TEMA:

Opremanje bušotine za eksploataciju dva ili više slojeva klipnom pumpom i eruptivnom metodom

Student:

Darko Popović R 19/08

UVOD:

Stara je težnja da se prilikom ugradnje bušotinske dubinske opreme izvrši unificiranje opreme koja se koristi za opremanje bušotina kao i način na koji bi trebalo opremiti bušotinu za proizvodnju fluida.

Cilj ugradnje opreme je da se njenim postavljanjem što duže vrši eksploatacija,tj.da se što je moguće više proizvede fluida,a da se sama oprema što manje radi,odnosno menja u toku rada bušotine.

Saglasno glavnim rudarskim projektima ili programima rada vrši se opremanje bušotina.Oni su ujedno i putokazi za projektovanje dubinske opreme u raznim situacijamai i uslovima proizvodnje fluida.Predviđajući i očekujući nove daljnje radove u bušotini,vršenje dinamičkih merenja,može se opravdati nemogućnost idealnog i konačnog opremanja bušotine u toku proizvodnje fluida,zbog promena koje nastaju u samoj bušotini te se oprema iz bušotine mora remontovati s vremena na vreme u zavisnosti od potrebe.

Dubinska oprema koja se koristi za opremanje bušotina kod eksploatacije nafte i gasa:

- Vrsta opreme:1.Tubing cevi2.Pakeri3.Dubinske pumpe,sedišta dubinskih pumpi4.Tubing ankeri5.Gasna sidra6.Cirkulacione spojnice,sigurnosne spojnice,D-sedišta7.Protiv peščani filteri(gravel pack),itd...

1.Tubing cevi:Kompozicaja tubing cevi sačinjava osnovnu dubinsku opremu u bušotini.Tubing

cevi se ugrađuju u bušotinu sa zadatkom da omoguće kretanje fluida kroz njih.Tubing je učvršćen(„obešen“)u opremi na ustima bušotine.Ispravan izbor niza tubinga je veoma važan činilac u opremanju bušotine za proizvodnju.Da bi udovoljio različitim zahtevima u bušotini proizvodi se tubing od čelika različitih kvaliteta,različitih dimenzija i konstrukcija spopjeva(po API standardima).

2.Pakeri: Pakeri su alatke koje se upotrebljavaju za odvajanje prstenastog prostora između

dva niza cevi(obično između kompozicije tubinga i eksploatacione kolone) ili između niza cevi i nezacevljenog dela bušotine(najčešće pri testiranju bušotine).Ugradnjom pakera štitimo kompoziciju kolone i dobijamo brže proizvode osvajanja bušotine.Postoje više vrsta podela pakera ali osnovna je na mehaničke,hidrauličke.Takođe mogu biti dvojni pakeri i permanentni pakeri(nevadljivi).

3.Dubinske pumpe:Dubinske pumpe su deo podzemne opreme koje se ugrađuju u bušotine obično

nakon prestanka eruptivnog rada bušotine.Ugrađuju se u svoja sedišta koja se spuštaju i ugađuju u tubing kompoziciji,a same pumpe se spuštaju na kompoziciji klip šipki.

4.Tubing ankeri:Tubing ankeri su deo podzemne opreme koje se ugrađuju u dubinskom pumpanju i

stavljaju se neposredno ispod sedišta dubinskih pumpi.Njihov osnovni zadatak je da

zategnu kompoziciju tubinga da ne bi dolazilo do oštećenja spojnica klip šipki i samih klip šipki pri radu dubinske pumpe.

5.Gasna sidra:Gasna sidra su deo podzemne opreme koja se ugrađuju na vrhu kompozicije

tubinga u dubinskom pumpanju.Postoje više tipova gasnih sidra,ali svi imaju isti zadatak a to je da odvoje(spreče)ulazak gasa u dubinsku pumpu.

6.Cirkulacione spojnice,sigurnosne spojnice,D-sedišta:-Cirkulacione spojnice su alatke koje se ugrađuju na nizu tubinga i imaju zadatak da

se kroz njih može vršiti cirkulacija fluida.Postoji više tipova cirkulacionih spojnica.Obično se ugrađuju u bušotinama koje rade eruptivnim putem iznad pakera

-Sigurnosne spojnice su alatke koje se ugrađuju u bušotinama koje rade eruptivnim putem a gde postoji opasnost od nemogućnosti vađenja opreme i na njima se uvek najlakše otpaja kompozicija tubinga.Često se upotrebljavaju pri instrumentacijama zaostalih alata u bušotini.

