INŽENJERSTVO NAFTE I GASA 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 1 of 63
galati za koso-usmereno bušenje gmerenja u koso-usmerenim bušotinama 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 2 of 63
USMERENO (DIRIGOVANO) BUŠENJE Bušenje usmerenih, tj. dirigovanih bušotina može se definisati kao izrada kanala bušotine pod željenim uglom otklona i horizontalnim rastojanjem od vertikale do cilja ispod površine tla. Verovatno je najvažniji aspekt usmerenog (dirigovanog) bušenja to da omogućava proizvođačima širom sveta da eksploatišu ležišta koja nije moguće ekonomično dostići na drugi način. Ostvarivanje pozitivnih ekonomskih efekata, koje omogućuje ova tehnika bušenja, postiže se primenom savremenih sistema upravljanja i kontrolnomernih instrumenata, odnosno, različitih tipova elektronskih mernih uređaja i softvera u cilju dobijanja podataka o putanji kanala bušotine u realnom vremenu. Primena usmerenih bušotina povećava se iz godine u godinu, a pri eksploataciji ležišta ispod površine vode (mora) izrada usmerenih bušotina je postala uobičajeni način bušenja kanala bušotina. Prema željenom cilju bušotine i konačno dostignutom uglu otklona kanala bušotine, tehnologija izrade usmerenih bušotina se uslovno može podeliti na: Koso-usmereno bušenje Horizontalno bušenje 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 3 of 63
Istorijat dirigovanog bušenja Interesovanje za usmereno bušenje je započelo oko 1929. kada je prvi put primenjeno merenje ugla otklona kanala bušotine, tokom razrade naftnog polja Seminole u Oklahomi, SAD. Početkom 1930. prva koso-usmerena dirigovana bušotina je izrađena u Huntington Beach, Kalifornija, SAD. Bušotina je izrađena sa lokacije na obali do naftnih peščara ispod mora korišćenjem klina za skretanje. Long Beach, Kalifornija, SAD (1930 ) Dirigovano bušenje je u Kaliforniji prvenstveno korišćeno iz neetičkih razloga sa ciljem prelaska granica poseda. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 4 of 63
Stoga je dirigovano bušenje imalo prilično negativan publicitet sve dok 1934. nije iskorišćeno za gušenje eruptirajuće bušotine Madeley No.1 blizu Conroe, Teksas, SAD. Krater koji je nastao posle erupcije, progutao je postrojenje za bušenje i imao je prečnik od 50 m. Ova primena je imala za posledicu, da je dirigovano bušenje postalo način savladavanja erupcija, i prihvatili su ga izvođači i kompanije. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 5 of 63
Tehnologija koso-usmerenog bušenja Kontrolisanom koso-usmerenom bušenju pristupa se u sledećim slučajevima: zaobilaženje zaglavljenog alata (»Side tracked hole«), usled nemogućnosti njegove instrumentacije bušenje iz pristupačne prema nepristupačnoj lokaciji bušenja, npr. u naseljenim mestima bušenje ispod morske površine (»Offshore«) vraćanje kanala bušotine u željeni pravac bušenje iz neproduktivnog ili iscrpljenog ležišta u novi produktivni sloj bušenje koso-usmerenih pomoćnih bušotina u cilju stavljanja pod kontrolu eruptirajuće nekontrolisane bušotine 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 6 of 63
Zaobilaženje zaglavljenog alata, usled nemogućnosti njegove instrumentacije. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 7 of 63
Bušenje iz pristupačne prema nepristupačnoj lokaciji bušenja, npr. u naseljenim mestima. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 8 of 63
Bušenje iz pristupačne prema nepristupačnoj lokaciji bušenja, koja se nalazi ispod vode. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 9 of 63
Bušenje ispod morske površine 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 10 of 63
Bušenje do ležišta koja su ispod sonih doma. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 11 of 63
Bušenje više kanala iz jedne bušotine u nove produktivne slojeve. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 12 of 63
Vraćanje kanala bušotine u željeni pravac 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 13 of 63
Bušenje koso-usmerenih pomoćnih bušotina u cilju stavljanja pod kontrolu eruptirajuće nekontrolisane bušotine. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 14 of 63
