1. Alegerea tipului de instalație de foraj

1.1 Programul de construcție a Sondei 1 Ploiești Tabelul 1.1

1. Sonda 12. Structura geologica Ploiești3. Debit estimat 150 tone / 24 ore4. Caracter Exploatare petrol5. Adâncime proiectata (Hm) 4000 m6. Program de tubare 185/8 in x 240 m ; 133/8 in x 1320 m ; 95/8 in x 3000

m ; 65/8 in x 4000 m7. Tipul instalatiei de foraj8. Durata de realizare ● montare – demontare :

35 zile pentru foraj ; 4 zile pentru probe ;● foraj : 85 zile ;● probe de productie : 6 zile

Caracterul Sondei 1 Ploiesti este de exploatare a petrolului dintr-un zacamant , format din roci consolidate, de tarie medie (M) si abraziv (A), conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (vezi tabelul 1.2). In conformitate cu studiile geologice realizate in zona structura taversata impune folosirea a patru coloane de burlane.Nu este nevoie de coloana de ghidaj datorita faptului ca solul este compact. In intervalul 1350 – 1550 m este traversat un zacamant de gaze , ceea ce determina folosirea unei coloane intermediare I, CI(I), cu burlane cu filet de tip Buttress (B), pentru realizarea unei etansari bune. Coloanele sunt de tipul intregi , adica tubeaza puturile forate pana la suparafata (,,la zi”) . Coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv, la adancimea maxima (Hm) de 4000 m. Tabelul 1.2

j CB HCB.j

=LCB.j

m

Ls

m

yTj DCB.j,In mm

Tip burlan si IFU

DMCB.j

mm

δCB.j

mm

Sapa cu trei conuri DimCB j-1

mm

δi.m.CBj-1

DS.P,j

In(mm)Tip ÎFU-C

1 CA/A 240 240 0,06 185/8

473,07API; S 498,5 55,25 24 (609) S-24 J 85/8 REG

- -

2 CI(I) 1320 1080 0,33 133/8

339,72API; B 365,1 39,7

171/2

(444,5)M-171/2

DGJ75/8 REG

521 38,28

3 CI(II) 3000 1680 0,75 95/8

244,47API; L 269,9 20,65

121/4

(311,2)

MA-121/4

KGJ 65/8 REG315,3 2,05

4CE 4000 1000 1 65/8

168,27API; L 187,7 17,3

83/4

(222,3)

MA-83/4

DGJ 41/2 REG226,6 2,15

Tabelul 1.2(continuare)j CB HCB.j =LCB.j

m

RCB.j RCB.r CSI.CB.j CSI.CB.r δCB.r

1 CS/A240

0,09 0,06 – 0,09 0,22 0,137 -0,022

50

2 CI(I)1320

0,08 0,06 – 0,09 0,21 0,137 -0,022

45

3 CI(II)3000

0,06 0,05 – 0,065 0,15 0,11 –0,15

30

4 CE4000

0,058 0,05 – 0,065 0,18 0,11 – 0,15

25

Ls Lsj= Δ HCBj = HCBj – HCBj-1 (1) ,[1]LCB = HCB

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

1.2 Determinarea profilurior coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Calculul coloanei de burlane

DCI(II) = 95/8 inTipul buranului si ÎFU: API , LHT.3 = 3000 mρf = 1,25 kg / m3

, i = 1,2,…,nt.j (7)

, i = 1,2,…,nt.j (8)

(9)

Tabelul 1.3

CB.3= CI(II), DCI(II) = 95/8 in, Tip ÎF API L, HT.3 = 3000 m, ρf = 1,25 kg / m3, nt.3=9

i 1 2 3 4 5 6 7 8 9Li-1 m 0 50 400 500 875 1220 1550 1850 2450Li m 50 400 500 875 1220 1550 1850 2450 3000l Bi m 50 350 100 375 345 330 300 600 550CB.i N-80 N-80 N-80 N-80 N-80 N-80 N-80 N-80 P-110SB.i mm 13,84 11,99 11,05 10,03 10.03 11,05 11,99 13,84 13,84m1.B.i, kg/m 79,68 70,00 64,79 59,58 59,58 64,79 70,00 79,68 79,68qB.i ,N/m 781,66 686,7 635,59 584,47 584,47 635,59 686,7 781,66 781,66GB.i , kN 39,083 240,345 63,559 219,176 201,642 209,744 206,01 468,996 429,913GCB.3 , kN 2078,468

