TEHNOLOGIJA IZRADE BUŠOTINA I

INŽENJERSTVO NAFTE I GASA

RGF

2

UVOD

3

Proces izrade bušotina predstavlja skup različitih tehničko-tehnoloških zahvata koji se ostvaruju primenom kompleksnog sistema vođenja ipraćenja radova.Ovaj sistem mora uvek funkcionisati pouzdano i sigurno uz minimalne troškove izrade.Duboka istražna i eksploataciona bušenja na naftu i gas zahtevaju velika kapitalna ulaganja i u ukupnom reprodukcionom ciklusu vezuju za sebe preko 50% investicionih ulaganja. Kretanje cena nafte i gasa sada i u daljoj perspektivi pokazuje da će prodajne cene biti u stanju da pokriju odgovarajuće troškove proizvodnje, u kojima duboko bušenje ima najveće učešće.Nafta i gas su neobnovljivi izvori energije i bez obzira na dalje kretanje rezervi uz određenu stopu porasta potrošnje imaju i relativno saglediv kraj. Zbog toga se intenzivno radi na istraživanju i primeni alternativnih i novih izvora energije. Tehnologija istražnog dubokog bušenja je upravo ta koja omogućava istraživanje i korišćenje geotermalne energije, kao jednog od obnovljivih izvora energije. Proizvodnja nafte i gasa u našoj zemlji nije dovoljna i sve procene o daljoj potrošnji ukazuju na tendenciju porasta energetske zavisnosti od njihovog uvoza.

4

Istorijski razvoj tehnike bušenja

Izrada bušotina u zemljinoj kori je veoma stara veština. Naime, u Kini su još pre 2000 godina rađene bušotine za dobijanje slane vode, iz koje su proizvodili so.

Udarno bušenje sa užetom u Kini, pre 2000 godina

5

Prvi arteski bunar je izbušen još 1126. godine u Francuskoj provinciji Artoa. njegova dubina je bila 15 metara. Naime, po ovoj pokrajini i ovom bunaru svi bunari kod kojih se voda dobija samoizlivom nazivaju se arteskim. U Holandiji u Amsterdamu izbušen je arteski bunar dubine 70 metara 1644. godine. Prva bušotina u Americi izbušena je 1806. godine do dubine od 360 metara. Ova bušenja su obavljana sa primitivnim alatima i opremom i bila su na ručni pogon. Korišćeno je drvo, bambus, užad od prirodnih vlakana i gvozdena dleta, svrdla itd. Razumljivo da su ova bušenja trajala izuzetno dugo. Bušenje bunara za artesku vodu u blizini Pariza dubine 537 metara trajalo je od 1833. do 1841. godine. Bušotina rađena u svrhu istraživanja ležišta kamenog uglja u Nemačkoj dubine 648 metara bušena je od 1856. do 1859. godine.

6

Bušaće postrojenje pukovnika Drejka

»Pukovnik« Edwin L. Drake je juna 1859. započeo bušenje u Pensilvaniji (Titusville); on je prvi primenio obložnu cev da spreči zarušavanje bušotine. Koristio je parnu mašinu za podizanje dleta i 27. avgusta iste godine sa dubine od 23 metra nafta je izbila na površinu. Tako je izbušena prva bušotina za eksploataciju nafte u SAD.

7

Kapetan Antun Lučić (Lucas) je 27. oktobra 1900. započeo bušenje na području Big Hill, blizu Bomota (Beamonta) Texas u formacijama sastavljenim od slabo vezanih peskova i lapora, gde nije bilo moguće bušiti udarnim sistemom, zbog zarušavanja zidova bušotine. Uz upotrebu hidrauličke rotirajuće bušilice s neprekidnim ispiranjem, januara 1901. god. pronašao je naftu na dubini od 348 m. Time je započela nova era nalaženja nafte primenom rotirajuće bušilice.Kasnije je “rotary” sistem primenjen i za bušenje u čvrstim stenama jer se pokazao bržim i ekonomičnijim od udarnog.

8

Električni karotaž, tj. električno ispitivanje bušotine primenili su Francuzi braća Šlumberže 1929. god, čime je učinjen znatan napredak u otkrivanju pozitivnih slojeva u bušotini.U bivšem SSSR-u, nakon višegodišnjih istraživanja, od 1943. god. počela je intenzivna primena dubinskih motora tzv. ''turbobura'' za bušenje dubokih bušotina na naftu i gas. Rezultati bušenja sa turboburima uslovili su dalja istraživanja u ovoj oblasti i razvoj drugih tipova dubinskih motora (vijčanih motora) i uređaja koji obavljaju kontinuirano merenje za vreme bušenja (“MWD”), čime je omogućena izrada horizontalnih kanala bušotina.

