Egyensúly-helyreállítás elemzése

Átírás

1 Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet Olajmérnöki Intézeti Tanszék Egyensúly-helyreállítás elemzése Szakdolgozat Készítette: Ürmös Richárd Tanszéki konzulens: Dr. Szabó Tibor egyetemi docens Ipari konzulens: Benedek Károly, okl. olajmérnök, Rotary Rt. Miskolc,

2 MISKOLCI EGYETEM Műszaki Földtudományi Kar UNIVERSITY OF MISKOLC Faculty of Earth Science & Engineering KŐOLAJ ÉS FÖLDGÁZ INTÉZET PETROLEUM AND NATURAL GAS INSTITUTE : H-3515 Miskolc-Egyetemváros, Hungary : (36) (46) FAX: (36) (46) turzoz@kfgi.uni-miskolc.hu Szakdolgozat-feladat Ürmös Richárd Műszaki földtudományi alapszakos, olaj- és gázmérnök szakirányos BSc hallgató részére Egyensúly-helyreállítás elemzése Mutassa be a fúrólyukak egyensúlymegbomlásának lehetőségeit, írja le az okokat és jeleket, részletesen ismertesse a kitörések megelőzéséhez szükséges eljárásokat! Egy adott fúrólyuk egyensúlyának megbomlása esetén végezze el a hagyományos számításokat, az egyensúly-helyreállítási munkalap, egy modellező szoftver és a kitörésvédelmi szimulátoron végzett egyensúly-helyreállítások segítségével elemezze az operációt, mutassa be a fúrási személyzet által megtett lépéseket! Elemezze a kitörésveszélyes szituáció költség vonzatait! Az eredményei és megállapításai alapján tegyen javaslatokat a veszélyhelyzet kezelésére. Ipari konzulens: Tanszéki konzulens: A tervezés helye: Benedek Károly, okl. olajmérnök Dr. Szabó Tibor, egy. docens Rotary Rt. Nagykanizsa A szakdolgozat beadási határideje: május 9. Dr. Turzó Zoltán Intézet igazgató, egy. docens Miskolc, október 18.

3 Intézeti igazoló lap diplomamunka benyújtásához BSc képzésben részt vevő Olaj- és gázmérnök szakirányos, hallgatók részére A hallgató neve: Ürmös Richárd Neptun-kódja: RVIT12 A szakdolgozat címe: Egyensúly helyreállítás elemzése Eredetiségi nyilatkozat Alulírott Ürmös Richárd, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a diplomamunkát meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a diplomamunkában csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem. Miskolc, május 9. a hallgató aláírása Tanszéki konzulens nyilatkozata Alulírott Dr. Szabó Tibor, jelen dolgozat beadásával egyetértek / nem értek egyet május 9. a tanszéki konzulens aláírása Ipari konzulens nyilatkozata Alulírott Benedek Károly, jelen dolgozat beadásával egyetértek / nem értek egyet május 9. az ipari konzulens aláírása A diplomamunka beadásra került május 9. a Kőolaj és Földgáz Intézet adminisztrációja

4 Tartalomjegyzék 1 Bevezetés A kútban és a formációban uralkodó nyomások A hidrosztatikai nyomás Pórusnyomás Normál pórusnyomás Abnormális pórusnyomás Szubnormális nyomás Repesztési nyomás A beáramlás okai, jelei A beáramlás legfőbb okai Az abnormális pórusnyomás figyelmeztető jelei Túlfolyás ellenőrzés (Flow Check) Formáció integritás, kick tolerancia Elnyelési teszt (Leak-off teszt) Maximális gyűrűstéri felszíni nyomás (MAASP) A gázok viselkedése a kútban Beáramlási tolerancia Barrierek, kitörésvédelmi berendezések Elsődleges és másodlagos barrierek Kitörésgátló (blow out preventer, BOP) Akkumulátor A lefúvató szánkó (choke manifold) Iszap-gáz szeparátor Lyuktöltő tartály (trip tank) Lyukegyensúly-helyreállítás menete, módszerei A kútlezárás folyamata A kemény zárás (hard shut-in) A lágy zárás (soft shut-in) A zárt nyomások értelmezése Egyensúly helyreállítási módszerek... 30

5 6.2.1 A fúrós módszer A várakozásos módszer A THESIS-01 kút lyukegyensúlyának megbomlása A THESIS-01 kút A kút egyensúlyának megbomlása Javaslatok a veszélyhelyzet elkerülésére A THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítása Előre felvett adatok Lyukegyensúly helyreállítási munkalap Egyensúlyhelyreállítás fúrós módszerrel Egyensúlyhelyreállítás várakozásos módszerrel Egyensúlyhelyreállítás szimulációja a Petris Drillnet programmal Kezdeti lépések A fúrós módszer A várakozásos módszer Egyensúlyhelyreállítás kitörésvédelmi szimulátorral A fúrós és várakozásos módszer összehasonlítása A helyreállítás okozta pénzügyi veszteség Összegzés Summary Irodalomjegyzék Köszönetnyilvánítás... 77

6 1 Bevezetés Napjainkban a világ energiaszükségletének döntő hányadát az olajbányászat fedezi. Ez az anyag hajtja autóinkat, ebből készülnek műanyag és gumi használati eszközeink, kenőanyagaink. Ahhoz, hogy ezen mennyiségű fogyasztást ki lehessen elégíteni, az olajvállalatoknak több ezer kutat kell fúrniuk évente. Az idők során a legnagyobb olajlelőhelyeket már feltárták, így a figyelem a fejlettebb technológiát, több befektetett pénzt és szakmai tudást igénylő területek meghódítására helyeződött át. Ezeken a mezőkön a mérnököknek és a munkásoknak magas (sokszor abnormális) nyomással, hőmérséklettel és a kőzetformáció tulajdonságai okozta fúrási nehézségekkel kell megbirkózniuk. Mindezek közül a legveszélyesebbek az abnormális nyomások, vagy más, előre be nem látható komplikációk okozta lyukegyensúly-megbomlások, amelyeket ha nem kezelünk időben és szakszerűen, a fúrt rétegben található fluidumok felszínre töréséhez vezethetnek. Ahhoz, hogy az ilyen helyzeteket a fúráson lévő csapat kezelni tudja, well control oktatásban részesülnek. A well control egy, az olaj- és gáziparban használatos technika, melynek segítségével megakadályozzák a rétegfluidumok kútba történő kontrolálatlan áramlását, amely ha megtörténik, kitöréshez (blowout) is vezethet. A lyukegyensúly-megbomlások következményei súlyosak lehetnek. Még a legkisebb kitörések is dollármilliós károkat okozhatnak a berendezésekben, értékes nyersanyagok elvesztésével és hatalmas környezeti károkkal járhatnak. A legértékesebbek mégis a balesetek következtében elveszített emberéletek. A lyukegyensúly-megbomlások nem köthetők egyes kúttípusokhoz. A baj megtörténhet a legegyszerűbb, sekély kutatások során éppúgy, mint a legkomplexebb operációk, a magas nyomású és magas hőmérsékletű (HPHT) kutak fúrása alatt is. A fentebb vázolt problémák a fúrási gyakorlatok során mindig jelen vannak. Ha nem törődnénk ezek megoldásával, a megelőző és helyreállító módszerek oktatásával, az olajipar tevékenysége egyre több áldozattal járna (mind anyagi, mind emberi szempontból). Ezen okok miatt választottam egy egyensúlyhelyreállítás elemzését szakdolgozatom témájául. Nyári szakmai gyakorlatom során a magyarországi THESIS-01 nevű kút fúrásánál vettem részt, melynek lyukegyensúlya a méterben megbomlott. A dolgozatban egy átfogó képet alkotok a fúrás közben uralkodó nyomásokról, 1

7 a lyukegyensúly-megbomlások okairól és jeleiről, a kút integritásáról, kick toleranciáról, elsődleges és másodlagos kitörésvédelemről és a szárazföldi operációk eszközeiről, a kútlezárási folyamatokról és egyensúly helyreállítási módszerekről. A THESIS-01 kút bemutatása után az egyensúlymegbomlás előzményeit fogom elemezni, figyelembe véve a fúrási sebesség, tartályszint, iszapban oldott gáztartalom változásait. Az elemzés célja olyan javaslatok megfogalmazása, amelyekkel a későbbiekben megakadályozhatók a hasonló incidensek. A dolgozat fő témája a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítása a fúrós és várakozásos módszerek alapján, valamint ezen folyamatok elemzése. Először a berendezéseknél is használatos hagyományos módszerek alapján végzem ezt el. A szükséges számítások és a lyukegyensúly helyreállítási munkalap elkészítése után a módszerek elméleti diagramjain keresztül mutatom be a fúrási személyzet teendőit a helyreállítás közben. A hagyományos módszer mellett elvégzem a helyreállítások szimulációját a Petris Drillnet 2.0 programcsomag segítségével. A szoftver lehetővé teszi a számítások ellenőrzését és különböző modellek alapján megjósolja a kútban kialakuló nyomásokat. A helyreállítást magam is elvégzem a tanszéken található DPWS-22UL típusú mélyfúrási szimulátorral, hogy az elmélet és a gyakorlat összehasonlítását is elvégezhessem. A dolgozat végén a fúrós és várakozásos módszer alkalmazhatóságának összehasonlítását végzem el a THESIS-01 kút esetében és meghatározom, hogy melyik módszer alkalmasabb a kút egyensúlyának helyreállításához. Továbbá elemzem, hogy az incidens milyen többletköltséggel, esetleges bevétel kieséssel járt. 2

8 2 A kútban és a formációban uralkodó nyomások Minden formáció, amit a fúrások során megfúrnak, eltérő, mélységtől és helytől függő nyomásokat tartalmaz. Ezek a nyomások kulcsfontosságú szerepet játszanak a kút stabilitásában, ezért fontos tisztában lennünk velük. 2.1 A hidrosztatikai nyomás A hidrosztatikus nyomást egy függőleges folyadékoszlop által kifejtett nyomásként jellemezhetjük. A nyomás nagysága a fluidum átlagos sűrűségétől és az oszlop vertikális magasságától függ (Rabia, 2002.). Matematikai képlettel leírva: ahol: Ph a hidrosztatikus nyomás [bar] f a fluidum átlagsűrűsége [kg/l] h az oszlop vertikális magassága [m] g a nehézségi gyorsulás együtthatója (0,0981). Hidrosztatikus nyomást fejt ki a kútban lévő fúróiszap és a formáció pórusaiban található rétegfluidomok is. 2.2 Pórusnyomás A pórusnyomás a kőzet pórusaiban található fluidumokra ható nyomásként írható le. A nagyságától függően három kategóriát különböztetünk meg: a normál, abnormális és szubnormális pórusnyomásokat Normál pórusnyomás A normális pórusnyomás megegyezik a formáció pórusaiban található rétegfluidumok hidrosztatikai nyomásával. Ha veszünk egy oszlopot, amit maga a formáció tölt ki a benne lévő pórusokkal együtt, akkor az oszlop alján lévő nyomás lesz a formációnyomás, az oszlop tetején lévő pedig zérus lesz. A normál pórusnyomás nem egy konstans. Értéke nagymértékben függ a pórusban lévő fluidum karakterisztikáitól, az abban oldott ásványi anyagoktól és gázoktól, valamint a hőmérséklet-gradienstől is. Minél több az oldott 3

9 sótartalom, annál nagyobb lesz a formációnyomás is. A normál pórusnyomás gradiens átlagos értékei 0,098-0,104 bar/m értékek között mozognak (Rabia, 2002.) Abnormális pórusnyomás Abnormális pórusnyomásnak nevezünk minden olyan formációnyomást, amely meghaladja a réteg pórusaiban található fluidumok hidrosztatikai nyomását. Ilyenkor a nyomás két részre osztható: a normál pórusnyomás hidrosztatikai komponensére és egy kis extra nyomásra. Ez a kis extra nyomás az oka annak, hogy a fúrások közben felszíni kitörésgátló felszereléseket (Blow out preventer, BOP) használnak. Abnormális pórusnyomás előfordulhat minden mélységben, 30 métertől akár 9000 méterig is. Az abnormális nyomás elsősorban valamilyen geológia, geokémia, geotermális, mechanikai változások együtteseként alakul ki. Íme, pár példa az abnormális nyomás kialakulására: Normál kompakció során az üledék térfogata csökken, a szemcsék egyre közelebb kerülnek egymáshoz, ahogy újabb és újabb rétegek kerülnek a vizsgált formáció fölé. A fedőkőzet súlya miatt a szemcsék átrendeződnek, a pórusok térfogata csökken és a bennük található rétegfluidumok elszivárognak. Az üledékképződés és a pórusfluidumok elszivárgásának gyorsasága közti egyensúly megbomlik, ha megnő az előbbi üteme, a réteg permeabilitása csökken, vagy egy zárókőzet miatt a rétegtartalom csapdázódik. Ezeknek hatására a fluidumok kitámasztják a pórusokat és segítenek megtartani a fedőkőzetek súlyát, melynek hatására abnormális pórusnyomás alakul ki (Baker, 1991.). Nagy kiterjedésű sólerakódások alatti rétegek túlnyomásossá válhatnak, hiszen a sók nyomásközvetítő képessége inkább a fluidumokéhoz hasonlít, mint a szilárd anyagokéhoz, ezáltal a fedőkőzet nyomásával egyenlő nyomást fejt ki minden irányban (Rabia, 2002). A sódómok kialakulása is magas nyomásokhoz vezethet. Például a halit teljesen impermeábilis, nincs porozitása, már relatívan kis hőmérsékleten és nyomáson plasztikusan és mobilisan viselkedik. Alacsony sűrűségének köszönhetően a rétegek között felfelé mozog, létrehozva a sódómot, amely így tökéletes zárókőzetként viselkedik (Baker,1991; Rabia, 2002). Ahogy a mélyben a nyomás és a hőmérséklet egyre nő, a kőzetek kémiai és fizikai változásokon mennek keresztül, melyeket diagenezisként ismerünk. E folyamat során új ásványok és kőzetek jönnek létre. Az agyagok diagenezise az egyik fő oka 4

10 az abnormális nyomások kialakulásának. A szulfátok (gipsz és anhidrit) átalakulásuk során térfogatukat 35%-kal növelik és olyan zárókőzeteket hoznak létre, amelyek csapdázzák a rétegfluidumokat (Rabia, 2002.). Tektonikai aktivitás során a formációk gyűrődésen, vetődésen, kiemelődésen mennek keresztül. Gyűrődés során a rétegek oldalirányú kompressziónak vannak kitéve, melynek hatására az agyagok kompaktálódnak, amely vízvesztéssel jár. Ha a víz nem tud elszivárogni, abnormális nyomások alakulnak ki. A vetődések szintén alulkompaktálódáshoz vezetnek, ám megesik, hogy a porózus réteg mellé impermeábilis kőzetek kerülnek (Grace, 1994.) Szubnormális nyomás Szubnormális pórusnyomásúnak nevezünk minden olyan formációt, amelyben adott mélységben a nyomás kevesebb, mint a rétegfluidum által kiváltott hidrosztatikai nyomás. Sokkal ritkábban fordul elő, mint az abnormális nyomás, kialakulásuk jóval a rétegek leülepedése után történik meg. Okozhatja az adott terület geokémiai és tektonikai múltja, vagy éppen a rétegfluidumok mesterséges úton való kinyerése olaj- és gáztelepek esetén (Rabia, 2002.). 2.3 Repesztési nyomás Ahhoz, hogy biztonságosan le tudjunk fúrni egy kutat tisztában kell lennünk a formáció repesztési nyomásával. Ha a kútban lévő fúróiszap hidrosztatikai nyomása eléri ezt a nyomást, akkor a formáció pórusai megnyílnak, felrepednek. Ez folyadékveszteséghez, a lyukegyensúly megbomlásához vezet. A repesztési nyomás értéke határozza meg a kontrolálatlan beáramlások maximális térfogatát (kick tolerance), amely még nem tesz kárt a kútban. Legtöbbször egyenértékű iszapsűrűséggel (Equivalent Mud Weight, EMW) adják meg (Rabia, 2002.). Témám kidolgozása közben észrevettem, hogy a lyukba történő beáramlásnak számos oka lehet. Az egyes operációk okozta lyukegyensúly-megbomlások mellett a fő problémát az abnormális nyomású rétegek megfúrása okozza. Szerencsére az említett nyomásnak fúrás közben számos árulkodó jele tapasztalható. A következő fejezetben ezekről a jelekről, valamint a beáramlások fő okairól lesz szó. 5

