KÚTLEZÁRÁSI MÓDSZEREK VIZSGÁLATA SZÉNHIDROGÉN ÉS GEOTERMIKUS KUTAKBAN FELLÉPŐ BEÁRAMLÁSOK ESETÉN



Hasonló dokumentumok
X. FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

HU ISSN

HIDEGEN HENGERELT ALUMÍNIUM SZALAG LENCSÉSSÉGÉNEK VIZSGÁLATA INVESTIGATION OF CROWN OF COLD ROLLED ALUMINIUM STRIP

A SZEMCSEALAK ALAPJÁN TÖRTÉNŐ SZÉTVÁLASZTÁS JELENTŐSÉGE FÉMTARTALMÚ HULLADÉKOK FELDOLGOZÁSA SORÁN

GÁZMINŐSÉGEK VIZSGÁLATA AZ EGYSÉGES EURÓPAI GÁZSZOLGÁLTATÁSI SZABVÁNY VONATKOZÁSÁBAN

1. ZÁRTTÉRI TŰZ SZELLŐZETÉSI LEHETŐSÉGEI

Vektorugrás védelmi funkció blokk

METASTABILIS MIKROEMULZIÓK ÁRAMLÁSI SAJÁTSÁGAI PORÓZUS KÖZEGBEN

1. BEVEZETÉS. - a műtrágyák jellemzői - a gép konstrukciója; - a gép szakszerű beállítása és üzemeltetése.

NYOMÁSOS ÖNTÉS KÖZBEN ÉBREDŐ NYOMÁSVISZONYOK MÉRÉTECHNOLÓGIAI TERVEZÉSE DEVELOPMENT OF CAVITY PRESSURE MEASUREMENT FOR HIGH PRESURE DIE CASTING

SZERKEZETEK REHABILITÁCIÓJÁT MEGELŐZŐ DIAGNOSZTIKAI VIZSGÁLATOK

AZ APHRON BÁZISÚ ÖBLÍTŐ KÖZEG ALKALMAZÁSA GEOTERMIKUS FÚRÁSOKHOZ APPLICATION OF APHRON BASED DRILLING FLUID FOR GEOTHERMAL DRILLING OPERATIONS

Károly Róbert Fıiskola Gazdaság és Társadalomtudományi Kar tudományos közleményei Alapítva: 2011

Szerelési és karbantartási utasítás

Szerelési és karbantartási utasítás

Dinamikus tömörségmérés SP-LFWD könnyű ejtősúlyos berendezéssel

M ANYAG FRÖCCSÖNT SZERSZÁMOK KÖLTSÉGÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZ K

A 5 ELEKTROMOS VEZÉRLŐKÖZPONT EGYFÁZISÚ HÁROMFÁZISÚ MOTORHOZ

A fafeldolgozás energiaszerkezetének vizsgálata és energiafelhasználási összefüggései

Kádár István 1 Dr. Nagy László 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,

ÜVEGSZÁL ERŐSÍTÉSŰ KOMPOZIT FÚRÁSÁNAK VIZSGÁLATA GYORSACÉL ÉS KEMÉNYFÉM SZERSZÁMMAL DRILLING OF GLASS-FIBER-REINFORCED COMPOSITE BY HSS AND CARBIDE

MERRE TART A REZGÉSDIAGNOSZTIKA? Összehasonlító elemzés a világpiaci tendenciákról, és a magyarországi helyzetről

PLATTÍROZOTT ALUMÍNIUM LEMEZEK KÖTÉSI VISZONYAINAK TECHNOLÓGIAI VIZSGÁLATA TECHNOLOGICAL INVESTIGATION OF PLATED ALUMINIUM SHEETS BONDING PROPERTIES

Biztonsági Adatlap. Készült a 1907/2006/EK, 31. cikk alapján. Kiadás dátuma: Verzió száma 7 Felülvizsgálva:

Remeha P 320. Olaj/gáz tüzelésű kazánok GÉPKÖNYV. Magyar 19/10/05

Lemezgrafitos vasöntvények visszamaradó öntési feszültségének mérése és véges elemes szimulációja

I. BERKENYE KÖZSÉG TELEPÜLÉSRENDEZÉSI TERVÉNEK MÓDOSÍTÁSA (Hrsz: 03/9-12, 03/94-96)

Hallgatók a Tudomány Szolgálatában

Időszakos segédgázos kutak beáramlási viszonyai Szakdolgozat

HIDRAULIKUS TERMÉKCSALÁD

A Károli Gáspár Református Egyetem által használt kockázatelemzési modell

Zero Emission. DILO. Sustainably tight. A technika jelenlegi állása szerinti korszerű SF 6. gázkezelés. MEE 60. Vándorgyűlés Mátraháza

ALAPFOKÚ HIDRAULIKA LABORATÓRIUMI GYAKORLATOK

I. Századvég-MET energetikai tanulmányíró verseny. Gázturbinák füstgáz hőenergiájának hasznosítása

GÉPI ÉS EMBERI POZICIONÁLÁSI, ÉRINTÉSI MŰVELETEK DINAMIKÁJA

AZ EU KÖZÖS ÁRUSZÁLLÍTÁSI LOGISZTIKAI POLITIKÁJA

Hidraulika. 5. előadás

Áttekintés 2. Műszaki adatok 3. A műszer beállítása 4. Műveletek 7. Üzenetkódok 9. A pontosság ellenőrzése 10. Karbantartás 13.

