben is ismertettem.

Az eredményeket a következő alfejezetek tartalmazzák.

9.2 A fúrós módszer

A 9.2. ábrán a fúrós módszerrel történt szimuláció számolási eredménye látható.

9.2. ábra: A fúrós módszerrel történt szimuláció számolási eredménye

(Forrás: Petris Drillnet)

58

A program kiszámolja az egyes kútszakaszok iszapcseréjéhez szükséges időt és

löketszámot, valamint megadja a két cirkuláció teljes időtartamát (303,86 perc). A

beáramlási adatok ismeretében a szoftver meghatározza a beáramlott fluidum magasságát a

lyuktalphoz viszonyítva (338,81 méter), az SICP érték alapján pedig a rétegfluidum

sűrűségét. Az eredmények között látható a nehezített iszap minimális értéke, amely a

fúrólyuk egyensúlyának visszanyeréséhez szükséges. Az ICP és FCP értékek mellett

megtaláljuk a nehezítéshez szükséges barit mennyiségét (322 zsák). Mivel a felszíni

tartályban nincs elegendő iszap a kút teljes feltöltéséhez, ezért a cirkuláció közben további

nehezítés szükséges, amelynek rátája 0,6 zsák percenként. Így a kútból kifolyó és a

tartályban lévő iszapok elegye a kívánt nehezített sűrűségen tartható. A szoftver által

számolt adatok megegyeznek a hagyományos módszerrel számoltakkal, eltérés csak a

kerekítések miatt tapasztalhatók.

A 9.3. ábrán a szimulált helyreállítás során tapasztalható SIDPP és SICP értékek láthatók.

A szoftver feltételezi, hogy a fúvóka kezelőjének sikerül a kívánt ICP és FCP értéket

tartania (így a lyuktalpi nyomás is konstans marad). A gyűrűstéri nyomás diagramján

látható, hogy a várható legnagyobb nyomás 121 bar. A saru alatti réteg erőssége miatt ez

az érték még nem haladja a MAASP értékét (161 bar, ami tovább növekszik amint a

gázdugó a béléscsőbe ér), így a beáramlott gáz biztonsággal kiöblíthető a fúrós módszerrel.

9.3. ábra: Fúrócső és gyűrűstéri nyomások változása

(Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés)

0

5

10

15

20

25

30

35

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300

Fúró

cső

old

ali n

yom

ás [

bar

]

Gyű

rűst

éri

Nyo

más

[b

ar]

Eltelt percek

SICP SIDPP

59

A 9.4. ábrán a helyreállítás során kialakuló tartályszaporulat látható. A 4.3. fejezetben

leírtak alapján tapasztalható, hogy a gáz expanziója miatt a kezdeti 7,5 m3 tartályszaporulat

23 m3-re növekszik, mialatt a gáz eléri felszínt. A növekedés görbéje a 9.3. ábrán lévő

gyűrűstéri nyomás görbéjével azonos alakú, hiszen a tartályszaporulattal konzisztensen

növekszik a felszínen tartandó ellennyomás is. A tetőpont után a gáz lefúvatása a

szeparátoron és a fáklyán keresztül megkezdődik, a tartályszint az eredeti mértékre

csökken.

9.4. ábra: Tartályszaporulat és felszíni gázáram

(Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés)

A 9.5. ábrán a helyreállítás során mérhető sarunyomás változása látható. A gáz beáramlása

előtt az 1,29 kg/l sűrűségű fúrási iszappal a sarunyomás 320 bar volt. A lyukba történő

gázáramlás során a saru nyomása mindaddig emelkedik, amíg a gázdugó a saru alatt

található. Amint a gáz belép a béléscsőbe, a nyomás csökkenni kezd. Mivel a THESIS-01

kútba 7,5 m3 gáz lépett be, az teljesen feltöltötte a nyitott a lyukszakaszt és a béléscső alját.

A cirkuláció megkezdésekor 346 bar nyomás tapasztalható a béléscsősarunál. Mivel a

helyreállítás lényege a konstans lyuktalpi nyomás tartása, ezért a saru nyomása az alatta

elhelyezkedő fluidum sűrűségétől függ, miután a gázdugó már belépett a béléscsőbe.