-D-sedišta su deo podzemne opreme koje se ugrađuju u bušotinama pri izvođenju raznih specijalnih operacija a isto tako se i ugrađuju u bušotinama koje eruptivno rade.U njih mogu da se ugrađuju razni čepovi ili dizne aparaturama alata na žici.

7.Gravel pack filteri:U bušotinama koje imaju problem sa slojnim peskom ugrađuju se gravel pack

filteri.Osnovna funkcija postavljanja gravel pack filtera(oko njih ide kvarcni pesak određene granulacije) je da spreči prodor slojnog peska u bušotinu tj. Kompoziciju tubinga.

METODE EKSPLOATACIJE BUŠOTINA

Uopšteno govoreći o metodama ekspoatacije bušotina možemo izvršiti osnovnu podelu na dobijanje fluida iz bušotine:

- Mehaničkim načinom proizvodnje- Eruptivnim načinom proizvodnje

MEHANIČKE METODE EKSPLOATACIJE

Postoje dve osnovne podele mehaničkim načinom eksploatacije:

- Dubinskim pumpanjem(čine ga podzemna i površinska oprema)- Gas-lift metodom

Kada ležišna energija nije u mogućnosti da potiskuje naftu iz tubinga do sabirnih sistema,tada je neophodno primeniti određenu metodu eksploatacije,a najzastupljenija danas u svetu je metoda dubinskog pumpanja.Postoji više načina opremanja bušotina u dubinskom pumpanju tj.postoje više vrsta tipova dubinskih pumpi.U današnje vreme dubinske pumpe se ugrađuju i na dubinama do 2500m,a kapaciteti pumpi dostižu nekoliko stotina kubnih metara fluida na dan.Široka primena eksploatacije bušotina dubinskim pumpanjem objašnjava se njihovim sledećim karakteristikama:

- Jednostavna konstrukcija- Mogućnost primene kod bušotina sa malom proizvodnjom neprimenjive ili ne

postoji ekonomska opravdanost za njihovu primenu- Mogućnost potpune mehanizacije procesa proizvodnje,jednostavna regulacija

režima priozvodnje bušotine

Na osnovu svih ovih karakteristika praksa je pokazala da su troškovi opremanja bušotina za gas-lift oko tri puta veći od troškova za opremanje bušotina sa dubinskom pumpom.

Prelaz pojedinih bušotina sa eruptivne na metodu dubinskog pumpanja je daleko jednostavnije nego kod gas-lifta.Dovoljno je ugraditi dubinsku pumpu,postaviti kačaljku na postavljene temelje i priključiti je na postojeću električnu mrežu.Za gas-lift neophodno je izgraditi gasovod(dovod gasa do bušotine),ugraditi gas-lift ventile,itd...

Metoda dubinskog pumpanja je danas u svetu najčešće korišćenja mehanička metoda.U toku rada pumpe pretvara se mehanički rad u potencijalnu energiju i podiže se pritisak fluida.Pritisak pri kom fluid iz ležišta ulazi u pumpu je usisni pritisak,a pritisak na izlazu fluida iz pumpe je potisni pritisak.Razlika ova dva pritiska je pritisak pumpanja i upravo on predstavlja povećanje potencijalne energije fluida.Ovo povećanje potencijalne energije je samo deo ukupnog mehaničkog rada koji se utroši za pokretanje klipa dubinske pumpe.Optimalnost rada dubinske pumpe zavisi od toga koliko se efikasno pogonska mehanička energija pretvara u potencijalnu energiju fluida.Ovaj metod eksploatacije primenjuje se kod vertikalnih bušotina,bez oštrih krivina.Podela dubinskih pumpi data je na osnovu načina na koji se ostvaruje prenos i transformacija kretanja motora,te imamo osnovnu podelu na:

