{' '} {' '}
Limited time offer
SAVE % on your upgrade.

Page 1

Revista Minelor Mining Revue PUBLICAŢIE INTERNAŢIONALĂ DESPRE MINERIT ŞI MEDIU Vol. 25 Nr. 3 / 2019 ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590

Publicat de Universitatea din Petroşani


REVISTA MINELOR - MINING REVUE COLECTIVUL EDITORIAL Editor şef: Prof.univ.dr.ing. Ilie ONICA Co-editori: Șef lucr.dr.ing. Paul Dacian MARIAN Lect. Lavinia HULEA Senior editori: Prof.univ.dr.ing. Dumitru FODOR Prof.univ.dr.ing. Nicolae ILIAŞ Prof.univ.dr.ing. Mircea GEORGESCU Comitetul ştiinţific: Prof. Iosif ANDRAS - Universitatea din Petroșani, România Dr.hab.ing. Marwan AL HEIB - Ecole des Mines de Nancy, INERIS, Franța Prof. Victor ARAD - Universitatea din Petroşani, România Dr.ing. Horea BENDEA - Politechnico di Torino, Italia Prof. Lucian BOLUNDUȚ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Ioan BUD - Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, România Prof. Mihai Pascu COLOJA - Universitatea de Petrol și Gaze din Ploiești, România Prof. Ştefan COVACI - Universitatea din Petroşani, România Prof. Eugen COZMA - Universitatea din Petroșani, România Prof. Nicolae DIMA - Universitatea din Petroşani, România Prof. Carsten DREBENSTEDT - TU Bergakademie Freiberg, Germania Prof. Ioan DUMITRESCU - Universitatea din Petroșani, România Dr.ing. George-Artur GĂMAN - I.N.C.D. INSEMEX Petroşani, România Prof. Ioan GÂF-DEAC - Universitatea Dimitrie Cantemir Bucureşti, România Dr.ing. Edmond GOSKOLLI - National Agency of Natural Resources, Albania Prof. Monika HARDIGORA - Technical University of Wroclaw - Polonia Prof. Andreea IONICĂ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Alexandr IVANNIKOV - Moscow State Mining University - Rusia Prof. Oleg I. KAZANIN - National Mineral Resources University of Sankt Petersburg - Rusia Prof. Vladimir KEBO - Technical University of Ostrava - Rep. Cehă Conf. Charles KOCSIS - University of Nevada, Reno, S.U.A. Prof. Sanda KRAUSZ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Maria LAZĂR - Universitatea din Petroşani, România Prof. Monica LEBA - Universitatea din Petroşani, România Prof. Per Nicolai MARTENS - RWTH Aachen University - Germania Prof. Roland MORARU - Universitatea din Petroşani, România Prof. Jan PALARSKI - Silesian University of Technology - Gliwice, Polonia Prof. George PANAGIOTU - National Technical University of Athens - Grecia Prof. Lev PUCHKOV - Moscow State Mining University - Rusia Prof. Pavel PAVLOV - University of Mining and Geology St. Ivan Rilsky Sofia - Bulgaria Prof. Sorin Mihai RADU - Universitatea din Petroşani, România Prof. Ilie ROTUNJANU - Universitatea din Petroşani, România Dr. Ing. Raj SINGHAL - Int. Journal of Mining, Reclamation and Environment - Canada Prof. Mostafa Mohamed TANTAWY - Assiut University - Egipt Prof. Mihaela TODERAȘ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Lyuben TOTEV - University of Mining and Geology Sofia - Bulgaria Prof. Ingo VALMA - Tallin University of Technology - Estonia Conf. Ioel VEREȘ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Yuriy VILKUL - Technical University of Krivoi Rog - Ucraina Prof. Işik YILMAZ - Cumhuriyet University - Turcia Acad. Dorel ZUGRĂVESCU - Institutul de Geodinamică al Academiei Române, România


CUPRINS

Alecsandru Valentin TOMUȘ, Eugen COZMA Continuarea exploatării cărbunelui în zonele afectate de focuri endogene active în minele din Bazinul Minier Valea Jiului