0

1

2

3

4

5

6

7

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250 300

Gáz

áram

[m

3 /m

in]

Tart

álys

zap

oru

lat

[m3 ]

Eltelt percek

pit gain Gas Flow

60

Az első cirkuláció alatt a saru nyomása 337 bar-ra csökken, amint a gázt a nyitott

lyukszakaszból kiöblítjük. Mivel az alatta lévő fluidum sűrűsége nem változik, a saru

nyomása is konstans marad mindaddig, amíg a nyitott lyukszakaszt a második

cirkulációban elkezdi feltölteni a nehezített iszap. Ebben az esetben a saru nyomása tovább

csökken, majd egy konstans értékre áll be (335 bar). A szoftver a gyűrűstéri

nyomásveszteséget is figyelembe veszi.

9.5. ábra: Sarunyomás változása

(Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés)

9.3 A várakozásos módszer

A fúrós módszer után a várakozásos módszerrel is elvégeztem a helyreállítás szimulációját.

A 9.6. ábrán ennek az eredménye látható. A 9.2. ábrán látható eredményekhez hasonlóan

itt is megtaláljuk a beáramlott fluidum, a kúttérfogat és a nehezített iszap adatait. A

várakozásos módszer a 8.4. fejezetben is leírták alapján egy cirkulációt vesz igénybe,

amelynek teljes ideje 172,5 perc. Minden más eredmény megegyezik a fúrós módszer

eredményeivel és a hagyományos számolással.

334

336

338

340

342

344

346

348

0 50 100 150 200 250 300

Saru

nyo

más

[b

ar]

Eltelt percek

Sarunyomás változása (fúrós módszer)

61

9.6. ábra: A várakozásos módszerrel történt szimuláció számolási eredménye

(Forrás: Petris Drillnet)

A 9.7. ábrán a gyűrűstéri és fúrócső oldali nyomások változása látható a helyreállítás során.

A lyuktalpi nyomást – az ábrán megfigyelhető módon – a fúrócső oldali nyomás megfelelő

szabályozásával tartja konstans értéken, a 8.4. fejezetben leírtak alapján. Először nehezített

iszap kezdi feltölteni a fúrószárat, ezért a helyreállítási munkalapon (8.4. táblázat) is vázolt

nyomásesést kell tartani, amíg az új iszap a gyűrűstérbe lép. Amint ez megtörténik, a

fúrócső oldalon az FCP állandó értéken tartásával cirkuláltatjuk az iszapot.

A szimuláció során a gyűrűstéri nyomás a fúrós módszertől eltérően alakul. Amint az új

iszap a gyűrűstérbe lép, egy törés látható görbén. Ilyenkor fejti ki hatását a nagyobb

sűrűségű iszap, így növelve a lyuktalpi nyomást. A megnövekedett hidrosztatikus nyomás

miatt kisebb a maximálisan ellennyomás, amit a felszínen tartani kell a helyreállítás

közben. A maximális nyomás a szimuláció során a béléscső oldalon 105 bar volt, amely

kevesebb, mint a fúrós módszer esetében.

62

9.7. ábra: Fúrócső és gyűrűstéri nyomások változás

(Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés)

A 9.8. ábrán a várakozásos módszer kivitelezése közbeni tartályszaporulatot láthatjuk. A

fúrós módszerhez képest nincs változás, a tartályszaporulat maximális szintje szintén 23

m3. Az ábrán a gáz felszíni térfogatárama is megfigyelhető.

9.8. ábra: A tartályszaporulat és a felszíni gázáram

(Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés)

0

5

10

15

20

25

30

35

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150

Fúró

cső

old

ali n

yom

ás [

bar

]

Gyű

rűst

éri

nyo

más

[b

ar]

Eltelt percek

SICP SIDPP

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150

Gas

Flo

w [

m3

/min

]

Tart

álys

zap

oru

lat

[m3

]

Eltelt percek

Pit Gain Sorozatok2

63

A 9.9. ábrán a helyreállítás során kialakuló sarunyomások láthatók. A várakozásos

módszernél a 9.5. ábrához leírtak érvényesek. Mivel a THESIS-01 kút rövid nyitott

lyukszakasszal rendelkezik, a saru alól a gáz sokkal hamarabb kiöblítődik, mint ahogy a

nehezített iszap elérné a lyuktalpat. Éppen ezért a sűrűségnövekedés nincs hatással a

béléscsősarura, amíg a gáz a nyitott lyukszakaszban van.

