TECHNIKA GŁĘBINOWA

MMMEEETTTOOODDDYYY WWWIIIEEERRRCCCEEEŃŃŃ PPPOOODDDWWWOOODDDNNNYYYCCCHHH

Tomasz Sierek Gr. 41MD

Prowadzący:

dr inż. Tadeusz Graczyk

Szczecin 2004

1

SPIS TREŚCI:

1. HISTORIA WIERCEŃ.................................................................................................... 2

2. URZĄDZENIA WYDOBYWCZE...................................................................................... 2

3. TECHNOLOGIA WIERCEŃ MORSKICH........................................................................... 7

4. PARAMETRY WIERCENIA............................................................................................ 9

5. URZĄDZENIA I INSTALACJE JEDNOSTEK WIERTNICZYCH............................................. 12

6. SPEKTAKULARNE WYDARZENIA................................................................................. 15

7. PERSPEKTYWY ROZWOJU............................................................................................ 16

8. LITERATURA............................................................................................................... 17

2

Wzrastające zapotrzebowanie na ropę naftową i gaz ziemny powoduje wzrost

zainteresowania zasobami tych surowców znajdujących się pod dnem morskim oraz

zapotrzebowanie ich wydobycia. Na szelfach kontynentalnych, na dnie mórz i oceanów

prowadzi się eksploatację ropy i gazu, która zapewnia dziś około 30% światowej produkcji.

Największe złoża znajdują się w rejonie Zatoki Perskiej, u wybrzeży Wenezueli, Zatoki

Cooka koło Alaski, wysp Indonezji i Malezji oraz w dnie Morza Północnego i Kaspijskiego.

HISTORIA WIERCEŃ

Już Chińczycy około 320 roku p.n.e. rozpoczęli wiercenia w poszukiwaniu ropy,

jednak nigdy nie wiercili zbyt głęboko. W czasach nowożytnych pierwszy udany odwiert

w poszukiwaniu ropy wykonał w Pensylwanii, w 1859 roku, Edwin Drake. Był to otwór

o głębokości około 30 m. To przedsięwzięcie można uznać za początek nowożytnej historii

przemysłu przetwórstwa ropy naftowej. Ropę naftową można wydobywać z powierzchni

ziemi, lub z dna morskiego.

Początkowo prace wiertnicze prowadzono w małej odległości od lądu, wykorzystując

przy tym wiedzę zdobytą podczas wierceń lądowych. Urządzenia wiertnicze ustawiano na

sztucznych wyspach z konstrukcji palowej, która podtrzymywała kraty przestrzenne z drewna

lub stali. Na tych konstrukcjach na odpowiedniej i bezpiecznej wysokości ustawiano maszyny

i urządzenia wiertnicze. Pierwsze wiercenia odbyły się z mola w Kalifornii. Konstrukcje

prototypów platform z drewna istniały już w 1900 roku, a stacjonarnych platform morskich

już w 1934 roku. Pierwsza z nich rozpoczęła wydobycie na wodach Zatoki Meksykańskiej.

Platformy te pozwalały na dokonywanie odwiertów przy głębokości wody 7 – 15 m. Pierwsze

pływające platformy wiertnicze pojawiły się po 1950 roku. Początkowo były to platformy

zanurzeniowe i samopodnośne, oraz barki wiertnicze. W latach 60-tych XX-go wieku

pojawiły się platformy półzanurzeniowe i statki wiertnicze. Obecnie głębokość wierceń

dochodzi do kilkuset metrów, a nawet do 2000 m.

URZĄDZENIA WYDOBYWCZE

Jednostki stosowane w morskim przemyśle wiertniczym możemy podzielić na:

wiertnicze: poszukiwawcze i eksploatacyjne,

specjalne: dźwigi pływające, statki – dźwigi, statki – bazy nurków, statki pożarnicze,

jednostki do układania rur, sprzęt do prac podwodnych,

3

statki zaopatrzeniowe dla obsługi jednostek wiertniczych i specjalnych.

Poza tym występują pływające instalacje technologiczne: przepompownie ropy, pompownie

wody morskiej, stacje sprężania, instalacje przesyłania i skraplania gazu ziemnego, pływające

zakłady energetyczne, itp.