9

Planiranje izrade bušotinePlaniranje bušotine je definisanje programa promenljivih parametara koji utiču na izradu bušotine, a koji moraju obuhvatiti sledeće:

•Sigurnost•Minimalnu cenu koštanja i•Svrsishodnost

Nažalost, nije uvek moguće na svakoj bušotini optimalno ispuniti sve navedene zahteve, jer su oni zavisni od geoloških uslova, raspoložive opreme ili budžeta.

Sigurnost treba da bude najveći prioritet kod planiranja izrade bušotine. Programi sigurnosti zaposlenog osoblja su na prvom mestu, jer greške u programu bezbednosti zaposlenog osoblja rezultiraju teškim povredama ili gubicima ljudskih života. Sledeći prioritet je sigurnost bušotine. Programi bušenja moraju biti tako dizajnirani da se maksimalno smanji rizik od erupcije i drugih faktora koji mogu da izazovu probleme.

10

Minimalna cena koštanja. Važan faktor kod planiranja izrade bušotine je do krajnje granice smanjiti cenu koštanja uz maksimalno uvažavanje sigurnosnog aspekta.U mnogim slučajevima, cena koštanja bušotine može se znatno redukovati uz dodatne napore na planiranju bušotine, a što obuhvata inženjerske principe, faktor iskustva i pristup izvođača radova.

Svrsishodnost podrazumeva da dostizanje konačne dubine bušotine ne mora uvek značiti i njen uspešan završetak, i to iz sledećih razloga:-Prečnik i geometrija kanala bušotine mogu biti u takvom stanju da onemogućavaju testiranje bušotine, karotažna-merenja ili ugradnju adekvatne opreme u bušotinu;-Produktivne zone mogu biti oštećene, tj. tako zagađene da onemoguće proizvodnju fluida;Od inženjera bušenja se zahteva planiranje izrade i procene troškova različitih tipova bušotina, koje se kod nas dele na:

•Istražne bušotine•Konturno-istražne bušotine i•Razradne bušotine

11

Sa aspekta tehnologije bušenja, u svetskoj praksi se bušotine dele na:

Istražne bušotine (''Wildcat Well'' ili ''Exploration Well''), ovaj tip bušotina buši se na lokacijama gde se ne raspolaže geološkim informacijama, ili su ta saznanja veoma mala.Uobičajeno se lociranje ovog tipa bušotina zasniva na seizmičkim podacima, satelitskim snimcima i dr., ali je bitno naznačiti da se ne raspolaže podacima bušenja kroz prognozne formacije. Rizik izrade ovog tipa bušotine je velik i često se dešava da se bušotina u fazi izrade i napustizbog uslova bušenja u njenom kanalu. Iz navedenih razloga i cena izrade ovih bušotina je obično veoma visoka.

Proizvodne bušotine (''Development Well'' ili ''Exploitation Well''), su bušotine kod kojih su poznate geološke i proizvodne karakteristike ležišta. Izbor lokacije zasniva se uglavnom na planiranom rasporedu bušotina u cilju dalje razrade ležišta, drenažnom radijusu i dr.Takođe, bitno je naznačiti da su problemi u toku bušenja uglavnom poznati, čime je i cena izrade ovih bušotina znatno redukovana u odnosu na prethodni tip bušotina.

12

Bušenje obavlja izvođač radova na osnovu ponuđene tehničke specifikacije (“Bid Specification”) od strane investitora radova i ugovora za bušenje (“Drilling Contract”). Bušaća oprema i tehničke procedure koje zahteva investitor radova, zajedno sa projektom izrade bušotine moraju biti uključene u specifikacije i ugovor za bušenje. Osnovne ponude za bušenje mogu se zasnivati na:- Ceni po danu rada bušaćeg postrojenja (“Daily- Rate”), a to su uobičajeni ugovori za bušenje istražnih i konturno-istražnih tipova bušotina;- Ceni po metru bušenja (“Metrage”), kod izrade razradnih bušotina, tj. na poljima i ležištima gde postoje prethodni potrebni bušaći podaci i odgovarajuće iskustvo tokom bušenja;- Mešovita cena podrazumeva da se do poznatih dubina ugovara bušenje po ceni metra, a zatim se prelazi na bušenje po ceni dnevnog rada bušaćeg postrojenja;- Ključ u ruke (“Turn-Key”).U poslednje vreme sve češći način ugovaranja izrade bušotina je po tzv. sistemu ''ključ u ruke''. Na osnovu zahteva investitora izvođač radova priprema ponudu koja koja obuhvata kompletnu izradu bušotine od planiranja do opremanja. Pre početka bušenja, mora se pripremiti lokacija za montiranje bušaćeg postrojenja i prateće opreme prema njegovim tehničko-tehnološkim karakteristikama.