Osnovni tipovi putanja Prvi korak u planiranju bilo koje koso-usmerene bušotine je izbor oblika ili tipa putanje, tj. trajektorije kanala bušotine za dostizanje konačnog cilja u bušotini. Uobičajeno je da se praktično koriste tri osnovna tipa putanje i jedna modifikovana putanja kanala bušotine (sl.1), kao što su: A. putanja formiranja i održavanja ugla otklona, tj. nagiba B. putanja formiranja-održavanja obaranja i/ili održavanja obaranja ugla otklona tj. nagiba (modifikovana tip S) C. putanja formiranja-održavanja i obaranja ugla otklona, tj. nagiba (tip S) D. putanja kontinuiranog podizanja ugla otklona tj. nagiba 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 15 of 63
Slika 1. Osnovni tipovi putanje kanala bušotine. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 16 of 63
Putanja formiranja otklona: i održavanja ugla Putanja formiranja i održavanja ugla otklona, tj. nagiba (»Build and hold type«) podrazumeva postupak za podizanje ugla otklona od vertikale do željene veličine, a zatim održavanje tog ugla do konačnog cilja (kriva A na sl. 1). Kod ovog tipa putanje ugao sa kojim se dostiže konačni cilj jednak je maksimalno dostignutom uglu u fazi podizanja ugla putanje. Takođe, ovaj tip putanje zahteva i najmanje uglove otklona od vertikale za dostizanje željenog cilja. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 17 of 63
Putanja formiranja -održavanja, obaranja i/ili održavanja: Putanja formiranja-održavanja, obaranja i/ili održavanja (»Build-hold drop and/or hold- Modified S type«), naziva se i modifikovanom S putanjom. Željeni cilj se dostiže pod nekim uglom otklona od vertikale koji je manji od maksimalno dostignutog ugla u sekciji održavanja (kriva B na sl. 1). Maksimalni uglovi primenjeni kod ovog tipa putanje veći su od putanje građenja i održavanja ugla otklona (kriva A), ali manji od dostignutih uglova krivom S. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 18 of 63
Putanja formiranja - održavanja i obaranja ugla otklona: Putanja formiranja-održavanja i obaranja ugla otklona (»Build-hold and drop«- S type) ima približni oblik latiničkog slova S. Trajektorija ili putanja se sastoji iz podizanja ugla do željene veličine, održavanja tog ugla i njegovog obaranja, tako da se željeni cilj, dostiže vertikalnim kanalom bušotine (kriva C na sl.1). Ovaj tip putanje zahteva veće uglove otklona od vertikale nego kod putanje formiranja i održavanja ugla otklona ( kriva A ). 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 19 of 63
Putanja kontinuiranog građenja ugla otklona: Putanjom stalnog podizanja ugla otklona (»Continuous build«), dostiže se željeni cilj sa konstantnim podizanjem ugla (kriva D na sl.1). Ovaj tip putanje kanala bušotine ima najveće uglove otklona od vertikale od svih tipova putanja. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 20 of 63
Alati za koso-usmereno bušenje Najbolje alatke za koso-usmereno bušenje su one sa kojima se radi bušotina nominalnog prečnika i kod kojih naknadno proširivanje nije potrebno. Bez obzira koji se alati za skretanje i kasnije vođenje bušotine koriste, principi definisanja totalne izmene uglova, jačina kolena ( Dog-leg severity ), stvaranje novih uglova, pravaca i postavljanje lica alatki su isti. Uglavnom se koriste sledeći alati za skretanje (sl.2): a) klinovi za skretanje b) dubinski motori sa kosim prelazom c) dleta sa jednom mlaznicom 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 21 of 63
Klin za skretanje Dubinski motor sa kosim prelazom Dleto sa jednom mlaznicom Klin Kosi prelaz Dubinski motor Dleto Dleto Slika 2. Alati za koso-usmereno bušenje. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 22 of 63
a) Klinovi za skretanje Klin za skretanje ( whipstock ) je jednostavne konstrukcije i jedina alatka koja se uspešno može primeniti u svim vrstama, tj. svim čvrstoćama stena. On omogućuje orijentaciju i usmeravanje bušaćih alatki, tj. kanala bušotine u željenom pravcu. Prema načinu primene klin za skretanje može biti: klasični klin za skretanje stalni klin za skretanje Razlika između klasičnog i stalnog klina je u tome što se klasični klin nakon usmeravanja i skretanja vadi iz bušotine, dok se stalni klin nakon spuštanja u bušotinu i usmeravanja učvršćuje cementom ili nazubljenim čeljustima i u tom položaju ostaje stalno u bušotini. Klasični klin za skretanje: Dimenzije klasičnog klina za skretanje zavise od prečnika kanala bušotine i kreću se od 101,6 mm do 330,2 mm (4-13 ), sa nagibom od 2 25' do 5. Alat za usmereno bušenje najčešće se sastoji iz (sl.3): bušaćih šipki, bušaće šipke odabrane prema dimenzijama klina, klina za skretanje, prelaza za orijentaciju, stabilizatora, dleta. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 23 of 63
