A műszerkabinok működése és szerepe a szénhidrogén-kutatásban

Átírás

1 A műszerkabinok működése és szerepe a szénhidrogén-kutatásban VÁGÓ JÁNOS 1 A műszerkabinos szolgáltatás elengedhetetlenül fontos mind a szénhidrogén kutató-felderítő, mind a termelő-besajtoló kutak biztonságos és hatékony kivitelezéséhez. E tevékenység lehetővé teszi, hogy a kivitelezők munkájukat hatékonyabbá tegyék; segítségével bármilyen szénhidrogén előfordulás előre jelezhető, elemezhető. A műszerkabin 2 biztosítja a mélyfúrások kivitelezésében résztvevők biztonsága szempontjából oly fontos kapcsolattartást is. A műszerkabin üzemeltetésekor általában 2-2 szakember - műszerkabin-kezelő - dolgozik 12 órás nappali és éjszakai váltott műszakokban a fúrásnál telepített müszerkabinban. Munkájuk során a több évtizedes tapasztalat alapján kialakított információs-adatfeldolgozó rendszert, az ALS (Advanced Logging System) rendszert használják. A kabin műszerei által regisztrált adatok alapján a személyzet azonnal képes tájékoztatni a fúrás kivitelezőit, döntéshozóit. Műszerkabinok a gyakorlatban Magyarországon a müszerkabinos szolgáltatást a szolnoki székhelyű Geoinform Mélyfúrási Információ Szolgáltató Kft. biztosítja. A műszerkabinokban dolgozó szakemberek munkája magában foglalja a szénhidrogén-kutató mélyfúrások mélyítésekor felszínre kerülő anyagok (furadék) elemzését és a fúrások kivitelezésekor megjelenő számos fúrástechnikai- és fúróiszap-paraméter értelmezését, az esetlegesen előforduló túlnyomásos helyzetek előrejelzését. A kutak mélyítésekor furadék és - eredményes fúrás esetében - szénhidrogén kerül felszínre. Ezekből a fúrásnál dolgozó müszerkabin-kezelő személyzet a mindenkori megrendelő (Magyarországon általában a MOL Rt vagy más, koncessziós joggal rendelkező vállalat) kérésének megfelelő gyakorisággal és mennyiségben különböző laboratóriumi vizsgálatok céljából mintákat vesz. A müszerkabinban végzett laboratóriumi vizsgálatokkal többek között meghatározhatók az átfúrt kőzetek tulajdonságai, összetétele és a fúróiszap szénhidrogén tartalma. A kabin személyzete a furadék és az iszap elemzésén kívül a fúróberendezés műszaki adatait (a fúró pontos helyzete, az iszaptartályok telítettsége, a fúróhaladás, a nyomaték, az állócsőnyomás, béléscsőnyomás stb.) is figyelemmel kíséri és rögzíti. 1 doktorjelölt, Miskolci Egyetem, Természetföldrajz-Környezettan Tanszék 2 kb. 2x2x8 m kiterjedésű; az alább részletezett feladatok, vizsgálatok elvégzéséhez szükséges érzékelőkkel, műszerekkel, számítógépekkel és azok tartozékaival felszerelt kabin. 31

2 A fúrások mélyítésekor szerzett óriási mennyiségű adat egy részét (műszakitechnikai adatok) a számítógépes rendszer (1. ábra) valós időben (real-time) automatikusan dolgozza fel és rögzíti, másik részét (geológiai- CH földtani információk) a személyzet saját megfigyelései, értékelései alapján illeszti a fúrás adatbázisába, amely végül a kút mélyítése során keletkező összes földtani - műszaki információt tartalmazza. 1. ábra A müszerkabin számítógépes rendszere (VÁRALJAI I. 2002) A műszerkabinos információszolgáltatás három csoportba sorolható: - Geológiai adatok, melyek a furadék vizsgálatakor, elemzésekor keletkeznek. - Szénhidrogén-földtani adatok, a fúrás közben jelentkező CH-ek, és az iszap CH tartalmának elemzéséből keletkező információk. - Fúrástechnikai adatok, melyek ismeretében a fúrási tevékenység biztonságossá, gazdaságossá tehető. 32