9.9. ábra: Sarunyomás változása

(Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés)

A 9. fejezetben elemeztem a THESIS-01 kút helyreállításának szimulációját mind a fúrós,

mind a várakozásos módszerrel. Elvégeztem egy kick tolerancia számítást, amely alapján a

beáramlott 7,5 m3 gáz biztonsággal kiöblíthető mindkét módszer segítségével. A

szimuláció során kiderült, hogy a hagyományos módszerrel történő számításaim a 8.

fejezetben helyesek voltak. A szoftver helyesen vázolta a fúrócső oldalon tartandó

nyomásokat és megmutatta milyen gyűrűstéri nyomások várhatók az operáció során.

Bebizonyosodott, hogy a várakozásos módszerrel történő helyreállítás kisebb nyomásokat

eredményez, valamint 131 perccel rövidebb az operáció maga. Mindkét módszer esetében

láthattuk a sarunyomások, a tartályszaporulat és a felszíni gázáram alakulását, amelyek

különbséget nem mutattak a két módszer között.

A szimuláció hátránya, hogy feltételezi, hogy a fúvóka kezelőjének pontosan sikerül tartani

az előírt fúrócső oldali nyomásokat. Ezért az elkészült tervek alapján elvégeztem a

helyreállítást a tanszéken található DPWS-22UL mélyfúrási szimulátorral, hogy a lehető

legpontosabb képet kapjak a folyamatokról.

334

336

338

340

342

344

346

348

0 50 100 150

Saru

nyo

más

[b

ar]

Eltelt percek

Sarunyomás változás (várakozásos módszer)

64

10 Egyensúlyhelyreállítás kitörésvédelmi szimulátorral

A fejezet célja, hogy az olajmérnöki tanszéken található DPWS-22UL típusú

kitörésvédelmi szimulátorral elvégzett lyukegyensúly helyreállítást bemutassam. Az előző

fejezetekben elvégeztem a szükséges számításokat a hagyományos módszerrel,

elkészítettem a helyreállítási munkalapot, majd az elméleti diagramokon keresztül

ismertettem a helyreállítás folyamatát. Ezeket felhasználva hajtottam végre a mélyfúrási

szimulátoron a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítást.

Először a fúrós módszert alkalmaztam, az operáció 303 percet vett igénybe. A 10.1. ábrán

a gyűrűstéri nyomás és a tartályszaporulat látható. A két görbe összeillesztése jó

korrelációt mutat. A szaporulat növekedésével a felszínen tartandó nyomás is növekszik, a

maximumot a két görbe egy időben éri el. Az elméleti és a Petris Drillnet által szimulált

diagramokhoz (8.4. és 9.3. ábrák) képest eltérést tapasztalhatunk a görbe formájában.

Ennek oka, hogy a kitörésvédelmi szimulátor nem egységes gázdugóként modellezi a

beáramlást, sokkal inkább a 4.3. fejezetben leírtak alapján. Így a helyreállítás során kisebb

nyomásokat tapasztalhatunk. A tartályszaporulat legmagasabb értéke 22 m3.

10.1. ábra: Gyűrűstéri nyomás és tartályszaporulat, fúrós módszer

(Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés)

A 10.2. ábrán a fúrós módszer alkalmazása során kialakuló fúrócső oldali, lyuktalpi és

sarunyomást láthatjuk. Az elméleti diagramokhoz képest jól látható, hogy a helyreállítás

0

5

10

15

20

25

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150 200 250 300

Tart

álys

zap

oru

lat

[m3]

Gyű

rűst

éri

nyo

más

[b

ar]

Eltelt percek

Casing Pressure Pit Gain

65

során nem lehet állandó értéken tartani az ICP és FCP nyomásokat, a fúvókát folyamatosan

szabályozni kell (ez a 10.1. ábrán is látszik). Mivel a lyuktalpi nyomás a fúrócső nyomás

függvénye is, így az a SIDPP változásával együtt változik, amit az ábra jól illusztrál. A

sarunyomás görbéjén észrevehető egy kezdeti nyomáscsökkenés, amikor a beáramlott gázt

kiöblítettem a nyitott lyukszakaszból. A helyreállítás további részében a sarunyomás együtt

változik a lyuktalpi nyomással, a nyomáskülönbséget a lyuktalp és a saru közötti

folyadékoszlop okozza. Az ábrán észrevehető a fúrós módszer egyik előnye, miszerint

amikor a nehezített iszap szivattyúzását megkezdtem, a fúvóka állítása nélkül 15 bar-on

állandósult a felszíni nyomás (10.1. ábra), mivel ekkor már homogén iszap töltötte fel a

gyűrűsteret, így a fúrócső oldali nyomásesést a tervezettnek megfelelően lehetett tartani.

