TEHNOLOGIJA IZRADE BUŠOTINA I INŽENJERSTVO NAFTE I GASA RGF

Transcript

1 TEHNOLOGIJA IZRADE BUŠOTINA I INŽENJERSTVO NAFTE I GASA RGF 1

2 HIDRAULIKA BUŠOTINSKIH FLUIDA P7 PRITISAK U CIRKULACIONOM SISTEMU

3 5. Gubitak ili pa pritiska u cirkulacionom sistemu Svaki flui koji protiče kroz cevi gubi energiju usle savlađivanja sleećih sila trenja: - Unutrašnjeg trenja prouzrokovanog viskoznošću fluia; - Spoljašnjeg trenja izazvanog hrapavošću cevi. Gubitak energije naziva se pa ili gubitak pritiska, a što je oređeno sa razlikom pritisaka fluia između ve tačke. Pumpanjem isplake u bušotinu početna energija se iskazuje pritiskom na isplačnoj pumpi. Cirkulacijom isplake kroz bušotinu, tj. zatvaranjem kružnog ciklusa, ova energija se potpuno istroši, jer je pritisak isplake jenak nuli kaa se ona vraća u isplačne bazene, onosno na površinu. Taa ostvareni pritisak na isplačnoj pumpi prestavlja ukupni gubitak ili pa pritiska u cirkulacionom sistemu isplake. 3

4 Pritisak na pumpi obuhvata sumu sleećih paova pritisaka: -U površinskoj opremi, -Kroz bušaći alat (bušaće, bušaće teške, teške i ruge šipke), -U međuprostoru zia kanala bušotine i spoljašnjeg prečnika bušaćeg alata. p p p p0 + p + p3 + pb + p4 + p5 4

5 Izračunava se sleećom jenačinom: p p Δp p0 + Δpb. š + Δpt. š + Δp + Δpa. tš + Δpa. bš LLLL ( 66) ge su: p p - ukupni pritisak na isplačnoj pumpi (bar) Δp p0 - pa pritiska kroz površinsku opremu (bar) Δp b.š - pa pritiska kroz bušaće šipke (bar) Δp t.š - pa pritiska kroz teške šipke (bar) Δp - pa pritiska kroz mlaznice leta (bar) Δp a.tš - pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - teške šipke (bar) Δp a.bš - pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine (zaš.cevi) - bušaće šipke (bar) 5

6 Jenačina koja se primenjuje za izračunavanje naveenih gubitaka tj. paova pritisaka u funkciji je o: -Osobina isplake i to: gustine, plastične viskoznosti i granice tečenja. -Tipa neprekinog toka isplake: laminarnog ili turbulentnog. -Geometrije bušaćeg alata i kanala bušorine. U površinskoj opremi, unutar šipki i kroz mlaznice leta, isplaka je u turbulentnom toku, ok u međuprostoru može biti u turbulentnom ili laminarnom toku. Najčešće je u međuprostoru na poručju teških šipki u turbulentnom toku, a u laminarnom toku oko bušaćih šipki. Jenačine za izračunavanje paa pritiska u procesu bušenja koriste se za: -Bingham-ove plastične tečnosti i pseuoplastične Power Law - moel -Laminarni i turbulentni tok -Za cevi i cilinrični međuprostor 6

7 5.1. Paovi pritiska za Bingham-ove tečnosti Ko Bingham-ovih tečnosti pri laminarnom toku važan faktor paa pritiska je tačka tečenja, ok je uticaj plastične viskoznosti manji. U turbulentnom toku plastična viskoznost je bitan faktor o uticaja na pa pritiska, ok se tačka tečenja može zanemariti. Paovi pritiska izračunavaju se sleećim jenačinama: a) U bušaćem alatu (bušaćim i teškim šipkama Δp b.š i Δp t.š ): - za laminarni tok: Δp L Q μ 0,147 ID τ o L 6,1 ID ( bar) LLL ( 67) p + L 4 - za turbulentni tok: Δp L Q 1,8 μ 0, p 0,0163 ID ρ 0,8 is 4,8 ( bar) LLLL( 68) 7

8 b) Međuprostoru kanal bušotine - bušaći alat Δp a.tš i Δp a.bš : - za laminarni tok: Δp 0,098 L Q μ τ L ( D + OD) ( D OD) 6,1 ( D OD) p + ( bar) LLL ( 69) o L 3 - za turbulentni tok: Δp 0,018 L ρ 0,8 is Q 1,8 0, p 1,8 ( D + OD) ( D OD) μ 3 ( bar) LLLL ( 70) 8