Jednostki wiertnicze

Główny podział jednostek wiertniczych:

stacjonarne,

pływające.

Jednostki pływające możemy podzielić ze względu na sposób pozycjonowania i utrzymania

się nad odwiertem na:

zanurzeniowe platformy wiertnicze,

samopodnośne platformy wiertnicze,

półzanurzeniowe platformy wiertnicze,

statki i barki wiertnicze.

Stacjonarne platformy wiertnicze

Platformy te wymagają instalowania na dnie konstrukcji fundamentowych. Konstrukcje te

są sztucznymi wyspami, z umieszczonymi na nich wieżami, wyciągami, stacjami

odgazowywania, separatorami, głowicami produkcyjnymi, zbiornikami, jak również

pomieszczeniami dla załogi. Są one tanie i często stosowane do wierceń poszukiwawczych.

Zastosowanie znajdują głównie w krajach, w których szelf obejmuje płytkie wody spokojnego

morza.

Platforma taka składa się z:

zespołu pomostowego z lądowiskiem śmigłowców,

kratownic stalowych usztywniających całość konstrukcji, pali i słupów,

pali ustawionych szeregowo – dolne końce są wbite w dno, w górnej przytrzymują

zespół pomostowy.

Zasadniczym elementem platformy stacjonarnej są pale (rys. 1 a) powlekane przez słupy

kratownic i wbijane w dno. Pale te mogą być też wprowadzone w otwory w dnie (wcześniej

wywiercone i zacementowane).

Istnieją też platformy grawitacyjne(rys. 1 b), zapewniające dostateczne osadzenie

konstrukcji na dnie morskim pod własnym ciężarem.

4

Rys. 1. Schematy podstawowych układów platform stacjonarnych: a) platforma palowana, b) platforma

grawitacyjna – betonowa.

Konstrukcje platform grawitacyjnych:

płyty fundamentowe cylindryczne, będące jednocześnie układem zbiorników do

magazynowania ropy,

jedna do czterech kolumn betonowych bądź stalowych (nad kolumnami są wieże

wiertnicze dostosowane do wiercenia kilkudziesięciu otworów wiertniczych przez

jedną kolumnę),

pokład roboczy ze stali lub z betonu.

Bariera pracy tych platform stale przesuwa się w głąb morza. Na Zatoce Meksykańskiej

i Morzu Północnym są platformy pracujące na głębokości morza ponad 300 m. Towarzystwo

STATOIL eksploatuje zbudowaną w 1994 r. Platformę o wysokości od dna do pokładu

głównego 474 m i masie około 1 mln ton.

W latach 80-tych XX-go wieku pojawiły się platformy z odciągami (Guyed Tower

Platform – GTP). Platforma składa się z wieży zbudowanej z konstrukcji kratownicowej,

utrzymywanej w pionie za pomocą 16 – 24 odciągów zamocowanych na dnie morza.

Pływająca jednostka wiertnicza

Ma zdolność do przemieszczania się na miejsca wierceń za pomocą holowników lub

napędu własnego. Wśród tych platform są takie, które na czas wierceń są osadzane na dnie

morza. Zakres ich zastosowania jest ograniczony głębokością wody.

Dużą grupę stanowią jednostki, które na czas wierceń pozostają w stanie pływania. Są

to platformy półzanurzeniowe (semisubmersimles) oraz statki i barki wiertnicze (drillships).

Ich cechami głównymi są elementy kotwiczne kadłuba, elementy podatnego połączenia

5

wylotu otworu z kadłubem, podatny przewód rurowy i zamknięcie otworu umieszczone na

dnie. Ważne są też elementy i urządzenia kompensujące ruch obiektu na fali.

Platformy zanurzeniowe (PZ)

Składają się one z konstrukcji nawodnej z urządzeniami wiertniczymi. Część nawodna

połączona jest kolumnami o konstrukcji kratownicowej z pontonami, które na czas odwiertu

napełnia się wodą i które spoczywają wtedy na dnie. Mogą pracować na głębokościach wody

do 30 m.

Rys. 2. Platforma zanurzeniowa.

