P-3

ISTRAŽNO BUŠENJE ZA NAFTU I GAS

P-3

Fluidi za ispiranje

P-3

Fluidi za ispiranje

Bušenje se izvodi uz ispiranje bušotine sa vodom ili češće, posebnim ispirnim fluidom - isplakom (disperznim sistemom vode i koloidalne gline -bentonita).

Za ispiranje bušotine primenjuju se sledeća dva metoda ispiranja:Ispiranje direktnom cirkulacijom

Fluid za ispiranje se upumpava u bušaće šipke, zatim se prstenastim prostorom između bušaćih šipki i zidova bušotine vraća na površinu noseći nabušene čestice.

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

između bušaćih šipki i zidova bušotine, ulazi u otvore na dletu, i kroz bušaće šipke struji ka površini. Ovaj način bušenja omogućava maksimalno dobijanje uzoraka iz nabušene formacije u zonama gubitka cirkulacije a uzorci ne dolaze u kontakt sa zidovima bušotine.

P-3

Podela fluida za ispiranje

Termin fluid za ispiranje obuhvata sve fluide koji se koriste u procesu bušenja odnosno ispiranja bušotine. Isplaka je suspenzija čvrstih čestica u tečnoj fazi pri čemu tečna faza može biti voda, nafta ili njihova mešavina (emulzija). Čvrste čestice mogu biti inertne, kao nabušene čestice stena ili reaktivne - kao gline koje utiču na karakteristike isplake. Hemijski aditivi se dodaju fluidu radi regulisanja reoloških i filtracionih osobina.

Postoje različite klasifikacije tipova fluida za ispiranje, a najčešće se vrše prema njihovoj glavnoj komponenti, a to su:

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

P-3

Materijali za izradu i obradu isplake

Osnovne sirovine za izradu isplake su glina i voda. Gline su mineralni koloidi prisutni u isplaci, koje stvaraju suspenziju u vodi, čine glavni element isplake i utiču na reološke i filtracione osobine isplake.

Minerali gline u dodiru sa vodom postaju plastični i bubre. Bubrenje koje menja reološke karakteristike suspenzije gline, posebno bentonita u vodi, takođe menja strukturu molekula. Uobičajeno je korišćenje industrijski pripremljene gline tzv. bentonita (ime dobio po gradiću Fort Benton u Vajomingu gde je otkriven). Prirodni bentoniti sadrže kalcijum, a sposobnost bubrenja se veoma povećava ako se kalcijum zameni natrijumom, tako da su komercijalne bentonitske gline aktivirane hemijskom obradom sa Na2CO3.

P-3

Slika 1. Uzajamni uticaj monmorilonita i vode

Voda se javlja kao:• slobodna ili apsorbovana voda; znatna količina vode može ući između

listića ili čestica i ima ulogu pri bubrenju glina;• vezana voda, pri čemu se razlikuje adsorbovana i zeolitska (međulistična

voda) koja prodire u rešetku kristala i povećava razmak.Isplake na osnovi vode su koloidne suspenzije koje sadrže mineralne i

organske koloide.

P-3

Dodaci isplaci za smanjenje filtracije su organski koloidi koji sekundarno utiču i na povećanje reoloških vrednosti - skrob, karboksimetilceluloza (CMC) ipolimeri.

Za kontrolu viskoziteta koriste se razređivači i deflokulanti koji ujedno regulišu gel isplake. Razređivači poboljšavaju koloidno stanje isplake, njenu stabilnost i zaštićuju koloide prisutne u isplaci, oni se dele na mineralne i organske.Mineralni razređivači su kompleksni fosfati (njihova primena je ograničena na isplake sa temperaturom do 60°C, jer su nestabilni na višim temperaturama).Organski razređivači su tanini, lignin, derivati lignina i neki sintetički polimeri. Najčešće se koriste lignosulfonati i to ferohromlignosulfonat. On se ponaša kao razređivač (u malim koncentracijama) a inhibitor bubrenja glina i aditiv za kontrolu filtracije (u višim koncentracijama).