TDA-TAR ÉS O-TDA FOLYADÉKÁRAMOK ELEGYÍTHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA STUDY OF THE MIXABILITY OF TDA-TAR AND O-TDA LIQUID STREAMS

Tűgörgős csapágy szöghiba érzékenységének vizsgálata I.

8. Energiatermelő rendszerek üzeme

Kazánkiválasztás. 1. számú fólia hó. Buderus Akadémia 2011: Kazánházak: Kazánkiválasztás. Buderus F téstechnika Kft. Minden jog fenntartva!

KÉRDÉSSOR. a 190/2009. Korm. rendelet a főépítészi tevékenységről szerinti főépítészi vizsga Építészeti különös követelményeihez

2015/25. SZÁM TARTALOM. 29/2015. (VI. 29. MÁV-START Ért. 25.) sz. vezérigazgatói utasítás a MÁV-START Zrt. Biztonságirányítási Kézikönyvéről...

Mezőgazdasági növénybiztosítás

Vízgyűjtő-gazdálkodási Terv A Duna-vízgyűjtő magyarországi része. 8-6 melléklet: Települési csapadékvíz-gazdálkodási útmutató

ADATFELDOLGOZÁSI MEGBÍZÁSI SZERZŐDÉS. egyrészről a [Irányító Hatóság] ([irányítószám] Budapest,.), mint megbízó (a továbbiakban: Adatkezelő)

GARDENA kerti szivattyúk 3000/4, 4000/4 és 4000/5 cikksz. 1426,1428,1431. Használati útmutató

4. sz. Füzet. A hibafa számszerű kiértékelése 2002.

NYíREGYHÁZA MEGYEI JOGÚ VÁROS KÖZGYŰLÉSÉNEK. 244/2011.(XII.15.) számú. határozata

Kezelési útmutató az üzemeltető számára Logano G221

CSONGRÁD MEGYEI KORMÁNYHIVATAL

AZ ALFÖLDVÍZ ZRT. TEVÉKENYSÉGÉNEK BEMUTATÁSA

220/2004. (VII. 21.) Korm. rendelet I. ÁLTALÁNOS RENDELKEZÉSEK. A rendelet célja és hatálya

A SZÉL ENERGETIKAI CÉLÚ JELLEMZÉSE, A VÁRHATÓ ENERGIATERMELÉS

JAVASLAT. A HCT berendezéssel kialakított Aradi Logisztikai Szolgáltató Központ. kialakítására

KAPILLÁRIS NYOMÁS GÖRBE MEGHATÁROZÁSA HIGANYTELÍTÉSES POROZITÁSMÉRÉS ADATAIBÓL DETERMINATION OF CAPILLARY PRESSURE CURVE FROM MERCURY POROSIMETRY DATA

376. számú ügyrend. Nagyfogyasztói mérések kialakítása.

BÉKÉSCSABA MEGYEI JOGÚ VÁROS POLGÁRMESTERÉTŐL Békéscsaba, Szent István tér 7. Postacím: 5601 Pf Telefax: (66)

Mi történt 2004 és 2010 között a budapesti egyetemisták szabadidısportfogyasztásában?

Tartalomjegyzék. I./ A munkavédelmi ellenőrzések év I. félévében szerzett tapasztalatai 3

MÉLYFÚRÁSI GEOFIZIKAI ADATOK ÉRTELMEZÉSÉNEK MODERN INVERZIÓS MÓDSZEREI

10. Villamos erőművek és energetikai összehasonlításuk

ÁRAMLÁSI RENDSZEREK PONTOSÍTÁSA IZOTÓP ÉS VÍZKÉMIAI VIZSGÁLATOKKAL A TOKAJI-HEGYSÉG PEREMI RÉSZEIN

BIZTONSÁGI TERV Dunai Regatta 2016

BorsodWeb Kft. Általános Szerződési Feltételek. Előző módosítás kelte: Utolsó módosítás kelte: Érvényes:

S A J Ó P Á L F A L A TELEPÜLÉSRENDEZÉSI TERV * 2009 *

ÁSZF. I. A Szolgáltató. II. A tartalmak szellemi tulajdona. III. A Weboldal rendszere