Tabelul 1.4 CB.4= CE,DCE = 65/8 in, Tip ÎF API L, HT.3 = 4000 m, ρf = 1,25 kg / m3, nt.4=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 300 500 1200 1850 2700 3100Li m 300 500 1200 1850 2700 3100 4000l Bi m 300 200 700 650 850 400 900CB.i P-110 P-110 N-80 N-80 N_80 P-110 P-110SB.i mm 10,59 8,94 10,59 8,94 10,59 8,94 10,59m1.B.i, kg/m 41,70 35,74 41,70 35,74 41,70 35,74 41,70qB.i ,N/m 409,07 350,6 409,07 350,6 409,07 350,6 409,07GB.i , kN 122,72 70,12 286,35 227,89 347,71 140,24 368,163GCB.3 , kN 1563.193

1.3 Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Sapa de foraj este instrumentul montat la capătul inferior al garniturii de foraj şi reprezintă categoria ceea mai importantă a sculelor de foraj, fiind elementul esenţial al instalaţiei complexe de săpat, cel care realizează de fapt gaura de sondă prin dislocarea mecanică a rocilor.Sapele cu 3 conuri sau role sunt cele mai utilizate in prezent in procesele de foraj . Sapele cu trei conuri sunt standardizate conform STAS 328 – 86 . Sunt tipizate si clasificate in functie de natura rocilor ce trebuiesc traversate si dupa dimensiuni (diametrul nominal al sapei si diametrul nominal al filetului de legatura ) . In functie de natura rocii traversate ( tarie si abrazivitate ), se intalnesc urmatoarele categorii de roca : S- slaba, M- medie, T- tare, E- extratare, A- abraziva, respectiv urmatoarele combinatii : S, SM, M, MA, MT, MTA, T, TA, TEA, EA . Natura rocii, impune o anumita constructie a danturii conului . Din punct de vedere dimensional, Semnul grafic de nominalizare este urmatorul :

Sapa cu 3 conuri , in care :

- litere care exprima cele trei caracteristici constructive ale sapeiD – tipul danturiiL – tipul lagarelorSp – tipul spalarii

“-” - nu exita dantura cu dinti din otel “D” – dantura cu dinti din otel, avand contraconul intarit prin stifturi din carburi metalice sinterizate“K” – dantura cu stifturi din carburi metalice sinterizate

“-” – spalare interioara cu fluid de foraj“ J” – spalare exterioara cu jet“A” – spalare interioara (foraj cu aer)“AJ” – spalare exterioara cu jet (foraj cu aer) Din punct de vedere dimensional, exista 7 diametre nominale standardizate ale filetului de legatura :

● Alegerea tipodimensiunii sapei cu 3 conuri pentru forajul unui put care se tubeaza cu coloana de exploatre cu DCE= 65/8 in , sapa trebuie introdusa prin CI(II) cu DCI(II) = 95/8 in . Se alge sapa cu 3 conuri avand DSP4 = 83/4 in cu varianta constructiva MA-83/4 DGJ conform STAS 328-86 unde:- MA corespunde unei tari a rocii medie-abraziva;- 83/4 in este diametrul nominal al sapei;- D corespunde unei danturi din otel avand contraconul intarit si prin stifturi din carburi metelice

sinterizate;- G semnifica ca sapa are lagare de rostogolire neetanse ;- J spalarea exterioara a sapei se face cu fluid de foraj cu jet.