9 5.. Pa pritiska za Power Law tečnosti a) u bušaćem alatu tj. u cevima: - za laminarni tok: Δp K 5, L ID ( 3 n 1) 4.44 Q + ID n n ( bar) LLL ( 71) 3 L - za turbulentni tok: Δp ( log n +,5) ρis Q 5 0,00555 ID L, n + 1 ID K Q 3 ID n 18,07 Q ρ is n 1,4 logn 7 ( bar) L( 7) 9

10 b) U međuprostoru kanal bušotine-bušaći alat: - Za laminarni tok: Δp 5, K L Q ( D OD) ( D + OD)( D OD) n + 1 n n ( bar) LLL ( 73) L Δp - Za turbulentni tok: 4,539, ( log n +,5) ρis Q L 5 10 ( D + OD) ( D OD) K,13 Q ( D OD) ( D OD) Q ( D + OD)( D OD) ge su: Q - kapacitet ispiranja isplačnom pumpom (lit/min) L - užina bušaćih alatki (bušaće ili teške šipke) (m) 3 ρ is n + 1 n n 1,4 logn 7 ( bar) L( 74) 10

11 5.3. Pa pritiska kroz površinsku opremu Po površinskom opremom na bušaćem postrojenju porazumeva se: -Stojka -Isplačno crevo -Guskin vrat -Protočna cev u isplačnoj glavi -Rana šipka Uobičajena površinska oprema, prema užini pojeinih elemenata i njihovim imenzijama (unutrašnji prečnici), poeljena je u četiri grupe, prikazane u tabeli 1. Proračun paa pritiska kroz površinsku opremu u praksi se postiže izjenačavanjem pojeinih grupa o ogovarajuće užine bušaćih šipki i upotrebom jenačina za izračunavanje paa pritiska turbulentnog toka. 11

12 Tabela 1. Ekvivalentna užina površinske opreme: KOMPONENTE POVRŠINSKE OPREME ID. in. TIPIČNE KOMBINACIJE No. 1 No. No. 3 No. 4 L. ft ID. in. L. ft ID. in. L. ft ID. in. L. ft Stojka Isplačno crevo Isplačna glava Rana šipka 3 ¼ ½ ½ ½ 3¼ ½ 3¼ OD, in. 3 ½ 4 ½ 5 BUŠAĆE ŠIPKE Težina, lb/ft 13,3 16,6 19,5 EKVIVALENTNA DUŽINA POVRŠINSKE OPREME U m BUŠAĆIH ŠIPKI

13 Proračun paa pritiska Izračunati pa pritiska u cirkulacionom sistemu, tj. pritisak na isplačnoj pumpi, (Binghamov plastični flui): - Dubina bušotine: Z m -Prečnik bušotine, leta : D 15,9 mm (8,5 ) - Površinska oprema: No.4 -Bušaće šipke: užina L b.š.800 m spoljašnji prečnik: OD 17 mm (5 ) unutrašnji prečnik: ID 95,5 mm (3,75 ) - Teške šipke: užina L t.š 00 m spoljašnji prečnik: OD 158,75 mm (6,5 ) unutrašnji prečnik: ID 63,5 mm (,5 ) - Mlaznice u letu: x 9,5 mm i 1x 10,3 mm (1-1-13) - Kapacitet ispiranja isplačnom pumpom: Q 1.00 lit/min - Gustina isplake : ρ is 1,0 kg/m 3 - Vrenosti očitane sa skale reometra: θ ; θ

14 Proračun paa pritiska P PUMP Q 100 l/min ρ 1, kg/m 3 P PUMP Δp bš + Δp tš + Δp + Δp atš + Δp abš + Δp po 14

15 Pa pritiska u bušaćim šipkama Plastična viskoznost isplake, μ p OD 5 in ID 3,75 in L 800 m μ p θ600 θ mpas Granica tečenja, τ 0 τ θ 70 o 600 μ p 5 10 Pa Srenja brzina isplake unutar cevi Q v 1, 1,, 8 ID 95, 5 m / s 15

16 Pa pritiska u bušaćim šipkama Kritična brzina u cevima OD 5 in ID 3,75 in L 800 m v k 10499, ( ) μ + μ + 0, 81 ID τ ρ p p 0 ID ρis is ( ) , 81 95, , 1, m / s 1, 0499 v k 69 95, 5 10, Kako je : v > v k tok je turbulentan 16