ASSZISZTENCIA-SZOLGÁLTATÁS ÉS DIREKT KÁRRENDEZÉS BIZTOSÍTÁSRÓL

NÉHÁNY MEGJEGYZÉS A BURKOLÓFELÜLETEK VIZSGÁLATÁHOZ

H A T Á R O Z A T. engedélyezem,

A tűzoltás módjai. A nem tökéletes égéskor keletkező mérgező anyagok

MELEGZÖMÍTŐ VIZSGÁLATOK ALUMÍNIUMÖTVÖZETEKEN HOT COMPRESSION TESTS IN ALUMINIUM ALLOYS MIKÓ TAMÁS 1

A gazdálkodók képzettsége és a tanácsadás

J/ A Magyar Köztársaság legfőbb ügyészének. országgyűlési beszámolója. az ügyészség évi tevékenységéről

ÁLTALANOS SZERZŐDÉSI FELTÉTELEK

I. ÁLTALÁNOS RENDELKEZÉSEK 1. A rendelet hatálya. 2. A rendelet alkalmazása

Az ALISCA Agrárház Kft új növényvédőszer raktárának biztonsági jelentése Szekszárdi Ipari park

FORDÍTÓI-FELELŐSSÉGBIZTOSÍTÁS (MJK: FORDÍTÓIFEL )

6. Ismertesse a tűzoltás módjait és a kézi tűzoltó készüléket! Tűzoltás eredményessége függ: - a tűzeset körűlményétől - a tüzet észlelő személy

Budaörsi víziközmű rendszer leírása

Alsó-Tisza-vidéki Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyel ség

TAHITI CONDENSING KR 55 - KR 85

E-OLVASÁS VAGY HAGYOMÁNYOS? - KUTATÁS

Kommunikatív nyelvi tesztek kritériumai 1

SZAKDOLGOZAT. Gömbcsap működtető orsó gyártástervezése

A KÖRNYEZETVÉDELMI AUDITÁLÁS GYAKORLATA

Everlink Parkoló rendszer Felhasználói és Üzemeltetési útmutató

A Szécsény és Környéke Takarékszövetkezet ÁLTALÁNOS ÜZLETSZABÁLYZATA

Tűzvédelmi Műszaki Irányelv TvMI 10.1:

MRR Útmutató a Kockázat értékeléshez és az ellenőrzési tevékenységekhez

,17, MENU TRIPOD TIMER? max. min 7,8,9

Szándékos károkozás elleni védelem sajátosságai a súlyos balesetek elleni szabályozás területén

RENDÉSZETI és VAGYONVÉDELMI SZABÁLYZATA

A HIBRID LINEÁRIS LÉPTET MOTOR HATÉKONYSÁGÁNAK NÖVELÉSI MÓDOZATAIRÓL

Pécs Megyei Jogú Város Önkormányzata Közgyűlésének 32/ ( ) sz. rendelete

Ipari robotok megfogó szerkezetei

Biztonsági adatlap (1907/2006/EK rendelet szerint)

Fűrészüzemi technológia gazdaságosságának növelése a gyártás során keletkező melléktermékek energetikai hasznosításával

Hidraulikai méretezés

Átírás:

Műszaki Földtudományi Közlemények, 83. kötet, 1. szám (2012), pp. 49 60. KÚTLEZÁRÁSI MÓDSZEREK VIZSGÁLATA SZÉNHIDROGÉN ÉS GEOTERMIKUS KUTAKBAN FELLÉPŐ BEÁRAMLÁSOK ESETÉN THE WELL SHUT-IN METHODS ANALYSIS IN HYDROCARBON AND GEOTHERMAL WELL DRILLING FEDERER IMRE 1 Absztrakt: Bár a kútlezárás nem sokban tér el a szénhidrogén és a geotermális kutakban a kútviszonyok és a társaságok más-más kútlezárási eljárást követnek. A beáramlást követően a kútlezárási eljárások közül a kemény zárást alkalmazzák, amikor a hidraulikus tolózár zár és a lefúvató fúvóka helyzetében zárják a kitörésgátlót, ekkor nagyobb mértékű nyomáslökés keletkezik, ami a nyomás pulzáció eredményeként formáció károsodást okozhat. Ezért a társaságok egy része lágy kútlezárást ír elő, amikor a lefúvató fúvóka zárva van és a hidraulikus tolózár nyitása után zárják a kitörésgátlót, majd a lefúvató fúvóka lassú zárásával végzik a kútlezárást, aminek az eredménye nagyobb mértékű formáció fluidum beáramlás. A tanulmány a szénhidrogén és geotermikus kutak sajátosságainak megfelelően elméleti számítások alapján ad választ a kemény és lágy kútlezárás kérdéseire, így a kútlezáráskor a fúrólyukban lejátszódó nyomásviszonyok számításával, realisztikus kútadatok figyelembevételével, elméleti úton vizsgálja a kútlezárás következtében kialakuló nyomáshullám terjedését. A tanulmány javaslatot tesz a szénhidrogén és geotermikus kutak kútlezárási idejének meghatározására. Kulcsszavak: kútlezárási módszerek, geotermikus kutak fúrása, kútlezárási idő, nyomáshullám terjedése. Abstract: Although shut-in procedures are basically similar for hydrocarbon and geothermal well, the well conditions and company policies often dictate variations. A concern relating to operational procedures following detection of a kick is whether closure of the blowout preventer with the hydraulic operated valve in closed position, and the choke also in closed, termed a hard shut-in, is likely to cause formation damage due to generation of a pressure pulse in the well-bore fluid. This has prompted some operators to operate for a soft shut-in whereby the choke hydraulic operated valve is left open at closure of the blowout preventer, when the last step is the choke closing, however the results is the additional influx from the formation. This study describes a series of theoretical calculation for hydrocarbon and gheothermal well environments to resolve the hard or soft shut-in question. In this way theoretical downhole pressure calculation in a realistic well-bore environment with theoretical predictions made from analysis of the 1 DR. FEDERER IMRE Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet H-3515 Miskolc-Egyetemváros federeri@kfg.uni-miskolc.hu