Verificarea alegerii corecte a sapei de foraj

(10)

Din [1] tabelul 1.3 δCir = 30δE < δCir

1.4 Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

HM = 4000 mH ε ( 3000 – 4000)DS4 = 83/4 in = 222,3 mm Se alege prjina circulara grea ( PGC)Conform [3] relatia pentu alegerea PGC este : DPG = DS – 25 ,unde [DPG ] = [DS] = mmDPG = 222,3 mm – 25 mm = 197,3 mm Conform [3] , tabelul 3 se alege DPG = 197 mm pentru care avem :

- DPG = 196,9 mm -DPGi = 71,5 mm -ÎFU NC 56 -DPGF =185,3 mm -m 1.PG = 206,6 kg/m

- (11)

-i = 2,70

, deci nu exista pericolul de prindere, vezi [2] tabelul [2] .

DPGi = 71,5 mm (12)

qPG = 206,6 kg/m . 9,81 m/s2 = 2026,746 N/m ≈ 2,027 kN/m

Coeficientul pierderii de presiune in interiorul PGC

(13)

Rezulta ca άPG.i este aceptabil , i = 2,70 > iopt = 2,5 , ÎFU NC 56 asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice ( vezi[1],subcap. 1.13 ).Calculul lungimii ansamblului de prajini grele

HM = 4000 mMA-83/4 DGJ θ = 3o

μa = 0,3DPG = 73/4 in = 196,9 mmDPGi = 71,5 mmm 1.PG = 206,6 kg/m

ρ0 = 7,85 kg/dm3 = 7,85 t/m3

CL = 0,85

(14)

(15)

ρf = 1,25 + 0,25 ln ( 10-3 . HM ) (16)

ρf = 1,25 + 0,25 ln 4 = 1,596 t/m3 FS = ( 0,3 + 7,5 . 10-5 . 4. 103 m) . 222,3 m = 133,38 kN

LAn.PG = 99,31 m

(17)

Se alege nPG = 11 prajini grele [1],[2] aplicatiile 3,4

1.5 Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele si determinarea componentei ansamblului de adancime

Cf = 1,7 – coeficientul de flambaj (conf.N.Parvulescu[1.3]) [1] E = 2,11 . 1011 Pa = 2,1 . 1011 N /m2 = 2,1 . 10 8 kN/m2 E- modulul de elasticitate al materialului din care este confectionata PG

(18)

I PG – moment geometric axial al sectiunii transversale a PGC

(19)

-lungimea critica a portiunii din AnPG supusa la coroziune (20)

(21)

VPG - volum de rigiditate la gravitatie al PG (conf.N.Parvulescu[1.3]) , [1]

(22)

CL * LAn.PG – lungimea portiuni din AnPG supusa la compresiune datorita fortei de apasare pe sapa CL * LAn.PG = 0,85 .99,31 m = 84,41 m CL * LAn.PG > LAn.PGcr

Concluzii : AnAd al PGC este supus la fambaj. Pentru impidicarea acestui fenomen se utilizeaza stabilizatori la distante fata de sapa conform [1] tabelul 1.8 astfel :

pentru θ = 3o si FS = 133,38 kN utilizam 4 stabilizatori

LSt.j ; j = 1,2,3,4LSt1 = 0,9 mLSt2 = 5,2 mLSt3 = 16,2 mLSt4 = 26,2 m [1] tabelul 1.8,figura 1.14 f si [2] ,aplicatia 4

1.6 Alegerea tipodimensiuni de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garniturii de foraj.

Se aleg PF cu racorduri speciale sudate (RSS)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Ploiesti se utilizeaza sapa cu 3 conuri MA-8 3/4 DGJ cu diametrul nominal DS4 = 83/4 in = 222,3 mm .

