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
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
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 256.0 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 0.125 szemcseméretü homok Finom homok (szemcsevázú) Finomkristályos 0.062 Nagyon finom homok Nagyon finomkristályos 0.031 Durva aleurolit Durva mikrokristályos 0.016 Közepes aleurolit Közép mikrokristályos 0.008 Finom aleurolit Kalcilutit/ Finom mikrokristályos 0.004 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
- 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, 2005.12.11) 34
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
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
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
SZAKASZ RÉTEGSOR 1995-2109 m HOMOKKŐ.alárendelten vékony ALEUROL1T csíkokkal. Csongrád-Dél-1/1 (177426-177434) Homokkő: világosszürke (N7), finom-aprószemü, lekerekített, köz. osztályozott, laza. Vs. 480-594 m AJettrolit: közepesen világosszürke (N6), puha, kenhető, agyagos. 1995-2012 és 2018-2086 m között: FLD: sárgásfehér, gyenge, tűpontos, FIX": lassú-nagyon lassú,sárgásfehér, kiömlő, Éter: halvány szalmasárga-szintelen, de UV alatt +, 2086-2109 m között: FLI):++,élénk sárgésfehér.fbltos-peuyes, FLC: lassú, Éter: halvány szalmasárga 2109-2142 m (1774.34 1775.25) Vs:594-627m 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. 2109-2124 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. 2002. Szolnok. www.geoservices.com, 2005.12.11. 38