17 Pa pritiska u bušaćim šipkama Pa pritiska unutar šipki: OD 5 in ID 3,75 in L 800 m Δ L Q μ 1, 8 0, 0, 8 p is p bš 4, 8 0, 0163 ID ρ ( bar) 1, 8 0, 0, , Δp b.š 41, 86 4, 8 0, , 5 bar Δp bš 41,86 bar 17

18 Pa pritiska u teškim šipkama Plastična viskoznost isplake, μ p OD 6,5 in ID,5 in L 00 m μ p θ θ mpas Granica tečenja, τ 0 τ θ 70 o 600 μ p 5 10 Pa Srenja brzina isplake unutar cevi Q v 1, 1, 6, 31 ID 63, 5 m / s 18

19 Pa pritiska u teškim šipkama Kritična brzina u cevima OD 6,5 in ID,5 in L 00 m v k 10499, ( ) μ + μ + 0, 81 ID τ ρ p p 0 ID ρis is ( ) , 81 63, , 1, m / s 1, 0499 v k 83 63, 5 10, kako je : v > v k tok je turbulentan 19

20 Pa pritiska u teškim šipkama Pa pritiska unutar šipki: OD 6,5 in ID,5 in L 00 m Δ L Q μ 1, 8 0, 0, 8 p is p tš 4, 8 0, 0163 ID ρ ( bar) 1, 8 0, 0, , Δp t.š 0, 94 4, 8 0, , 5 bar Δp tš 0,94 bar 0

21 Pa pritiska kroz mlaznice u letu Δp 15366, ρis Q A t 1 9,5 mm 9,5 mm 3 10,3 mm ( + ) A t π , Δp 1, , 41 5, 09 bar Δp 5,41 bar 1

22 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - teške šipke Q 100 l/min ρ 1,0 kg/m 3 15,9 mm D 15,9 mm OD tš 158,75 mm L 00m

23 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - teške šipke D 15,9 mm OD tš 158,75 mm L 00 m Srenja brzina isplake u međuprostoru kanal bušotine-teške šipke v 1, Q ( D OD ) v 1, 1, 19 15, 9 158, 75 m / s 3

24 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - teške šipke D 15,9 mm OD tš 158,75 mm L 00 m Kritična brzina u međuprostoru kanal bušotine - teške šipke: v k v k 1869, μ p + μ p + 0, 14 is ρ ρ 0 ( D OD) is 1, , 14 10, ( 15, 9 158, 75) ( D OD) τ ( m / s) ( 15, 9 158, 75) 10 1, v k 1, 86 m / s Kako je: v < v k tok je laminaran 4

25 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - teške šipke D 15,9 mm OD tš 158,75 mm L 00 m Pa pritiska za laminarni tok Δp atš 0, 098 L Q μ τ L 3 ( D + OD) ( D OD) 6, 1 ( D OD) p + o ( bar) Δ a, 1 0,098 p. tš + 3 ( 15,9 + 17)( 15,9 158,75) 6,1( 15,9 158,75) bar Δp atš,1 bar 5

26 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - bušaće šipke Q 100 l/min ρ 1,0 kg/m 3 D 15,9 mm OD bš 17 mm L 800 m 6

27 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - bušaće šipke D 15,9 mm OD bš 17 mm L 800 m Srenja brzina isplake u međuprostoru kanal bušotine - bušaće šipke v 1, Q ( D OD ) v 1, 0, 83 ( 15, 9 17 ) m / s 7

28 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - bušaće šipke Kritična brzina u međuprostoru kanal bušotine - bušaće šipke v k 1869, μ p + μ p + 0, 14 0 ρ is ( D OD) is ( D OD) τ ρ 1, 869 v k , , ( 15, 9 17) ( 15, 9 17) 10 10, 1, m / s Kako je: v < v k tok je laminaran 8

29 Pa pritiska u međuprostoru kanal bušotine - bušaće šipke Pa pritiska za laminarni tok Δp abš 0, 098 L Q μ τ L 3 ( D + OD) ( D OD) 6, 1 ( D OD) p + o ( bar) Δp a. bš + 15, , 098 ( 15, )( 15, 9 17) 6, 1( 15, 9 17) bar psi Δp abš 15,61 bar 9

30 Pa pritiska kroz površinsku opremu OD 17 mm ID 95,5 mm L 177 m Na osnovu tabele 1, No.4 za bušaće šipke 17 mm (5 ), ekvivalentna užina bušaćih šipki iznosi 177 m. Pa pritiska za turbulentni tok: Δ L Q μ 1, 8 0, 0, 8 p is p 4, 8 0, 0163 ID ρ ( bar) 1, 8 0, 0, , Δp po, 64 4, 8 0, , 5 bar 30