Platformy samopodnośne (PS)

Składają się one z kadłuba z urządzeniami

wiertniczymi, oraz kolumn – podpór, wysuniętych nad

kadłub. Posiadają własny napęd lub transportuje się je za

pomocą holowników. Kolumny na miejscu odwiertu są

opuszczane na dno. Platforma unosi się ponad maksymalną

wysokość fali. Platformy te są stosunkowo tanie, odporne na

niesprzyjającą pogodę i dają się łatwo transportować.

Większość tych platform pracuje na wodach o głębokości Foto 1. Platforma samopodnośna.

6

30 – 70 metrów i przy wysokościach fali 9 – 18 m. Są znane konstrukcje, które pracują na

akwenach o głębokości 150 m.

Półzanurzeniowe platformy wiertnicze (PPW)

Składają się z nawodnej platformy, połączonej

z kolumnami nośnymi, połączonymi z wypornościowymi

pontonami (pływakami) wyposażonymi w śruby napędowe.

Zapewniają one prędkość 7 – 10 węzłów. Platforma posiada

system kotwiczenia, zapewniający pozycjonowanie jej nad

odwiertem. Niezależnie od tego może ona być

pozycjonowana za pomocą pędników. Platformy te pracują głównie na wodach

o głębokościach ok. 1000 m, ale głębokości wierceń sięgają 10000 m.

Statki i barki wiertnicze (SW)

Wyposażone są w urządzenia:

wiertnicze, napędowe, pozycjonowania

kotwicznego i dynamicznego. Barki nie

posiadają własnego napędu. Statki są jedno-

lub dwukadłubowe.

Obecnie statki wiertnicze są przystosowane

do prac na akwenach o głębokości 3000 m.

Statki wiertnicze posiadają szereg zalet: szybkość przemieszczania się, łatwość budowy,

możliwość przepływania przez kanały np. Kiloński, Panamski. Nie są jednak pozbawione

wad: słabe właściwości morskie w czasie wiercenia (duże amplitudy nurzania i kołysania),

stosunkowo mała powierzchnia pokładu.

Foto 2. Półzanurzeniowa platforma wiertnicza

Foto 3. Statek wiertniczy.

7

TECHNOLOGIA WIERCEŃ MORSKICH

W przypadku platform stacjonarnych, samopodnośnych i zanurzeniowych oś wieży

wiertniczej jest nieruchoma względem otworu. W przypadku wierceń z jednostek

pływających, położenie wieży względem otworu ulega zmianie wskutek kołysania i nurzania.

Istnieją również różnice w rozmieszczeniu uzbrojenia otworów. Uzbrojenie to zespół

urządzeń służących do kontroli i sterowania otworem. Spełnia on dwa zadania: Zawieszenie

i uszczelnienie kolumn rur okładzinowych oraz zabezpiecza przed wydostaniem się płynu

z otworu. Zadanie pierwsze spełnia głowica otworowa (wellhead), a drugie blok głowic

przeciwwybuchowych (blowout preventer stack).

Przy wierceniach z platform samopodnośnych całość uzbrojenia znajduje się ponad

poziomem morza (wody płytkie). W przypadku wód głębokich blok głowic

przeciwwybuchowych pozostaje ponad poziomem morza, zaś głowicę otworową instaluje się

na dnie. Połączenie obu głowic stanowi stała kolumna prowadnicowa z rur okładzinowych.

Ma ona za zadanie prowadzenie przewodu wiertniczego, narzędzi i rur w czasie ich

zapuszczania do otworu oraz zapewnienie powrotnego strumienia płuczki. W przypadku

statku wiertniczego lub platformy półzanurzeniowej uzbrojenie otworu musi być w całości

umieszczone na dnie morza. Połączenie w tym przypadku zapewnia kolumna rynnowa. Ze

względu na ruchy poziome i nurzania jest ona połączona z głowicami elastycznym elementem

rurowym.

Rys. 3. Rozmieszczenie wylotu otworu podczas wierceń: a) na lądzie, b) z mola, c) z platformy samopodnośnej,

d) z platformy stacjonarnej, e) ze statku wiertniczego, f) z platformy półzanurzeniowej;

1 – głowica przeciwwybuchowa, 2 – głowica otworowa.