- a) dubinske pumpe bez klip šipki- b) dubinske pumpe sa klip šipkama

a) Dubinske pumpe koje se ugrađuju bez klip šipki su klipne,centrifugalne pumpe i one se ugrađuju na kompoziciji tubinga.Obično se upotrebljavaju u bušotinama sa većim kapacitetima.-Hidraulične klipne pumpe-nemaju klipne šipke,pokreće ih motor koji je sastavni deo pump,a pogonjen je snagom fluida-Hidraulične mlazne pumpe-rade na principu povećanja kinetičke energije ulazne struje fluida,njegovim mešanjem sa pogonskim fluidom koji se utiskuje kroz drugi niz cevi ili kroz međuprostor-Centrifugalne pumpe-pokreće ih električni motor,koji je spušten u bušotinu zajedno sa pumpom

b) Dubinske pumpe koje se ugrađuju sa klip šipkama mogu biti:-Tubing pumpe(slika 1.)-Insert pumpe

Razlika između navedenih pumpi se sastoji u tome što se cilindar tubing pumpe spaja sa tubingom i zajedno sa njim spušta u bušotinu dok se klip spušta na klip šipkama i ugrađuje se u cilindar.Pri vađenju tubing pumpe prvo se na klipnim šipkama izvlači klip a potom se na tubingu izvlači cilindar.Insert pumpe se

spuštaju u bušotinu u sklopljenom obliku(cilindar sa klipom) i one se ugrađuju tj.oslanjaju u sedište dubinske pumpe koje se spušta na tubingu.

Slika 1.

Kod remonta bušotine pri ugrađenoj insert pumpi dubinska pumpa se vadi na klip šipkama,a sedište dubinske pumpe na kompoziciji tubinga.Osnovni delovi dubinske pumpe su:

- Cilindar- Klip- Usisni ventil- Potisni ventil

Na slici 3.3 –a je položaj delova pumpe u bušotini kada se klip ne kreće.Donji ventil se naziva usisni i postavljen je u cilindru pumpe.Gornji ventil je potisni i nalazi se u klipu Na slici 3.3-b je prikazano kretanje klipa prema gore.Usisni ventil se otvara pod pritiskom tečnisti i ona ulazi u cilindar pumpe.U isto vreme potisni ventil je zatvoren pod pritiskom tečnosti u tubingu.

Na slici 3.3-c je prikazano kretanje klipa prema dole.Usisni ventil je zatvoren pod pritiskom tečnosti koja se nalazi iznad klipa.Ovaj pritisak je veći od pritiska koji otvara usisni ventil.Potisni ventil se otvara i tečnost sada iz cilindra pumpe prolazi kroz ventil i odlazi u prostor iznad klipa.Pri svakom hodu klip prema gore fluid iznad klipa se kreće kroz tubing za dužinu hoda klipa sve do usta bušotine.Pri neprekidnom radu pumpe za svaki hod klipa fluid ulazi u cilindar i tubing.Količina fluida određena je dužinom hoda klipa i površinom njegovog poprečnog preseka.

Klipne šipke

Klipne šipke su deo podzemne opreme koji povezuje pogonski uređaj na površini preko glatke šipke sa dubinskom pumpom,odnosno klipom dubinske pumpe u bušotini.Izrađuju se od punih komada(postoje i šuplje) kružnog preseka od visoko kvalitetnih čelika.Krajevi su im ojačani i imaju muške navoje koji se spajaju pomoću spojnica.Pri krajevima klip šipke imaju kvadratni oblik koji služi za hvatanje ključem prilikom odvrtanja ili zavrtanja.Najčešće upotrebljivane klip šipke su 22,22mm.Ponekad je potrebno da bi se zaštitili zidovi tubinga od mehaničkih oštećenja i trenja spojnica klipnih šipki na njima ugraditi centralizere ili protektore.

Slika 2.

Na slici 2 prikazan je sistem za dubinsko pumpanje sa nadzemnom i podzemnom opremom.Rotaciono kretanje od elektromotora do reduktora prenosi se trapeznim kaišom, pa se na ovaj način vrši redukcija velikog broja obrtaja istog na znatno manji.Ovajk broj odredjuje broj hodova glatke šipke.Hod glatke šipke je veći za oko dva puta od dužine regulacione poluge,što obezbeđuje da su krakovi balansne grede jednaki.Dužina regulacione poluge i hod glatke šipke su promenjive veličine unutar ograničenja koja zavise od konstruktivnih rešenja kačaljke.Promena opterećenja glatke šipke u toku jednog ciklusa uravnotežuje se na različite načine,a

u slučaju opreme prikazane na slici uravnoteženje se ostvaruje protivtegovima na glavnoj polugi i balansnoj gredi.Klipne šipke zajedno sa glatkom šipkom spojene su sa glavom kačaljke preko nosača glatke šipke.

