TEHNOLOGIJA IZRADE BUŠOTINA I

Transcript

1 RGF TEHNOLOGIJA IZRADE BUŠOTINA I INŽENJERSTVO NAFTE I GASA

2 SASTAV KOLONE BUŠAĆEG ALATA 4 2

3 Sastav kolone bušaćeg alata Kolona bušaćeg alata (''Drilling String'') je bitan faktor u ''rotary'' sistemu bušenja i predstavlja spoj između bušaćeg postrojenja i dleta za bušenje. Osnovna namena kolone bušaćeg alata u kanalu bušotine je da: -Prenosi rotaciju od bušaćeg postrojenja na dleto -Omogućava cirkulaciju fluidom (isplake) od bušaćeg postrojenja do dleta i od dleta do površine -Omogući spuštanje i vađenje dleta -Omogući primenu željenog opterećenja na dleto Takođe, kolona bušaćeg alata u bušotini ima i specijalne namene kao što su: -Stabilizacija sastava alata na dnu bušotine u cilju održavanja zahtevanog otklona kanala bušotine i miniziranja vibracija i poskakivanja dleta na dnu -Omogućavanje testiranja produktivnog sloja u bušotini kroz kolonu bušaćeg alata -Dozvoljava karotažna merenja kroz bušaći alata, kada se klasične aparature za merenje bušotine ne mogu spustiti u otvorenu bušotinu 3

4 Šema tipičnog sastava kolone bušaćeg alata Kolona bušaćeg alata sastoji se iz sledećih elemenata: Radna šipka (''Kelly'') Bušaće šipke (''Drill Pipe''): -klasične bušaće šipke - teške bušaće šipke (''Heavy Weight Drill Pipe'') Sastav alata na dnu bušotine (''Bottom Hole Assembly-BHA''): - teške šipke (''Drill Collars'') - stabilizatori (''Stabilizers'') - amortizer udara ili vibracija (''Shock Absorber'') - udarači, tj. izbijači (''Jar '') - prelaz na dleto (''Bit Sub'') 4

5 Specijalni alat u bušotini koji može da uključi: - opremu za testiranje bušotine (''Drillstem Testing Tools-DST'') - aparate za jezgrovanje, tj. uzimanje uzoraka stena (''Core Barels'') - opremu koja omogućava kontinuirano merenje za vreme bušenja (''MWD'') Bitno je napomenuti da su svi spojevi, tj. navoji, za spajanje bušaćeg alata između donjeg ojačanja radne šipke i dleta desni. Radna šipka Namena radne šipke je prenošenje snage, odnosno obrtnog momenta sa vrtaćeg stola na bušaće šipke, kao i sprovođenje toka isplake od isplačne glave do bušaćih šipki. Radna šipka predstavlja i najopterećeniji deo sastava kolone bušaćeg alata. Izrađuje se od visoko kvalitetnog hrom-molibdenskog čelika postupkom kovanja, ili mašinskim postupkom, termički ojačanog kaljenjem i otpuštanjem. U široj primeni su dve vrste radnih šipki: -kvadratnog preseka -šestougaonog preseka 5

6 Bušaće šipke Energija potrebna za razrušavanja stena na dnu bušotine prenosi se preko bušaćih šipki sa površine na dno. Tako značajna funkcija bušaćih šipki u procesu bušenja nameće posebne zahteve u pogledu otpornosti građe, dimenzija i konstrukcije. To su bešavne cevi sa ojačanjem na krajevima, izrađene od čelika sa maksimalno 0,04% sumpora. Bušaće šipke predstavljaju i najdužu sekciju kolone bušaćeg alata, jer sastav alata na dnu bušotine (BHA) uobičajeno nije duži od 300 m. Svaki komad bušaće šipke sastoji se iz tela i dve spojnice, sa odgovarajućim spoljašnjim i unutrašnjim navojem, koje služe za spajanje bušaćih šipki. Klasična bušaća šipka 6

7 Bušaće šipke U toku rada u kanalu bušotine, bušaće šipke su pod sledećim uticajem: -Aksijalnog opterećenja usled sopstvene težine i težine sastava alata na dnu bušotine (BHA) -Radijalnog opterećenja -Torzionog momenta usled rotacije -Ciklične promene opterećenja usled klaćenja sistema, a posebno kada kanal bušotine ima nagle promene nagiba, tj. otklona od vertikale Sve sile koje se tada javljaju proizilaze od kombinovanog delovanja tereta, naprezanja prilikom izvijanja, torzije, udara prilikom pridržavanja u klinove vrtaćeg stola i znatno utiču na trošenje bušaćih šipki, tj. smanjenje njihove čvrstoće. Iz tog razloga uobičajeno je da se bušaćim šipkama menja pozicija u nizu kolone bušaćeg alata. Bušaće šipke definišu se sledećim elementima: 1.Spoljašnjim prečnikom i težinom. 2.Kvalitetom (''Grad'') 3.Klasom 4.Dužinom 5.Ojačanjima na krajevima cevi 6.Spojnicom 7