P-3

Kada je potrebna gustina isplake veća od 1300 kg/m3 (za povećanje protivpritiska na zidove bušotine radi sprečavanja prodora podzemnih voda, nafte ili gasa, kao i zarušavanja bušotine) to se postiže dodavanjem oteživača, fino mlevenih nerastvornih materija koje povećavaju gustinu isplake a ne utiču negativno na ostale osobine. To mogu biti: barit (BaSO4), hematit (Fe2O3), galenit (PbS), krečnjak (CaCO3).

Hemikalije za obradu isplake

Kaustična soda - NaOHKalcinirana soda - Na2CO3Gašeni kreč - Ca(OH)2Natrijum bikarbonat - NaHCO3Kalcijum sulfat - CaSO4So - NaCl

Specijalni materijali za isplaku

Baktericidi, Otpenjivači, Odglavljivači, Materijali za smanjenje trenja, Inhibitori korozije, Zaptivni materijali

P-3

Izrada isplake

Količina gline koja je potrebna za pripremu jedinične zapremine isplake određene viskoznosti zavisi od disperzije gline. Zapreminska izdašnost je broj kubnih metara isplake određene viskoznosti (15 mPas) koji se mogu dobiti od jedne tone gline (bentonita).

Potrebna zapremina gline za izradu 1 m3 isplake može se izračunati na sledeći način:

(m3)

Masa gline potrebne za pripremu 1 m3 isplake može se izračunati na sledeći način:

(kg)gde je:

ρg - gustina gline (srednja vrednost 2400 kg/m3)ρv - gustina vode (1000 kg/m3)ρi - gustina isplake, kg/m3

vg

vigV

ρ−ρρ−ρ

=

ggVq ρ⋅=

P-3

Masa gline potrebne za izradu bušotine može se izračunati na sledeći način:

(kg)gde je:

q - masa gline potrebne za pripremu 1 m3 isplake, kgV - zapremina isplake potrebne za izradu bušotine, m3

VqQ ⋅=

Funkcije fluida za ispiranje pri bušenju

U procesu bušenja fluid za ispiranje kao tehnološka tečnost ima veliki broj funkcija od kojih su najvažnije:- Uklanjanje nabušenih čestica sa dna bušotine i njihovo iznošenje na površinu;- Hlađenje i podmazivanje pribora za bušenje i krune;-Sprečavanje zarušavanja zidova bušotine-Oblaže propusne slojeve

P-3

- Kontrolisanje slojnog pritiska;Reguliše se gustinom isplake tako da stub ispirnog fluida ima veći pritisak od

pritiska formacije (Ph>Pf). Hidrostatički pritisak dat je jednačinom:

(Pa)gde je:

ga- gravitacijsko ubrzanje, 9,81 m/s2

H - dubina bušotine, mρi - gustina fluida, kg/m3

- Zadržavanje nabušenih čestica i materija za otežavanje prilikom prekida cirkulacije;- Sprečavanje korozije pribora za bušenje;- Obezbeđivanje maksimuma informacija o nabušenim slojevima;- Minimizira zagađenje produktivnih slojeva;- Prenosi hidrauličnu energiju do alata i dleta;- Olakšava cementaciju i opremanje- Minimizira uticaj na životnu okolinu

iah HgP ρ⋅⋅=

P-3

Osobine ispirnih fluida i ispitivanje

Različite osobine ispirnih fluida se mere kao indikacija njihovog delovanja u bušotini. Metode merenja ovih osobina su propisane tzv. standardnomprocedurom za ispitivanje ispirnih fluida. Ove procedure se revidiraju i proširuju periodično uz prihvatanje novih testova. Osobine čija ispitivanja se uobičajeno izvode su: gustina, viskozitet, filtracija, gel, pH vrednost itd.

Gustina

Gustina je definisana odnosom jedinice mase (m) i zapremine (V) materije pod određenim pritiskom i temperaturom, a izražava se u kg/m3.

