Επιχειρησιακό Πρόγραµµα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραµµα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης 3.2 Ανδρέας Γεωργακόπουλος Καθηγητής Κοιτασµατολογίας, Τµήµα Γεωλογίας, Α.Π.Θ. ageorgak@geo.auth.gr
Οι γεωτρήσεις που ορύσσονται για αναζήτηση υδρογονανθράκων χαρακτηρίζονται ως ερευνητικές (exploration wells), κοινώς γνωστές από τους γεωτρυπανιστές ως wildcats. Η θέση της γεώτρησης εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά των υποκείμενων γεωλογικών σχηματισμών. Είναι πάντως δυνατό να αναζητηθεί μια θέση η οποία να ικανοποιεί τόσο τα περιβαλλοντικά κριτήρια όσο και την ευκολία προμήθειας και μεταφοράς του εξοπλισμού και των υλικών, και κυρίως την ανάγκη για αποτελεσματική διάτρηση. Wildcat Drilling The process of drilling for oil or natural gas in an unproven area, that has no concrete historic production records and has been unexplored as a site for potential oil and gas output. The most successful energy companies are the ones with a very high rate of drilling success, irrespective of whether the wells are drilled in known areas of production. Wildcat drilling is also known as exploratory drilling.
Ένα γεωτρητικό συγκρότημα είναι το σύνολο ενός εξοπλισμού, ο οποίος χρησιμεύει για την αναζήτηση, σε μικρό ή μεγάλο βάθος μέσα στο υπέδαφος, νερού, πετρελαίου ή φυσικού αερίου από υπόγειους ταμιευτήρες. Μονάδα παραγωγής του γεωτρητικού συγκροτήματος είναι το μέτρο (m) ήτοπόδι(ft). Το κόστος μετακίνησης του γεωτρητικού συγκροτήματος επηρεάζεται από το βάρος του, το οποίο με τη σειρά του εξαρτάται από το πόσο βαθιά θα είναι η γεώτρηση. Το νερό, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και τα άλλα ρευστά ΔΕΝ βρίσκονται μέσα σε υπόγειες λίμνες, σαν δεξαμενές. Η αλήθεια είναι ότι όλα τα ρευστά βρίσκονται παγιδευμένα μέσα σε πάρα πολύ μικρούς πόρους ανάμεσα στους κόκκους πετρωμάτων με αποθηκευτική δυνατότητα ή ταμιευτήρες (reservoirs). Οι πόροι αυτοί, τις περισσότερες φορές, δεν διακρίνονται με γυμνό μάτι. Στόχος μιας γεώτρησης είναι να φτάσει μέχρι τα πετρώματαταμιευτήρες των ρευστών και αναλόγως των αποθεμάτων να θέσει ένα κοίτασμα σε παραγωγή.
Formulas and Calculations for Drilling, Production, Workover Basic Formulas Basic Calculations Drilling Fluids Calculations Pressure Control Calculations Engineering Calculations Horizontal Directional Calculations Construction and Completions Calculations Well Construction Cost Calculations Το κόστος μιας γεώτρησης εξαρτάται κυρίως από την ημερήσια τιμή ενοικίασης του γεωτρυπάνου [daily rate], τις επιπλέον υπηρεσίες που απαιτούνται για την όρυξη της γεώτρησης, τη διάρκεια του προγράμματος και την απόσταση της θέσης από τα σημεία ανεφοδιασμού [logistic supply costs]. Οι ημερήσιες τιμές ενοικίασης των υπεράκτιων γεωτρυπάνων διαφέρουν ανάλογα με τη διατρητική τους ικανότητα, καθώς και τη διαθεσιμότητά τους στην αγορά. Τα πλωτά γεωτρύπανα για βαθιά νερά κοστίζουν πάνω από το διπλάσιο αυτών που χρησιμοποιούνται σε ρηχά νερά. Οι χερσαίες γεωτρήσεις είναι σημαντικά φθηνότερες, ιδιαίτερα αν το πεδίο-στόχος [target] βρίσκεται σε μικρό βάθος.
Το κόστος μπορεί να εκτιμηθεί συνδυάζοντας κάποιες αναλυτικές τεχνικές. Οστόχοςόρυξηςμιαςγεώτρησηςπ.χ. για υδρογονάνθρακες είναι να εκτελεστεί μια γεώτρηση στο συντομότερο δυνατό χρονικό διάστημα σε σχέση με τους τεχνολογικούς και λειτουργικούς περιορισμούς που συνδέονται με την όλη διαδικασία και λαμβάνοντας πάντοτε υπόψη τα θέματα ασφάλειας και προστασίας του περιβάλλοντος. Η πραγματοποίηση αυτού του στόχου εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως η τοποθεσία, η εμπειρία του προσωπικού, η γεωλογία της περιοχής όπου θα γίνει η διάτρηση, κ.ά. Η εκτίμηση και η ανάλυση του κόστους μιας γεώτρησης είναι το τελικό στάδιο στον σχεδιασμό. Αν και ουσιαστικό μέρος του προγράμματος της γεώτρησης, ο προσδιορισμός του αποτελεί και ένα από τα πλέον δύσκολα σημεία. Το κόστος, είναι προφανές ότι εξαρτάται από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του έργου. Μια αρκετά αντιπροσωπευτική εκτίμηση του κόστους διάτρησης ($/ft ή $/m) για συγκεκριμένο διατρηθέν διάστημα (π.χ. από τα 1258 μέτρα μέχρι τα 1306 μέτρα), δίδεται από την ακόλουθη απλή σχέση: C=[R(t+t d ) + C b ] / F
Για την κατανόηση του υπολογισμού του κόστους διάτρησης αλλά και της σημασίας της σωστής επιλογής κοπτικού με βάση τη λιθολογία, δίνονται τα παρακάτω παραδείγματα: Σε μια γεώτρηση ο χρόνος περιστροφής του γεωτρυπάνου (άρα ο χρόνος διάτρησης των γεωλογικών σχηματισμών) ήταν ίσος με 17 ώρες. Ο συνολικός χρόνος ανέλκυσης και καθέλκυσης της διατρητικής στήλης ανήλθε σε 4 ώρες. Το κόστος του γεωτρυπάνου ήταν $700/ώρα, ενώ το κόστος του κοπτικού Α για σκληρούς σχηματισμούς που χρησιμοποιήθηκε στο συγκεκριμένο διάστημα διάτρησης ήταν $1500. Με τα δεδομένα αυτά διατρήθηκαν 41 μέτρα. Εφαρμόζοντας τον παραπάνω τύπο το κόστος διάτρησης για το συγκεκριμένο διάστημα ήταν: C= 1500 + 700 (17+4) / 41 = 395 $/m Στην ίδια γεώτρηση ο χρόνος περιστροφής του γεωτρυπάνου ήταν ίσος με 12 ώρες. Ο συνολικός χρόνος ανέλκυσης και καθέλκυσης της διατρητικής στήλης ανήλθε σε 4 ώρες. Το κόστος του γεωτρυπάνου ήταν $700/ώρα, ενώ το κόστος του κοπτικού Β για πιο μαλακούς σχηματισμούς που χρησιμοποιήθηκε στο συγκεκριμένο διάστημα διάτρησης ήταν και πάλι $1500. Με τα δεδομένα αυτά διατρήθηκαν 35 μέτρα. Εφαρμόζοντας τον παραπάνω τύπο το κόστος διάτρησης για το συγκεκριμένο διάστημα ήταν: C= 1500 + 700 (12+4) / 35 = 360 $/m
C = είναι το κόστος διάτρησης ανά πόδι ή ανά μέτρο - drilling cost per foot or per meter ($/ft - $/m) για κάθε υπό εξέταση κοπτικό άκρο (bit), R = είναι το κόστος του γεωτρυπάνου (περιλαμβάνει το λειτουργικό κόστος, καθώς και το κόστος ενοικίασης ή την απόσβεση αγοράς του) - rig operating cost ($/hr), t = Ο χρόνος t (ή χρόνος μανούβρας - trip time (hr) είναιτοσύνολοτων νεκρών χρόνων που απαιτούνται: 1. Για την καθέλκυση της διατρητικής στήλης στο βάθος που ξεκινά τη διάτρηση το εξεταζόμενο κοπτικό, 2. Για την προσθήκη των διατρητικών στελεχών στη διατρητική στήλη ώστε να προχωρήσει η διάτρηση από το βάθος έναρξης έως το πέρας της λειτουργίας του εξεταζόμενου κοπτικού, 3. Για την ανέλκυση της διατρητικής στήλης στην επιφάνεια για την αλλαγή του κοπτικού. t d = είναι ο χρόνος ωφέλιμης διάτρησης από το συγκεκριμένο κοπτικό - drilling time (hr), C b = είναι το κόστος του κοπτικού άκρου (τρυπανιού) - bit cost ($), F = είναι τα μέτρα ή πόδια που διατρήθηκαν (ft).