8

Kolumna rynnowa wraz z głowicami (otworową i przeciwwybuchowymi) stanowi całość

wyposażenia dla wierceń z jednostki pływającej. Ten komplet urządzeń określa się mianem

układu głębokowodnego wiercenia (deepwater drilling system). Wiercenie odbywa się za

pomocą przewodu wiertniczego zakończonego świdrem (wiertłem). Przewód stanowi zespół

połączonych ze sobą rur, wewnątrz których przepływa płuczka. Przewód ten jest obciążony

tzw. obciążnikami. Górną część przewodu stanowi graniatka, czyli rura o zewnętrznym

przekroju kwadratowym lub sześciokątnym. W trakcie wiercenia graniatka jest prowadzona

przez tuleję w stole wiertniczym i obsuwa się w dół. Kiedy graniatka nie może już się bardziej

obniżyć, zostaje wykręcona i dodaje się kolejny przewód wiertniczy. Na jego końcu

ponownie umieszcza się graniatkę. Wiercenie może być w tym momencie kontynuowane. Do

wierceń używa się rur okładzinowych, które zabezpieczają otwór przed obsypywaniem się

jego brzegów i przed zakleszczeniem się przewodu.

Podstawowym narzędziem wiertniczym w wierceniach

morskich jest świder gryzowy z uzębieniem w postaci słupków

z węglika wolframu. Jest on uszczelniony łożyskiem ślizgowym

stale smarowanym. Ubytek smaru jest na bieżąco uzupełniany.

Świdry używane do wierceń są zazwyczaj trójgryzowe (czasem

czterogryzowe). Świder składa się z łap zakończonych czopami.

Na czopach spoczywają stożkowe rolki obracające się na

łożyskach. Rolki te nazywa się gryzami i są one częścią robocza

świdra.

Na zewnętrznej stronie gryzu znajdują się

zęby, a na łapach kanały do przepływu

płuczki wiertniczej, zakończone dyszami. Wraz ze wzrostem głębokości

wiercenia spada jego prędkość. Dzieje się tak, gdyż wzrasta czas

potrzebny na wymianę zużytego świdra. Dlatego tez przy głębokich

wierceniach stosuje się bardzo odporne na zużycie świdry

diamentowe. Są one jednak bardzo drogie.

Foto 4. Świder gryzowy.

Rys. 4. Schemat przepływu płuczki wiertniczej.

9

PARAMETRY WIERCENIA

Podstawowym parametrem wiercenia jest nacisk osiowy świdra na dno otworu. Pod

wpływem tego nacisku świder wgłębia się ostrzami w skałę na dnie otworu. W wyniku

równoczesnego działania momentu obrotowego następuje oddzielanie się zwiercin od calizny

dna otworu. Prędkość wiercenia możemy przedstawić:

WW TD

PknV⋅⋅⋅

= [m/s]

VBwB – prędkość wiercenia,

P – Nacisk osiowy świdra [kN],

n – prędkość obrotowa świdra [rad/s],

k – współczynnik świdra, zależny od wymiarów i kształtu świdra – bezwymiarowy,

TBwB – twardość wypadkowa skały [kN/mP

2P]; od określania tej wielkości przyjmuje się

TBwB = (6 – 8) R BcB, RBcB – wytrzymałość skały na ściskanie,

D – średnica świdra [m].

Rys. 5. Wykresy zależności prędkości wiercenia V Bw B od nacisku osiowego świdra P, przy różnych stopniach

oczyszczania dna otworu ze zwiercin; 1 – otwór prawidłowo oczyszczany ze zwiercin, 2 – złe

oczyszczanie otworu ze zwiercin.