Tabelul 1.5

DS , mm [150 – 200] [175 – 225] [200 – 250] [225 – 300] > 250

DPF , mm (in) 101,6 (4) 114,3 ( 41/2) 127 (5) 138,7 (51/2) 168,3 (65/8)

Conform tabelului 6 se alege DPF = 41/2 in = 114,3 mm avand ÎFU – NC 46 ( 4 IF)Se alege gradul de otel E – 75 (mediu acid) si se prefera PF noi (neuzate)Conform tabelului 1 pentru PF cu DPF = 41/2 in confectionate din otel E -75 avem urmatoarele caracteristici :

- m 1.PF = 39 kg / m –masa unitara a PF cu racorduri ;- s PF = 10,92 mm – grosimea de perete ;- DPFi = 92,46 mm ≈ 92,5 mm – diametrul interior ;- Tipul ingrosarii capetelor PF : IGU ≡ IGI ;- Solicitarile care duc la limita de curgere a corpului PF sunt :

- p e.L = 894 bar = 89,4 MPa - presiunea exterioara dpdv al curgerii materialului - p iL 865 bar = 86,5 MPa - presiunea exterioara limita - Ftc.L = 1834 kN - forta de tractiune limita - M t.L = 50,03 kNm - moment de torsiune limita - tipodimendiunea ÎFU a RSS NC 46 ( 4 IF) - FtRSL = 4664 kN - forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS - M ÎRS.L = 53,69 kNm - moment de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS - M Î.r = 27,30 kNm - moment de insurubare recomandat

(23)

(24)

(25)

DPF.i = DPF – 2 . sPF DPF.i = 114,3 – 2 * 10,92 = 92,46 mm 92,5 mm LGF = LAns + LAnAd

LAnAd = LAPG = 99,31 m LGF HM = 4000m LAnS = HM - LAnAd = 4000 m – 99,31 m = 3900,69 m [1],[2] aplicatia 5

1.7 Alegerea prajinii de antrenare.

Prajina de antrenare are rolul de a transmite miscarea de rotatie de la masa rotativa (MR) la garniture de foraj (Gar.F), fiind caracterizata printr-o sectiune transversala cu contur exterior poligonal (patrat sau hexagon) si o gaura circulara, axiala, pentru trcerea fluidului de foraj de la capul hydraulic la parjinile de foraj in cazul circulatiei directe. Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarce nu necesita reductii de laegatura proprii asa cum este cazul prajinii laminate. Pentru ansamblul superior al Gar.F s-au ales prajini de foraj cu DPF= 41/2 in,cu racorduri speciale sudate RSS,cu IEI si tipodimensiunea ÎFU – NC 46 ( 4 IF). Alegem prajina de antrenare forjata patrata tip RLPA cu urmatoarele caracteristici : - imbinare superioara de tipul mufa cu filet stanga de tipul 65/8 REG pentru asamblarea cu RLCH; - DPA = 41/4 in = 108 mm - DPAi = 71,4 mm - lPA = 12,192 m - mPA = 800 kg - tip mufa (NC46) – cep (NC46).

1.8 Alegera tipului de instalatie de foraj Alegerea instalatiei de foraj capabila sa construiasca Sonda 1 Ploiesti se face pe baza sarcinii maxime de la carlig F’’ ‘

M = max{ F ‘MT ; F ‘

MD} , unde : (26) - F ‘

MT este sarcina maxima utila la tubarea celei mai grele coloane de burlane, - F ‘

MD este sarcina maxima de degajare a celei mai grele garnituri de foraj.

F = (27)

F = (28)

- pentru coloana plina

HCI(II) = 3000 m

’

F ‘MT =

F ‘MD = (29)

( Vf.d = VG )HM = 4000 mCea mai grea Gar.F este cea utilizata la forajul putului de exploatare.

