BUŠOTINSKI FLUIDI INŽENJERSTVO NAFTE I GASA RGF 1
VRSTE FLUIDA P-9 2
4. Osnovni tipovi isplaka: Različiti tipovi isplake, od kojih se tokom izrade bušotina, najčešće primenjuju sledeće: -Lignosulfonatne isplake -Gipsne isplake -Isplake sa niskim sadržajem čvrstih čestica-polimerne -Emulzione isplake Lignosulfonatne isplake: Taj tip isplake ima široku primenu i pokriva skoro sve tipove isplaka na bazi sveže (slatke) vode. To je bentonitska isplaka na bazi sveže vode obrađena sa ferohromlignosulfonatima (FCL) ili ferolignosulfonatima (FL), tako da se ta isplaka može definisati kao bentonitska suspenzija čije je koloidno stanje poboljšano i zaštićeno nekim lignosulfonatima. Ta zaštita se može pojačati dodavanjem organskih koloida obično CMC-a. ph vrednost ovih isplaka kontroliše se kaustičnom sodom između 9-10,5 a alkalinitet Pf ovih isplaka je obično od 0,1-0,8. 3
Lignosulfonatne isplake su vrlo stabilne u odnosu na zagađivače (NaCl, CaSO 4, CaCl) i visoke temperature. Optimalna stabilnost zahteva visoku koncentracije FCL ili FL i to od 20 kg/m 3 do 60 kg/m 3 u ekstremnim uslovima. Taj tip isplake priprema se tako što se u 1m 3 vode dodaje: -bentonita, 50-100 kg -FCL ili FL, 20-40 kg -kaustične sode, 2-4 kg -CMC, 0-5 kg -preporučuje se i dodavanje antipenušavca (defoamer) pri većim koncentracijama FCL ili FL Isplaka obrađena ferohromlignosulfonatima (FCL) može podneti visoku temperaturu, tj. temperaturno je stabilna do 200ºC, a takođe i visoku koncentraciju NaCl-a. Međutim, upotreba hroma je ograničena ili zabranjena u nekum područjima zbog zagađivanje životne okoline, pa je iz tog razloga upotreba ferolignosulfonata (FL) u isplakama značajnija, iako odsustvo hroma čini reakcije manje delotvornim. 4
Konverzija bentonitske isplake na bazi sveže vode u lignosulfonatnu isplaku sprovodi se sledećim postupcima: -razređivanjem radi smanjenja sadržaja čvrstih čestica -podešavanjem alkaliniteta Pf između 0,2-0,8 kaustičnom sodom -dodavanjem FCL ili FL oko 20 kg/m 3 isplake za početak -ako nastane znatno razređivanje isplake treba dodati bentonit Konverzija lignosulfonatne isplake u gipsnu je vrlo jednostavna, dodavanjem gipsa. tj. samo Za konverziju gipsne isplake u lignosulfonatnu isplaku dovoljno je pustiti da padne koncentracija CaSO 4 uz održavanje koncentracije FCL, tj. FL. 5
Gipsna isplaka: Gipsna isplaka je tip inhibirane isplake u kojoj je gips izvor inhibirajućeg elektrolita (kalcijuma). To je bentonitska isplaka sa ph manjim od 11, tretirana gipsom, čija se reološka svojstva regulišu lignosulfonatima. Prisutnost FCL ili FL pojačava inhibirajuće delovanje gipsne isplake, čini je temperaturno stabilnijom (do 180ºC) i otpornom na zagađivanje sa NaCl do koncentracije od 60-70 kg/m 3. Gipsna isplaka se prvenstveno upotrebljava za bušenje gipsnih ili anhidritskih slojeva, a takođe je povoljna i za bušenje većih glinovito-laporovitih serija, kao i slanih zona koje ne zahtevaju primenu zasićenih slanih isplaka. Priprema tog tipa isplake sastoji se u tome da se u 1m 3 vode,određenim redosledom, dodaje: -kaustična soda, 3-4 kg -bentonit, 50-70 kg -FCL ili FL, 12-15 kg -gips, 10-20 kg -CMC, 5-10 kg -defoamer, 1 litar 6