Slika 3. Klasični klin za skretanje a) položaj bušaćih alatki u klinu; b) prikaz zasecanja novog kanala bušotine pomoću klina. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 24 of 63
Nakon spuštanja klasičnog klina na dno bušotine (treba paziti da tokom spuštanja ne dođe do loma spajajućeg zavrtnja), spušta se na užetu merni instrument u orijentacioni prelaz i obavi se kontrolno merenje. U slučaju da je potrebna korekcija usmeravanja klina, ona se obavlja okretanjem niza alatki udesno u željeni položaj. Zadizanjem klina za 20-30 cm, od dna bušotine i ponovnim spuštanjem sa opterećenjem od oko 6 10³ dan, kida se spajajući zavrtanj koji drži klin i stabilizator sa dletom. Nakon lomljenja klina uspostavlja se cirkulacija isplakom, i obrtanjem dleta 10-15 o/min polagano se silazi niz klin, sa minimalnim opterećenjem primenjenim na dleto. Izlaskom dleta ispod pete klina postepeno se povećava opterećenje i nakon zabušivanja 2-3 m, vadi se dleto iz bušotine. Najkritičnija faza u procesu operacije sa klinom je momenat izvlačenja klina iz bušotine, tj. ulazak stabilizatora i dleta u korito klina. Trenutak izvlačenja stabilizatora u vrat klina, tj. prstena za zadizanje, registruje se na indikatoru težine. Nakon vađenja klina iz bušotine, prvo se u bušotinu spušta alat za proširivanje kanala bušotine, a nakon toga i alat za nastavak bušenja u koji mora biti ugrađena nemagnetna teška šipka. Tim alatom se buši 9-18 m, nakon čega se obavlja kontrolno merenje ostvarenih uglova u kanalu bušotine. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 25 of 63
U već usmerenom kanalu bušotine često je potrebno promeniti ugao nagiba ili azimuta, tj smera u levu ili desnu stranu, što se takođe obavlja pomoću klina. Pri tome je potrebno poznavati tri usmeravajuća faktora: postojeći nagib, tj. otklon kanala bušotine; smer, tj. azimut lica klina; traženi smer, tj. azimut i nagib kanala bušotine. Stalni klin za skretanje: Stalni klin za skretanje primenjuje se u sledećim slučajevima: za zasecanje i usmeravanje novog kanala bušotine u čvrstim i veoma čvrstim stenama; pri zasecanju novog kanala bušotine iz već zacevljenog dela kanala bušotine, tj. u koloni zaštitnih cevi. Prečnik stalnog klina je manji od prečnika bušotine za 3,2-12,7 mm (1/8-1/2 ). Korito klina (lice) nagnuto je pod uglom od 2-3 o, a poluprečnik zaobljenja korita je 10-15 mm veći od nominalnog prečnika bušotine. U zavisnosti od prečnika klina i ugla nagiba korita dužina kosine klina iznosi 2,5-4,5 m. Na donji kraj klina postavlja se sidro dužine 8-10 m radi boljeg učvršćivanja klina u bušotini. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 26 of 63
Na vrhu klina ugrađuje se rupa za zavrtanj od 25,4 mm (1 ) kojim se klin veže na ostali deo alata. Zavrtanj se nakon polaganja klina u bušotinu odseca putem opterećenja 10-12 10³ dan. Primenjuju se dve konstrukcije stalnih klinova: stalni klin bez čeljusti stalni klin sa čeljustima Stalni klin bez čeljusti: Stalni klin bez čeljusti (sl.4) primenjuje se pri zasecanju novog kanala bušotine iz starog nezacevljenog kanala bušotine, tj. u tzv. open hole. Nakon spuštanja na željenu dubinu orijentiše se kao i klasičan klin, a zatim cementira cementnom kašom. Odmah nakon završene cementacije, koja se obavlja kroz produžno vreteno, preseca se zavrtanj i alat se vadi iz bušotine. Bušenje niz klin (nakon stvrdnjavanja cementa) nastavlja se normalnim sastavom alata za koso-usmereno bušenje i to sa opterećenjem na dleto 5-10 10³ dan i obrtanjem od oko 50 o/min. Sve dalje operacije u novom kanalu bušotine mogu se izvoditi bez ikakvih smetnji, što nije uvek slučaj kod upotrebe klasičnog klina. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 27 of 63
Slika 4. Konstrukcija i ugradnja stalnog klina bez čeljusti a) Klin i alatke za ugradnju i cementaciju klina; b) Klin je cementiran, alatke se izvlače iz bušotine; c) Zasecanje novog kanala bušotine; 1) Čelični klin; 2) Zavrtanj; 3) Orijentirajući prelaz; 4) Nemagnetska teška šipka sa oko 10³ dan teških šipki; 5) Bušaće šipke; 6) Sidro; 7) Vodilica (korišćeno dleto); 8) Vreteno; 9) Vrh zaglavljenih alatki koje se žele zaobići; 10) Stabilizator; 11) Dleto; 12) Teške šipke; 13) Cementni most; 14) Jezik klina 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 28 of 63