11 3 A beáramlás okai, jelei Fúrás és egyéb kútmunkálatok közben olyan sűrűségű fúróiszapot használunk, amelynek hidrosztatikai nyomása adott mélységben képes ellensúlyozni a formáció pórusnyomását. Ezt a módszert elsődleges kitörésvédelemnek (primary well control) nevezzük. Elsődleges kitörésvédelem során az iszap hidrosztatikus nyomásának egyenlőnek, de inkább kicsit nagyobbnak kell lennie a pórusnyomásnál, ezzel túlegyensúlyozva azt. Ha ez a túlegyensúlyozás - akár csak átmenetileg megszűnik, a kútba nem kívánt formációfluidum ún. kick léphet be. A következőkben az egyensúly elvesztésének fő okait mutatom be. 3.1 A beáramlás legfőbb okai A lyukegyensúly megbomlásáért általában az legtöbbször az alább felsorolt okok a felelősek. Kiépítés közben, ahogy a fúrószerszámot a lyukból kihúzzák, az iszapnívó lecsökken, ha nem töltik fel a lyukat a szerszám teljes kiszorításának megfelelő térfogatú fúróiszappal. Ahogy az iszap szintje lecsökken, a hidrosztatikus nyomása olyan mértékben lecsökkenhet, hogy megszűnik a túlegyensúlyozás, beengedve a kútba a rétegfluidumokat (Well Control, 2012.). Ha mégis megtörténik a lyuktöltés, a hidrosztatikus nyomás akkor is minden esetben csökkenni fog egy bizonyos mértékig, a fúrószerszám és más teljes átmérőjű szerszámok kiépítése okozta dugattyúzó-hatás (swabbing) miatt. A dugattyúzó-hatást a következők okozhatják: Magas kiépítési sebesség. A fúróiszap viszkozitása és gélerőssége túl magas A szerszám és a gyűrűstér közötti szűk térköz A fúrási operációk során az egyik legnagyobb gondot az iszapveszteség (lost circulation) okozza (Grace, 1994.). Ha az iszap a lyukból elfolyik, a nívó lecsökken, vele együtt az iszap hidrosztatikus nyomása is. Iszapveszteség a következők egyike vagy együttese miatt fordul elő: Kavernákat tartalmazó formáció. Természetes körülmények között felrepedt vagy szubnormális pórusnyomású formáció. 6

12 A túlzott kiépítési sebesség okozta repedések. Túl magas gyűrűstéri nyomásveszteségek Túl magas nyomások hatására az iszapot a formációba préselhetik. Mechanikai hibák. Fúrás közben a fúrási iszap sűrűségét sok tényező befolyásolja. Ha bármilyen okból a sűrűség nem elég nagy ahhoz, hogy túlegyensúlyozza egy permeábilis formáció nyomását, a rétegfluidumok beszivárognak a kútba. A nem megfelelő sűrűségű iszap okai: A fúrási iszap hígulása. Sűrűségcsökkenés a fúrt formációból felszabaduló gázok miatt. A nehezebb anyagok lerakódása. Cementezés közben túl sok alacsony sűrűségű elválasztó folyadék (spacer) szivattyúzása. Amíg megköt, a cement folyamatosan veszít hidrosztatikai nyomásából. Offshore fúrások esetén a fentebb sorolt okok mellett előfordulhat, hogy a tengerben lévő felszálló vezetékben (riser) a fúrási iszap nívója lecsökken. Ez a lyuktalpi hidrosztatikus nyomás csökkenését idézi elő, amelynek következtében a túlegyensúlyozás megbomlik (Schlumberger, 1999.). Ennek okai: Véletlenül a felszálló vezeték összeköttetése a lyukfejjel megszűnik. A riser sérülése okozta folyadékveszteség A vezetéket tengervízzel töltik fel. A lyukegyensúly megbomlását a legtöbb esetben egy abnormális nyomású formáció megfúrása okozza. Ebben az esetben a megfúrt rétegben uralkodó nyomás nagyobb, mint a fúrási iszap hidrosztatikus nyomása a lyuktalpon. A rétegfluidumok a nagyobb nyomás felől a kisebb felé áramlanak ezzel okozva a kút beindulását. A beáramlás mennyisége nagyrészt a depresszió (nyomáskülönbség) nagyságától függ. A fúrási személyzet feladata az abnormális formáció előjeleinek mihamarabbi észrevétele (3.2. fejezet), ezzel csökkentve az egyensúlymegbomlás okozta veszélyeket (Grace, 1994.). A 3.1. fejezetben felsorolt okok tehát a kút beindulását okozzák. Erről a folyamatról a legmegbízhatóbban a tartályszint és kifolyó intenzitás mérő műszerek adnak tájékoztatást 7

13 (Well Control, 2012.). Ha bármelyik műszer által mért érték meghaladja a riasztási szintet a kút nagy valószínűséggel beindult. Ebben az esetben a fúrómester elsődleges feladata a kút mihamarabbi lezárása (figyelembe véve a kitörésgátlók zárási idejét is), ezzel csökkentve a beáramlott rétegfluidum mennyiségét. Minél több fluidum áramlik be, annál nagyobb lesz a helyreállítás során tapasztalható gyűrűstéri nyomásérték, ezzel veszélyeztetve a kútszerkezetet. Ebben a fejezetben felsorolt okok többsége (kivéve a műszaki meghibásodások) a megfelelő szakértelemmel kiküszöbölhetőek. A legnagyobb problémát a túlnyomásos formációk megfúrása okozza melynek figyelmeztető jeleit a 3.2. fejezet tartalmazza. 3.2 Az abnormális pórusnyomás figyelmeztető jelei A túlnyomás alatt lévő formációk felismerése fúrás közben az egyik legfontosabb, ha meg akarjuk tartani a kút egyensúlyát és megakadályozni a beáramlást. Nincs olyan szabály, amely pontosan megmondaná, hol fordulnak elő ilyen formációk, de a következőkben felsorolt figyelmeztető jelek még azelőtt jelen vannak, hogy a pórusnyomás beáramlást okozzon. Normál nyomású formációk fúrása közben, körülbelül konstans fúróterhelést, fordulatszámot, iszapparamétereket, lyukméretet, hidraulikát feltételezve, a fúrási sebesség (rate of penetration, ROP) csökkenését kell, hogy tapasztaljuk. Amikor abnormális nyomású formációt fúrunk, az agyagok sűrűsége lecsökken, a porozitás növekszik, a réteg könnyebben fúrható, így nagymértékben megnő a fúrási sebesség. Ezt a jelenséget a fúró megszaladásának (drilling break) hívjuk. A differenciális nyomás (a réteg és az iszap hidrosztatikus nyomása közti különbség) növekedése miatt a rétegfluidumok beáramlása megtörténik (Baker, 1991.) Mivel a fúrási sebesség nagyon sok paraméter függvénye, a kapott adatokat körültekintően kell értelmezni. Az évek során egy olyan módszer kidolgozására volt szükség, amely felfedezi a szabályszerűséget a fúrási sebesség és a paraméterek változása között ben, Jordan és Shirley a Mexikói-öbölben összegyűjtött információik alapján kidolgozták a fúrhatósági egyenletet, amelyet D kitevőnek nevezünk. A formula lehetővé teszi a ROP 8

14 változások egyszerűbb értelmezését, így javítva az abnormális formációk előrejelzésének hatékonyságát (Rabia, 2002.). Az egyenlet a következő: ahol: ROP a fúrási sebesség [m/perc] RPM a fúró fordulatszáma [1/perc] WOB a fúróterhelés [t] Dh a fúró átmérője [m] Az egyenletből látható, hogy a D kitevő lényegében a fúrási sebesség változását a fúró fordulatszámának, terhelésének és átmérőjének függvényeként írja le. Normális nyomású formációk fúrása esetén a D kitevő lineáris növekedését kell, hogy tapasztaljuk. Abnormális formáció fúrásakor ennek ellenkezője történik. Mivel a formula kimutatja a rétegnyomás és lyuktalpi nyomás közti különbséget, a lyukban lévő iszap sűrűségének változása nagyban befolyásolja értékét. Ezért Rehm 1971-ben további korrekciót javasolt, hogy a D kitevő érzékenyebb legyen ezen változásokra (Rabia, 2002.): ahol: dc a javított D kitevő [-] MW1 az eredeti iszapsűrűség [kg/l] MW2 az új iszapsűrűség [kg/l] A korrigált D kitevőt univerzálisan használják minden fúrás alkalmával. A fúrási sebesség (ROP) megnövekedésének három következménye is van. Megnő a forgatónyomaték, a lyuk elkezd feltöltődni furadékkal, kiépítés közben pedig jelentős túlhúzás jelentkezik. Az ROP növekedésének hatására a fúrómesteri állásban lévő nyomatékmérőn a legmagasabb és a legkisebb értékek közötti különbség növekedése látható. Nagyobb előrehaladással gyorsabb a fúrási furadékok képződése is. A 9

15 lyukfeltöltődés egyik oka, hogy az öblítési ütem (ezáltal a fúróiszap sebessége) nem elég nagy ahhoz, hogy a furadékot eltávolítsa a lyuktalpról. Ha a lyuk elkezd feltöltődni, a fúrószerszám egyszerűen csak beleragadhat a lyuktalpról el nem távolított anyagba. Ilyenkor kiépítés közben sokkal nagyobb erő kell a szerszám kihúzásához, mint általában, sőt szerszámszorulás is előfordulhat, ha a lyuk beomlik. A nyomaték, túlhúzás és a lyuktöltődés sebességének növekedése normális pórusnyomású formációkban is előfordulhat, legfőképp ferde kutak fúrása közben. Éppen ezért ezekkel az indikátorokkal csak más előjelek megléte mellett lehet megerősíteni egy túlnyomásos zóna megfúrását. Abnormális formáció előjele lehet továbbá az, ha kiépítéskor, illetve rátoldáskor megnövekszik az ún. kiépítési- és toldásgáz mennyisége a fúróiszapban. Ezt a növekedést okozhatja kiépítéskor a dugattyúzó-hatás erősödése is, de még valószínűbb, hogy a pórusnyomás emelkedik. Egyes formációkból fúrás során felszabadulhatnak a pórusban lévő gázok, amelyek háttérgázként jelennek meg. A háttérgáz növekedése előre jelezheti a túlnyomásos formációt, ez nem igazán megbízható. A fúrt kőzetekben lévő gáztartalom drasztikusan megnőhet, anélkül, hogy a pórusnyomás változna. A gázkoncentrációt az operációk során a műszerkabinban rögzítik, amely a fúrómesteri állásban is nyomon követhető. Ezen értékek nem pontos mennyiségek, csak relatívan, százalékos formában, vagy egységekben van meghatározva (Baker, 1991.). Magas nyomású formációk egyes indikátora látványosan észlelhetőek az iszap szilárdanyag-tartalmát szabályozó rázószitán (Grace, 1994.). Normál nyomású formációk fúrása során a furadék általában aprók, lekerekített szélűek, laposak, míg a túlnyomásos formáció furadékai hosszúkásak, szilánkokra hasonlítanak. Ahogy a differenciális nyomás csökken, a részecskék a lyuktalpról képesek lerobbanni, sőt a bennük lévő folyadékok repedéseket okozhatnak és bemossák az agyagot a fúrólyukba. A furadék alakjának és méretének megváltozása általában a felszínre hozott mennyiség növekedésével is együtt jár. A felszínen további vizsgálatokat végezhetünk mind az iszapon, mind a furadékokon. Ilyen vizsgálat lehet a kútból kijövő és a kútba bemenő iszap sótartalmának mérése. A sótartalom növekedése figyelmeztető jel, a kompakció hiányát jelzi, más indikátorok megléte mellett megerősítheti a túlnyomásos formáció meglétét. A furadékok sűrűsége a mélységgel együtt növekszik, ám a túlnyomásos formációkból származó részecskék ettől eltérő trendet mutatnak. A felszínre jutó fúrási iszap hőmérsékletét is folyamatosan mérik, 10

16 így megbecsülve a fúrólyukban a hőmérséklet-gradiens nagyságát. A gradiens nagyságának növekedése képes előre jelezni a pórusnyomás megnövekedést, még mielőtt belefúrnánk a formációba. Az alulkompaktálódott formációk maradékvíz-tartalma nagyobb a normálisnál, a hőt is jobban vezetik. Mivel az iszap hőmérsékletét csak a felszínen tudjuk megmérni, ezért az nagymértékben függ a környezeti hatásoktól, így ez a módszer nem minden esetben ad megbízható információt (Grace, 1994.). Általánosságban igaz, hogy a fentebb említett előjelek külön-külön még nem feltétlen jelentik azt, hogy éppen egy túlnyomásos formáció megfúrása történik, ám ha több indikátor egyszerre jelentkezik, érdemes megtenni a szükséges intézkedéseket a kút védelmének érdekében. Univerzálisan elfogadott gyakorlat, hogy a fúrási sebesség hirtelen megnövekedés után 1-2 méter előfúrás, majd túlfolyás-ellenőrzés (flow check) következik. 3.3 Túlfolyás ellenőrzés (Flow Check) A figyelmeztető jelek tudatában felkészülhetünk a túlnyomásos formáció megfúrására. Ha a fúrt formációból beáramlás történik a kútba, a következő eseményeket vehetjük észre: Előjelként, a formáció fúrásakor hirtelen megszalad a fúró, nő a fúrási sebesség. A felszíni kifolyóintenzitás-mérőn növekedést tapasztalunk, ahogy a formációból beáramló fluidum szorítja ki a kútból az iszapot. Tartályszaporulatot (pit gain) tapasztalunk. A szivattyúzási nyomás csökken, ahogy a gyűrűstérben lévő iszap sűrűsége csökken A felszínen megjelenő iszapban olaj, gáz illetve víz nyomait véljük felfedezni. A kitörésvédelmi utasítások kimondják, ha már a felszínen a fúró megszaladását tapasztalják, túlfolyás ellenőrzést (flow check) kell végrehajtani. Ha megemelkedik a tartályszint vagy a kifolyó intenzitása, azonnal be kell zárni a kutat. Amennyiben a tartályszaporulat nem kimutatható kétség nélkül, akkor alkalmazható a túlfolyás próba. A flow check a kút megfigyelését jelenti statikus körülmények között, azaz az öblítés szüneteltetve van. Az ellenőrzés során kiderül, hogy kút folyik-e vagy sem, tehát, hogy van-e beáramlás a kútba. A megfigyelés ideje vállalatról vállalatra különbözik, Magyarországon 15 perc az előírt, ugyanakkor a statikus állapotot mindaddig kötelező 11

17 fenntartani, amíg kétségek nélkül ki nem jelentjük az eredményt. Fúrás közben a flow check folyamata a következő (Well Control, 2012.): A szerszám forgatását leállítjuk. A szerszámot zárási pozícióba emeljük. Az öblítést leállítjuk. A kifolyót ellenőrizzük. Ha a kifolyónál az öblítés szüneteltetésének ellenére is kifolyást tapasztalunk, akkor a kút túlfolyik. A kút túlfolyását okozhatja még a kútban lévő fúróiszap hőtágulása, amit a lyukban uralkodó hőmérsékletviszonyok okoznak (Grace, 1994). Ebben az esetben a kifolyón csak kismértékű folyás tapasztalható. A túlegyensúlyozás megszűnését okozhatja továbbá az, hogy a szivattyú kikapcsolásával az öblítést megszüntetjük, ilyenkor a gyűrűstéri nyomásveszteség nem adódik hozzá a lyuktalpi nyomáshoz. Az egyenértékű cirkulációs sűrűség (ECD) megmutatja, hogy mekkora sűrűségű iszap hidrosztatikai nyomásának megfelelő nyomást érhetünk el a lyuktalpon miközben öblítünk: ahol: ECD az egyenértékű cirkulációs sűrűség [kg/l] MW az aktuális fúróiszap sűrűség [kg/l] APL a gyűrűstéri nyomásveszteség (annular pressure loss) [bar] A szivattyúk kikapcsolása után már nem jelentkezik gyűrűstéri nyomásveszteség, így a lyuktalp nyomása olyan mértékben lecsökkenhet, ami a túlegyensúlyozás megszűnését okozhatja. Ebben az esetben, ha az öblítést újra elindítjuk, a lyukba történő beáramlás is megszűnik (Well Control, 2012.). Így, ha a kút túlfolyik, a fúrási felügyelő és a főfúrómester felelőssége eldönteni, hogy a kutat lezárják-e és elkezdjék az egyensúly helyreállítását. Ha úgy látják, hogy a kútba beáramlás történik, a lehető leggyorsabban zárni kell a kutat, hiszen az a cél, hogy a beáramlott mennyiséget minimalizálják. A gáz kútban való viselkedése és a formáció véges teherbíró képessége miatt létezik egy olyan maximális beáramlási térfogat, amely még nem tesz kárt a kútban. Ezt beáramlási toleranciának nevezzük. 12