Navedeni redosled dodavanja materijala omogućava da bentonit hidratizira pre dodavanja gipsa što stvara niske filtracije i prilično visku viskoznost. Ove isplake, sem što su poznate po svojoj stabilnosti, veoma se lako i održavaju. Da bi se zadržale zadovoljavajuće osobine gipsne isplake potrebno je da se: -ph vrednost održava u rasponu od 9,2-10 -koncentracija kalcijuma u filtratu kreće od Ca ++ = 600-800 ppm -za smanjenje viskoznosti i gelova primeni dispergator, a za kontrolu osobina fitracije CMC. 7
Isplake sa niskim sadržajem čvrstih čestica - polimerne: Isplaka sa niskim sadržajem čvrstih čestica je ona koja ima potrebnu gustinu, viskoznost, fitraciju, a minimalni sadržaj čvrstih čestica. U nekim slučajevima to može biti čista voda, a u drugim isplaka, koja ima 5-10% čvrstih čestica po zapremini. Da bi se voda održala čistom (nezagađenom česticama) i iz nje odvojile nabušene čestice, voda se obrađuje sa flokulantima-polimerima. Mehanizam kojim deluju polimeri nešto je različitiji od flokulacije, prouzrokovane anorganskim solima. Polimer, pored toga što prouzrokuje grupisanje glinenih čestica, deluje i direktno na vezu među česticama. Ova osobina potpomaže formiranje velikih grupa čestica i povećava brzinu taloženja. Koncentracija čvrstih čestica u vodi, način mešanja flokulanta u vodi imaju bitan uticaj na efikasnost flokulanata za čišćenje vode. Postoje razni tipovi isplaka sa niskim sadržajem čvrstih čestica, a njihova primena i nazivi zavise od vrste osnovnih flokulanata-polimera i površinski aktivne materije iz koje se pripremaju. 8
Osnovne preporuke kod održavanja isplake sa niskim sadržajem čvrstih čestica su: -ograničiti primenu bentonita za kontrolu viskoznosti i filtracije -primenjivati (uglavnom) organske polimere za kontrolu filtracije -dispergatore treba primenjivati u malim količinama i to kao zadnju meru za održavanje viskoziteta i jačine gelova -sirova nafta ili dizel ulje mogu biti primenjivani kao i kod konvencionalnih isplaka -treba održavati minimalni plastičnu viskoznost sa maksimalnom granicom tečenja -sprečiti nagomilavanje čvrstih čestica i eliminisati potrebe za suvišnim dodavanjem vode, oslanjajući se, što je više moguće, na mehaničko čišćenje čvrstih čestica iz sistema (vibratorima, odgovarajućim taložnim sistemom, hidrociklonima, centrifugama itd.) Kako na mehaničku brzinu bušenja značajno utiče sadržaj čvrstih čestica u isplaci, u procesu bušenja se nastoji primeniti ovaj tip isplake gde god je to moguće da bi se postigla veća mehanička brzina bušenja. 9
Emulzione isplake: Postoje dve vrste emulzije, koje se primenjuju kao isplake za bušenje: 1. emulzija ulja u vodi 2. emulzija vode u ulju 1) Emulziona isplaka na bazi vode: Emulzija ulja u vodi ima vodu kao kontinuiranu fazu, a ulje je dispergovana faza. Emulzione isplake na bazi vode, kada su obrađene (emulgirane) uljem, zadržavaju sve svoje osnovne karakteristike. Za izradu stabilne emulzione isplake na bazi vode potrebni su: - voda - ulje - emulgator 10
Emulzija tipa ulje u vodi oil-in-water emulsion Voda Nafta Voda je kontinuirana faza Vodom kvašljive čestice i površi Cementacija / Stimulacija 11