Merenje gustine fluida je neophodno za određivanje: sadržaja gline u fluidu, sadržaja taloga u fluidu (radi sprečavanja zamuljivanja bušotine) i hidrostatičkog pritiska Pf koji vrši fluid za ispiranje na zidove bušotine.

P-3

Merenje gustine

Gustina isplake se najbrže i najjednostavnije određuje vagom za isplaku. Vaga za isplaku je jednostavne konstrukcije. Prilagođena je za terensku upotrebu sa dovoljnom tačnošću merenja.

Slika 2. Vaga za merenje gustine isplake

Na baždarenom kraku poluge nalazi se skala za očitavanje s rasponom: 0,72 - 2,88 kg/dm3.

Greške pri merenju su moguće usled nedovoljno napunjene posude i zapenjene isplake.

P-3

Gustina fluida za bušenje, je u rasponu 1080 - 1300 kg/m3 za konvencionalne glinovite isplake, od 700 do 900 kg/m3 za aerizovane fluide i od 1300 do 2300 kg/m3 za otežane isplake (sa dodatkom barita ili drugih oteživača), zavisno od potrebnog hidrostatičkog pritiska u bušotini.

Otežavanje isplake

Pre otežavanja isplake određuje se količina materijala za ovu svrhu (najčešće barita) koja je potrebna po jedinici zapremine isplake. Potrebna količina oteživača se izračunava jednačinom:

(kg)

gde je:V - zapremina isplake koju treba otežati, m3

ρ2- potrebna gustina isplake, kg/m3

ρ1- početna gustina isplake, kg/m3

ρot-gustina materijala za otežavanje, kg/m3

2ot

12otot VQ

ρ−ρρ−ρ

ρ⋅=

P-3

Viskoznost

Pri strujanju fluida (tečnosti ili gasa) dolazi do trenja između slojeva fluida koji se kreću različitim brzinama. Viskoznost isplake je u funkciji:

• viskoznosti tečne faze;• veličine, oblika i broja čestica čvrste faze;• uzajamnih sila među njima.

Za merenje viskoznosti se koriste maršov levak i rotacioni viskozimetar.Maršov levak omogućava brzo utvrđivanje vrednosti viskoznosti isplake.

Pribor za merenje Maršove viskoznosti sastoji se od levka, graduirane posude od 1000 cm3 i štoperice. Zapremina levka je 1500 cm3. Levak je prikazan na slici 3.

Vrednost dobijena merenjem naziva se relativna viskoznost a predstavlja vreme isticanja 1 litra tečnosti iz levka. Merena vrednost je pod uticajem geliranja i gustine koja menja hidrostatički pritisak isplake u levku te nije uporediva sa vrednostima dobijenim drugim instrumentima. Vreme isticanja 1 l čiste vode iznosi 28 s ± 1 s.

P-3

Slika 3. Maršov levak

Rotacioni viskozimetar sa direktnim očitavanjem vrednosti napona smicanja na skali instrumenta, se koristi za merenje plastične viskoznosti, prividne viskoznosti, granice tečenja i čvrstoće gela isplake.To je instrument rotacionog tipa, baziran na principu rada dvaju koncentričnih cilindara.

ηp (plastična viskoznost) θ 600 - θ 300 (mPas)

ηa (prividna viskoznost) θ 600 /2 (mPas)

τ0 (granica tečenja) (θ 300 - ηp)⋅ 0,478 (Pa)

P-3

Slika 4. Rotacioni dvobrzinski viskozimetar

Čvrstoća gela

Čvrstoća gela karakteriše sposobnost glinene isplake da zadrži čestice stena u suspenziji. Čvrstoća gela je funkcija sila između čestica čvrstih i tečnih materija u isplaci. Merenje čvrstoće gela se može vršiti instrumentima kojima se meri viskoznost isplake, kao i za to posebno konstruisanim instrumentima. Dobijena vrednost početne čvrstoće gela i čvrstoće gela nakon 10 minuta mirovanja očitavaju se u lb/100 ft2.