Stalni klin sa čeljustima: Stalni klin sa čeljustima (sl.5) primenjuje se pri zasecanju kanala bušotine u koloni zaštitnih cevi. Alat za skretanje sastoji se iz: pete za aktiviranje čeljusti; sidra; čeljusti; tela klina; zavrtnja za spajanje klina sa alatom; alata za glodanje i teških šipki. Nakon spuštanja klina na željenu dubinu i njegove orijentacije, aktiviraju se čeljusti koje učvršćuju klin u koloni zaštitnih cevi (cementacija nije potrebna), preseca se zavrtanj i zaseca se zaštitna cev sa čeonim glodačem. Po izlasku iz kolone zaštitnih cevi, tj. nakon njenog probijanja, vrši se proširivanje otvora posebnim alatima za prolaz dleta. Ovim postupkom se omogućuje spuštanje u bušotinu odgovarajućeg alata za nastavak bušenja. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 29 of 63
Slika 5. Stalni klin sa čeljustima a) Postavljanje klina u bušotini; b) Aktiviranje čeljusti i presecanje zavrtnja; c) Početak zasecanja novog kanala bušotine; d) Nastavak zasecanja glodačem; e) Poslednja faza zasecanja čeličnim glodačem. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 30 of 63
b) Dubinski motori sa kosim prelazom Prednost dubinskih motora sa kosim prelazom nad ostalim bušaćim alatima za koso-usmereno bušenje sastoji se u sledećem: usmeravajući deo kanala bušotine buši se punim, tj. nominalnim prečnikom dleta dubinski motor ostaje u bušotini sve dok se ne postignu željeni nagib i smer (azimut) kanala bušotine kanal bušotine nema naglih iskrivljena, tj. kolena Slika 6. Prikaz kosog prelaza; ugao je 1 3 o (offset) 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 31 of 63
Uobičajeni alat za bušenje pomoću dubinskog motora se stoji se iz: dleta punog, tj. nominalnog prečnika dubinskog motora kosog prelaza (Bent Sub) nemagnetne teške šipke teških šipki ili bušaćih teških šipki bušaćih šipki 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 32 of 63
Za koso-usmereno bušenje najviše odgovaraju dubinski motori dužine 6 m, mada se zadovoljavajući rezultati postižu i dubinskim motorima od 9 m. Kod kraćih dubinskih motora nagib kosog prelaza igra bitnu ulogu pri podizanju ugla nagiba, dok kod motora dužine 9 m nagib kosog prelaza nema znatnijeg uticaja na brzinu porast ugla. Za odabiranje kosog prelaza može poslužiti tabela 1, pri čemu treba uzeti u obzir: prečnik bušotine; intenzitet podizanja ugla nagiba; dužinu kanala bušotine izrađivanog dubinskim motorom. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 33 of 63
Tabela 1. Elementi za izbor kosog prelaza: Spoljašnji prečnik dubinskog motora 101,6 mm (4 ) 168,3 mm (6 5/8 ) 190,5 m (7 ½ ) Preč. bušo. (mm) Nagib kosog prelaza Povećanje nagiba na 30 m Preč. bušo. (mm) Nagib kosog prelaza Povećanje nagiba na 30 m Preč. bušo. (mm) Nagib kosog prelaza Povećanje nagiba na 30 m 152,4 1 0 1 ½º 2 o 3 0 30 4 0 45 5 o 30 215,9 1 o 1 ½º 2 o 2 o 30 3 o 30 4 o 30 250,8 1 0 1 ½º 2 o 2 o 30 3 o 45 5 o 00 171,4 1 o 1 ½º 2 o 2 ½º 3 0 00 4 0 15 5 0 00 5 0 45 250,8 1 o 1 ½º 2 o 2 ½º 1 o 45 3 o 00 3 o 45 5 o 00 269,9 1 o 1 ½º 2 o 2 ½º 2 o 00 3 o 30 4 o 15 5 o 30 200 1 o 1 ½º 2 o 2 ½º 2 o 30 3 o 30 4 o 30 5 o 30 269,9 1 o 1 ½º 2 o 2 ½º 1 o 15 2 o 00 3 o 00 4 o 00 311,1 1 o 1 ½º 2 o 2 ½º 1 o 45 2 o 30 3 o 30 5 0 00 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 34 of 63
Pod uslovom da otklon bušotine izvodi sa turbinskim bušilicama, gde se tokom rada osovina turbinske bušilice okreće u desno, javlja se reaktivni momenat koji zaokreće bušilicu u levo. Ovaj reaktivni momenat se mora uzeti u obzir prilikom postavljanja turbinske bušilice u zadani smer, tj. azimut. Ponekad se skretanje kanala bušotine obavlja sa cementnog čepa ili mosta, i tada na uspeh skretanja utiču sledeći faktori: kvalitet cementnog čepa dužina cementnog čepa mesto postavljanja Cementni čep mora biti takvog kvaliteta da izdrži opterećenje od 20 10³ dan bušaćih alatki (bez obrtanja), uz veliku količinu cirkulacije isplake u trajanju od 5 min. Dužina cementnog čepa zavisi od slojeva u kojima se čep postavlja i kvaliteta cementacije. Praksa je pokazala da 100 m dužine cementnog čepa uglavnom zadovoljava. Pri tome, treba nastojati da se vrh cementnog čepa postavi u manje čvrstim slojevima i u zoni sa nominalnim prečnikom kanala bušotine. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 35 of 63