Ένα φρεάτιο είναι γενικά μια τρισδιάστατη σωληνοειδής δομή ηοποία, με γεωμετρικούς όρους, περιγράφεται σε σχέση με το μήκος της (βάθος), τη διάμετρο της και την καμπυλότητα της τροχιάς της οπής δεδομένου ότι μια γεώτρηση δεν είναι σχεδόν ποτέ απολύτως κάθετη. Στις γεωτρήσεις ορίζουμε ως πραγματικό κάθετο βάθος - true vertical depth ή TVD την ευθεία, κάθετη γραμμή μεταξύ της επιφανείας και του πυθμένα της γεώτρησης. Αντίθετα, ως μετρηθέν βάθος measured depth ή MD ορίζουμε το μήκος της οπής της γεώτρησης όπως αυτό μετράται κατά την όρυξη της και με βάση τα μήκη των σωλήνων που χρησιμοποιήθηκαν. Το πραγματικό κάθετο βάθος (true vertical depth ή TVD) είναι πάντοτε μικρότερο ή ίσο από το μετρηθέν βάθος (measured depth ή MD). Πραγματικό κάθετο βάθος - true vertical depth ή TVD Μετρηθέν βάθος measured depth ή MD
Στις αρχές του 20ου αιώνα ο Antony Lucas κατέδειξε την αποτελεσματικότητα της περιστροφικής διάτρησης [Rotary Drilling] με την ανακάλυψη του κοιτάσματος Spindeltop στο Texas. Ήταν ο πρώτος που συνδύασε τη χρήση της περιστροφικής διάτρησης με τη συνεχή κυκλοφορία λάσπης [Mud circulation]. Από τότε η τεχνολογία της περιστροφικής διάτρησης έχει αποκτήσει τεράστια εφαρμογή παγκοσμίως και έχει αναβαθμιστεί από τις τεχνολογικές εξελίξεις. Τα γεωτρύπανα κατατάσσονται σε διάφορες κατηγορίες αναλόγως της μεθόδου διάτρησης (rotary table με kelly, top drive, sonic drilling, hammer drilling), της θέσης του πύργου derrick (κάθετηήμε κλίση), του ύψους του (απλό, διπλό, τριπλό, τετραπλό), της μεθόδου μετάδοσης ισχύος (ηλεκτρικό, μηχανικό, υδραυλικό γεωτρύπανο) κ.λ.π.
Κεκλιμένος Πύργος (derrick) γεωτρυπάνου. Για τις χερσαίες επιχειρήσεις στην επιλεγείσα τοποθεσία δημιουργείται εργοτάξιο το οποίο θα φιλοξενήσει τον εξοπλισμό της γεώτρησης και τις υπηρεσίες υποστήριξης. Η έκταση ενός τέτοιου εργοταξίου κυμαίνεται μεταξύ 4000 και 15.000 m 2. Εννοείται πως λαμβάνονται υπόψη οι συνθήκες του εδάφους αλλά και οι κλιματικοί και εποχιακοί περιορισμοί.
Για τις εργασίες που αφορούν διάτρηση μέσα από νερό (offshore drilling) μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτόνομες κινητές μονάδες γεώτρησης ανοιχτής θαλάσσης (Mobile Offshore Drilling Units MODU s), η επιλογή των οποίων εξαρτάται από το βάθος του νερού, τις συνθήκες του πυθμένα της θάλασσας και τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες, ιδιαίτερα την ταχύτητα του ανέμου, το ύψος των κυμάτων και τα επικρατούντα ρεύματα. Στις κινητές εξέδρες (mobile rigs) που συνήθως χρησιμοποιούνται για offshore εργασίες περιλαμβάνονται οι εξέδρες τύπου jack-up, οι semi-submersible drilling rigs (ημιβυθιζόμενες εξέδρες) και τα drillships, ενώ σε ρηχά νερά και σε κλειστές και προστατευμένες από ακραία καιρικά φαινόμενα περιοχές μπορούν να χρησιμοποιηθούν πλωτές φορτηγίδες (barges). Type of Drilling Rigs Drilling Rigs Land Rigs Heavy Land Rig Light Land Rig Helicopter Portable Rig Marine Rigs Floating Rigs Bottom Supported Rigs Semi Submersible Jackup Drill Ship Platform Drilling Barge Submersible A typical classification of rotary drilling rigs
Land Rig Jackup Rig For drilling on land For drilling in water depths from 15 ft to +/- 350 ft. Inland Barge For drilling in water depths from 8 to 30 ft. Drill Ship Semi-Submersible Rig Drill ships and semi-submersible rigs are for drilling in water depths from 100 to 5000+ ft. Semi-submersible Rigs-Ημιβυθιζόμενες Εξέδρες Οι εξέδρες αυτού του τύπου κατατάσσονται σε γενιές, αναλόγως του έτους κατασκευής και του βάθους της υδάτινης στήλης: Generation Water Depth Dates First about 600 ft 200 m Early 1960s Second about 1000 ft 300 m 1969 1974 Third about 1500 ft 500 m Early 1980s Fourth about 3000 ft 1000 m 1990s Fifth about 7500 ft 2500 m 1998 2004 Sixth about 10000 ft 3000 m 2005 2010
Αποτελούν μια πιο δαπανηρή επιλογή από τα jackup. Επιλέγονται καθόσον είναι οι πλέον σταθερές από κάθε άλλη πλωτή εξέδρα και μπορούν να εκτελούν γεωτρήσεις σε μεγάλα βάθη και κάτω από ιδιαίτερα αντίξοες συνθήκες, λόγω της ικανότητάς τους να αντέχουν σε πολύ υψηλό κυματισμό των υδάτων. Ένα semi submersible είναι ένα MODU (Mobile Offshore Drilling Unit) με ένα κατάστρωμα (deck) πάνω στο οποίο βρίσκεται όλος ο εξοπλισμός της γεώτρησης και όλα τα υπόλοιπα υποστηρικτικά μηχανήματα. Η πλευστότητα και η ευστάθεια μιας εξέδρας αυτού του τύπου εξασφαλίζεται από το βάρος έρματος [ballast], το οποίο γεμίζει ή αδειάζει ειδικές δεξαμενές/καρίνες [pontoons] που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας και την επίδραση των κυμάτων των ωκεανών. Το κατάστρωμα βρίσκεται ψηλά, πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, και ως εκ τούτου διατηρείται μακριά από τα κύματα. Οι εξέδρες αυτές στηρίζονται με μεγάλες άγκυρες, η κάθε μια εκ των οποίων μπορεί να ζυγίζει και 10 τόνους. Οι άγκυρες αυτές εξασφαλίζουν την σταθερότητα και την ασφάλεια της εξέδρας ακόμη και σε πολύ ταραγμένα νερά. Όταν μετακινούνται, οι ημιβυθιζόμενες εξέδρες δεν βυθίζονται μέσα στο νερό. Μόνο κατά τη διάρκεια όρυξης της γεώτρησης τα semisubs είναι μερικώς βυθισμένα. Επειδή μπορούν να επιπλέουν στην επιφάνεια του νερού, η μεταφορά των εν λόγω εξεδρών από μια θέση σε μια άλλη γίνεται πιο εύκολα. Σε μερικές περιπτώσεις μεταφέρονται με σκάφη, όπως ρυμουλκά ή φορτηγίδες, ενώ μερικά έχουν το δικό τους σύστημα προώθησης.
Στην έρευνα και παραγωγή υδρογονανθράκων (Exploration and Production - E&P projects), οι κίνδυνοι και οι παράγοντες αβεβαιότητας είναι πολυδιάστατοι και μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια του έργου. Οι κίνδυνοι συνδέονται με τις παρακάτω παραμέτρους: Τον ταμιευτήρα (Reservoir) (βάθος, πιέσεις, διαπερατότητα, μεταναστεύσεις), Την τεχνολογία (sidetracked drilling, unproven technologies, deeply accumulated deposits), Την ποιότητα των υδρογονανθράκων (περιεκτικότητα σε θείο, % ασφαλτενίων, κ.ά), Τα κόστη (investment expenditure, operational costs, project management costs), Το προσωπικό, Τον χρόνο (καθυστερήσεις στην έναρξη της παραγωγής, αποδοτικότητα των γεωτρήσεων παραγωγής), Το περιβάλλον, Τα θέματα ασφάλειας και εκπαίδευσης του προσωπικού, Πολιτικά και διπλωματικά θέματα, Σταθερότητα του φορολογικού καθεστώτος στη χώρα δραστηριοποίησης, ΚΑΙ ΠΑΝΩ ΑΠ ΌΛΑ ΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΓΟΡΑ (ζήτηση, ανταγωνισμός, ζητήματα μεταφοράς των υδρογονανθράκων στους καταναλωτές). Ο ΓΕΩΤΡΗΤΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Το περιστροφικό γεωτρύπανο χρησιμοποιεί ένα τρυπάνι [drill bit] για να κόψει τους γεωλογικούς σχηματισμούς μέσα στη γη. Καθώς η οπή γίνεται βαθύτερη, στο τρυπάνι προστίθενται νέα διατρητικά στελέχη ώστε να του επιτρέψουν να σκάψει βαθύτερα. Αυτά τα διατρητικά στελέχη μαζί με το κοπτικό αποτελούν τη διατρητική στήλη [drill string]. Στο τρυπάνι εφαρμόζεται επαρκές βάρος ώστε να το κρατά συνεχώς σε επαφή με τον πυθμένα της γεώτρησης.