P-3

Filtracija

Za filtriranje se može reći da je merilo sposobnosti isplake, da šupljikave, propustljive zidove bušotine obloži tankom slabopropustljivom oblogom. Ova glinena obloga (isplačni kolač) sprečava dalje prodiranje filtrata isplake u zidove bušotine.

Na količinu izdvojenog filtrata utiču: vreme, pritisak, temperatura i stepen disperzije glinenih čestica. Filtracija isplake se određuje sa dva standardna testa: jedan je pri temperaturi okoline i pritisku od 700 kPa, a drugi pri 150 °C i 3500 kPa. Ovaj drugi daje reprezentativnije osobine isplake prema uslovima koji vladaju u bušotini. Filter presa

Filtrira se kroz filter-papir veličine sita a filtrat se sakuplja u menzuru.Radni pritisak iznosi 700 kPa, a dobija se preko regulacionog ventila od

komprimovanog azota, vazduha ili CO2. Meri se količina tečnosti koja istekne za 30 minuta na temperaturi okoline.

Filter presa je prikazana na slici 5.

P-3

Slika 5. Filter presa

Količina izdvojenog filtrata izražena u cm3 označava stepen filtracije.U praksi se izvodi i skraćeni postupak filtracije u trajanju od 7,5 minuta i

množenjem sa dva daje približnu vrednost koliko bi se sakupilo posle 30 minuta.

Osim količine filtrata, meri se debljina glinene obloge i njen kvalitet.

P-3

Sadržaj peska

Određivanje sadržaja peska u isplaci je neophodno jer prekomerna količina peska izaziva formiranje deblje porozne glinene obloge, ili se povećava gustina isplake i dolazi do taloženja na dnu bušotine oko alata kad je cirkulacija isplake prekinuta a takođe može delovati abrazivno na delove ispirne pumpe, potisne vodove, bušaće šipke i ostalu opremu.

Pod sadržajem peska obuhvatamo sve čvrste čestice u isplaci čije dimenzije su veće od 74 μm.

Oprema za određivanje sadržaja peska sastoji se od sita sa 200 otvora po inču, levka i staklene menzure graduirane od 0 do 20% za direktno očitavanje sadržaja peska. Oprema je prikazana na slici 6.

Slika 6. Pribor za određivanje sadržaja peska

P-3

Koncentracija vodonikovih jona (pH vrednost)

Stepen kiselosti ili alkalnosti isplake određen je koncentracijom slobodnih vodonikovih jona. Kod isplaka pH vrednost se kreće u rasponu 8 - 12, jer ona utiče na rastvorljivost organskih razređivača, disperziju gline u vodi i zato što bi kisela isplaka delovala korozivno na bušaći pribor.

Merenje pH vrednostia) Indikatorskim papiromTo je najbrži način merenja koji se bazira na sposobnosti nekih organskih

materija da menjaju boju zavisno od pH vrednosti tečnosti sa kojom dolaze u kontakt. Preciznost je retko veća od 0,5 pH ali često dovoljna za terensku praksu.

b) Elektronskim pH-metromOvaj aparat daje koncentraciju H+ jona merenjem električnog potencijala kroz

elektrodu koja je uronjena u ispitivani rastvor.

P-3

Sadržaj čvrstih čestica, vode i ulja

Meri se ne samo kao osnova za kontrolu sadržaja ulja u emulzionim isplakama, već takođe kao pomoć pri kontroli osobina isplake. Sadržaj čvrste faze utiče na brzinu bušenja i reološka svojstva isplake. Kontrola čvrstih čestica na optimumu je veoma poželjna za ukupno poboljšanje svojstava isplake.

Ovim merenjem se dobija zapreminski sadržaj čvrstih čestica koje sadrži uzorak isplake, te zapreminski sadržaj vode i eventualno ulja u uzorku isplake.

Ostale analize

Hemijska analiza filtrata i isplake se vrši kao pomoć kod identifikacije zagađivača i pri kontroli osobina isplake. Ove analize mogu biti kvalitativne ili kvantitativne i obuhvataju: alkalnost, sadržaj karbonata, hlorida, kalcijuma, sulfata, H2S, elektrootpornost itd.