Većina vodeno baznih isplaka već sadrži vodu i emulgator, tako da se konverzija vodeno bazne isplake u emulzionu obično obavlja jednostavno dodavanjem ulja ili sirove nafte u vodeno baznu isplaku, i to je tada mehanička emulzija. Količina dodavanog ulja je obično 5-20% po zapremini. Ulje, koje se primenjuje za emulgiranje, treba da ima anilinsku tačku iznad 65ºC, da bi se sprečilo oštećenje gumenih delova u cirkulacionom sistemu. Ulje se može dodati u isplaku kroz vakum levak, na usisni vod pumpe ili isplačna korita. Za postizanje stabilne emulzije potrebno je intenzivno mešanje sa isplakom. Mnogi aditivi koji se dodaju vodeno baznim isplakama imaju emulziono-stabilizirajuće osobine. Konvencionalni aditivi, koji stabilizuju emulziju ulja u vidu mehaničke emulzije su: -čestice bentonita -organski koloidi (aditivi za kontrolu filtracije kao CMC) -organski razređivači (lignosulfonati, tanin i dr.) 12
Hemijska emulzija postiže se dodavanjem specijalnih aditiva za stabilizaciju emulzije, a izbor aditiva zavisi od tipa i sastava isplake. Prednost hemijske emulzije je u sposobnosti smanjenja površinske napetosti i sposobnosti vlaženja uljem metalnih površina. Površinska napetost filtrata hemijske emulzije je za oko 20% manja od površinske napetosti mehaničke emulzije. Ova emulzija, takođe, ostaje stabilna i kod povišene temperature, što kod mehaničke emulzije nije slučaj. Kod hemijske emulzije metalne površine bušaćih alatki (bušaćih i teških šipki), kao i reznih elemenata dleta ostaju čisti zbog vlaženja uljem, što poboljšava napredak dleta, sprečava oblepljivanje bušaćeg alata i smanjuje tendencije prihvata bušaćeg alata. Ima, međutim, nekoliko promena koje se susreću u fizičkim osobinama vodeno baznih isplaka nakon dodavanja ulja. Jedna od posledica dodavanja ulja je smanjenje gustine isplake. Dodatak ulja odraziće se i u laganom porastu viskoznosti i granice tečenja. Generalno, prednost dodavanja ulja u vodeno baznu isplaku je sledeća: -povećanje mehaničke brzine bušenja -povećanje veka trajanja dleta -smanjenje torzije -smanjenje oblepljivanja dleta i bušaćeg alata -smanjenje tendencije prihvata bušaćeg alata usled diferencijalnog pritiska -smanjenje oštećenja produktivnog sloja (usled vodene blokade) 13
2) Isplake na bazi ulja: Pod tim nazivom podrazumeva se isplaka sa kontinuiranom uljnom fazom i dispergovanom vodenom fazom, gde vodena faza predstavlja samo mali zapreminski procenat (2-5%). Ta voda je emulgovana u ulju i ne izdvaja se. Bitno je naznačiti da je API fitracija pri visokom pritisku i temperaturi (HP-HT) niska i sadrži samo ulje. Zavisno od tipa isplake na bazi ulja koriste se ulja različitog sastava, od dizel ulja do vrlo asfaltnih nafti. Najvažnije karakteristike ulja za isplaku su: gustina, tačka zapaljenja, kiselost i anilinska tačka. Svaki tip isplake na bazi ulja traži druge aditive. Zato je teško definisati opšte metode izrade, održavanja i obrade. Potpunije informacije mogu se naći u katalozima raznih isplačnih kompanija. 14
Emulzija tipa voda u ulju oil-base emulsion Nafta Voda Nafta je kontinuirana faza Naftom-kva kvašeće čestice i površi Pogodna za bušenje 15
Glavne prednosti isplake na bazi ulja su: -stabilne su na visokim temperaturama - manje oštećenje proizvodnih slojeva -laka kontrola karakteristika isplake ako nema dotoka vode ili nafte -nisu osetljive na zagađivače (NaCl, CaSO 4, cement i gline) -vrlo niska HT-HP fitracija i tanak isplačni kolač -mogući su radovi sa niskim gustinama isplake (oko 1,00 kg/dm 3 ) -smanjeno trenje između bušaćeg alata i zidova bušotine, čime se smanjuje torzija i oštećenje opreme -smanjenje mogućnosti diferencijalnog prihvata Glavni nedostaci isplake na bazi ulja su: -cena po 1 m 3 je znatno viša nego za isplaku na bazi vode -teško se utvrđuje prisutnost gasa i nafte u sloju na osnovu izbušenih krhotina -nemogućnost primene određenih metoda karotaža -opasnost od požara -raspadanje gumene opreme neotporne na ugljovodonike 16