Ennek köszönhetően a lyuktalpi nyomás is állandó maradt.

10.2. ábra: Fúrócső nyomás, BHP és sarunyomás alakulása, fúrós módszer

(Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés)

A következőkben a várakozásos módszert alkalmaztam, amely 172 percet vett igénybe. A

10.3. ábrán a helyreállítás során kialakuló gyűrűstéri nyomást és tartályszaporulatot

láthatjuk. A tartályszaporulat értéke megegyezik a fúrós módszernél tapasztaltakkal, ám a

nyomások kisebbek, még a Petris Drillnet szimulációjában látott nyomásokhoz képest is. A

gáz kiöblítése után az SICP 5 bar-ra csökken, majd zérusra, amint a nehezített iszap eléri a

felszínt. A gyűrűstéri nyomást a gáz expandálása és a fúvóka állása is befolyásolja.

270

280

290

300

310

320

330

340

350

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200 250 300 Ly

ukt

alp

i és

saru

nyo

más

[b

ar]

Fúró

cső

nyo

más

[b

ar]

Tengelycím

SIDPP Lyuktalpi nyomás Sarunyomás

66

10.3. ábra: Gyűrűstéri nyomás és tartályszaporulat, várakozásos módszer

(Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés)

A 10.4. ábrán a várakozásos módszer alkalmazásakor kialakuló fúrócső oldali nyomást,

valamint ennek függvényében a lyuktalpi és sarunyomást láthatjuk. Az ábrán jól látható a

várakozásos módszer egyik nehézsége, miszerint a nehezített iszap szivattyúzásának

megkezdésekor a tervezett fúrócsőoldali nyomásesés nem tartható (hiszen a gyűrűstérben

még gáz van), a fúvókát állítani kell. Ezért könnyen lehet, hogy a lyuktalpi nyomás úgy

lecsökken, hogy újra beáramlás történik.

10.4. ábra: Fúrócső nyomás, BHP és saru nyomás alakulása, várakozásos módszer

(Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés)

0

5

10

15

20

25

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tart

álys

zap

oru

lat

[m3]

Gyű

rűst

éri

nyo

más

[b

ar]

Eltelt percek

SICP Pit Gain

270

280

290

300

310

320

330

340

350

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Lyu

ktal

pi é

s sa

ru n

yom

ás [

bar

]

Fúró

cső

nyo

más

[b

ar]

Tengelycím

SIDPP Lyuktalpi nyomás Saru nyomás

67

A 10. fejezetben bemutattam a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítását a fúrós

és a várakozásos módszerrel egyaránt. A DPWS-22UL típusú kitörésvédelmi szimulátor

alkalmazása során kapott eredmények jól illusztrálják az elmélet és a gyakorlat

különbségeit.

A berendezéseknél a hagyományos számítások alapján csak a fúrócsőnyomás értékeire

lehet tervet készíteni (amit aztán a fúvóka kezelőjének minél pontosabban be kell tartania),

a gyűrűstéri nyomások alakulását csak az adott pillanatban látjuk. A Petris Drillnet

szoftvercsomag egy jó megoldás a helyreállítás során tapasztalható nyomásértékek

szimulációjához. A program a szükséges számítások elvégzésén túl az összefüggő gázdugó

modell segítségével megjósolja a kialakuló legmagasabb nyomásokat, így könnyen

eldönthető, melyik módszer a legalkalmasabb a helyreállítás elvégzéséhez. A szoftver akár

a berendezéseknél is használatos lehetne, hiszen az adatok és a szerszámösszeállítás

folyamatosan vezethetők benne, a helyreállítási munkalap másodpercek alatt elkészül.

A kitörésvédelmi szimulátor előnye, hogy a helyreállítást a lehető legpontosabban

modellezi. A szimuláció futtatása során mindent a valóságnak megfelelően szükséges

szabályozni a sikeres helyreállítás érdekében. Az adatrögzítő rendszerének köszönhetően

pontos képet kaphatunk az operáció során kialakult nyomásokról. Mivel az operációt valós

időben kell elvégezni, ezért időigényessége miatt oktatásra, gyakorlásra és szimulációra

használható.

