Proces upstream: wiercenie

Platforma wiertnicza

Platformy wiertnicze mają różny rozmiar i są stosowane na morzu lub na lądzie, obejmując urządzenia od kompaktowych jednostek mobilnych po obiekty stacjonarne wielkości drapaczy chmur. Stół obrotowy lub alternatywnie napędzana głowica obrotowa obraca cały zespół wiertniczy ze świdrem na spodzie zespołu. Niezależnie od wielkości platformy, lokalizacji lub typu maszyny te mają jedno zadanie: głębokie wiercenie w złoże pola naftowego w celu wydobycia węglowodorów.

Aby zapewnić bezpieczną i wydajną eksploatacja, platforma wiertnicza wymaga licznych czujników. Obejmują one szeroki asortyment przyrządów od przetworników sił ściskających/rozciągających z kompensacją temperatury w zespole łożyskowym wieży po czujniki poziomu i ciśnienia w pompach płuczkowych. Termometry rezystancyjne z powłoką cienkowarstwową, odporne na silną wibrację i pulsację, pomagają w monitorowaniu licznych pomp i silników podczas wiercenia.

Pompa płuczkowa

Podczas gdy świder i żerdź wiertnicza wiercą ziemię, jedna lub więcej pomp płuczkowych tłoczy płuczkę wiertniczą pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem (powyżej 7000 psi, wzgl. 483 bar) w głęboki otwór odwiertu. Ta płuczka wiertnicza spełnia kilka funkcji:

• smaruje i chłodzi świder
• wypłukuje zwierciny z otworu odwiertu
• zapewnia wyrównanie ciśnienia, aby zapobiec wnikaniu do otworu płynów z formacji geologicznych

Ta płuczka wiertnicza powraca następnie na powierzchnię przez przestrzeń pierścieniową między żerdzią wiertniczą a otworem odwiertu.

Pompa płuczkowa posiada stronę napędową z silnikiem i stronę płuczącą z przyłączami. Przetwornik ciśnienia typu "hammer union" z grubym, odpornym na korozję elementem pomiarowym jest sprzężony z iskrobezpieczną barierą w celu monitorowania ciśnienia procesowego na przyłączach ssania i tłoczenia. Manometr z separatorem membranowym wskazuje lokalnie ciśnienie tłoczenia pompy. W niektórych konfiguracjach pomp płuczkowych stosuje się manometr do monitorowania ciśnienia oleju smarującego łożyska i uszczelki maszyny.

Głowica przeciwwybuchowa i zespół zamykający BOP

Erupcje to płyny złożowe zawierające wysoce palne węglowodory, które wypływają w sposób niekontrolowany z otworu wiertniczego. Głowice przeciwwybuchowe (prewentery BOP) i zespoły zamykające BOP zapobiegają tej niebezpiecznej sytuacji.

Podzespół BOP to zamontowana na górze odwiertu grupa zaworów do kontroli i ew. uszczelniania odwiertu naftowego i gazowego w przypadku niespodziewanego wniknięcia płynów do otworu (kick). Manometry wraz z iskrobezpiecznymi i zabezpieczonymi przed wybuchem przetwornikami ciśnienia są kluczowym elementem tego systemu kontroli odwiertu.

Zespół zamykający wykorzystuje hydroakumulatory pęcherzowe azotu, płyn hydrauliczny oraz pompy elektryczne i pneumatyczne do wytwarzania ciśnienia sterującego różnymi funkcjami podzespołu BOP. Szereg manometrów, przetworników ciśnienia i czujników poziomu gwarantuje niezawodne działanie w razie potrzeby tego mechanizmu zabezpieczającego.

Agregat cementacyjny

Cementowanie odgrywa ważną rolę przy wykonywaniu odwiertów. Po osiągnięciu wymaganej głębokości zespół wiertniczy jest usuwany i wprowadzane są rury osłonowe. Główne cementowanie uszczelnia różne strefy formacyjne – ropę naftową, gaz ziemny, wodę – od otworu wiertniczego. Wypełnia ono przestrzeń pierścieniową w celu ustalenia pozycji rur osłonowych, zapobiega korozji i chroni przed siłą nacisku formacji podziemnych. Wtórne cementowanie ma naprawić/skorygować główne cementowanie lub zamknąć wywiercony otwór.

Agregat cementacyjny na platformie wiertniczej jest zamontowany na płozach lub naczepie, jest zasilany wodą, suchym cementem, płuczką i specjalnymi dodatkami ze zbiorników. Następnie komponenty są mieszane ze sobą w „szlam prowadzący” i „szlam odprowadzający”, następnie wtryskiwane w rury osłonowe i odprowadzane do przestrzeni pierścieniowej. Panel obsługowy na agregacie cementacyjnym umożliwia operatorowi regulację przepływu i gęstości szlamu, monitorowanie ciśnienia i sterowanie innymi parametrami. Do monitorowania ciśnienia ważny jest przetwornik ciśnienia typu hammer union, który jest zaprojektowany dla ekstremalnie wysokich ciśnień i odporny na działanie abrazyjne mieszanki cementowej.