2

Joel Vladimir ULLOA GUTIÉRREZ, José Manuel JIMÉNEZ REQUENA, Alejandro OSORIO POZO, Lazăr AVRAM Oprirea cu success a unui tratament cu apă aplicat unei sonde din larg care a dus la creșterea producției de hidrocarburi

6

Alejandro OSORIO POZO, Joel Vladimir ULLOA GUTIÉRREZ, Lazăr AVRAM, Claudia Maria BREZEANU Soluție tehnologică de curățare chimică a conductelor offshore aplicată pe o insulă artificială

11

Iuliana Veronica GHEȚIU Aspecte privind simularea calculelor comparative între productivitatea sondelor orizontale și productivitatea sondelor verticale care produc din aceeași formațiune productivă

15

Claudia Georgeta NICULAE Variația momentelor de frânare în timpul coborârii garniturii de foraj

19


CONTINUAREA EXPLOATĂRII CĂRBUNELUI ÎN ZONELE AFECTATE DE FOCURI ENDOGENE ACTIVE ÎN MINELE DIN BAZINUL MINIER VALEA JIULUI Alecsandru Valentin TOMUȘ*, Eugen COZMA** Rezumat: În lucrare se prezintă o soluție de continuare a exploatării cărbunelui într-o zonă în care s-a produs combustia spontană a acestuia. Cuvinte cheie: combustie spontană, măsuri de siguranță, dig de izolare, dig de rezistență 1. Introducere Combustia spontană a huilei de Valea Jiului este un fenomen complex, care poate genera focuri endogene pe baza reacției de oxidare între oxigen și carbon, cu degajare de gaze și căldură. La apariția combustiei spontane contribuie un complex de factori favorizanți, cu acțiune individuală sau sinergetică /1/. Pierderile de aer prin spațiul exploatat – inevitabile la aplicarea generalizată a metodei de exploatare cu banc de cărbune subminat la minele din Valea Jiului – coroborate cu pierderile de cărbune, precum și cu fisurile și crăpăturile din masivul de cărbune, pot conduce la apariția combustiilor spontane /3,4/. Manifestarea focurilor endogene /2/ este mai frecventă la stratul 3, din următoarele motive: - acumularea de masă combustibilă este mai mare; - suprafața deschisă prin lucrări miniere este mai mare, ca urmare se dezvoltă cantități mai mari de căldură datorită autooxidării; - căldura punctelor autoîncălzite se transmite mai greu în rocile din acoperiș și culcuș; - lucrările miniere intră în presiune mai mult, deci apar fisuri în masa de cărbune, surpări frecvente, cantități mai mari de cărbune mărunțit; - datorită cantității mai mari de cărbune ce trebuie extrasă, lucrarea de pregătire trebuie să fie funcțională o perioadă mai îndelungată de timp, în care se poate produce autooxidarea. Focurile endogene sunt mai frecvente pe măsură ce crește înclinarea stratului, deoarece: - cărbunele alunecă mai ușor pe culcuș, născându-se rupturi, suprafețe de alunecare pe masa stratului și mărunțirea cărbunelui; - se produc pierderi de cărbune mărunțit, care se acumulează în spațiile exploatate, unde se poate autoaprinde; Focurile endogene se produc frecvent în punctele unde, din cauza accidentelor tectonice, cărbunele este mărunțit și dislocat (falii, laminări de strat). Pericolul este îndeosebi la laminările de strat,