50 Federer Imre pressure wave propagation in the well. The study proposes how to determine well closing times which can be acceptable under the hydrocarbon and the geothermal well condition. Keywords: well shut-in method, geothermal well drilling, well closing time, pressure propagation. 1. Kútlezárási módszerek összehasonlítása A kútlezárás során a csőfejen, a kitörésgátlón, az oldalsó elzárókon, a béléscsövön és a felszíni szerelvényeken a kútban nagy sebességgel felfelé áramló kútmunkálati folyadékoszlop hirtelen lassításából eredő nyomáslökés hat. Mivel számos variáció ismert a fúrólyuk lezárására felszíni kitörésgátló esetén fontos, hogy mindenki ismerje és betartsa a fúróberendezésnél alkalmazott eljárást. Az operátor előírásaitól függően a fúrólyukat le lehet zárni kemény, vagy lágy kútlezárási módszerrel. A kemény kútlezárás a kitörésgátló elsődleges zárását jelenti anélkül, hogy előzetesen alternatív kifolyást nyitnának a lefúvató vezeték felé. Az operátorok döntő többsége a kemény kútlezárást részesíti előnyben, mivel ez a módszer csökkenti a beáramlás mértékét és így egyszerűbb a kútlezárási művelet, annak ellenére, hogy a kemény kútlezárás a fellépő hidraulikus ütés következtében növeli a formáció felrepedésének veszélyét. A lágy kútlezárás esetében a kitörésgátlót úgy zárják le, hogy a fúvóka és a lefúvató vezeték hidraulikus tolózára nyitva van, majd ezután a fúvóka zárásával a kút lezárását lassan végzik. A lágy kútlezárás előnye kétségtelenül ennek a hidraulikus ütésnek a mérséklése, hátránya azonban, hogy a lassú kútlezárás következtében nagyobb mennyiségű rétegtartalom áramlik a fúrólyukba a formációból, ami nehezíti a kútlezárást követő lyukegyensúly helyreállítási művelet végrehajtását. A kemény vagy lágy kútlezárási módszer alkalmazásakor a lefúvató rendszer elzáróit előzetesen a tervezett kútlezárási módszer leggyorsabb alkalmazhatóságát biztosítva, különbözőképpen kell beállítani. A kemény kútlezárás fúrás közben Ha a kemény kútlezárást alkalmazzák, akkor a fúvóka és a lefúvató vezeték hidraulikus tolózára előzetesen zárt állapotban van, a fúvóka után a lefúvató rendszert az iszap-gáz szeparátor irányába nyitva kell tartan. Amint a beáramlás megtörtént, a következő kemény zárási eljárás alkalmazható: 1. A forgatás leállítása, a gázriadó elrendelése. 2. A fúrószerszám felemelése zárási helyzetbe. Ellenőrizni kell, hogy a fúrócső kapcsoló ne legyen a kitörésgátló pofás előtt. 3. A szivattyú leállítása. 4. Túlfolyás ellenőrzése. 5. Ha a fúrólyuk túlfolyik, a gyűrűs kitörésgátló zárása. 6. A zárás sikerességének ellenőrzése a lefuvató rendszer és a kifolyó átvizsgálásával. 7. A hidraulikus tolózár nyitása.

