izbor materijala seminar

7/22/2019 Izbor Materijala Seminar

1/42

FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

SVEUILITE U ZAGREBU

Smjer: Inenjerstvo materijala

SEMINARSKI RAD IZ KOLEGIJA

Izbor materijala

Izbor materijala svrdla za

duboko buenje podmorja


2/42

1. Uvod

Istraivanje nalazita nafte i plina predstavlja specifinu multidisciplinarnurudarsko-geoloku vjetinu od naroitog znaaja za svako rudarsko poduzee i dravu ucjelini.Eksploataciji prethodi istraivanje koje je prisutno svo vrijeme u manjem ili veemobujmu . Istraivanjem se dobivaju podaci o veliini, obliku i prostornom poloajunalazita, o kvaliteti ugljikovodika i o okolini u kojima se nalazi nalazite. Okolina (uvjeti) u kojima je nalazite nafte i plina znaajno utjeu na cijenu i isplativostiskapanja. Na osnovu podataka o veliini, odnosno o rezervama i podataka o postotkuugljikovodika koji se moe dobiti na povrini odreuje se vrijednost nalazita.

Da bi se investiralo u proizvodnju na istraivanom nalazitu, trokovi istraivanja i

eksploatacije moraju biti nii od cijene koju nafta ili plin doseu na tritu.Obzirom da sutrokovi izrade i odravanja off-shoreplatformi[1] iznimno visoki, a cijena nafte i plina svevei, tei se smanjenju svih trokova vezanih za izradu i odravanje naftnih platformi.Utom sluajukao i u svakom drugom koji ukljuuje izradu tehnikog proizvoda, od iznimne

je vanosti da svi materijali, koji ulaze u proces izrade, zadovoljavaju sve sigurnosne itehnoloke uvjete nametnute na cjelokupni proizvod. Drugim rijeima, iznimno je vanoizabrati odgovarajui materijal konstrukcije koji zadovoljava sve nametnute tehnolokeuvjete, a da je pritom jeftin.

Do procijene trokova planirane rudarske eksploatacije moe se doi primjenom sloeneprocedure projektiranja tehnolokog procesa sa kljunom ulogom metode i tehnologijebuenja. Ova procedura se provodi u svim fazama inenjerskog odluivanja:

u daljnjem istraivanju nalazita, u eksploataciji na istraenomnalazitu, u promjeni metode i tehnologije proizvodnje u naputanju buotine.

Istranobuenje je danas sasvim sigurno najzastupljeniji oblik istraivanja te najbri inajsigurniji nain pribavljanja relevantnih informacija o nalazitu nafte i plina. Razvijanisupostupci odreivanja svih potrebnih parametara na jezgru[2] izvaenu iz buotina.

Naravno da je i tehnika istraivakogbuenja napredovala. Razvoj ide u pravcu podizanjauinaka i pojeftinjenjubuenja, u pravcu humanizacije rada i u pravcu dobivanja toreprezentativnijeg uzorka. Istranobuenje je najzastupljeniji nain istraivanja nalazitamineralnih sirovina i procjenjuje se da e tako biti i u budunosti.


3/42

2. Povijesni pregled eksploatacije nafte

i plina

Mjesto i vrijeme izradeprve buotine nije zapisano u povijesti, ali poznato je da suKinezi u treem stoljeu prije Krista dobivali naftu iz bunara. Meu prvima koristili su

buotine izgraene mehanikim metodama u industrijske svrhe. Do 1700-te godine Kinezisu iskopali preko 10 000 buotina dubine vee od 500 metara za pridobivanje slane vode.Zapisi iz Sjedinjenih Amerikih Drava poinju 1806. godine kad je izraena prva

buotinablizu Charlestona, za pridobivanje slane vode.

Prva buotina zapridobivanje ugljikovodika izgraena je 1859. godine u SAD u blizini

mjesta Titusvillea, drava Pensylvania. Buotinu je izradio Edwin Laurentine Drake[3]

roen 1819. godine u Greenvilleu, drava New York. Bio je eljezniki slubenik, bezikakve kole, no stjecajem okolnosti na ribarenju upoznaje jednog od akcionara petrolejskekompanije Pennsyil vania Rock Oil Company

[4].Kako i sam postaje jednim od akcionara,

dobiva zadatak otii u grad Titusville, gdje se predstavlja kao pukovnik da biizazvao veepotovanje, pa je tako je i u povijest uao kao Pukovnik Drake. U Titusvilleu seupoznaje s doktoromBreweromkoji ga potie na razmiljanje o mogunosti pridobivanjaveih koliina nafte kopanjem dubljih bunara pomou eljeznih cijevi. Na sjedniciakcionarskog drutva dolazi do svae, jer ostali akcionari ne prihvaaju njegov nain

vaenja nafte, no ipak dobiva u zakup zemljite u Titusvilleu. Za uzvrat on e kompanijiustupiti osminu izvuene nafte po odreenoj cijeni. Drakeova materijalna situacija seznatnopopravlja, poveava broj akcija i konano postaje generalni direktor drutva koje jenazvao Seucce Oil Co..

Kupujebuae postrojenje koje se inae rabilo za dobivanje soli, te zapoinje prvokopanje bunara na malenom otoiu Oil Creek,,Slika 1. milju udaljenom od Titusvillea.

Njegovi radnici nad buotinom postavljaju drveno postolje, s kojeg, uz pomo uetanamotanog na kolotur, bue zemlju ukopavajui gore-dolje cijev od lijevanog eljeza.Konstrukcija je visoka dvanaest i iroka etiri metra. Zemlju probija tek jedan metar nadan. Radovi su tekli polagano, a voda sve vie prodire u buotinu. Drake ipak nastavlja sradovima i kad glavni financijer odustane od daljih ulaganja.

Ujutro, 27. kolovoza 1859. godine Drake je uo povike Gospodine Drake sve je punonafte. Taj dan smatra se poetkom moderne proizvodnje nafte, jer na dubini oko 23 metraDrake je zamijetio svjetlucanje tamne tekuine u buotini.


4/42

Slika 1. Prva buotina za pridobivanje ugljikovodikau SAD-u, Titusville, Pennsylvania[5]

Uzeo je uzorak i analizom je potvreno da je to nafta. Tako je prvi put nafta naindustrijski nain pridobivena na povrinu i istodobno, prvi put pronaeni su podzemnislojevi nafte. Tako je Drake bez ikakva tehnikog znanjai naobrazbe, slaba zdravlja voensamo intuicijom, prvi u svijetu uveo eljezne cijevi u zemlju, kroz koje e n afta izlaziti na

povrinu i time postao pretei proizvoa nafte. Drake se naglo obogatio, ali je ubrzo ibankrotirao, naputa naftu i ubrzo u neuspjeloj financijskoj transakciji gubi veliki dionovca. Ipak, pri kraju ivota primao je malu penziju od drave Pensylvynije.

Umro je 1880. godine teko bolestan i siromaan, pa je pokopan u neobiljeenomgrobu. Ipak, kasnije mu je podignut nadgrobni spomenik blizu Titusvilla u Pennsylvaniji.

U Titusvilleu stoji veliki granitni spomenik na kome je urezana posveta Zahvalnost

Drakeu od Nacije, dok je u tamonjem muzeju izloena eljezna cijev s urezanimdatumom 27. kolovoza. 1859. godine.

Nova era u razvoju naftne industrije vezana je uz dogaaj koji je zauvijek izmijenionain na koji su ljudi tragali za naftom, a dogodio se 10. sijenja 1901. godine na poljuSpindletop u blizini mjesta Beaumonta u dravi Texas, gdje je hrvat Antony F. Lukas[6]otkrio najpoznatiji izvor nafte u povijesti amerike naftne industrije.Ta buotina izraena je rotacionim nainom, primjenom hidraulike rotirajue builice sneprekidnim ispiranjem, a nafta je pronaena na dubini od 1139 stopa (oko 340 metara).Buotina je proizvodila za to doba zapanjujuu koliinu nafte oko 90 000 barela na dan

odnosno 12 000 tona.


5/42

Antun Lui (captain Lukas), roen je u Splitu 1855. godine, kao sin brodograditeljaibrodovlasnika. Osnovnu kolu zavrava u Trstu, zatim u Grazu nastavlja kolovanje naPolitehnikom institutu i 1878. godine zavrava Vojnopomorsku akademiju u Rijeci, gdje

je stekao in porunika korvete austrougarske mornarice.1879. godine odlazi u Sjedinjene AmerikeDrrave i dobivi ameriko dravljanstvo 1885.godine, mijenja ime u Anthony, Francis Lukas.

Izmeu 1893. 1899. godine prihvaa mjesto u rudniku soli na podruju Luisiane iTeksasa, gdje traei kamenu sol na istranim buotinama nailazi na izvore sumpora inafte.Tijekom 1899. godine javlja se na oglas geologa amatera Pattilla Higinsa u svezi s

buenjem u Beaumontu.Na podruju Big Hilla, blizu Beaumonta u Texasu 1900. godine poinje istraivanja.