Usmeravajući dubinski motor sa savijenim kućištem 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 36 of 63
c) Dleta sa jednom mlaznicom Dleto sa ugrađenom jednom mlaznicom može se upotrebiti samo u slojevima male čvrstoće, tj. u slojevima gde se postižu mehaničke brzine bušenja od preko 12 m/h. Dleto sa stabilizatorom, prelazom za orijentaciju i nemagnetnom teškom šipkom (slika 7) spusti se na dno bušotine, usmeri se u željenom pravcu i optereti do 10 10³ dan. Pri tome treba primeniti maksimalno moguću količinu cirkulacije isplakom sa brzinom mlaza isplake i do 150 m/s, ali bez obrtanja bušaćih alatki. U odredjenim intervalima dleto se zadiže, a okretanje kolone bušaćeg pribora uspostavlja se nakon svakog izbušenog metra u cilju otklanjanja naprezanja u području dleta. Ponovo se postave alatke na dno bušotine, i izvrši se orijentacija u cilju bušenja sledećeg metra. Dalje bušenje se nastavlja do dostizanja otklona kanala bušotine 7-10, kada se dleto sa jednom mlaznicom izvlači iz bušotine. Za nastavak bušenja primenjuje se standardni sastav alata, sa kontrolnim merenjem nakon svakih izbušenih 9-18 m. U slučaju da je u nastavku bušenja potrebno korigovati dostignute uglove, ponovo se u bušotinu spušta dleto sa jednom mlaznicom i obavi se indentični postupak. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 37 of 63
Dleto sa jednom mlaznicom Jetting bit 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 38 of 63
Slika 7. Formiranje otklona kanala bušotine pomoću dleta sa jednom mlaznicom Nemagnetna teška šipka Nemagnetna teška šipka sačinjena je od specijalnog K-monel materijala, koji nema nikakvog uticaja na magnetnu iglu kompasa. Zbog toga je u nemagnetnoj teškoj šipki moguće obaviti merenje sa instrumentima koji u sebi sadrže iglu kompasa. U tabeli 2, su prikazane empirijske vrednosti o mogućnostima upotrebe nemagnetne teške šipke u funkciji nagiba i azimuta kanala bušotine. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 39 of 63
Tabela 2. Teoretsko ograničenje za upotrebu nemagnetne teške šipke: Dužina teške šipke (m) Razmak dozvoljene upotrebe Maksimalni ugao otklona 6 30 o od N ili S 60 o od E ili W 25 o 15 o 8 30 0 od N ili S 60 o od E ili W 40 o 25 o 6 + 8 30 o od N ili S 60 o od E ili W 80 o 60 0 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 40 of 63
Ostale alatke za koso-usmereno bušenje: Na slici 8, prikazane su i ostale alatke koje se ponekad upotrebljavaju u procesu izrade dela koso-usmerenog kanala bušotine. Usmeravanje i usmereno bušenje sa zglobnim otkloniteljem i lopatastim dletom izvodi se na isti način kao i sa dletom sa jednom mlaznicom. Slika 8. Različiti alati za formiranje otklona kanala bušotine 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 41 of 63
Konstrukcija pribora U procesu izrade krivine bušotine neophodno je odrediti maksimalnu dužinu i prečnik pribora koji se primenjuje za izradu zakrivljenog dela bušotine. Naime tokom izrade zakrivljenog dela bušotine, dolazi do određenog savijanja bušaćeg pribora koji se nalazi u krivini. Međutim, nisu svi pribori, koji se nalaze u sastavu bušaćeg pribora, savitljivi (na primer dubinski motori i telemetrijski uređaji) pa je potrebno odrediti radijus krivljenja bušotine ili dozvoljeni prečnik i dužinu krutog pribora. Na sl. 9 prikazan je pribor sa prečnikom (d) koji je postavljen u krivini bušotine sa prečnikom (D) i radijusom krivljenja (R), maksimalna dužina tog pribora i minimalni radijus krivljenja, da bi se mogao primeniti za izradu krivine, može se izračunati primenom sledećih formula (Karisson i dr, 1989): R min 2 L + = 8 2 2 4 ( d D ) 2 2 ( D d ) L max = 2 2 2 [ D d + 2R ( D d) ] Slika 9. Proračun dozvoljene dužine pribora u zakrivljenoj putanji bušotine - 1. Kruti pribor u krivini bušotine; 2. Zakrivljeni deo bušotine. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 42 of 63
Merenja u koso-usmerenim bušotinama Prvo single shot merenje u nezacevljenoj bušotini, Long Beach, Kalifornija Merenje ugla otklona kanala bušotine inklinometrima sa fluorovodoničnom kiselinom, prvi put je primenjeno krajem 1920-ih, tokom razrade naftnog polja Seminole u Oklahomi, SAD. Geolozi nisu mogli da načine logičnu konturnu mapu naftnih peščara i drugih slojeva. U proleće 1929. su izvršena i merenja sa inklinometrom sa magnetskom iglom, ustanovljeno je da DST ispitivanja nisu imala vezu sa stvarno dostignutom dubinom i da je većina bušotina iskrivljena a neke su imale otklon 38 od vertikale. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 43 of 63
