PREDSTAVLJAMO Izrada geotermalnih bušotina

Predstavljamo

Prilikom izrade geotermalnih bušotina, u nekim slučajevima se na toplu vodu ili geotermalnu paru može naići i na dubinama od oko 50 – 200 m. Uobičajene dubine na kojima se nalazi para koja se koristi u industrijske svrhe su 500 – 2000 m. Istražna bušenja koja su vršena u svrhu istraživanja potencijala korišćenja geotermalne energije obavljena su i do dubina od 2500 – 3000 m. Geotermalne bušotine se izrađuju standardnim rotary bušaćim postrojenjima, kapaciteta potrebnog da se dostigne projektovana dubina.

geotermalnabusotina

Geometrija bušotine

Kada se planira proizvodnja kod geotermalnih bušotina na paru, posebnu pažnju treba usmeriti na izbor odgovarajuće geometrije bušotine. Bušotina sa velikim prečnikom daje i veliku zapreminu proizvedene pare. Međutim, ako je prečnik zaštitnih cevi isuviše velik u odnosu na kapacitet pare iz formacije, bušotina neće uvek neprekidno proizvoditi paru i neće biti u stanju da održava stalni protok. Ukoliko se eksploatacione zaštitne cevi ne spuste do odgovarajuće dubine pri pojavi dotoka tople vode u višim slojevima može biti onemogućen neprekidni protok pare iz nižih formacija. Izbor geometrije geotermalnih bušotina generalno zavisi od očekivane zapremine tople vode koju proizvodi para.

Izbor kolone zaštitnih cevi

Funkcionalnost zaštitnih cevi u uslovima trenja, habanja i korozije jedan je od osnovnih uslova koje treba zadovoljiti pri izboru kolone zaštitnih cevi, pogotovo kada se radi o proizvodnji velikih zapremina para. Da bi se maksimalno smanjilo trošenje usled trenja prečnik zaštitnih cevi bi trebao biti što je moguće veći u odnosu na prečnik bušotine. Time se omogućava veća proizvodnja, tj. zapremina pare iz rezervoara stena i smanjuju gubici pritisaka unutar kolona, vibracije, trenje i trošenje materijala, čime se produžava vek trajanja bušotine.

Delovanje korozije na zaštitne cevi je izazvano delovanjem gasa H2S, izuzetno proizilazi i iz “pH” vrednosti formacijskih voda, koje su kod termalnih voda uobičajeno niske. Jedan od načina zaštite protiv korozije zaštitnih cevi je i njihova cementacija celom dužinom, tj. do površine.

Eksploataciona kolona zaštitnih cevi ugrađuje se neposredno na ulasku u proizvodnu formaciju, a sama proizvodna zona se ostavlja nezacevljena (open hole), ili ako to uslovi u formaciji zahtevaju ugrađuje se izgubljena perforirana kolona zaštitnih cevi (Sloted Liner).

Kod proračuna opterećenja i naprezanja zaštitnih cevi mora se voditi računa da odabrani kvalitet čelika zaštitnih cevi manjeg prečnika ima veće granične vrednosti na gnječenje (spoljašnji pritisak) od graničnih vrednosti na pucanje (unutrašnji pritisak) zaštitnih cevi većeg prečnika.

Oprema na ušću bušotine

Oprema na ušću bušotine uglavnom podrazumeva dupli čeljusni preventer, tako da je gornji opremljen čeljustima za bušaće šipke, a donji ravnim čeljustima za zatvaranje punog profila bušotine. Gume koje oblažu čeljusti moraju biti takvog kvaliteta da su otporne na dejstvo temperature od oko 150 °C, a i tako konstruisane da se mogu hladiti vodom ako su preventeri zatvoreni duže vreme. Potrebno je istaći da se na izradi geotermalnih bušotina ne primenjuju anularni preventeri, tj. preventeri sa gumenim ulošcima.