18 4 Formáció integritás, kick tolerancia A kutak fúrása közben az egyik legkritikusabb feladat a formáció repesztési nyomás gradiensének meghatározása, hogy tudjuk mekkora az a legnagyobb nyomás, amit a kútban használhatunk anélkül, hogy a formáció megsérülne. A formáció integritás tesztek (FIT), nemcsak e gradiens meghatározását szolgálják, hanem sokkal széleskörűbb információk birtokába juthatunk. A terepen elvégzett tesztek során az utolsó béléscsősarunál lévő formáció teherbírásáról is tájékozódhatunk, amely a kick tolerancia meghatározásához kulcsfontosságú. Az iparban három féle tesztet alkalmaznak (Rabia, 2002.): Limit teszt: a formációt egy előre meghatározott, a repesztési nyomásnál mindig kisebb nyomásig terhelik. Leak-off teszt: a formációt addig terhelik, míg a formációba való átszűrődést nem tapasztalnak. Ezt a nyomást nyelési, vagy leak-off nyomásnak nevezik. Repesztési gradiens teszt: a formációt a nyelési nyomásig és azon túl terhelik, amíg az meg nem reped. A gyakorlatban a repesztési gradiens tesztet csak ritkán használják, hiszen nem célunk a formáció tönkretétele. A legsűrűbben alkalmazott eljárás a leak-off teszt, amely kulcsfontosságú a megfelelő kitörésvédelmi operációk végrehajtásában. 4.1 Elnyelési teszt (Leak-off teszt) A Leak-Off teszttel addig a pontig terhelünk egy formációt, amikor már rétegbe való kiszűrődést tapasztalunk. A teszt eredménye felhasználható a későbbi repesztési nyomás gradiensének előrejelzésében, megmutatja a következő lyukszakaszban használt fúróiszap maximális sűrűségét, valamint a cementezési munkálatok hatékonyságát. A leak-off teszt lényege, hogy a lezárt gyűrűstérbe a fúrószerszámon keresztül fúróiszapot szivattyúzunk mindaddig, amíg a béléscső sarujánál lévő formáció pórusai megnyílnak és elnyelődés tapasztalható. A tesztet általában az így kialakuló nyelési nyomásig, vagy a béléscsősaru maximális terhelhetőségéig hajtják végre. A nyelési nyomás elérésénél a formáció rugalmasan viselkedik, melyet Hooke geomechanikai törvénye ír le. A teszt menete (Well Control, 2012.): Az új formáció megnyitása, a saru és a cement átfúrása, 2-3 méter előfúrás. Az iszap kondicionálása, amíg a bemenő és kimenő iszap sűrűsége meg nem egyezik A fúrószerszám visszahúzása a saruba, a kitörésgátló bezárása. 13

19 A zárt kútba percenként ½ vagy ¼ barrel fúróiszap szivattyúzása, miközben pontosan mérjük a nyomásemelkedést és beszivattyúzott térfogatot. Diagramon ábrázoljuk a kapott adatokat. A szivattyúzás leállítása, amikor a diagramon a lineáris értékektől való bármilyen változást tapasztalunk A leak-off teszt eredménye a leak-off, vagy nyelési nyomás (LOP), amely segítségével az alkalmazott fúróiszap maximális sűrűségét és a MAASP-ot meghatározzák. 4.2 Maximális gyűrűstéri felszíni nyomás (MAASP) A MAASP (Maximum Allowable Annular Surface Pressure) a maximálisan megengedhető felszíni gyűrűstéri nyomás. Ennek értéke a leak-off teszt eredményéből számolható, azzal a feltételezéssel, hogy az utolsó béléscsősarunál lévő formáció a kút leggyengébb rétege. A MAASP az a felszíni nyomás, amelyhez hozzáadva a sarunál lévő hidrosztatikus nyomást a formáció károsodni fog (megreped). A leak-off teszt után kiszámított MAASP értéke csak addig érvényes, amíg a teszt során alkalmazott iszapsűrűség található a lyukban. Amint ez az érték megváltozik, a maximális felszíni nyomást újra kell számolni. Kitörésvédelmi operációk során a legfontosabb, hogy a beáramlott fluidum helyzetét az utolsó saruhoz képest folyamatosan nyomon kövessük. Ha a fluidum eléri a sarut, a MAASP is változni fog (Rabia, 2002.). A leak-off teszt végrehajtása és a MAASP meghatározása után kritikus feladat a kick tolerancia kiszámítása. Hogy megértsük ennek fontosságát, tisztában kell lennünk a kútba beáramlott gázok viselkedésével. 4.3 A gázok viselkedése a kútban A tapasztalatok azt mutatják, hogy kitörésvédelmi szempontból a legnagyobb veszélyt a beáramló gázok okozzák. Amikor ezek a fluidumok beáramlanak, fúróiszapot szorítanak ki a gyűrűstérből és kis sűrűségüknek köszönhetően tovább csökkentik a lyuktalpi nyomást. Ezen felül a gázok nagymértékben összenyomható fluidumok. Térfogatuk függ a nyomástól és hőmérséklettől is. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan viselkedik egy beáramlott gázdugó miközben felfelé migrál a kútban, tisztában kell lennünk az ideális gáztörvénnyel: 14

20 Képzeljünk el egy zárt hengert, ami tele van fúróiszappal. Ha ennek a hengernek az aljába gázt injektálunk, akkor ez a gáz úgy fog a henger tetejéhez áramlani, hogy a nyomása nem változik, térfogata kicsit csökken. Ebben az esetben a felszínen lévő gázdugó nyomása hozzáadódik az iszap hidrosztatikus nyomásához, így növelve a zárt kútban is a lyuktalpi nyomást. A valós kutak esetében mindig hagyni kell a felfelé migráló gázt expandálni. Ha ezt nem tesszük, a gáz nyomása a felszínre érve hozzáadódik az iszap hidrosztatikus nyomásához, így a formáció könnyen megrepedhet. A gáz expandálását a felszínen a távirányítású fúvókával tudjuk vezérelni. A kick tolerancia egyik alapvetése, hogy a gázt úgy öblítjük ki a lyukból, hogy hagyjuk a nyomását csökkenni, valamint a megnövekedett térfogatát próbáljuk szabályozott keretek között tartani (Rabia, 2002.). A gyakorlat és kutatások azt mutatják, hogy az elmélettel ellentétben a fúrólyukba beáramló gáz nem egy egységes száraz gázbuborékként viselkedik, tehát nem tölti ki teljesen a térfogatának megfelelő gyűrűstéri hosszat. A reális modellek, amelyek a fúrólyukba porózus médiumból bekerülő gáz turbulens áramlási viselkedését vizsgálják nagyon komplexek. A 4.1. ábrán Spoerker Behavior and Shape of Gas Kicks in Well Bores című 2010-es tanulmányának eredménye látható. A szerző a beáramlott gáz viselkedését vizsgálta egy vertikális kútban. A szükséges egyszerűsítések miatt a kútba nem áramlott több fluidum, kezdetben összefüggő dugót alkotott a gáz, és csak egy 10 méteres szakaszt vizsgált. Már az első szimulációk bizonyították, hogy még a kezdetben egységes gázdugó is pár másodperc alatt felszakadozik, puskagolyó szerű áramlási alakot vesz fel, majd a nyitott lyukszakasz közepére koncentrálódik gázoszlopot alkotva, ami már nem kapcsolódik össze egy darab egységes gázdugóvá. Ha az iszap gélerősségét nem vesszük figyelembe, akkor a felfelé haladó gáz eléri a 2400 m/óra sebességet (Spoerker, 2010.). 15

21 4.1. ábra: Gázdugó viselkedése a fúrólyukban (Forrás: Spoerker,2010.) 4.4 Beáramlási tolerancia Ha egyszer a lyuk egyensúlya megbomlik, a differenciális nyomás hatására a rétegben lévő fluidumok a kútba áramlanak. Ennek a beáramlásnak a gyorsasága mindig más és más, hiszen több paraméter is befolyásolja: a differenciális nyomás nagysága, a kőzet permeabilitása, a fluidum tulajdonságai. Az időegység alatt beáramlott térfogat meghatározásához Darcy törvényének síkradiális áramlás során alkalmazott formáját használjuk (Bódi, 2004.): ahol: Q az egységnyi idő alatt beáramló térfogat [bbl/perc] k a formáció permeabilitása [md] µ a beáramló fluidum dinamikus viszkozitása [cp] Δp a differenciális nyomás nagysága (lyuktalp és formáció között) [psi] 16

22 L a szakasz hossza, amelyen a beáramlás történik [ft] re a megcsapolás sugara [ft] rw a fúrólyuk sugara [ft]. Gyakorlati okokból a kick toleranciát úgy definiálhatjuk, mint az a maximális beáramlási térfogat, amelyet az utolsó béléscsősarunál lévő formáció még elvisel anélkül, hogy megrepedne. A kick toleranciát a következő elemek befolyásolják (Rabia, 2002.): A lyuktalpon uralkodó pórusnyomás. A használni kívánt iszap maximális sűrűsége. A beáramlott fluidum fajtája (gáz, víz, olaj). A béléscsősarunál a repesztési gradiens nagysága. A kút típusa: kutató vagy termelő. A leak-off teszt elvégzése után, de még mielőtt a fúrás elkezdődne, a kick toleranciát minden esetben ki kell számolni a következő lyukszakaszra és a használni kívánt iszapsűrűségre vonatkoztatva. A leak-off teszt eredményét célszerű 5-6 bar-ral csökkenteni, így biztonságos becslést tudunk adni a repesztési nyomás nagyságára. Ha egy befolyásoló tényező, mint az iszapsűrűség, vagy a fúrószerszám geometriája megváltozik, mindig újra kell számolni az adott szakaszra a kick tolerancia értékét. A túlnyomásos rétegekben ez az érték rohamosan csökkenni fog, ahogy a növekvő rétegnyomást növekvő iszapsűrűséggel ellensúlyozzuk. Az olyan kutak esetében, amelyek kiképzésekor nagy valószínűséggel abnormális nyomású zónákkal fogunk találkozni, a tervezés és a fúrás szakaszában is precíz megfigyelést és kick tolerancia számításokat várnak el. A kick toleranciát a következő formákban adhatják meg (Grace, 1994.): Kick térfogatként, amely még kiöblíthető anélkül, hogy a béléscsősarut felrepesztené. Maximális iszapsűrűségként. Maximális pórusnyomásként, amely még ellensúlyozható anélkül, hogy meghaladnánk a maximális iszapsűrűséget. 17

23 Számításaink során feltételezzük, hogy a beáramlott fluidum gáz, hiszen a kút szempontjából az a legveszélyesebb. A béléscsősarunál a következő nyomás alakul ki, amikor a beáramlott gázdugó eléri azt (Rabia, 2002.): ahol: Px a béléscsősarunál kialakuló nyomás [bar] Pg a gázbuborék nyomása (= H*G) [bar] H a gázbuborék magassága a béléscsősarunál [m] G a gáz gradiense (a metáné 0,0113 bar/m) [bar/m] TVD a lyuktalp vertikális mélysége [m] CSD a béléscsősaru vertikális mélysége [m] m a használni kívánt iszap maximális sűrűsége [kg/l]. A képletet a gázbuborék magasságára átrendezzük, Px nyomást pedig maximális iszapsűrűségben kifejezett repesztési nyomás gradiensre cseréljük, hogy a maximális értéket megkapjuk. ahol: FG a repesztési nyomás gradiens maximális iszapsűrűségben megadva [kg/l] Pf a pórusnyomás [bar]. A beáramlás térfogata a béléscsősarunál (V 1 ): ahol Ca jelöli a fúrószerszám és a nyitott lyuk közötti űrtartalmat (m 3 /m). Lyuktalpi körülmények között a beáramlás térfogata (V 2 ) a következők szerint alakul (felhasználva az ideális gáztörvényt és elhanyagolva a gáz hőmérsékletét és eltérési tényezőjét): 18

24 ahol: p 1 a repesztési nyomás a béléscsősarunál [bar] p 2 a formáció nyomása [bar]. A V 2 értéke fejezi ki a cirkulációs kick toleranciát m 3 -ben. A számítások során észrevehetjük, hogy a repesztési gradiensnek óriási szerepe van a beáramlási tolerancia értékére. Ha a fúrás során kiderül, hogy a gradiens eltér a tervezési értéktől, akkor a következő lehetőségek adódnak: Amennyiben a gradiens nagyobb, mint amennyivel a kutat terveztük, akkor a béléscsősaru alatt lévő nyitott lyukszakasz a tervezettnél mélyebbre fúrható, hiszen a kút jobban terhelhető. Ha a gradiens kisebb, mint a tervezett, akkor az előző lehetőség ellenkezője érvényes: a nyitott lyukszakasz nem fúrható olyan mélyre, mint szeretnénk. Ebben az esetben vagy sekélyebb mélységig fúrunk, ahol kisebb a pórusnyomás értéke, vagy cementdugót helyezünk el a sarunál, ezzel megerősítve azt. A cementdugó elhelyezése 1,8 kg/l nagyságú repesztési gradiensig alkalmazható (Rabia, 2002.). Az eddigi fejezetekben láthattuk, milyen fontos egy kút életében a gondos tervezés, megfigyelés, valamint az elsődleges kitörésvédelem fenntartása. Mindezek ellenére bármikor előfordulhat, hogy váratlanul olyan túlnyomásos formáció megfúrása történik, amely beáramlást okoz a kútba. A berendezéseknél dolgozóknak nagyon kell ügyelniük a figyelmeztető jelekre, hiszen az ilyen esetekben az a feladatuk, hogy a kutat a lehető legrövidebb időn belül lezárják, biztonságba helyezzék, ezzel minimalizálva a beáramlott fluidumok térfogatát. A következő fejezetben a kitörésvédelmi operációk során használt berendezéseket és módszereket fogom bemutatni, amelyek hozzájárulnak nemcsak pénz, hanem emberi életek megmentéséhez is. 19

25 5 Barrierek, kitörésvédelmi berendezések 5.1 Elsődleges és másodlagos barrierek A kitörésvédelemben használt barrier kifejezés magában foglalja mindazon technikai és emberi tényezőket, amelynek célja elkerülni, de legalábbis csökkenteni a nem kívánt szituációk, balesetek és ezek következményeinek esélyét (Well Control, 2012.). Ha egy barriert közelebbről megvizsgálunk, úgy képzelhetjük el, mint egy folytonos, védelmező réteg a fúrólyuk körül. Ez a védelem akadályozza meg, hogy a kútba vagy a felszínre a formációból kontrollálatlan fluidum (gáz vagy folyadék) léphessen. A barrierek garantálják a felszínen a dolgozók épségét, valamint azt, hogy a rétegben lévő fluidumok ne szennyezhessék be a környezetet. A barrierek egy vagy több barrier elemből állnak (Well Control, 2012.). Ha egy barrier, vagy bármelyik eleme meghibásodik és nem látja el a szerepét, akkor minden munkálatot meg kell szüntetni, míg a hibát helyre nem hozzák. Magyarországon az olajvállalatoknak mindig két független, tesztelt barrierrel kell rendelkezniük az operációk során. Ezek mindig úgy vannak csoportosítva, hogy ha az egyik megszűnik, akkor másik azonnal életbe léphessen, illetve a hibás barriert minél kevesebb idő alatt helyre lehessen hozni. A használatos barrierek és elemeik (Well Control, 2012.): Elsődleges: a fúrási iszap hidrosztatikus nyomása Másodlagos: a kitörésgátló, kútfej, cementpalást, stb. Az elsődleges kitörésvédelem (barrier) lényege az, hogy a fúróiszap hidrosztatikus nyomásával túlegyensúlyozzuk a formáció pórusnyomását. Ha valamilyen okból ez megszűnik, akkor a kútba rétegfluidum áramlik be és életbe lép a másodlagos kitörésvédelem (barrier). Ennek az a célja, hogy a kútba áramló rétegfluidumok beáramlását megállítsa a kút lezárásával, majd a lyukegyensúly-helyreállítási módszerek alkalmazásával újra létrejöjjön az elsődleges barrier. Ahhoz, hogy egy kutat biztonságosan le tudjanak mélyíteni, kitörésvédelmi szempontból különösen fontos, hogy megfelelően kiválasszák a használni kívánt kitörésgátlót, lefúvató szánkót, iszap-gáz szeparátort és egyéb well control-hoz kapcsolódó felszereléseket. Csakis a megfelelően méretezett, gondosan karbantartott berendezésekkel lehet sikeres kitörésvédelmi operációt végrehajtani. A továbbiakban a szárazföldi kitörésvédelmi berendezéseket mutatom be. 20

26 5.2 Kitörésgátló (blow out preventer, BOP) A kitörésgátló a well control berendezések egyik legmeghatározóbb darabja. Segítségével tudják a kutat lezárni, amely hatására felépülnek a felszíni ellennyomások és a beáramlás megszűnik. Ezért a különböző fúrások különböző méretű kitörésgátlót követelnek meg. A kitörésgátlók 5 nyomásosztályba sorolhatók, attól függően, hogy mekkora az a legnagyobb felszíni nyomás, amit még elviselnek. Ez alapján megkülönböztetünk ezer psi legnagyobb terhelhetőségű berendezéseket. Ugyanakkor tisztában kell lenni vele, hogy a BOP a kút integritásának csak az egyik része, a kútfej berendezéseit, a béléscsövet és a nyitott lyukszakaszt is a várható legnagyobb nyomásokra kell méretezni. A kitörésgátó rendszer részei (Schlumberger, 1999.): gyűrűs kitörésgátló, pofás kitörésgátló, amely lehet csőre záró vagy telezáró négyperemes közdarab akkumulátor, amely a BOP működtetéséért felel, az akkumulátort és a kitörésgátlót összekötő hidraulikai vezetékek, működtető panel, ahol a kút zárható/nyitható. A kitörésgátlók különböző kialakításokban is elérhetőek, nyomásosztálytól függően. A legkisebb, 2000 psi nyomásosztályú általában egy gyűrűs és egy pofás zárószerkezettel van felszerelve, a legnagyobbak egy gyűrűs és 3 pofás (közöttük egy telezáró) kitörésgátlót tartalmaznak. A gyűrűs kitörésgátló teljesen körülöleli a lyuk tetejét, üres lyukra és bármilyen szerszámra rá lehet zárni vele. A pofás szerkezetek nagy nyomással egymáshoz vannak szorítva. Betétméretüknek mindig az aktuálisan használt fúrócsőátmérőhöz kell igazodnia, a megfelelő zárás érdekében. A telezárókkal általában üres lyukra szoktak rázárni, a fúrócsövet csak végső esetben vágják el. Ha kitörésgátlóban van telezáró pofás zárószerkezet, akkor annak olyan minőségűnek kell lennie, hogy a kúton használt legnagyobb falvastagságú fúrócsövet is el tudja vágni. Bár a kutat lezárjuk, mégis a beáramlott fluidumot ki kell vezetni a kútból, a fúróiszapot pedig cirkuláltatni kell valahogy. Ezért a berendezés egy négyperemes közdarabbal csatlakozik egy lyukmegölő vezetékre (kill line) és egy lefúvató vezetékre (choke line). Mindkét vezetékben két-két elzáró szerelvény található, melyek közül az egyik hidraulikusan a másik kézzel működtethető. A lyukmegölő vezetékben visszacsapó szelep is található. Az 5.1. ábrán a THESIS-01 kúton a 8 ½ szelvény fúrásakor használt kitörésgátló elrendezés látható. 21

