Regulacja gęstości płuczki
wiertniczej
Opracowała:
mgr inż. Angelika Druzgała
Regulacja gęstości płuczki
wiertniczej
Opracowała:
mgr inż. Angelika Druzgała
Płuczka
Płuczka wiertnicza wywiera istotny wpływ na wszystkie
operacje technologiczne w czasie wiercenia otworów i
dowiercania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego. Płuczka
wiertnicza w otworze powinna spełniać obecnie wiele zadań,
mających związek z jej określonymi właściwościami. Wyróżnia
się następujące zadania płuczek:
Zadania płuczki:
• oczyszczanie dna otworu ze zwiercin i ich transport na
powierzchnię,
• równoważenie ciśnienia górotworu i kontrola ciśnienia
złożowego,
• utrzymywanie stałych komponentów płuczki i zwiercin w
stanie zawieszenia w czasie przerw w krążeniu płuczki i
łatwe oddzielanie zwiercin w systemie oczyszczania,
• utrzymanie stabilności ściany otworu,
Zadania płuczki:
• chłodzenie, smarowanie i wpływ na obniżenie ciężaru
przewodu wiertniczego,
• przenoszenie energii hydraulicznej na świder,
• kontrola korozji,
• minimalizowanie szkodliwego wpływu na środowisko
naturalne.
Regulacja gęstości płuczki wiertniczej
Celem regulacji ciśnienia hydrostatycznego przeciwdziałającego
ciśnieniu złożowemu i geostatycznemu do płuczki wiertniczej dodaje
się materiałów obciążających. Proces ten nazywa się procesem
regulacji gęstości płuczki wiertniczej
.
Podział materiałów obciążających
Gęstość materiału obciążającego jest jednym z głównych
wskaźników jego jakości, gdyż od wartości gęstości uzależniona
jest zawartość fazy stałej w płuczce wiertniczej, jej właściwości
reologiczne oraz wskaźniki wiercenia otworu.
W zależności od gęstości, materiały obciążające dzielą się na 3
grupy:
Podział materiałów obciążających
a) materiały o małej gęstości (2,6 – 2,9 Mg/m
3
), do których należą
węglanowe materiały obciążające, takie jak: wapień, kreda, margiel,
marmur i inne;
b) materiały o średniej gęstości (3,8 – 5,0 Mg/m
3
), do których zaliczane
są: baryt, ilmenit, koncentraty rud żelaza o zawartości żelaza 45 – 55%
i inne;
c) materiały o dużej gęstości (5,0 – 7,0 Mg/m
3
), takie jak: koncentraty
rud ołowiowych, magnetyt i hematyt o zawartości żelaza ponad 70%,
rudy żelazowo-arsenowe i inne.
Symbolika
Oznaczenia stosowane podczas obciążania płuczek wiertniczych:
•M
1
– Masa płuczki wiertniczej przed obciążeniem, [kg];
•V
1
– Objętość płuczki wiertniczej przed obciążeniem, [m
3
];
•ρ
1
– Gęstość płuczki wiertniczej przed obciążeniem, [kg/m
3
];
•M
0
– Masa materiału obciążającego, [kg];
•V
0
– Objętość materiału obciążającego, [m
3
];
•ρ
0
– Gęstość materiału obciążającego, [kg/m
3
];
•M
2
– Masa płuczki wiertniczej po obciążeniu, [kg];
•V
2
– Objętość płuczki wiertniczej po obciążeniu, [m
3
];
•ρ
2
– Gęstość płuczki wiertniczej po obciążeniu, [kg/m
3
];
Podstawowe zależności
• Gęstość płuczki wiertniczej przed obciążeniem ρ
1
[kg/m
3
];
• Gęstość materiału obciążającego ρ
0
[kg/m
3
];
• Gęstość płuczki wiertniczej po obciążeniu ρ
2
[kg/m
3
];
3
m
kg
1
1
1
V
m
ρ
3
m
kg
o
o
o
V
m
ρ
3
m
kg
2
2
2
V
m
ρ
(1)
(2)
(3)
Podstawowe zależności
• Masa płuczki obciążonej m
2
[kg];
• Objętość płuczki obciążonej
V
2
[m
3
];
• Gęstość płuczki wiertniczej po obciążeniu ρ
2
[kg/m
3
];
kg
o
1
2
m
m
m
3
m
o
1
2
V
V
V
3
m
kg
o
1
o
1
2
V
V
m
m
ρ
(4)
(5)
(6)
Obliczanie objętości płuczki obciążonej
• Objętość płuczki wiertniczej po obciążeniu V
2
[m
3
]:
Mając dane gęstość materiału obciążającego, objętość płuczki przed
obciążeniem, masę użytego materiału obciążającego materiału
obciążającego
Mając dane gęstość płuczki przed obciążeniem, gęstość materiału
obciążającego, masę płuczki przed obciążeniem, masę użytego materiału
obciążającego
o
o
1
2
ρ
m
V
V
o
o
1
1
2
ρ
m
ρ
m
V
(7)
(8)
Obliczanie gęstości płuczki obciążonej
• Gęstość płuczki wiertniczej po obciążeniu ρ
2
[kg/m
3
]:
Mając dane gęstość płuczki przed obciążeniem, gęstość materiału
obciążającego, objętość płuczki przed obciążeniem, objętość materiału
obciążającego
Mając dane gęstość płuczki przed obciążeniem, gęstość materiału
obciążającego, objętość płuczki przed obciążeniem, masę użytego
materiału obciążającego
o
1
o
o
1
1
2
V
V
V
ρ
V
ρ
ρ
o
o
1
o
1
1
2
ρ
m
V
m
ρ
V
ρ
(10)
(9)
Obliczanie objętości materiału obciążającego
użytego do obciążenia płuczki
Masa materiału obciążającego V
o
[m
3
] znając objętość płuczki przed
obciążeniem, gęstość materiału obciążającego, gęstość płuczki przed
obciążeniem,
gęstość
płuczki
po
obciążeniu.