Nacisk osiowy świdra, przy którym wiercenie odbywa się z maksymalną prędkością

nazywamy naciskiem krytycznym i oznaczamy PBkrB. Należy dodać, że dalsze zwiększanie

10

nacisku nie powoduje wzrostu szybkości wiercenia. Spełnienie warunku PBkr Bnie zawsze jest

możliwe gdyż świder (łożyska i ostrza) oraz przewód rurowy mogą nie być w stanie

wytrzymać takiego obciążenia. Nacisk krytyczny obliczamy ze wzoru:

kTseD

P wkr 2

⋅⋅⋅= [kN]

D - średnica świdra [m],

e – współczynnik pokrycia dna otworu przez ostrza świdra (np. świdry dla skał twardych

e = 1,2 – 1,7; dla skał miękkich e = 0,65 – 0,95) [-],

s – szerokość stępiania grani ostrzy (np. świdry o średnicy do 10 ¾ ‘’ s = 0,001 m;

10 ¾ ‘’ – 13 ¾ ‘’ s = 0,0015 m; powyżej 13 ¾ ‘’ s = 0,002 m),

TBwB – twardość wypadkowa skały [kN/mP

2P],

k – współczynnik dynamiczny (1 –3), zależy od właściwości fizykochemicznych skał [-].

Wpływ prędkości obrotowej świdra na prędkość wiercenia wzrasta zazwyczaj do

prędkości obrotowej krytycznej nBkrB. Po jej przekroczeniu prędkość wiercenia nie będzie

wzrastać. n Bkr Bzależy od właściwości fizyko-mechanicznych skały, typu świdra, sposobu

oczyszczania dna otworu i nacisku osiowego. Wiercenie z prędkością większą powoduje

niebezpieczne drgania, które mogą doprowadzić do uszkodzenia urządzeń, przede wszystkim

rurociągu. Krytyczną prędkość obrotową możemy wyliczyć z równania:

Lnkr

78640= [rad/s]

L – długość przewodu wiertniczego [m].

Wartość nBkr Bnie powinna przekraczać:

skały miękkie 6,0 – 14,0 rad/s,

skały twarde 4,0 – 6,0 rad/s

Duży wpływ na skuteczność pracy świdra i prędkość wiercenia wywiera ilość tłoczonej

płuczki wiertniczej (zobrazowane jest to krzywą nr 2 na rys.5). Prędkość przepływu płuczki

w przestrzeni pierścieniowej nie powinna być niższa od prędkości granicznej. Jest to taka

prędkość przy której występuje przepływ turbulentny. Jednocześnie nie powinna ona być zbyt

duża, gdyż może to spowodować rozmywanie ścian odwiertu.

Morskie wiercenia możemy podzielić na poszukiwawcze oraz eksploatacyjne. Wiercenia

poszukiwawcze ropy naftowej i gazu ziemnego mają za zadanie zebranie jak największej

11

ilości informacji geologicznych, które służą później do oceny przewiercanych warstw.

Wskazane jest również pobieranie próbek skał w celu badań ich właściwości. Wiercenia

eksploatacyjne mają na celu dowiercenie się do złoża ropy naftowej i gazu ziemnego oraz

wywołanie ich przepływu.

Po ustawieniu platformy w wyznaczonym punkcie wiertniczym opuszcza się na dno

morza tymczasową płytę prowadnikową, używając do tego przewodu wiertniczego

zakończonego tzw. elewatorem. Liny prowadnikowe, rozciągnięte na przestrzeni dno – lustro

wody, umożliwiają wprowadzenie w środek płyty pierwszego narzędzia i rur. Płyta

umocowana jest do dna za pomocą kotwi.

W praktyce wiertniczej, w przypadku wierceń eksploatacyjnych stosuje się różne metody

dowiercania do złóż, zależnie od warunków geograficznych i technicznych. W przypadku

wierceń poszukiwawczych odwierca się tylko otwory pionowe.

Przy wierceniach eksploatacyjnych prowadzi się

również wiercenia otworów kierunkowych. Pierwszy

odcinek otworu kierunkowego z zasady jest wiercony

pionowo. Służy on później do zapuszczania kolumn rur

okładzinowych. Odchylenie otworu od pionu uzyskuje się

przez zastosowanie przegubowych przewodów

wiertniczych oraz innych urządzeń odchylających (kliny

odchylające, sprężyście wygięte rury prowadnikowe itp.).

Przegubowy przewód wiertniczy składa się z oddzielnych

ogniw. Wewnątrz niego przepuszczony jest przewód

wysokociśnieniowy z gumy, którym płynie płuczka

wiertnicza. Na końcu przewodu zamocowany jest świder.

Obrót świdra odbywa się przez rury płuczkowe obracane

za pomocą stołu wiertniczego. Świder może obracać się

również dzięki turbinie hydraulicznej zasilanej płuczką.