U slučaju da se u toku izrade bušotine očekuju izuzetno visoke temperature obavezno se na ušću bušotine ugrađuju dva dupla čeljusna preventera. Kada se bušotina kompletira za proizvodnju, čeljusni preventeri se uklanjaju i na ušću bušotine ostaje samo glavni ventil za visoke temperature. Sve cevi na ustima bušotine iznad glavnog ventila za visoke temperature moraju biti usmerene u pravcu protoka fluida, a debljine zida moraju biti uvećane da bi bile otpornije na koroziju i habanje.

U toku bušenja, tj. održavanja fizičko-hemijskih osobina isplake osim odgovarajuće gustine isplake (koja se generalno kreće od 1,10-1,20 kg/dm3), bitno je da se i “pH” vrednost isplake održava na vrednostima od 9,5-10. Bušenje kroz produktivnu zonu, ako to slojni pritisci dozvoljavaju, može da se izvodi i čistom vodom. Takođe i u slučaju velikog prodora (dotoka) vode ili pare može se preći, ako stabilnost kanala bušotine to dozvoljava, na ispiranje hladnom vodom. Kod geotermalnih bušotina neophodno je hlađenje isplake što se postiže sa jednim ili dva rashladna tornja sa trostrukim sistemom hlađenja. Prva dva sistema za hlađenje isplake, kod rashladnih tornjeva, sastoje se iz kaskade i ventilatora čime se smanjuje temperatura isplake za 15 °C. Treći sistem je protočni izmenjivač toplote kojim se snižava temperatura isplake za još 10°C.

Cementacije geotermalnih bušotina

Cementacija ugrađenih zaštitnih cevi jedna je od najvažnijih operacija u toku izrade geotermalnih bušotina. Cementno mleko treba da bude uravnoteženo i postavljeno od pete kolone zaštitnih cevi do usta bušotine, tj. do površine.
Neadekvatna cementacija može da dovede do sledećih problema:

  •  u toku bušenja dolazi do prodora pare iza površinske ili tehničke kolone, kada se desi erupcija pare i zatvore preventeri;
  • u toku proizvodnje dolazi do izdizanja erupcionog uređaja usled temperaturnih dilatacija

U cilju ravnomernog popunjavanja međuprostora cementnim mlekom potrebno je zaštitne cevi ispravno centrirati primenom odgovarajućih centralizera.
Uobičajena tehnologija cementacije zaštitnih cevi velikog prečnika 473,07mm (18 5/8”) I 339,7mm (13 3/8”) podrazumeva cementaciju preko bušaćih šipki. Običan Portland cement može se primeniti za geotermalne bušotine do temperature od 150°C. Generalno posmatrano, čvrstoća cementnog kamena se smanjuje, a povećava se njegova krtost i propusnost tokom vremena, ako temperatura u toku stvrdnjavanja poraste iznad 120°C. API cementi klasifikovani u kategorije od “A” do “J”ako se primene u geotermalnim bušotinama moraju se oplemeniti dodavanjem 30-50% silicijumdioksidnog brašna ili praha pepela iz termoelektrana. Prah pepela sadrži 55-66% silicijuma, a mešavina se pravi tako da se uzme 50% Portland cementa, 50% pepela i koriste se u odnosu sa 50% vode/čvrsti materijal.

Kao usporivač stvardnjavanja mešavini se dodaje 0,3-0,5% lignin-sulfat derivata ili polihidroksikarbonata, a kao dispergator može da posluži 0,4-0,6% metil naftalin sulfonske kiseline.

Gasoviti fluidi, kao što su H2S mešaju se sa parom i toplom vodom i izazivaju znatnu koroziju zaštitnih cevi, a štetno deluju i na sam cementni kamen.

Kosousmereno bušenje

Do sada nije postavljena teorija o rastojanjima kod geotermalnih bušotina. Čak i ako para dolazi iz rezervoara koji leži ispod dobrih pokrovnih stena, ona se često kreće kroz otvore i pukotine, tako da se stepen međusobne veze između dve bušotine ne može predvideti, jer će zavisiti od stepena i pravca pružanja otvora i pukotina. U mnogim zemljama, na osnovu iskustva, smatra se da je najpovoljnije rastojanje između bušotina od 100 do 300m za bušotine dubina oko 500-1000m.
Ova se rastojanja kosousmerenim bušenjem, pa i u veoma čvrstim fomacijama, mogu lako ostvariti. Pri tome je problem što se uglovi otklona kanala bušotine (inklinacija i azimut) ne mogu meriti zbog visokih temperatura. To zahteva skretanje kanala bušotine od vertikale (KOP) na malim dubinama, dok temperature još ne predstavljaju smetnju za merenje.