Dleto u toku bušenja ne napreduje samo vertikalno, već se neželjeno ili namerno kreće po vertikalnoj i horizontalnoj ravni, koje možemo predstaviti kao X-Y ravan (slika 10). X ravan je definisana kao ravan smera, a Y ravan kao ravan nagiba. Uglovi odstupanja od pravca, tj. smera severa u ravni X nazivaju se uglovi smera ili azimuta bušotine ( direction angle ), a uglovi odstupanja u zamišljenoj vertikaloj ravni Y uglovi nagiba, tj. otklona kanala bušotine ( inclination angle ). 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 44 of 63
Kosousmerena bušotina Ugao nagiba - q, a ili I Vertikalna dubina - H Sever -N Azimut - f, e ili A Ravan azimuta - X Sl.10. Prikaz ravni nagiba i smera, tj. azimuta u procesu izrade kanala bušotine 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 45 of 63
Ugao nagiba, tj. otklona u vertikalnoj ravni ( inclination angle ) je lako definisati, dok se za određivanje odstupanja ugla u horizontalnoj ravni, odnosno azimuta ( direction angle ), koristi 90 o kvadratna šema (sl. 11). U 90 kvadratnoj šemi uglovi azimuta, tj. smera se uvek čitaju od severa ka istoku (N-E) ili zapadu (N-W), i od juga ka istoku (S-E) ili zapadu (S-W). U praksi se azimut još prikazuje i alternativno, tj. očitavanjem samo od pravca severa (N). Na primer ako je očitan azimut S20 Wto je identično sa uglom azimuta od α = 200. Slika 11. Kvadratna šema azimuta - 90 o 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 46 of 63
Prostorni položaj kanala bušotine ne može biti određen sve dok nisu poznati nagib i azimut u bilo kojoj tački kanala bušotine. Praktično to znači da je neophodno poznavati ove vrednosti u razmacima koji treba da budu što je moguće kraći. Zbog jednostavnije interpretacije kretanja kanala bušotine, za proračun se uzima da je razmak između dva merenja ravna linija. Zavisno od pojedinih situacija, merenja se izvode nakon svakih 10 do 50 m, a uobičajeno je merenje uglova na svakih izbušenih 30 metara. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 47 of 63
Stvarna vertikalna dubina bušotine (TVD) 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 48 of 63
Izmerena dužina kanala bušotine (MD) 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 49 of 63
Azimut je ugao u horizontalnoj ravni između pravca severa i pravca projekcije bušotine u smeru kazaljke na časovniku. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 50 of 63
Merni instrumenti Uređaji za merenje otklona kanala bušotine nazivaju se inklinometri. Postoji više različitih konstrukcija ovih instrumenata, a svi se mogu svrstati u dve osnovne grupe monoinklinometre i multiinklinometre. Monoinklinometri su instrumenti pomoću kojih se može vršiti merenje samo u jednoj tački. Posle svakog merenja aparat se izvlači na površinu radi očitavanja izmerene devijacije. Monoinklinometar Najčešće upotrebljavani instrument za definisanje uglova pri koso-usmerenom bušenju je jednosnimajući ( Single Shot ) foto-merni instrumenat (slika 12a). Sastoji se od sekcije kompasnog klatna (A), sekcije za foto-kameru (B), sekcije za baterije (C) i sekcije za satni mehanizam (D). Kompas i klatno, čine jednu celinu smeštenu u donjem delu instrumenta (u sekciji A), tako što je izvršena kombinacija magnetnog kompasa za pokazivanje azimuta i klatna sa olovnim viskom za pokazivanje otklona bušotine, tj. nagiba od vertikale. Opseg otklona klatna omogućava merenje uglova sa različitim intervalima od: 0-5 o ; 0-20 o i 0-90 o. Deklinacija kompasne igle je izbalansirana da se prilagodi datoj geografskoj širini, a kompasna igla pokazuje smer magnetnog severa. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 51 of 63
Slika 12. Merni jednosnimajući instrument (a) jednosnimajući instrument ( Single Shot ) A) kompasno klatno, B) sekcija za foto-kameru, C) sekcija za baterije, D) sekcija za satni mehanizam. (b) instrument smešten u nemagnetskoj teškoj šipki 1) Nemagnetska teška šipka; 2) Merni instrument; 3) Dosedna pločica; 4) Sedište teške šipke; 5) Kompas 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 52 of 63