Kútlezárási módszerek vizsgálata szénhidrogén és geometrikus kutatkban 51 8. A zárt fúrócső nyomás és a zárt béléscső nyomás felvétele. 9. A beáramlott rétegtartalom mennyiségének feljegyzése a tartályszint-változás ellenőrzésével. A lágy kútlezárás fúrás közben Ha a lágy kútlezárást alkalmazzák, akkor a lefúvató vezeték hidraulikus tolózára előzetesen zárt állapotban van, a lefúvató fúvóka és a fúvóka után a lefúvató rendszer az iszap-gáz szeparátor irányába nyitva van. Amint a beáramlás megtörtént, a következő lágy zárási eljárás alkalmazható: 1. A forgatás leállítása, a gázriadó elrendelése. 2. A fúrószerszám felemelése zárási helyzetbe. Ellenőrizni kell, hogy a fúrócső kapcsoló ne legyen a kitörésgátló pofás előtt. 3. A szivattyú leállítása. 4. Túlfolyás ellenőrzése. 5. Ha a fúrólyuk túlfolyik, a hidraulikus tolózár nyitása. 6. A gyűrűs kitörésgátló zárása. 7. A lefúvató fúvóka zárása. 8. A zárás sikerességének ellenőrzése a lefúvató rendszer és a kifolyó átvizsgálásával. 9. A zárt fúrócső nyomás és a zárt béléscső nyomás felvétele. 10. A beáramlott rétegtartalom mennyiségének feljegyzése a tartályszint változás ellenőrzésével. A lágy kútlezárási módszer elsődleges hátránya az, hogy a gyakorlati megvalósítás során több lépést igényel és hosszabb ideig tart, mint a kemény kútlezárás módszere, ezért nagyobb térfogatú a beáramlás. A hidraulikus ütés különleges körülmények között azonban okozhatja a béléscső sarunál a formáció felrepedését, melynek következtében korlátlanul nagy térfogatáramú rétegfluidum áramolhat a lyuktalpról a felrepedt zónába, azaz,,földalatti kitörés keletkezhet [1]. Nincs bizonyíték arra, hogy a kemény lezáráskor keletkező nyomáslökés, amelyet a hirtelen lefékezett áramló folyadék ütése okoz egy zárt rendszerben, sérülést okozott volna a fúrólyukban, főleg ha a formációból gáz áramlott a gyűrűstérbe. A világon széles körben alkalmazzák a kemény kútlezárási módszert, esetenként előírják a lágy kútlezárási módszer alkalmazását is főleg akkor, ha a béléscső elhasználódott, továbbá megrongálódott felszíni szerelvények esetén, vagy ha nagymélységű kutakban a fúrás kivitelezéséhez nagy iszapsűrűséget alkalmaznak. A továbbiakban megvizsgáljuk, hogy valóban figyelmen kívül hagyható-e a kútlezárás során a kútszerkezetre ható hidraulikus ütés mértéke. A kemény és lágy kútlezárás meghatározásának módszerei Az összetett bonyolult kútviszonyok mellett a legpontosabb megoldást a valóságos kutakban végzett mérések adják. S. I. Jarden és szerzőtársai [2] egy 1430 m mély teszt kútban végzett mérések alapján vizsgálták a kemény és lágy kútlezáráskor kialakuló nyomásviszonyokat. Méréseket végeztek a felszíni és lyuktalpi nyomásviszonyok meghatározására,

52 Federer Imre majd a mért értékeket összehasonlították a számítási eredményekkel, ahol a teszt kút viszonyai mellett a számítási eredményekkel jó egyezőséget kaptak. A teszt kútban végzett mérések hátránya, hogy csak az adott kútviszonyok mellett (mélység, kútszerkezet, formáció nyomás, iszapsűrűség, fluidum belépés tulajdonságai) voltak nyerhetők mérési adatok. A kútlezárási viszonyok szélesebb körű elemzésére az elméleti számítások és az erre épülő szoftverek [3] adnak megfelelő közelítő eredményeket. 2. A hidraulikus ütés meghatározásának gyakorlati összefüggései Hirtelen kútlezárásból eredő hidraulikus nyomáslökés számítása A pillanatnyi kútlezáráskor feltételezzük, hogy a kutat a kitörésgátló azonnal lezárja, ami egy elméleti megközelítés, mivel a kitörésgátló hidraulikai rendszere az azonnali lezárást nem teszi lehetővé. Ez a feltételezés lehetővé teszi a kútlezáráskor kialakuló maximális nyomás növekedés meghatározását. Ha a kútban v sebességgel áramló iszaposzlopot a kitörésgátló hirtelen zárásával lelassítják, akkor annak a tömegében ébredő impulzus erő p nyomásemelkedést hoz létre, amely a v = (v-v a ) sebesség apadással arányos [4]. Teljes zárás esetén: v a = 0. Ha az s hosszúságú folyadékoszlop s*a*ρ tömegének lelassításához (illetve megállításához) t idő szükséges, akkor a másodpercenkénti impulzus változásból számított impulzuserő: v F = A ρ s t ahol: F = impulzuserő, N A = a gyűrűstér keresztmetszete, m 2 s = az iszaposzlop hossza, m ρ = iszapsűrűség, kg/m 3. Ez az impulzuserő az A keresztmetszetű csőben P nyomáslökést eredményez F v P = az F behelyettesítésével P = ρ s. A t A nyomásemelkedés mértéke: v pins = ρ s, t, ahol: p ins = a pillanatnyi záráskor az impulzuserő által létrehozott nyomásemelkedés, Pa, ρ = iszapsűrűség, kg/m 3, s = a folyadékoszlop hossza, m, v = a kiáramló folyadék sebessége, m/s, t = a kitörésgátló zárási ideje, s.