Zbiornik płuczkowy

Zbiorniki płuczkowe to duże, wielosegmentowe pojemniki do uzdatniania, mieszania i przechowywania płynu, który podczas wiercenia pompa płuczkowa tłoczy do otworu i wypompowuje go z otworu. Gdy zużyta płuczka wydostanie się ponownie na powierzchnię, jest ona pompowana przez różne segmenty w aktywnym zbiorniku.

• 1. zbiornik ssący jako strefa oczekiwania przed filtrowaniem
• 2. system kontroli ciał stałych do oddzielania zwiercin (odłamki skalne, piasek itp.)
• 3. odgazowywacz do usuwania powietrza i gazu ziemnego
• 4. zbiornik z chemikaliami do dodatkowej obróbki w razie potrzeby
• 5. mieszadło do ponownej homogenizacji mieszaniny

Po oczyszczeniu płuczka wiertnicza jest gotowa do ponownego użycia. Zbiorniki rezerwowe przechowują nadmiar płuczki i ciężkie szlamy w przypadku erupcji lub innych sytuacji awaryjnych.

Czujniki poziomu umożliwiają operatorowi monitorowanie płynu w każdym segmencie. Jednakże ich ważniejszym zadaniem jest to, że pomiar poziomu może wykryć problemy podczas wiercenia:

• Wzrost ilościowy wskazuje, że woda lub płyny złożowe (ropa naftowa, gaz) wnikają do otworu.
• Strata ilościowa wskazuje, że płuczka wiertnicza wnika przez pęknięcia w złożu.

Każdy czujnik poziomu w zbiornikach płuczkowych musi być przeznaczony do stosowania w obszarach zagrożonych wybuchem. Przyrząd musi być też wysoce odporny, ponieważ płuczka wiertnicza jest często korozyjna, lepka i ścierna wskutek rozpuszczonych w niej cząstek stałych. W zbiornikach płuczkowych można stosować różne typy czujników poziomu, jednakże najbardziej odpornym i bezobsługowym wariantem jest iskrobezpieczny zanurzalny przetwornik ciśnienia, który może być używany zarówno do pomiaru gęstości płynu, jak i ciśnienia hydrostatycznego. Zespół chroniący przed zatkaniem zapewnia stabilność i dodatkowe zabezpieczenie przed szlamem, turbulencjami i uszkodzeniem mechanicznym.

Zbiorniki wody

W miejscu odwiertu pompa płuczkowa wtłacza w otwór płyn, aby smarować i chłodzić świder, wypłukać zwierciny z otworu i zapewnić wyrównanie ciśnienia, które zapobiega wnikaniu płynów złożowych do otworu wiertniczego. Specjalna mieszanina jest na bazie wody lub oleju zależnie od formacji geologicznej, aspektów ekonomicznych, przepisów środowiskowych, wymaganego celu i innych czynników.

Niezależnie od stosowanego płynu woda jest prawie zawsze – w różnych proporcjach – składnikiem płuczki wiertniczej. Woda jest przechowywana w masywnych zbiornikach, prowadzona do zbiorników płuczkowych i mieszana z innymi składnikami.

Zanurzeniowe czujniki ciśnienia mierzą dokładnie i niezawodnie poziom w zbiornikach wody w miejscu odwiertu, zapobiegając przelewaniu wody i opróżnieniu zbiornika. WIKA LevelGuard^TM oferuje dodatkową stabilność czujnika ciśnienia i oprócz tego chroni przyrząd przed turbulencjami i przeciążeniami.

Rozgałęźnik dławikowy

Rozgałęźniki dławikowe to ważny element systemu kontroli odwiertu platformy wiertniczej. W przypadku wniknięcia płynów głowica przeciwwybuchowa (BOP) jest zamykana, a wypływający z przestrzeni pierścieniowej płyn złożowy i płuczka wiertnicza są kierowane do przewodu rozgałęźnika dławikowego i tłoczone przez rury, złączki i zawory rozgałęźnika. Rozgałęźnik dławikowy odprowadza lżejszą płuczkę wiertniczą, aby pozostać poniżej wartości ciśnienia MAASP (maksymalnie dopuszczalne ciśnienie powierzchniowe przestrzeni pierścieniowej), podczas gdy ciężka płuczka ze zbiornika rezerwowego jest tłoczona w otwór, aby odzyskać kontrolę nad odwiertem. Różne drogi w rozgałęźniku dławikowym umożliwiają operatorowi przekierowanie w razie potrzeby strumienia poprzez otwieranie i zamykanie zaworów. Niektóre dławiki są obsługiwane ręcznie, inne są (zdalnie) sterowane hydraulicznie.

Manometry i przetworniki ciśnienia – integralne elementy systemu rozdzielania dławikowego – znajdują się w kilku miejscach:

• w miejscu połączenia przewodu dławikowego z rozgałęźnikiem (jeden przewód)
• w miejscu, gdzie rozgałęźnik spuszcza płyny do wykopu i/lub zbiornika płuczkowego (kilka przewodów)

Aby zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo, czujniki ciśnienia zainstalowane na rozgałęźniku dławikowym muszą spełniać następujące wymagania:

• Wysoka dokładność i minimalny czas zadziałania
• Odporność na korozję i ścieranie
• Wysoka ochrona przed wpływami atmosferycznymi (stopień ochrony IP)
• Aprobata dla obszarów zagrożonych wybuchem (iskrobezpieczne, zabezpieczone przed wybuchem itp.)