27 5.1. ábra: Kitörésgátló elrendezés a THESIS-01 kúton (Forrás: Schlumberger, 1999., saját szerkesztés) 5.3 Akkumulátor A kitörésgátló rendszer hidraulikusan működtethető. Az ehhez szükséges hidraulikus fluidumot nagy nyomáson tárolja az akkumulátor, amely olyan távolságban található a kúttól, ahol a kút kigyulladása esetén is biztonságosan kezelhető. A hidraulikus folyadékot általában 3000 psi nyomáson tárolja. Ez a nagynyomású fluidum gondoskodik arról, hogy a kitörésgátló nagyon gyorsan bezárjon. Amikor az akkumulátort működésbe hozzák, az a fluidumot a magas nyomású vezetékeken keresztül a kitörésgátlóhoz pumpálja. A magas nyomású fluidum zárja és nyitja a kitörésgátlókat. Az akkumulátor és így közvetve a kitörésgátló távirányítású kezelőpanelekkel is működésbe hozható, amelyekből egy darab mindig a munkapadon, a fúrómesterhez közel található. A kezelőfelület segítségével a BOP és más szelepek a rendszerben könnyen és gyorsan irányíthatóak. Vészhelyzet esetén, az akkumulátoron található tolózárak is használhatók (Schlumberger, 1999.). 22

28 5.4 A lefúvató szánkó (choke manifold) A lefúvató szánkót a lefúvató vezeték (choke line) köti össze a kitörésgátlóval. A vezetékben található egy hidraulikus tolózár (HCR), amely a kitörésgátlót működtető panelekből nyitható és zárható. A lefúvató szánkón történik a kútba beáramlott fluidum eltávolítása, valamint a fúrási iszap keringetése a lyukegyensúly helyreállítása során (Well Control, 2012.). A manifoldban kettő vagy több fúvóka is található, ám csak az egyiken történik cirkuláció. Ez az egy távirányítású fúvóka, a többit csak tartalékként, vagy nagyon speciális esetekben alkalmazzák. A fúvóka valójában egy tűszelep, mely helyzetének változtatásával kontrollálható a nyíláson átáramló fluidum mennyisége. Minél nagyobb a nyílás és az átáramlott fluidum mennyisége, annál kevesebb hidrosztatikus nyomást tudunk tartani a lyuktalpon. Ezért a fúrómester a munkapadon található panel segítségével folyamatosan változtatja a fúvóka helyzetét, hogy a lyuktalpon állandó nyomást lehessen biztosítani, állandó öblítési ütem mellett. Ezen a panelen megtalálható a fúrócső- és béléscsőoldali nyomás, a szivattyú löketszámlálója és az öblítési ütem mutatója is. Az 5.2. ábrán a THESIS-01 kúton használt lefúvató szánkót láthatjuk. A hidraulikus és mechanikus tolók kemény zárásra ( fejezet) vannak beállítva ábra: Choke manifold a THESIS-01 kúton (Forrás: Schlumberger, 1999., saját szerkesztés) 23

29 5.5 Iszap-gáz szeparátor A lefúvató szánkóról a beáramlott rétegfluidum és a fúrási iszap az iszap-gáz szeparátorba kerül. Az iszap ilyenkor legtöbbször formáció gázt tartalmaz, de előfordul, hogy víz, olaj, vagy ezek kombinációja is megtalálható benne. Az iszap-gáz szeparátor feladata, hogy az iszapban lévő gázt eltávolítsa és a gázmentes fúrási folyadékot visszajuttassa az iszaptartályba. A szeparált gáz egy vezetéken keresztül a fáklyán át távozik. A szeparátorok között megkülönböztetünk atmoszferikus és nyomás alatti szeparátorokat. A legtöbb fúrási operáció során az atmoszferikus szeparátor használata kötelező. A nyomás alatti szeparátort legfőképp H 2 S által veszélyeztetett fúrásokon alkalmazzák. Az atmoszferikus szeparátor gravitációs elven működik. A gázt tartalmazó iszap a berendezésbe belépve számos egymás alatt elhelyezkedő terelő lemezen a szeparátor aljába jut. Ez idő alatt a gáz kiválik az iszapból és a fáklyán elégetik. A szeparátorban általában az atmoszférikusnál nagyobb, vagy ahhoz közeli nyomás uralkodik. A berendezésnek számos előírásnak kell megfelelnie: minimum 30 inch átmérőjűnek és 16 láb magasnak kell lennie, minimum 8 inch átmérőjű gázkilépő nyílással a tetején. A szeparátor alján megfelelő magasságú U-cső elrendezésnek kell lennie (minimum 3 és fél láb), hogy az ott található iszap hidrosztatikus nyomása megakadályozza a gáz belépését a tartályrendszerbe. A fáklya a fúrótoronytól távol található, így a gáz elégetése közben a csapat biztonságban dolgozhat a berendezésen (Baker, 1991.). 5.6 Lyuktöltő tartály (trip tank) A trip tank egy speciális iszaptartály. Általában ki és beépítéskor használják, hogy nyomon tudják követni a fúrószerszám által kiszorított iszap mennyiségét. A tartály egységekre van felosztva, a pontosabb leolvasás érdekében. Kiépítéskor a trip tankból pontosan annyi fluidumot kell a lyukba szivattyúzni, mint amennyit a kiépített szerszám kiszorít. Beépítéskor a kútból a trip tankba pontosan ugyanennek a mennyiségnek kell beáramlania. Ha eltérést vesznek észre, vagy a lyukat elfelejtik teljesen feltölteni, akkor az legtöbbször azt okozhatja, hogy formáció fluidumok lépnek be a kútba, így minél gyorsabban meg kell tenni a szükséges intézkedéseket (Well Control, 2012.). Mint tapasztalhattuk, a kitörésvédelmi berendezések fontos szerepet játszanak egy kút életében. Nagyon fontos a pontos méretezés és a megfelelő szaktudás a használatukhoz. 24

30 Minél gyorsabban lezárjuk és biztonságba helyezzük a kutat, annál több időt és pénzt takaríthatunk meg, nem beszélve az emberéletekről, amelyek így kevésbé vannak veszélyeztetve. A lyukegyensúly helyreállításának számos módszere van, amit a következő fejezetben fogok elemezni. 25

31 6 Lyukegyensúly-helyreállítás menete, módszerei Miután a lyukegyensúly megbomlott, a fúrási csapat tagjainak nincs más választása, mint a fúrási folyamat leállítása, a kút lezárása és az egyensúly helyreállítása. A helyreállításra számos módszer áll rendelkezésre, a leggyakrabban használtak a fúrós, várakozásos, volumetrikus módszerek. Azt, hogy melyik módszert használják fúrás közben, az operátor írja elő, amelytől csak speciális esetekben lehet csak eltekinteni. 6.1 A kútlezárás folyamata A 3.3 fejezetben leírtak alapján, minden esetben, amikor a fúrási sebesség hirtelen megnő, túlfolyás-ellenőrzést (flow check) kell tartani. Ha a kút túlfolyik, a hidrosztatikus nyomás nem tudja ellensúlyozni a formáció nyomását a lyuktalpon, így az elsődleges well control megszűnik, a kutat le kell zárni. Amennyiben fúrás közben a kifolyó intenzitása megnő, illetve tartályszaporulatot észlelnek, a kutat azonnal le kell zárni. A lezárási folyamatra eltérő előírások vannak érvényben, de mindig az operátor által kiadott technológiai utasítás alapján kell végrehajtani. A mai gyakorlatban az ún. lágy és kemény zárás valamelyikét használják, és annak megfelelően állítják be a kitörésvédelmi szerelvényeket. Magyarországon a kemény zárást írják elő az operátorok A kemény zárás (hard shut-in) Amikor a fúrótorony kemény záráshoz van előkészítve, akkor a hidraulikus tolózár (HCR) a lefúvató vezetéken zárva, a távirányítású fúvóka a manifoldban szintén zárva van, az iszap-gáz szeparátorra vezető vezeték pedig nyitva (lásd 5.2. ábra). Fúrás közben a kemény zárás menete a következő (Baker, 1991.): a riadót követően a szerszám forgatásának leállítása, majd zárási helyzetbe emelése. A szivattyú ezzel az öblítés leállítása. A kitörésgátló teljes nyomással való bezárása, majd a zárás ellenőrzése. A hidraulikus tolózár nyitása, a zárt fúrócső oldali nyomás (SIDPP) és a zárt gyűrűstér oldali nyomás (SICP) felvétele. Tartályszaporulatot leolvasása. A felügyelő értesítése. A kemény zárás folyamata kiépítés közben (Baker, 1991.): 26

32 a riadót követően a szerszám ékbe ültetése, a nyitott biztonsági szelep behelyezése. A szelep és a kitörésgátló bezárása, hidraulikus tolózár nyitása, zárás ellenőrzése. A forgatórúd, vagy Top Drive csatlakoztatása. A zárt nyomások és a tartályszaporult felvétele. A felügyelő értesítése A lágy zárás (soft shut-in) Ha lágy záráshoz van a fúrótorony előkészítve, akkor a HCR zárva van, az iszap-gáz szeparátorra vezető vezeték nyitva, de a kemény zárással ellentétben a lefúvató szánkóban lévő távirányítású fúvóka nyitva van. A lágy zárás menete fúrás közben (Baker 1991.): a riadót követően a szerszám forgatásának leállítása, zárási pozícióba emelése. A szivattyúzás leállítása. A hidraulikus tolózár nyitása, majd a kitörésgátló bezárása. A kút lezárása a fúvóka folyamatos, lassú zárásával, majd a zárás ellenőrzése. A zárt nyomások beállása után a nyomások és a tartályszaporulat leolvasása. A felügyelő értesítése. A lágy zárás folyamata kiépítés közben (Baker, 1991.): A riadó után a fúrószerszám ékbe ültetése. Nyitott biztonsági szelep felszerelése, zárása. Hidraulikus tolózár nyitása. Kitörésgátló zárása (általában gyűrűstéri). A távirányítású fúvóka folyamatos, lassú zárásával a kút zárása. Zárás ellenőrzése. Forgatórúd vagy Top Drive csatlakoztatása. Az állandósult zárt nyomások és a tartályszaporulat leolvasása. Felügyelő értesítése. A két kútlezárási metódusnak megvannak a saját előnyei és hátrányai. A lágy zárás lehetőség ad arra, hogy lezárás során ellenőrzés alatt tartsák a zárt gyűrűstér oldali nyomás felépülését. Ha a kezdeti gyűrűstéri nyomás nagy valószínűséggel meghaladja majd a maximálisan megengedhető legnagyobb nyomást, akkor a lágy zárási módszer több alternatív eljárást is lehetővé tesz a maximális nyomás elkerülésére. A módszer hátránya, 27

33 hogy a fúvóka teljes zárásáig eltelt idő lehetővé teszi a rétegfluidumok további beáramlását a kútba, így a nagyobb beáramlott térfogat miatt nagyobb lesz a gyűrűstéri nyomás is. Ezzel szemben a kemény zárás kevésbé komplikált eljárás, egy ember is könnyedén elvégzi a munkapadon és késlekedés nélkül le lehet zárni a kutat. A módszer vélt hátránya, hogy a kitörésgátló bezárásakor a berendezés hidraulikus ütést szenved el, ám az még nem bizonyított, hogy az ütés mértéke bármilyen kárt tenne a kútban. A zárás eredménye a felszíni nyomások kialakulása: a zárt fúrócső oldali nyomás (shut-in drillpipe pressure, SIDPP) és a zárt gyűrűstér oldali nyomás (shutn-in casing pressure, SICP) A zárt nyomások értelmezése A kút lezárása után az operátorok által előírt időnek el kell telnie, mielőtt regisztrálhatják a zárt nyomásokat. Magyarországon ez az előírt idő 15 perc. A zárt nyomások sosem lesznek teljesen konstans értékek a gáz migrációja miatt. A gáz migráció közben expandál, ezzel fúróiszapot szorít ki a gyűrűstérből, azonban a kút zárt állapotában ez nem lehetséges. Így a felhajtó erő hatása a gázbuborék eredeti nyomását megőrizve migrál felfele a kútban, rétegrepesztést is előidézhetve. Éppen ezért fontos az egyensúly helyreállításának mihamarabbi megkezdése. A zárt nyomásokat egy U-cső modell segítségével értelmezhető, amely a 6.1. ábrán látható. A fúrócső oldali és a béléscső oldali nyomások tartanak egyensúlyt egymással (Rabia, 2002.): és ahol: Phidr f a fúrócsőben lévő iszap hidrosztatikus nyomása [bar] SIDDP a zárt fúrócső oldali nyomás [bar] Phidr gy a gyűrűstérben lévő iszap hidrosztatikus nyomás [bar] Pg a gázdugó nyomása [bar] SICP a zárt gyűrűstéri nyomás [bar] Pf a formáció nyomása [bar]. 28

34 6.1. ábra: A zárt nyomások értelmezése (Forrás: Well Control, 2012., saját szerkesztés) Tény, hogy a kútba mindaddig beáramlás történik, míg a lyuktalpon a hidrosztatikai nyomás kisebb, mint a formáció nyomása. A kút lezárásával olyan felszíni ellennyomásokat (SIDPP és SICP) hozunk létre, melyek hozzáadódnak a lyuktalpi nyomáshoz, így létrehozva a nyomásegyensúlyt. Az SIDPP értéket használva meghatározhatjuk a formáció tényleges nyomását. Az SICP érték minden esetben nagyobb, mint az SIDPP, hiszen feltételezzük, hogy beáramlás csak a gyűrűstérben történt (a fúrószerszámban visszacsapó szelep van), így ott nagyobb ellennyomást kell tartani a felszínen, a beáramlott gázdugó által kiszorított iszap hidrosztatikus nyomását pótolva. A kút lezárása után a technológiai utasításban leírt módszerrel helyreállítják a lyuk egyensúlyát. 29

35 6.2 Egyensúly helyreállítási módszerek Az egyensúly-helyreállítási módszerek feladata a fúrólyukba beáramlott rétegfluidumok eltávolítása, valamit a lyuk feltöltése olyan sűrűségű fúróiszappal, amelynek hidrosztatikai nyomása megegyezik a réteg nyomásával, vagy enyhén túlegyensúlyozza azt (Grace, 1994.). Az iparban számos helyreállítási módszert alkalmaznak, melyek között annyi az eltérés, hogy mikor és hogyan szivattyúzzák a nehezített öblítő fluidumot a fúrószerszámba és az mikor éri el a fúrót. Magyarországon a legtöbbet használt fúrós módszer (Driller s Method) esetében két öblítési kört alkalmaznak: először az eredeti sűrűségű iszappal kiöblítik a beáramlást, majd a második körben szivattyúzzák a nehezített iszapot a lyukba. A várakozásos módszer (Wait & Weight Method) alkalmazása során a nehezített iszap beszivattyúzása és a rétegtartalom kiöblítése párhuzamosan történik. Az egyidejű nehezítéses (Concurrent Method) módszer esetén az öblítés során folyamatosan, lépcsőkben nehezítik az öblítő közeget, és az egyes időpontokban bekevert fúróiszapot azonnal a szerszámba szivattyúzzák, megfelelően módosítva a cirkulációs nyomást. További helyreállítási módszerek a volumetrikus, kis ellennyomású (low choke pressure) és bullheading metódusok, azonban Magyarországon a fúrós és várakozásos módszerek az elterjedtek. A használatos módszerek (fúrós és várakozásos) mindegyikében közös vonás, hogy állandó lyuktalpi nyomást kell biztosítani a helyreállítási művelet alatt. Ezt az állandó nyomást konstans szivattyúzási ütemmel érhetjük el. A kitörésgátló bezárása után az öblítőkör a lefúvató manifoldon keresztül biztosított, amelyben egy távirányítású fúvóka található (lásd 5.3 fejezet). A fúvóka szelvényének változtatásával kezelhető az átfolyó áram sebessége, így a szükséges ellennyomás biztosítható. Mindegyik módszer lehetővé teszi, hogy a helyreállítás közben leállítsuk az öblítést, lezárjuk a fúvókát és elemezzük a kialakult helyzetet a kút veszélyeztetése nélkül (Well Control, 2012.). A lyukegyensúly helyreállításának egyik kulcsfontosságú eleme a lyukegyensúly helyreállítási munkalap. Ez olyan előre rögzített adatokat tartalmaz, mint a csökkentett szivattyúzási ütemhez tartozó cirkulációs nyomás (Slow Circulation Pressure, SCP), a MAASP, a fúrószerszám és a gyűrűstér térfogatai, a kút mélysége és a béléscső adatai. Az 30