Υπάρχουν πέντε βασικά μέρη σε ένα γεωτρητικό συγκρότημα: το σύστημα ανύψωσης ή σύστημα ανέλκυσης και καθέλκυσης της διατρητικής στήλης (hoisting system), το σύστημα περιστροφής (rotating system), το σύστημα κυκλοφορίας του πολφού (circulating system), το σύστημα ενεργειακής τροφοδοσίας (power system), το σύστημα BOP (Blow Out Preventer).
Η Διατρητική Στήλη (Drill String)
ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΝΥΨΩΣΗΣ (HOISTING SYSTEM) Το σύστημα ανύψωσης ή σύστημα ανέλκυσης και καθέλκυσης της διατρητικής στήλης (hoisting system), αποτελείται από τον πύργο (derrick), το κινητό σύστημα τροχαλιών (traveling block), το σταθερό σύστημα τροχαλιών (crown block), τα συρματόσχοινα (drilling line) και το βαρούλκο (drawworks). crown block traveling block Ο πύργος (derrick) συγκρατεί τη διατρητική στήλη (drill string) στο κάτω μέρος της οποίας υπάρχει το κοπτικό άκρο (drill bit). Συγκρατεί επίσης το κινητό σύστημα τροχαλιών (traveling block) και το σταθερό σύστημα τροχαλιών (crown block). Αυτά τα δύο συστήματα συνιστούν ένα σύνολο τροχαλιών που ανεβάζει και κατεβάζει τη διατρητική στήλη. Το σταθερό σύστημα τροχαλιών (crown block) είναι μια στατική τροχαλία που βρίσκεται στην κορυφή του πύργου. Το κινητό σύστημα τροχαλιών (traveling block) μπορεί να κινείται προς τα πάνω και προς τα κάτω και χρησιμοποιείται για να ανελκύει και να καθελκύει τη διατρητική στήλη. Αυτές οι τροχαλίες συνδέονται με τη διατρητική στήλη με ένα χαλύβδινο καλώδιο μεγάλης διαμέτρου. Το καλώδιο είναι συνδεδεμένο με ένα βαρούλκο ή αλλοιώς drawworks. Το βαρούλκο περιλαμβάνει ένα μεγάλο κύλινδρο (drum) γύρω από τον οποίο τυλίγεται το καλώδιο της γεώτρησης. Καθώς ο κύλινδρος περιστρέφεται προς τη μια ή την άλλη κατεύθυνση το καλώδιο της γεώτρησης τυλίγεται ή ξετυλίγεται γύρω του ανελκύοντας ή καθελκύοντας τη διατρητική στήλη.
1. Mud tank 2. Shale shakers Δονούμενα Κόσκινα 3. Suction line (mud pump) 4. Mud pump 5. Motor or power source 6. Vibrating hose 7. Draw-works - Βαρούλκο 8. Standpipe 9. Kelly hose 10. Goose-neck 11. Traveling block Κινητό Σύστημα Τροχαλιών 12. Drill line 13. Crown block Σταθερό Σύστημα Τροχαλιών 14. Derrick - Πύργος
15.Monkey board 16.Stand (of drill pipe) 17.Pipe rack (floor) 18.Swivel (may be replaced by a top drive) 19.Kelly drive 20.Rotary table 21.Drill floor 22.Bell nipple 23.Blowout preventer (BOP) Annular type 24.Blowout preventer (BOP) Pipe ram & blind ram 25.Drill string 26.Drill bit 27.Casing head or Wellhead 28.Flow line ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ (ROTATING SYSTEM) Ο περιστρεφόμενος εξοπλισμός περιστρέφει το κοπτικό άκρο (τρυπάνι). Διακρίνουμε δύο διαφορετικούς τρόπους όρυξης μιας γεώτρησης μεγάλου βάθους: με Kelly, με Top drive system.
Στην περίπτωση γεώτρησης με Kelly ο εξοπλισμός περιλαμβάνει τον περιστρεπτό τροφοδότη (Swivel), το τετραγωνικό ή εξαγωνικό στέλεχος μετάδοσης της περιστροφής (Kelly), την περιστροφική τράπεζα (rotary table), τα διατρητικά στελέχη (drill pipes), τα αντίβαρα (drill collars) και το κοπτικό άκρο (bit). O περιστρεπτός τροφοδότης (Swivel), είναι συνδεμένος με το κάτω μέρος του κινητού συστήματος τροχαλιών (traveling block) και επιτρέπει στη διατρητική στήλη να περιστρέφεται. Στον περιστρεπτό τροφοδότη (Swivel) συνδέεται το τετραγωνικό ή εξαγωνικό στέλεχος μετάδοσης της περιστροφής (Kelly). Το εξαγωνικό Kelly είναι πολύ ισχυρότερο του τετραγωνικού το οποίο όμως κοστίζει φθηνότερα. Το στέλεχος αυτό προσαρμόζεται μέσα σε υποδοχή της περιστροφικής τράπεζας. Καθώς αυτή περιστρέφεται, περιστρέφεται μαζί της και το Kelly. Η κίνηση του Kelly περιστρέφει όλη τη διατρητική στήλη καιμαζίτηςκαιτοκοπτικόάκρο. KELLY ΚΑΙ ROTARY TABLE
SWIVEL
Το Top drive system επίσης χρησιμοποιείται για να περιστρέφει τη διατρητική στήλη κατά τη διαδικασία όρυξης μιας γεώτρησης. Το Top drive είναι ένας κινητήρας που κρέμεται από τον πύργο του γεωτρυπάνου. Διαθέτει ιπποδύναμη 1.000 ίππων. Αντικαθιστώντας το παραδοσιακό Kelly και την περιστροφική τράπεζα, το Top drive μειώνει τη χειρωνακτική εργασία που απαιτείται στις γεωτρήσεις, καθώς και πολλούς από τους σχετικούς κινδύνους. Σημειώνεται πως κατά τη διάτρηση με Top drive η τράπεζα (rotary table) δεν περιστρέφεται. Το Top drive system επιλέγεται λόγω της αυξημένης αποτελεσματικότητας του αλλά και λόγω της μεγαλύτερης ασφάλειας που παρέχει. Τα βασικά πλεονεκτήματα του είναι τα ακόλουθα: Η διάτρηση μπορεί να γίνεται κάθε φορά με τρία στελέχη αντί για ένα μόνο, όπως συμβαίνει στην περίπτωση της διάτρησης με Kelly, Με το Top drive μειώνονται κατά πολύ οι πιθανότητες να κολλήσει η διατρητική στήλη, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση του κόστους, Οι γεωτρυπανιστές προσθέτουν ή αφαιρούν τις αντλίες του πολφού με μεγαλύτερη ευκολία όταν ανελκύουν ή καθελκύουν τη διατρητική στήλη, Αποτελεί την καλύτερη λύση όταν πρόκειται για κατευθυνόμενες γεωτρήσεις (directional wells) ήγιαextended-reach wells.
ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΑ ΤΩΝ ΜΕΡΩΝ ΤΟΥ TOP DRIVE SYSTEM THE TOP DRIVE SYSTEM
Και στις δύο περιπτώσεις διάτρησης (με Kelly ήμεtop Drive), τα στελέχη διάτρησης είναι χαλυβδοσωλήνες μήκους περίπου 30 ποδιών, με διάμετρο από 4 έως 5 ίντσες. Τα αντίβαρα (drill collars) προσθέτουν βάρος στο κοπτικό. Τα στελέχη έχουν κοχλιωτές συνδέσεις σε κάθε άκρο οι οποίες επιτρέπουν στα στελέχη να ενώνονται μεταξύ τους. Το κοπτικό άκρο (drilling bit) δημιουργεί την τρύπα. Το μέγεθος του κυμαίνεται από έξι ίντσες έως τρία πόδια (σε διάμετρο). Τα πιο συνηθισμένα κοπτικά άκρα είναι τα κοπτικά με τους περιστρεφόμενους κώνους (roller cone bits), οι αδαμαντοκορώνες (diamond bits) και τα πολυκρυσταλλικά συμπαγή αδαμαντοτρύπανα (Polycrystalline Diamond Compact bits PDC). Απλά διατρητικά στελέχη.