68

11 A fúrós és várakozásos módszer összehasonlítása

A rendelkezésemre álló adatok és szimulációs eredmények alapján elvégeztem a fúrós és a

várakozásos módszer összehasonlítását.

A két módszer alapelvét tekintve megegyezik egymással: a beáramlott fluidumot mindkét

esetben ugyanúgy kell kiöblíteni, a távirányítású fúvókát használva kell konstans lyuktalpi

nyomást tartani és az operációk célja az elsődleges barrier újbóli felállítása. A legnagyobb

különbséget a nehezített iszap kútba való szivattyúzásának ideje jelenti. A fúrós módszer

során először a régi iszappal öblítjük ki a beáramlást, majd a második cirkulációban

vezetjük be a nehezített iszapot. Ennek előnye, hogy a kút nem marad sokáig öblítés

nélkül, így kisebb az esélye a szerszám megszorulásának. A várakozásos módszer esetén a

gáz kiöblítése és az új iszap bevezetése egy cirkulációban történik. Ennek köszönhetően a

várakozásos módszer kivitelezése 131 perccel kevesebb időt igényel, így a felszíni

eszközök kevesebb ideig vannak az öblítésnek és a nyomásnak kitéve, de az öblítés

megkezdéséig a kút statikus állapotban van. Különbség a fúrócső oldali nyomásesésben is

látható: a várakozásos módszernél azonnal, a fúrós módszernél csak az első cirkuláció után

következik be.

A számításokat tekintve a két módszer hasonló nehézségű, ám a várakozásos módszer

használata során nagyobb gondot kell fordítani a fúrócső oldali nyomásesés

megtervezésekor és kivitelezésekor. A 10.2. és a 10.4. ábrákon látható, hogy amíg a fúrós

módszernél nem kell állítani a fúvókát a nyomásesés közben, addig a várakozásos esetében

igen. Ennek oka, hogy a nehezített iszap szivattyúzásakor se a fúrócsőben se a

gyűrűstérben nincs homogén folyadékoszlop, vagy a gáz és a régi iszap keveréke, vagy a

régi és az új iszap keveréke található bennük. Ez nagyban megnehezíti a konstans lyuktalpi

nyomás megtartását a nyomásesés közben.

Ugyanakkor a várakozásos módszer egyik nagy előnye, hogy a nehezített iszapot a gáz

kiöblítésekor a kútba vezetik. Ennek hatására az új iszap megjelenik a gyűrűstérben,

mielőtt a gáz eléri a felszínt, ezzel kisebb gyűrűstéri nyomásokat eredményezve (lásd 9.7.

és 10.3. ábrák). Ez a sarunyomásra is jótékony hatással van, amennyiben az új iszap eléri a

gyűrűsteret mielőtt a gázdugó eléri a sarut. Így nagyobb beáramlott mennyiségek is

biztonsággal kiöblíthetőek. A THESIS-01 kút esetében a 7,5 m3 beáramlás már feltöltötte a

69

nyitott lyukszakaszt, így a várakozásos módszer kivitelezése semmilyen előnnyel nem járt

a sarunyomásra nézve (lásd 9.5, 9.9, 10.2, 10.4. ábrák).

A módszerek összehasonlításának összegzését a 11.1. táblázat tartalmazza.

11.1. táblázat: A fúrós és várakozásos módszerek összehasonlítása

Módszer Előnyök Hátrányok

Fúrós

módszer

Az öblítést azonnal meg lehet

kezdeni.

Hosszabb, 2 cirkulációt

igényel.

Könnyebb konstans lyuktalpi

nyomást tartani.

Magasabb gyűrűstéri

nyomásokat eredményez.

Az első cirkuláció alatt az új iszapot

egyenletesen be lehet keverni.

A kitörésvédelmi eszközök

több ideig vannak a

nyomásnak kitéve.

A kút nem marad sokáig statikus

állapotban.

Várakozásos

módszer

A helyreállítás csak egy teljes

cirkulációt vesz igénybe.

A cirkuláció megkezdését a

számolások elvégzése és az

iszapnehezítés előzi meg.

Kisebb gyűrűstéri nyomásokat

eredményez.