Oprema na ustima bušotine

Sve bušotine koje su u pumpanju obično nemaju pritisak na ustima bušotine ili je taj pritisak manji pa imaju ustaljeni karakter erupcije(bez pulsiranja) tako da se na usta bušotine ne stavlja kompletan erupcioni uređaj (skraćen).Kod bušotina koje su u pumpanju postavlja se posebna oprema da bi se omogućilo ujedno i vešanje tubinga i hermetičnost usta bušotine.U ovu opremu ulazi i prelazna ploča pomoću koje se veša tubing i na koju se postavlja trojka sa zaptivnom glavom kroz kroju prolazi glatka šipka.Prelazna ploča sa tubingom postavljena je na prirubnici kolone i

u zavisnosti od veličine prirubnice bira se i veličina prelazne ploče.U telu prelazne ploče nalazi se otvor u koji se uvrće kratka cev sa ventilom koji je namenjen za ispuštanje gasa iz međuprostora.U centru prelazne ploče je otvor sa prečnikom jednakim prečniku tubinga u koji se uvrće komad cevi dužine 1m sa navojim na oba kraja.Na donjem kraju te cevi je kompozicija tubinga,a na gornjem je postavljena spojnica u koju se uvrće trojka.Trojkom se nafta odvodi iz tubinga u separator tj u rezervoar.Iznad nje je zaptivna glava kroz koju prolazi glatka šipk.Zaptivanje se obavlja gumenim ili grafitnim zaptivačima.

Glatka šipka

Slika 4. Vešalica sa užetom

Na vrhu kompozicije klipnih šipki nalazi se glatka šipka.Okruglog je preseka i fino je obrađena radi što boljeg zaptivanja.Oba kraja imaju navoj.Donji kraj je pomoću prelaza spojen sa spojnicom klipne šipke a na gornjem kraju stavlja se posebna spojnica za postavljanje vešalice preko koje je glatka šipka spojena sa glavom kačaljke.Izrađena je od legiranog čelika i punog je preseka.

Pogonski uređaj-kačaljka

Kačaljka služi za pokretanje klipa dubinske pumpe.Spuštanjem i podizanjem glatke šipke i niza klipnih šipki omogućava se pomeranje klipa u pumpi a time i funkcionisanje usisnog i potisnog ventila i potiskivanja fluida.Glavne karakteristike kačaljke su maksimalno dopušteni moment torzije,nosivost,i maksimalna dužina hoda glatke šipke.Broj hodova i dužina hoda kačaljke su promenljive veličine i zavise od tipa i nosivosti kačaljke kao i uslovima i karakteristikama rada u zahtevanim periodima proizvodnje

Kontrola rada dubinskih pumpi

Rad dubinskih pumpi vrši se uz pomoć dinamografa i sonologa.Dinamograf registruje promene naprezanja u glatkoj šipki u toku jednog ciklusa rada kačaljke.Postavlja se na vešalicu koja drži klipne šipke i na taj način registruje opterećenje nastalo u tački vešanja šipke. Ovo naprezanje se beleži na posebnom papiru koje se naziva dinamogram.

S – Hod glatke sipke

So – Hod klipa dubinske pumpe

G – Tezina klipnih sipki

Q1 – Opterecenje pri hodu na gore

Q2 – Opterecenje pri hodu na dole

P – Opterecenje na klip od pritiska tecnosti

l - Deformacije klipnih sipki i tubinga pri hodu na gore

l1 – deformacije klipnih sipki i tubinga pri hodu na dole

td – Trenje pri hodu na dole

t g - Trenje pri hodu na gore

Tacka A odgovara krajnjem, najnizem polozaju klipa, pri hodu na nize i u pocetku hoda na vise. Dalje, pri kretanju glatke sipke na vise, opterecenje raste usled pritiska stuba tecnosti u tubingu na klip. Na putu od tacke A do tacke B opterecenje na glatkoj sipki raste ali klip u dubinskoj pumpi se jos uvek ne krece.