Problemi tokom izrade bušotina

Površinske formacije u geotermalnim oblastima uglavnom se sastoje od vulkanskih stena, koje karakteriše visok stepen čvrstoće stena kao i temperaturnog gradijenta, a takođe i izrazita sklonost ka stvaranju pukotina. Iz tih razloga brzine bušenja su mnogo manje, a gubici isplake mnogo veći.

Problemi do kojih dolazi tokom izrade geotermalnih bušotina, uglavnom su sledeći:
1. Erupcija, tj. dotoci pare i gasa
2. Veliki gubici isplake – cirkulacije
3. Lomovi niza bušaćeg alata
4. Gnječenje kolone zaštitnih cevi zbog zaostalih “džepova” isplake
5. Zaglave bušaćeg alata

Erupcija tj. dotok pare i gasa u kanal bušotine

Slojni, tj. formacijski rezervoari pare i tople vode u toku bušenja moraju se neprekidno hladiti isplakom, a pri tome temperatura isplake na površini ne sme da dostigne tačku ključanja. To se uglavnom postiže prolaskom isplake kroz rashladne tornjeve montirane na bušaćem postrojenju. U slučaju dužeg zastoja, ponovni manevar alatom, tj. spuštanje bušaćeg alata mora se obaviti etapno sa međuispiranjima u cilju hlađenja isplake.

Ako tokom bušenja dođe do erupcije pare, preventeri na ušću bušotine, ili glavni ventil (“Master Valve, Baal“), obavezno se moraju zatvoriti. U tim uslovima, formaciju koja izbacuje paru neophodno je hladiti upumpavanjem hladne vode metodom frontalnog potiskivanja (“Bullheading”) u cilju zaustavljanja izlaza mlaza pare, što je pre to moguće. U sastavu alata tokom bušenja, i to neposredno iznad dleta, obavezna je ugradnja protivpovratnog ventila (“PPV”). Ako u sastavu alata nije ugrađen “PPV”, pa čak i ako su preventeri zatvoreni, para će kroz bušaći alat dostići isplačno crevo, koje tada zbog delovanja temperature i pritiska može da se ošteti i propusti, a što bi dovelo do katastrofe na bušaćem postrojenju, tj. do otvorene erupcije.

Gubici isplake

Sprečavanje gubitaka isplake je jedan od prioritetnih zadataka kod bušenja geotermalnih bušotina, a mere koje se preduzimaju mogu biti stalne i privremene.

Stalne mere su zatvaranje zona u kojima se javljaju gubici isplake i cementa. Pri tome posebnu pažnju treba obratiti na sprečavanje gubitaka isplake koji se pojavljaju nakon spuštanja kolone zaštitnih cevi, tj. u toku cementacije, a koji nisu uočeni tokom bušenja kanala bušotine.

Pojedine nekompaktne i meke formacije, koje mogu da izdrže pritisak stuba isplake (uobičajena gustina isplake je 1,10-1,20 kg/dm3), popustiće pod dejstvom pritiska stuba cementnog mleka (uobičajena gustina cementnog mleka je 1,65-1,86 kg/dm3). Da bi se odredilo ponašanje formacije usled delovanja diferencijalnog pritiska (razlika pritiska između stuba cementnog mleka i isplake), potrebno je u toku bušenja kanala bušotine na svakih 50 m izvesti test propuštanja formacije, tj. LOT (“Leak off test”). Ukoliko rezultati LOT-a ukazuju na slabe formacije, pre ugradnje kolone zaštitnih cevi u iste treba utisnuti cement.

