1. Umiejscowienie otworu wiertniczego

Otwór wiertniczy położony jest w południowej części Zapadliska Przedkarpackiego w rejonie antykliny rymanowskiej. Został on umiejscowiony w miejscowości Lubatowa gmina Iwonicz Zdrój, powiat krośnieński, województwo Podkarpackie.

Położenie geograficzne: Lubatowa E 39^o N 23^o

2. Przeznaczenie otworu

W wyniku prac geofizycznych, stwierdzono że na głębokości około1750 metrów zalegają warstwy piaskowców, w których w wyniku istnienia naturalnej pułapki nastąpiło nagromadzenie węglowodorów. Tak więc otwór przeznaczony jest do celów poszukiwawczo-rozpoznawczych.

3. Założenia projektowe

Przewidywana głębokość wiercenia 1805 metrów, średnica nominalna ostatniej kolumny rur okładzinowych 0,245 metra.

4. Profil litologiczny

L.p.	Interwał [m]	Stratygrafia	Litologia	Miąższość [m]	Gęstość [g/cm^3]
1	0 - 50	czwartorzęd	Piaski, gliny	50	1,7
2	50 - 1000	pliocen	łupki ilaste	950	2,01
3	1000 - 1350	pliocen	margle	350	2,3
4	1350 - 1500	miocen	piaskowce ciężkowicki	750	2,4

5. Konstrukcja otworu - orurowanie.

Schemat orurowania otworu wiertniczego został ustalony w następujący sposób:

• kolumna wstępna

13 3/8^''(D_z=0,3397m.,d_w=0,3315m.), kolumna ta została zapuszczona do głębokości 30 metrów,

• kolumna prowadnikowa

9 5/8^''(D_z=0,2445m.,d_w=0,2169m), kolumna ta została zapuszczona do głębokości 900 metrów,

• kolumna techniczna

5 1/2^''(D_z=0,1397m.,d_w=0,157m), kolumna ta została zapuszczona do głębokości 1500 metrów. Kolumna ta posiada 4 grubości ścianek, czyli 4 różne średnice wewnętrzne.

6. Dobór świdra

L.p.	Interwał [m]	Średnica świdra [cale] [m]	Typ	Producent
1	0 - 30	17 ^1/4 ^`' 0,438	S	GLINIK
2	0 - 900	12 ^1/8'' 0,308	T	SECURITY
3	0 - 1500	8 ^3/8^''0,216	?	SECURITY

7. Obliczenie gęstości płuczki wiertniczej

Gęstość płuczki uzależniona jest od ciśnienia złożowego P_zł , które określone jest wzorem:

H - głębokość otworu

ρ - gęstość wody

g - przyspieszenie ziemskie

P_zł = 14,68 [MPa]

Ciśnienie górotworu

h_i - miąższość warstwy

ρ_sk - gęstość skały

g - przyspieszenie ziemskie

P_g = 31 [MPa]

Drugą wartością ograniczającą gęstość płuczki jest ciśnienie szczelinowania P_sz, które określone jest wzorem:

P_sz = P_zł + 2/3 (P_g-P_zł)

P_g - ciśnienie górotworu

P_zł- ciśnienie złożowe

P_sz = 25,58 [MPa]

Gęstość płuczki wiertniczej powinna zawierać się w granicach:

Minimalna gęstość płuczki

ρ_min=999,7 [kg/m³]

Maksymalna gęstość płuczki

ρ_max=1737 [kg/m³]

Ze względu na warunki geologiczne dowiercanego horyzontu ropno-gazowego gęstość płuczki określam na poziomie 1200 kg/m³.

Płuczka ta jest płuczką polimerowo-potasową o następujących składnikach:

• polimer XC (środek zagęszczajacy)

• skrobia kukurydziana (środek obniżający filtracje)

• paraformaldehyd (środek bakteriobójczy)

• polianionowa celuloza (środek obniżający filtrację)

• KCl inhibitor pęcznienia iłów

• KOH środek regulujący filtrację.