8 Bušaće šipke Spoljašnji prečnik i težina bušaćih šipki: Prema API standardu bušaće šipke proizvode se u sedam nominalnih spoljašnjih prečnika. Umesto unutrašnjeg prečnika bušaćih šipki, navodi se njihova nazivna težina šipke. Nazivna težina je prosečna težina koja, u zavisnosti od tipa spojnica, može biti veća ili manja.u SI sistemu mera spoljašnji prečnik bušaćih šipki prikazuje se u ''mm'', a u zagradi se obavezno navode prečnici u inčima, puta nazivna težina u lb/ft. Prema standardu API RP 7G izrađuju se sledeći spoljašnji prečnici bušaćih šipki: -60,3 mm (2 ⅜'' x 6,65 lb/ft) -73,0 mm (2 ⅞'' x 10,40 lb/ft) -88,9 mm (3 ½'' x 9,50 lb/ft; 13,30 lb/ft i 15,50 lb/ft) -101,6 mm (4'' x 11,85 lb/ft; 14 lb/ft i 15,7 lb/ft) -114,3 mm (4 ½'' x 13,75 lb/ft i 16,6 lb/ft) -127 mm (5'' x 19,5 lb/ft i 25,60 lb/ft) -139,7 mm (5 ½'' x 21,90 lb/ft i 24,70 lb/ft) -168,3 mm (6 ⅝'' x 26,20 lb/ft) Uobičajeni spoljašnji prečnici i težine bušaćih šipki u procesu izrade bušotine. 8

9 Bušaće šipke Kvalitet čelika (''Grad'') bušaćih šipki: Svojstva čelika iz kojih se izrađuju bušaće šipke definisana su ''Grad''-om, tj. dopuštenom minimalnom granicom elastičnosti, prikazanim u tabeli. Kvalitet čelika ''Grad'' prema API standardu Kvalitet čelika ''Grad'' E-75 X-95 G-105 S-135 Mehaničke karakteristike Minimalna granica elastičnosti (MPa) 517,1 655,0 724,0 930,8 Minimalna čvrstoća kidanja (MPa) 689,5 724,0 792,9 1000,0 Kod izbora bušaćeg alata u bušotini ''Grad'' bušaće šipke je bitan faktor (zbog aksijalnog opterećenja, pucanja i gnječenja), tako da se u kritičnim uslovima izbora bušaćih šipki prelazi na viši ''Grad'', a ne na veću težinu kao što se to primenjuje kod dizajniranja kolone zaštitnih cevi. Grad E se koristi u bušotinama dubokim 3000 do 4500 m. 9

10 Klasa bušaćih šipki: Bušaće šipke Klasa bušaćih šipki određuje se prema stepenu njihove istrošenosti, u odnosu na dimenzije, površinska oštećenja i koroziju. Razlikujemo sledeće klase bušaćih šipki (oznaka trakom u boji): -Klasa I (bela traka), to su nove bušaće šipke sa nominalnim dimenzijama. -Premium klasa (dve bele trake): U tu klasu spadaju bušaće šipke kod kojih je trošenje spoljašnjeg prečnika takvo da preostali zid cevi nije manji od 80%. Takođe, da odstupanje površine u zoni prihvata klinova, usled oštećenja od udubljenja ili suženja nije veće od 3%. Nema pukotina. -Klasa II (žuta traka): Kod ove klase bušaćih šipki trošenje spoljašnjeg prečnika bušaćih šipki je takvo da preostali zid cevi nije manji od 70%. Odstupanje površine u zoni prihvatnih klinova ne sme biti veće od 4%. Nema pukotina. -Klasa III (oranž traka), tu spadaju bušaće šipke čije oštećenje prelazi vrednosti definisane klasom II. Ta klasa bušaćih šipki se uglavnom ne koristi tokom izrade bušotine 10

11 Bušaće šipke Dužina bušaćih šipki: Standardom API bušaće šipke su podeljene u tri grupe po dužini (''Range-R''): R-I dužine 5,49-6,70 m (18-22 ft) zastareo, van primene R-II dužine 8,23-9,8 m (27-32 ft) R-III dužine 11,58-13,72m (38-45 ft) U praksi bušenja najviše se upotrebljavaju bušaće šipke grupe R-II. Ojačanja na krajevima cevi bušaćih sipki: Da bi se ublažila posledica koncentracije naprezanja na spoju bušaće šipke i spojnice, krajevi bušaćih šipki su ojačani (odebljani). Uglavnom se ojačanje na kraju obrađuje za navarivanje sa spojnicom. Ojačanja na krajevima mogu biti: -Unutrašnja ojačanja (''Internal upset- IU'') -Spoljašnja ojačanja (''External upset- EU'') -Unutrašnje i spoljašnje ojačanje ( Internal-external upset-ieu'') Ojačanje je u pravilu određeno vrstom spojnica koje se spajaju sa bušaćim šipkama. 11

12 Bušaće šipke Spojnice bušaćih šipki: Spojnice su posebno izrađeni dodaci s navojima koji se zavaruju na na svaki kraj cevi i tada omogućavaju njihovo međusobno spajanje. Na jednom kraju spojnica ima spoljašnji a na drugom kraju unutrašnji API navoj narezan na konusu nagiba 16,66% ili 25%. Površine spojnice koje nasedaju na elevator imaju dve vrste oblika: -Ravna površina pod uglom od 90º u odnosu na osu bušaće šipke -Površina nagnuta pod uglom od 18º u odnosu na osu bušaće šipke Zavisno od dimenzija konusa, spoljašnjeg i unutrašnjeg prečnika spojnica i vrste navoja sve spojnice delimo u sledeće grupe: -Internal Flush (IF) spojnica ima konus nagiba 16,66% i spaja se na bušaće šipke sa EU i IEU ojačanjem. -Full Hole (FH) spojnica ima konus nagiba 25% i navrće se na šipke sa IEU ojačanjem i laganim EU ojačanjem na krajevima. U poslednje vreme sve više se koriste spojevi koji se označavaju kao NC (''Number of connection»). NC spojevi, tj. navoji su izmenjivi sa IF i FH navojima, jer se ovaj spoj razlikuje samo i formi navoja. 12