Turbina ta znajduje się w otworze bezpośrednio nad

świdrem. W trakcie wiercenia przewód rurowy jest

nieruchomy i obraca się tylko świder (turbowiertło).

Rys. 6. Wiercenie kierunkowe: 1 – przegubowy przewód wiertniczy, 2 – świder, 3 – klin odchylający, 4 – prowadnik, 5 – urządzenie przegubowe, 6 – rury płuczkowe.

12

W celu zwiększenia wydajności otworu i polepszenia

wykorzystania złoża stosuje się wiercenia otworów

wielodennych. Otwór wielodenny składa się z otworu

głównego, pionowego i kilku lub kilkunastu kierunkowych

otworów bocznych. Tworzy to siatkę otworów

rozgałęzionych. Metoda ta pozwala na zmniejszenie

kosztów robót przygotowawczych i lepsze

zagospodarowanie złoża.

Czas wykonania otworu wiertniczego zależy od wielu

czynników np. głębokości wiercenia, warunków

geologicznych i hydrometeorologicznych oraz od

sprawności załogi. Proces wiercenia obejmuje czyste

wiercenie (obracanie świdra na dnie otworu), dokręcanie

kolejnych rur płuczkowych oraz opuszczanie

i podnoszenie przewodu wiertniczego celem wymiany zużytego świdra.

URZĄDZENIA I INSTALACJE JEDNOSTEK WIERTNICZYCH

Instalacje wiertnicze

Instalacja wiertnicza jest zespołem specjalistycznych urządzeń i mechanizmów

przeznaczonych do prac poszukiwawczych i eksploatacyjnych. W jej skład wchodzą:

maszty wiertnicze – służą do podtrzymania przewodu wiertniczego, zapuszczania

i wyciągania elementów przewodu wiertniczego, magazynowania rur płuczkowych

i obciążników pracujących w odwiercie; wyróżniamy maszty stałe (stosowane na

PPW i SW) oraz maszty przesuwane (stosowane na PZ i PS); maszty są konstrukcji

kratowej; główne ich parametry to wymiary geometryczne i udźwig;

wyciągi wiertnicze – służą do utrzymania przewodu wiertniczego podczas wiercenia

i regulacji nacisku świdra, nadawania prędkości obrotowej stołowi wiertniczemu;

wyposażone są w bęben wyciągowy, wyciągi wiertnicze, hamulce: taśmowy

i hydrauliczny; moc wyciągu zależy od głębokości wiercenia;

Rys. 7. Profil otworu wielodennego; 1 – główny otwór pionowy, 2, 3, 4 – otwory boczne kierunkowe.

13

stoły wiertnicze - służą do nadawania ruchu obrotowego przewodowi wiertniczemu

oraz do zapuszczania i wyciągania rur wiertniczych; składają się ze skrzyni i wirnika

stołu; skrzynia przejmuje i przenosi na fundament obciążenia powstające podczas

wiercenia; wirnik nadaje ruch obrotowy przewodowi wiertniczemu;

wielokrążek górny i dolny, hak wyciągowy i głowica płuczkowa – są to urządzenia

służące do zapuszczania i wyciągania rur okładzinowych i oczyszczania dna otworu;

urządzenia kompensujące ruchy jednostki pływającej – są to urządzenia służące do

ciągłego pozycjonowania platformy lub statku nad otworem wiertniczym; układy te

umożliwiają utrzymanie dowolnego stałego nacisku na świder, zapuszczanie

i wyciąganie bloku głowic przeciwwybuchowych oraz rur okładzinowych, nawet

w przypadku dużego falowania;

układ manewrowania rurami płuczkowymi i okładzinowymi – służy do manewrowania

rurami w obrębie wieży wiertniczej; najczęściej używa się przejezdnych mostków

manewrowych z długimi ramionami zakończonymi chwytakami;

bloki głowic przeciwwybuchowych – najczęściej występują głowice pierścieniowe

i szczękowo-suwakowe; głowica pierścieniowa zwana także obrotową, służy do

zamykania otworu z wprowadzonym przewodem wiertniczym i pozwala na jego

obrót; głowica szczękowo-suwakowa umożliwia całkowite zamknięcie otworu bez

zapuszczonego przewodu i zamknięcie z rurami płuczkowymi, przechodzącymi przez

oś głowicy; głowica ta nie pozwala na obrót przewodu wiertniczego;

inne urządzenia pomocnicze.