Do tada buai su se sluili tehnologijom udarnog buenja[7] i postrojenjima s uadima,

dok Lukas uvodi buaa postrojenja s rotacijskim stolom[8]

to je novi tip buae opremekoji revolucionira proces istraivanja nafte. Ta postrojenja bila su pogodnija za buenjemekih formacija poput solnih naslaga, solnih doma

[9]i okova[9]. Za ispiranje krhotina iz

kanala buotine primijenio je glinenu isplaku. Temeljem svojih dotadanjih geolokihsaznanja i zapaanja postavlja teoriju o mogunosti akumulacija nafte nad solnimdomama, te svladavanjem tekoa izazvanih ivim pijeskom (otkrio je nain kako gazaustaviti), pronaao je naftu na dubini od 1139 stopa (oko 380 m).

10. sijenja 1901. godine. Lukasovi napori urodili su spektakularnim plodom, naftaje suknula iz buotine, razorila Lukasov toranj i nije se mogla zaustaviti deset dana.

Procijenjeno je, da je iz sloja izbaeno vie nafte od tadanje sveukupne proizvodnje nafteu svijetu. Nakon tog spektakularnog otkria u Spindletopu slijedi jo itav niz otkriadiljem Texasa i Meksika. Time je i zapoela nova era pronalaenja nafte rotacijskimsustavima. Kako je bio vrlo cijenjen strunjak u amerikim poslovnim krugovima, karijerunastavlja kao savjetnik u Rusiji, Rumunjskoj i SAD. Lukas je prvi sustavno pratio buenjei ostavio opis buenih stijena, prvi je uporabio opremu za svladavanje erupcija na uu

buotine, dao ocjenu uzroka brzog iscrpljivanja leita i zalagao se za njihovo ekonominoiskoritavanje.Bio je jedan od osnivaa i prvi predsjednik amerike udruge naftnorudarskih inenjera,

pod imenom The Society of Petroleum Engineers[10],a takoer bio je i lan AmericanInstitute of Mining and Metallurgical Engineers[11].

Umro je u svome domu u Washindtonu D.C. 2. rujna 1921. godine i pokopan je na

groblju Rock Creek. Od 1936. godine Ameriki institut za rudarstvo i metalurgijudodjeljuje The Anthony F.Lukas Gold Medal- medalju s Lukasovim likom za izuzetnaznanstvena dostignua u naftnom rudarstvu.U Beaumontu postavljena je ploa na kojoj

pie: U deset sati i trideset minuta ujutro, 10.sijenja 1901. godine, u Spindeltopu iknuo jemlaz Anthony Lukasa, prvi veliki izvor naftena svijetu.....


6/42

Prvi zapis o pojavama nafte u naim krajevima potjee iz 16. stoljea. U podruju Meimurja, kod mjesta Selnica, poznati su tragovi nafte ve 1798. Godine.Poeci naftnog rudarstva u Hrvatskoj seu u sredinu 19 stoljea, kada je nafta runo

vaena iz okana i bunara u Meimurju i Moslavini.Prva buenja izvoena su od 1884. do 1885. godine na podruju Peklenice u Meimurju,izraene su tri buotine, gdje je iz pliih buotina dobivan bitumen uporabljen kao mazivo,a iz najdublje od 350 metara i nafta. Radove je izvodio najpoznatiji istraiva u naim krajevima poduzetnik Wilhelm Singer iz Bea.U nedalekoj Selnici takoer su izraene etiri buotine dubine od 52, 231, 274 i 280metara.U razdoblju od 1901. do 1905. izraena je 31 buotina, dubine do 500 metara odkojih je samo est bilo negativno. Tako je na tzv. Singerovu polju[12]na podruju Selnice

proizvedeno 4000 tona nafte, to je bila prva industrijske proizvodnja nafte na naem tlu.

Prve podmorske buotine izvedene su tridesetih godina dvadesetog stoljea, sastalnih, nepokretnih platformi. Prva istraivanja podmorskih leita provedena su uKaspijskom moru, Meksikom zaljevu i uz obale Meksika, na jezeru Maracaibo uVenecueli. 1958. godine je donesena enevska konvencija o priobalnom podmorju.Danas se nafta i plin pridobivaju iz podmorskih leita s podruja Arktika, Sjevernogmora, iz epikontinentalnog pojasa June Amerike, Pacifika i Mediterana.


7/42

3. Buotina i njeni elementi

Buotina je specifina podzemna prostorija krunog poprenog presjeka, malog uodnosu na duinu proizvoljnog prostornog poloaja. U zavisnosti od namjene buotine semogu podijeliti na eksploatacijske, tehnike i istrane. Kod eksploatacije vrstihmineralnih sirovina eksploatacijske su minske buotine, namijenjene za smjetanjeeksploziva u cilju odvajanja dijela stijene. U sluaju eksploatacije vode, tekuih i

plinovitih energenata, kao i kod specijalnih postupaka eksploatacije mineralnih sirovina,

eksploatacijske su one buotine kroz koje se ta eksploatacija vri. Tehnike buotine suveoma zastupljene u suvremenom rudarstvu, uglavnom kod podzemnog otkopavanja. Ove

buotine mogu sluiti za odvodnjavanje, provjetravanje, transport, kontrolu procesa itd.Istrane buotine se izrauju sa ciljem istraivanja nalazitamineralnih sirovina.Istrana

buotina je najee slijepa podzemna prostorija sa ulazom buotine na povrini ili u nekojdrugoj podzemnoj prostoriji iz koje se bui, i dnom buotine u stijeni. Ova specifina

podzemna prostorija je osim dna ograniena i cilindrinim zidom. Buotina je prostornopotpuno definirana koordinatama sredita ulaza, dna i presjekom (slika 2). Na osnovukoordinata poetka i kraja buotine lako se mogu izraunatisvi ostali elementi kao to suazimut ravninebuenja, upadni kut i duina buotine (slika 3).

Slika 2. Presjek buotine

Kut pada ( )-predstavlja kut izmeu osi buotine i horizontalne ravnine, Zenitni kut ( )- kut izmeu vertikalne ravnine i osi buenja Azimutni kut ( )- horizontalni kut izmeu projektiranog pravca buenja i pravca

sjevera


8/42

Slika 3. Orijentacija buotine u prosotru

Istrane buotine koje se bue sa povrine najee se projektiraju kao vertikalne tese ne moe govoriti o azimutu ravninebuenja, a upadni kutbuenja je 90. Iz podzemnih

prostorija buotine se bue u svim pravcima. Upadni kut buenja uzima vrijednosti od0-90 i ima pozitivan predznak kada se bui na dole i negativan kada se bui na

gore. Horizontalne buotine imaju upadni kut buenja 0. Pravac buenja je vertikalnaravnina kojoj pripada projektirana trasa buotine. Azimut ravninebuenja je kut kojizaklapa pravac buenja, gledano od ulaza prema dnu buotine, sa pravcem sjevera usmjeru kazaljke na satu. Os buotine je zamiljena linija koja spaja sredita svih poprenih

presjeka. Tokom buenja uvijek dolazi do izvjesnog odstupanja od projektirane trasebuenja pa je stvarnaos prostorna polu-linija sastavljena od pravih i krivih segmenata[13].

Duine istranih buotina se kreu od nekoliko metara do nekoliko tisuametara.Izuzetno za potrebe fundamentalnih geolokih istraivanja zemljine kore bue se veomaduboke buotine i preko 13000 metara. Prema duini istrane buotine se svrstavaju u tri

kategorije: kratke (plitke) do 500 metara, srednje duine (dubine) do 1000 metara i duge (duboke) preko 1000 metara.

Presjek buenja zavisi od metode i planirane dubine i kree se od nekoliko desetinamilimetara do nekoliko stotina milimetara. Posljednjih godina projektiraju se i izvode

usmjerene buotine iji pravac nije prava linija kao i sloene viekanalne buotine. Uovom sluaju kompletna buotina se dijeli na jednostavne segmente, prave dionice i

krivine. Potrebno je odrediti koordinate poetka i kraja svakog segmenta. Kod krunihdionica neophodno je odrediti i radijus krivine kao i obuhvatni kut[13].


9/42

3.1. Konstrukcija buotine( kopno )

U tijeku procesa izrade buotine uvijek dolazi do situacije kada poinje prijetiti

mogunost ruenja stijenki kanala buotine. Opasnost od ruenja poveava se usporedno spoveanjem duljine kanala, poveanjem kuta nagiba buotine, smanjenjemkonsolidiranosti stijena koje tvore stijenke kanala i vremenom njihove raskrivenosti.