31 Ukupan pa pritiska u cirkulacionom sistemu P PUMP Δp bš + Δp tš + Δp + Δp atš + Δp abš + Δp po P PUMP 41,86 + 0,94 + 5,41 +,1 + 15,61 +,64 P PUMP 135,67 bar 31

32 P PUMP Δp bušaći alat + Δp međuprostor + Δp po 135,67 bar Δp bušaći alat ΔP bš + ΔP tš + ΔP leto P0 41,86 + 0,94 + 5,41 115,1 bar Δp međuprostor Δp atš + Δp abš Δp po,64,1 + 15,61 17,8 P PUMP 115,1 + 17,8 +,64 135,67 bar 3

33 Frikcioni pritisak 133,03 BUŠAĆE ŠIPKE Frikcioni pritisak, bar TEŠKE ŠIPKE MLAZNICE DLETA MEĐUPROSTOR Kumulativno rastojanje o pumpe, m

34 Hirostatički pritisak u bušotini 353,16 DNO BUŠOTINE Hirostatički pritisak, bar BUŠAĆI NIZ MEĐUPROSTOR Kumulativno rastojanje o pumpe, m

35 Pritisci u bušotini 43,39 353,16 CIRKULACIONI Pritisak, bar 133,03 STATIČKI Kumulativno rastojanje o pumpe, m

36 Profil pritisaka u bušotini BUŠAĆI NIZ Dubina, m MEĐUPROSTOR 3000 (Statički) DLETO 133,03 353,16 43,39 Pritisak, bar 36

37 5.4. Pritisci pulsiranja Pritisci pulsiranja aju promene pritisaka u međuprostoru koje su rezultat manevra alata, tj. pomeranja šipki. Kaa se šipka izvuče iz bušotine, isplaka teče niz međuprostor a popuni prostor koji je ostao iza šipke. Kaa se šipka spušta u bušotinu, isplaka se istiskuje iz bušotine. Promene pritiska nastale usle spuštanja šipke u kanal bušotine naziva se oatni pritisak pulsiranja ( surge pressure ), i oaje se na vrenost pritiska stuba isplake u bušotini. Vađenje šipke iz bušotine izaziva snižavanje pritiska u bušotini tj. klipovanje ( swab pressure ). 37

38 Pritisci pulsiranja - Zatvorene cevi - Potpuno otvorene cevi - Cevi sa letom 38

39 Mnogi problemi tokom izrae bušotine mogu nastati zbog pritisaka pulsiranja. Vađenje alata iz bušotine uz klipovanje može a izazove otok slojnog fluia u kanal bušotine, usle snižavanja ukupnog pritiska u kanalu bušotine ispo vrenosti pornog, tj. slojnog pritiska. Doatni pritisak pulsiranja povećava ukupan pritisak u bušotini i može a izazove frakturu, tj. lom formacije i gubitak cirkulacije. Izračunavanje pritiska pulsiranja je teško zbog načina na koji flui protiče ok se šipka pomera u bušotini. Kao što je prikazano na sl.31 ok se šipka kreće naniže u međuprostoru, uzrokuje takođe i povlačenje isplake naniže pore šipke. Sl.31. Kretanje fluia u međuprostoru usle pokretanja šipke 39

40 Burkhart je matematički razraio onos između šipke i geometrije bušotine i efekta potezanja (povlačenja) isplake uz šipku. Izraz pripaajuća konstanta - K ( clinging constant ) prestavlja ovaj onos, prikazan na sl.3. Pre nego što se primeni naveena konstanta (K) mora se izračunati brzina isplake u međuprostoru. Faktori koji utiču na pritiske pulsiranja: -ubina -prečnik bušotine -prečnik cevi -ubrzanje cevi i brzina -gustina isplake -reološke osobine -čvrstoća gela -ebljina isplačnog obloga 40

41 Turbulentni Clinging Constant - K Laminarni Onos prečnika cevi i prečnika bušotine Sl.3. Konstanta K u zavisnosti o geometrije međuprostora bušotine 41

42 Izvlačenje bušaćeg niza Izaziva: Izlivanje isplake iz međuprostora 3 i: 4 pa nivoa fluia u bušaćem nizu i: Malo rastojanje pa pritiska na nu bušotine 5 1 4

43 KRAJ 43