Privremene mere podrazumevaju začepljenje formacija raznim zaptivnim prirodnim materijalima (orahove ljuske, semenje pamuka, otpacima vlakana i dr.). Ti materijali vremenom, kada se bušotina opremi za proizvodnju, karboniziraju i raspadaju se čime se vraća prvobitni kapacitet proizvodnosti pare iz formacije. Neophodno je naznačiti da su, kada se buši kroz produktivnu formaciju, gubici isplake poželjni jer ukazuju na prisustvo formacije i predstavljaju vodič za produktivnost bušenih zona.
Ako u toku bušenja dođe do prekida cirkulacije, bušaći alat se mora odmah zadići sa dna bušotine, jer se u protivnom može desiti zaglava alata. Takođe, u zoni gde se očekuju veliki gubici isplake u sastavu alata na dnu bušotine ne koriste se predimenzionirane teške šipke i stabilizatori, koji predstavljaju opasnost za zaglavu alata u navedenim uslovima.

Lomovi bušaćeg alata

Kako se bušenje uobičajeno izvodi u čvrstim stenama gde su brzine bušenja male, a opterećenje na dleto veliko, teške šipke su izložene jakim vibracijama i udarima, što izaziva zamor materijala i dovodi do čestih lomova u navojima teških šipki. Pravilni izbor tipa dleta, u odnosu na čvrstoću i druge karakteristike bušenih formacija, je veoma bitan faktor za sprećavanje lomova navoja teških šipki.
Preventivne mere obuhvataju pregled, tj. snimanje kompletnog niza bušaćeg alata pre početka bušenja i zamenu svih oštećenih ili neispravnih šipki.

Gnječenje zaštitnih cevi zbog zaostalih “džepova” isplake

Ako se desi gnječenje eksploatacione kolone zaštitnih cevi, potrebno je pokušati sa alatom za korekciju unutrašnjeg prečnika (glodačima ili alatima za peglanje) proći kroz oštećena mesta u koloni. Sledeći postupak, u zavisnosti od uslova koji vladaju u kanalu bušotine, je cementacija oštećenog mesta ili ugradnja eksploatacione kolone manjeg prečnika.

Mere bezbednosti kod izrade geotermalnih bušotina

Bušaće postrojenje prilikom izrade geotrmalnih bušotina mora svakog trenutka raspolagati dovoljnom količinom vode za delovanje u slučaju erupcije pare u toku bušenja. Ljudstvo mora biti obučeno za zatvaranje i otvaranje preventera i to u što kraćem roku. Preventeri se moraju periodično ispitivati na pritisak i mogućnost zatvaranja. Zbog otrovnog gasa koji izlazi iz bušotine, svi moraju imati gas maske i detektore gasa na raspolaganju.

Bušenje vazduhom

Iako je “rotary” sistem bušenja (uz cirkulaciju, tj. ispiranje kanala bušotine isplakom) najčešće primenjivan način bušenja geotermalnih bušotina, poslednjih godina sve češće se koristi bušenje vazduhom. Bušenje vazduhom spada u “rotary” sistem bušenja koje za cirkulaciju umesto isplake koristi vazduh.

Glavne osobine primene ove metode su:

  • velike brzine bušenja uz relativno niske cene koštanja
  • nema oštećenja proizvodnih formacija nastalih zbog cirkulacije isplakom
  • bušenje vazduhom nije pogodno kroz formacije koje raspolažu viškom sadržaja vode ili koje su sklone obrušavanju i osipanju
  • kod izrade bušotina vazduhom uobičajena je praksa da se započne bušenje kanala bušotine uz pomoć isplake, a onda se( ako to uslovi u bušotini zahtevaju) prelazi na bušenje sa vazduhom;
  • bušenje vazduhom primenjuje se u proizvodnim intervalima, kada je već spuštena i cementirana proizvodna kolona zaštitnih cevi.

D.V

Stručna literatura:
Geotermalna energija, Miloš Radaković
Tehnologija bušenja sa projektovanjem, Renato Bizjak
Proizvodnja i korišćenje geotermalne energije, M.Soleša, N.Đajić, LJ.Parađanin

Foto: compasscompression.corsafety, aliquantum