Fluidi sa gasnom fazom Suvi gas Izmaglica (mist) Pena Aerizovani fluid 17
18
Bušenje suvim gasom (dusting) Brže bušenje Veća metraža/vek dleta Manje krivljenje kanala bušotine Bolja cementacija Bolje opremanje Bolja proizvodnja 19
Prilikom bušenja uz upotrebu suvog vazduha, on se ubrizgava u kolonu bušaćeg alata, bez korišćenja bilo kakvih drugih fluida i aditiva. Za razliku od tečnosti, vazduh se karakteriše neznatnom viskoznošću i jako malom gustinom. Zahvaljujući ovim osobinama lako se postiže velika brzina uzlaznog toka vazduha pri jakoj turbulentnosti što rezultuje trenutnim i temeljnim čišćenjem dna bušotine. Uklanjanje krhotina nabušenih stena zavisi od brzine uzlazne struje vazduha u međuprostoru koja je i preko 1000 m/min. Bušenje uz čišćenje dna kanala bušotine suvim vazduhom obezbeđuje najveću mehaničku brzinu bušenja i najduži radni vek dleta (dleto se hladi usled ekspanzije vazduha), od svih poznatih ispirnih fluida. 20
Izmaglica (mist) Ovo je modifikacija bušenja suvim vazduhom, koja se koristi kada se naiđe na formacije koje sadrže vodu. Pri bušenju izmaglicom mala količina vode sa rastvorenim površinski aktivnim reagentom ubrizgava se u gasnu/vazdušnu struju u potisnom vodu. Koncentracija reagenta u vodi se kreće od 0,1 do 0,25% zapremine vode. Opšta načela pripreme Zapremina vazduha za izmaglicu je 30-40% veća nego za suvi vazduh/gas Pritisak je 14-28 bar, (za suvi vazduh/gas 7-21 bar) Nedovoljna količina površinski aktivnih reagenata vodi ka nakupljanju tekuće faze, sa pratećim povećanjem pritiska 21
Pena Pena je emulzija u kojoj su mehurići gasa dispergovani u tečnosti koja sadrži površinski aktivne reagense. Površinski aktivni reagensi funkcionišu na taj način što hidrofilna grupa njihovih molekula uzajamno deluje sa molekulima vode i stvara tanku opnu, koja je ipak dovoljno čvrsta da ne dozvoli spajanje mehura vazduha (gasa) i njihov brži proboj do površine. Za razliku od običnih mešavina, fluidi u emulziji se ne razdvajaju lako. U slučaju pene, gas je vezan u tečnosti, zato što je pena emulzija i stabilnija je od gasifikovane isplake koja je jednostavna mešavina gasa u vodi. Napravljena je od mehurića gasa okruženih tečnim filmom. Film je najdeblji po ivicama, a najtanji u zoni između mehurića. Voda oko gasa formira dvanaestostranu strukturu (dodekahedron). 22
Aerizovani fluid Najčešći metod je ubrizgavanje gasa ili višefaznog ispirnog fluida kroz kolonu bušaćeg alata. Ubrizgavanje isplake kroz kolonu bušaćeg alata zahteva manji prečnik ušća bušotine i manji prečnik zaštitnih cevi, kod ove metode ekspanzija gasa u međuprostoru potpomaže iznošenje krhotina iz kanala bušotine. Ovaj metod zahteva manju zapreminu gasa za dato podravnotežno stanje. Komprimovani gas se ubrizgava u sistem cevi potisnog voda gde se meša sa ispirnim fluidom. Glavna prednost ubrizgavanja kroz bušaću šipku je što nije potrebna specijalna oprema na dnu kanala bušotine. Upotreba pouzdanih protivpovratnih ventila je neophodna radi sprečavanja utoka slojnih fluida u bušaće šipke iz bušotine. Upotrebom ovog sistema može se postići dovoljno nizak pritisak na dnu kanala bušotine. 23