13 Bušaće šipke Zamenljivost NC spojeva sa IF i FH NC spoj NC26 NC31 NC38 NC40 NC46 NC50 Zamenljiv sa spojem 2 ⅜ IF 2 ⅞ IF 3 ½ IF 4 FH 4 IF 4 ½ IF Za bušenje dubokih bušotina uobičajeno je da se primenjuju bušaće šipke sa nanesenim (navarenim) slojem tvrdog materijala na spojnice sa unutrašnjim navojem, čime se smanjuje trošenje spojnica u njihovom radu. Treba paziti da se takve bušaće šipke ne postavljaju unutar kolone zaštitnih cevi, jer je moguće oštećenje kolone usled rotacije šipki. Na bušaće šipke koje rade u koloni zaštitnih cevi ugrađuju se zaštitni gumeni prstenovi, tzv. ''protektor-gume''. Protektor-gume sprečavaju trenje i trošenje spojnica šipki kao i kolone zaštitnih cevi dok rotiraju u koloni z.c. 13

14 Bušaće šipke Delovi bušaćih šipki i njihovih spojnica Presek spojnice bušaćih šipki (zavarene) 14

15 Bušaće šipke Glavne mehaničke karakteristike bušaćih šipki su: -spoljašnji prečnik bušaćih šipki (mm) -stvarna težina bušaće šipke sa spojnicom (dan/m) -dozvoljeno opterećenje na istezanje do minimalne granice elastičnosti (10 3 dan) -otpornost na torziju do granice elastičnosti (m-dan) -dozvoljeni unutrašnji pritisak (bar) -dozvoljeni spoljašnji pritisak (bar) Potpuno definisanje najčešće primenjivanih bušaćih šipki kod dubokog bušenja je sledeće: 127 mm (5'' x 19,5 lb/ft X-95; IEU; Premium; R-II; NC-50; spojnica 6 ⅜'' x 3½'') Mehaničke karakteristike ovog tipa bušaće šipke su sledeće: -dozvoljeno opterećenje na istezanje: 176 x 10 3 dan -otpornost na torziju : m-dan -dozvoljeni unutrašnji pritisak : 618 bar -dozvoljeni spoljašnji pritisak : 361 bar 15

16 Teške bušaće šipke Teška bušaća šipka ima spoljašni prečnik isti kao i klasična bušaća šipka, ali zato raspolaže sa mnogo većom debljinom zida, čime se ostvaruje 2-3 puta veća težina po jedinici dužine. Po sredini tela cevi nalazi se ojačanje, tj. zadebljanje istog spoljašnjeg prečnika kao i spojnice. To centralno ojačanje, tj. zadebljanje ima ulogu stabilizatora, a ujedno i smanjuju trošenje tela cevi. Takođe, sa centralnim zadebljanjem se ostvaruje manji kontakt cevi sa zidom bušotine, a time se i smanjuje mogućnost prihvata alata usled diferencijalnog pritiska. Teška bušaća šipka 16

17 Teške bušaće šipke Spojnice teških bušaćih šipki (istog tipa kao i kod bušaćih šipki) su znatno duže od klasičnih bušaćih šipki, što omogućuje nanošenje tri puta veće količine tvrdog materijala na krajevima spojnica, a i nekoliko popravki tj. narezivanja novih navoja. Teške bušaće šipke se sve više upotrebljavaju pri izradi bušotina, zbog sledećih prednosti: -smanjuju cenu koštanja bušenja, jer eliminišu oštećenja bušaćih šipki u tranzitnoj zoni, tj. u delu sekcije klasičnih bušaćih šipki koje se nalaze odmah iznad teških šipki -sa njima se može povećati kapacitet bušenja malih bušaćih postrojenja, tj. povećati dubina bušenja jer se može smanjiti broj teških šipki u koloni bušaćeg alata -kod koso-usmerenog i horizontalnog bušenja smanjuju torziju u kanalu bušotine i povećavaju tendenciju izmene ugla bušotine 17

18 Sastav alata na dnu bušotine Alat na dnu bušotine, koji obično nije duži od 300 m, sastoji se iz sledećih komponenti: - teških šipki - stabilizatora - amortizera udara ili vibracija - udarača, tj. izbijača -prelaza Teške šipke Teške šipke su najvažnija komponenta sastava alata na dnu bušotine sa sledećom namenom: -Ostvaruju opterećenje na dleto -Predstavljaju deo sastava alata izloženog izvijanju -Smanjuju vibracije i odskakanje dleta po dnu bušotine -Održavaju zadani pravac bušotine uz sadejstvo ostalih alata na dnu bušotine 18