13

Na izradi bušotine i rešavanju nastale problematike učestvuju:- Izvođač radova (Drilling Contractor) sa standardnom brigadom

(Drilling Crew) na bušaćem postrojenju koja se sastoji od: šefa postrojenja (Toolpusher), vođe smene (Driller), tornjaša (Derrickman), klinaša (Roughneck, Rotary Helpers, Floormen);

- Investitor bušenja (Operating Company - Operator), koja preko svojih nadzornih organa (Drilling Superintendent, Drilling Engineering, Company Man) obavlja neposrednu kontrolu izrade bušotine;

- Različite servisne kompanije (Services and Supply Companies) za isplaku, cementaciju, karotažna merenja, za ugradnju zaštitnih cevi, preventera, izbor dleta i drugo.

- Specijalni konsultanti.

14

Toolpusher

upravitelj bušaćeg postrojenja. U procesu bušenja – član bušaće ekipe i prvi čovek po hijerarhiji u posadi bušaćeg postrojenja. Upravlja bušaćim postrojenjem i svim radovima i operacijama bušenja i nadzire celokupni rad bušaće ekipe. Odgovoran je za izvršavanje svih naredaba iz programa bušenja i dužan je uočiti, sprečiti i otkloniti sve probleme koji bi ugrozili uspešnost bušenja. Takođe, upravlja održavanjem bušaćeg postrojenja, naručuje opremu i materijal za održavanje postrojenja i proces bušenja i dogovara usluge od drugih poduzeća (npr. električarske radove, zavarivačke poslove, inspekciju cevnog materijala, isplačni materijal, transport raznih bušaćih alatki i opreme) te rešava probleme bušaćeg osoblja (unajmljuje nove radnike ili sudeluje u njihovom angažiranju). Priprema (ili nadzire pripremu) i vodi zapise o svim aktivnostima na bušaćem postrojenju. Obično se savetuje s vlasnikom ili operatorom preko njihovog predstavnika. Sinonimi: drilling foreman, pusher, rig manager, rig superintendent, rig supervisor.

15

Driller

vođa (šef) smene bušača. U procesu bušenja – član bušaće ekipe i prvi član po hijerarhiji u posadi bušaćeg postrojenja u svojoj smeni koji tokom rutinskih bušaćih operacija neposredno upravlja ekipom i radom bušaćeg postrojenja, nadzire aktivnosti na radnom podištu tornja (drill floor), osigurava pravilan rad kontrolnih instrumenata, izvodi operacije bušenja i manevriranja bušaćim alatkama, odnosno rukuje bušaćom opremom i dizalicom (spuštanje i izvlačenje bušaćih šipki i dleta, praćenje promena brzine bušenja, održavanje protoka isplake, kontrola svojstava isplake i nivoa isplake u bazenu), rukuje protuerupcijskim uređajem (preventerom), aktivira alarm i također izrađuje bušaće izveštaje (ako se zahtevaju). Sinonimi: borer, boring master, digger, drilling foreman, drillman, drill runner, master borer, well borer.

16

Derrickman

tornjaš. U procesu bušenja – član bušaće ekipe ili posade bušaćeg postrojenja i obično drugi bušaći radnik po hijerarhiji na postrojenju (iza bušača). Radi na gornjoj platformi bušaćeg tornja (blizu vrha tornja) i rukuje elevatorom u vreme kada se iz bušotine izvlače bušaće šipke ili zaštitne cevi ili u nju spuštaju. Također čisti, ulji, podmazuje, pregleda i popravlja koloturje i bušaću užad (koji služe za izvlačenje i spuštanje šipki i cevi) i, kada nije zauzet poslovima na gornjoj platformi, obično obavlja posebne poslove oko pripreme bušaće isplake (kontrola i obrada isplake) te održava i popravlja isplačne pumpe i rezervoare, a po potrebi pomaže bušaču. Posao tornjaša zahteva posebnu sposobnost za rad na velikim visinama jer je njegovo radno mjesto obično 18 do 27 metara iznad radne platforme (podišta) bušaćeg tornja, odnosno 30 do 35 metara iznad zemlje (ovisno o dužini sekcija bušaćih šipki i zaštitnih cevi). Sinonimi: derrickhand, derrick monkey, derrick skinner, monkey, tower hand.

Roughneck, floormanpomoćni bušaći radnik, klinaš. Radnik posade bušaćeg postrojenja (bušaće brigade) za različite poslove.