Za vreme tog kretanja, klipne sipke se sve vise opterecuju i izduzuju dok se tubing rasterecuje i skuplja. Odsecak bB, jednak je istezanju klipnih sipki i skracenju tubinga. U tacki B klipne sipke primaju puno opterecenje i otpocinje hod klipa na vise. Prava BC prikazuje stalno opterecenje na glatkoj sipki. U tacki C pocinje kretanje sipke na dole. U kretanju, do tacke D, klipne sipke se rasterecuju i skupljaju, dok tubing prima opterecenje stuba tecnosti i pod tim opterecenjem se isteze.

Sonolog je uređaj koji utvrđuje dubinu nivoa tečnosti u bušotini.Radi na principu određivanja brzine i vremena rasprostiranja zvuka od usta bušotine do nivoa tečnosti.Brzina prostiranja zvučnih talasa zavisi od fizičkih svojstava,temperature,pritiska i sastava gasa.

Problemi koji se javljaju pri metodama dubinskog pumpanja

Problem sa parafinom

Povećanjem parafinskih naslaga u tubingu i na klipnim šipkama dovodi do povećanja opterećenja na klipnim šipkama što doprinosi kraćem vremenu između remonta bušotine.Naslage mogu biti do te mere da zaustave rad pumpe,pa čak i kidanja klipnih šipki.Borbe protiv parafina pokušavanjem pumpanja toplih fluida,hemijskim reagensima,magnetima i čistačima na klip šipkama

Problem sa peskom

Pesak je veliki uzročnik oštećenja dubinskih pumpi(oštećenje ventila i klipa).Može da dovede do zaglave klipa i takođe kidanja klip šipki.Da bi sprečili dotog slojnog peska u bušotinu primenjuju se metode gravel pack-a čime se sprečava dotok slojnog peska u dubinsku pumpu.

Problemi sa gasom

Kao što smo već u ranijem izlaganju rekli problemi sa gasom se rešavaju postavljanjem gasnog sidra na vrhu kompozicije.(vidi sliku 2.)

ERUPTIVNE METODE EKSPLOATACIJE

Pod eruptivnim radom bušotine podrazumevamo podizanje nafte sa dna na površinu usled dejstva sopstvene energije ležišta.Naravno,ovaj vid eksploatacije je i najbolji jer nema ulaganja dodatne energije da bismo dobili ugljovodonični fluid.Ostvarljivost proizvodnje nafte će zavisiti od većeg broja faktora najuticajniji od njih su:

- Vrednost veličine dinamičkog pritiska u ležištu Pr- Vrednost dinamičkog pritiska na dnu bušotine Pwf- Vrednost dinamičkog pritiska na glavi bušotine Pwh- Veličina razlike vrednosti pritisaka u ležištu i na dnu bušotine,odnosno radna

depresija ∆P=Pr-Pwf- Gasni faktor,tj količina rastvorenog gasa u nafti- Dužina i prečnik tubinga,itd...

Teorijski posmatrano,analize rada eruptivnih bušotina se sprovode kroz nekoliko faza,posmatranja gubitka ležišne energije fluida tj pada pritiska.Pad pritiska se dešava kroz:

- Samo ležište- Kroz perforacije(ukoliko postoje,odnosno ako bušotina nema otvoreno

dno-„open hole“)- Kroz gravel pack opremu (ako je ugrađena a to je slučaj sa ležištima

slabovezanih ili nevezanih kolektora)- Kroz vertikalan protok tj tubing- Kroz horizontalan protok tj bušotinski vod do separatora- I kroz diznu biloda se radi o površinskoj ili dubinskoj dizni kao elementu

regulacije i kontrole rada eruptivnih bušotina

U zavisnosti od uslova u bušotini,zavisi i opremanje same bušotine.Prema broju opremljenih intervala za proizvodnju,bušotine se dele na:

a. jednostruko opremljeneb. višestruko opremljene

Najčešće upotrebljivani alati u opremanju bušotina pri eruptivnoj metodi eksploatacije su:

- Pakeri(operacioni i proizvodni)- D-sedišta- W-sedišta- Cirkulacione spojnice- Sigurnosne spojnice