(30)

(31)

qPG = 206,6 kg/m . 9,81 m/s2 = 2026,746 N/m ≈ 2,027 kN/m LAn.PG = 99,31 mGAn.Ad = 2,027 kN/m . 99,31 m = 201,30 kN

(32)

(33)

(34)LAnPF = 4000 – 99,31 = 3900,69 mm 1.PF = 39 kg / m

qPF = 39 kg/m . 9,81 m/s2 = 382,6 N / m = 0,3826 kN/mGAn.S = 0,3826 kN/m . 3900,69 m = 1492,403 kN

Conform [2] ,aplicatia 7, tabelul 1 pentru HM = 4000 m se admite CDM =0.160

(35)

F ‘MD =

F’’ ‘M = max{ 2219,8 kN ; 1553,025 kN}

F’’ ‘M = 2219,8 kN = 226,27 tf

Se alege sarcina tipizata a Instalatiei de Foraj conform celor 9 clase astfel incat aceasta sa fie mai mare sau cel putin egala cu sarcina la carlig rezultata din calcul. Se alege sarcina tipizata de 320 tf ceea ce conduce la incadrarea Instalatiei de Foraj in clasa F 320 . Instalaţia de foraj F320 – 3DH acţionată cu motoare Diesel şi convertizoare hidraulice de cuplu este destinată forajului sondelor de ţiţei şi gaze până la adâncimi de 6000 m. Ea aparţine noii game “F” de instalaţii de foraj realizate în cadrul acţiunii de modernizare continuă a utilajului petrolier şi dispunând de performanţe ridicate la operaţiile de manevră a garniturii de foraj, de acţionare a pompelor de noroi şi a mesei rotative. Instalaţia este concepută din agregate integrate, constituind colete transportabile cu elemente de legătură care asigură simplificarea operaţiilor de montaj la sondă, nefiind necesare echipamente grele de ridicare. Instalaţia de foraj F – 320 se realizează şi în variante F – 320E, acţionate cu motoare electrice în curent continuu, alimentate de la reţeaua electrică sau de la microcentrală electrică proprie.

CARACTERISTICI TEHNICE:Sarcina maximă de lucru la cârlig 3139,2 kNAdâncimea recomandată de foraj 6000 mPuterea instalată 1965,12 kWNumărul de grupuri de foraj Diesel de 890 CP 3Diametrul cablului de manevră 35 mmTracţiunea maximă în cablul de manevră 343,35 kNNumărul de fire la sistemul de manevră 10Puterea de antrenare la intrare troliu 1472 kWNumăr viteze de troliu 4+2 RevViteza de ridicare pentru sarcina normală de 320 tf 0,6 m/sÎnălţimea liberă a mastului 43,5 mCapacitatea maximă a mastului echivalent API 4708,8 kNÎnălţimea podului sondei 6700 mmCale libere sub grinzile mesei rotative 5500mmNumăr viteze la masa rotativă 4+2 RevDeschidere masa rotativă 271/2 sau 241/2 inchMomentul static maxim la pătraţii mesei rotative 120000 NmMomentul static în rotaţie la pătraţii mesei rotative 28000 NmPuterea de antrenare a mesei rotative 441,6 kWNumărul pompei de noroi antrenate de la instalaţie 2Puterea maximă a fiecărei pompe de noroi 920 kWPresiunea maximă a pompei de noroi 3000 N/m2

1.9 Concluzii

Sistemul de manevră cu rolurile sale complexe în cadrul unei instalaţii de foraj, acelea de ridicare şi coborâre a garniturii de prăjini de foraj, manevrarea şi stivuirea paşilor, introducerea coloanelor de burlane de tubare, introducerea diferitelor scule de instrumentaţie, menţinerea apăsării pe sapă, a stat la baza elaborării prezentului proiect, tocmai datorită importanţei sale În acest proiect s-a făcut calculul sarcinii maxime la cârlig, în cadrul căruia s-a întocmit un program de realizare a sondei, s-au ales sapele și prăjinile ce intră în componenta garniturii de foraj, apoi determinându-se greutățile garniturii de foraj și terminând cu calculul sarcinilor normală și maximă la cârlig. În acest proiect s-a folosit în principiu sistemul internațional de unități de măsură (SI), dar avându-se în vedere specificul industriei de utilaj petrolier, unele tipizări dimensionale sunt făcute în inch, însă s-au făcut apoi transformări dimensionale.