Ugao nagiba bušotine u tački merenja određuje se pomoću klatna koje je posebnim osetljivim ležajem obešeno o gornji deo uređaja. Na vrhu klatna nalazi se marker u obliku krstića, koji se u zavisnosti od nagiba bušotine pomera iznad prstenastog stakla ispod kojeg se nalazi kompas za određivanje ugla azimuta. Ovaj deo kompasa ispunjen je sa tečnošću koja amortizuje potrese klatna u procesu merenja. Telo za uravnoteženje pritiska ima ulogu da kompenzuje širenje tečnosti u slučaju povećanih temperatura u bušotini. Pomoću zatvarača zatvara se gornji deo pribora izrađen od stakla otpornog na pritisak. Pre spuštanja instrument se sastavi, navije se satni mehanizam na određeno vreme koje je potrebno da on dostigne dno bušotine, stavi se u svoje kućište i spusti se na užetu, ili se ubaci u bušaće šipke. Merni instrument se zaustavlja u nemagnetnoj teškoj šipki, jer kompas, smešten u nemagnetnoj teškoj šipki, mora biti tako postavljen da se uticaj dleta i bušaćih šipki u najvećoj meri smanji. Svako kretanje instrumenta se prekida jedan minut pre početka snimanja. Kada instrument miruje u mernoj tački, na disk-film se snimi relativna pozicija kompasa i klatna. Nakon što je snimanje završeno, instrument se izvlači iz bušotine, film se ubaci u kutiju za razvijanje i razvije. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 53 of 63
Ovim instrumentom može se izmeriti otkon od vertikale do 90 o pri temperaturi od 150 o C. Za čitanje otklona na disk-filmu do 20 o (slika 13a) potreban je poseban čitač. Otklon bušotine od vertikale dobije se očitavanjem broja koncentričnih krugova koji označavaju stepene, od centra snimka do preseka linije označene krstićem. Magnetni sever na kompasu, tj. azimut se očitava nakon povlačenja linije od centra kruga kroz tačku preseka linija na krstiću od izbaždarene skale na obodu disk-filma ispod linije čitača. Očitane vrednosti sa disk-filma na slici 13a iznose: ugao nagiba 5 o, a azimut 35 o. Disk-film za 90 o očitava se direktno bez upotrebe čitača i prikazan je na slici 13b. Ugao nagiba očitava se na tački preseka horizontalne linije, a azimut se očitava na preseku vertikalne linije sa izbaždarenom skalom na obodu diskfilma. Na slici 13b očitana vrednost ugla nagiba iznosi 33 o, a azimuta 36 o. Slika 13. Izgled razvijenog disk-filma 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 54 of 63
Jednosnimajući Single shot instrument sposoban za orijentaciju alatki na dnu bušotine Merni instrument za orijentaciju bušaćih alatki na dnu bušotine u stvari je običan Single shot merni instrument sa dodatnim delovima, koji omogućuju da taj instrument deluje kao direktni ili indirektni instrument za orijentaciju alatki na dnu bušotine. Ovim instrumentom moguće je registrovanje podataka o postojećem otklonu bušotine i smeru otklanjajuće alatke na dnu bušotine na istom snimku. Osnovni princip ovog instrumenta je mehaničko uravnavanje kompasnog klatna Single shot -a sa referentnom linijom, dodatom na kružnom stalku u kućištu instrumenta. Kućište se uklapa u alatku za formiranje otklona pomoću zupca i tzv. kozje noge. Na ovaj način lice otklanjajuće alatke je određeno referentnom linijom na snimku, ili direktno prema magnetnom smeru, i/ili indirektno sa referentnom linijom na donjoj strani, tj. prema visku klatna kompasa. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 55 of 63
Postupak orijentacije je sledeći: sastavi se merni instrument pri upotrebi orijentirajućeg prelaza kod dubinskih motora zub tzv. kozje noge uvek se orijentiše u prelazu navrne se nemagnetna teška šipka i alat se spusti neposredno iznad dna bušotine instrument se napuni filmom, u kozju nogu se stavi olovni špijun i spusti se u bušotinu nakon izvršenog snimanja, merni instrument se izvuče iz bušotine, pregleda olovni špijun na kojem mora biti otisak zuba kozje noge i razvije se slika na razvijenom snimku, tj. disk-filmu pojaviće se orijentaciona linija koja direktno pokazuje smer otklona alatki. Multiinklinometri Multiinklinometri, multishot instrumenti, omogućavaju merenje devijacije u više tačaka u toku jednog spuštanja u bušotinu. To su su složeni uređaji koji imaju dva osnovna sklopa: kameru sa satnim mehanizmom i ugaonu sekciju. Aparat radi tako što fotokamera u određenim vremenskim intervalima snima ugaonu sekciju (slika br. 14). 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 56 of 63