19 Teške šipke Teške šipke su bešavne čelične cevi sa povećanim spoljašnjim i smanjenim unutrašnjim prečnikom u odnosu na prečnike bušaćih šipki. U kolonu bušaćeg pribora postavljaju se između dleta i bušaćih šipki u cilju da koncentracija opterećenja na dleto bude smeštena neposredno iznad dleta u što kraćem intervalu kolone bušaćeg alata. Na ovaj način se izbegavaju opterećenja na pritisak u koloni bušaćih šipki. Spoljašnji prečnik teških šipki treba da bude što je moguće bliži prečniku bušotine (25-40 mm od prečnika bušotine), pri čemu se mora obezbediti normalna cirkulacija isplake u prstenastom prostoru. Ovim postupkom se povećava krutost i čvrstoća, čime se izbegavaju savijanje i vibracija teških šipki. U procesu izrade bušotine, dužina kolone teških šipki određuje se tako da se 80-85% njihove težine u isplaci koristi za davanje opterećenja na dleto, a ostali deo kolone teških šipki podvrgnut je opterećenju na istezanje. Pri tome se neutralna tačka kompletnog sastava kolone bušaćeg alata nalazi u nizu teških šipki. 19

20 Teške šipke Zbog veće debljine zida, teške šipke se ne spajaju međusobno spojnicama, već se na krajevima tela šipke narezuju spoljašnji i unutrašnji konusni navoji sa krupnim «korakom», koji pri spajanju dve šipke obezbeđuju nepropusni spoj. Navoji se izrađuju prema API standardu i isti su kao i navoji na spojnicama bušaćih šipki (FH, IF, Reg). Tip navoja zavisi od unutrašnjeg i spoljašnjeg prečnika teških šipki. Teška šipka koja se povezuje sa dletom ima gornji i donji unutrašnji navoj, dok ostale teške šipke imaju donji spoljašnji a gornji unutrašnji navoj. Navoji teških šipki ujedno predstavljaju kritične tačke lomova koje se javljaju kao posledica savijanja usled delovanja sile pritiska. Ciklične promene naprezanja na istezanje i pritisak uzrok su zamora materijala u telu šipke (navoju) pa se na spoljašnjem obodu javljaju pukotine, prvo sitne, koje se kasnije u procesu bušenja povećavaju sve do loma teške šipke u navoju. Prema iskustvenim podacima radni vek teških šipki kreće se oko sati uz pravilno izrađene navoje i eksploataciju. 20

21 Teške šipke Najčešće primenjivani oblici teških šipki su okrugli, kvadratni i spiralni. Spiralne teške šipke u poprečnom preseku imaju oblik trouglova sa zaobljenim vrhom. Tako se dobija mala dodirna površina (vrh trougla) teške šipke sa zidom bušotine koja iznosi 40-50% u odnosu na okrugle teške šipke. Takođe, smanjenje težine po jedinici dužine je samo 7-10% u odnosu na iste dimenzije okruglih teških šipki. Kod bušenja u propusnim slojevima uz veliki diferencijalni pritisak, ovaj oblik teške šipke je najpovoljniji za sprečavanje prihvata alata usled diferencijalnog pritiska. Teške šipke kvadratnog preseka konstruisane su tako da dijagonale njihovih preseka budu bliske prečniku bušotine, zbog čega ujedno predstavljaju i izduženi stabilizator koji sperečava povećanje otklona kanala bušotine. U cilju povećanja otpornosti na habanje, spoljašnje ivice (uglovi) kvadratnih šipki ojačane su tvrdim legurama. Okrugle Kvadratne Spiralne 21

22 Teške šipke Spolja. x unutra. prečnik (mm) Okrugle Navoj Teške šipke Težina (dan/m) Spolja. x unutra. prečnik (mm) Spiralne Navoj Težina (dan/m) Prečnik dleta za bušenje (mm) 120,65 x 57,1 127 x 57,1 158,7 x 63,5 165,1 x 63,5 171,4 x 63,5 177,8 x 63,5 203,2 x 76,2 241,3 x 76,2 285,7 x 76,2 NC-38 3 ½''IF 4''IF 4''IF 4 ½''IF 4 ½''IF 6 5/8''Reg 7 5/8''Reg 8 5/8''Reg 68,3 77,8 127,4 140,4 153,3 166,7 214,4 316,4 458,2 127 x 57,1 165,1 x 63,5 241,3 x76,2 3 ½''IF 4''IF 7 5/8''Reg 69, ,2 152,4-158,8 152,4-158,8 215,9 215,9 215,9-311,1 215,9-311,1 311,1-660,4 311,1-660,4 444,5-660,4 U praksi se najčešće koriste teške šipke, prikazane na tabeli. U poslednje vreme tendencija je da se primenjuju teške šipke velikih spoljašnjih prečnika, na primer, gde je bilo uobičajeno korišćenje teških šipki 177,8 mm, sada se primenjuju spoljašnji prečnici od 203,2 i 241,3 mm. Prednosti primene takvih teških šipki su: -potrebno je ugraditi manji broj teških šipki za isto željeno opterećenje na dleto -manje je spojeva na teškim šipkama, a time i manja mogućnost lomova -manje je oštećenje na spojevima (navojima) jer su oni bliže zidu bušotine -lakše se održava vertikalnost bušotine 22

23 Stabilizatori Bušenje vertikalne, koso-usmerene, ili horizontalne bušotine zahteva upotrebu odgovarajućeg alata-stabilizatora, ugrađenih iznad dleta i na određenoj dužini u donjem delu teških šipki. Zadatak stabilizatora raspoređenih na određenom mestu u doljem delu teških šipki je da vrši kontrolu trajektorije bušotine da bi se ostvario određeni cilj: vertikalna, koso-usmerena ili horizontalna bušotina pod tačno određenim, zadatim, uglovima. Najšire primenjivani sastavi alata na dnu bušotine, pri izradi vertikalnih bušotina, u zavisnosti od rasporeda stabilizatora podrazumevaju: -Tehniku klatna (''Pendulum Technique'') -Tehniku krute stabilizacije (''Packed Hole'') 23