Χρησιμοποιηθέντα αντίβαρα (drill collars) Καινούργια αντίβαρα (drill collars) http://rdt-usa.co/product_drill_collar.aspx
Τα κοπτικά με περιστρεφόμενους κώνους έχουν τρεις κώνους που περιέχουν σειρές δοντιών. Καθώς οι κώνοι περιστρέφονται τα δόντια κόβουν τα πετρώματα και δημιουργούν την οπή. Το κοπτικό περιέχει επίσης μικρά ακροφύσια (nozzles) μέσω των οποίων γίνεται ψεκασμός με το ρευστό της γεώτρησης (drilling fluid), το οποίο διευκολύνει την απομάκρυνση των θρυμμάτων των πετρωμάτων από τον πυθμένα της γεώτρησης. Οι αδαμαντοκορώνες έχουν μια ενιαία, σταθερή κεφαλή που περιέχει πολλά μικρά διαμάντια. Και οι αδαμαντοκορώνες διαθέτουν επίσης ακροφύσια για την εισπίεση του πολφού της γεώτρησης. Η επιλογή του κατάλληλου κοπτικού άκρου εξαρτάται από τη λιθολογική σύσταση των σχηματισμών που θα διατρηθούν. Τεχνική Γεωτρήσεων Δύο είδη τρίκωνων κοπτικών άκρων
ΤΡΙΚΩΝΟ ΚΟΠΤΙΚΟ ΑΚΡΟ (VAREL INTERNATIONAL) ΜΕ ΤΑ ΑΚΡΟΦΥΣΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΚΤΟΞΕΥΣΗ ΤΟΥ ΠΟΛΦΟΥ ΛΑΣΠΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ΤΟ ΣΧΗΜΑ ΤΩΝ ΟΔΟΝΤΩΝ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ ΛΙΘΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΠΟΥ ΘΑ ΔΙΑΤΡΗΘΟΥΝ
PDC (polycrystaline diamond compact) Bits TSP (THERMALLY Καθηγητής STABLE Α. Γεωργακόπουλος POLYCRISTALLINE) - http://www.bakerhughes.com/products-and-services/drilling/drillbit-systems Large drill bit combining the buttons of a tri-cone (the silvery points) with polycrystalline diamond cutters (the dark circles).
Χρησιμοποιηθέν κοπτικό άκρο. Παρατηρείται η σημαντική φθορά των οδόντων. ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ (CIRCULATING SYSTEM) Κατά τη διαδικασία όρυξης μιας γεώτρησης χρησιμοποιούνται ρευστά για να μειώσουν την ανύψωση της θερμοκρασίας λόγω της τριβής αλλά και για να επιτρέψουν την αφαίρεση των θρυμμάτων των πετρωμάτων (cuttings) από τον πυθμένα της γεώτρησης. Με το σύστημα κυκλοφορίας αντλούνται τα ρευστά της γεώτρησης από τις δεξαμενές της λάσπης, εισπιέζονται μέσα στη διατρητική στήλη, ψεκάζονται από τα ακροφύσια του κοπτικού άκρου στο σημείο επαφής του με τα πετρώματα και επιστρέφουν στην επιφάνεια συμπαρασύροντας και τα θρύμματα των πετρωμάτων που διατρήθηκαν. Στην επιφάνεια τα θρύμματα διαχωρίζονται από τη λάσπη της γεώτρησης.
Η προετοιμασία και η ανάμειξη της λάσπης της γεώτρησης γίνεται σε δεξαμενές (mud tanks). Στη συνέχεια αντλείται με τις λεγόμενες αντλίες πολφού (mud pumps) και μέσω ενός εύκαμπτου σωλήνα διοχετεύεται στο swivel, κατόπιν στο Kelly και μέσω αυτού στη διατρητική στήλη. Η λάσπη εκτοξεύεται από τα ακροφύσια του κοπτικού και μεταφέρει στην επιφάνεια τα θρύμματα κινούμενη στο διάστημα μεταξύ της διατρητικής στήλης και των τοιχωμάτων της γεώτρησης.
Τα θρύμματα διαχωρίζονται από τον πολφό στα λεγόμενα δονούμενα κόσκινα (shale shakers). Τα θρύμματα παραμένουν πάνω στο κόσκινο ενώ η λεπτή λάσπη περνά μέσα από το πλέγμα του κόσκινου και αφού καθαριστεί επανέρχεται στις δεξαμενές του πολφού για να επανακυκλοφορήσει μέσα στη γεώτρηση. Τα θρύμματα συλλέγονται σε άλλη δεξαμενή η οποία είναι καλυμμένη στον πυθμένα της με χοντρό πλαστικό για την αποφυγή ρύπανσης των υδροφόρων, και απομακρύνονται. Ο πολφός της γεώτρησης είναι ένα μείγμα νερού, μπεντονίτη και ειδικών χημικών πρόσθετων και ορυκτών, αναλόγως της λιθολογίας. Ο μπεντονίτης αποτελεί το πλέον διαδεδομένο υλικό για τον σχηματισμό της λάσπης. Είναι αργιλικό υλικό προερχόμενο από την αποσάθρωση ηφαιστειακής λάβας, είναι πολύ λεπτόκοκος και όταν αναμιγνύεται με το νερό διογκώνεται μέχρι 15 φορές από τον αρχικό του όγκο με αποτέλεσμα να σχηματίζει κολλοειδή λάσπη. ΕΙΚΟΝΑ ΘΡΥΜΜΑΤΩΝ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΗΣΗΣ DRILL - MUD CIRCULATION SYSTEM [ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ]
ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ ΠΟΛΦΟΥ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ Η ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΤΗΣ ΛΑΣΠΗΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΔΙΑΤΡΗΣΗ screens mud pump
Λειτουργίες και Χαρακτηριστικά των γεωτρητικών ρευστών Μεταφορά των θρυμμάτων στην επιφάνεια: λόγω μικρότερου ειδικού βάρους από το νερό και μεγαλύτερου ιξώδους, ο μπεντονίτης έχει τη δυνατότητα να ανεβάζει στην επιφάνεια της γεώτρησης πολύ πιο βαριά θρύμματα. Διατήρηση των θρυμμάτων εν αιωρήσει όταν υπάρχει διακοπή της κυκλοφορίας. Ψύξη και λίπανση του κοπτικού και μείωση των τριβών της διατρητικής στήλης. Σταθεροποίηση των τοιχωμάτων της γεώτρησης. Η λάσπη με βασικό συστατικό της τον μπεντονίτη σχηματίζει στα τοιχώματα της γεώτρησης ένα λεπτό επίστρωμα (mud cake) το οποίο φράζοντας τις ρωγμές των πετρωμάτων και αυξάνοντας τη συνοχή τους προστατεύει τη γεώτρηση από τις καταπτώσεις. Αποτροπή εισροής των ρευστών των διατρυόμενων σχηματισμών μέσα στη γεώτρηση. Λειτουργία ως σταθεροποιητικού παράγοντα της διάτρησης. Η άσκηση μεγαλύτερης υδροστατικής πίεσης στα τοιχώματα υπερνικά την πίεση των γεωλογικών σχηματισμών και εμποδίζει την εισροή των ρευστών από τα διάφορα στρώματα μέσα στη γεώτρηση.
Μετάδοση ενέργειας στον κινητήρα του πυθμένα (downhole motor) στην περίπτωση κατευθυνόμενης γεώτρησης (directional drilling) ή γεώτρησης με αδαμαντοκορώνα (diamond bit drilling). Παροχή γεωλογικών πληροφοριών μέσω των θρυμμάτων. Η ΛΑΣΠΗ ΤΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ΑΝΕΒΑΙΝΕΙ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΑΠΟ ΤΟ ΔΑΚΤΥΛΙΟΕΙΔΕΣ ΔΙΑΣΤΗΜΑ (ANNULUS) ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΔΙΑΤΡΗΤΙΚΩΝ ΣΤΕΛΕΧΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΠΑΡΕΙΩΝ ΤΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ Ή ΤΗΣ ΣΩΛΗΝΩΣΗΣ
MUD PUMP SHALE SHAKER
ΔΟΝΟΥΜΕΝΑ ΚΟΣΚΙΝΑ (SHALE SHAKERS) ΠΟΥ ΔΙΑΧΩΡΙΖΟΥΝ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΤΑ ΘΡΥΜΜΑΤΑ (CUTTINGS) ΑΠΌ ΤΟΝ ΠΟΛΦΟ ΤΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ΔΟΝΟΥΜΕΝΟ ΚΟΣΚΙΝΟ ΜΕ ΤΟ BACK TANK Ή POSSUM BELLY
ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΠΟΛΦΟΥ ΤΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ (POWER SYSTEM) Ένα γεωτρύπανο χρειάζεται ενέργεια για να λειτουργήσει το σύστημα ανύψωσης, κυκλοφορίας καθώς και το σύστημα περιστροφής. Οι ενεργειακές αυτές απαιτήσεις καλύπτονται από δύο ή περισσότερους κινητήρες ντίζελ και από ηλεκτρογεννήτριες.
ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ BOP (BLOW OUT PREVENTER) Ο Αντιεκρηκτικός Μηχανισμός Ασφαλείας (blowout preventer, blowout preventer stack ή blowout preventer system) είναι ένα σύνολο εξειδικευμένων βαλβίδων που χρησιμοποιούνται για την σφράγιση, τον έλεγχο και την παρακολούθηση των πηγαδιών πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η εγκατάσταση ενός συστήματος BOP (Blowout preventer) σε κάθε γεώτρηση είναι απαραίτητη δεδομένου ότι τα συστήματα αυτά αναπτύχθηκαν για να αντιμετωπίσουν την περίπτωση ακραίων πιέσεων και ανεξέλεγκτης ροής (formation kick) κατά τη διάτρηση. Η περίπτωση να παρουσιαστεί κατά την όρυξη μιας γεώτρησης το φαινόμενο formation kick θεωρείται καταστροφική καθόσον θα οδηγήσει σε έκρηξη (blowout). Το σύστημα BOP (Blowout preventer) είναι εξαιρετικά σημαντικό για την ασφάλεια του προσωπικού, του γεωτρυπάνου και φυσικά του περιβάλλοντος. Είναι επίσης σημαντικό για την παρακολούθηση και τη συντήρηση των εγκαταστάσεων και τη διατήρηση της ακεραιότητας του γεωτρυπάνου και της γεώτρησης (well integrity). Είναι προφανές ότι το σύστημα BOP εγκαθίσταται τόσο στις χερσαίες όσο και στις υποθαλάσσιες γεωτρήσεις. Στις υποθαλάσσιες γεωτρήσεις το BOP συνδέεται με τα drilling risers.
ΣΥΣΤΗΜΑ B.O.P. Blow Out Preventer ΣΥΣΤΗΜΑ B.O.P. Blow Out Preventer https://www.rwe.com/web/cm s/en/614746/rwedea/corporateresponsibility/safety-theenvironment/safety-duringdrilling-operations/
ΣΥΣΤΗΜΑ B.O.P. ΓΙΑ ΥΠΟΘΑΛΑΣΣΙΕΣ (OFFSHORE) ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ Μια γεώτρηση πετρελαίου ή φυσικού αερίου είναι το φρεάτιο που ορύσσεται στο υπέδαφος με στόχο την ανακάλυψη κοιτάσματος υδρογονανθράκων. Μια τέτοια γεώτρηση εκπληρώνει τις ακόλουθες λειτουργίες: - αποκτά πρόσβαση στο υπόγειο κοίτασμα, - συνδέεται με τους παραγωγικούς σχηματισμούς, - επιτρέπει στους υδρογονάνθρακες να φθάσουν στην επιφάνεια της γης ακίνδυνα και αποτελεσματικά, - επιτρέπει στον εξοπλισμό που είναι στην επιφάνεια να ελέγχει την παραγωγή και να επιτρέπει τη συντήρηση.
ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ Δομή της γεώτρησης Δεδομένα για την κατασκευή μιας γεώτρησης Η πρόγνωση της γεώτρησης Το πρόγραμμα γεώτρησης Το πρόγραμμα διάτρησης και σωλήνωσης Πρόγραμμα κοπτικού διάτρησης Πρόγραμμα ρευστού διάτρησης Επιλογή του γεωτρυπάνου Κόστος διάτρησης Δομή της γεώτρησης Δεδομένα για την κατασκευή μιας γεώτρησης Δεν υπάρχει κανένας τρόπος ή τεχνική για να ανιχνευθεί η παρουσία υδρογονανθράκων στο υπέδαφος με απόλυτη βεβαιότητα από την επιφάνεια. Η διάτρηση γίνεται για να επιβεβαιώσει την ύπαρξη και τη φύση των υδρογονανθράκων που μπορεί να φιλοξενούνται σε κάποιο πέτρωμα. Το βάθος μιας γεώτρησης πετρελαίου ποικίλει από μερικές εκατοντάδες μέτρα μέχρι 10.000 μέτρα. Κατά μέσο όρο φτάνει τα 2.000 μέτρα, ενώ μια γεώτρηση θεωρείται μεγάλη σε βάθος πάνω από 3.500 μέτρα και πολύ μεγάλη σε βάθος πάνω από 4.500 μέτρα. Είναι επομένως μια ακριβή επιχείρηση και όπως μια οποιαδήποτε βιομηχανική επένδυση θα πρέπει να μελετάται και να προγραμματίζεται προτού να πραγματοποιηθεί.
Η πρόγνωση της γεώτρησης Το πρόγραμμα εκτέλεσης μιας γεώτρησης συντάσσεται μόλις προκύψει η δυνατότητα πραγματοποίησης μιας γεώτρησης και αποτυπώνεται σε μια αρχική έκθεση εργασιών που θα εκτελεστούν. Καθορίζει τα εξής: - τηνπεριοχήκαιτηθέσητηςγεώτρησης(συντεταγμένες, ύψος ή βάθος ύδατος), - τον στόχο της διάτρησης (τύπος, σχετικό μέγεθος, κατ' εκτίμηση βάθος). Περιλαμβάνει επίσης βασικά στοιχεία όσον αφορά: στη γεωλογία, τη γεωφυσική, πληροφορίες για τις κοντινές γεωτρήσεις εάν υπάρχουν, περιορισμούς και προθεσμίες. Αυτή η τεχνική έκθεση διαφοροποιείται ανάλογα με το είδος της γεώτρησης, η οποία μπορεί να είναι ερευνητικήήγεώτρησηπαραγωγής. Καθηγητής Α. Γεωργακόπουλος - Κατά την εκτέλεση των ερευνητικών γεωτρήσεων και προκειμένου να αξιολογηθεί ένας ταμιευτήρας υδρογονανθράκων εκτελούνται και οι κάτωθι δοκιμές και μετρήσεις: Drill operation logs Coring (πυρηνοληψίες) Testing: I. Drill stem test (DST) πρόκειται για μια από τις σημαντικότερες τεχνικές κατά τη διάρκεια της γεώτρησης, η οποία επιβάλλεται από την SPE (Society of Petroleum Engineers), προκειμένου ΝΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΟΥΝ ΩΣ ΒΕΒΑΙΩΜΕΝΑ ΤΑ ΟΠΟΙΑ ΑΠΟΘΕΜΑΤΑ ΕΧΟΥΝ ΒΡΕΘΕΙ. II. Wireline tests III. IP tests (Initial Production tests) Open hole logs: I. Resistivity logs II. Permeability logs (spontaneous potential and gamma ray logs) III. Porosity logs (sonic, density and neutron logs) IV. Specialized logs ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΜΟΝΤΕΛΟΥ
DST in Katakolon (1982) A drill stem test (DST) is a procedure for isolating and testing the pressure, permeability and productive capacity of a geological formation during the drilling of a well. The test is an important measurement of pressure behavior at the drill stem and is a valuable way of obtaining information on the formation fluid and establishing whether a well has found a commercial hydrocarbon reservoir. 3D PETROLEUM SYSTEMS MODELING Petroleum Systems Modeling: Model Building and Reconstruction Maturation History Modeling Petroleum Migration Modeling Petroleum Property Predictions Pressure Modeling Basin-Scale Geo-mechanics Modeling Source: Basin and Petroleum Systems Modeling: Technology and Applications for Petroleum Exploration Risk and Resource Assessments, By Dr. Bjorn Wygrala, Schlumberger
Roncardor Oil Field Jubarte Oil Field Play Ologocene- Miocene Play Upper Cretaceou s Post Salt marine source rock Pre Salt lacustrine source rocks Campos Basin - Brazil
Η ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΔΙΑΤΡΗΣΗ Η αρχή της περιστροφικής διάτρησης Στην περιστροφική διάτρηση χρησιμοποιούνται τρίκωνα οδοντωτά κοπτικά ή κοπτικά όπως αδαμαντοκορώνες ή πολυκρυσταλλικά αδαμαντοτρύπανα (PDC). Η αποσύνθεση του πετρώματος γίνεται με ταυτόχρονη περιστροφή του κοπτικού και πίεση που ασκείται επί αυτού. Σοβαρό πλεονέκτημα αποτελεί η συνεχής κυκλοφορία ρευστού το οποίο εισπιέζεται μέσω του κοπτικού και μεταφέρει τα θρύμματα στην επιφάνεια έτσι ώστε το μέτωπο κοπής (επαφή κοπτικούπετρώματος) να είναι συνεχώς ελεύθερο από τα θρύμματα που προκύπτουν. Το περιστροφικό γεωτρύπανο είναι μια συνδεσμολογία μηχανικών μερών που εξυπηρετεί τις παρακάτω τρεις λειτουργίες: εφαρμογή βάρους επί του κοπτικού, περιστροφή του κοπτικού, κυκλοφορία του ρευστού διάτρησης.