Nehezebb konstans lyuktalpi

nyomást tartani, a fúvókát

állítani kell nyomásesés

közben.

A kitörésvédelmi eszközök kevesebb

ideig vannak nyomásnak kitéve. Nagyobb a szerszám

megszorulásának veszélye.

(Forrás: saját szerkesztés)

Minden adatot és szimuláció eredményét összevetve én a THESIS-01 kút

lyukegyensúlyának helyreállításához a fúrós módszert javaslom. Ezzel a módszerrel az

első cirkuláció azonnal megkezdhető, így csökken a szerszámmegszorulás veszélye és az

öblítés alatt a nehezített iszap is elkészíthető. A saru alatti réteg erőssége miatt az képes

elviselni a nagyobb nyomásokat. A várakozásos módszer előtti várakozás a szerszám

megszorulását okozhatja, valamint a rövid nyitott lyukszakasz miatt a módszer

alkalmazása nem csökkenti a saru nyomását, így használata nem indokolt.

70

12 A helyreállítás okozta pénzügyi veszteség

A lyukegyensúly helyreállítás alatt eltelt idő az ún. Non-Productive Time (NPT) részét

képezi. Ez idő alatt a fúrási folyamatok állnak, az operáció nem az előírt ütemben halad.

Az operátorok mindent megtesznek, hogy ezt az időt csökkentsék, hiszen a kiesett órák

hatalmas többletköltséggel járnak. A 12.1. ábrán a THESIS-01 kút operációjának teljes

ideje látható, egyes folyamatokra lebontva. Az egyéb operációkba tartoznak: az elektromos

szelvényezés, nyomáspróbák, ellenőrzések, karbantartások, magfúrás, reamerezés, stb.

12.1. ábra: A THESIS-01 kút operációjának időbeli lebontása

(Forrás: saját szerkesztés)

Az operáció összesen 1503 óráig tartott. 2 milliárd forintnyi összköltséget feltételezve a

berendezés óránkénti költsége 1331000 Ft. Ebből adódik, hogy a lyukegyensúly

helyreállítása 9980000 Ft többletköltséget okozhatott. A 7,5 óra alatt az ajánlott 5-6 m/óra

fúrási sebességet tartva 35-45 méter fúrást lehetett volna elvégezni.

Amennyiben ez idő alatt a kút termelt volna, az bevételkieséshez vezetett volna. A

Forráskút-Dél-1 és az Üllés-Kelet-1 gázkutak termelésbe állításának publikus környezeti

hatás vizsgálata az alábbi termelési adatokat tartalmazza (KTFO, 2015, 2016.):

Forráskút-Dél-1: 250000 Nm3/nap földgáz

Üllés-Kelet-1: 140000 Nm3/nap földgáz

449,0 óra

219,3 óra

193,3 óra

162,3 óra

119,3 óra

68,0 óra

291,8 óra 7,5 óra

Fúrás

Kiépítés

Beépítés

Termeltetés

Öblítés

Béléscsövezés

Egyéb operációk

Egyensúly helyreállítás

71

Mivel a THESIS-01 kút ugyanazon a mezőn található, mint a felsorolt kutak, egy átlagos

195000 Nm3/nap földgáztermelést becsülök. Feltételezem, hogy a termelés évente 8000

üzemórával folyik, így 7,5 óra termelés során a kút hozama 66500 Nm3 lenne.

A környezeti hatás vizsgálatok tartalmazzák a környező két kútból származó földgáz

kromatográf vizsgálati eredményeit, amelyből 32 MJ/m3 fűtőértéket számoltak a termelt

földgáz esetében. A földgáz értékesítése fűtőérték alapján történik. Feltételezem, hogy a

THESIS-01 kútból hasonló összetételű földgáz termelhető, melynek összessége az eredeti

formában értékesítésre kerül.

Egy hordó olaj átlagára a lyukegyensúly helyreállítás napján 56.56$ volt (EIA, 2016). Ezen

adatok alapján a kiesett 7,5 óra 19683 $ bevételkiesést okozhatott.

A 12.1. ábra alapján az operáció összes idejének mindössze 0,5%-a a lyukegyensúly

helyreállítása. Ez a 7,5 óra ebben az esetben olyan kevés, hogy könnyen behozható más

operációk alatt (például gyorsabb ki- és beépítés, gyorsabb átszerelés). Ezek alapján

valószínűsíthető, hogy a lyukegyensúly megbomlása nem okozott anyagi kárt.