unde există tendința de a nu se scoate tot cărbunele, care ulterior este strivit de presiunea acoperișului, putând provoca autoaprinderea. De asemenea, focare prezumtive sunt considerate apofizele de cărbune din culcușul sau din acoperișul stratului. În general, dacă acoperișul sau culcușul stratului este neregulat, cărbunele din dreptul acestor neregularități se curăță cu foarte mare greutate. Sunt mai expuse autoaprinderii lentilele de cărbune cu conturul neregulat decât cele cu contur regulat. 2. Măsuri de siguranță pentru continuarea exploatării În cazul în care un focar nu poate fi lichidat, pentru continuarea exploatării panoului afectat este necesară închiderea prealabilă a abatajului în care se manifestă focul endogen cu luarea unor măsuri prealabile de siguranță și respectarea normelor în vigoare /5/. Închiderea se realizează cu două diguri din butuci de lemn, amplasate unul în galeria de bază, iar cel de-al doilea în galeria de cap. Cele două diguri se vor executa simultan, de către echipe de salvatori minieri, instruite special pentru acest gen de lucrări. Începând de la vatra lucrării (excavației), pe un pat de argilă se va zidi digul de izolare. Digurile de izolare (fig.1) se execută din butuci (ciutaci) de lemn cu diametrul de 150-200mm, și cu o lungime de 800mm. Pentru o etanșare cât mai eficientă, golurile dintre butucii (ciutacii) de lemn, precum și fața digului, se vor umple și sclivisi cu un amestec compus din argilă, apă, bicarbonat de sodiu și sare, iar rândurile de butuci se vor întări cu pene de lemn. Pe galerie, în locul de amplasare a digului, se va demonta o armătură, după ce în prealabil armăturile adiacente au fost întărite (armături la clemă). În locul armăturii demontate se va crea un șliț cu ajutorul ciocanelor de abataj, pe tot perimetrul lucrării miniere, inclusiv vatra, pe o adâncime de 0,5 – 1,0m (până la roca compactă) și o lățime de 1 m.

* Dr.ing. Universitatea din Petroșani **Prof.dr.ing., Universitatea din Petroșani 2

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


Fig.1. Dig de izolare cu profil TH-6 special (scara 1:50) Pentru controlul spațiului închis, se vor introduce prin digul din galeria de bază, următoarele conducte: - conducta pentru colectarea probelor de aer cu 2ꞌꞌ (50mm), montată în dig la înălțimea de 0,5-0,8m. Aceasta va depăși extradosul digului cu 1,5m, conducta se va poziționa în unghi de cca. 30o spre bolta lucrării, astfel încât distanța dintre boltă și capătul conductei să fie de 0,05-0,1m. Partea conductei aflată în fața digului va fi prevăzută cu dop metalic filetat sau ventil  50mm; - conductă de evacuare ape cu gât de lebădă  152 mm.

Când în zona ce se izolează există pericol de explozie, se vor executa obligatoriu dopuri de rambleu sau diguri rezistente la explozie. Digurile din saci de nisip sau cenușă de termocentrală se vor construi pe o lungime de minim 15m la bază și de minim 5m la tavan. Sacii se vor umple la 2/3 din capacitatea lor, se leagă și se așază la distanța de 510cm între ei, pentru atenuarea suflului unei eventuale explozii de gaze din focar (fig.2). Construcțiile se vor face cât mai aproape de abatajul afectat, în acele locuri unde rocile înconjurătoare lucrărilor miniere sunt stabile (fig.3).

Fig. 2. Detaliu de așezare a sacilor cu material (scara 1:10)

Fig. 3. Construcția celor două tipuri de diguri (secțiune longitudinală, scara 1:100) ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

3


După finalizarea digurilor, la distanța de 5m față de digul rezistent la explozie se poate începe săparea și susținerea noului plan înclinat de atac. Planul de atac (fig.4) se execută la dimensiunile prevăzute în metoda cadru de exploatare. Săparea acestuia se face prin perforare-împușcare și parțial cu ciocanul de abataj, în funcție de tăria cărbunelui de la frontul de lucru.

Pentru susținerea planului de atac se folosesc câte două grinzi GSA-1250S la nivelul unui șir, ce se sprijină pe 4 stâlpi SVJ-2500 (fig.5). Aceste grinzi sunt consolidate între ele prin intermediul grinzilor scurte cu rol de strângători, rezultând un set de grinzi asamblate, ce au participat la preluarea și transmiterea sarcinilor provenite din acțiunea cumulată a bancului de cărbune și a rocilor surpate.