Kútlezárási módszerek vizsgálata szénhidrogén és geometrikus kutatkban 53 A másodpercenként lelassított folyadékoszlop-hosszúság az a sebesség, amelynél a P nyomásemelkedés a cső mentén az áramlással ellentétes irányban tovaterjed. Minden t idő alatt eszerint újabb s hosszúságú folyadékoszlopnak kell összenyomódnia, hogy az üzemi sebességgel érkező A* s térfogat helyet találjon. A s összenyomódásnak mértékét a megállapított folyadékoszlophoz érkező mennyiség v sebessége határozza meg, amely t idő alatt s úttal halad előre s = v t. Ez a hullámsebesség nem más, mint a folyadékban terjedő hang sebessége. A csőben terjedő nyomáslökés nagysága A csőben tovaterjedő nyomáslökés nagysága Joukowski [5] egydimenziós összefüggésével számítható, feltételezése szerint az áramlási nyomásveszteség elhanyagolható valamint az áramló folyadék összenyomhatatlan: P = ρ c v. ins A nyomáshullám terjedési sebessége a kútviszonyok között függ a béléscső fal rugalmasságától valamint az kútfolyadék összenyomhatóságától. A hullám sebesség c mértékét befolyásolja a béléscső acélanyag rugalmassága, az áramló közeg kompresszibilitása. Így az áramlási rendszerre jellemző rugalmassági modulus számítható [5]: c = E ρ ahol: 1 1 D = +, E Ef wep c = hullámsebesség, m/s D = a cső belső átmérője, m E = összetett rugalmassági modulus [F/L 2 ]. Ef = fluidum rugalmassági modulusa [F/L 2 ]. Ep = a cső anyag rugalmassági modulusa [F/L 2 ]. L = a cső hossza, m P = a hirtelen zárásból eredő maximális nyomásnövekedés [N/m 2 ]. V = a sebességváltozás, m/s w = a cső falvastagsága, m ρ = az áramló fluidum sűrűsége [kg/m 3 ]. D/(wE p ) kis falvastagságú csövekre jó közelítő eredményt ad. A tényezők pontos ismeret hiányában a c értékét a kútlezárási viszonyok vizsgálata során a folyadékban mért hangsebesség értékével közelítettük: c = 1350 (m/sec). A

54 Federer Imre kútlezárás ideje < 2L/c. A 2L/c az az idő, mialatt a nyomáshullám a kitörésgátlótól elér a lyuktalpig és vissza a felszíni kitörésgátlóig. Lassú kútlezáráskor kialakuló nyomáslökés A kitörésgátló nem zár le azonnal, mert azt hidraulikus zárórendszer működteti, a kút teljes lezárásához időre van szükség. A teljes kútlezárási idő általában nagyobb, mint mialatt a keletkezett nyomáshullám visszatér a lyuktalptól. Azonban a kútlezárás során keletkező fúvóka hatás következtében keletkezett nyomáshullám már a teljes kútlezárási időn belül meghatározza a kútfejnyomás nagyságát. Elméleti megközelítéssel számítható a várható maximális nyomáslökés amplitúdója [6]: ahol: p ins tr Tc t P = P T max ins r, c = a pillanatnyi záráskor az impulzuserő által létrehozott nyomásemelkedés, Pa, = az az idő mialatt a nyomáshullám a kitörésgátlótól elér a lyuktalpig és vissza a felszínig, sec = a kitörésgátló tényleges zárási ideje, sec. A kitörésgátló zárási idejének a hatása A kitörésgátló zárási ideje, az az idő, amikor a kitörésgátló zárásakor megkezdődik a nyomás emelkedés, addig amíg a pofák teljes zárást biztosítanak a fúrócső körül. Általában a kitörésgátlók zárási ideje nagyobb mint a nyomáshullám visszatérési idő. Az API RP 53 ajánlása [7] alapján a kitörésgátlók zárási ideje: minden típusú kitörésgátlóra vonatkozatva nem több mint 30 sec, kivétel a 18 ¾ < gyűrűs kitörésgátló, ahol kevesebb mint 45 sec. A gyakorlatban a zárási idők 5 és 30 s között mérhetők. A hidraulikus ütés mértékét csökkenti az is, hogy a nyomáslökés amplitúdója a visszatérő hullámban már csökken. 3. A kútlezárási viszonyok vizsgálata A kútlezárási viszonyok vizsgálatát az alábbi kútadatok figyelembevételével végeztük. Kútszerkezet: Béléscső 9 5/8 40 lb/ft Fúrócső 5 19,5 lb/ft Kútmélység 3000 m Iszapsűrűség 1500 kg/m 3