Na slici 4. Prikazano je najjednostavnije opremanje bušotine tj. u bušotinu je ugrađena samo kompozicija tubinga bez ikakvih drugih alata i to je obično kombinacija koja se ugrađuje u kolone manjih prečnika.Na slici 5. Prikazana je proizvodnja iz jednog sloja(a može biti i više slojeva) gde je u kompoziciji ugrađen proizvodni paker,sedišta i cirkulaciona spojnica.Ovakvim načinom opremanja bušotine brže se dobijaju rezultati iz sloja,a sa pakerom štitimo zid kolone iznad pakera.U sedišta možemo da ugrađujemo razne dizne i razne čepove(alatom na žici) u zavisnosti od operacije koju želimo da izvedemo.

Slika 4. Slika 5.

Slika 6.

Na slici 6. Prikazano je opremanje bušotine za proizvodnju iz dva otvorena intervala.Proizvodnja iz donjeg intervala ide ispod pakera,a proizvodnja iz gornjeg ide preko prstenastog prostora(ovaj način osvajanja bušotine može biti problematičan ukoliko iz gornjeg sloja dobijamo npr. pesak)

Slika 7.

-Paralelno dvojno opremanje:dva niza tubinga i dva niza pakera.

Na taj način se vrši odvojena proizvodnja iz svakog intervala. Na jednom od intervala se selektivno može primeniti veštačka metoda eksploatacije. Nedostatak: visoko početno ulaganje i radovi na vađenju ove opreme skupi i neizvesni.

Dvojno alternativno opremanje bušotina

Ovo opremanje je izvedeno pomoću dva niza tubinga, dva jednostruka ili dva dupla proizvodna preventera tako da postoji alternativa za kraći ili duži niz opreme.

Slika 8.

Trostruko opremanje-primenom tri niza tubinga i pakera.

 

Ostvaruje se visoka dnevna proizvodnja po bušotini i ubrzava njena otplata. Nedostatak: oprema se teško ugrađuje i vrlo je osetljiva na probleme

propuštanja

Slika 9.

Faktori koji utiču na izbor optimalne varijante višestrukog konvencionalnog opremanja su:

• potrebe za proizvodnjom većih količina fluida po bušotini; • brže otplaćivanje bušotina; • istrovremeni i odvojeni protok različitih fluida pri različitim pritiscima i • procenjene bilansne rezerve po bušotini.

Nadzemna (površinska) oprema

Erupcioni uređaj je deo opreme na ustima bušotine u kojoj se veša tubing i koja omogućava stvaranje pritiska na dnu bušotine kao i merenje pritisaka u prstenastom prostoru i na izlazu fluida iz bušotine.Zahvaljujući erupcionom uređaju omogućena je direktna(kroz tubing) i indirektna(kroz prstenasti prostor) cirkulacija fluida u bušotini.Kod izbora erupcionog uređaja mora se voditi računa o očekivanom pritisku na datoj bušotini kao i o uslovima u bušotini.Erupcioni uređaj se sastoji od sistema prirubnica i ventila o koje se vešaju ugrađene kolone u bušotini i tubinga,izdvaja međuprostore i omogućava potpuno zatvaranje bušotine.Erupcioni uređaji se međusobno razlikuju na nekoliko načina i podela:

1. Prema načinu spajanja delova uređaji mogu biti:

- Spajanje sa prirubnicama(za veće pritiske)-Spajanje na navoj(za manje pritiske)

2. Prema konstrukciji gornjeg dela EU:-U obliku trojke-U obliku krsta

3. U zavisnosti od veličine pritiska u bušotini:-137 bar; 206 bar; 343 bar i 686 bar

4. Prema broju kombinacija tubinga koji se ugrađuju u bušotinu:-Sa jednim nizom tubinga-Sa dva niza tubinga-Sa više nizova tubinga

5. Prema projektu o tehničkom opremanju bušotine:-Direktan erupcioni uređaj(ugrađena samo jedna kolona)-Indirektan EU(ugrađene dve ili više kolona)

Slika 10.

Na slici 10. Prikazan je erupcioni uređaj za dva i tri niza kompozicije tubinga

Slika 11.

Na slici 11. Prikazana je bušotinska glava EU za dva niza tubinga