10b. Průzkum na ropu a plyn - 2
Strategie a fáze
Vyhledávací průzkum ... Těžební průzkum
Metody
1. Seismický průzkum
2. Gravimetrie a další geofyzika
3. Vrty - průzkumné (karotáž, úlomky,jádra)
- úspěšnost 10-15 %
- těžební - úspěšnost 80 %
Gravimetrie - mapy Bougerových anomálií
Sedlák et al. 2000
Gravimetrie - mapa horizontálních gradientů a hustoty
Sedlák et al. 2000
Maxima
horiyontálních
gradientů zobrazují
polohu zlomů
modré =
lehké hmoty
červené =
těžké hmoty
krystalinika
Gravimetrie - mapy Bougerových anomálií
Jihovýchodní okraj
Českého masívu
karpatská
předhlubeň
flyšové
pásmo
vídeňská
pánev
Malé
Karpaty
Gravimetrie
zobrazuje
morfologii
krystalinického
podloží
sedimentárních
pánví a
tektonické linie
Sedlák et al. 2003
Vrty a vrtání – v minulosti
•Dobývání z vyhloubených studní a šachet
•Nebezpečí hromadění naftových plynů (H2S)
Naftový vrt
Na jižní Moravě je
vyvrtáno necelých
4000 vrtů hlubších
než 1 km
do 1 km - 35 mil Kč
do 2 km - 80 mil Kč
do 3 km - 150 mil Kč
V
http://www.petroleum.cz/ropa/vrty-vrtani.aspx
Hlavní části vrtu
Exkurze na vrt Žižkov-30 (MND)
30
Exkurze na vrt Žižkov-30 (MND)
Hadice
Separace
výplachových
úlomků
Vrtný
výplach
Zachycený kal
Stěny vrtu se zabezpečují
ocelovými rourami pažnicemi
Z počátku se vrtá velkým
průměrem a zapaží se
řídící a úvodní kolona, která
překrývá méně zpevněných,
propustné horniny a
vodonosné horizonty. Její pata
bývá usazena v pevných
horninách, aby na ni mohlo
být na ústí vrtu namontováno
protierupční zařízení.
Do zapažené a
zacementované pažnicové se
zapustí dláto menšího
průměru a hloubení vrtu
pokračuje pod patou předešlé
kolony.
Konstrukce vrtu
Vrtná dláta
Směr výplachu do vrtu
Směr výplachu z vrtu podél stěn vrtu
Práce vrtného dláta Vrtná korunka Roubíkové
valivé dláto
Zubové dláto PDC dláto Roubíkové
dláto
Věže a stožáry
- musí být pevné, nosné a mobilní
- nosnosti 50 – 680 t.
- boční zatížení větrem o rychlosti 150-195km/hod.
- montáž na samohybné mechanizmy a auta,
- jiné z dílů na pevné základy.
Vrátek
- zdvíhací systém
- otočný buben s navinutým ocelovým (kladkostroj)
lanem, navijáková hřídel s vijáky („špíla“)
- brzdový mechanismus, čili „brzda.“
Viják
- k tažení lana při utahování či povolování spojů
vrtných trubek a pohybu utahovacích kleští.
Kladkostroj a kladkostrojové lano
- ocelové lano spletené z ocelových drátků o
vysoké pevnosti.
Rotační stůl s unášečkou
Pažení zajišťuje stabilitu stěn vrtu
Nejvnitřnější – těžební kolona:
doprava těženého nebo vtláčeného média
(ropy či plynu).
Perforace = otvory v pažnicích umožňují
přítok ropy a plynu (vody)
Ochranný filtr = tvarovaný drát nebo písek
chrání před znečištěním těžební kolony
částicemi hornin.
Úhybové a orientované vrtání
moderní technologie - mnohem
účinnější než vertikální vrty
Nejhlubší součást vrtu
Karotážní
měření ve
vrtech
The EcoScope - vícefunkční
nástroj pro měření ložiskových
horizontů
porozita, sigma-, neutronová-,
akustická-(sonic), hustotní,
gamma-, caliper (napěťové pole)
• v kombinaci s měřením dynamiky
vrtání - nárazy, rychlost rotace,
inklinace, azimut
•Průběžné vyhodnocování na povrchu
Slouží k zjišťování typu provrtaných
vrstev a jejich nasycení.
Nejrozšířenější je elektrická karotáž,
následují radioaktivní a akustické
metody.
Určuje se litologicky profil vrtu,
kolektorské vlastnosti jako je jílovitost,
pórovitost, popřípadě propustnost a v
naftově geologickém průzkumu nasycení
uhlovodíky.
Pro technické účely se provádí řada
geofyzikálních měření jako inklinometrie
pro zjištění zakřivení vrtu, kavernometrie
pro určení průměru vrtu, teplotní a
akustická měření pro zjištění hlavy a
kvality cementu atd.