Kútlezárási módszerek vizsgálata szénhidrogén és geometrikus kutatkban 55 Megvizsgáltuk, hogy a kútlezárás során fellépő különböző kútlezárási tényezők hogyan befolyásolják a nyomáslökés nagyságát. A tényezők ismeretében mérsékelhető a kútlezáráskor kialakuló káros nyomásemelkedés mértéke. Minden esetben vizsgáltuk egyrészt, amikor a kútlezárás során a maximális nyomásemelkedés lép fel, másrészt a kútlezárási viszonyokat jobban közelítve figyelembe vettük a kitörésgátló zárási idejét, így kaptuk az úgynevezett tényleges kialakuló nyomásemelkedést. Minden esetben feltételeztük, hogy kutat a nyomáslökés kialakulása szempontjából a kedvezőtlenebb kemény kútlezárási módszerrel zárták le. Az 1. ábra mutatja kútlezáráskor kialakuló nyomáslökés mértékét a beáramlás mennyiségének növekedésével. Látható, hogy a hidraulikus nyomáslökés jelentős mértékű lehet abban az esetben ha a beáramlás nagy mértékű, vagy kútbeindulást túl későn veszik észre, ezen a szakaszon a hidraulikus nyomáslökés mértéke lineárisan növekszik. Nagyobb mennyiségű beáramlást meghatározzák a fúrási személyzet reagálásától függő és attól független tényezők egyaránt. A fúrási személyzettől független tényezők a formáció jellemzői, ezek az alábbiak a formáció áteresztőképessége; a formáció nyomás és a fúrásnál alkalmazott iszapsűrűségből adódó lyuktalpi nyomás különbsége; a beáramlott réteg fluidum viszkozitása. A fúrási személyzettől függő tényezők a kútlezárás gyorsaságával kapcsolatosa, ezek az alábbiak a beáramlás felismerésének az ideje, ez az idő megfelelő érzékelők felszerelésével a riasztási határok helyes beállításával mérsékelhető; a kútlezáráshoz szükséges idő, ami a beáramlás felismerésétől telik el addig, amíg a kitörésgátló tényleges zárására sor kerül. Megfelelő gyakorlással ez az idő elfogadható mértékben csökkenthető; a kitörésgátló zárási ideje, ami a zárókar zárt helyzetbe rakásától a kitörésgátló teljes zárásáig telik el. A hidraulikus záró vezetékek átmérőjének megfelelő megválasztásával ez az idő szintén csökkenthető; a kemény vagy lágy kútlezárási módszer alkalmazása.

56 Federer Imre 1. ábra. A beáramlás mértékének változása és a kialakuló nyomáslökés kapcsolata Jelentős tényező lehet a fúrás során alkalmazott iszapsűrűség nagysága is. A 2. ábrán látható, hogy ugyanazon kútviszonyok mellett, az iszapsűrűség növekedése közel lineáris mértékben növeli a kútlezáráskor kialakuló nyomáslökés nagyságát. Az iszapsűrűség változtatásával azonban lényegesen nem befolyásolhatjuk a kútlezárás körülményeit, mivel az iszapsűrűség a formáció nyomás által meghatározott. A kútlezáráskor kialakuló nyomásokat a zárási idő jelentős mértékben befolyásolja. A 3. ábrán látható, hogy már 5 sec kútlezárási idő mellett a záró nyomásnövekedés a maximális érték közelében van. Viszont a kitörésgátló zárási idejének kismértékű növelésével már az jelentős mértékben csökken. A kitörésgátló zárási ideje nagymértékben függ a zárást végző hidraulikus akkumulátor egység geometriai és nyomásviszonyainak megfelelő megválasztásától. Jó tervezéssel optimális zárási idő beállítható, ami esetünkben 8 10 sec.