72

Összegzés

Szakdolgozatomban először egy átfogó képet alkottam a lyukegyensúly megbomlásokról

és azok befolyásoló tényezőiről. Bemutattam a fúrólyukban uralkodó nyomásokat, a

beáramlások fő okait és veszélyeit. Kitértem a szárazföldi operációk során használt

eszközökre, kútlezárási és egyensúlyhelyreállítási módszerekre.

A THESIS-01 kút adatainak ismertetése után a lyukegyensúly megbomlás előzményeit

vizsgáltam. A Composite Log és saját szerkesztésű diagramok alapján meghatároztam,

hogy a kút statikus állapotban már túlfolyt. Az öblítés során a gyűrűstéri nyomásveszteség

már csak alig egyensúlyozta túl a magas permeabilitású formáció nyomását. A beáramlott

gázok megnövelték a kút kiegyensúlyozatlanságát, amit a rátoldás közbeni beáramlás

tágulása is erősített. A nagy permeabilitás okozta gyors beáramlás miatti magas gyűrűstéri

nyomás és tartályszaporulat veszélyei miatt javaslatot tettem ezen értékek csökkentésére,

valamint az egyensúly megbomlás elkerülésére. Meghatároztam, hogy a fúrás közben

mekkora ütemű iszapnehezítéssel lehetett volna elkerülni a lyukegyensúly megbomlását.

Az adatok felvétele után elvégeztem a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítását.

A hagyományos módszerek segítségével kiszámoltam a kút térfogatát, a nehezített iszap

sűrűségét, a kezdeti és végső cirkulációs nyomást és fúrócső oldali nyomásesést.

Meghatároztam, hogy a fúrós módszer elméleti ideje 303 perc, míg a várakozásosé 172

perc. Számításaimat a 8.4. táblázatban található lyukegyensúly helyreállítási munkalapon

foglaltam össze. A helyreállítási módszerek elméleti diagramjain keresztül bemutattam a

helyreállítások menetét.

A Petris Drillnet programcsomag segítségével leellenőriztem a számolásaimat és

meghatároztam a fúrólyuk beáramlási toleranciáját, amely szerint mindkét módszer

biztonságosan használható. A lefuttatott szimulációk pontosan meghatározták a

kútszerkezetet érő várható legmagasabb nyomásterheléseket, a folyamatok során a

leggyengébbnek vélt formáció (a béléscső saru alatt) nem károsodott. A program

rávilágított, hogy a fúrós módszer alkalmazásával nagyobb gyűrűstéri nyomások várhatók,

mint a várakozásos módszer esetében.

73

A DPWS-22UL típusú kitörésvédelmi szimulátor alkalmazása során bemutattam az

elmélet és a gyakorlat közti különbségeket, rávilágítva a fúvóka állításának nehézségeire az

egyes módszerek esetében. Megállapítottam, hogy a fúvóka állításából adódó fúrócső

oldali nyomás változásával a lyuktalpi és a sarunyomás is változik. Összehasonlítottam a

Petris Drillnet és a szimulátor eredményeit és alkalmazhatóságát. A szimulátor használata

kisebb nyomásokat eredményezett, mint a Petris Drillnet által számolt maximális

terhelések, hiszen a beáramlott gázt nem egységes gázdugóként modellezi.

A számítások és szimulációk alapján összehasonlítottam a fúrós és a várakozásos

módszereket (11.1. táblázat), majd javaslatot tettem a fúrós módszer alkalmazására a

THESIS-01 és hasonló rövid nyitott lyukszakasszal rendelkező kutak egyensúlyának

helyreállítására. A dolgozat végén elemeztem a helyreállítás okozta időkiesés pénzügyi

vonatkozásait. Meghatároztam, hogy más operációk felgyorsításával a helyreállítás 7,5

órája behozható, így nem feltétlen járt anyagi veszteséggel.

74

Summary

In my thesis I summarised the pressures found along a well, the causes and dangers of a

kick, the well control procedures and onshore equipment.

After introducing the data of the THESIS-01 well, I examined the causes of the loss of

primary well control. Based on the Composite Log and self-edited diagrams I determined

that the well was flowing while conducting a static Flow Check. While circulating, the

annual pressure losses hardly balanced the pressure of the high permeability formation.

