ISTRAŽNO BUŠENJE ZA NAFTU I GAS

ISTRAŽNO BUŠENJE ZA NAFTU I GAS

Pribor za bušenje 2

Rotaciono bušenje sa jezgrovanjem je postupak mehaničkog razaranja stene pri kome nastaje cilindrična podzemna prostorija u steni čiji je naziv bušotina. Kod istražnog bušenja sa jezgrovanjem, bušotina predstavlja posledicu nastalu vađenjem jezgra. Jezgro kod dobro projektovanog istražnog bušenja uz primenu adekvatne tehnologije, odgovarajuće opreme i pravilno određenog režima bušenja predstavlja neporemećeni isečak stenskog masiva. No, kao što je ranije već napomenuto, bušenje sa jezgrovanjem je zbir određenih procedura, tj. tehnoloških postupaka koji podrazumeva primenu odgovarajuće opreme i pribora. Veoma je važno istaći da je danas u svetu razvijeno više standarda koji propisuju dimenzije pribora za bušenje. Podrazumeva se da pribor koji se koristi u jednoj kompoziciji bušaćeg pribora mora biti u okviru istog sistema standarda. Inženjersko praktično iskustvo preporučuje čak i istog proizvođača. 3

Svi poznati standardi nalaze se u jednom od dva merna sistema: Metrički sistem Anglo-američki sistem U metričkom sistemu najpoznatiji je Craelius standard koji je uspostavio poznati svetski proizvođač sa istim imenom. Ovom sistemu pripada i JUS standard koji je izuzev malih razlika istovetan Craelius standardu. U Anglo-američkom (inch) sistemu bitna su dva standarda DCDMA (Diamond Core Drill Manufacturers Association) tj. Američki standard i CDDA (Canadian Diamond Drilling Association) tj. Kanadski standard. Svi standardi propisuju spoljašnji i unutrašnji prečnik dijamantske krune, spoljašnji prečnik spojnice. Standardizovane su i dimenzije ostalog pribora, vrste materijala od koga se izrađuju i način spajanja. 4

Slika 1. Uporedni pregled dimenzija kruna, jezgrenih cevi, bušaćih šipki i obložnih kolona Craelius i DCDMA standarda 5

Metrički standard propisuje deset veličina kruna (36, 46, 56, 66, 76, 86, 101, 116, 131, 146) koje se upotrebljavaju sa raznim tipovima cevi za jezgrovanje. U ovom sistemu predviđeno je da spojnica proširivač ima prečnik 0,2-0,3 mm veći od spoljnog prečnika odgovarajuće krune. Na slici br. 1 dat je uporedni prikaz standardnih prečnika bušenja, njima odgovarajućih cevi za jezgrovanje, bušaćih šipki i obložnih kolona Craelius i DCDMA standarda. 1 Spojnice Spojnica krune (proširivač) spaja bušaću krunu sa cevi za jezgrovanje, odnosno aparatom za jezgrovanje. Izrađuje se od kvalitetnog alatnog čelika. Može biti u standardnoj izradi ili služi i kao proširivač kada ima ugrađena sečiva od volfram karbida ili dijamantska sečiva. U tom slučaju održava prečnik bušotine i stabilizuje jezgrenu cev. Izgled spojnice proširivača prikazan je na slici br. 2. 6

Slika 2. Spojnice proširivači 2 Hvatači jezgra Hvatač jezgra ima funkciju da pri podizanju aparata za jezgrovanje, a po završenom bušenju, čvrsto stegne jezgro i omogući njegovo kidanje. Takođe, omogućava prihvat jezgra u cevi do iznošenja na površinu. Hvatač jezgra se zavisno od tipa aparata za jezgrovanje nalazi u kruni ili u spojnici. Moguć položaj hvatača sa principom njegovog delovanja prikazan je na slici br. 3. Hvatač je sa unutrašnje strane nazubljen kako bi što čvršće uhvatio jezgro. Kućište hvatača jezgra je konusno, kao i spoljna strana hvatača. Izrađuje se od 7 kvalitetnog visoko elastičnog i žilavog čelika.

Jezgro, formirano sečivima po unutrašnjem obodu krune, prolazi kroz hvatač i spojnicu i ulazi u cev. Pri nailasku na hvatač potisne ga u gornji deo kućišta i šireći ga, uz blagi otpor prolazi kroz njega. Po završenom bušenju tj. punjenju cevi prekida se rotacija i kompozicija bušaćeg pribora se uređajima za manevrisanje povlači naviše. Hvatač, pošto je priljubljen uz jezgro, povlači se u suženi deo kućišta i sve čvršće steže jezgro. njegova nazubljena unutrašnja strana onemogućava proklizavanje jezgra. Kada sila zatezanja prevaziđe čvrstoću na istezanje stene koja se buši doći će do kidanja jezgra ispod hvatača. Tokom svakog sklapanja aparata za jezgrovanje, pre njegovog spuštanja u bušotinu, proverava se stanje hvatača. Može se dogoditi da je hvatač pohaban i da ne steže jezgro dovoljno čvrsto i da se ne može izvršiti njegovo kidanje po završenom bušenju ili da ga ne drži dovoljno čvrsto i da jezgro ispadne u bušotinu tokom izvlačenja kolone bušaćeg pribora. Ovo se najčešće događa kada se sa novom krunom koristi već pohaban hvatač. Kada se sa starom krunom, koja zbog trošenja sečiva po unutrašnjem obodu daje jezgro nešto većeg prečnika, koristi nov hvatač može se dogoditi da jezgro ne može da prođe kroz njega i da ga slomi. Da bi se ovakve havarije za vreme bušenja sprečile najbolje je sa novom krunom koristiti nov hvatač. 8