P-3

Odstranjivanje nabušenih čestica iz isplake

Fluid za ispiranje iznosi iz bušotine nabušene čestice koje treba odstraniti pre ponovnog utiskivanja fluida u bušotinu. Čišćenje se obavlja u sistemu kanala i bazena taloženjem, vibracionim sitima i hidrociklonima.

Čišćenje fluida u kanalima i taložnicima

Taloženje krupnijih čestica se vrši u taložnom rezervoaru a odatle fluid prelazi u kanale koji povezuju sve rezervoare. Kanali su različitih dimenzija odnosno dužina, zavisno od količine isplake koja treba da cirkuliše.

Čišćenje fluida vibracionim sitima

Kod bušotina koje su veće dubine i kada se zahteva veća kontrola osobina isplake za prečišćavanje se koriste vibraciona sita.

P-3

Slika 7. Vibraciono sito

Posle izlaska iz bušotine isplaka se odvodi na vibraciona sita. Ona se sastoje iz jednog ili više koso ili horizontalno postavljenih sita koja vibriraju tako da nabušene čestice ostaju na situ a isplaka prolazi kroz otvore. Veličina otvora i površina sita se bira prema karakteristikama formacije koja se buši i viskozitetu isplake.

Čišćenje fluida hidrociklonima

Za odstranjivanje najsitnijih čestica (pesak, silt) upotrebljavaju se hidrocikloni. U gornji deo se tangencijalno pod pritiskom dovodi isplaka. Čvrste čestice se odvajaju usled centrifugalne sile iz isplake i prolaze kroz otvor na dnu, a prečišćena isplaka izlazi kroz cev na gornjoj strani. Slika 8. Hidrociklon

P-3

Pumpe za ispiranje

Pumpa kod istražnog bušenja treba da obezbedi određene parametre za svaki režim bušenja:- odgovarajuću količinu tečnosti (određenu uzlaznu brzinu) za iznošenje nabušenih čestica;- adekvatan pritisak za savladavanje svih otpora u sistemu za cirkulaciju.

Ispirne pumpe s cilindrima velikih prečnika daju veliki kapacitet i niske pritiske.

Ispirne pumpe s cilindrima malih prečnika daju mali kapacitet i velike pritiske.

P-3

Ispiranje bušotina gasom

Kao fluid za čišćenje dna bušotine od nabušenih čestica može se koristiti i gas, najčešće vazduh. Oprema potrebna za bušenje uz ispiranje vazduhom je prikazana na slici 9. Komprimovani vazduh, koji obezbeđuje kompresor, kroz vodove se potiskuje u bušaće šipke. Bušenje uz ispiranje vazduhom (gasom) zahteva da se ušće bušotine opremi uređajem koji onemogućava gubitak vazduha, a omogućava slobodnu rotaciju bušaćih šipki.Prednosti ispiranja vazduhom (gasom):

- ovaj metod obezbeđuje značajno povećanje brzine bušenja u poređenju sa bušenjem uz ispiranje isplakom.;- dleta za bušenje imaju duži radni vek usled boljeg čišćenja dna bušotine;- ovaj način bušenja eliminiše ispiranje, rastvaranje i zagađenje jezgra;- lakše je odrediti litološke kontakte u geološkim sekcijama analizirajući krhotine jer nisu zagađene isplakom ili izmešane sa česticama iz plićih slojeva;- eliminisani su troškovi dopremanja vode, gline, aditiva, priprema rezervora za ispirni fluid i taložnika.

P-3

Slika 9. Oprema za bušenje uz ispiranje vazduhom

Nedostaci ispiranja vazduhom (gasom):- ovaj način se ne može primeniti u glinovitim i slabovezanim formacijama (pesak, šljunak, obluci);- u slojevima sa vodom bušenje uz ispiranje vazduhom ili gasom postaje nemoguće, i tada se može preći na bušenje uz ispiranje penom.

P-3

KRAJ