Karotážní měření ve vrtech
Preventer erupce - zařízení proti erupci plynu
Ústí vrtu
Ventily
preventeru
Shrnutí – Průzkum
1 - Povrchové, hlavně geofyzikální metody
Seismika
Gravimetrie
Magnetotelurika
2 - Povrchová geochemie (sniffing)
3 - Vrty (drahé) - řada speciálních měření
- testování horizontů (přítoky, kvalita
ropy a plynu)
Výplachová hlava Je namontována na konci vrtného nářadí,
které na ní visí na háku. Dovoluje, aby se kolona mohla otáčet a
umožňuje, aby výplach mohl procházet dovnitř rotující kolony
vrtného nářadí. K výplachové hlavě je připevněna výplachová
hadice, vrtné nářadí, vrtné trubky a zátěžky.
Unašečka Těsně pod výplachovou hlavou se nachází čtyř nebo
šestihranná unášecí tyč, neboli unašečka“. Touto tyčí je
přenášen rotační pohyb z rotačního stolu na celou kolonu
vrtného nářadí. Unašečky bývají obvykle 12m dlouhé
Rotační stůl Přenáší na vrtné nářadí rotační pohyb. Bývá
poháněn od hlavní převodové skříně převážně kardanem nebo
vlastním elektromotorem. Pokud se rotační stůl neotáčí, slouží
jako pracoviště při tažení a zapouštění nářadí. Unášecí vložky
jsou kuželovitě upraveny tak aby zde bylo možno usadit klíny.
Klíny představují nářadí na nějž je možno zavěsit celou kolonu
vrtného nářadí, především při nadstavování nebo odšroubování
vrtných tyčí, při zapouštění či tažení.
Spodní části vrtné soupravy
Preventr Je instalován na ústí vrtu. Je to sada speciálně
upravených šoupátek. Jsou-li uzavřena vytváří těsnění na ústí
vrtu, jež je odolné proti značně vysokým tlakům a tím zabraňují
výtoku kapalin nebo plynu z vrtu. Jsou upraveny tak, že ústí
vrtu utěsní I tehdy, jsou-li ve vrtu zapuštěny vrtné trubky. Lze
rozlišit dva typy preventrů : universální a čelisťové. Uzavření
vrtu preventrem představuje první krok, pro zajištění vrtu.
Následné obnovení vrtání po „umrtvení“ vrtu, což znamená, že
vrt musí být znovu zaplněn výplachem o správné měrné
hmotnosti. K tomuto účelu slouží série vysokotlakých šoupátek,
nazývaná tryskový manifold, jež je vždy instalována jako
nedílná součást protierupčního zařízení.
Preventr zařízení
proti nekontrolované erupci plynu
Vrtné nářadí- kolona vrtného nářadí se skládá z jednotlivých
vrtných trubek a z několika tlustostěnných trubek („zátěžek“).
Zátěžky jsou mnohem těžší než vrtné trubky a jsou vždy
používány na spodním konci kolony k tomu, aby vytvářely přítlak
na dláto. Jsou totiž opřeny o horní konec dláta a tlačí ho před
sebou do záběru s horninou. Zátěžka je od vrtné trubky
rozpoznatelná na první pohled tím, že po celé délce má stejný
vnější průměr, zatímco stejně dlouhá vrtná trubka se na obou
koncích vyznačuje krátkými zesílenými těly spojníků. Vrtné
trubky a zátěžky jsou zpravidla 9m dlouhé.
Výplachová čerpadla- „pumpy“ slouží k cirkulaci výplachu,
jejich úkolem je nasávat výplach z výplachových nádrží a tlačit je
výtlačným potrubím přes „stoják“, hadice, výplachovou hlavou
do vrtných trubek. Výplach prochází unášečkou, kolonou vrtných
trubek, zátěžkami, vysokou rychlostí projde tryskami v dlátě.
Přidružené komponenty
Vrtné nástroje (dláta a korunky). Vrtná dláta odštipují horninu v celém profilu,
vrtné korunky jen ve mezikruží tak, aby se do vrtného nářadí zasouval válec
horniny (jádro), který je následně s nářadím vytažen.
•Listová dláta se používala při nárazovém vrtání nebo vrtání v velmi měkých
horninách. Odřezávají, odsekávají nebo odštěpují horninu. Mívají jeden nebo
dva břity
•Valivá dláta jsou vybavena nejčastěji třemi kuželovitými pracovními elementy,
které jsou na povrchu ozubeny a tvar a materiál zubů se navzájem značně liší
především podle toho do jaké horniny je takové dláto určeno (zuby z
tvrdokovů nebo roubíků). Tyto kužely se mohou volně otáčet kolem svých os.