3 Geológiai információszerzés A mélyfúrások során a müszerkabin által végzendő geológiai vizsgálatok első lépése a furadék mintavételezés, amely a megrendelő kérésének megfelelő módon és gyakorisággal (1, 5, vagy 10 m-es stb. mintavételezés) történik. Az átfúrt kőzetrétegek felszínre kerülő anyagából a személyzet mintát vesz, azt vízzel rostán átmosva megtisztítja a fúróiszaptól, így előkészítve a mintát a további vizsgálatokhoz. Ezt követi a furadékminta geológiai elemzése, leírása mikroszkóp segítségével, az alábbi szempontok szerint: A furadék értékelése, osztályozása a gyakorlatban (VÁRALJAI I. 2002): -színe: egységes színmeghatározó táblázat felhasználásával történik, lehetőleg természetes fényben -furadékszemcsék mérete: A módosított Wentworth-féle szemcseméret táblázat alapján Átmérő Nem-karbonátos Karbonátok (mm) kőzetek szemcsék Kristályok Durva görgeteg Kalcirudit/ 64.0 Görgeteg Dolorudit Durva megakristályos 4.00 Durva kavics (szemcsevázú) 2.00 Kavics Finom megakristályos 1.00 Nagyon durva homok Nagyon durvakristályos 0.50 Durva homok Kalkarenit/ Durvakristályos 0.25 Közepes Doloarenit Középkristályos szemcseméretü homok Finom homok (szemcsevázú) Finomkristályos Nagyon finom homok Nagyon finomkristályos Durva aleurolit Durva mikrokristályos Közepes aleurolit Közép mikrokristályos Finom aleurolit Kalcilutit/ Finom mikrokristályos Nagyon finom aleurolit Dololutit Nagyon finom mikrokr. agyag (iszapvázú) Kriptokristályos -szemcsék alakja: szögletes, kissé szögletes, kissé lekerekített, lekerekített, jól lekerekített, gömbszerűség alapján: alacsony-, közepes-, magas mértékű gömbszerűség -szemcsék fénye: gyantaszerű, zsíros, olajos, üvegfényű, cukorszerű -osztályozottság: Jól osztályozott Közepesen osztályozott Gyengén osztályozott 90% 1 vagy 2 méretosztályban 90% 3 vagy 4 méretosztályban 90% 5 vagy több méretosztályban 33

4 - szemcsék keménysége: Konszolidálatlan Laza, nincs cementálódás Nagyon morzsalékony Ujjak között könnyen morzsolható Morzsalékony Ujjakkal történő dörzsöléssel nagyszámú szemcse válik szabaddá, kalapácsütésre a minta szétesik Mérsékelten kemény Acélkutasszal* a szemcséket el lehet távolítani; kalapáccsal könnyen törhető Kemény Acélkutasszal a szemcséket nehéz eltávolítani, kalapáccsal nehezen törhető Rendkívül kemény A minta a szemcséken keresztül törik, a töréshez éles, kemény kalapács szükséges * furadékminta vizsgálatához használt, leginkább cipészárhoz hasonlító eszköz cementáló anyag szerint: meszes, dolomitos, kovás, agyagos, sziderites, limonitos, hematitos szemcsék szövete alapján: földes, gyantás, viaszos, szappanszerü, selymes, bársonyos, lyukacsos, szemcsés, üveges járulékos alkotók szerint: glaukonitos, pirites, földpátos, csillámos, karbonátos, kőzet-törmelékes, kvarcos, fosszíliás porozitás: gyenge-, közepes-, jól látható-, kitűnő porozitás, nincs porozitás szénhidrogén tartalom alapján: nincs nyom, holtolaj nyomok, CH-szag, fehér-, sárga-, narancs-, arany-, barna-, zöld-, kék színű fluorescencia látható A minta egy részét ezután megszárítják, majd ezt követően karbonát-tartalom mérést végeznek rajta karbonátmérő készülékkel (autokalciméter, 1. kép). l.kép A karbonáttartalom-mérés eszközei (www,geoservices.com, ) 34