Postoje i drugi initelji koji mogu poveati rizik ruenjastijenki buotine, kao to su,primjerice: prisutnost podzemne vode u slojevima sklonim ruenju, veliki nagibprobuenih slojeva koji su skloni klizanju (puzanju), prodor isplanog filtrata u spomenutezone, mehaniko ruenjestijenki pri primjeni neadekvatnih tehniko-tehnolokih

parametara i sl. Poto je u gornjim (pliim) slojevima Zemljine kore svojstvenanekonsolidiranost, odnosno slaba povezanost stijena, opasnost od ruenjaje u

pravilu najvea u poetku buenja, odnosno u gornjoj dionici kanala buotine.Posljedice ruenjastijenki kanalabuotine mogu biti vrlo ozbiljne naravi. Priruenju stijenki odronjena stjenska masapopunjava prstenasti prostor izmeu

buaih alatki i stijenki buotine. To uzrokuje poveanje momenta otpora pri rotacijialatkii optereenja cijelog pogonskog i transmisijskog sustava buaeg postrojenja. U takvojsituaciji mogue je da doe do pojave napuknua, pucanja, pa ak i loma alatki. Pravilnim

postupanjem, adekvatnim ispiranjem i opreznim manipuliranjem alatkama, takav se

problem moe relativno lako rijeiti. U teem sluaju, kada razruena stjenska masa tolikozapuni prstenasti prostor da onemogui rotaciju alatki, pa ak i njihovo vertikalno

pomicanje , izvlaenje ili sputanje , dolazi do tzv. prihvata buaih alatki. Prihvat alatki,kao jedna od havarija koje mogu nastati u buotini, moe se rjeavati na razliite naine.Meutim, u sluaju kada se nijednom od metoda rjeavanja prihvata alatki ne uspijeosloboditi alatke, dolazi do najtee situacije. U takvom sluaju neophodno je odrediti dubinu prihvata alatki, a zatim buae alatke neposredno iznad mjesta prihvata odvrnuti, odrezati ili "otpucati" odnosno "torpedirati" uz pomo eksploziva. To omoguava izvlaenje slobodnog dijela kolone buaih alatki. Preostale, tzv. izgubljene alatke treba ili

pokuati izvaditi nakon tzv. obuivanja ili zaobii izradom skrenute dionice i izradomparalelnog kanala buotine. U pojedinim sluajevima, kada su tehniki zahvati zarjeavanje prihvata vrlo sloeni i skupi, takvu se buotinu naputa, tj. likvidira. Postoje, meutim, tehniko-tehnoloke metode kojima se moe na vrijeme sprijeitiruenje stjenki buotine te na taj nain sprijeiti i sve posljedice koje iz toga mogu

proizai. Osnovni nain zatite stijenki je ugradnja u buotinu niztankostijenih elinihcijevi velikog promjera koji se zove kolona zatitnih cijevi, Slika 4. ili niz zatitnih cijeviili zatitna kolona. Prihvaen je i naziv oblone cijevi, a prema engleskom, danas se sveee prihvaa i naziv casing. Zatitne cijevi se tijekom operacije ugradnje tj. tijekomsamog sputanja u buotinu menusobno povezuju navrtanjem i/ili zavarivanjem. Zatitnecijevi odrenene debljine stijenki sputaju se do odrenene dubine u izbuenu dionicu, priemu je njihov vanjski promjer izraunat (odabran) na takav nain da postoji zazor izmeukolone i stijenki buotine. Za nesmetano i pouzdano sputanje zatitne kolone u buotinute njenu pravilnu cementaciju, u niz zatitnih cijevi ugrauje se dodatna oprema.


10/42

Slika 4. Kolona zatitnih cijevi[14]

Opremanje zatitne kolone ovisi o odabranoj metodi cementacije. Nakon sputanjazatitne kolone u buotinu ona se cementira. Zadatak cementacije je da se prstenasti

prostor iza zatitnih cijevi ispuni cementnom kaom, koja se nakon izvjesnog vremenastvrdnjavanja pretvara u cementni kamen. Ugradnjom zatitne kolone sprjeava se ruenjestjenki, ali njihov je zadatak i da u potpunosti hermetiziraju buotinu. To znai da im jesvrha i da sprijee hidrauliku komunikaciju izmeu buotine i pri-buotinske zone,komunikaciju izmeu ve probuenih slojeva i komunikaciju probuenih slojeva s

povrinom. Cementacija zatitne kolone moe se provesti na nekoliko naina. Osnovno jeda prije operacije cementacije bude provjerena hermetinost cijele kolone te da kolona nauubude ovjeena, tj. da ne dopire do dna. Utiskivanje cementne kae u prstenasti prostorobavlja se u naelu na dva naina: ili utiskivanjem kroz samu zatitnu kolonu iliutiskivanjem uz pomo niza buaih alatki. Ovisno o potrebi, cementna se kaa moe

utisnuti u kanal od dna do povrine ili samo do neke visine iznad dna. Shematski je toprikazano na Slici 5.


11/42

Slika 4. Osnovne sheme ugraivanja zatitnih kolona

- I + II shematski prikaz kolona ugraenih od dna do ua icementiranih do ua.- III shematski prikaz kolona ugraenih od dna do ua i cementiranih samodjelomice unutariprethodne kolone.

- IV + V shematski prikaz buotine s ugraenim jednim ili dva linera

Kada se tu kolonu zatitnih cijevi spusti u buotinu i nju treba cementirati.Cementacija te

kolone moe se obaviti utiskujui cementnu kau u prostor iza kolone sve do ua. Utakvoj situaciji, nakon zavretka ugradnje druge kolone, gornja dionica je sve do povrine odvojena od stijenki buotine s dva niza zatitnih cijevi i dva sloja cementnog kamena.Ovisno o projektnom zadatku, esto je predvineno da se sljedea kolona cementira samodo neke visine unutar ve prethodno ugranene kolone. Ugradnja te kolone provodi se naisti nain kao i ugradnjaprethodne kolone. Taj niz zatitnih cijevi se takoer vjea uvjealici (hangeru) na uu buotine, kako bi kolona prije cementacije bila u stanju

rastezanja (optereena na vlak) te se zatim na jedan od spomenutih naina cementira ubuotini. Svaka od ugraenih zatitnih kolona na gornjoj cijevi, koja viri iz ua, imanavarenu prirubnicu (flanu). Te prirubnice slue da se na njih, odnosno na ue buotinemogu pripajati protuerupcijski ureaji, cijevni dovodi i odvodi opremljeni ventilima,izljevna cijev ili neki drugi cijevni elementi potrebni za daljnje izvonenje radova pri

nastavku buenja. Svi nabrojani sklopovi i elementi, montirani su uz pomo vijaka nagornju prirubnicu zatitne kolone. Cjelokupna montirana oprema, zove se buotinskaglava.


12/42

Ukoliko, nakon ugradnje spomenutog niza zatitnih cijevi, jo uvijek nije dosegnuta konana projektirana dubina buotine, buenje se nastavlja. Naravno, za izradu sljedee dionice morat e se koristiti dlijeto iji je promjer manji od unutarnjeg promjera

prethodne, upravo ugraene kolone. Buenje te dionice obavlja se na isti nain kako je toopisano i za prethodnu dionicu. Isto vrijedi i za ugradnju svih sljedeih zatitnih kolona.

Niz zatitnih cijevi koji se prvi ugrauje pri samoj povrini, dakle ini dio uabuotine zove se USMJERIVAKA KOLONA[15], USMJERIVA [15] iliKONDUKTOR[15]. Ta kolona slui da se konsolidiraju gornji slojevi tla koji su rastresiti inestabilni te da se izbjegne pritjecanjepodpovrinskih voda u tek zapoetu buotinu. Za tu

je kolonu od izuzetne vanosti da bude ugraena strogo vertikalno. Iz tog zahtjeva, ustvarii proizlazi njen naziv. Dubina ugradnje usmjerivaa, ovisno o uvjetima iznosi oko 20-akmetara. Sljedea kolona koja se ugrauje do dubine reda veliine nekoliko stotina metarazove se UVODNA KOLONA[15]. Svaka zatitna kolona koja se ugrauje nakon uvodne

zovu se TEHNIKA KOLONA[15]

ili MEUKULONA[15]

. Ovisno o projektiranojkonanoj dubini buotine u buotinu se moe ugraditi jedna ili nekoliko tehnikih kolona.Posljednja kolona koja se ugranuje i koja uvijek dosee do projektirane toke (engl. targetarea) na zadanoj dubini, koja je dakle nabuila ili pribuila do sloj do kojeg se eljelodoprijeti, zove se PROIZVODNA KOLONA[15] ili EKSPLOATACIJSKA KOLONA[15].