Do wzoru (4) podstawiamy przekształcone wzory (1), (2) i (3)
Do wzoru (11) podstawiamy wzór (5)
o
1
2
m
m
m
(4)
(11)
0
1
1
2
2
0
V
V
V
ρ
0
0
1
1
1
2
)
(
V
V
V
V
ρ
o
(12)
Obliczanie
objętości
materiału
obciążającego użytego do obciążenia
płuczki
Objętość materiału obciążającego V
o
[m
3
] znając objętość płuczki przed
obciążeniem, gęstość materiału obciążającego, gęstość płuczki przed
obciążeniem,
gęstość
płuczki
po
obciążeniu
Przekształcając wzór (12) otrzymano:
(13)
o
2
2
1
1
o
ρ
ρ
ρ
ρ
V
V
Obliczanie masy materiału obciążającego
użytego do obciążenia płuczki
Masa materiału obciążającego m
o
[kg/m
3
] znając objętość płuczki przed
obciążeniem, gęstość materiału obciążającego, gęstość płuczki przed
obciążeniem,
gęstość
płuczki
po
obciążeniu.
Podstawiając do wzoru (13) przekształcony wzór (2) otrzymano:
(14)
o
2
2
1
o
1
o
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
V
m
Obliczanie objętości płuczki przed
obciążeniem
Objętość płuczki przed obciążeniem V
1
[m
3
] znając objętość płuczki po
obciążeniu, gęstość materiału obciążającego, gęstość płuczki przed obciążeniem,
gęstość
płuczki
po
obciążeniu
Przekształcając wzór (4) otrzymano:
Podstawiając do wzoru (15) wzór (5) oraz przekształcony wzór (1) i (3)
otrzymano:
(15)
1
2
m
m
m
o
2
2
1
1
1
2
0
ρ
V
ρ
V
)
V
V
(
ρ
(16)
Obliczanie objętości płuczki przed
obciążeniem
Objętość płuczki przed obciążeniem V
1
[m
3
] znając objętość płuczki po
obciążeniu, gęstość materiału obciążającego, gęstość płuczki przed obciążeniem,
gęstość
płuczki
po
obciążeniu.
Przekształcając wzór (16) otrzymano:
(17)
o
1
o
2
2
1
ρ
ρ
)
ρ
ρ
(
V
V
Zadanie 1
Oblicz masę materiału obciążającego mając do dyspozycji 1 m
3
płuczki przed
obciążeniem, wiedząc że:
- gęstość płuczki wiertniczej przeznaczonej do obciążenia = 1200 [kg/m
3
],
- wymagana gęstość płuczki wiertniczej po obciążeniu = 1600 [kg/m
3
],
- gęstość materiału obciążającego płuczkę wiertniczą = 4200 [kg/m
3
],
Zadanie 1
]
[
646
4200
1600
1600
1200
4200
1
kg
m
o
o
2
2
1
o
1
o
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
V
m
Zadanie 2
Oblicz objętość solanki mając do dyspozycji 1 m
3
płuczki przed obciążeniem,
wiedząc że:
- gęstość płuczki wiertniczej przeznaczonej do obciążenia = 1200 [kg/m
3
],
- wymagana gęstość płuczki wiertniczej po obciążeniu = 1400 [kg/m
3
],
- gęstość dodawanej solanki = 2000 [kg/m
3
],
Zadanie 2
]
m
[
333
,
0
2000
1400
1400
1200
1
V
3
o
o
2
2
1
1
o
ρ
ρ
ρ
ρ
V
V
Zadanie 3
Oblicz gęstość płuczki jaką uzyska się po dodaniu 800 kg hematytu o gęstości
6000 kg/m
3
do 12 m
3
płuczki o gęstości 1400 kg/m
3
.
Zadanie 3
]
m
/
kg
[
1450
6000
800
12
800
1400
12
ρ
3
2
o
o
1
o
1
1
2
ρ
m
V
m
ρ
V
ρ
Zadanie 4
Oblicz gęstość płuczki jaką uzyska się po dodaniu 4 m
3
płuczki o gęstości 1050
kg/m
3
do
20 m
3
płuczki o gęstości 1500 kg/m
3
.
-
Zadanie 4
]
m
/
kg
[
1425
4
20
1050
4
1500
20
ρ
3
2
o
1
o
o
1
1
2
V
V
ρ
V
ρ
V
ρ
Zadanie 5
Oblicz objętość płuczki przeznaczonej do obciążenia, jeśli po dodaniu kredy o gęstości
2300 kg/m
3
uzyskano 14,35 m
3
płuczki o gęstości 1300 kg/m
3
. Gęstość płuczki przed
obciążeniem 1100 kg/m
3
.
Zadanie 5
]
[
958
,
11
2300
1100
)
2300
1300
(
35
,
14
3
1
m
V
o
1
o
2
2
1
ρ
ρ
)
ρ
ρ
(
V
V