36 SCP értékét minden 100 méter előfúrás után vagy az iszapparaméterek változásakor kötelező megmérni, a maximális gyűrűstéri nyomást minden esetben újra kell számolni, ha a fúróiszap sűrűsége változik, a térfogatok és a mélység pedig a fúrás előrehaladtával változnak, így az adatokat folyamatosan frissíteni kell a munkalapon. A kút lezárása és az előírt állandósulási idő kivárása után a zárt fúrócső oldali és zárt béléscső oldali nyomásokat (SIDPP és SICP), valamint a tartályszaporulatot (Pit Gain, PG) a lapon rögzíteni kell. A kezdeti cirkulációs nyomás (Initial Circulating Pressure, ICP) az SIDPP és SCP értékeinek összege. A módszerek megkövetelik, hogy a végső cirkulációs nyomást (Final Circulating Pressure, FCP) állandó értéken tartsuk, ha a nehezített iszap elérte a gyűrűsteret A fúrós módszer A fúrós módszer alkalmazása során a beáramlott rétegfluidumot a kútban lévő, eredeti sűrűségű iszappal öblítik ki, majd utána a sűrűséget a szükséges értékre növelik és feltöltik vele a fúrószerszámot és a gyűrűsteret, így két öblítési körre van szükség ahhoz, hogy a módszer sikeres legyen. Mivel a kick kiöblítése és a nehezített iszap lejuttatása két külön körben történik, ezért a fúrós módszert a legegyszerűbb helyreállítási módszerként tartják számon. Ez a metódus nem követel meg túl bonyolult számításokat, azonban a személyzetnek képesnek kell lennie a fúrólyuk azonnali és biztos lezárására, a szivattyúk megfelelő indítására és a lyuktalpi nyomás állandó értéken tartására, ami megakadályozza a további rétegfluidumok beáramlását. További előnye, hogy kevés információ is elég a sikeres helyreállításhoz, valamint a gázdugó kiöblítése azonnal megkezdődhet. Az előnyökkel szemben ennek a módszernek is akadnak korlátjai. Mivel a beáramlott rétegfluidumot az eredeti iszappal öblítik ki, így további felszíni gyűrűstéri nyomástöbblet szükséges ahhoz, hogy a lyuktalpi nyomást állandó értéken tartsuk. A felfelé mozgó gázdugó expandál, így iszapot szorít ki a kútból, ami csökkenti a lyuktalpi nyomást, ezért szükséges a fúvóka állításával biztosítani a megfelelő nyomástöbbletet. Ennek következménye, hogy a felszíni gyűrűstéri nyomás túl nagy lehet, amely a formáció felrepesztéséhez, vagy felszín alatti kitöréshez, átfejtődéshez vezethet, amelyek a beáramlott fluidum relatív helyétől és a béléscsősaru mélységétől függnek. További 31

37 szempont, hogy a két öblítési kör miatt a módszer sok időt vesz igénybe, így a kitörésvédelmi rendszerek sokáig maradnak nyomás alatt, amely további komplikációkhoz vezethet (Baker, 1991.; Well Control, 2012.) A várakozásos módszer A módszer neve onnan ered, hogy a csapat először lezárja a kutat, majd megvárja, amíg a nehezített iszap elkészül. Ezután a nehezített iszapot szivattyúzzák a lyukba, miközben az eredeti iszapot és a rétegfluidumot kiöblítik a lyukból (Well Control, 2012.). A módszer előnye, hogy a kialakuló gyűrűstéri nyomások sokkal kisebbek lesznek, hiszen a nehezített iszap eléri a gyűrűsteret mielőtt a gázdugó a felszínre érne, így növelve a lyuktalpi nyomást, valamint maga a cirkulációs idő is kevesebb, hiszen a módszer elméletben csak egy öblítési kört igényel. Hátránya, hogy meglehetősen sok időt kell várni, míg a nehezített iszap elkészül, így a gáz elkezd migrálni a kútban. Mivel a kút le van zárva, a gáz nem tud expandálni, mert a felette lévő iszap összenyomhatatlan, így megőrzi eredeti nyomását és a béléscsősaruhoz érve felrepesztheti a formációt. Továbbá, ha nagymértékű nehezítés szükséges, akkor az szinte kivitelezhetetlen egyetlen lépcsőben. Az eddigi fejezetekben bemutattam a fúrólyukban uralkodó nyomásokat, a beáramlások okait, a gázok viselkedését. Kitértem a szárazföldi kitörésvédelmi eszközökre és a lyukegyensúly megbomlások kezelési folyamataira, módszereire. A továbbiakban a THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítását elemzem a fúrós és a várakozásos módszer segítségével. 32

38 7 A THESIS-01 kút lyukegyensúlyának megbomlása 7.1 A THESIS-01 kút Szakmai gyakorlatomat a THESIS-01 nevű kúton töltöttem én, ahol a 8 ½ -os lyukszelvény előfúrása zajlott. A szelvény fúrása során volt várható az első szénhidrogén tároló telep jelentkezése. A fúrási terv szerint a 2528 méterben elhelyezkedő 9 5/8 -os béléscsősarutól 2740 méterig tart a fúrás. Előző kutatófúrások rétegvizsgálati információi alapján a rétegnyomás a pannóniai és fiatalabb képződményekben hidrosztatikus, míg a miocén és triász tárolóban kb %-os túlnyomás várható. A 7.1. táblázatban láthatóak a várható nyomásértékek különböző mélységekben. Ezen adatok alapján a 8 ½ -os szelvényben a fúrási iszap ajánlott sűrűsége 1,28 kg/l, amelyet 1,32 kg/l értékre kell emelni a fúrás során. Kútbeindulás - az öblítőkör megléte mellett - elégtelen lyuktöltés vagy túlzott kiépítési sebesség hatására következhet be. A vártnál nagyobb túlnyomás esetén lyukegyensúly megbomlásra kell számítani táblázat: Várható rétegnyomások különböző mélységekben Mélység (m) Vonatkozási hely Várható rétegnyomás (bar) Várható hőmérséklet ( C) 2530 Felső szint Alsó szint Tervezett talp (Forrás: THESIS-01 kút kiviteli terv, saját szerkesztés) A 7 -os béléscső (2740 méterig) célja, hogy a 8 ½ -os szelvény fúrásakor harántolt első szénhidrogén tárolót kizárja. A kitörésvédelmi előírás pontos utasítást adott arra, hogy a rétegtartalom belépés, illetve a veszteség kezdeti észlelése érdekében fokozott figyelmet kell fordítani a tartálytérfogat jelzőre. A belépés vagy veszteség első jelére a fúrási műveletet fel kell függeszteni, nyomásellenőrzést kell végezni, majd elvégezni az egyensúly helyreállítását. A berendezés a 7.2. táblázatban látható berendezésekkel üzemelt. A BOP két pofás és egy telezáró egységgel (melyek nyomáshatára 690 bar), valamint egy gyűrűs kitörésgátlóval (nyomáshatára 345 bar) volt felszerelve. A 8 ½ -os szelvény fúrása során alkalmazott 33

39 kitörésgátló elrendezés az 5.1. ábrán található. A fúrószerszámban beépített visszacsapó szelep működött belső kitörésgátlóként táblázat: A berendezés kitörésvédelmi eszközei, nyomáshatárai Meghajtás: 4 db CAT-3512 motor Szivattyúk: 2 db EWECO EFB 1600 triplex Nyomóvezeték: 2 x 3 1/2" Kitörésgátlók: Lefúvató rendszer: 13 3/8 x 69,0 MPa Hydril 2 zárási hely 13 3/8 x 69,0 MPa Hydril 1 zárási hely 13 3/8 x 34,5 MPa Hydril Gyűrűs 3 1/16" - 69,0 MPa Lyukmegölő rendszer: 2 1/16" - 69,0 MPa (Forrás: THESIS-01 kút kiviteli terve, saját szerkesztés) én 14:15 perckor a THESIS-01 kút egyensúlya megbomlott, a kútból kontrollálatlanul tört az iszap a felszínre, egészen a kapcsolóállásig lövellve. A kitörésgátlót be kellett zárni és el kellett kezdeni az iszapnehezítést és az egyensúly helyreállítását. A 7.1. ábrán látható a kút sematikus modellje a lyukegyensúly megbomlás pillanatában ábra: A kút és a szerszámzat modellje (Forrás: Saját szerkesztésű ábra) 34

40 Az egyensúly megbomlásakor a 8 ½ -os szelvény előfúrása történt 2619 méterben. Az utolsó beépített és elcementezett béléscső 9 5/8 -os átmérőjű, beépítési mélysége 2528 méter. A lyukegyensúly megbomlás időpontjában érvényes szerszámösszetételt a 7.3. táblázat mutatja. A táblázatban külön fel lett tüntetve, hogy a fúrószerszám mely része található a nyitott lyukszakaszban illetve a béléscsőben táblázat: Szerszámösszeállítás Open Hole Casing Darab Névleges méret (") Megnevezés Hossz (m) Mélység (m) Külső átmérő (mm) Belső átmérő (mm) 1 8 1/2 Görgős fúró RT1G 0,26 0,26 215, /32 Near Bit stabilizátor 1,79 2,05 214,30 74,98 1 Rövid súlyosbító 6 3/4 (RDC) 4,41 6,46 171,45 70, /32 String stabilizátor 1,79 8,25 214,30 70, /4 Súlyosbító (DC) 9,04 17,29 171,45 71, /32 String stabilizátor 1,8 19,09 214,30 71, /4 Súlyosbító (DC) 71,81 90,9 171,45 70, /4 Súlyosbító (DC) 56,92 147,82 171,45 70, HWDP 85,02 232,84 127,00 76, /4 Hydraulic Jar (ütőolló) 9,97 242,81 171,45 76, HWDP 84,5 327,31 127,00 76, Drill Pipe ,00 108,61 Béléscső ,48 228,6 (Forrás: saját szerkesztés) 7.2 A kút egyensúlyának megbomlása Egy fúrólyuk egyensúlya számos ok miatt megbomolhat. Ezen okokat a 3.1-es fejezetben részletesen kifejtettem. A fúrási személyzet feladata, hogy az árulkodó jeleket felfedezze és a kutat a lehető legrövidebb időn belül biztonságba helyezze. A munkapadon a következő paramétereket kell nyomon követni: fúrási sebesség (ROP), aktív tartályszint (m 3 ), kifolyó intenzitás, gázérzékelők által mért értékek. 35

41 ROP [m/hr] Aktív tartályszint [m 3 ] Gyakorlati megfigyelések alapján egy 8 ½ -os szelvény beáramlási toleranciája 4 és 8 m 3 között változik. A személyzet felelőssége, hogy a figyelt paraméterek alapján a beáramlást felismerjék, és a kutat lezárják. A következőkben a THESIS-01 kúton bekövetkező lyukegyensúly megbomlásának előzményeit fogom vizsgálni én 01:00-tól előfúrást végeztek, melynek célja a 2740 méteres mélység elérése volt. A fúrás során a fúró megszaladását tapasztalták 2590 méteres mélységben, amely az abnormális nyomású formáció egyik figyelmeztető jele. A 7.2. ábrán 01:00 óra óta eltelt percek függvényében a ROP és a felszíni tartályszint látható Eltelt percek [min] 80, , , , , ,5 ROP [m/hr] Tartályszint 7.2. ábra: ROP és tartályszint 01:00 óra után (Forrás: Composite log, saját szerkesztés) A 0. és 20. percek között a fúró megszaladása látható. A tartani kívánt előrehaladási érték 5-6 m/hr, miközben látható, hogy a tényleges érték elérte akár a 16 m/hr sebességet is. A 3.2. fejezetben leírtak alapján a fúró megszaladása önmagában nem teljesen megbízható előjel (a d kitevő változását kellene figyelni), de az előírások szerint minden drilling break jelenség után Flow Check-et kell végrehajtani. Az operatív döntés szerint informatív öblítést rendeltek el a 20. percben, amely 50 percig tartott. Ez idő alatt nem tapasztalhatjuk a felszíni tartályszint emelkedését, beáramlás nem történt, így tovább fúrtak, míg rátoldást nem kellett végezni. A rátoldás előtt kétszer megjáratták a szerszámot a fúrólyukban, majd statikus Flow Check-et hajtottak végre, amelynek menete: 36

42 a forgatás leállítása, szerszám zárási pozícióba való emelése, öblítés leállítása, kifolyó figyelése. A 7.2. ábrán is látszik, hogy a 94. percben az öblítést leállították, a felszíni tartálytérfogat azonnal rohamosan emelkedni kezdett, amíg az öblítést vissza nem kapcsolták. Megállapíthatjuk, hogy a kút túlfolyt, ám csak leállított öblítés mellett. Ennek az okát a 3.3. fejezetben ismertettem. Az egyenértékű cirkulációs sűrűség a következőképp alakul (1,28 kg/l sűrűségű iszap és 16 bar becsült gyűrűstéri nyomásveszteség alapján): Ezen számítás alapján a kút nyugalomban van öblítés alatt, de öblítés nélkül az 1,28 kg/l sűrűségű fúrási iszap már nem tudja túlegyensúlyozni a formáció nyomását. Operatív döntésre a rátoldást elvégezték, a fúrólyukba beáramlás történt, ám az öblítés újbóli elindításával a kút nyugalomban maradt, további fúrómegszaladás 12:37 óráig nem történt. A 7.3. ábrán 12:37 óra után eltelt percek függvényében a fúrási előrehaladási sebesség és a csigasor magassága látható egészen 14:15-ig, amikor a kútból kontrollálatlanul a felszínre lövellt az iszap és a kitörésgátlót azonnal be kellett zárni. 37

43 Rate of Penetration [m/hr] Csigasor magassága [m] Eltelt percek [min] 0 ROP Csigasor magasság 7.3. ábra: ROP és csigasor magasság 12:37 óra után (Forrás: Composite log, saját szerkesztés) Az első 8 percben tapasztalható a fúró megszaladása, hiszen a tartani kívánt értékhez képest a ROP elérte 13 m/hr értéket is. A kiugró ROP értékeket a 16. és 69. percben a fúró elindítása és a lyuktalp megtalálása okozza. A 8. és 15. perc között történt informatív öblítés során a kút nyugalomban maradt, amit a 7.4. ábra is bizonyít, ezért folytatták az előfúrást. A 39. perctől a 60. percig a fúrási személyzet megelőző karbantartást végzett (Top Drive és öblítőfej olajszintek ellenőrzése), valamint rátoldás előtt kétszer megjáratták a szerszámot a fúrólyukban (csigasor magassága mutatja) az öblítőkör megléte mellett. A 60. perctől a 69. percig ismét rátoldásra került a sor, amihez az öblítést leállították és a kút túlfolyt (7.4. ábra). Az öblítés visszaállítása után a kút nyugalomban volt a 90. percig (2619 méter), ami után öblítés mellett is a tartályszint folyamatos növekedése volt tapasztalható, a forgatást és az öblítést le kellett állítani, a kitörésgátlót be kellett zárni. A 7.4. ábrán látható, hogy az öblítés leállítása után a beáramlás üteme megnövekszik a differenciális nyomás megnövekedése miatt. 38

44 Tartályszint [m 3 ] Gáztartalom [*1000 ppm] Aktív felszíni tartályszint [m 3 ] Öblítési ütem [strk/min] Eltelt percek [min] Tartályszint Öblítési ütem [strk/mn] 7.4. ábra: Tartályszint és öblítési ütem 12:37 óra után (Forrás: Composite log, saját szerkesztés) A 7.5. ábrán a 12:37 óta eltelt percek függvényében a felszíni tartályszint és a felszínen lévő gázérzékelővel mért gáztartalom látható Eltelt percek Tartályszint Gáztartalom 7.5. ábra: Tartályszint és gáztartalom 12:37 óra után (Forrás: Composite log, saját szerkesztés) A gáztartalomban az első kiugró értékeket a 47. perc környékén tapasztaljuk, miközben a szerszámot megjáratták a kútban az öblítés megléte mellett. A diagramok alapján ezeket a kiugró értékeket egy nagyobb gáztartalommal rendelkező zóna fúrása során felszabadult gáz okozhatta. A lyukegyensúly megbomlását a 90. perctől követhetjük végig. A tartályszint emelkedni kezdett az öblítés ellenére is. A gyors beáramlás oka, hogy a 39