8. Obliczenie kolumny technicznej rur okładzinowych o średnicy 5 ¹/₂^'' zapuszczonych do głębokości 1500 metrów, złączki o okrągłym długim gwincie. Gatunek stali L-80, ciśnienie zgniatające, siłę rozluźniającą połączenie gwintowe, ciśnienie wewnętrzne obliczono według wzorów API i wyniki zestawiono w tabeli:

Numer grubości ścianki	Grubość ścianki [mm]	Powierzchnia przekroju [cm^2]	Ciężar 1 mb. rur q [N]	Ciśnienie zgniatające Pzg [at]	Wytrzymałość połączenia gwintowego Pmax 10^3[kN] ?	Wytrzy. na ciśnienie wew. [MPa] ?
3	7,72	?	25,3	53,3	1503	35,4
2	9,17	?	29,8	60,9	1850	63,4
1	10,54	?	34,3	76,9	2175	68,1

1. Obliczam dopuszczalną głębokość zapuszczenia rur dla poszczególnych grubości ścianek H_d

Dla grubości ścianki 7,72 mm., ciśnienia zgniatającego 543 at, gęstości płuczki 1,20 g/cm³, współczynnika n=1,2

Dla grubości ścianki 9,17 mm., ciśnienia zgniatającego 621 at, gęstości płuczki 1,20 g/cm³, współczynnika n=1,2

Dla grubości ścianki 10,54 mm., ciśnienia zgniatającego 784 at, gęstości płuczki 1,20 g/cm³, współczynnika n=1,2

2. Obliczam długość poszczególnych odcinków rur okładzinowych z uwagi na ciśnienie zgniatające h₁ :

Dla grubości ścianki 7,72 mm.

h₁=H_d1-H_d2 = 496 m

Dla grubości ścianki 9,17 mm.

h₂=H_d2-H_d3 = 325 m

Dla grubości ścianki 10,54 mm.

h₃=H_d3-H_d4 = 679 m

3) Sprawdzenie kolumny rur okładzinowych ze względu na siłę rozluźniającą połączenie gwintowe. Sprawdzenie to polega na wyznaczeniu odcinków rur o danej grubości ścianki i porównaniu ich z odcinkami na dopuszczalne zapuszczenie rur (ze względu na ciśnienie zgniatające-zewnętrzne). W przypadku gdy odległość ta (na rozciąganie) jest mniejsza od poprzedniej skracamy dany odcinek, następny zaś liczymy dla większej grubości ścianki. Obliczenia rozpoczynamy od 2 sekcji.

Obliczam długości odcinków rur z uwagi na siłę rozluźniającą

gdzie:

P_max- siła rozluźniająca połączenie gwintowe dla danej grubości ścianki

k = 1,7

Q- ciężar danej sekcji rur, Q = h * q

q- ciężar 1 metra bieżącego rur okładzinowych

Długość drugiej sekcji wyniosła:

Ponieważ uzyskana wartość h^'₂>h₂ przyjmujemy długość drugiej sekcji równą h₂, tj. h₂=325

Długość trzeciej sekcji wyniosła:

Ponieważ uzyskana wartość h^'₃>h₃ przyjmujemy długość trzeciej sekcji równą h₃, tj. h₃=495,9

Powyższe wyniki ujęto w tabeli oraz na rysunku

GłęBOKOŚĆ OTWORU W [m]	GRUBOŚĆ ŚCIANKI RUR [MM]	DŁUGOŚĆ SEKCJI RUR O DANEJ GRUBOŚCI ŚCIANKI [M]	CIĘŻAR SEKCJI RUR W [Kg]
0 - 679	10,54	679	23293 ?
679 - 1004	9,17	325	9685 ?
1004 - 1500	7,72	496	12546 ?

Sprawdzenie kolumny rur okładzinowych na ciśnienie wewnętrzne mogące wystąpić wewnątrz kolumny podczas cementowania lub w czasie dowiercania złóż gazu i ropy obliczamy ze wzoru:

gdzie :

S - grubość ścianki 7,72 [mm]

R_e - granica plastyczności 550 [MPa]

D_z - średnica zewnętrzna rur okładzinowych 0,1397 [mm]

P_kr = 60 [MPa]

9. Dobór świdra oraz obliczenie wytrzymałości obciążników i rur płuczkowych.

?

Do wywiercenia ostatniego odcinka otworu wiertniczego wybrano świder firmy Security. Jest to świder słupkowy typu S82F-? o obrotach maksymalnych 175 obr/min, średnicy zewnętrznej 8 ³/₈^'' oraz nacisku osiowym Q_j = 140 N/mm.

Przeliczenie nacisku jednostkowego na nacisk przypadający na średnice świdra Q:

Q = Q_j * D_św = 26500 [N]

Dobór obciążników

Są to obciążniki gładkie, gwint z wtoczenie obciążającym

Średnica zewnętrzna obciążników

d_z=177,8 mm

Średnica wewnętrzna obciążników

d_w=71,4 mm

Ciężar jednostkowy obciążników

q_j=174,1 kg/m.