ΠΩΣ ΕΚΤΕΛΕΙΤΑΙ ΜΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΗ Το γεωτρητικό συγκρότημα μεταφέρεται στο χώρο εκτέλεσης της γεώτρησης, όπου δημιουργείται ένα ολόκληρο εργοτάξιο. Το εργοτάξιο περιλαμβάνει, εκτός του γεωτρητικού εξοπλισμού και καμπίνες μέσα στις οποίες εγκαθίσταται υψηλής τεχνολογίας ηλεκτρονικός εξοπλισμός για την παρακολούθηση της προόδου της γεώτρησης. Πριν αρχίσει η γεώτρηση γίνεται εκσκαφή ενός μεγάλου λάκκου, βάθους τουλάχιστον 5 μέτρων, μέσα στον οποίο τοποθετείται ο αρχικός εξοπλισμός της γεώτρησης. Σε γεωτρήσεις μικρού βάθους δεν ανοίγουμε λάκκο, αλλά τοποθετούμε μια σιδερένια σωλήνα μεγάλης διαμέτρου. Πάνω από το λάκκο ή την οπή, τοποθετείται η εξέδρα, πάνω στην οποία κινούνται οι γεωτρυπανιστές και η περιστρεφόμενη τράπεζα. Πάνω από την εξέδρα υπάρχει ο λεγόμενος πύργος (derrick).
Στο διάστημα ανάμεσα στην εξέδρα και το έδαφος τοποθετείται το σύστημα φραγής της γεώτρησης σε περίπτωση υψηλού κινδύνου (B.O.P. Blow Out Preventer). Σε γεωτρήσεις μικρού βάθους (π.χ. υδρο-γεωτρήσεις) δεν τοποθετείται τέτοιο σύστημα. Στο εργοτάξιο της γεώτρησης γίνεται επίσης εκσκαφή 3-4 μικρών δεξαμενών, αφενός για τη δημιουργία και άντληση της λάσπης που βοηθά στην εκτέλεση της γεώτρησης και αφετέρου στη συλλογή των μεγάλων ποσοτήτων των θρυμματισμένων πετρωμάτων από τη γεώτρηση. Το πρώτο τμήμα του εξοπλισμού που τοποθετείται είναι το κοπτικό άκρο (τρικωνικό ή αδαμαντοφόρο όπως ήδη αναφέρθηκε). Ακριβώς πάνω από το κοπτικό άκρο συνδέεται το πρώτο διατρητικό στέλεχος και πάνω από αυτό το τετραγωνικό ή εξαγωνικό στέλεχος μετάδοσης της περιστροφής (Kelly). Πάνω από το Κelly βιδώνεται η κεφαλή από την οποία γίνεται η εισαγωγή της λάσπης (swivel). Όταν ξεκινά η περιστροφή της τράπεζας προς τα δεξιά αρχίζει και η άντληση της λάσπης από τη δεξαμενή της και η διοχέτευσή της από το swivel μέσα στη διατρητική στήλη. Όταν σταματά η γεώτρηση για οποιοδήποτε λόγο, αμέσως σταματά και η κυκλοφορία της λάσπης. Η πρόοδος της γεώτρησης γίνεται με τη συνεχή προσθήκη, από πάνω, νέων διατρητικών στελεχών. Στις γεωτρήσεις μεγάλου βάθους, συνήθως ξεκινάμε με κοπτικό άκρο μεγάλης διαμέτρου, προκειμένου η διάμετρος της οπής να είναι αρχικά μεγάλη. Αφού διατρηθούν κάποιες εκατοντάδες μέτρα με μεγάλη διάμετρο, γίνεται εξαγωγή της στήλης και η ανοιχτή τρύπα σωληνώνεται. Η διαδικασία αυτή έχει ως σκοπό τη συγκράτηση των τοιχωμάτων της γεώτρησης και ονομάζεται σωλήνωση (casing).
Τεχνική Γεωτρήσεων Η γεώτρηση αποκτά τηλεσκοπικό σχήμα (σε τομή), μειούμενης διαμέτρου αυξανομένου του βάθους. ΟΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΤΕΡΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΔΙΑΤΡΗΣΗ 1. Διάτρηση Η διάτρηση είναι η βασική λειτουργία του γεωτρυπάνου. Η περιστροφική τράπεζα περιστρέφεται και περιστρέφει και το κοπτικό άκρο μέσω της διατρητικής στήλης και του kelly. Το κύριο μηχάνημα ελέγχου είναι ο μοχλός των φρένων. Ο υπεύθυνος της γεώτρησης ελέγχει και ρυθμίζει την προς τα κάτω κίνηση του άγκιστρου με τον μοχλό των φρένων.
Σύμφωνα με την αρχή της περιστροφικής διάτρησης, τα κοπτικά άκρα απαιτούν συγκεκριμένο βάρος (weight on bit). Το βάρος αυτό εξασφαλίζεται απότααντίβαρακαιταβαριάδιατρητικάστελέχη. Το συνολικό βάρος της διατρητικής στήλης είναι κάθε φορά γνωστό από την καταγραφή του φορτίου του άγκιστρου όταν το κοπτικό δεν είναι σε επαφή με τον πυθμένα της γεώτρησης (α). Το βάρος επί του κοπτικού είναι η διαφορά μεταξύ της πρώτης τιμής και της καταγραφής του φορτίου του άγκιστρου όταν το κοπτικό εδράζει στον πυθμένα της γεώτρησης (β). Τεχνική Γεωτρήσεων
2. Προσθήκη διατρητικών στελεχών Η συναρμολόγηση των διατρητικών στελεχών ή διαφορετικά η προσθήκη διατρητικών στελεχών στη διατρητική στήλη καθώς το φρεάτιο βαθαίνει, αποτελεί επίσης μια από τις κύριες λειτουργίες και αποδίδεται παραστατικά στο σχήμα που ακολουθεί. 2 3 1 4 ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗ ΔΙΑΤΡΗΤΙΚΩΝ ΣΤΕΛΕΧΩΝ 1.Από την στοίβα των διατρητικών στελεχών μεταφέρεται ένα στέλεχος σε οπή που ονομάζεται mousehole και η οποία βρίσκεται δίπλα στην τράπεζα. 2.Το Kelly και το Swivel αιωρούνται πάνω από το mousehole και βιδώνονται στο νέο στέλεχος. 3.Το νέο στέλεχος μεταφέρεται στην κορυφή της διατρητικής στήλης. 4.Αφού το νέο στέλεχος συνδεθεί συνεχίζεται η διάτρηση.
3. Ανέλκυση και καθέλκυση της διατρητικής στήλης Η διαδικασία της ανέλκυσης της διατρητικής στήλης από τη γεώτρηση στην επιφάνεια για την αλλαγή τμήματος της κατώτερης συνδεσμολογίας της (π.χ. κοπτικό) και η καθέλκυσή της ξανά για τη συνέχιση της διάτρησης παρουσιάζεται στο σχήμα που ακολουθεί. 2 4 3 1
1. Η οπή mousehole στήριξης κάθε νέου στελέχους (βρίσκεται δίπλα στην περιστροφική τράπεζα). 2. Ατσάλινη Δοκός (Steel Beam). 3. Finger Δακτύλιοι Στήριξης των στελεχών. 4. Monkeyboard Μια κινητή πλατφόρμα για τον χειρισμό των στελεχών. Ηοπήmousehole Monkeyboard
Λαβή ακινητοποίησης αντίβαρων - Drill Collar Slips 4. Σωλήνωση - Τσιμέντωση Μόλις φτάσει η γεώτρηση στο βάθος που προγραμματίζεται για την κάθε φάση, τοποθετούνται σωλήνες στο φρεάτιο (casings). Στη διαδικασία αυτή επένδυσης της γεώτρησης χρησιμοποιείται στήλη αλληλο-κοχλιώμενων σωλήνων διαφορετικής διαμέτρου, με αποτέλεσμα η γεώτρηση σε τομή να εμφανίζει τηλεσκοπικό σχήμα. Στη συνέχεια και μετά την τοποθέτηση της σωλήνωσης, στη γεώτρηση πραγματοποιείται τσιμέντωση. Έτσι, πολφός τσιμέντου εισπιέζεται μέσω της σωλήνωσης στο δακτύλιο γύρω από τη σωλήνωση και τα τοιχώματα του φρεατίου και αφήνεται να στερεοποιηθεί ώστε να συνδεθεί η σωλήνωση με τον σχηματισμό.