17

Tipična organizacija izrade bušotina na bazi cene po danu rada postrojenja

18

Mehanički postupak bušenja podrazumeva fizičko razaranje stene na dnu bušotine. Na stenu se deluje alatom koji se sastoji od šipke, dleta (krune) za bušenje. Dletom za bušenje se na stenu na dnu bušotine nanosi opterećenje veće od čvrstoće stene. Ovim se vrši dezintegracija komadića stene iz prirodnog okruženja i formiranje prostorije cilindričnog oblika. Prečnik ove cilindrične prostorije je isti kao, odnosno nešto veći od prečnika bušaćegdleta.

U zavisnosti od toga kako se na stenu na dnu bušotine nanosi opterećenje razlikuju se sledeći postupci bušenja:

· Udarno (perkusiono)· Rotaciono

Kod udarnog bušenja, dleto za bušenje nanosi veliki broj udara na dno bušotine. Posledica ovog je razaranje stene na mestu udara. U povratnom hodu dleto se zaokreće za određeni ugao i sledeći put udara na drugo mesto, gde takođe vrši razaranje stene. Bušenje, odnosno formiranje cilindrične prostorije postiže se stalnim smenjivanjem ove dve radne operacije. Ovaj način bušenja je prevaziđen i danas se praktično ne koristi.

19

Kod rotacionog bušenja bušaće dleto je konstantno u kontaktu sa stenom na dnu bušotine koja se dezintegriše. Dletom (krunom) se na stenu nanosi konstantna sila pritiska određena režimom bušenja. Dleto rotira i rezanjem dezintegriše stenu sa kojom je u kontaktu a prema načinu na koje se dleto okreće razlikujemo dva tipa rotacionog bušenja tj. dva sistema:

- “Rotary” sistem bušenja- Sistem bušenja dubinskim motorima“Rotary” sistem bušenja, okretanje dleta se vrši sa

površine preko niza bušaćih alatki (radne šipke, bušaćih šipki, teških šipki i dr.).

Ako okretanje dleta vrši motor (turbina, elektromotor ili vijčani motor) postavljen u kompoziciju bušaćeg alata iznad dleta, takav sistem bušenja se naziva bušenje dubinskim motorom.

20

Podaci o ležištu do kojih se može doći bušenjem

Osnovni smisao istraživanja ležišta mineralnih sirovina je pribavljanje informacija na osnovu kojih se može doneti odluka o njegovoj eksploataciji. Istraživanje ležišta je stalan proces koji se odvija sve dok traje njegova eksploatacija. Kada se istraživanje ležišta obavlja dubinskim bušenjem sa jezgrovanjem, postupkom primerenim radnoj sredini mogu se dobitineporemećeni uzorci rezervoar stena, podinskih i krovinskih stena.

Prilikom bušenja, jezgro koje se vadi iz bušotine odlaže se u odgovarajuće drvene sanduke. Jasno se obeleži početak jezgra, a svaki sledeći izvađeni komad se slaže do prethodnog bez njegovog obrtanja tako da se uvek može odrediti položaj svakog dela jezgra, na osnovu odstojanja od početka i snimljenih elemenata bušotine. Ova jezgra predstavljaju uzorke stenskog masiva na kojima se primenom odgovarajućih postupaka, može odrediti niz njegovih bitnih svojstava.

21

Pre izdvajanja delova jezgra za razna hemijska, fizičko-mehanička, mineraloška i petrografska ispitivanja mora se pristupiti detaljnom geološkom kartiranju jezgra.

Na propisno izdvojenim uzorcima iz jezgra standardizovanim metodama, mogu se izvršiti kompletna fizičko-mehanička ispitivanja.

Takođe se na uzorcima iz jezgra mogu se izvršiti sva potrebna istraživanja vezana za sadržaj ugljovodonika.

Jezgra odložena u sanduk

22

Karakteristike našeg područja sa ugljovodonicima

Osnovna karakteristika Panonskog sedimentacionog basena je da su do dubine oko 2.200 m ležišta klasičnog strukturnog tipa sa povoljnim fizičkim karakteristikama rezervoarskih stena, sa gotovo pravilnim hidrodinamičkim odnosima među slojevima, uz linearni porast temperaturnog gradijenta bez značajnijih anomalija. Dublje od 2.200 m, osobito na području srednjeg i severnog Banata, javljaju se zone sa natpritiscima. Rezervoarske stene uz ugljovodonike, zasićene su korozivnim fluidima (CO2 i H2S) niske propusnosti i poroznosti, a slojni pritisci i temperature su izrazito visoki. Takvi prirodni uslovi zaleganja stena Panonskog sedimentacionog basena se sa povećanjem dubine, naročito ulaskom u mezozoik, još više pogoršavaju i postaju složeniji, pri čemu slojni pritisci na pojedinim lokalitetima dostižu i do 800 bara, a temperature preko 200°C.

23

KRAJKRAJ