Sa snimka se mogu očitati ugao pada i azimut. U kućište kamere smeštaju se baterije koje služe za pogon elektromotora koji pokreće film i za osvetljavanje ugaone sekcije u momentu snimanja. Satni mehanizam ima funkciju da u određenim vremenskim intervalima uključuje kameru koja pravi snimke ugaone sekcije. Satni mehanizam se na površini podešava u kojim intervalima će uključivati kameru. Najčešće se snimci prave svakog minuta. Zato je za vreme rada veoma važno znati u kom vremenu su obavljane koje radne operacije. Za snimanje se koristi sigurnosni pozitiv film. Kod bušenja klasičnom metodom instrument se u bušotinu spušta pomoću bušaćih šipki, a kod wire line sistema jezgrovanja za spuštanje instrumenta koristi se čelično uže kojim se izvlači aparat za jezgrovanje. Instrument radi sa dva tipa ugaonih sekcija (slika br. 15). Za merenje otklona u vertikalnim bušotinama koristi se ugaona sekcija koja meri odstupanja od vertikale od 0 do 17. Kod kosih bušotina koristi se ugaona sekcija čiji je raspon merenja od 5 do 90. Ugaona jedinica radi na principu magnetne igle ili žiroskopa. Instrumentom koji radi na principu magnetne igle nije moguće meriti devijaciju u zacevljenim bušotinama. Kamera počinje da snima u momentu kada se cev sa baterijama spoji sa instrumentom i od tog trenutka se meri vreme. Kada se instrument spusti na poziciju gde se vrši merenje najčešće se na toj poziciji zadrži 3 minuta da bi kamera napravila tri istovetna snimka. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 57 of 63
(b) (a) Slika 14. (a) Kamera instrumenta za merenje devijacije; (b) instrument smešten u nemagnetskoj teškoj šipki 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 58 of 63
Po završenom snimanju uređaj se iznosi na površinu, iz kamere se vadi film, koji se potom razvija, snimci se uvećavaju i vrši se očitavanje uglova. Podaci o merenju se unose u pripremljene tabele. Na osnovu podataka iz tabela crta se dijagram devijacije. Slika 15. Ugaone sekcije instrumenta za merenje devijacije 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 59 of 63
Azimut meren u bušotini, tj. dobijen očitavanjem disk-filma iz mernog instrumenta, odnosi se na magnetni sever i treba ga ispraviti u geografski azimut korekcijom magnetne deklinacije. Deklinacija je ugao između magnetnog i geografskog severa i za bilo koju lokaciju može se dobiti iz karti izogona. Ispravak magnetskog u geografski smer (azimut) izvodi se dodavanjem ili odbijanjem lokalne magnetske deklinacije prikazane u tabeli 3. Tabela 3. Ispravka magnetskog u geografski azimut Očitavanje na snimku N-E S-E S-W N-W Istočna deklinacija Dodaj smeru Odbij od smera Dodaj smeru Odbij od smera Zapadna deklinacija Odbij od smera Dodaj smeru Odbij od smera Dodaj smeru Potrebno je znati da li magnetski sever leži istočno ili zapadno od lokacije gde je merenje smera obavljeno. 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 60 of 63
Magnetska deklinacija Magnetska deklinacija je ugao između stvarnoggeografskog severa i magnetskog severa na bilo kojoj tački na Zemlji. Magnetski sever nije stacionarna tačka na zemlji i nije lociran uistoj tački u kojoj je geografski sever. Nalazi se (1998. god.) u severnoj Kanadi, blizu Lougheed Island. Deklinacija se menja sa vremenom, jer se magnetski sever polako pomera. Istočna deklinacija Zapadna deklinacija Lokacije na Zemlji gde je smer geografskog i magnetskog severa identičan (nulta linija deklinacije). 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 61 of 63
Primer: Istočna deklinacija Magnetska deklinacija za lokaciju Prudoe Bay, Alaska u 1994. je 30 (30 East) Očitavanjem filma posle merenja dobijeno je: S42 E (138 azimut) Smer, posle korekcije deklinacije: S12 E E (168 azimut) Drugo merenje na istoj lokaciji daje: S21 W (201 azimut) Smer, posle korekcije deklinacije: S51 W W (231 azimut) Zapadna deklinacija Magnetska deklinacija za lokaciju u Severnom moru, 1994. je 5 (5 West) Očitavanjem filma posle merenja dobijeno je: S42 E (138 azimut) Smer, posle korekcije deklinacije: S47 E E (133 azimut) Drugo merenje na istoj lokaciji daje: S21 W (201 azimut) Smer, posle korekcije deklinacije: S16 W W (196 azimut) 2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 62 of 63
2. Tehnologija koso-usmerenog bušenja Tehnologija bušenja II Slide 63 of 63