Ciężar jednostkowy obciążników w płuczce

- gęstość płuczki

- gęstość stali

q_j - ciężar obciążników

g - przyspieszenie ziemskie

q_p=1434,6 N/m

Ciężar obciążników uwzględniający nacisk na świder oraz współczynnik usztywnienia rur

Q^' = Q * k

k -

Q^' = 33125 [N]

Długość obciążników

L'=23,1 m.

Liczba obciążników

n_o= 4

Długość obciążników

L= 24 m.

Obliczanie mocy stołu wiertniczego

Określenie całkowitej mocy przenoszonej przez przewód

Moc wymagana do zwiercania skały

n - obroty

k=1,4

Q - nacisk

D_o - średnica otworu

N₁=67425,8 [W]

Moc związana z tarciem przewodu o ścianę

Kąt odchylenia otworu α=4˚

Współczynnik skrzywienia otworu c=27,8*10^-5

N₂=63810,5 [W]

Moc stołu wiertniczego

N=99767 [W] ?

Określenie strumienia objętości płuczki W

• prędkość wynoszenia zwiercin wynosi v_w= 1,5 m/s

• prędkość opadania zwiercin v_o= 0,06 m/s

• współczynnik e = 1,2

• prędkość przepływu płuczki v_p = 1,572 m/s

• pole przekroju poprzecznego w miejscu o największym prześwicie pierścieniowym A = 0,0184 m²

W = v_p*A

W = 0,072

Dobór rur płuczkowych

Wybrane rury płuczkowe wykonane są ze stali E i dla średnicy zewnętrznej 4^''(D_z= 101,6 mm) posiadają dwie grubości ścianek 6,65 (d_w= 88,3mm) i 8,38 (d_w =84,8 mm.)

Określenie ciśnienia płuczki w otworze

μ- lepkość wody w temp. 20˚C

W- strumień objętości płuczki

ρ- gęstość płuczki

L- głębokość otworu

p=6,5 MPa

Ze względu na fakt występowania mniejszych obciążeń nad obciążnikami obliczenia rur płuczkowych zaczynamy dla mniejszej grubości ścianki.

• pole przekroju poprzecznego rur o grubości ścianki 6,65 mm

F = 19,8*10^-4 [m²]

- wskaźnik przekroju poprzecznego rur płuczkowych na skręcanie

W_s = 88,4*10^-6 [m³]

• moment skręcający przewód wiertniczy M

M = 7637,7 [Nm] ?

Technologiczna obciążalność rur

F- pole przekroju

Re- granica plastyczności R_e= 539,37 MPa

b- grubość ścianki rury płuczkowej

Q = 1068777,7 [N]

Dopuszczalna obciążalność

k- współczynnik bezpieczeństwa (1,15 - 1,55)

Q_dop= 712516,5 [N]

Ciężar obciążników w płuczce

P_obc= 3509,8 [N]

Dopuszczalna długość kolumny rur płuczkowych

P_obc- ciężar obciążników w płuczce

q_p- ciężar jednostkowy rur płuczkowych w płuczce

s - współczynnik bezpieczeństwa (1,25 - 1,60)

L_dop=2708,2 [m].

10.Cementowanie rur okładzinowych

Zabieg cementowania został przeprowadzony dla ostatniej kolumny rur okładzinowych. Jest to cementowanie do wierzchu.

Objętość zaczynu cementowego potrzebnego do zacementowania zarurowanego odcinka otworu

D_w2k- średnica wewnętrzna 2 kolumny

D_k- średnica zewnętrzna kolumny cementowanej

L₂- długość drugiej kolumny

V_z1 = 7,02 [m³]

Objętość zaczynu cementowego potrzebnego do zacementowania przewierconego odcinka otworu

V_z2 = 23,7m³

Objętość zaczynu cementowego potrzebnego do wykonania korka w rurach okładzinowych L_k = 20 m

V_z3 = 0,38 m³

Objętość zaczynu cementowego potrzebnego do zacementowania przewiertu H^' = 5 m

V_z4 = 0,17 [m³]

Całkowita ilość zaczynu cementowego potrzebnego do zacementowania całej kolumny wynosi:

V_zc = 31,27 [m³]

Gęstość zaczynu cementowego

w- współczynnik wodno cementowy (w=0,5)