U mnogim sluajevima, naroito ukoliko je buotina negativna, proizvodnu se kolonu neugrauje. U takvim se sluajevima buotinu naputa i pristupa njenoj likvidaciji. Svezatitne kolone mogu se ugraditi u buotinu tako da seu sve do ua. Proizvodna i najniatehnika kolona mogu se ugraditi tako da seu samo do odreene visine unutar prethodne

kolone. Kolona koja je ugraena od dna do prethodne kolone zove se IZGUBLJENAKOLONA[15] ili LINER[15]. Takva konstrukcija zahtijeva da se liner spusti u buotinu uzpomo drugih alatki,na primjer niza buaih ipki. Treba istaknuti da se praktiki nijedanod nizova kolona, ugranenih u buotinu ne sastoji od zatitnih cijevi jednakih debljinistijenki i izranenih od elika jednake kvalitete.

Iz tog razloga vrlo se esto koristi termin KOMBINIRANA ZATITNA KOLONA[15]. Zaodabir kombiniranog sastava cijevi koje tvore kolonu postoji niz razloga, prije svega

optereenja koja na nju djeluju privremeno ili trajno te ekonomsko-tehniki parametri.Projekt buotine, ustvari, predstavlja projekt konstrukcije buotine. KONSTRUKCIJABUOTINE[15], moe se definirati na dva naina. Prvenstveno, u uem smislu,konstrukcija buotine je skup geometrijskih i tehnikih parametara koji su zadani

projektom buotine. Dakle, konstrukciju buotine definiraju promjeri i duljine pojedinihdionica, kutovi nagiba i radijusi zakrivljenosti pojedinih dionica, promjeri i duljine

pojedinih ugranenih zatitnih kolona, cijevni kombinirani sastav svake pojedine kolone,visine do koje e se pojedine kolone cementirati, konana duljina i dubina buotine,

promjer ciljne povrine (engl. target area) itd.


13/42

Slika 5. Kopneno buae postrojenje

Pojam konstrukcije buotine moe se definirati i u irem smislu. Naime, podpojmom konstrukcija buotine, osim nabrojanih parametara, podrazumijevaju se i tehnikii tehnoloki parametri koje projekt predvia za izradu svake pojedine dionice u razliitim fazama. U tu skupinu ubrajaju se: geometrijski parametri (sastav) niza buaih alatki;

sastav, gustoa, viskoznost, dobava, tlak itd. isplanih fluida; broj okretaja i osno optereenje na dlijeto te ostali parametri buenja za svaku dionicu ili dijelove dionica. Mogunost to preciznijeg definiranja svakog od navedenih elemenata konstrukcije

buotine ovisi u velikoj mjeri o poznavanju svojstava stijena koje buotina treba probuiti.


14/42

3.2. Buenje

Buenjeje postupak izrade buotine. Od samog poetka pa sve do danas buenje jeisto mehaniki postupak. U novije vrijeme istrauju se drugi postupci razaranja stijene pri

buenju, na primjer primjenom ultrazvuka, plazme, topline itd. Meutim ovi postupci dodanas nemaju industrijsku primjenu i njihov znaaj je isto znanstveni. Mehanikipostupak buenja podrazumijeva fiziko razaranje stijene na dnu buotine. Na stijenu sedjeluje alatom koji se sastoji od ipke, dljeta (krune) za buenje. Krunom za buenje se nastijenu na dnu buotine nanosi optereenje vee od vrstoe stijene. Ovim se vridezintegracija komadia stijene iz prirodnog okruenja i formiranje prostorije cilindrinogoblika. Presjek ove cilindrine prostorije je isti kao, odnosno neto vei od presjeka buaekrune. U zavisnosti od toga kako se na stijenu na dnu buotine nanosi optereenjerazlikuju se slijedei postupci buenja:

Udarno, Rotaciono, Rotaciono-udarno, Udarno-rotaciono

Kod udarnog buenja, kruna za buenje (dljeto) nanosi veliki broj udara na dnobuotine. Posljedica ovog je razaranje stijene na mjestu udara. U povratnom hodu dljeto sezaokree za odreeni kuti sljedei put udara na drugo mjesto, gdje takoer vri razaranjestijene. Buenje, odnosno formiranje cilindrine prostorije postie se stalnom izmjenomovih dviju operacija. Kod rotacionog buenja buaa kruna je konstantno u kontaktu sastijenom koja se raspada. Krunom se na stijenu nanosi konstantna sila pritiska odreenareimom buenja. Kruna rotira i rezanjem razara stijenu sa kojom je u kontaktu. Kodrotaciono-udarnog buenja, za razliku od rotacionog, na krunu se u jednakim intervalimananose i udari ime se postie bolje prodiranje zuba krune za buenje u st ijenu. Kodudarno-rotacionog buenja kruna za buenje je u stalnom kontaktu sa st ijenom,dominantno je razaranje stijene izazvano udarima, uz stalnu rotaciju alata za buenje.

Udarno buenje se joprimjenjuje kod pneumatskih runih buaih ekia koji se koriste ueksploatacijskom buenju pri podzemnom otkopavanju. Kod istranog buenja, udarno

buenje se primjenjuje kod buenja sa uetom (pensilvanijska metoda). Ovaj nain buenjaje zastario i danas se praktino ne koristi. Zamijenjen je udarno-rotacionim buenjem iodgovarajuim strojevima i opremom. Kada je istrano buenje u pitanju danas se skoroiskljuivo koristi rotaciono buenje sa jezgrovanjem, zbog brojnih prednosti i obiljainformacija o leitima mineralnih sirovina i stjenskom masivu uope koje se njim mogu

pribaviti. Prilikom buenja odnosno dezintegracije stijene na dnu buotine pojavljuje seproblem iznoenja nabuenih estica stijene iz buotine.


15/42

Za to se koriste ispirni fluidi:

zrak, voda i vodeni rastvori gline poznati kao isplake.

Pored toga esto se pojavljuje problem ouvanja stabilnosti zida buotine koji se rjeavaugradnjom kolone zatitnih cijevi. Ne ulazei pri tom u specifinosti istranog buenja u

razliitim sredinama vena osnovu nabrojanog jasno je da je rijeo tehnologiji istranogbuenja.

3.3. Mehanike metode izrade buotine

Buotina se izrauje na takav nain da se razruava stijena koja se nalazi na dnu

otvora.Nakon to se razrui odreeni volumen stijene, produbljivanje buotine se ne bi moglonastaviti, jer bi alatka koja razruava stijenu mogla samo usitnjavati komadie koji su ve odcijepljeni od stijenske mase na dnu. Kako bi se buotina mogla produbljivati, tj. kako bi

buenje moglo napredovati neophodno je odstranjivati iz buotine komadie odcijepljenestijene tj. krhotine stijene.

Postoji cijeli niz metoda razruavanja stijene na dnu te, prema tome i cijeli niz metodaizrade buotine. Veina tih metoda je opisana u mnogim udbenicima, prirunicima, skriptama i knjigama. Takoer, dokazano je da je veina tih metoda s praktikog

stajalita, na razini dananjeg stupnja razvoja tehnike i tehnologije, praktiki neprimjenjiva

za izradu buotina, osobito to se tie tehnikih i ekonomskih pokazatelja. U posljednje vrijeme ine se ozbiljni pokuaji da se pronaemogunost ire primjenemetode buenja hidraulikim razruavanjem stijene (tzv.jet drilling)

Ta metoda je jo uvijek u eksperimentalnoj fazi, poto nije tehnikotehnoloko-ekonomski isplativa. Takoer, postoje metode za izradu relativno plitkih,manje-vie horizontalnih buotina, vibracijskim (perkusijskim) djelovanjem mehanikealatke za razruavanje stijene, ali su one, realno gledajui, neprimjenjive u naftnom rudarstvu.


16/42

Slika 6. Shematski prikaz mehanikih metoda buenja

U dananje se vrijeme za izradu buotina koriste mehanike metode. Mehanika metoda buenja sastoji se od dvije temeljne faze:

faza razruavanja stijene i faza ienja buotine .

Razruavanje stijene obavlja se uz pomo mehanike alatke dlijetakoja je uneposrednom kontaktu s razruavanom stijenom (stalno ili periodiki) i koja u stijeni izaziva naprezanja koja su vea od njene otpornosti (tvrdoe). To uzrokuje volumenskorazruavanje stijene i odcjepljivanje djelia stijene krhotina - odreenog obujma odcjeline stijenske mase na dnu buotine. Da bi se to postiglo, sila koja djeluje na dodirnu

povrinu radnog elementa alatke za razruavanje sa stijenom (tzv. kontaktni tlak) mora biti vea od lokalne vrstoe stijene (tvrdoe).Faza ienja buotine sastoji se od odstranjivanja krhotina s dna (prvenstveno !) injihovog iznoenja iz buotine. ienje buotine moe se obavljati periodiki ili kontinuirano.

Kontinuirano ienje buotine je proces koji se odvija istovremeno sprocesom razruavanja stijene. Pri koritenju periodikog ienja buotine procesbuenja se mora prekinuti kako bi se krhotine odstranile s dna i iz buotine. Prikontinuiranom ienju buotine odstranjivanje krhotina s dna i iz buotine obavlja se ispiranjem (kapljevinom) ili ispuhavanjem (zrakom) buotine. U tu svrhu ponekad se koriste i razliite vrste pjena. U sluaju koritenja kontinuiranog ienja dna i kanala

buotine buae alatke moraju biti cijevnog oblika, kako bi se ostvario optok (cirkulacija)ispirnog fluidaisplakes povrine do dna i natrag.