Μετά την πρώτη σωλήνωση τοποθετείται νέο κοπτικό άκρο, μικρότερης φυσικά διαμέτρου, το οποίο συνεχίζει τη διάτρηση για μερικές εκατοντάδες μέτρα πιο βαθιά. Μπορεί να γίνει εκ νέου σωλήνωση, μικρότερης διαμέτρου από την προηγούμενη και κατόπιν η γεώτρηση να συνεχίσει με ακόμα μικρότερο κοπτικό άκρο. Με αυτές τις διαδοχικές σωληνώσεις και τις διαδοχικές αλλαγές κοπτικού άκρου (μικρότερης κάθε φορά διαμέτρου), μπορούμε να φτάσουμε με ασφάλεια μέχρι το επιθυμητό βάθος, χωρίς δηλαδή να κινδυνεύει να κατακριμνηστεί η γεώτρηση. Απεικόνιση κοπτικού άκρου την στιγμή που «κόβει» τα πετρώματα. Η διατρητική στήλη περιστρέφεται προς τα δεξιά από την επιφάνεια, γεγονός που μεταφέρει τη δεξιόστροφη κίνηση και στο τρυπάνι που βρίσκεται στον πυθμένα της γεώτρησης. Τα δόντια του κοπτικού άκρου κόβουν τα πετρώματα σε μικρά κομμάτια που ονομάζονται θρύμματα, ή cuttings. Οπολφόςή«λάσπη» της γεώτρησης αντλείται από μια δεξαμενή στην επιφάνεια, διοχετεύεται με υψηλή πίεση ΜΕΣΑαπότηδιατρητική στήλη, και εκτοξεύεται από οπές που ονομάζονται στα Αγγλικά jet nozzles. Η λάσπη ψύχει το τρυπάνι το οποίο εξ αιτίας της τριβής θερμαίνεται πάρα πολύ. Οπολφόςή«λάσπη» της γεώτρησης ανεβάζει τα θρύμματα στην επιφάνεια, όπου και απομακρύνονται μακριάαπότηγεώτρηση. Η άνοδος γίνεται εξωτερικά της στήλης, μέσα στο λεγόμενο «δακτύλιο».
Η ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΘΡΥΜΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΗ ΔΙΑΤΡΗΣΗ Πως προχωρά το γεωτρύπανο; Πρώτα, χρησιμοποιείται ένα κοπτικό άκρο μεγάλης διαμέτρου. 0 Κατόπιν, η τρύπα που άνοιξε, σωληνώνεται και τσιμεντώνεται από πίσω, ώστε να μην υπάρξει γκρέμισμα της γεώτρησης. 200
0 Κατόπιν, ένα κοπτικό άκρο μικρότερης διαμέτρου περνά μέσα από την πρώτη σωλήνωση. Αυτό το νέο κοπτικό άκρο τρυπά σε βάθος μεγαλύτερο από το προηγούμενο. Ηνέατρύπα σωληνώνεται και τσιμεντώνεται εκ νέου. 200 500 Εκ νέου, ανοίγεται τρύπα μικρότερης διαμέτρου, ηοποίακαι σωληνώνεται με σωλήνα μικρότερης διαμέτρου από την προηγούμενη, ώστε να μην κατακρημνίζονται τα τοιχώματα της γεώτρησης.
5. Εγκατάσταση της κεφαλής (wellhead) της γεώτρησης Όταν ολοκληρωθεί η σωλήνωση και η τσιμέντωση, θα πρέπει να τοποθετηθεί και ο εξοπλισμός, με τον οποίο επιτυγχάνεται το σφράγισμα και η εκτόνωση του πηγαδιού, στην κορυφή της γεώτρησης. Ο εξοπλισμός αυτός περιλαμβάνει και αποτροπείς εκτινάξεων και εκρήξεων (BOP-Blow Out Preventer) που διαθέτουν ένα σύστημα υψηλής πίεσης (kill line-choke line). 6. Ολοκλήρωση της γεώτρησης Αυτή είναι η τελευταία διαδικασία μετά την τοποθέτηση της τελευταίας σωλήνωσης (παραγωγική σωλήνωση). Ο εξοπλισμός παραγωγής (προστατευτικό πώμα, σωλήνες, βαλβίδα ασφαλείας, κ.ά.) εισέρχεται μέσα στη γεώτρηση. Η αποκατάσταση της επικοινωνίας μεταξύ του παραγωγικού σχηματισμού και της γεώτρησης επιτυγχάνεται με τη διάτρηση, το τρύπημα της σωλήνωσης περιμετρικά (perforation), την χρήση οξέων, κ.τ.λ.
How Do Risers Work? Με τον όρο risers ορίζονται οι αγωγοί που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά υλικών από το θαλάσσιο πυθμένα στις εγκαταστάσεις για εκτέλεση γεώτρησης ή για παραγωγή υδρογονανθράκων στην επιφάνεια του νερού, καθώς και από τις επιφανειακές εγκαταστάσεις (εξέδρες, πλατφόρμες κ.λπ.) στον πυθμένα της θάλασσας. Το είδος αυτό αγωγού αναπτύχθηκε ειδικά για αυτές τις κάθετες μεταφορές (vertical transportation). Είτε εξυπηρετούν την παραγωγή είτε την εισαγωγή και την εξαγωγή υλικών, τα risers μοιάζουν με αγωγούς ή flow-lines, μεταφέροντας στην επιφάνεια μετά την επιτυχή ολοκλήρωση μιας γεώτρησης τους παραγόμενους υδρογονάνθρακες, καθώς και τα απαραίτητα για την παραγωγή υλικά: injection fluids, control fluids and gas lift. Συνήθως μονωμένοι για να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες, τα risers μπορεί να είναι εύκαμπτα ή άκαμπτα. Types Of Risers There are a number of types of risers, including attached risers, pull tube risers, steel catenary risers, top-tensioned risers, riser towers and flexible riser configurations, as well as drilling risers. The first type of riser to be developed, attached risers are deployed on fixed platforms, compliant towers and concrete gravity structures. Attached risers are clamped to the side of the fixed facilities, connecting the seabed to the production facility above. Usually fabricated in sections, the riser section closest to the seafloor is joined with a flowline or export pipeline, and clamped to the side of the facility. The next sections rise up the side of the facility, until the top riser section is joined with the processing equipment atop the facility.
Marine Risers
Mud Logging Κατά την περιστροφική διάτρηση, η λάσπη (mud) κινείται στο εσωτερικό των διατρητικών στελεχών, γύρω από το κοπτικό άκρο, ενώ στη συνέχεια ανεβαίνει στην επιφάνεια από το δακτυλιοειδές διάστημα μεταξύ των διατρητικών στελεχών και των παρειών της γεώτρησης ή της σωλήνωσης. Στις περισσότερες περιπτώσεις που το ρευστό διάτρησης είναι υγρό, το σύστημα κυκλοφορίας περιλαμβάνει μία ή περισσότερες αντλίες, οι οποίες αναγκάζουν το ρευστό να κυκλοφορήσει δια μέσου της κεφαλής εισπίεσης, της διατρητικής στήλης και του δακτυλιοειδούς διαστήματος, για να συγκεντρωθεί στο τέλος στην επιφάνεια σε δεξαμενές κατάλληλων διαστάσεων. Το ρευστό περνά αρχικά από τη «δεξαμενή καθίζησης», αφού προηγουμένως έχουν απομακρυνθεί τα θρύμματα από αυτό για περαιτέρω μελέτη. Ενδείξεις πετρελαίου Oil shows. Το πιο σημαντικό στοιχείο που πρέπει να αναζητάται είναι, προφανώς, ίχνη πετρελαίου. Συχνά, πράσινο ή μαύρο πετρέλαιο μπορεί να παρατηρηθεί ανάμεσα στους κόκκους σε φυσικό φωτισμό. Η χρώση πετρελαίου γίνεται πιο ενδεικτική αν ακτινοβολήσουμε τα δείγματα με υπεριώδες φως. Στη περίπτωση αυτή, το πετρέλαιο παρουσιάζει έντονο φθορισμό με διάφορες αποχρώσεις του κίτρινου. Ο φθορισμός αυτός μπορεί να γίνει εντονότερος με την χρήση ενός διαλυτικού μέσου, όπως χλωροφόρμιου ή τετραχλωριδίου του άνθρακα. Η εξέταση αυτή γίνεται συνήθως σε ένα ειδικό κουτί, έτσι ώστε να μην εισέρχεται φυσικό φως.