24 Stabilizatori -Tehnika klatna Tehnika klatna koristi silu teže donjeg dela teških šipki, koji ne naleže na zid bušotine, tj. težnju tog dela teških šipki ka zauzimanju vertikalnog položaja. Stabilizacija klatna se generalno primenjuje za smanjenje otklona kanala bušotine. -Tehnika krute stabilizacije Termin packed hole odnosi se na činjenicu da su teške šipke ili stabilizatori samo 3,18 mm (1/8 ) manjeg prečnika od prečnika kanala bušotine. Dodatni stabilizatori (više od tri) se ugrađuju u kompoziciju sastava alata u zavisnosti od karakteristika bušene formacije prema tendenciji iskrivljenja kanala bušotine. Tehnika krute stabilizacije, generalno, se primenjuje za održavanje zadatog ugla kanala bušotine. 24

25 Stabilizatori Postoji više tipova stabilizatora, ali su u praktičnoj upotrebi uglavnom tri osnovna tipa: -Rotirajući stabilizatori (sa spiralnim ili ravnim vertikalnim rebrima) -Nerotirajući stabilizatori -Proširivači ili rimeri (''Reamer'') 25

26 Stabilizatori Rotirajući stabilizatori: Rotirajući stabilizatori izrađuju se u jednom komadu, zatim sa zavarenim radnim elementima ili sa navučenim, izmenjivim, radnim elementom (rukavcem). Radni elementi mogu biti izrađeni u vidu izduženih ravnih vertikalnih ili spiralnih rebara na telu stabilizatora. Prema dužini rebara mogu biti sa kratkim i dugim rebrima. Stabilizatori sa navarenim rebrima posebno su efikasni pri bušenju kroz formacije manje bušivosti, tj. gde se postižu veće brzine bušenja. A površina koja ima kontakt sa zidom bušotine se ojačava ulošcima od tvrdog materijala. Stabilizatori sa promenljivim rukavcem sastavljeni su iz tela i promenljivog rukavca koja je spojena sa telom direktno ili indirektno pomoću navoja. Nerotirajući stabilizatori: Nerotirajući stabilizatori sastoje se iz dvodelnog tela stabilizatora i rukavca koja za vreme bušenja miruje, dok telo zajedno sa bušaćim alatom rotira. Ovaj tip stabilizatora, uobičajeno sa gumenim rukavcem, najčešće se koristi u cilju sprečavanja proširenja kanala bušotine. 26

27 Stabilizatori Proširivači (Reamer) Proširivači se ugrađuju neposredno iznad dleta. Osnovna funkcija im je da proširuju kanal bušotine u čvrstim, kompaktnim formacijama i da sa ostalim stabilizatorima poveća krutost sastava alata. Na obodu tela stabilizatora nalaze se rotirajući stepenasti valjci, koji preko osovina i kliznih ležajeva rotiraju. Na rotirajućim valjcima se nalaze rezni elementi od čvrstog materijala. U zavisnosti od čvrstoće formacije i njene abrazivnosti na telo rimera mogu biti postavljena 3-6 stepenastih valjaka. 27

28 Ublaživač udaraca ili vibracija: Amortizer udara ili vibracija koristi se prilikom bušenja čvrstih kavernoznih i nehomogenih formacija u kojima su bušaći alat i dleto izloženi jakim vibracijama odnosno oscilacijama u smeru ose pribora. Vibracije nastaju usled poskakivanja dleta na dnu bušotine ili rotacije bušaćih šipki u opsegu kritičnih brzina. Usled vibracije nastaju velike dinamičke sile (dvostruko veće od opterećenja na dleto), tako da ovi udari mogu prouzrokovati lomove bušaćih i teških šipki, lomove reznih elemenata dleta čime se smanjuje radni vek dleta. Optimalna ugradnja amortizera udara je neposredno iznad dleta (kod krute stabilizacije 3 m od dleta) čime se ostvaruje neprekidni kontakt reznih elemenata dleta sa dnom bušotine, što omogućava povećanje opterećenja na dleto, a samim tim i povećanje mehaničke brzine bušenja. Šematski prikaz amortizera udara 28

29 Udarač, tj. izbijač: U fazi bušenja, udarač se ugrađuje u kolonu bušaćeg alata na dnu bušotine sa zadatkom da udarnim dejstvom, kako naviše tako i naniže, omogući oslobađanje dleta ili drugih alata u slučaju zaglave. Udarnim delovanjem, neposredno posle zaglave, u cilju oslobađanja alata mogu se sprečiti veliki troškovi istrumentacije, tj. spasavanja zaglavljenih alatki. Aktiviranje udarača postiže se određenim nategom u zavisnosti od dimenzija udarača i sastava alata na dnu bušotine. Pravac delovanja se postiže položajem udarača u sastavu kompozicije alata na dnu bušotine. Primenjuju se, uglavnom, dve vrste udarača: -Hidraulični udarač -Mehanički udarač Efikasnost udarača postiže se ugradnjom više komada teških šipki neposredno iznad udarača. Nikada ga ne treba ugraditi ispod potencijalnog mesta zaglave, jer ako je zaglava iznad udarača, primenjeni nateg neće se preneti na uređaj, tj. neće ga aktivirati. 29