U dananje se vrijeme koriste dvije skupine mehanikih metoda buenja. To su udarne (perkusione) metode te rotacijske metode. Ponekad se koriste i perkusiono-rotacijske

metode, ali vrlo rijetko u naftnom rudarstvu.


17/42

3.4. Razruavanje stijena

Razruavanjestijene je proces savladavanja sila kohezije i, u mnogo manjoj mjeri,unutarnjeg trenja stijene. Pokazatelji efikasnosti neke metode razruavanja stijena su:

a. obujam (razmjer) razruenjab. koliina energije utroene za proces razruenja tog obujma.

Razmjer, odnosno intenzitet razruenja ocjenjuje se volumenom razruene stijene (ilivolumenom otiska,, kratera - kod lokalnog razruenja pri jednokratnom djelovanju alatkena stijenu).

Koliina energije definira se kao utroak energije potreban za procesdezintegracije odreenog volumena stijene.

1. Naini razruavanja stijenaKod mehanikih naina razruavanja stijena osnovni dio energije troi se na:

utiskivanje (udubljivanje, penetriranje) radnog elementa alatke za razruavanje ustijenu, pri emu se savladava trenje,

deformaciju stijene podvrgnute kontaktnom tlaku radnog elementa alatke, deformaciju radnog elementa alatke (elastinu i plastinu), savladavanje samog otpora stijene, tj. savladavanje lokalne vrstoe (razruavanje

kao takvo).

Pri utiskivanju radnog elementa alatke (otrice) u stijenu na dodirnu povrinu stijene djeluje dodirni tlak pd . Dodirni tlak predstavlja odnos okomite sile PN kojom radni

element djeluje na stijenu i dodirne povrine Ad radnog elementa i stijene. Okomita(normalna) silaje dio osnog optereenja na dlijeto Pdlkoji pripada na jedan radni element.

Slika 7. Faze razruavanja stijene-nastajanje kratera


18/42

Djelovanje dodirnog tlaka izaziva unutar stijene lokalno tlano naprezanje tliodgovarajua tangencijalna naprezanja. Plohe jednakih naprezanja u stijeni prikazanesu na Slici 7.Ovisno o vrijednosti kontaktnog (dodirnog) tlaka (tj. izazvanom naprezanju u stijeni) i

tvrdoi stijene, razruavanje se moe odvijati natri osnovna naina:

1.a. Volumensko razruavanje odvija se u uvjetima kada je sila koja djeluje na radnielement toliko velika da je dodirni tlak vei od lokalne vrstoe (tvrdoe) stijene:

pd> tl

odnosno:

Gdje je: Pn sila koja djeluje na radni element [N]

Ad dodirna povrina na koju djeluje radni element [tlana vrstoa stijene [Pa]

U ovakvom sluaju proces razruavanja zahvaa znatno podruje stijene te u njoj nastajekrater odrenenog volumena. Kao posljedica prodora radnog elementa, stijena se

razruava do izvjesne dubine h. Ta e dubina imati konstantnu vrijednost pri svakomdjelovanju radnog elementa na stijenu, pod uvjetom da je dodirni tlak konstantan i da se

tvrdoa stijene ne mijenja. Ovaj je nain razruavanja stijene najuinkovitiji.

1.b. Razruavanje zamorom materijala odvija se u sluaju kada dodirni tlak izaziva u stijeni neto manje unutarnje naprezanje od tvrdoe stijene:

pd tl .

U takvom sluaju ne moe doi do volumenskog razruavanja stijene nakon jednokratnogdjelovanja otrice na nju. Menutim, kod njenog viekratnog djelovanja na dodirnu

povrinu doi e do volumenskog razruavanja odrenenog intenziteta. Sutina tog nainarazruavanja je u tome to pod djelovanjem dodirnog tlaka, koji je manji od tvrdoe

stijene, dolazi pri svakom uzastopnom djelovanju do promjena u strukturi kristalne reetke stijenedolazi do stvaranja mikropukotina. Jedan dio tih pukotina ostaje raskriven inakon prestanka djelovanja optereenja. Time se, postepeno, uzastopnim djelovanjem optereenja, smanjuje tvrdoa stijene. Kada se tvrdoa stijene smanji ispod kritine vrijednosti (koja odgovara vrijednosti dodirnog tlaka) dolazi do pojave volumenskog

razruavanja, jer u tom trenutku je zadovoljen uvjet da je dodirni tlak vei od lokalnetlane vrstoe. Iz tog razloga ovaj nain razruavanja moe se nazvati i volumenskorazruavanje zamorom. Granica zamaranja stijene mnogo je manja od njene tvrdoe i pritlanom djelovanju radnog elementa ima vrijednost oko 4-5% tvrdoe. Valja napomenuti

da je broj ciklusa optereenja potreban da se razrui odreneni volumen stijene manji kodelastino-krhkih, nego kod elastino-plastinih ili plastinih stijena. Efikasnostrazruavanja stijena zamorom mnogo je manja nego u sluaju volumenskog nainarazruavanja.


19/42

1.c. Povrinsko razruavanje stijena odvija se u situaciji kada je dodirni tlak na stijenu izuzetno malen u usporedbi s tvrdoom stijene:

pd


20/42

4. Buae postrojenje(kopno)

Buae postrojenje sastoji se od nekoliko zasebnih, ali meusobno zavisnih mehanikih, elektrikih, hidraulikih, pneumatskih, elektronskih i kombiniranih sklopova,

mehanizama, ureaja, agregata i sustava. Proces buenja predstavlja niz zasebnih ili ponavljajuih operacija, postupaka ili zahvata koji se obavljaju u odreenom redoslijedu.Ne ulazei u razmatranje detalja mnogobrojnih specijalnih operacija i zahvata koji se izrazliitih razloga obavljaju tijekom procesa buenja, cilj koritenja buaeg postrojenja je izrada buotine u skladu s projektom, dakle prvenstveno buenje iugradnja zatitnekolone. Osnovna shema buaeg postrojenja, Slika 8. moe se, u naelu,prikazati na dvanaina. Jedan od naina je razmatranje buaeg postrojenja s obzirom na nadzemne i

podzemne

sklopove, tj. s obzirom na strukturu opreme.

Slika 8. Osnovno shematski prikaz buaeg postrojenja

Drugi prikaz temelji se na funkcionalnoj shemi i povezanosti pojedinih sklopova. ObadvijeSheme daju osnovni pregled sklopova i njihove povezanosti. Ciklus izrade buotine sastojise od vie radova:


21/42

1. izbor koordinata ua buotine, tj. odabir mjesta postavljanja buaeg postrojenja, na temelju geolokih pokazatelja,

2. graevinski radovi za pripremu mjesta postavljanja buaeg postrojenja, 3. transport opreme i montaa cjelokupnog postrojenja na pripremljenom mjestu,

4. buenje (izrada kanala buotine) razruavanjem stijene i iznoenjem krhotina iz buotine na povrinu uz pomo ispiranja ili ispuhavanja,

5. priprema, kemijska obrada i proiavanje isplake, ovisno o njenom agregatnomstanju (kapljevina, pjena, plin),

6. sputanje i produljivanje niza buaih alatki pri produbljivanju buotine te izvlaenje alatki u svrhu zamjene dlijeta (ili dodavanja ili zamjene neke druge alatke),

7. obavljanje geofizikih mjerenja,8. ugradnja, tj. sputanje i cementiranje zatitne kolone,9. obavljanje specijalnih radova, ukoliko se to zahtijeva u projektu ili u sluaju

havarija,10. iskuavanje proizvodnih slojeva i osvajanje buotine,11. demontaa i odvoz buaeg postrojenja.

Slika 9. Funkcionalna shema i povezanost pojedinih sklopova buaeg postrojenja


22/42

Drugi prikaz temelji se na funkcionalnoj shemi i povezanosti pojedinih sklopova. Ciklus

izrade buotine sastoji se od vie radova:

12. izbor koordinata ua buotine, tj. odabir mjesta postavljanja buaeg postrojenja, na temelju geolokih pokazatelja,

13. granevinski radovi za pripremu mjesta postavljanja buaeg postrojenja, 14. transport opreme i montaa cjelokupnog postrojenja na pripremljenom mjestu, 15. buenje (izrada kanala buotine) razruavanjem stijene i iznoenjem krhotina iz

buotine na povrinu uz pomo ispiranja ili ispuhavanja,16. priprema, kemijska obrada i proiavanje isplake, ovisno o njenom agregatnom

stanju (kapljevina, pjena, plin),

17. sputanje i produljivanje niza buaih alatki pri produbljivanju buotine te izvlaenje alatki u svrhu zamjene dlijeta (ili dodavanja ili zamjene neke druge alatke),

18. obavljanje geofizikih mjerenja,

19. ugradnja, tj. sputanje i cementiranjezatitne kolone,20. obavljanje specijalnih radova, ukoliko se to zahtijeva u projektu ili u sluaju havarija,

21. iskuavanje proizvodnih slojeva i osvajanje buotine,22. demontaa i odvoz buaeg postrojenja.