The influx fluid reaching the surface started to expand at a high rate which caused the well

becoming highly underbalanced. After closing the BOP, high values of annular pressure

and Pit Gain formed. Considering the dangers of this phenomenon I recommended on how

to prevent these events. I suggested to stop after every drilling break and close the BOP if

the well flows and the use of walkie talkies. To prevent the incident I calculated a mud

mixing rate to weigh up the mud in use during drilling.

The main aim was to reestablish the primary well control, thus I made the necessary

calculation to do so. I summerised my calculation in a kill sheet in Table 8.4. The Driller's

and the Wait & Weight methods were utilised for the process. I demonstrated the steps

needed to correctly conduct the operations through their theoretical diagrams.

Using the Petris Drillnet software package I checked my calculations. Based on the kick

tolerance calculation both methods could be used without fracturing the least strong

formation under the casing shoe. The simulation I ran determined the maximum pressure

loads the well had to endure and that higher pressures formed using the Driller's method

than using the W&W method.

Using the DPWS-22UL type drilling simulator I demonstrated the difference between

theory and practice. I showed that it was easier to operate the remote choke while using the

Driller's method, thus it was easier to maintain a constant Bottom Hole Pressure during the

pressure loss of the drill pipe. The simulator used a more practical model describing the

behavior of the influx gas which resulted in lower pressure loads than calculated by Petris

Drillnet.

75

Based on the calculations and simulation results I compared the two methods in Table

11.1. and proposed the use of the Driller's method for reestablishing the primary barrier in

THESIS-01 well and in other similar wells that have a short open hole. At the end of my

thesis I examined the incident in a financial aspect. I calculated the different losses caused

by 7,5 hours of the process, but I determined that speeding up the next few operations

could easily make up for the lost time.

76

Irodalomjegyzék

[1] Aberdeen Drilling Schools (2012.): Well Control. ADS Ltd., Aberdeen

[2] Baker, Ron (1991.): Gyakorlati kitörésvédelem. Petroleum Extension Service,

University of Texas, Austin

[3] Dr. Bódi Tibor (2004.): Hidrodinamikai kútvizsgálatok alapjai. Kőolaj és Földgáz

Intézet, Olajmérnöki Tanszék, Miskolc

[4] Grace, Robert D. (1994.): Advanced Blowout and Well Control. Gulf Publishing

Company, Houston, Texas

[5] Környezetvédelmi és Természetvédelmi Főosztály (2015.): Forráskút-Dél-1 gázkút

termelésbe állítása. http://ktfo.csmkh.hu/ (letöltés ideje: 2016.04.29.)

[6] Környezevédelmi és Természetvédelmi Főosztály (2016.): Üllés-Kelet-1 jelű gázkút

termelésbe állítása. http://ktfo.csmkh.hu/ (letöltés ideje: 2016.04.29.)

[7] Rabia, H. (2002.): Well Engineering & Construction. Graham Tratman Ltd., London

[8] Schlumberger (1999.): Well Control Manual.

[9] Spoerker, H. F. (2010.): Behavior and Shape of Gas Kick in Well Bores. IADC/SPE

Drilling Conference, New Orleans, Louisiana, SPE-128276-MS

[10] THESIS-01 kút Composite Log, 2016

[11] THESIS-01 kút kiviteli terv, 2015

[12] U.S. Energy Information Administration (2016.): Price of Oil Products.

https://www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=PET&s=RBRTE&f=M (letöltés

ideje: 2016.04.29.)

Felhasznált szoftverek és eszközök:

Petris Drillnet 2.0 szoftvercsomag

DPWS-22UL kitörésvédelmi szimulátor

77

Köszönetnyilvánítás

Szeretném megköszönni szüleimnek, hogy mindig támogatnak céljaim elérésében.

Nélkülük ez a szakdolgozat sem jöhetett volna létre.

Köszönet illeti konzulenseimet, Dr. Szabó Tibort és Benedek Károlyt, amiért

szaktudásukkal és tanácsaikkal segítették dolgozatom elkészülését.

Szeretném hálámat kifejezni a Rotary Fúrási Rt. alkalmazottjainak, elsősorban Cseresznyés

Tibornak és Plell Lászlónak, amiért szakmai gyakorlatom során segítettek bővíteni

gyakorlati tudásomat.