45 túlnyomásos formáció magas permeabilitású volt. A nagy permeabilitású formációt az iszap csak alig egyensúlyozta túl a fúrás során, így ebben az esetben a túlfolyást nehéz észrevenni, a tartályszint lassan növekszik, azonban gáz a felszín közelébe érve rohamos gyorsasággal expandál, fúrási iszapot szorítva ki a fúrólyukból, ezzel felgyorsítva tartályszint növekedését és a fúrólyuk kiegyensúlyozatlanságának mértékét. A folyamatot erősítette a rátoldás során kútba kerülő gáz és annak expandálása is. A fúrási személyzet a kemény zárás lépései alapján ( fejezet) lezárta a kutat majd megkezdte a lyukegyensúly helyreállítását. A kút lezárása után 15 perccel az SIDPP 15 baron, az SICP 51 baron, a tartályszaporulat 7500 literen állandósult. A helyreállítás folyamata 7,5 órát vett igénybe. 7.3 Javaslatok a veszélyhelyzet elkerülésére A 7.2. fejezetben bemutatásra került a THESIS-01 kút lyukegyensúly megbomlásának körülményei. Diagramokon keresztül szemléltettem a megbomlás előzményeit és a fúrási személyzet cselekvéseit. Megállapítottam, hogy a lyukegyensúly megbomlását egy magas permeabilitású, túlnyomásos formáció okozta. A kút csak alig volt egyensúlyban, a gáz a felszínre érve gyorsan növelte a fúrólyuk kiegyensúlyozatlanságát, amire a rátoldáskor belépett gáz is rásegített. A kitörésgátló bezárása után a béléscső oldalon 51 bar nyomást, és 7500 liter tartályszaporulatot mértek. Ezek magas értéknek számítanak, főleg, hogy a mai modern műszerekkel a kutakat 2 m 3 beáramlás alatt be lehet zárni. A magas gyűrűstéri nyomás a helyreállítás során problémát okozhat, amennyiben a saru alatt gyenge formáció helyezkedik el. A veszélyhelyzetek elkerülése érdekében ajánlott minden fúrómegszaladás után statikus Flow Check-et tartani. Ha a kút túlfolyik, azonnal le kell zárni és az egyensúlyt helyreállítani, így elkerülve a későbbi váratlan eseményeket. Fontos a berendezésnél a mérőműszerek (tartályszint és kifolyó intenzitás mérő) folyamatos karbantartása és kalibrálása. A riasztási értékeket célszerű úgy beállítani, hogy a kutat 2 m 3 beáramlás előtt le lehessen zárni, figyelembe véve a zárási időket. A rázószitánál és a fúrómesteri állásban mindig legyen egy-egy rádió adó-vevő, így a szitát figyelő azonnal tudja értesíteni a fúrómestert, ha a berendezésen túlfolyás jelei tapasztalhatók. Ez a módszer a mérőműszerek meghibásodása esetén is működik. A geológiai adatokat gyűjtő 40

46 szakemberek a 3.2. fejezetben kifejtett furadék minta elemzések eredményéről nyújtsanak tájékoztatást, ezzel felkészítve a személyzetet a túlnyomásos formációk meglétére. Véleményem szerint a lyukegyensúly megbomlása megelőzhető lehetett volna. Az első statikus Flow Checket 02:30 órakor tartották, ahol már látszott, hogy a kút túlfolyik. Az operatív döntés alapján tovább fúrtak és öblítettek, de ha már akkor elkezdenek egy adott ütemű nehezítést a fúrás közben, akkor a túlnyomásos formáció ellensúlyozható lett volna. A kiviteli tervben becsült gyűrűstéri nyomásveszteség alapján (16 bar) az egyenértékű cirkulációs sűrűség 1,34 kg/l (7.2. fejezet). A kútban és a felszíni tartályrendszerben lévő összes iszap térfogata 170 m m 3 iszap nehezítéséhez szükséges barit mennyisége (100 font tömegű zsákokat feltételezve: ahol: 1: az eredeti iszap sűrűsége [kg/m 3 ] 2: az új iszap sűrűsége [kg/m 3 ] barit: a barit sűrűsége [kg/m 3 ] A számítás alapján a 170 m 3 iszap nehezítéséhez 351 zsák baritra van szükség. A kitörésgátló bezárása és a statikus Flow Check között 12,75 óra telt el. 28 zsák/óra folyamatos nehezítéssel a lyukegyensúly megbomlása elkerülhető lehetett volna. A keverési kapacitásokat kihasználva ez az ütem gyorsabb is lehet, hamarabb elérve a kívánt sűrűségű iszapot. A lyukegyensúly helyreállítása 7,5 órán át tartott. A további fejezetekben ezt fogom elvégezni és elemezni. 41

47 8 A THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítása 8.1 Előre felvett adatok A sikeres lyukegyensúly helyreállítás kulcsa az adatok pontos ismerete és a szükséges számítások precíz elvégzése. Az egyensúlymegbomlások előtt a fúrási személyzetnek számos adattal kell rendelkezniük, amelyek hozzájárulnak az eredményes operáció elvégzéséhez. MAASP A maximálisan megengedhető legnagyobb gyűrűstéri nyomásról a 4.2. fejezetben írtam. Béléscsövezés, majd 1-2 méter előfúrás után Leak-Off tesztet kell végezni, amelyből a MAASP értéket meghatározzák. Feltételezzük, hogy a nyitott lyukszakasz leggyengébb formációja a béléscsősaru alatt helyezkedik el. Egyes esetekben előfordulhat, hogy a lyukszakaszban máshol is előfordul gyenge zóna, de a vizsgált kútban ez nem fordult elő. A THESIS-01 kúton a 9 5/8 -os béléscső elhelyezése után végezték el a tesztet. 1,28 kg/l sűrűségű fúrási iszap mellett, 164 bar felszíni nyomás hatására sem mutatkozott elnyelődés, így a saru alatti réteg erősebbnek bizonyult, mint tervezték, az operációt leállították. A további fúrás során az iszap sűrűsége 1,29 kg/l értékre emelkedett, ezért a MAASP értékét újra kell számolni, ami az egyensúlyhelyreállítás során a kezdeti MAASP érték lesz: Ezt az értéket a biztonság irányába, tehát lefelé kell egész értékre kerekíteni, így a MAASP értéke 161 bar. A megengedhető legnagyobb sűrűségű iszap: 42

48 CSÖKKENTETT ÖBLÍTÉSI ÜTEM Az egyensúly helyreállítási módszerek lényege, hogy a lyuktalpon állandó nyomást tartsunk. Ez úgy történik, hogy csökkentett öblítési ütem mellett egy adott fúrócsőoldali nyomást tartani kell. Ez a nyomás kezdetben a csökkentett öblítési ütemhez tartozó állócsőnyomás (Slow Circulation Pressure, SCP) és az SIDPP összege, ezért előre ismernünk kell az öblítőkörben fellépő nyomásveszteségeket. Az SCP értékét mindig meg kell határozni: 100 méter előfúrás után, iszapparaméterek megváltozásakor, lyuktalpi szerelvény megváltozásakor. A vizsgált kúton 2600 méternél vették fel a nyomásokat: 8.1. táblázat: Az egyes szivattyúkra vonatkozó SCP értékek Szivattyú Öblítési ütem [strks/min] Állócső nyomás [bar] 1-es szivattyú es szivattyú (Forrás: THESIS-01 kút kiviteli terve, saját szerkesztés) ZÁRT NYOMÁSOK FELVÉTELE A kút bezárása után a fúrócső és gyűrűstér oldali nyomások stabilizálódnak. Erre a gyakorlatban maximum 15 percet szoktak hagyni, majd az értékeket le kell olvasni. A zárt nyomásokról bővebben a fejezetben volt szó. A vizsgált kúton a következő nyomások alakultak ki: SIDPP=15 bar; SICP=51 bar. A tartályszaporulat 7500 liter volt. 8.2 Lyukegyensúly helyreállítási munkalap Az ismert adatok a 8.1. ábrán láthatóak. A szerszámösszeállítást a 7.3. táblázat tartalmazza. 43

49 Lyuk mélység: Saru mélység: Eredeti iszap: 2619 m TVD 2528 m TVD 1,29 kg/l Kezdeti MAASP: 161 bar SIDPP: SICP: 15 bar 51 bar Pit Gain: 7500 liter 9 5/8" béléscső TVD: 2528 m Szivattyú: 2-es szivattyú ID: 228,6 mm 18,33 l/löket 30 löket/perc 550 liter/perc Lyuktalp SCP: 17 bar TVD: 2619 m 8.1. ábra: Az ismert adatok (Forrás: Saját szerkesztés) Az adatok ismeretében elvégezhetjük a szükséges számításokat és kitölthetjük az egyensúlyhelyreállításhoz nélkülözhetetlen munkalapot. A számítások és a munkalap kitöltésének menete: az előzetes adatok ellenőrzése, nehezített iszap sűrűségének kiszámítása, ICP és FCP kiszámítása, a szükséges térfogatszámítások elvégzése, fúrócsőoldali nyomásesés felvétele. FORMÁCIÓ NYOMÁSA, BEÁRAMLÁS SŰRŰSÉGE, NEHEZÍTETT ISZAP 44

50 Az értéket felfelé, a biztonság irányába kerekítve 1,35 kg/l sűrűségű nehezített iszapot kapunk. Ez a fúrási iszap már képes lesz túlegyensúlyozni a formáció nyomását, amely 346,5 bar. Továbbá megállapítottuk, hogy a beáramlás sűrűsége (0,207 kg/l) alapján gáz. KEZDETI ÉS VÉGSŐ CIRKULÁCIÓS NYOMÁS (ICP, FCP) A FÚRÓSZERSZÁM TÉRFOGATA A különböző fúrószerszám szakaszokra érvényes kapacitás és térfogatszámítás, valamint a feltöltéshez szükséges löket: Szekció 8.2. táblázat: A fúrószerszám térfogata Hossz (m) Belső átmérő (mm) Kapacitás (l/m) Térfogat (liter) Löket Near Bit stabilizátor 1,79 74,98 4,42 7,90 0,43 Rövid súlyosbító 4,41 70,99 3,96 17,46 0,95 String stabilizátor 1,79 70,99 3,96 7,09 0,39 Súlyosbító (DC) 9,04 71,98 4,07 36,79 2,01 String stabilizátor 1,8 71,98 4,07 7,33 0,40 Súlyosbító (DC) 128,73 70,99 3,96 509,57 27,80 HWDP 85,02 76,20 4,56 387,72 21,15 Hydraulic Jar (ütőolló) 9,97 76,99 4,66 46,41 2,53 HWDP 84,5 76,20 4,56 385,35 21,02 Drill Pipe 2291,69 108,61 9, , ,31 Összesen (Forrás: saját szerkesztés) 45

51 A 8.2. táblázat az egyes fúrószerszám szakaszok és azok összesített térfogatát mutatja. A teljes térfogat felfelé kerekítve liter, amely 1235 szivattyúlöketnek felel meg. A GYŰRŰSTÉR TÉRFOGATA A gyűrűstér térfogatát a fúrószerszáméhoz hasonlóan számolhatjuk, de a kapacitásszámításnál körgyűrű keresztmetszetet kell figyelembe venni táblázat: A gyűrűstér térfogata Open Hole / Casing / Gyűrűstér Hossz (m) Külső átmérő (mm) Kapacitás (l/m) Térfogat (liter) Löket Near Bit stabilizátor 1,79 214,30 0,54 0,97 0,05 Rövid súlyosbító 4,41 171,45 13,52 59,64 3,25 String stabilizátor 1,79 214,30 0,54 0,97 0,05 Súlyosbító (DC) 9,04 171,45 13,52 122,25 6,67 String stabilizátor 1,8 214,30 0,54 0,97 0,05 Súlyosbító (DC) 71,81 171,45 13,52 971,07 52,98 Súlyosbító (DC) 56,92 171,45 17, ,08 55,76 HWDP 85,02 127,00 28, ,50 131,61 Hydraulic Jar (ütőolló) 9,97 171,45 17,96 179,03 9,77 HWDP 84,5 127,00 28, ,74 130,81 Drill Pipe ,00 28, , ,63 Összesen (Forrás: saját szerkesztés) A 8.3. táblázatban az egyes gyűrűstérszakaszok és azok összesített térfogatai találhatók. A nyitott lyukszakasz és a 9 5/8 -os béléscső átmérői rendre 215,9 és 228,6 mm. A gyűrűstér iszapcseréjéhez liter iszap szivattyúzására van szükség, amely 3939 löketet vesz igénybe. 46

52 Állócső nyomás [bar] NYOMÁSESÉS A FÚRÓCSŐ OLDALON Amikor a nehezített iszap szivattyúzását megkezdik az állócső nyomása folyamatosan csökken, amíg az új iszap teljesen fel nem tölti a szerszámot. A csökkenés ütemét a következőképp számoljuk: A 8.2. ábrán a fúrócsőoldali nyomásesés követhető nyomon, amint a nehezített iszap elkezdi feltölteni a szerszámot. Látható, hogy a nyomás a kezdeti cirkulációs nyomásról indul és a végső cirkulációs nyomást (FCP) éri el, amint a szerszám feltöltődik az új, nehezített iszappal. A gyakorlatban az egyenes meredekségének növekedését tapasztalhatjuk, hiszen amikor az új iszap eléri a súlyosbítót, csökkentett keresztmetszeten halad át az iszap, így egy löket hosszabb szakaszt tölt fel Löketszám 8.2. ábra: Nyomásesés a fúrócsőoldalon (Forrás: Saját szerkesztés) Miután minden adat és számolási eredmény a rendelkezésünkre áll, elkészíthetjük a lyukegyensúly helyreállítási munkalapot (8.4. táblázat). A munkalap kitöltése közben a fúrási személyzet felkészül az egyensúly helyreállításra, az iszap nehezítése is megkezdődik. 47

53 8.4. táblázat: Lyukegyensúly helyreállítás munkalap (Forrás: saját szerkesztés) 48

54 A SZÁMÍTÁSOK SORÁN ALKALMAZOTT JELÖLÉSEK FP: inf: H inf : KMW: OMW: TVD: SIDPP: SICP: ICP: FCP: SCP: Ca DPx : V DPx : L DPx : Ca Cx : V Cx : L Cx : STR x : ΔPgrad: Formáció nyomás [bar] Beáramlás sűrűsége [kg/l] Beáramlás magassága a gyűrűstérben [méter] Kill Mud Weight, nehezített iszap sűrűsége [kg/l] Original Mud Weight, eredeti iszap sűrűsége [kg/l] Total Vertical Depth, teljes függőleges mélység [m] Shut In Drill Pipe Pressure, zárt fúrócsőoldali nyomás [bar] Shut In Casing Pressure, zárt gyűrűstéri nyomás [bar] kezdeti cirkulációs nyomás [bar] végső cirkulációs nyomás [bar] Slow Circulation Pressure, lassú öblítési nyomás [bar] fúrószerszám adott szakaszának kapacitása [l/m] fúrószerszám adott szakaszának térfogata [l] fúrószerszám adott szakaszának hossza [m] gyűrűstér adott szakaszának kapacitása [l/m] gyűrűstér adott szakaszának térfogata [l] gyűrűstér adott szakaszának hossza [m] adott szakaszt feltöltő löketek száma [löket] nyomásváltozás gradiens [bar/100 löket] 8.3 Egyensúlyhelyreállítás fúrós módszerrel A fúrós módszer lényege, hogy a beáramlott rétegfluidumot az eredeti sűrűségű iszappal öblítjük ki. Így a módszer elvégzéséhez legalább kettő cirkulációs körre van szükségünk. Az elsőben a kútban lévő gázt öblítjük ki, míg a másodikban helyezzük el a nehezített iszapot. A 8.4. táblázatban a módszer cirkulációs körei találhatóak. Az első körben egy gyűrűstérnyi térfogat leszivattyúzása szükséges, ez 131,3 percet vesz igénybe. A második körben a nehezített iszappal először a fúrószárat töltjük fel, ami 41,2 percet vesz igénybe, majd újra a gyűrűsteret. Így a két cirkuláció összesen minimum 304 perc alatt teljesíthető (elméleti idő), ha minden a terv szerint halad. 49

55 Nyomás [bar] 8.5. táblázat: A fúrós módszer cirkulációs körei Öblítési kör Öblített kútrész Térfogat Löket Idő 1. öblítési kör: gyűrűstér ,3 2. öblítési kör: fúrószár ,2 gyűrűstér ,3 Összesen ,8 (Forrás: saját szerkesztés) A fúrós módszer lényege, hogy a beáramlott fluidumot úgy öblítsük ki, hogy a lyuktalpi nyomás állandó értéken maradjon. Ehhez rendelkezünk már a szükséges adatokkal, számításokkal és az egyensúlyhelyreállítási munkalappal, így elkezdődhet a lyukmegölés. Az első cirkulációs kör elején a lefúvató rendszer fúvókáját ¼ részt ki kell nyitni és a szivattyúkat lassan a csökkentett öblítési ütemre (30 löket/perc) kell beállítani. Ez idő alatt a fúvókát úgy kell szabályozni, hogy a gyűrűstéri nyomás konstans maradjon, hiszen így lesz konstans a lyuktalpi nyomás is. Amint elértük a kívánt öblítési ütemet, a fúvókát úgy kell beállítani, hogy a fúrócső oldalon az ICP nyomást tartsa addig, amíg a rétegfluidumot ki nem öblítettük a kútból. Ezután a fúvókát bezárjuk, amíg az új iszap el nem készül. Amint a nehezített iszap elkészül, megkezdődik a második cirkulációs kör. Újra nyitni kell a fúvókát és a szivattyút a lassú öblítési ütemre kell hozni. Amíg az új iszap feltölti a fúrószárat, célszerű a gyűrűstéri nyomást állandó értéken tartani. Az öblítés közben a 8.2. ábrán látható nyomásesést kell tapasztalnunk. Amint az új iszap feltölti a fúrószárat a fúvóka kezelőnek az FCP nyomást kell tovább tartania, amíg a kút teljesen fel nem töltődik a nehezített iszappal Löketszám [stks] 8.3. ábra: Fúrócső nyomása változása fúrós módszer esetén (Forrás: Saját szerkesztés) 50