Zuby na jejich povrchu jsou vlastně jediné pracovní elementy v celé sestavě
kolony vrtného nářadí, které vnikají do horniny rozrušují ji, drobí, rozmělňují
když se „odvalují“ po počvě vrtu, tak jak se otáčí celá kolona. Vrtní
mechanismus vrtních dlát je založený na vtláčení zubů na kuželích do horniny
a vytahováním zubů. Kužele rotují (odvalují se) jak okolo vlastní osy a tak
společně okolo osy dláta.
Přidružené komponenty
•Každé dláto má zařízení, jež usměrňuje výtok výplachu – trysky, které
mají malý průměr a tak výplach z nich tryská vysokými rychlostmi,
chladí dláto, tlakem poáhá rozmělňovat horninu a odstraňuje kousky
rozdušené horniny. Pro měkké horniny se užívají dláta s většími zuby,
pro tvrdé horniny s menšími zuby nebo s vsazovanými roubíky z
spékaných karbidů či tvrdokovů. Valivé dvojkuželové dláto je prakticky
využíváno v USA od roku 1909, trojkuželové od roku 1931 a od roku
1933 mají dláta již přibližně dnešní podobu.
•Dláta kompaktní (PDC). Jsou to dláta řezná používající kotouče ze
spékaného karbidu na jejichž čelní stranu se nanáší vrstva
syntetických diamantů nebo jiných supertvrdých materiálů.
•Dláta diamantová a korunky. Konstrukce diamantového dláta tvoří
ocelové těleso s připojovacím závitem a hlava je osazena umělými
diamanty. Toto dláto nemá pohyblivé části ani zuby a používá se na
bezpečnější dokončení hlubokých vrtů v homogenních horninách a při
vrtání na moři. Pro svou velkou tvrdost se používají vrtání velmi
tvrdých hornin. Při vrtání se každý vrtný nástroj obrušuje a jeho
životnost je důkladně sledována.
je obvykle suspenze jílového materiálu, zatěžkávadla a některých
chemikálií. Plní řadu funkcí:
•slouží k odčišťování počvy a výnosu horninových úlomků na povrch,
kde jsou z výplachu oddělovány na sítech.
• vytváří ve vrtu protitlak a zabraňuje nežádoucímu přítoku vrstevních
médií do vrtu.
• jílovitý materiál (především bentonit) tvoří na stěnách vrtu
výplachovou kůru, která brání úniku výplachu do vrstev a brání
vypadávání materiálu ze stěn vrtu.
• ochlazuje vrtný nástroj a pomáhá tryskáním pod velkým tlakem také
rozrušovat horninu na počvě vrtu.
K oddělení horninových úlomků a výplachu, který se vrací zpět do vrtu
dochází na (vibračních) sítech. Výplach tak cirkuluje v podstatě
uzavřeným systémem. Do výplachu jsou přimíchávány různé
komponenty a je odstraňován písek, tak aby byly udržovány
požadované parametry jako měrná hmotnost a viskozita.
Vrtný výplach
Legend:
1. Mud tank
2. Shale shakers
3. Suction line (mud pump)
4. Mud pump
5. Motor or power source
6. Vibrating hose
7. Draw-works (winch)
8. Standpipe
9. Kelly hose
10. Goose-neck
11. Traveling block
12. Drill line
13. Crown block
14. Derrick
15. Monkey board
16. Stand (of drill pipe)
17. Pipe rack (floor)
18. Swivel (On newer rigs this may be replaced
by a top drive)
19. Kelly drive
20. Rotary table
21. Drill floor
22. Bell nipple
23. Blowout preventer (BOP) Annular
24. Blowout preventers (BOPs) pipe ram & shear
ram
25. Drill string
26. Drill bit
27. Casing head
28. Flow line
Image:Oil_Rig_NT.PNG: Tosaka
Traveling block
Kelly hose
Mud hand
(top drive)
Engines
Oil Rig
Stěny vrtu se zabezpečují
ocelovými rourami – pažnicemi,
které mají na koncích závity a
objímky. Každý vrt má nakonec
několik pažnicových kolon. Z
počátku se vrtá velkým průměrem
a zapaží se úvodní kolona, která
překrývá méně zpevněných,
propustné horniny a vodonosné
horizonty. Její pata bývá usazena
v pevných horninách, aby na ni
mohlo být na ústí vrtu
namontováno protierupční
zařízení. Do zapažené a
zacementované pažnicové se
zapustí dláto menšího průměru a
hloubení vrtu pokračuje pod
patou předešlé kolony.
Konstrukce vrtu
Vysoká škola
chemicko-technologická
Technická 5
166 28 Praha 6 - Dejvice
Ústav technologie ropy a alternativních paliv
Ing. Daniel Maxa, Ph.D.
daniel.maxa@vscht.cz
http://www.petroleum.cz/ropa/vrty-
vrtani.aspx
Poděkování: Lada Navrátilová