Slika 3. Položaj hvatača jezgra i princip rada Ponekad se dogodi da se jezgro prekine u samom hvataču, i tada deo jezgra spojen sa matičnom stenom ostaje u bušotini, slika br. 4. Slika 4. Izgled dna bušotine posle kidanja jezgra Na slici br. 5 pokazani su standardni hvatači jezgra. 9

Hvatač jezgra za debelorezne krune Hvatač tipa korpa za rastresite stene Hvatač sa prolazima za isplaku sa strane Slika 5. Hvatači jezgra 10

3 Bušaće šipke Bušaće šipke su deo pribora za bušenje koje se koriste u svim fazama tehnološkog procesa izrade bušotine: bušenja, kidanja jezgra, svih manevrisanja, vađenja i spuštanja cevi za jezgrovanje, izvlačenja obložnih kolona, spasavanja u bušotini itd. Bušaća šipka u procesu bušenja prenosi obrtni momenat i aksijalno opterećenje i služi za dovođenje ispirnog fluida do bušaće krune. Postoje razne konstrukcije bušaćih šipki, ali se sve povezuju sa spojnicom između dve šipke i uvek su to spojevi sa navojem. Na slici br. 6 prikazane su bušaće šipke firme Craelius. Slika 6. Bušaće šipke 11

Na slici br. 7 prikazan je izgled i presek bušaće šipke sa spojnicom kao i tabelarni pregled standardnih dimenzija i težina. Težina bušaćih šipki je veoma bitan parametar za projektovanje bušenja. U zavisnosti od zahtevane dužine i prečnika bušenja usvaja se odgovarajući sastav bušaćeg pribora. Težina kolone bušaćeg pribora uslovljava izbor mašine i opreme za manevrisanje koja može savladati tu težinu. Upravo iz razloga velike težine kolone bušaćeg pribora proizvode se i šipke od legiranog aluminijuma. Kod ovih šipki krajevi na kojima je navoj su od čelika. Slika 7. Bušaća šipka sa spojnicom 12

Na slici br. 8 prikazana je bušaća šipka wire line koja je nešto drugačije konstrukcije. Ove šipke su većeg prečnika. njihov spoljni prečnik je isti kao spoljni prečnik cevi za jezgrovanje. Kroz wire line bušaću šipku se izvlači i spušta aparat za jezgrovanje (unutrašnja cev za jezgrovanje), pa je i konstrukcija spojnice prilagođena ovoj nameni. Bušaća šipka je tokom svog rada u zavisnosti od tehnološke faze opterećena na istezanje, pritisak, uvijanje i izvijanje. Opterećenje na istezanje dominantno je u procesu manevrisanja bušaćim priborom (izvlačenje i spuštanje), mada se javlja i kod drugih tehnoloških postupaka: spasavanja bušaćeg pribora, izvlačenja obložnih kolona itd. Kod dubokih bušotina težina kolone bušaćeg pribora veća od potrebnog pritiska krune na dno bušotine. U ovoj situaciji gornji deo kolone bušaćih šipki opterećen je na istezanje, a donji deo na pritisak. Slika 8. wire line bušaća šipka 13

U proračunu maksimalne sile zatezanja bušaćih šipki ne sme se izostaviti ni uticaj trenja bušaćih šipki o zidove bušotine, koji može biti veliki kod jako iskrivljenih i kosih bušotina, i dinamička komponenta izazvana ubrzanjem odnosno usporenjem kolone pri manevrisanju. Maksimalno naprezanje na zatezanje bušaće šipke javlja se neposredno ispod izvlakača bušaćih šipki kod bušilica sa tornjem. Ovo maksimalno opterećenje javlja se na početku izvlačenja kolone bušaćeg pribora iz bušotine i na kraju njenog spuštanja u bušotinu i ono se može izračunati po formuli: ( Q + Q ) Q = 0,00981 + 1 2 Q3 (kn) Q 1 -masa bušaćeg pribora u isplaci koja se računa po formuli: Q q H ρ ρ i 1 = 1 (kg) gde je: Q - masa dužnog metra bušaćih šipki, (kg/m) H - dubina bušotine, odnosno dužina bušaćeg pribora, (m) ρ i -gustina isplake, (kg/m 3 ) ρ - gustina čelika, (kg/m 3 ) 14