56 A 8.3. ábrán a fúrócsőnyomás változása látható. Az első öblítési kör a löketig tart, addig a kezdeti öblítési nyomás (ICP) van állandó értéken tartva (32 bar). Ez a nyomás 1235 löket alatt lecsökken a végső cirkulációs nyomás (FCP) értékére (18 bar). A két cirkuláció összesen 9113 löketből áll és 304 percet vesz igénybe. A gyakorlatban az első öblítési kört több ideig is fenntarthatják, annak érdekében, hogy a beáramlott fluidumot biztosan kiöblítsék. Ha az első kör után lezárjuk a kutat és teljes mértékben kiöblítettük a gázt, akkor az SIDPP és SICP értékeknek egyenlőnek kell lenniük. Amennyiben nem azok, folytatni kell az első kört ábra: Gyűrűstéri nyomás elméleti változása fúrós módszer esetén (Forrás: Saját szerkesztés) A 8.4. ábrán a gyűrűstéri nyomás elméleti változása látható a két cirkuláció alatt. Amíg a gáz el nem éri a felszínt, addig folyamatosan expandál, egyre több fúrási iszapot szorítva ki a gyűrűstérből. Emiatt egyre nagyobb felszíni nyomást kell tartani ahhoz, hogy a lyuktalpi nyomást állandó értéken tartsuk. A növekedés nem lineáris, a gáz viselkedése miatt. Amikor a fluidum eléri a felszínt, akkor a legnagyobb a térfogata, így akkor tapasztalhatjuk a legnagyobb gyűrűstéri nyomást, ezért figyelnünk kell arra, hogy ez meg ne haladja a MAASP értékét. Amint elkezdődik a gáz kiöblítése, a nyomás a löketeknek megfelelő lineáris lépcsőben fog csökkenni, az első kör végére a gyűrűstéri nyomás az SIDPP értékére csökken. 51

57 A második körben, miközben a fúrószerszámot feltölti az új iszap, a gyűrűstéren az eredeti SIDPP nyomást tartjuk állandó értéken. Amint az új iszap a gyűrűstérbe ér és folyamatosan feltölti azt, a nyomás lineárisan csökken zérusra. A második kör befejeztével mind az SIDPP és SICP értékeknek zérusnak kell lenniük. 8.4 Egyensúlyhelyreállítás várakozásos módszerrel A várakozásos módszer (Wait and Weight Method) lényege a fúrós módszerrel megegyezően az, hogy a lyuktalpi nyomást a helyreállítás ideje alatt konstans értéken tartjuk. A különbség, hogy a cirkuláció nem kettő, hanem csupán egy körből áll. A fúrási személyzet először elvégzi az iszapnehezítést, a kút addig teljesen zárva marad, majd a beáramlott fluidum kiöblítése és a lyuk megölése egy cirkuláció alatt megtörténik. Öblítési kör 8.6. táblázat: A várakozásos módszer cirkulációs köre Öblített kútrész Térfogat [liter] Löket Idő [min] 1. öblítési kör fúrószár ,2 gyűrűstér ,3 Összesen ,5 (Forrás: saját szerkesztés) A 8.5. táblázatban látható a várakozásos módszerrel történő egyensúlyhelyreállítás időigénye. Az egy cirkuláció alatt egyszer kell feltölteni mind a fúrószárat, mind a gyűrűsteret a nehezített iszappal. Ez összesen 131 perccel kevesebb időt vesz igénybe, mint a fúrós módszerrel történő lyukmegölés, viszont az iszapnehezítés ideje alatt a kút nem áll öblítés alatt, így a gáz nyomását és térfogatát megőrizve migrál a kútban (4.3. fejezet). Mivel a THESIS-01 kúton akkora mértékű volt a beáramlás, hogy az a nyitott lyukszakaszt teljesen feltöltötte, a migráció nem okozhatott kárt a béléscsősarunál lévő formációban. A 8.5. ábrán a helyreállítás folyamata során tartandó fúrócső oldali nyomások láthatók. A módszer nehézsége a fúrós módszerhez képest, hogy az öblítés megkezdése után a helyreállítási munkalapon szereplő csökkenési ütemet kell tartani a fúrócsövön a távirányítású fúvóka szabályozásával. Amíg a szivattyúk el nem érik a csökkentett öblítési ütemet, addig a zárt gyűrűstéri nyomás kezdeti értékét kell állandón tartani, ám a későbbiekben ez már nem lehetséges. 52

58 Nyomás [bar] Löketszám 8.5. ábra: A fúrócső nyomás változása várakozásos módszer esetén (Forrás: Saját szerkesztés) 1235 löket után a szerszám megtelik a nehezített iszappal és a nyomás az FCP értékre csökken. A gyűrűstér iszapcseréje során ezt a nyomást kell tartani a fúvóka kezelőjének. A 8.6. ábrán a helyreállítás során lehetséges gyűrűstéri nyomásváltozás látható. Amint a szivattyúk elérték a szükséges löketszámok a nyomás emelkedni kezd a gáz viselkedésének megfelelően. Észrevehetjük, hogy amikor a gáz eléri a felszínt, kisebb nyomást tapasztalunk, mint a fúrós módszer esetében, hiszen a nehezített iszap a gázdugó felérkezésekor már elkezdte feltölteni a gyűrűsteret. Ennek köszönhetően kisebb felszíni nyomás szükséges a konstans lyuktalpi nyomás megőrzéséhez ábra: A gyűrűstéri elméleti változása várakozásos módszer esetén (Forrás: Saját szerkesztés) 53

59 Miután a gázdugó elérte a felszínt, a gyűrűstéri nyomás csökkenni kezd az öblítés ütemével arányosan. A fúrós módszerrel ellentétben, amikor a gázdugót kiöblítik, a felszíni nyomás nem a kezdeti SIDPP értékre fog lecsökkenni. Mivel a kút nagy részét már a nehezített iszap tölti fel a gázdugó kiöblítését követően, kisebb nyomás szükséges a formáció kiegyensúlyozásához. A löket után már nincs gáz a rendszerben, ezért látható 8.6. ábrán a törés is. Ahogy az új iszap tovább tölti a gyűrűsteret, a felszínen tartandó nyomás zérusra csökken. A 8. fejezetben a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítását végeztem el a fúrós és a várakozásos módszer segítségével. A módszereket a berendezéseknél is használatos hagyományos számításokkal végeztem el. A szükséges adatok ismertetése és felvétele után kiszámoltam a kút térfogatait, a lyukmegöléshez szükséges iszapsűrűséget, a helyreállítás során alkalmazandó ICP és FCP nyomásokat, valamint a fúrócső oldalon történő nyomásesést. Elkészítettem egy lyukegyensúly helyreállítási munkalapot, majd a helyreállítások menetét nyomásdiagramok segítségével vezettem le. A hagyományos módszer mellett a számítástechnikának köszönhetően számos program létezik már a számítások elvégzéséhez. A technika fejlődésének köszönhetően a berendezéseknél rendelkezésre állnak azok a hardware-es követelmények, amelyek egy ilyen program futtatását lehetővé teszik. Ezen szoftverek a hagyományos számolások elvégzése mellett képesek arra, hogy a helyreállítást szimulálják, így előre jelezve a kialakuló nyomásokat. A szimulált adatok alapján eldönthető, hogy melyik módszerrel érdemes elvégezni a lyukegyensúly helyreállítását. Szakdolgozatomban a Petris Drillnet programcsomag Kick Simulation moduljával végeztem el a THESIS-01 kút egyensúlyának helyreállítását, amit a 9. fejezetben mutatok be. 54

60 9 Egyensúlyhelyreállítás szimulációja a Petris Drillnet programmal 9.1 Kezdeti lépések A Petris Drillnet egyensúlyhelyreállítási szimulációja egy pontos és könnyen használható módszer arra, hogy átfogóan tanulmányozzuk a fúrás közben történő gázbelépés utáni operációkat. A program használható szárazföldi és offshore, vertikális és ferdített kutak fúrása során is, valamint a fúrós és a várakozásos módszert egyaránt kezelni tudja. A 9.1. táblázatban a szoftverbe betáplált adatok láthatóak táblázat: A bevitt adatok Bevitt adatok Áramlási modell: Gázdugó Iszap típusa: Víz alapú Reológiai modell: Bingham Plastic Mért mélység (MD): (m) Függőleges mélység (TVD): (m) Saru TVD: 2 528,002 (m) SIDPP: 15 (bar) SICP: 51 (bar) Tartályszaporulat: 7,5 (m³) Öblítési ütem: 30 (stk/min) ROP: 3 (m/hr) Gáz viszkozitás: 0,014 (mpa-s) Gáz felszíni feszültség: 100 (dynes/cm) Rezervoár porozitás: 0,35 % Rezervoár permeabilitás: 100 (md) Eredeti iszapsűrűség: 1,29 (kg/l) Eredeti iszap YP: 22 (Pa) Eredeti iszap PV: 17 (mpa-s) Nehezített iszap sűrűség: 1,35 (kg/l) Új iszap YP: 31 (Pa) Új iszap PV: 27 (mpa-s) (Forrás: Petris Drillnet, utána saját szerkesztés) A program lehetőséget kínál különböző áramlási és reológiai modellek alkalmazására. A szimuláció során a beáramlott gázt egy egységes gázdugóként (csak vízbázisú iszap esetén alkalmazható) modelleztem, hiszen ebben az esetben várhatóak a legnagyobb nyomások a rétegfluidum kiöblítése során. Az eredeti és az új iszap reológiáját a Bingham plasztikus 55

61 modell írja le az iszapok plasztikus viszkozitásának (PV) és folyáshatárának (YP) ismeretében, így határozhatók meg az öblítés közbeni nyomásveszteségek. Mivel a rezervoárról és a rétegfluidumról nem voltak elérhető adatok, ezért a modellbe beépített, átlagos tulajdonságokat vettem figyelembe. A 9.1. táblázatban látható adatok megadása mellett, a térfogatszámításhoz használt szerszámösszeállítást is meg kellett határozni, amely adatok a 7.3. táblázatban találhatóak. Kezdeti lépésként egy beáramlási tolerancia számítást futtattam le, hogy meggyőződjek arról, hogy a kútba beáramlott 7,5 m 3 rétegfluidum biztonságosan kiöblíthető-e a kútból. A 9.1. ábrán a számításhoz szükséges adatok és az eredmény látható ábra: Kick tolerancia számítás (Forrás: Petris Drillnet) A beáramlási tolerancia kiszámításához szükséges megadnunk a kút és a benne lévő szerszám adatait, az éppen használatos fúrási iszap sűrűségét, valamint a Leak-Off teszt során mért repesztési nyomás gradiens értékét (iszapsűrűségben). Az eredmények (Results) táblában látható a kiszámolt MAASP értéke (161 bar), valamint a kezelhető formáció nyomás maximális értéke (463 bar). Ezek alapján a beáramlási tolerancia 28,96 m 3, ami 56

62 még biztonsággal kiöblíthető a kútból bármely egyensúlyhelyreállítási módszer segítségével. Ekkora mértékű beáramlási tolerancia a sarunál lévő formáció várakozáson felüli erősségéről tanúskodik. Az adatok bevitele és a kick tolerancia számítás után futtattam le a helyreállítás szimulációját a fúrós és a várakozásos módszerek alapján. A szimuláció során a központi alapelv a lyuktalpi nyomás állandó értéken tartása volt, amit a 8. fejezetben is ismertettem. Az eredményeket a következő alfejezetek tartalmazzák. 9.2 A fúrós módszer A 9.2. ábrán a fúrós módszerrel történt szimuláció számolási eredménye látható ábra: A fúrós módszerrel történt szimuláció számolási eredménye (Forrás: Petris Drillnet) 57

63 Gyűrűstéri Nyomás [bar] Fúrócső oldali nyomás [bar] A program kiszámolja az egyes kútszakaszok iszapcseréjéhez szükséges időt és löketszámot, valamint megadja a két cirkuláció teljes időtartamát (303,86 perc). A beáramlási adatok ismeretében a szoftver meghatározza a beáramlott fluidum magasságát a lyuktalphoz viszonyítva (338,81 méter), az SICP érték alapján pedig a rétegfluidum sűrűségét. Az eredmények között látható a nehezített iszap minimális értéke, amely a fúrólyuk egyensúlyának visszanyeréséhez szükséges. Az ICP és FCP értékek mellett megtaláljuk a nehezítéshez szükséges barit mennyiségét (322 zsák). Mivel a felszíni tartályban nincs elegendő iszap a kút teljes feltöltéséhez, ezért a cirkuláció közben további nehezítés szükséges, amelynek rátája 0,6 zsák percenként. Így a kútból kifolyó és a tartályban lévő iszapok elegye a kívánt nehezített sűrűségen tartható. A szoftver által számolt adatok megegyeznek a hagyományos módszerrel számoltakkal, eltérés csak a kerekítések miatt tapasztalhatók. A 9.3. ábrán a szimulált helyreállítás során tapasztalható SIDPP és SICP értékek láthatók. A szoftver feltételezi, hogy a fúvóka kezelőjének sikerül a kívánt ICP és FCP értéket tartania (így a lyuktalpi nyomás is konstans marad). A gyűrűstéri nyomás diagramján látható, hogy a várható legnagyobb nyomás 121 bar. A saru alatti réteg erőssége miatt ez az érték még nem haladja a MAASP értékét (161 bar, ami tovább növekszik amint a gázdugó a béléscsőbe ér), így a beáramlott gáz biztonsággal kiöblíthető a fúrós módszerrel Eltelt percek SICP SIDPP 9.3. ábra: Fúrócső és gyűrűstéri nyomások változása (Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés) 58

64 Tartályszaporulat [m 3 ] Gázáram [m 3 /min] A 9.4. ábrán a helyreállítás során kialakuló tartályszaporulat látható. A 4.3. fejezetben leírtak alapján tapasztalható, hogy a gáz expanziója miatt a kezdeti 7,5 m 3 tartályszaporulat 23 m 3 -re növekszik, mialatt a gáz eléri felszínt. A növekedés görbéje a 9.3. ábrán lévő gyűrűstéri nyomás görbéjével azonos alakú, hiszen a tartályszaporulattal konzisztensen növekszik a felszínen tartandó ellennyomás is. A tetőpont után a gáz lefúvatása a szeparátoron és a fáklyán keresztül megkezdődik, a tartályszint az eredeti mértékre csökken Eltelt percek pit gain Gas Flow 9.4. ábra: Tartályszaporulat és felszíni gázáram (Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés) A 9.5. ábrán a helyreállítás során mérhető sarunyomás változása látható. A gáz beáramlása előtt az 1,29 kg/l sűrűségű fúrási iszappal a sarunyomás 320 bar volt. A lyukba történő gázáramlás során a saru nyomása mindaddig emelkedik, amíg a gázdugó a saru alatt található. Amint a gáz belép a béléscsőbe, a nyomás csökkenni kezd. Mivel a THESIS-01 kútba 7,5 m 3 gáz lépett be, az teljesen feltöltötte a nyitott a lyukszakaszt és a béléscső alját. A cirkuláció megkezdésekor 346 bar nyomás tapasztalható a béléscsősarunál. Mivel a helyreállítás lényege a konstans lyuktalpi nyomás tartása, ezért a saru nyomása az alatta elhelyezkedő fluidum sűrűségétől függ, miután a gázdugó már belépett a béléscsőbe. 59

65 Sarunyomás [bar] Az első cirkuláció alatt a saru nyomása 337 bar-ra csökken, amint a gázt a nyitott lyukszakaszból kiöblítjük. Mivel az alatta lévő fluidum sűrűsége nem változik, a saru nyomása is konstans marad mindaddig, amíg a nyitott lyukszakaszt a második cirkulációban elkezdi feltölteni a nehezített iszap. Ebben az esetben a saru nyomása tovább csökken, majd egy konstans értékre áll be (335 bar). A szoftver a gyűrűstéri nyomásveszteséget is figyelembe veszi Sarunyomás változása (fúrós módszer) Eltelt percek 9.5. ábra: Sarunyomás változása (Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés) 9.3 A várakozásos módszer A fúrós módszer után a várakozásos módszerrel is elvégeztem a helyreállítás szimulációját. A 9.6. ábrán ennek az eredménye látható. A 9.2. ábrán látható eredményekhez hasonlóan itt is megtaláljuk a beáramlott fluidum, a kúttérfogat és a nehezített iszap adatait. A várakozásos módszer a 8.4. fejezetben is leírták alapján egy cirkulációt vesz igénybe, amelynek teljes ideje 172,5 perc. Minden más eredmény megegyezik a fúrós módszer eredményeivel és a hagyományos számolással. 60