30 Prelazi: Prelazi se, za razliku od spojnica, primenjuju za spajanje dva različita alata za bušenje koji imaju različite standardne tipove navoja, ili različite prečnike. Obično se upotrebljavaju pri spajanju dleta i teške šipke, teške šipke i stabilizatora, teške šipke i bušaće šipke, bušaće šipke i radne šipke, radne šipke i isplačne glave i dr. 30

31 Izbor kolone bušaćeg alata Izbor kolone bušaćeg alata (''Drillstring Design'') razlikuje se od izbora kolone zaštitnih cevi ili tubinga. Takođe, postoji razlika u načinu izbora teških šipki u odnosu na projektovanje bušaćih šipki, tako da se obe kolone bušaćeg alata moraju posebno razmatrati, tj. projektovati. Izbor teških šipki u bušotini: Teške šipke su prva sekcija kolone bušaćeg alata koja se bira, jer izabrane dužine i težine teških šipki se uključuju kod izbora, tj. projektovanja bušaćih šipki. Izbor teških šipki zasniva se na delovanju isplake u statičkim uslovima, a primenjuju se dve metode: -Metoda potiska (''Bouyancy factor method'') -Metoda pritisak-površina (''Pressure-area method'') 31

32 Metoda potiska: Ova metoda se zasniva na uticaju potiska isplake na izvijanje bušaćeg alata. Cilj je da se, kod planiranog opterećenja na dleto, primenom ove metode izbegne spiralno izvijanje bušaćih šipki, tj. da neutralna tačka kolone bušaćeg alata bude u teškim šipkama. 32

33 Uticaj potiska isplake, tj. faktor potiska isplake dobija se sledećom jednačinom: ρis ρis B f = 1 = 1 = 1 0, 1274 ρis gde su: ρč 7,85 B f - faktor potiska isplake (bezdimenzionalni) ρ is - gustina isplake u koju su uronjene teške šipke (kg/dm 3 ) ρ č - gustina čelika od kojih su izrađene teške šipke, prosečno 7,85 kg/dm 3 Ukupna težina teških šipki uronjenih u isplaku određuje se jednačinom: gde su: Ttš = Wtš Ltš B f = Wtš Ltš 1 0, 1274 ρis T tš - ukupna težina tj. raspoloživo opterećenje teških šipki u isplaci (dan) W tš - težina teških šipki po jedinici dužine u vazduhu (dan/m) - ukupna dužina teških šipki (m) L tš ( ) 33

34 Praktično planiranje dužine teških šipki polazi od željenog opterećenja na dleto koje će se primeniti u toku bušenja, tako da se potrebna dužina teških šipki izračunava već prikazanom jednačinom: L tš p = W tš F d B cosα Ako u toku bušenja dođe do izmene željenog opterećenja na dleto, neutralna tačka u koloni bušaćeg alata, dobija se iz jednačina: Fd Ttš a) ako je F d < T tš : L pn = + Ltš W tš S f ftš b) ako je F d > T tš : F = T d tš L pn + W bš L tš 34

35 Izbor bušaćih šipki: Konstrukcija bušaćih šipki zavisi od projektovane konačne dubine bušotine, prečnika bušenja (dleta), od dužine i težine teških šipki i od raspoloživih bušaćih šipki sa kojima bušaća kompanija raspolaže. Osnovni kriterijumi za izbor bušačih šipki obuhvataju proračune za sledeća opterećenja: -opterećenje na istezanje -opterećenje na gnječenje -opterećenje na pucanje Opterećenje na istezanje zahteva ugradnju bušaćih šipki većih čvrstoća na vrhu kolone bušaćeg alata. Suprotno ovome, opterećenje na gnječenje zahteva ugradnju bušaćih šipki sa pojačanom čvrstoćom u donjem delu sekcije bušaćih šipki, dok opterećenje na pucanje praktično nema uticaja na projektovanje bušaćih šipki. 35

36 Opterećenje na istezanje: Ukupna težina kolone bušaćeg alata u kanalu bušotine izračunava se uzimanjem u obzir faktora potiska isplake, sledećom jednačinom: gde je: T - ukupna težina niza kolone bušaćeg alata uronjenog u isplaku (dan) Čvrstoća bušaće šipke, kao što je već navedeno, generalno je definisana veličinom njene minimalne granice elastičnosti ''Grad'', uzimanjem obavezno u razmatranje i stanja bušaćih šipki, odnosno ''klase''. Maksimalno dozvoljeno opterećenje na istezanje bušaćih šipki, određenog kvaliteta ''Grad'' i ''klase'', iznosi 90% od nominalne vrednosti (po API standardu) i računa se jednačinom: Ta = 0, 90 T e gde su: T a T e T = [( Wbš Lbš ) + ( Wtš Ltš )] B f - maksimalno dozvoljeno opterećenje na istezanje bušaćih šipki (dan) - nominalno dozvoljeno opterećenje na istezanje, po API standardu (dan) 36