23/42

Slika 10. Detaljan shematski prikaz kopnenog buaeg postrojenja

1toranj , 1.akruna tornja, 1.bpodite tornjaa, 1.cpodite tornja, 1.dpodnoje pogonskog sklopa, 1.epodnoje isplanepumpe, 2 i 3podnoje tornja, 4vrtai stol, 5.aprotuerupcijski ventil, radna ipka, kupola, 5.b niz buaih ipki, 5.cniz tekih ipki, 6 buae ue, 7sidro buaeg ueta, 8 spremnici za isplaku, 9visokotlani isplani cjevovod, 10 gibljiva cijev, 11izljev isplake, 12ureaji za

proiavanje isplake, 13 sustav prijenosa snage, 14sklop za runo zatvaranjepreventera


24/42

5. Postrojenja za istraivanje i eksploataciju podvodnihleita ugljikovodika

Prve podmorske buotine izvedene su tridesetih godina dvadesetog stoljea, sa

stalnih,nepokretnih platformi. Prva istraivanja podmorskih leita provedena su u Kaspijskommoru, Meksikom zaljevu i uz obale Meksika, na jezeru Maracaibo u Venecueli.1958. godine je donesena enevska konvencija o priobalnom podmorju.

Danas se nafta i plin pridobivaju iz podmorskih leita s podruja Arktika, Sjevernogmora, iz epikontinentalnog pojasa June Amerike, Pacifika i Mediterana.

Za istraivanje i eksploataciju podvodnih leita ugljikovodika, a prema dubinama mora rabe se razliite platforme i brodovi. Prema nainu uvrenja platformi nalokaciji za buenje razlikuju se etiri osnovna tipa:

plutajuaplatforma (eng. floating oil platform),slika 6. poduprta platforma (eng. jack-up platform),slika 7. poluuronjena splav (eng. semisubmersible platfom), slika 8. i postrojenje za buenje montirano na brodove (eng. drillship), slika 9.

Slika 6. Shematski prikaz plutajue platforme


25/42

Slika 7. Poduprta platforma, sjeverno more

Slika 8. Polu uronjena platforma


26/42

Slika 9. Brod za duboko buenje

Za plia mora najpogodnije su uronj ive splavi, koje se pojavljuju kao prvi tipovipostrojenja koja su se mogla rabiti za izradu buotina ispod razine mora i prevoziti sjedne lokacije buotine na drugu.Poduprte platf orme su elino reetkaste konstrukcije, ponekad su to konstrukcije odarmiranog betona s elinim potpalubljem. Njima se izvodi buenje pod vodamadubokim do 200 metara. a sastoje se od tri glavna dijela i to: trupa platforme, sustava

za podizanje isputanje i postrojenja i opreme za buenje.

To su tegljenice, obino s tri noge koje se mogu podizati i sputati, i na kojima semoe ponton platforme podizati na poziciju buenja. Pri tegljenju su noge uzdignute,a na lokaciji se sputaju i zarivaju u dno mora.. Zatim se ponton platforme na nogama

podie u radni poloaj, u kojemu razmak izmenu njegovog dna i povrine mora trebabiti neto vei od najvee oekivane visine valova. Sve platforme opskrbljene su svimpotrebnim postrojenjima te prostorima za rad i odmor posade.

Za buenja pod dubljim vodama do 600 metara rabe se poluuronjeneplutajueplatforme, montirane na balastnim spremnicima koji uz to imaju i vanu funkciju

stabilizacije tih objekata na valovima i vjetru. Te se platforme odravaju iznad buotina sidrima i dinamikim pozicioniranjem pomou ureaja satelitske navigacije.Za buenja pod jo dubljim vodama do 3000 metara rabe se brodovi platforme.

Brodovi s buaim postrojenjima javljaju se prvi puta 1955. godine.


27/42

Buee postrojenje montirano je na sredini broda, iznad specijalnog otvoraizraenog u tu svrhu. Suvremene konstrukcije predviaju uporabu snage broda u svrhu

pozicioniranja i vlastitog pokretanja, pa je tako opremljen objekt siguran i mobilan.

Openito s dubinom mora poveavaju se tehnike potekoe i trokovi eksploatacijeugljikovodika. Najvaniji kriteriji za projektiranje platformi su: dubina mora, te uvjeti

okolia(vjetar, valovi, klima, morske struje, geomehanika svojstva morskog dna), zatimpokretnost, gibanje za plutajue platforme i brodove za buenje,zahtjevi sigurnosti(vrstoa, stabilnost, protupoarna i protueksplozijska zatita, te zatita okolia),konstrukcijski kriteriji odreeni nacionalnim i internacionalnim propisima, te teretkoji nosi platforma, broj posade, poloaj buotinske glave i sklopa preventera (iznad

povrine mora ili na dnu mora).Najkrupniji tehniki problem je zatita platformi od korozije, jer ona smanjujevrstou i vijek njenog trajanja. Na svakoj platformi postoji pet korozijskih zona:

zona izloena atmosferskim utjecajima, prskanju morske pjene i valova, zonaplavljenaplimom i zona dna.

Za zatitu stalno uronjene zone i zone dnaprimjenjuje se aktivna katodna zatita sistosmjernom strujom ilipasivna katodna zatita s ugraenim elektrodama. za ostalezone se primjenjuje konvencionalna brodska antikorozijska zatitapremazivanjem.

Nepotopivostplatforme osigurava se na isti nain kao i nepotopivost trgovakihbrodova, tj. podjelom trupa platforme na nepropusne odjeljke. Osobito je vaanraspored nepropusnih pregrada u okomitim stupovima poluuronjenih platformi.

Stabilizacijski stupovi izloeni su mehanikim oteenjima, pa zato moraju imatiokomite i vodoravne nepropusne pregrade. Usto se odreneni broj odjeljaka ispunjava

lakim sintetskim poroznim matrijalima male naplavljivosti, pa odjeljci djeluju kaouzgonski spremnici.


28/42

6. Alatke za buenje tla

Niz buaih alatki, Slika 11. slui za izradu kanala buotine i njegovo ispiranje.Ovisno o odabranoj tehnologiji buenja, osnovni elementi mogu biti niz buaih ipki, niztekih buaih ipki i niz tekih ipki, prijelazni komadi i dlijeto. Buae alatke(prvenstveno buae ipke)mogu se izraivati od razliitih materijala. Primjerice, buaeipke izrauju se u veini sluajeva od elika, ali se sve ee koriste i buae ipkeizraene od aluminijskih legura, titanovih legura i , u najnovije vrijeme, od kompozitnihmaterijala. Pored osnovnih, u sastavu niza buaih alatki mogu biti i uronjeni motori,mjerne alatke i razliite druge cijevne alatke. Buaa dlijeta su najvaniji element niza

buaih alatki, jer o njihovojefikasnosti (mehanikoj brzini koju mogu ostvariti) i trajnosti

ovise svi tehnoloko-ekonomski parametri buenja. To se prvenstveno odnosi na brojoperacija sputanja i izvlaenja alatki, to neposredno utjee na vrijeme potrebno zazamjenu dlijeta i skrauje vrijeme istog buenja. U dananje vrijeme koriste se dlijetarazliitih konstrukcija s obzirom na mehanizam razruavanja stijene, hidrauliki sustavdlijeta i tvrdou stijena koju dlijeto mora razruiti. Dlijeta se mogu svrstati u sljedeeskupine

[16]:

Slika 11. Niz buaih alatki


29/42


30/42

rvanjska dlijeta (eng.Roller cone bit)jo uvjek je najee upotrebljavana dlijetai upotrebljava se diljem svijeta. Ruenje stijena ostvaruje se rotirajuim stoastimdiskovima na kojima se nalaze fiksni elini zubi, slika 13., a postoji i izvedba kod kojesu zubi wolfram karbida umetnuti u diskove, slika 14. Rotirajui diskovi na dnu buotineuzrokuju ruenje stijene i to pretenogrebanjem i otkidanjem

Slika 13. rvanjska dlijeta sa fiksnim Slika 14. rvanjska dlijeta sa umetnutimelinim zubima [18] zubima wolfram karbida[18]