Αναγνώριση των τύπων των πετρωμάτων. Τα θρύμματα του πετρώματος θα πρέπει να αναγνωρίζονται με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια και λεπτομέρεια. Ψαμμίτες. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να παρατηρείται σε ένα ψαμμίτη είναι το μέσο μέγεθος κόκκου. Μία πλάκα προβολής φωτεινής εικόνας, πάνω στην οποία κόκκοι άμμου διαφορετικού μεγέθους στερεοποιούνται με κόλλα, είναι πολύ χρήσιμη. Επίσης χρειάζεται ένας χάρακας που αριθμεί σε χιλιοστά, ώστε να καθοριστεί αν οι κόκκοι είναι στο μεγαλύτερο μέρος τους του ίδιου μεγέθους ή αν υπάρχει διαφορά στα μεγέθη αυτών. Ανθρακικοί σχηματισμοί. Ο ασβεστόλιθος και ο δολομίτης μπορούν να αναγνωρισθούν, γιατί συνήθως είναι λευκοί ή ανοιχτοί γκρί με λεπτομερή ή ομαλή, πυκνή υφή. Αν υποπτευθούμε ότι έχουμε ανθρακικό σχηματισμό, τότε ρίχνουμε σε ένα τεμάχιο αυτού μια σταγόνα οξύ. Αν είναι ασβεστόλιθος, αυτό θα αναβράσει έντονα. Αν είναι δολομίτης, θα αναβράσει ασθενώς, αφήνοντας κατά διαστήματα μικρές φυσαλίδες. Υπάρχουν επίσης μέθοδοι χρώσεως για τη διάκριση ασβεστόλιθου από δολομίτη.
Mud Logging Units 1" (5 foot average) mud log showing heavy hydrocarbons within the green line, in the sand (large area of yellow).
Τεχνική Γεωτρήσεων
ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ Oil Well Coring Oil well coring is a procedure that is meant to remove a small amount of rock sample from within the oil well. This entails using a core bit to drill and remove a cylindrical sample of the rock. The core bit is used with a core barrel and core catcher to drill out a sample that is then brought up to the surface with the core barrel. The core bit has a hole in its center so when the coring procedure is undertaken it produces a small piece of rock. Procedure Because the rock is so tough, the core bit, or drag bit in some cases, uses a PDC or natural diamond cutting device to cut with. On a rotary coring bit, the cutting apparatus surrounds a hollow center, called the core barrel, where the core sample is stored. This core barrel is made up of an inner and outer barrel separated by ball bearings, which allow the inner barrel to remain stationary and retain the core sample while the outer barrel is rotated by the drillstring and cuts the core. The core catcher is located within the core barrel. The core catcher has finger-like apparatuses that move the core sample farther into the barrel and keep it from falling back into the well.
After the core sample has been cut from the well, the drill string is raised, and the rotary coring bit, barrel and catcher are removed - and the core sample is retrieved. The drill bit is reattached, and drilling can commence again. When performing coring operations, instead of having the pieces of broken rock removed from the well via drilling fluids, the rock is kept intact and raised to the surface for study. Because coring requires the suspension of drilling, the process is quite expensive and usually only performed at the reservoir interval. Rotary Coring Bit Source: Integrated Ocean Drilling Program
Πετρέλαιο μέσα σε πυρήνα («καρότο») γεωτρήσεως ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΕΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ Ορισμένες φορές δεν είναι δυνατό η επιθυμητό να πραγματοποιηθεί μια γεώτρηση κάθετα. Μπορεί να υπάρχουν περιορισμοί λόγω αδυναμίας προσπέλασης του γεωτρυπάνου σε κάποια θέση ή προβλήματα στο υπέδαφος ή και άλλοι λόγοι που να μην επιτρέπουν μια γεώτρηση να εκτελεστεί κάθετα. Τρόποι για την εκτέλεση μη κάθετης γεώτρησης είναι γεώτρηση σε σχήμα S, οριζόντια γεώτρηση ή γεώτρηση υπό γωνία.
Οι κατευθυνόμενες γεωτρήσεις απαιτούν εξοπλισμό που θα επιτρέψει στο κοπτικό άκρο να αποκλίνει από την κάθετη πορεία του και να το κατευθύνει στον προκαθορισμένο στόχο. Αρχικά, η γεώτρηση ξεκινά κάθετα και μετά από κάποιο σημείο προσδίδεται μία κλίση προς την επιθυμητή κατεύθυνση. Ηγωνίακλίσεως της γεώτρησης αυξάνεται σταδιακά μέχρις ότου επιτευχθεί εκείνη η γωνία κλίσεως που θα οδηγήσει το γεωτρύπανο στον επιθυμητό στόχο. Το βάθος στο οποίο αρχίζει αυτή η παράκαμψη ονομάζεται kick off point. Για την αύξηση της γωνίας κλίσεως εφαρμόζονται διάφορες τεχνικές. Η διαδικασία αύξησης της γωνίας κλίσεως πρέπει να γίνεται αργά και σταδιακά, προκειμένου να μην καταρρεύσουν τα τοιχώματα της οπής με αποτέλεσμα να κλείσει η γεώτρηση. Οριζόντιες γεωτρήσεις Η πιο σημαντική κατηγορία των κατευθυνόμενων γεωτρήσεων είναι οι οριζόντιες γεωτρήσεις. Η ανάγκη για εκτέλεση οριζόντιων γεωτρήσεων προκύπτει για καθαρά γεωλογικούς λόγους, δεδομένου ότι η θέση ορισμένων κοιτασμάτων επιβάλλει την εκτέλεση οριζόντιων γεωτρήσεων. Οι οριζόντιες γεωτρήσεις μπορεί να είναι μικρής, μεσαίας, ή μεγάλης ακτίνας. Η επιτυχής διενέργεια οριζόντιων διατρήσεων βασίστηκε σε σημαντικό βαθμό στην ανάπτυξη εξοπλισμού ο οποίος επιτρέπει την τοποθέτηση του κοπτικού άκρου στην κατάλληλη θέση. Η ανάπτυξη αυτού του τομέα της τεχνολογίας των γεωτρήσεων έχει βελτιώσει σε σημαντικό βαθμό την ακρίβεια, ούτως ώστε, σήμερα, να μπορούν να επιτευχθούν οι σωστές αποκλίσεις. Σήμερα μπορεί να πραγματοποιηθεί παρακολούθηση της γεώτρησης (measurement while drilling- MWD), με την προσθήκη μιας συσκευής-ανιχνευτή μέσα στη διατρητική στήλη, κοντά στο κοπτικό άκρο. Τα δεδομένα διαβιβάζονται σε έναν αποκωδικοποιητή, ο οποίος τα μεταφράζει σε ηλεκτρικά σήματα.
Oι οριζόντιες γεωτρήσεις μπορεί να είναι μικρής, μεσαίας ή μεγάλης ακτίνας. Measurement While Drilling (MWD), also known as Logging While Drilling (LWD), is a measurement taken of the wellbore (the hole) inclination from vertical, and also magnetic direction from north. Using basic trigonometry, a three-dimensional plot of the path of the well can be produced. Essentially, an MWD Operator measures the trajectory of the hole as it is drilled (for example, data updates arrive and are processed every few seconds or faster). This information is then used to drill in a pre-planned direction into the formation which contains the oil, gas, water or condensate. Additional measurements can also be taken of natural gamma ray emissions from the rock; this helps broadly to determine what type of rock formation is being drilled, which in turn helps confirm the real-time location of the wellbore in relation to the presence of different types of known formations (by comparison with existing seismic data). Density and porosity, rock fluid pressures and other measurements are taken, some using radioactive sources, some using sound, some using electricity, etc.; this can then be used to calculate how freely oil and other fluids can flow through the formation, as well as the volume of hydrocarbons present in the rock and, with other data, the value of the whole reservoir and reservoir reserves.
Πηγή: http://www-odp.tamu.edu/publications/204_sr/108/108_f2.htm See also: http://petrowiki.org/measurement_while_drilling_(mwd)
The design in the next slide tackles current environmental issues, specifically at abandoned oil rig structures all around the world. The idea is to revitalize these structures and transform them into livable hubs. This activation process will use green energy and create a sustainable urban habitat. Solar energy will be harvested with a large photovoltaic membrane located on the roof while wind turbines will be located at strategic places along the four façades and tidal energy collectors at the bottom. This design explores the possibility of living on the oil rig, above and below the ocean level. The general population can live above the water while specialized researchers such as marine biologists will work in underwater labs. The in-between zone will be used for housing and recreational areas. The existing structures could be strengthen with the use of peripheral steel beams that allow for high velocity wind to filter through the platform without obstructions. Transforming Abandoned Oil Rigs into Habitable Structures http://www.evolo.us/architecture/transforming-abandoned-oil-rigs-into-habitablestructures/