37 Linija projektovanja (dizajniranja) opterećenja na istezanje bušaćih šipki zasniva se na proračunatim vrednostima dobijenim primenom tri različita pristupa, od kojih se usvaja najnepovoljniji, tj. najveće dobijeno opterećenje na istezanje. Ti pristupi su sledeći: -dozvoljeni dodatni nateg (istezanje) bušaćih šipki (R T ) -faktor dizajniranja na istezanje (S fibš ) -udarno opterećenje Dozvoljeni dodatni nateg (R T ): -To je dodatni nateg («Margin of over pull») koji se ostvaruje na vrhu bušaćih šipki do maksimalno dozvoljenog opterećenja na istezanje, a primenjuje se u slučaju zaglave alata u kanalu bušotine. Izračunava se jednačinom: R T = T a T -Kod projektovanja bušaćih šipki na opterećenje na istezanje, dozvoljeni dodatni nateg u zavisnosti od bušaćih šipki iznosi od dan do dan. 37

38 Faktor dizajniranja na istezanje (S fibš ): Faktor dizajniranja na istezanje računa se prema sledećoj jednačini: T S = a fibš T Uobičajeno se pri projektovanju bušaćih šipki primenjuje faktor dizajniranja od 1,33. Konstrukcija, tj. izbor bušaćih šipki, prema API (RP 7G), standardu zasniva se na proračunatim maksimalnim dužinama sekcija bušaćih šipki određenog kvaliteta koje se mogu usvojiti, a da se zadovolji uslov opterećenja na istezanje. Maksimalna dužina pojedinih sekcija bušaćih šipki izračunava se na osnovu sledećih jednačina: 1. Primenom dozvoljenog dodatnog natega (R T ): L bš Te R = 0, 90 W B bš f T Wtš L W bš tš ( m) 38

39 Primenom faktora dizajniranja na istezanje (S ft ): L bš = S 0,90 Te W B fibš bš f Wtš L W bš tš ( m) Primenom gornjih jednačina proverava se prvo najslabiji raspoloživi kvalitet Grad, klasa i nazivna težina bušaćih šipki i odabira njihova dužina kao donja sekcija bušaćih šipki. Bitno je naznačiti da se usvaja najnepovoljnije rešenje, tj. najkraća računski dobijena dužina bušaćih šipki. Za naredne (gornje) sekcije bušaćih šipki postupak se ponavlja, ali sada za viši kvalitet Grad ili klasu, dok se nazivna težina bušaćih šipki ne menja. U slučaju promene nazivne težine bušaćih šipki postupak se u potpunosti ponavlja. 39

40 Opterećenje na gnječenje: Opterećenje na gnječenje se definiše kao spoljašnji pritisak koji dovodi do pojave plastičnih deformacija na zidovima bušaćih šipki. Pri normalnim uslovima bušenja gustina i nivo isplake jednaki su sa spoljašnje i unutrašnje strane bušaćih šipki, tako da u tim uslovima ne postoji mogućnost gnječenja. Kod ispitivanja produktivnih slojeva, opremom za testiranje metodom DST-a ( Drillstem testing ), kolona bušaćih šipki se spušta prazna ili delimično ispunjena fluidom (voda ili isplaka) i tada postoje realni uslovi za gnječenje. Nakon početka dotoka slojnog fluida u bušaće šipke opasnost od gnječenja se smanjuje jer se iste pune fluidom. Dozvoljeno opterećenje na gnječenje bušaćih šipki dato je jednačinom: pg p ag = S fcbš gde su: p ag - dozvoljeno opterećenje na gnječenje (bar) p g - nominalna vrednost, po API standardu, otpornosti na gnječenje (bar) S fcbš - faktor dizajniranja na gnječenje, uobičajeno 1,125 40

41 Projektovanje, tj. izbor bušaćih šipki na gnječenje prema API (RP 7G) standardu bazira se na proračunu maksimalne dužine sekcije bušaćih šipki koje se mogu prazne spustiti u bušotinu, prema jednačini: Z bš g pg = 0, 0981 S fcbš ρ is ( m) Opterećenje na pucanje: Opterećenje na pucanje je kriterijum koji se retko primenjuje kod izbora bušaćih šipki, jer linija dizajniranja na pucanje kontroliše samo maksimalno ostvareni pritisak na ustima bušotine tj. površini. U tim slučajevima, a to su dotok slojnog fluida u kanal bušotine; test propuštanja stenske mase ispod pete ugrađenih i cementiranih zaštitnih cevi - LOT ; cementacija pod pritiskom i drugo, pritisak isplake koja se nalazi iza bušaćih šipki deluje kao kontrapritisak na ostvareni pritisak u unutrašnjosti bušaćih šipki. 41

42 Provera bušaćih šipki u fazi izrade bušotine: Tokom bušenja, tj. izrade bušotine bušaće šipke se proveravaju na sledeće uslove: -Dozvoljenu promenu ugla kanala bušotine i kolena (''Dogleg'') -Kritičnu brzinu obrtanja -Opterećenje na torziju -Izduženje visećih bušaćih šipki Dozvoljena promena ugla kanala bušotine i kolena: Nagle promene ugla nagiba, tj. otklona od vertikale i azimuta na malom izbušenom intervalu tj. dužini stvaraju tzv. kolena u kanalu bušotine. Uobičajeno oštećenje bušaćih šipki nastaje usled zamora materijala kada rotiraju u bušotini sa više naglih izmena kolena, u kojima su šipke izložene naizmeničnim naprezanjima na savijanje. Oštećenje usled zamora materijala u kolenu može biti značajan problem ako je stepen promene ugla veći od neke kritične vrednosti. 42