Kútlezárási módszerek vizsgálata szénhidrogén és geometrikus kutatkban 57 2. ábra. Az iszap sűrűségének változása és a kialakuló nyomáslökés kapcsolata A különböző kútmélység is jelentős kútlezárási nyomásalakító tényező. A 4. ábrán látható, hogy változatlan kútviszonyok mellett egy 6000 m mély kút estén lényegesen nagyobb kútlezárási nyomástöbblet jelentkezik mint egy 1000 m-es kút lezárásakor. A nyomásnövekedés különösen kedvezőtlen akkor, ha a kitörésgátló az általában alkalmazott 10 sec alatt bezár. Mély kutak esetén javasolt a hidraulikus akkumulátor egység oly módon való átalakítása, hogy a kitörésgátló zárási ideje a szokásos 10 12 sec helyett érje el a 15 20 sec-ot. Tekintettel arra, hogy az első nyomáscsúcsot a visszatérő nyomáshullám hozza létre, megvizsgáltuk, hogy az milyen hatással van a felszínen kialakuló kútfejnyomásra. A kitörésgátló lezárásakor kialakuló felszíni nyomást mutatja az 5. ábra. A kút lezáráskor a zárt nyomás emelkedése a formáció áteresztőképességétől függően 5 10 percig is eltarthat. A visszatérő nyomáshullám már néhány másodperc múlva jelentkezik és hozza létre a felszínen jelentkező nyomáscsúcsot. Az így keletkező nyomásnövekedés minden esetben a nyomás emelkedési görbe kezdeti szakaszán jelentkezik.

58 Federer Imre 3. ábra. A kitörésgátló zárási idejének változása és a kialakuló nyomáslökés kapcsolata Mivel a kútlezárás lépései szerint a kemény kútlezárás esetén a kitörésgátló zárása után nyitják a hidraulikus tolózárat ezért csak néhány másodperccel később figyelhető meg béléscsőnyomás alakulása, ekkorra már az első és legnagyobb nyomáslökés hatása a nyomásmérőn nem látható. A gyakorlatban tehát ez a nyomásváltozás nem mérhető, ettől azonban jelen van. A legtöbb esetben az így kialakult nyomáscsúcs kisebb mint a kút lezárása után kialakuló zárt nyomás. Tehát a kút integritására veszélytelen. Kivételt képeznek azok az esetek, amikor nagy sűrűségű fúróiszapot alkalmaznak mély kútban, a formáció jó áteresztőképességű és a kitörésgátló zárási ideje kicsi. Ekkor alakulhat ki a kútlezáráskor olyan nyomáscsúcs, ami a kútintegritás elvesztéséhez vezethet. 4. ábra. A kitörésgátló zárási idejének változása és a kialakuló nyomáslökés kapcsolata különböző mélységű kutak esetén

Kútlezárási módszerek vizsgálata szénhidrogén és geometrikus kutatkban 59 Következtetések A kútlezáráskor kialakuló nyomáslökések nem elhanyagolható mértékűek de a gyakorlat számára jelentős problémát nem okoznak, ezért a kemény kútlezárás probléma nélkül alkalmazható. A lágy kútlezáráskor a fúrólyukba belépő nagyobb mennyiségű rétegfluidum következtében a lyukegyensúly-helyreállítás során nagyobb felszíni és béléscső saru nyomást ad, ami kedvezőtlenebb nyomásviszonyokat eredményezhet, mint a kemény kútlezáráskor kialakuló nyomáslökés. Azokban az esetekben, amikor nagy sűrűségű fúróiszapot alkalmaznak mély kútban, az áteresztőképesség nagy, a lyuktalpi nyomáskülönbség nagy és a kitörésgátló zárási ideje kicsi, a kútlezáráskor kialakuló jelentős mértékű nyomásnövekedés a kútintegritás elvesztéséhez vezethet. 5. ábra. A kialakuló nyomáshullám és a kút lezárását követő nyomásemelkedés kapcsolata Köszönetnyilvánítás,,A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű project részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

60 Federer Imre IRODALOMJEGYZÉK [1] Grace, R.: Good Shut-in Procedures Optimize Pressure Control. Oil & Gas Journal, Vol. 8, 1983, 130 131. p. [2] Jardine, S. I. Johnson, A. B. White, D. B. Stibbs, William: Hard or Soft Shut. In Which Is the Best Approach?. SPE/lADC 25712, 1993, 359 369. p. [3] Nickens, H. V.: A Dynamic Computer Model of a Kicking Well. (SPE 14187) Las Vegas, Nevada, 1985, Society of Petroleum Engineers, 159 173. p. [4] Pattantyús-Ábrahám Géza: Gyakorlati áramlástan. Budapest, 1959, Tankönyvkiadó. [5] Hwang, Ned H. C. Robert J. Houghtalen: Fundamentals of Hydraulic Engineering Systems. 3ed., Prentice Hall, 1996. [6] Daugherty, R. L. Franzini, J. B. Finnemore, E. J.: Fluid Mechanics with Engineering Applications, McGraw-Hill Book Company, 1989. [7] Recommended Practices for Blowout Prevention Equipment Systems for Drilling Wells, API Recommended Practice 53, Houston TX, American Petroleum Institute, 1997, Third Edition.