Howard R. Hughes 1909. g. je prvi koji je konstruirao ovaj tip dlijete i time ostvario

veliki napredak u rotacionom buenju to je proirilo podruje uporabe i na tvreformacije stjena. Prva izvedba sastojala se od dva rotirajua stoasta diska koja su se estoznala zaglavit obzirom da zubi nisu bili mreasto postavljeni. Ovaj problem rijeen je tek1930. kadaje predstavljena buea dlijetasa tri rotirajua diska sa mreasto postavljenimzubima, a takav dizajn prisutan je i danas. Stoasti diskovi postavljeni su na osovini kojaviri iz glave dlijete, a leajevi omoguavaju da se svaki disk rotira oko svoje osi dok se

buea motka rotira. Upotreba dlijete sa tri diska omoguava ravnomjernu raspodjelumase, ujednaenu veliinu odvojenih estica stjena te omoguava buenje rupa tonihdimenzija za razliku od dlijeta sa dva diska. Glavne prednosti upotrebe ove vrste dlijete su:

bolje ienje odlomljene stijene upotrebom mlaznica na glavi svrdla, buenje tvrih formacija stijena zahvaljujui umetnutim zubima wolfram karbida, vea trajnost alata obzirom da se zubi mogu izmjenjivati, nii trokovi odravanja


31/42

Dijamantna dlijeta, slika 15.Upotreba dijamanta kao materijala za rezanje poznata

je niz godina, a razlikuju se tip dijamanta i nain nakoji je dijamant ugraen u reznu glavu(dlijetu). Dijamant koji je umetnut u reznu glavu moe biti prirodan ili sintetiki te se potome i svrdla razlikuju. Obzirom da je tvrdoa i vrstoa dijamanta visoka, logino je da seupotrebljava kao rezni materijal. Meutim, potrebno je naglasiti da dijamant nije najvratvar u prirodi. Ta injenica opovrgnuta je 2009. g. kad su pronaene ak tri vrste vrihtvari. Jedna od njih je smjesa minerala wurtzita i boron-nitrida (BN), a druga je lonsdaleit,

znan kao esterokutni dijamant. Primat u ovoj kategoriji preuzeo je na kraju kristalnikubini boron-nitrid, no sve tri supstance su vrlo rijetke u prirodi.Dijamantna dlijeta je u biti vrsta lopataste dlijete obzirom da nema pokretnih dijelova, a

glava dlijete je fiksno vezana za ostatak motke te funkcioniraju kao cjelina.

Slika 15. Dijamantna dlijeta[18]

Glavni mehanizam ruenja stjijene vri se struganjem (grabanjem). Dijamant jeumetnut u matricu koja je fiksirana za elino tijelo svrdla . Unato visokoj otpornosti natroenje, dijamantna dlijeta osjetljiva je na vibracije i na udarna optereenja te se

preporua paljivo rukovanje.Glavni nedostatak ovog tipa dlijete je njegova cijena koja jeponekad i 10 puta vea od dlijete jednakih dimenzija. Isto tako ne postoji nikakvagarancija da e se uporabom ovog tipa dlijetepoveati brzina prodiranja ROP (eng. Rateof pennetration).Meutim, ovaj tip dlijete itekako su isplativa i efikasna u trenucima kad

se zahtijeva da jedna dlijeta izdri 200-300 radnih sati prije izmjene ili reparacije, aobzirom da ovaj tip dlijete nema pokretnih dijelova, vijek trajanja je dui za razliku odrvanjskih dlijeta.PDC dlijeta, slika 16. ( eng.polycrystalline diamond compact ) je nova vrsta dlijete za

buenje stijena, a prednosti i nedostaci jednaki su kao i kod dlijeta sa umetnutim prirodnimdijamantima. Mali diskovi izraeni od sintetikog dijamanta postavljaju se na reznu glavusvrdla ime se spreava grebanje rezne povrine. Ti mali diskovi mogu se proizvesti u bilokojoj veliini i obliku i nisu toliko osjetljivi na vibracije i udarna optereenja kao prirodnidijamant.


32/42

PDC dlijete uspjeno se primjenjuju u svim dijelovima svijeta i posebnu su efikasnakada se zahtijeva dugotrajan rad te kada se trai vea brzina prodiranja ROP(eng.Rate of pennetration). Osim PDC dlijeta postoje jo i TSP dlijete (eng. Thermally

stable polycristallyne ), ovaj tip umjetnog dijamanta proizvodi se na slian nain kao PDCali su mu tolerancije na visoke temperature znatno vee

Slika 16. Rezna glava sa umetnutim PDC diskovima[18]


33/42

6.2. Buae ipke

Niz buaih alatki sainjavaju obino buae ipke i teke ipke. Teke ipke su

cijevi vrlo velike debljine stijenki. Duljina pojedine cijevi ovisi o klasi prema APIodredbama, ali su najee duljine 9,14 m (30ft).Na svakoj strani cijevi izraen je navojnispoj. Strana cijevi na kojoj je navoj izraen iznutra zove se enskim dijelom spojnice, astrana cijevi na kojoj je izraen vanjski navoj zove se muki dio spojnice. Primeusobnom spajanju cijevi muki navojni spoj postavlja se unutar enskog i navreklijetima, potrebnim momentom dotezanja. Dijelovi cijevi s izraenim navojnimspojevima zovu se spojnice, a obino se izrauju odvojeno od tijela cijevi i nakon toga nanjega zavaruju. Teke ipke su takoer eline cijevi, ali s puno debljim stijenkama.Primjenjuju se u donjem dijelu niza za ostvarivanje optereenja na dlijeto. I one su

najee duljine 9,14 m (30 ft), a navojni spojevi izrauju se kod njih na tijelu same cijevi,slika 17.

Slika 17. Buae ipke

Zatitne kolone izrauju se od elika razliite otpornosti sgranicom teenja od 320do 950 MPa. Vanjski promjeri su od 114 do 508 mm. Zatitna kolona podvrgnuta jedjelovanju vanjskog i unutarnjeg tlaka i vlanim naprezanjima razliitog intenziteta. Iz tograzloga u jednom nizu koriste se cijevi razliitih debljina stijenki i razliitih kvalitetaelika. Cijevi se meusobno najee spajaju uz pomo navojnih spojnica, a ponekad ielektrozavarivanjem. Najvea teina zatitnekolone ili buaih alatki odreuje nosivost

buaeg postrojenja.


34/42

Nadzemna buaa oprema montira se na elina podnoja koja olakavaju transport imontau te osiguravaju stabilan poloaj pri radu. Najee se koriste postrojenja koja se sastoje od pojedinih blokovamasivnih elinih podnoja na kojima su montiraneskupine agregata, koji imaju zajedniku tehnoloku funkciju. Blokovi se transportiraju na odreeno, ranije pripremljeno mjesto i meusobno se kinematiki i povezuju u jednutehniko-tehnoloku cjelinu. Zatim se pripajaju i povezuju u jednu hidrauliku,

pneumatsku i elektrinu mreu. Nadzemna oprema je namijenjena za operacije sputanjai izvlaenjaalatki, rotiranje alatki i osiguravanje ispiranja buotine. Taj dio postrojenjamoe se podijeliti u dvije skupine: osnovnu i pomonu. Osnovni dijelovi buaeg

postrojenja su toranj, isplane pumpe, vrtai stol (ili vrni pogon), isplana glava ikoloturni sustav. Pomona oprema dopunjuje osnovnu opremu i osigurava njen rad. Tuspadaju: kompresori, pomone pumpe, elementi i ureaji cirkulacijskog sustava, opremaua buotine, alatke za sputanje i izvlaenje niza, mjerni i regulacijski ureaji.

6.3. Lomovi alata

Lomovi alata i drugog pribora za buenje mogu nastati uslijed zamora materijala ili nedovoljne kontrole oteenja, prekomjernog optereenja i mnotva drugih razloga.

Najee se alat i pribor lome uslijed oteenja koja nastaju gomilanja krhotina kojeistaloi povratna struja isplake. Tada ispod oteenja nastupa prihvat a zatim i lomalata. Te se pojave teko uklanjaju, pa se nerijetko mjesta lomova zaobilazezakrivljenim buenjem.


35/42

7. Izbor materijala alata za duboko buenjepodmorja pri eksploataciji ugljikovodika

Niz buaih alatki, slui za izradu kanala buotine i njegovo ispiranje. Ovisno oodabranoj tehnologiji buenja, osnovni elementi mogu biti niz buaih ipki, niz tekih

buaih ipki i niz tekih ipki, prijelazni komadi i dlijeto. Buae alatke (prvenstvenobuae ipke)mogu se izraivati od razliitih materijala. Primjerice, buae ipke izraujuse u veini sluajeva od elika, ali se sve ee koriste i buae ipke izraene odaluminijskih legura, titanovih legura i , u najnovije vrijeme, od kompozitnih materijala.