Na rysunku 8. przedstawiono schemat instalacji wiertniczej i połączenia dna morskiego

z pokładem półzanurzeniowej platformy wiertniczej.

14

Rys. 8. Schemat instalacji wiertniczej: 1 – maszt wiertniczy, 2 – wyciąg wiertniczy, 3 – stół wiertniczy, 4 –

wielokrążek górny, 5 - wielokrążek dolny, 6 – olinowanie, 7 – hak, 8 – głowica płuczkowa, 9 – wąż

płuczkowy, 10 – graniatka, 11 – kompensator przewodu wiertniczego, 12 – napinacz kolumny rynnowej,

13 – napinacz liny prowadnikowej, 14 – urządzenie do transportu rur, 15 – rury płuczkowe, 16 – przewód

wiertniczy, 17 – kolumna rynnowa, 18 – liny prowadnikowe, 19 – chooke & kill line, 20 – blok głowic

przeciwwybuchowych, 21 – tymczasowa płyta prowadnikowa, 22 – świder.

15

Instalacje płuczki wiertniczej

Główne zadania tej instalacji to: oczyszczanie dna otworu ze zwiercin; tworzenie osadu

iłowego na ścianie otworu; utrzymywanie zwiercin w stanie zawieszenia w czasie przerw

w krążeniu płuczki; chłodzenie i smarowanie narzędzia wiertniczego; zmniejszenie tarcia

przewodu wiertniczego o ściany otworu; zatrzymanie w złożu płynów złożowych, przez które

przeszedł świder.

Przy wierceniach morskich stosuje się płuczkę ciekłą na osnowie wody słodkiej z różnymi

dodatkami (minerały, polimery, dodatki chemiczne itp.).Najczęściej dla płuczek ciekłych

materiałem wyjściowym do ich sporządzenia jest ił. Najlepszym z minerałów ilastych do

płuczek wiertniczych jest bentonit. Iły bentonitowe mają dużą zdolność rozpraszania cząstek

w wodzie. Do płuczek dodaje się często lignit potasowy lub argonit.

Pozostałe:

instalacje cementacyjne - mają za zadanie wytworzenie zaczynu cementowego

i dostarczenie go do otworu wiertniczego,

układy pozycjonowania jednostek wiertniczych nad odwiertem - max dopuszczalna

amplituda poziomego ruchu jednostki wynosi 3 – 5% głębokości akwenu; max

odchylenie kolumny rynnowej od pionu nie powinno przekraczać 10 - 12°,

instalacja balastowa,

instalacje sprężonego powietrza.

SPEKTAKULARNE WYDARZENIA

Około 20 lat temu Elf wprowadził wielką nowość w dziedzinie poszukiwania ropy:

wiercenia zautomatyzowane. Tim, robot (TTTélémanipulateur d'TI Tntervention et de

TM Taintenance), ważący 12 ton został wdrożony do pracy w Grondin w Gabon. Robot jest

sterowany zdalnie dzięki 5 kamerom.

Zautomatyzowane wiercenia pod dnem morskim mogą być stosowane nawet do

głębokości 1000 metrów : choinki podmorskie są także zdalnie sterowane, a ropa naftowa

kierowana jest systemem rur na platformę.

Wiercenia pod dnem morskim rzadko przekraczają głębokość 2000 metrów. Ale

oczywiście istnieją wyjątki ! Wiercenie prowadzone na największej głębokości w Saatly

w Azerbaidjan, przekracza 17.000 metrów. Z kolei w pobliżu Wyspy Kola w byłym ZSRR

16

osiągnięto 11.000 metrów. Ten ostatni odwiert wykorzystywany jest również przez

naukowców, żeby dowiedzieć się więcej o strukturze Ziemi. Na głębokości 7 km temperatura

Ziemi osiąga 120°C i wzrasta o 3°C na każde 100 metrów (przyrost ten nazywamy

gradientem geotermicznym). Inny odwiert w Wostoku na Antarktydzie: co prawda nie

przekracza 2400 metrów, ale został wykonany w lodzie !