Na pritisak na dnu bušotine utiču mnogi međusobno povezani parametri, kao što su: tipovi i brzine ubrizgavanja tečnosti i gasa, konfiguracija bušotine, utok formacijskog fluida u kolektor, manevrisanje bušaćim alatom. Gasovi koji se koriste : -Vazduh -Ugljendioksid -Azot -Prirodni gas 24
5. Kriterijumi za izbor tipa i osobina isplake Tip i osobine isplake se određuju prema vrsti formacija (stena) koje će se bušiti i očekivanim uslovima na koje će se naići tokom bušenja kanala bušotine. Isplake, generalno, mogu imati vrlo različite uticaje na tri bitna zahteva u procesu izrade bušotine, a to su: -brzina bušenja -stabilnost kanala bušotine -procenjivanje probušenih stena 5.1. Brzina bušenja Najčešće osobine isplake koje imaju uticaj na brzinu bušenja (Sl.8) su: -gustina isplake -sadržaj čvrstih čestica -viskoznost -filtracija -sadržaj nafte ili ulja 25
Gustina isplake: O uticaju gustine isplake na brzinu bušenja je već dosta rečeno, ali je najbitnije da ona najnepovoljnije deluje na brzinu bušenja. Nepotrebno velika gustina isplake izaziva veliki diferencijalni pritisak na dno bušotine, čije je dejstvo u prethodnim izlaganjima već istaknuto. Sl 8.: Uticaj osobina isplake na brzinu bušenja 26
Sadržaj čvrstih čestica: Sadržaj čvrstih čestica vezan je za gustinu i viskoznost isplake. Vrlo fine i mikronske čestice imaju većeg negativnog uticaja na brzinu bušenja od krupnijih čestica. Smatra se da ove fine čestice ulaze i zatvaraju frakture i naprsline koje se stvaraju udarom zuba, tj. reznih elemenata dleta. Ovakvo dejstvo zalepljivanja površine stena smanjuje uticaj pritiska fluida koji se nalazi u porama stena (pornog pritiska), čime se ujedno i usporava uklanjanje nabušenih krhotina i smanjuje brzina bušenja. 27
Viskoznost: Povećanje viskoziteta isplake izaziva veći pad pritiska u cirkulacionom sistemu, što može da uzrokuje manjom hidrauličkom snagom na dletu i slabijim ispiranjem dna bušotine. Na taj način, smatra se da isplaka većeg viskoziteta neće odstranjivati krhotine sa dna kao isplaka manjeg viskoziteta. 28
Filtracija: Isplaka sa velikom početnom fitracijom i niskim sadržajem čvrstih čestica može da poveća znatno brzinu bušenja. Sa teoretskog aspekta, najveća brzina bušenja bi se ostvarila sa čistom vodom, ali bi u tom slučaju nastali praktični problemi sa održavanjem stabilnosti kanala bušotine. 29
Sadržaj nafte ili ulja: U nekim stenama brzina bušenja može se povećati dodavanjem otplinjene nafte ili ulja u vodeno baznu isplaku. Koncentracija nafte (ulja) od 5-15% u isplaci sprečava oblepljivanje i zamuljivanje dleta i dna bušotine, pri prolasku kroz glinovite stene koje lako upijaju vodu. Osim toga, nafta (ulje) podmazuje bušaći alat, smanjuje trenje o zid bušotine i povećava efektivno opterećenje na dleto U procesu bušenja sva su svojstva isplake, do neke mere, uzajamno povezana te moraju biti usmerena prema ostvarivanju optimalne brzine bušenja. 30
Da bi isplaka mogla ispuniti navedene zahteve, ona mora, uz ostale osobine, imati i one koje su detaljno opisane kao: dobro čišćenje bušotine od krhotina probušenih stena, što manje oštećenje stena nosilaca ugljovodonika, otpornost na delovanje visoke temperature, otpornost na zagađivanje raznim zagađivačima i drugo. 31
KRAJ 32