Iz navedenih materijala dade se zakljuiti da su uvjeti rada u kojima se nalazi alat zabuenje tla ekstremni. Drugim rijeima od alata sezahtjeva da izdri to vei broj radnih

sati kako bi cijeli postupak buenja u potrazi za naftom i plinom bio isplativ. Glave alataza buenja tla moraju imati veu tvrdou od tvrdoe stijene, dok sama ipka ne. Osimzahtjeva za visokom tvrdoom trae se i sljedei zahtjevi:

Otpornost na koroziju, tj. trajnost, Nosivost i sigurnost (Re, Rm- vlana vrstoa, KU/KV), Povoljan omjer Re/Rm , Sigurnost od krhkog loma, velika povrina ispod krivulje u F-ldijagramu, Deformabilnost - oblikovljivost (duboko vuenje,valjanje, oo), Sigurnost (uskoro jedan od najvanijih faktora), tonije utjecaj na sigurnost,

tj. ilavost (istezljivost), Spojivost i zavarljivost, cijena izrade i odravanja (to manja),

Iz navedenih zahtjeva jasno se vidi da jedna vrsta materijala ne moe zadovoljiti sveuvjete, stoga se materijali za izradu glave svrdla i buee ipke razlikuju. Za izradu glave

svrdla preteno se koriste elici (alatni, ugljini), u sluaju da se radi o jednostavnim ijeftinijim izvedbama alata. Rezna glava moe se i sastojati od vie razliitih materijala tese takvi alati danas preteno i upotrebljavaju. Rije je o reznim glavama izraenim odelika sa umetnutim reznim otricama materijala, tvreg i otpornijeg na troenje nego to

je to sami elik. Materijal reznih otrica najee su izraeni od WIDI-je, prirodnogdijamanta, te sintetikog dijamanta. elini materijal za izradu bueih ipki je srednje -ugljini elik legiran molibdenom, kromom i niklom sa svrhom poveanja prokaljivosti.


36/42

AISI 4340 ( 34CrNiMo6, 40 NiCrMo6 ) je vrsta elika koji spada u skupinu elika visokevrstoe, a njegova kemijski sastav prikazan je u TABLICI 1.

TABLICA 1. Kemijski sastav elika AISI 4340

C Si Mn P S Cr Ni Mo V0,40 0,25 0,70 0,12 0,01 0,80 1,80 0,43 0,08

TABLICA 2. Preporuena mehanika svojstva elika za izradu buae ipkeRm [MPa/ksi] Rp0,2 [MPa/ksi] Produljenje [%] Tvrdoa

min 1030/150 960/140 15 320/370 BHN

Literatura

[1]http://en.wikipedia.org/wiki/Petronius_%28oil_platform%29

[2]http://en.wikipedia.org/wiki/Core_sample

[3]http://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Drake

[4]http://en.wikipedia.org/wiki/Pennsylvania_oil_rush

[5]http://historyofoil.typepad.com/podcast/2010/06/episode-2-oil-creek.html

[6]http://en.wikipedia.org/wiki/Anthony_Francis_Lucas

[7]http://www.youtube.com/watch?v=M22pgJ_ztEY
http://en.wikipedia.org/wiki/Petronius_%28oil_platform%29http://en.wikipedia.org/wiki/Petronius_%28oil_platform%29http://en.wikipedia.org/wiki/Petronius_%28oil_platform%29http://en.wikipedia.org/wiki/Core_samplehttp://en.wikipedia.org/wiki/Core_samplehttp://en.wikipedia.org/wiki/Core_samplehttp://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Drakehttp://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Drakehttp://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Drakehttp://en.wikipedia.org/wiki/Pennsylvania_oil_rushhttp://en.wikipedia.org/wiki/Pennsylvania_oil_rushhttp://en.wikipedia.org/wiki/Pennsylvania_oil_rushhttp://historyofoil.typepad.com/podcast/2010/06/episode-2-oil-creek.htmlhttp://historyofoil.typepad.com/podcast/2010/06/episode-2-oil-creek.htmlhttp://historyofoil.typepad.com/podcast/2010/06/episode-2-oil-creek.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Anthony_Francis_Lucashttp://en.wikipedia.org/wiki/Anthony_Francis_Lucashttp://en.wikipedia.org/wiki/Anthony_Francis_Lucashttp://www.youtube.com/watch?v=M22pgJ_ztEYhttp://www.youtube.com/watch?v=M22pgJ_ztEYhttp://www.youtube.com/watch?v=M22pgJ_ztEYhttp://www.youtube.com/watch?v=M22pgJ_ztEYhttp://en.wikipedia.org/wiki/Anthony_Francis_Lucashttp://historyofoil.typepad.com/podcast/2010/06/episode-2-oil-creek.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Pennsylvania_oil_rushhttp://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Drakehttp://en.wikipedia.org/wiki/Core_samplehttp://en.wikipedia.org/wiki/Petronius_%28oil_platform%29


37/42

[8]http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_table_%28drilling_rig%29

[9]http://rgn.hr/~smihalic/nids_snjezanamihalic/SEM1_Topic_TOPIVE%20STIJENE.pdf

[10]http://en.wikipedia.org/wiki/Society_of_Petroleum_Engineers

[11]http://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Mining,_Metallurgical,_and_Petroleum_Engineers

[12]http://www.selnica.hr/povijest_opcine_povijest_nafte.php

[13]http://rgn.hr/~ijutt/skripta/Busenje.pdf[14]http://www.offshore-mag.com/index.html

[15]http://rgn.hr/~mcvetkov/nids_mcvetkov/GEOLOGIJA/Nastavni%20materijali/busotina.pdf

[16]http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bit

[17]http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bit

[18]http://petroleumsupport.com/drilling-bit-type/

[19]http://foundrymag.com/materials/esco-expands-specialty-tooling-producer
http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_table_%28drilling_rig%29http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_table_%28drilling_rig%29http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_table_%28drilling_rig%29http://rgn.hr/~smihalic/nids_snjezanamihalic/SEM1_Topic_TOPIVE%20STIJENE.pdfhttp://rgn.hr/~smihalic/nids_snjezanamihalic/SEM1_Topic_TOPIVE%20STIJENE.pdfhttp://rgn.hr/~smihalic/nids_snjezanamihalic/SEM1_Topic_TOPIVE%20STIJENE.pdfhttp://en.wikipedia.org/wiki/Society_of_Petroleum_Engineershttp://en.wikipedia.org/wiki/Society_of_Petroleum_Engineershttp://en.wikipedia.org/wiki/Society_of_Petroleum_Engineershttp://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Mining,_Metallurgical,_and_Petroleum_Engine%20ershttp://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Mining,_Metallurgical,_and_Petroleum_Engine%20ershttp://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Mining,_Metallurgical,_and_Petroleum_Engine%20ershttp://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Mining,_Metallurgical,_and_Petroleum_Engine%20ershttp://www.selnica.hr/povijest_opcine_povijest_nafte.phphttp://www.selnica.hr/povijest_opcine_povijest_nafte.phphttp://www.selnica.hr/povijest_opcine_povijest_nafte.phphttp://rgn.hr/~ijutt/skripta/Busenje.pdfhttp://rgn.hr/~ijutt/skripta/Busenje.pdfhttp://rgn.hr/~ijutt/skripta/Busenje.pdfhttp://www.offshore-mag.com/index.htmlhttp://www.offshore-mag.com/index.htmlhttp://www.offshore-mag.com/index.htmlhttp://rgn.hr/~mcvetkov/nids_mcvetkov/GEOLOGIJA/Nastavni%20materijali/busotina.pdfhttp://rgn.hr/~mcvetkov/nids_mcvetkov/GEOLOGIJA/Nastavni%20materijali/busotina.pdfhttp://rgn.hr/~mcvetkov/nids_mcvetkov/GEOLOGIJA/Nastavni%20materijali/busotina.pdfhttp://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://petroleumsupport.com/drilling-bit-type/http://petroleumsupport.com/drilling-bit-type/http://petroleumsupport.com/drilling-bit-type/http://foundrymag.com/materials/esco-expands-specialty-tooling-producerhttp://foundrymag.com/materials/esco-expands-specialty-tooling-producerhttp://foundrymag.com/materials/esco-expands-specialty-tooling-producerhttp://foundrymag.com/materials/esco-expands-specialty-tooling-producerhttp://petroleumsupport.com/drilling-bit-type/http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Drill+Bithttp://rgn.hr/~mcvetkov/nids_mcvetkov/GEOLOGIJA/Nastavni%20materijali/busotina.pdfhttp://www.offshore-mag.com/index.htmlhttp://rgn.hr/~ijutt/skripta/Busenje.pdfhttp://www.selnica.hr/povijest_opcine_povijest_nafte.phphttp://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Mining,_Metallurgical,_and_Petroleum_Engine%20ershttp://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Mining,_Metallurgical,_and_Petroleum_Engine%20ershttp://en.wikipedia.org/wiki/Society_of_Petroleum_Engineershttp://rgn.hr/~smihalic/nids_snjezanamihalic/SEM1_Topic_TOPIVE%20STIJENE.pdfhttp://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_table_%28drilling_rig%29


38/42


39/42


40/42


41/42


42/42

izbor materijala seminar

Documents