Q 2 -uticaj trenja kolone bušaćeg pribora o zidove bušotine može se izračunati po formuli: Q ( 0,2 0,3) 1 2 = Q (kg) Po ovoj formuli uticaj trenja se može proceniti u slučajevima kada se bušotina pre izvlačenja kolone bušaćeg pribora dobro ispere od čestica nabušenog materijala. U protivnom, i kada su bušotine znatno zakrivljene opterećenje izazvano trenjem može biti i znatno veće. Q 3 -dinamički uticaji usled usporenja i ubrzanja kolone bušaćeg pribora koji se računaju po formuli: Q1 a Q3 = (kg) gde je: g a -ubrzanje, odnosno usporenje pribora, (m/s 2 ) g -ubrzanje zemljine teže, (9,81 m/s 2 ) 15

U procesu bušenja kolona bušaćeg pribora rotira. U mehaničkom smislu kolona bušaćih šipki se ponaša kao vratilo jer prenosi obrtni moment od stezne glave na bušilici do krune. Najveći otpor rotaciji daje bušaća kruna, ali otpor rotaciji daju i bušaće šipke usled trenja šipki o zidove bušotine i ispirni fluid u bušotini. Analogno navedenom najveći obrtni momenat je u onom delu šipke koji je u steznoj glavi. Protivno ovome do loma izazvanog uvijanjem, usled zaglave bušaćeg pribora, dolazi u kritičnom preseku (spojevi šipki) iznad zaglave, usled naglog porasta dinamičke komponente obrtnog momenta. Najveći obrtni moment limitiran je snagom motora i može se izračunati po formuli: N m i M = 60000 n (Nm) gde je: M - najveći obrtni moment, (Nm) N - nominalna snaga motora, (kw) m - koeficijent korisnog dejstva prenosnog mehanizma od motora do stezne (rotacione) glave bušilice i - koeficijent mogućeg preopterećenja motora, kod SUS motora 1,00-1,15; kod elektromotora on iznosi 1,50-2,00 n - broj obrtaja bušaćeg pribora, (min -1 ) 16

Da bi se proces bušenja odvijao po predviđenom režimu, bušaćoj kruni osim rotacije se obezbeđuje i odgovarajuće aksijalno opterećenje. I aksijalno opterećenje se na krunu nanosi pomoću uređaja na bušilici preko stezne (rotacione) glave i bušaćih šipki. [ipke su dakle u toku procesa bušenja opterećene na pritisak koji usled velike dužine kolone izaziva njihovo izvijanje. Usled izvijanja šipke dobiju talasast oblik. Bušenje sa velikim brojem obrtaja ostvaruje znatne centrifugalne sile koje pojačavaju krivljenje bušaćih šipki, a što za posledicu ima veće otpore rotaciji usled trenja i povećano krivljenje bušotine. Sprečavanje pojave prevelikog izvijanja bušaćih šipki može se postići usklađivanjem prečnika bušaćih šipki sa prečnikom bušenja. Teži se što većem prečniku bušaćih šipki, koji je maksimalan kod wire line metoda bušenja kod koga je najmanje izvijanje i shodno tome minimizirane vibracije obezbeđuju miran rad krune i njene visoke učinke. U tabeli br. 1 data je preporuka za izbor kompozicije bušaćeg pribora za Craelius čelične šipke. 17

Tabela 1. Odnos prečnika bušenja i prečnika bušaćih šipki Spoljni prečnik bušaće šipke, mm Unutrašnji prečnik bušaće šipke, mm Unutrašnji prečnik spojnice, mm Težina sa spojnicom, kg/m Maksimalna dubina bušenja, m Prečnik bušenja, mm 33,5 24,5 15 3,3 600 36, 46, (56) 42,0 33,0 22 4,4 1000 46, 56, 66, (76, 86) 50,0 38,0 22 6,9 2000 60,0 48,0 25 9,4 3000 56, 66, 76, 86, (101, 116, 131, 146) 66, 76, 86, 101,116, 131, 146 18

4 Ispirna glava Na vrhu kolone bušaćeg pribora nalazi se ispirna glava. Postoje razne konstrukcije ispirnih glava: za velike brojeve obrtaja i velika opterećenja i sl. Bez obzira na konstrukciju, svi tipovi imaju funkciju da spoje potisni cevovod pumpe za isplaku sa bušaćim šipkama, tj. da omoguće neometanu cirkulaciju isplake uz istovremenu rotaciju bušaćih šipki. Ispirna glava se sastoji od dva osnovna podsklopa: gornjeg nepokretnog i donjeg pokretnog. Kada se manevrisanje bušaćim priborom obavlja uz pomoć tornja ispirna glava na gornjem nepokretnom delu ima alku pomoću koje se veša za pokretnu koturaču. Na slici br. 9 prikazana je jedna tipična konstrukcija ispirne glave koja se koristi u istražnom bušenju. 19

Slika 9. Izgled i sklopni crtež ispirne glave 20

KRAJ 21