PERSPEKTYWY ROZWOJU

Pomimo odkrycia nowych złóż ropy naftowej, nie ulega wątpliwości, że jej zasoby kiedyś

się wyczerpią, zwłaszcza, że proces jej powstania jest niezwykle wolny. Mimo wszystko,

niezależnie od wzrostu cen i świadomości rychłego wyczerpania się zapasów,

zapotrzebowanie na ropę naftową wciąż rośnie.

Perspektywy być może nie są aż tak tragiczne, jak się wydaje na pierwszy rzut oka.

Niektórzy uczeni utrzymują, że znane i udokumentowane złoża ropy naftowej stanowią

jedynie 1/3 całego ziemskiego zapasu. Reszta, według nich, wciąż czeka pod ziemią na

swojego odkrywcę. Rozwój techniki najprawdopodobniej w przyszłości umożliwi

eksploatację niedostępnych dzisiaj złóż.

We wczesnych latach 90. amerykańscy uczeni udoskonalili metodę wydobycia nazwaną

"chemicznym wypłukiwaniem". Polega ona na wpompowywaniu do skał substancji

chemicznych o działaniu podobnym do detergentów. Substancje te wypłukują rozrzedzoną

ropę z porów. W przeszłości stosowano tą metodę jedynie na małą skalę, jako że była ona

zbyt kosztowna. Obecnie udało się wyprodukować substancję wypłukującą z odpadów

powstałych przy produkcji papieru, co doprowadziło do znacznego obniżenia kosztów

operacji. Uważa się, że ta relatywnie tania metoda pozwoli na zwiększenia zapasów ropy

naftowej USA mniej więcej sześciokrotnie.

Innym źródłem ropy naftowej są tak zwane piaski bitumiczne, czyli piaski nasączone

gęstą ropą. Eksploatacja złóż tego typu jest jednak bardzo droga. Ropę można też uzyskiwać

z łupków bitumicznych, zawierających znaczna ilość tzw. oleju skalnego. Składające się na

niego węglowodory nadają mu właściwości podobne do ropy naftowej. Eksperci szacują, że

z ich największych złóż w kanadyjskiej prowincji Alberta można uzyskać tyle samo ropy, co

z pól naftowych Arabii Saudyjskiej.

Jednakże nowe złoża i sposoby wydobycia nie rozwiążą problemu nadchodzącego

kryzysu energetycznego. Zasoby ropy na pewno kiedyś się wyczerpią, dlatego już teraz

17

należy poszukiwać alternatywnych źródeł energii. Zanim jednak będzie można na wielką

skalę pozyskać energię z innych źródeł, należy bardzo racjonalnie gospodarować zasobami

najważniejszego obecnie źródła energii, którym jest ropa naftowa. Najwięcej nadziei budzi

możliwość uzyskiwania z węgla płynnego paliwa, które mogło by w przyszłości zastąpić

topniejące zasoby ropy naftowej.

Na dzień dzisiejszy firmy i ludzie pracujący nad wydobyciem ropy naftowej i gazu

ziemnego opracowują coraz to nowsze i udoskonalone metody pozyskiwania tych surowców.

Konstruują urządzenia umożliwiające ich wydobycie z głębokości ponad 2000 metrów

w coraz krótszym czasie i przy jak najmniejszym ryzyku. Znaczącym zmianom ulega także

sposób transportu i magazynowania. Wszystkie w/w zabiegi mają na celu polepszenie

warunków pracy oraz zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych.

LITERATURA:

1. Balcerski A.,: Układy technologiczne i energetyczne jednostek oceanotechnicznych,

Gdańsk: Wydawnictwo PG, 1998, 225 – 241, 256 – 294;

2. Bartling B.: Data technology revolution in the making, Offshore, March 2003, 52 – 56,

106;

3. Barreto A. et al., New generation of completion technology, Offshore, February 2003,

64 –66, 81;

4. Wiercenia pod dnem morskim: www.elf.com.pl;

5. Wydobycie ropy naftowej: www.podbeskidzie.pl/ropanaftowa.