ρ_c- gęstość cementu 1869 kg/m³

ρ_w- gęstość wody 1000 kg/m³

ρ_z=1449kg/m³

Masa suchego cementu potrzebna do sporządzenia obliczonej objętości zaczynu

r- współczynnik uwzględniający straty cementu w czasie transportu r=1,04

M_c= 31415,1 [kg]

Masa i objętość cieczy zarobowej

M_w = 17278,3 [kg]

V = 17,27 [m³]

Objętość przybitki potrzebnej do wytłoczenia zaczynu cementowego poza kolumnę eksploatacyjną

V_pp = 0,785 (D²_w l₁+D²_w2 l₂+D²_w3 l₃+D²_w4 l₄)

V_pp= 17 [m³]

Wymagany strumień objętości tłoczenia pomp agregatu cementacyjnego zapewniający prędkość przepływu zaczynu cementowego w przestrzeni pierścieniowej otworu v_zc = 1,65 m/s

Powierzchnia przekroju poprzecznego przestrzeni pierścieniowej

L- długość kolumny cementowanej

V_k -objętość korka wewnątrz ostatniej kolumny

V_k = 0,39 [m³]

Wtedy

F_pp = 0,0205 [m²]

Wobec tego wymagany strumień wynosi

Q_z = F_pp* v_zc

Q_z = 0,034 [m³/s]

Maksymalne ciśnienie w głowicy cementacyjnej przy końcu tłoczenia.

Ciśnienie potrzebne do pokonania oporów przepływu cieczy wiertniczych wewnątrz kolumny rur okładzinowych

D_sw - średnia ważona wewnętrznej średnicy rur okładzinowych

ρ_p- gęstość płuczki

L- długość kolumny

λ_p- współczynnik strat na tarcie płuczki 0,02

D_ws = 0,121 [m] ?

Czyli:

P_opw = 0,1 [MPa]

Ciśnienie potrzebne do pokonania oporów przepływu cieczy wiertniczych w przestrzeni pierścieniowej

λ_z- współczynnik strat na tarcie zaczynu cementowego 0,035

D_w- średnia ważona średnicy wewnętrznej rur okładzinowych

D_w = 0,121 [m]

P_opp = 0,72 [MPa]

Ciśnienie potrzebne do pokonania ciśnień hydrostatycznych wynikających z różnic ciężarów zaczynu cementowego i płuczki wiertniczej poza uszczelnianą kolumną i wewnątrz jej.

P_h = 3,6 MPa

Maksymalne ciśnienie w głowicy cementacyjnej

P_max = 5,52 [MPa]

Do cementowania użyto agregatu cementacyjnego typu 3CA-400, symbol pompy tłokowej użytej w tym agregacie 10T.

Jest to agregat produkcji radzieckiej używany w polskim górnictwie naftowym. W celu zyskania wymaganego strumienia objętości tłoczenia zaczynu cementowego (Q=0,0471 m³/s) należy zaczyn cementowy zatłaczać przy III prędkości pracy agregatu cementacyjnego (q=0,0142 m³/s, p=17,85 MPa). Liczba agregatów cementacyjnych potrzebnych do wykonania zabiegu wynosi 4, przy 3 pojemnikach cementacyjnych każdy po 14,5 m³.

Dobór urządzenia wiertniczego

Do wiercenia otworu zastosowana została wiertnica 4LD produkcji rumuńskiej.

Parametry techniczne:

- wieżomaszt typ TMA-200

- udźwig znamionowy 150 ton, udźwig krótkotrwały 185 ton

- wysokość mostka 26,2 metra

- ciężar 38 ton

- wyciąg wiertniczy TF-21 (jedno bębnowy)

- prędkość podnoszenia haka przy maksymalnym obciążeniu 0,23 m/s

- wymiar między podstawami nóg 7,4 metra

- hamulec mechaniczny wyposażony w dwa wieńce o wymiarach 1195 mm., na 125 mm

- hamulec hydrauliczny o ciężarze 3,11 tony

- liczba przełożeń wyciągu 6

- stół wiertniczy typ MR, obciążenie robocze 150 ton, krótkotrwałe 250 ton, maksymalna liczba obrotów 400 obr/min, napęd wał Cardana

- głowica płuczkowa CH-200, udźwig 200 ton, ciężar 1,9 tony

- pompy płuczkowe 4 sztuki, typ 2PN- 1020

- maksymalna głębokość wiercenia 3100 metrów.

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA

W KRAKOWIE

Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu

Projekt

Otwór poszukiwawczo- rozpoznawczy

Wykonał:

Michał Jasiurkowski

Specjalność:

Gazownictwo

rok III

---