5 Az auto-kalciméter a furadékmintákban levő mészkő- és dolomittartalom mennyiségét és egymáshoz viszonyított arányát méri és rögzíti. A karbonát-tartalom mérésének alapvető kelléke a 0.01 gramm pontosságú mérleg és 10%-os töménységű sósav. A mérés során a készülékbe épített szenzor (0-5 bar) érzékeli a nyomásnövekedést, amelyet a kőzetminta és a sósav kémiai reakciójának hatására keletkező CO2 okoz. A készülék a nyomásnövekedés mértékének és a minta súlyának értékéből számítja ki a kőzetek százalékos karbonáttartalmát. Szénhidrogén-földtani vizsgálatok A furadékminta fluoroszkópba helyezve ibolyántúli (UV) fényben is elemezhető, ez a vizsgálati módszer kiválóan alkalmas a kőzetszemcsék között lévő szénhidrogén nyomok kimutatására. A minták UV fényben történő vizsgálatát oldószer (dietil éter) is segíti, mert a kőzetszemcsékre cseppentve kioldja olajtartalmukat. CH indikáció leírásának szempontjai (VÁRALJAI I. 2002): Szag: erőssége: Szín: Fluorescencia szín: eloszlás: intenzitás: Fluorescencia szín: eloszlás: kioldódás sebessége: szín intenzitása: Maradék kioldódás gyűrű színe természetes fényben: UV fény alatt: petróleum, olaj, gáz, kondenzátum jó, közepes, gyenge nehézolaj - sötétbarna, borostyán könnyűolaj - színtelen, szalmasárga kondenzátum - színtelen, halvány szalmasárga (oldószer nélkül) nehézolaj - barna, zöld, arany, narancssárga könnyüolaj - fehér folyamatos, egyenletes, pettyes, tűs fényes, tompa, sápadt, halvány (oldószeres) nehézolaj - barna, zöld, arany, narancssárga könnyüolaj - fehér folyamatos, egyenletes, pettyes, tűs erős azonnali, gyors, kiömlő, lassú, gyenge kiviruló, fényes, tompa, halvány barna, borostyán, szalmasárga arany, narancs, sárga, kék A szénhidrogén-földtani információk legfontosabb forrása - a furadékminták elemzése mellett - a fúróiszap gáztartalmának vizsgálata. A fúrólyukból az iszaptartályba kifolyó iszap gáztartalmát a gázkiválasztó készülék (extraktor) nyeri ki. Az így kiválasztott levegő-gáz keverék mintaszivattyú segítségével csővezetékben jut be a műszerkabinba, ahol részletesen elemzik. 35

6 Az iszap gáztartalmának elemzését kromatográf (FID = Flame Ionisation Detector) végzi el (2. kép). A készülék folyamatosan elemzi a beérkező levegő-gáz keverék összes szénhidrogén tartalmát (Total Gas), és képes azt összetevőire bontani C t - nc 5 -ig (metántól a pentánig), a metántartalom arányában külön-külön meghatározva a gázkomponensek mennyiségét is. E berendezés alkalmas az öblítőfolyadék C0 2, H 2, és a fúrás biztonságát nagymértékben veszélyeztető - emberi szervezetet mérgező, a berendezés alkatrészeit súlyosan rongáló - H 2 S, tartalmának megállapítására is. A kromatográf által mért gázadatok az adatbázis mélység- és időléptékű állományába automatikusan bekerülnek; képernyőhöz csatlakoztatva az adatok valós idejű, grafikus megjelenítése is lehetséges. 2. kép A FID gyorskromatográf (1) és segédberendezése (2) Fúrástechnikai adatok A műszaki- hidraulikai adatok fúrás közbeni feldolgozása és regisztrálása teljesen automatikusan történik. A fúrási paraméterek változásait a fúróberendezés megfelelő alkatrészein elhelyezett érzékelők rögzítik. Az érzékelők jelei jelkábeleken keresztül érkeznek a müszerkabinba, ahol azokat a kabin számítógépes rendszere (ALS-2) dolgozza fel. A müszerkabin által regisztrált főbb műszaki paraméterek: Total Depth - a fúrás teljes mélysége (m) TVD - a fúrás függőleges mélysége (irányított ferdefúrások esetén, m) Bit Depth - a fúró pillanatnyi mélysége (m) ROP - fúróhaladás (egységnyi idő alatt lefúrt mélység, m/hr és min/m) 36