66 9.6. ábra: A várakozásos módszerrel történt szimuláció számolási eredménye (Forrás: Petris Drillnet) A 9.7. ábrán a gyűrűstéri és fúrócső oldali nyomások változása látható a helyreállítás során. A lyuktalpi nyomást az ábrán megfigyelhető módon a fúrócső oldali nyomás megfelelő szabályozásával tartja konstans értéken, a 8.4. fejezetben leírtak alapján. Először nehezített iszap kezdi feltölteni a fúrószárat, ezért a helyreállítási munkalapon (8.4. táblázat) is vázolt nyomásesést kell tartani, amíg az új iszap a gyűrűstérbe lép. Amint ez megtörténik, a fúrócső oldalon az FCP állandó értéken tartásával cirkuláltatjuk az iszapot. A szimuláció során a gyűrűstéri nyomás a fúrós módszertől eltérően alakul. Amint az új iszap a gyűrűstérbe lép, egy törés látható görbén. Ilyenkor fejti ki hatását a nagyobb sűrűségű iszap, így növelve a lyuktalpi nyomást. A megnövekedett hidrosztatikus nyomás miatt kisebb a maximálisan ellennyomás, amit a felszínen tartani kell a helyreállítás közben. A maximális nyomás a szimuláció során a béléscső oldalon 105 bar volt, amely kevesebb, mint a fúrós módszer esetében. 61

67 Tartályszaporulat [m3] Gas Flow [m3/min] Gyűrűstéri nyomás [bar] Fúrócső oldali nyomás [bar] Eltelt percek SICP SIDPP 9.7. ábra: Fúrócső és gyűrűstéri nyomások változás (Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés) A 9.8. ábrán a várakozásos módszer kivitelezése közbeni tartályszaporulatot láthatjuk. A fúrós módszerhez képest nincs változás, a tartályszaporulat maximális szintje szintén 23 m 3. Az ábrán a gáz felszíni térfogatárama is megfigyelhető Eltelt percek Pit Gain Sorozatok ábra: A tartályszaporulat és a felszíni gázáram (Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés) 62

68 Sarunyomás [bar] A 9.9. ábrán a helyreállítás során kialakuló sarunyomások láthatók. A várakozásos módszernél a 9.5. ábrához leírtak érvényesek. Mivel a THESIS-01 kút rövid nyitott lyukszakasszal rendelkezik, a saru alól a gáz sokkal hamarabb kiöblítődik, mint ahogy a nehezített iszap elérné a lyuktalpat. Éppen ezért a sűrűségnövekedés nincs hatással a béléscsősarura, amíg a gáz a nyitott lyukszakaszban van Sarunyomás változás (várakozásos módszer) Eltelt percek 9.9. ábra: Sarunyomás változása (Forrás: Petris Drillnet, saját szerkesztés) A 9. fejezetben elemeztem a THESIS-01 kút helyreállításának szimulációját mind a fúrós, mind a várakozásos módszerrel. Elvégeztem egy kick tolerancia számítást, amely alapján a beáramlott 7,5 m 3 gáz biztonsággal kiöblíthető mindkét módszer segítségével. A szimuláció során kiderült, hogy a hagyományos módszerrel történő számításaim a 8. fejezetben helyesek voltak. A szoftver helyesen vázolta a fúrócső oldalon tartandó nyomásokat és megmutatta milyen gyűrűstéri nyomások várhatók az operáció során. Bebizonyosodott, hogy a várakozásos módszerrel történő helyreállítás kisebb nyomásokat eredményez, valamint 131 perccel rövidebb az operáció maga. Mindkét módszer esetében láthattuk a sarunyomások, a tartályszaporulat és a felszíni gázáram alakulását, amelyek különbséget nem mutattak a két módszer között. A szimuláció hátránya, hogy feltételezi, hogy a fúvóka kezelőjének pontosan sikerül tartani az előírt fúrócső oldali nyomásokat. Ezért az elkészült tervek alapján elvégeztem a helyreállítást a tanszéken található DPWS-22UL mélyfúrási szimulátorral, hogy a lehető legpontosabb képet kapjak a folyamatokról. 63

69 Gyűrűstéri nyomás [bar] Tartályszaporulat [m 3 ] 10 Egyensúlyhelyreállítás kitörésvédelmi szimulátorral A fejezet célja, hogy az olajmérnöki tanszéken található DPWS-22UL típusú kitörésvédelmi szimulátorral elvégzett lyukegyensúly helyreállítást bemutassam. Az előző fejezetekben elvégeztem a szükséges számításokat a hagyományos módszerrel, elkészítettem a helyreállítási munkalapot, majd az elméleti diagramokon keresztül ismertettem a helyreállítás folyamatát. Ezeket felhasználva hajtottam végre a mélyfúrási szimulátoron a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítást. Először a fúrós módszert alkalmaztam, az operáció 303 percet vett igénybe. A ábrán a gyűrűstéri nyomás és a tartályszaporulat látható. A két görbe összeillesztése jó korrelációt mutat. A szaporulat növekedésével a felszínen tartandó nyomás is növekszik, a maximumot a két görbe egy időben éri el. Az elméleti és a Petris Drillnet által szimulált diagramokhoz (8.4. és 9.3. ábrák) képest eltérést tapasztalhatunk a görbe formájában. Ennek oka, hogy a kitörésvédelmi szimulátor nem egységes gázdugóként modellezi a beáramlást, sokkal inkább a 4.3. fejezetben leírtak alapján. Így a helyreállítás során kisebb nyomásokat tapasztalhatunk. A tartályszaporulat legmagasabb értéke 22 m Eltelt percek Casing Pressure Pit Gain ábra: Gyűrűstéri nyomás és tartályszaporulat, fúrós módszer (Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés) A ábrán a fúrós módszer alkalmazása során kialakuló fúrócső oldali, lyuktalpi és sarunyomást láthatjuk. Az elméleti diagramokhoz képest jól látható, hogy a helyreállítás 64

70 Fúrócső nyomás [bar] Lyuktalpi és sarunyomás [bar] során nem lehet állandó értéken tartani az ICP és FCP nyomásokat, a fúvókát folyamatosan szabályozni kell (ez a ábrán is látszik). Mivel a lyuktalpi nyomás a fúrócső nyomás függvénye is, így az a SIDPP változásával együtt változik, amit az ábra jól illusztrál. A sarunyomás görbéjén észrevehető egy kezdeti nyomáscsökkenés, amikor a beáramlott gázt kiöblítettem a nyitott lyukszakaszból. A helyreállítás további részében a sarunyomás együtt változik a lyuktalpi nyomással, a nyomáskülönbséget a lyuktalp és a saru közötti folyadékoszlop okozza. Az ábrán észrevehető a fúrós módszer egyik előnye, miszerint amikor a nehezített iszap szivattyúzását megkezdtem, a fúvóka állítása nélkül 15 bar-on állandósult a felszíni nyomás (10.1. ábra), mivel ekkor már homogén iszap töltötte fel a gyűrűsteret, így a fúrócső oldali nyomásesést a tervezettnek megfelelően lehetett tartani. Ennek köszönhetően a lyuktalpi nyomás is állandó maradt Tengelycím SIDPP Lyuktalpi nyomás Sarunyomás ábra: Fúrócső nyomás, BHP és sarunyomás alakulása, fúrós módszer (Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés) A következőkben a várakozásos módszert alkalmaztam, amely 172 percet vett igénybe. A ábrán a helyreállítás során kialakuló gyűrűstéri nyomást és tartályszaporulatot láthatjuk. A tartályszaporulat értéke megegyezik a fúrós módszernél tapasztaltakkal, ám a nyomások kisebbek, még a Petris Drillnet szimulációjában látott nyomásokhoz képest is. A gáz kiöblítése után az SICP 5 bar-ra csökken, majd zérusra, amint a nehezített iszap eléri a felszínt. A gyűrűstéri nyomást a gáz expandálása és a fúvóka állása is befolyásolja. 65

71 Fúrócső nyomás [bar] Lyuktalpi és saru nyomás [bar] Gyűrűstéri nyomás [bar] Tartályszaporulat [m 3 ] Eltelt percek SICP Pit Gain ábra: Gyűrűstéri nyomás és tartályszaporulat, várakozásos módszer (Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés) A ábrán a várakozásos módszer alkalmazásakor kialakuló fúrócső oldali nyomást, valamint ennek függvényében a lyuktalpi és sarunyomást láthatjuk. Az ábrán jól látható a várakozásos módszer egyik nehézsége, miszerint a nehezített iszap szivattyúzásának megkezdésekor a tervezett fúrócsőoldali nyomásesés nem tartható (hiszen a gyűrűstérben még gáz van), a fúvókát állítani kell. Ezért könnyen lehet, hogy a lyuktalpi nyomás úgy lecsökken, hogy újra beáramlás történik Tengelycím SIDPP Lyuktalpi nyomás Saru nyomás ábra: Fúrócső nyomás, BHP és saru nyomás alakulása, várakozásos módszer (Forrás: DPWS-22UL szimulátor, saját szerkesztés) 66

72 A 10. fejezetben bemutattam a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállítását a fúrós és a várakozásos módszerrel egyaránt. A DPWS-22UL típusú kitörésvédelmi szimulátor alkalmazása során kapott eredmények jól illusztrálják az elmélet és a gyakorlat különbségeit. A berendezéseknél a hagyományos számítások alapján csak a fúrócsőnyomás értékeire lehet tervet készíteni (amit aztán a fúvóka kezelőjének minél pontosabban be kell tartania), a gyűrűstéri nyomások alakulását csak az adott pillanatban látjuk. A Petris Drillnet szoftvercsomag egy jó megoldás a helyreállítás során tapasztalható nyomásértékek szimulációjához. A program a szükséges számítások elvégzésén túl az összefüggő gázdugó modell segítségével megjósolja a kialakuló legmagasabb nyomásokat, így könnyen eldönthető, melyik módszer a legalkalmasabb a helyreállítás elvégzéséhez. A szoftver akár a berendezéseknél is használatos lehetne, hiszen az adatok és a szerszámösszeállítás folyamatosan vezethetők benne, a helyreállítási munkalap másodpercek alatt elkészül. A kitörésvédelmi szimulátor előnye, hogy a helyreállítást a lehető legpontosabban modellezi. A szimuláció futtatása során mindent a valóságnak megfelelően szükséges szabályozni a sikeres helyreállítás érdekében. Az adatrögzítő rendszerének köszönhetően pontos képet kaphatunk az operáció során kialakult nyomásokról. Mivel az operációt valós időben kell elvégezni, ezért időigényessége miatt oktatásra, gyakorlásra és szimulációra használható. 67

73 11 A fúrós és várakozásos módszer összehasonlítása A rendelkezésemre álló adatok és szimulációs eredmények alapján elvégeztem a fúrós és a várakozásos módszer összehasonlítását. A két módszer alapelvét tekintve megegyezik egymással: a beáramlott fluidumot mindkét esetben ugyanúgy kell kiöblíteni, a távirányítású fúvókát használva kell konstans lyuktalpi nyomást tartani és az operációk célja az elsődleges barrier újbóli felállítása. A legnagyobb különbséget a nehezített iszap kútba való szivattyúzásának ideje jelenti. A fúrós módszer során először a régi iszappal öblítjük ki a beáramlást, majd a második cirkulációban vezetjük be a nehezített iszapot. Ennek előnye, hogy a kút nem marad sokáig öblítés nélkül, így kisebb az esélye a szerszám megszorulásának. A várakozásos módszer esetén a gáz kiöblítése és az új iszap bevezetése egy cirkulációban történik. Ennek köszönhetően a várakozásos módszer kivitelezése 131 perccel kevesebb időt igényel, így a felszíni eszközök kevesebb ideig vannak az öblítésnek és a nyomásnak kitéve, de az öblítés megkezdéséig a kút statikus állapotban van. Különbség a fúrócső oldali nyomásesésben is látható: a várakozásos módszernél azonnal, a fúrós módszernél csak az első cirkuláció után következik be. A számításokat tekintve a két módszer hasonló nehézségű, ám a várakozásos módszer használata során nagyobb gondot kell fordítani a fúrócső oldali nyomásesés megtervezésekor és kivitelezésekor. A és a ábrákon látható, hogy amíg a fúrós módszernél nem kell állítani a fúvókát a nyomásesés közben, addig a várakozásos esetében igen. Ennek oka, hogy a nehezített iszap szivattyúzásakor se a fúrócsőben se a gyűrűstérben nincs homogén folyadékoszlop, vagy a gáz és a régi iszap keveréke, vagy a régi és az új iszap keveréke található bennük. Ez nagyban megnehezíti a konstans lyuktalpi nyomás megtartását a nyomásesés közben. Ugyanakkor a várakozásos módszer egyik nagy előnye, hogy a nehezített iszapot a gáz kiöblítésekor a kútba vezetik. Ennek hatására az új iszap megjelenik a gyűrűstérben, mielőtt a gáz eléri a felszínt, ezzel kisebb gyűrűstéri nyomásokat eredményezve (lásd 9.7. és ábrák). Ez a sarunyomásra is jótékony hatással van, amennyiben az új iszap eléri a gyűrűsteret mielőtt a gázdugó eléri a sarut. Így nagyobb beáramlott mennyiségek is biztonsággal kiöblíthetőek. A THESIS-01 kút esetében a 7,5 m 3 beáramlás már feltöltötte a 68

74 nyitott lyukszakaszt, így a várakozásos módszer kivitelezése semmilyen előnnyel nem járt a sarunyomásra nézve (lásd 9.5, 9.9, 10.2, ábrák). A módszerek összehasonlításának összegzését a táblázat tartalmazza táblázat: A fúrós és várakozásos módszerek összehasonlítása Módszer Előnyök Hátrányok Fúrós módszer Az öblítést azonnal meg lehet kezdeni. Könnyebb konstans lyuktalpi nyomást tartani. Az első cirkuláció alatt az új iszapot egyenletesen be lehet keverni. A kút nem marad sokáig statikus állapotban. Hosszabb, 2 cirkulációt igényel. Magasabb gyűrűstéri nyomásokat eredményez. A kitörésvédelmi eszközök több ideig vannak a nyomásnak kitéve. Várakozásos módszer A helyreállítás csak egy teljes cirkulációt vesz igénybe. Kisebb gyűrűstéri nyomásokat eredményez. A cirkuláció megkezdését a számolások elvégzése és az iszapnehezítés előzi meg. Nehezebb konstans lyuktalpi nyomást tartani, a fúvókát állítani kell nyomásesés közben. A kitörésvédelmi eszközök kevesebb Nagyobb a szerszám ideig vannak nyomásnak kitéve. megszorulásának veszélye. (Forrás: saját szerkesztés) Minden adatot és szimuláció eredményét összevetve én a THESIS-01 kút lyukegyensúlyának helyreállításához a fúrós módszert javaslom. Ezzel a módszerrel az első cirkuláció azonnal megkezdhető, így csökken a szerszámmegszorulás veszélye és az öblítés alatt a nehezített iszap is elkészíthető. A saru alatti réteg erőssége miatt az képes elviselni a nagyobb nyomásokat. A várakozásos módszer előtti várakozás a szerszám megszorulását okozhatja, valamint a rövid nyitott lyukszakasz miatt a módszer alkalmazása nem csökkenti a saru nyomását, így használata nem indokolt. 69

75 12 A helyreállítás okozta pénzügyi veszteség A lyukegyensúly helyreállítás alatt eltelt idő az ún. Non-Productive Time (NPT) részét képezi. Ez idő alatt a fúrási folyamatok állnak, az operáció nem az előírt ütemben halad. Az operátorok mindent megtesznek, hogy ezt az időt csökkentsék, hiszen a kiesett órák hatalmas többletköltséggel járnak. A ábrán a THESIS-01 kút operációjának teljes ideje látható, egyes folyamatokra lebontva. Az egyéb operációkba tartoznak: az elektromos szelvényezés, nyomáspróbák, ellenőrzések, karbantartások, magfúrás, reamerezés, stb. 7,5 óra 291,8 óra 68,0 óra 119,3 óra 162,3 óra 193,3 óra 449,0 óra 219,3 óra Fúrás Kiépítés Beépítés Termeltetés Öblítés Béléscsövezés Egyéb operációk Egyensúly helyreállítás ábra: A THESIS-01 kút operációjának időbeli lebontása (Forrás: saját szerkesztés) Az operáció összesen 1503 óráig tartott. 2 milliárd forintnyi összköltséget feltételezve a berendezés óránkénti költsége Ft. Ebből adódik, hogy a lyukegyensúly helyreállítása Ft többletköltséget okozhatott. A 7,5 óra alatt az ajánlott 5-6 m/óra fúrási sebességet tartva méter fúrást lehetett volna elvégezni. Amennyiben ez idő alatt a kút termelt volna, az bevételkieséshez vezetett volna. A Forráskút-Dél-1 és az Üllés-Kelet-1 gázkutak termelésbe állításának publikus környezeti hatás vizsgálata az alábbi termelési adatokat tartalmazza (KTFO, 2015, 2016.): Forráskút-Dél-1: Nm 3 /nap földgáz Üllés-Kelet-1: Nm 3 /nap földgáz 70