43 Bitno je naznačiti da se sa porastom dubine bušotine dopušta porast maksimalnog otklona od vertikale, tj. ugla nagiba i veličine promene kolena. Kako veličina sile istezanja u bušaćim šipkama zavisi od ukupne težine sastava kolone bušaćeg alata ispod mesta promene ugla-kolena, opterećenje na istezanje u bušaćim šipkama je kritično u plitkim kolenima (na malim dubinama) pri izradi dubokih bušotina. Kritična brzina obrtanja (rotacije): Kod izrade bušotine tj. prilikom rotacije bušaćih šipki mogu nastupiti dva tipa vibracija: -longitudinalne, uzdužne vibracije -transferzalne, poprečne vibracije Longitudinalne, tj. uzdužne vibracije se mogu utvrditi na površini pojavom vibracija bušaćih šipki ili sistema užeta. Bušaće šipke između svake spojnice mogu vibrirati kao strune na violini i rezonanca se javlja kada se prirodne vibracije alata poklope sa vibracijama nastalim usled kritične brzine rotacije bušaćih šipki. 43

44 Kritična brzina rotacije bušaćih šipki za pojavu longitudinalnih vibracija se može približno odrediti iz jednačine: n k = OD 2 bš + ID l bš l gde su: n kl -kritična brzina rotacije bušaćih šipki za pojavu longitudinalnih vibracija (o/min) OD bš - spoljašnji prečnik bušaćih šipki (cm) ID bš - unutrašnji prečnik bušaćih šipki (cm) l - dužina jednog komada bušaće šipke (m) Transverzalne, poprečne vibracije deluju na bušaće šipke kao klackalica i ne mogu se utvrditi na površini, ali se mogu približno definisati sledećom jednačinom: n kt n k t = L bš ( ) - kritična brzina rotacije bušaćih šipki za pojavu transverzalnih vibracija (o/min) L bš - ukupna dužina bušaćih šipki (m) 44

45 Poprečni tip vibracija dešava se i pri brzini rotacije koja iznosi: 4, 9, 16 i 25 puta dobijeni broj obrtaja iz prethodne jednačine. U toku bušenja moraju se izbegavati situacije da se obe kritične brzine podudare, tj. da bušaće šipke rade u kritičnom broju obrtaja i za uzdužne i za poprečne vibracije. U tabeli. su navedene podudarne dubine bušotina i broj obrtaja za oba tipa vibracija u zavisnosti od spoljašnjeg prečnika bušaćih šipki. Tabela: Vibracije podudarne sa dubinom Prečnik bušaćih šipki (mm) Broj Podudaranje obrtaja vibracija bušaćih buš.šipki šipki sa dubinom bušotine (o/min) (m) (m) (m) (m) 60,3 88,9 114,

46 Opterećenje na torziju: Za vreme bušenja otpornost na torziju bušaćih šipki može biti kritična u sledećim slučajevima: -pri proširivanju suženih delova kanala bušotine -pri istrumentaciji zaglavljenog alata u bušotini -pri operaciji nadbušivanja zaglavljenog alata sa cevima za nadbušivanje -pri izradi koso-usmerenih kanala bušotina -pri bušenju na velikim dubinama Torzija ostvarena u bušaćim šipkama tokom normalnog bušenja teško je merljiva, ali se približno može izračunati jednačinom: 711,8 P f Z n 2 F d TQ = P f = ,54 10 n Dd gde su: T Q - torzija ostvarena u bušaćim šipkama (m-dan) P f - potrebna snaga dovedena na vrtaći sto za rotaciju bušaćih šipki (kw) n - broj obrtaja bušaćih šipki (o/min) Z - dubina bušotine (m) F d - primenjeno opterećenje na dleto (dan) D d - prečnik dleta (mm) 46

47 Izduženje (istezanje) visećih bušaćih šipki: Tokom izrade bušotine kad se kolona bušaćeg alata zadigne sa dna bušotine, sile koje se tada istovremeno javljaju izdužuju i skraćuju niz bušaćih šipki. Niz bušaćih šipki se izdužuju usled: -delovanja sopstvene težine -delovanja temperature u bušotini Niz bušaćih šipki se, takođe, skraćuje usled: -delovanja potiska isplake Kao što je već rečeno navedena delovanja sila na niz bušaćih šipki su istovremena i definisana su sledećim jednačinama: 47

48 -Izduženje od sopstvene težine, tj. sila aksijalnog istezanja iznosi: L a ili L a Lbš = 7,85 2 E = 1, Izduženje bušaćih šipki usled temperature u bušotini: 7 L bš L t = 11, L bš Δt -Skraćenje, tj. smanjenje izduženja niza bušaćih šipki usled potiska isplake: L ili L p p = ρis L E 2 bš = 0, ( 1 γ ) 7 ρ is L 2 bš 48

49 Ukupno izduženje niza bušaćih šipki dobija se iz jednačine: L = L gde su: L a L t a + L t L p = L 2 bš ( 1,87 0,334 ) + 11,8 10 L Δt 10 ρ 7 6 is -izduženje bušaćih šipki od sopstvene težine (m) -izduženje bušaćih šipki usled temperature u bušotini (m) L p -skraćenje, tj. smanjenje izduženja usled potiska isplake (m) L - ukupno izduženje niza bušaćih šipki (m) L bš - ukupna dužina bušaćih šipki (m) E - modul elastičnosti (21000 h.bar) t - prosečna temperatura isplake u bušotini ( o C) ρ is - gustina isplake (kg/dm 3 ) γ - Poisson-ov odnos 0,3 za čelik bš 49

50 KRAJ 50