7 WOH - horogsúly (a szerszám horgot terhelő súlya, t) Hook speed - a horog mozgásának sebessége (m/s) Hook height - a horog aktuális helyzete (magassága, m) WOB - fúróterhelés (a szerszám súlyának a fúrót terhelő része, t) RPM - asztalfordulat ( a forgatóasztal fordulatainak száma percenként) Rotary Torque - nyomaték (a forgatott szerszámra ható nyomaték értéke, kgxm) SPP - állócsőnyomás [a szivattyú(k) által szállított öblítőfolyadék nyomása (bar)] WHP -béléscsőnyomás ( a béléscsőoszlopra ható nyomás értéke, bar) Pump strokes - a szivattyúlöketek száma egységnyi idő alatt (löket/perc) Lag time - felérkezési idő (a furadék talpról felszínre érkezéséig eltelt idő, Az aktuális mélységből és az öblítési mennyiség értékéből számított paraméter) Flow in/out - bemenő/kifolyó öblítési mennyiség (az egységnyi idő alatt be, ill. kifolyó iszap mennyisége, l/min) Temp in/out - bemenő/kifolyó iszap hőmérséklete ( C) Conductivity in/out - bemenő/kifolyó iszap elektromos vezetőképessége (ms) Mud weight - bemenő/kifolyó iszap sűrűsége (kg/l) Mud volumes - az iszaptartályokban lévő öblítőfolyadék mennyisége (m 3 ) Adatrögzítés A műszerkabinok számítógépes rendszere a fúrástechnikai- és CH-földtani adatokat (Total Gas, Q - nc 5 komponensek mennyisége) valós időben (real-time) rögzíti. A földtani információkat (a furadékban megfigyelhető kőzetek egymáshoz viszonyított %-os aránya, a furadék karbonát-tartalma, a fúrás rétegsora) a műszerkabin-kezelők a vizsgálatok időigényessége miatt csak valamekkora késéssel képesek biztosítani. A megszerzett információk a fúrás adatbázisába kerülnek, amely két részre osztható. Az időléptékű adatbázis a különböző időpontokban regisztrált értékeket tartalmazza. A mélységléptékű adatbázis pedig egy adott méter átfúrásához felhasznált idő alatt beérkezett adatok átlagértékeit rögzíti. Az adatbázis a fentebb részletezett információkon kívül többek között a fúrás alapadatait (név, koordináták, fúrás jellege), a fúróberendezés technikai paramétereit (Hidraulika), a felhasznált fúrók tulajdonságait (BIT Report), a különböző szelvényekben beépített fúrószárak elemeinek darabszámát és méretét (BHA Report), a béléscsőrakatok jellemzőit, a béléscsősaruk mélységét (Casing Run), a fúróiszap összetételét és főbb tulajdonságait (MUD Report), valamint a tervezett ferdeségadatokat (Deviation) is tartalmazza. A beérkező adatokat az ALS rendszerhez csatlakoztatott on-line nyomtatók is folyamatosan, időléptékben, grafikus formában rögzítik. A 24 óra alatt keletkező adatok a fúrás napi jelentésébe kerülnek, amelyeket minden nap továbbítanak a megrendelőnek (2. ábra). 37

8 SZAKASZ RÉTEGSOR m HOMOKKŐ.alárendelten vékony ALEUROL1T csíkokkal. Csongrád-Dél-1/1 ( ) Homokkő: világosszürke (N7), finom-aprószemü, lekerekített, köz. osztályozott, laza. Vs m AJettrolit: közepesen világosszürke (N6), puha, kenhető, agyagos és m között: FLD: sárgásfehér, gyenge, tűpontos, FIX": lassú-nagyon lassú,sárgásfehér, kiömlő, Éter: halvány szalmasárga-szintelen, de UV alatt +, m között: FLI):++,élénk sárgésfehér.fbltos-peuyes, FLC: lassú, Éter: halvány szalmasárga m ( ) Vs: m ALEUROUT és HOMOKKŐ váltakozik. Csongrád-Dél-l/I Aleurolit: közepesen világosszürke (N6), puha, kenhető, agyagos. Homokkő: világosszürke (N7), finom -aprószem ö, lekerekített, köz. osztályozott, laza m között: FLO: sárgásfehér, gyenge, túpontos, FLC: lassú-nagyon iassú^árgásfeher, kiömlő. Éter: halvány szalmasárga-színtelen, de ÜV alatt +, 2. ábra A napijelentés rétegsort leíró része Forrás: Geoinform Kft. A fúrólyuk mélyítése során szerzett összes földtani, CH-földtani, műszaki információt a munka befejezésekor a személyzet a fúrás zárójelentésében állítja össze. Ez tartalmazza az összes napijelentést, a teljes adatbázist, a nyomtatott regisztrátumokat, a fúrás műszaki jelentését, a különböző diagramokat, grafikonokat stb. Összegzés A Geoinform Kft. által végzett müszerkabinos szolgáltatás nélkülözhetetlen a mélyfúrások biztonságos és hatékony kivitelezése szempontjából. Gyakran több évtizedes tapasztalattal rendelkező szakemberei képesek a szénhidrogén előfordulások, túlnyomásos esetek előrejelzésére, kivédésére, a balesetveszélyes helyzetek kialakulásának megelőzésére. A kabinok talán legfontosabb, de mindenképpen leghasznosabb tevékenysége az átfúrt kőzetrétegekből származó furadék részletes geológiai értékelésén alapuló rétegsor meghatározása, a magfúrásokból felszínre került magminták vizsgálata és a lyuk mélyítésekor előforduló szénhidrogén-tartalom elemzése. Ezen eredmények alapján lehetséges a potenciális kőolaj-földgáz tárolók mélységének meghatározása, a további rétegvizsgálatok helyének kijelölése. Irodalom VÁRALJAI I.: Müszerkabin kezelői segédlet. Kézirat Szolnok