Fig. 4. Amplasarea planului înclinat de atac nou

Fig. 5. Susținerea planului înclinat Forma și caracteristicile constructive ale susținerii folosite la execuția planului de atac, ca de altfel același tip de susținere metalică individuală aplicată și la exploatarea în continuare a cărbunelui cu banc subminat, sunt cele din metoda cadru aprobată. Ca și planul de atac, intersecțiile acestuia cu cele două galerii direcționale de pregătire, reclamă utilizarea aceluiași tip de susținere, în scopul asigurării condițiilor similare de lucru la extragerea cărbunelui și în aceste zone ale abatajului.

4

Monitorizarea gazelor provenite din spatele digurilor din galeria de bază se va face pe toată durata de executare a planului înclinat de atac și are rolul de a preveni și detecta eventualele probleme ce pot apărea în timpul execuției acestuia, și care pot avea urmări dintre cele mai grave asupra mediului din subteran și asupra personalului muncitor. După executarea acestor lucrări se poate continua exploatarea cărbunelui în panoul afectat de un foc endogen (fig.6).

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


Pornirea din nou a abatajului

Fig. 6. Continuarea exploatării în panoul afectat de un foc endogen 3. Concluzii

Bibliografie

Continuarea exploatării cărbunelui în zonele cu foc endogen activ poate avea loc în condițiile izolării prealabile a focarului prin executarea simultană a două diguri de izolare și a unui dig de siguranță, urmate de executarea la 5m de acesta a unui nou plan de atac și echiparea lui conform prevederilor metodei cadru de exploatare. O dată cu prăbușirea rocilor după pornirea noului abataj, se va produce o izolare și mai bună a zonei afectate de focul endogen, fapt ce va provoca accelerarea lichidării acestuia.

1. Cioclea, D. Îmbunătățirea metodelor și mijloacelor de prevenire și combatere a combustiilor spontane în condițiile aplicării metodei de exploatare cu subminare din Valea Jiului – Teză de Doctorat – Univ. din Petroșani, 2001 2. Cioclea, D. ș.a. Determinarea predispoziției la autoaprindere a stratelor de cărbune neclasificate din acest punct de vedere de la minele: Lonea, Petrila Sud, Dâlja, Vulcan. Paroșeni, Valea de Brazi și Câmpu lui Neag – Referat tehnic INSEMEX 1996-1997 3. Onica, I. Exploatări miniere - Editura Universitas Petroșani, 2016 4. Onica, I. ș.a. Exploatarea cu banc de cărbune subminat în abataje frontale, Editura AGIR București, 2005 5. Tomuș, A.V. Soluții tehnice pentru diminuarea efectelor generate de exploziile de gaze la exploatarea zăcămintelor de huilă din Valea Jiului – Teză de Doctorat – Univ. din Petroșani, 2005

Recenzor Prof.univ.dr.ing. Mircea GEORGESCU UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

5


OPRIREA CU SUCCESS A UNUI TRATAMENT CU APĂ APLICAT UNEI SONDE DIN LARG CARE A DUS LA CREȘTEREA PRODUCȚIEI DE HIDROCARBURI Joel Vladimir ULLOA GUTIÉRREZ*, José Manuel JIMÉNEZ REQUENA*, Alejandro OSORIO POZO*, Lazăr AVRAM** Rezumat Această lucrare descrie succesul operațiunii de închidere a apei într-o sondă extinsă din larg, cu ajutorul lucrărilor pregătitoare/de amenajare provizorii, prin intermediul tehnologiei de conformitate. Sonda a fost găurită și i s-au adus completările necesare pentru a produce petrol din mai multe zone. Din cauza cimentării imperfecte în spatele carcasei de 9–5 / 8 ”, producția nedorită de apă se scurgea în spatele carcasei din rezervorul superior, prin rezervorul intermediar până când a ajuns în secțiunea inelară a puțului și a fost recirculată mai jos, în rezervorul inferior. O soluție de intervenție personalizată a fost proiectată pentru a reduce oprirea apei și a readuce puțul in stadiul de producție. Intervenția recomandată a urmat pașii următori: S-a stabilit o cale de injectivitate între sondă și zona dorită care trebuia izolată prin efectuarea unei perforații TCP pe linia de 6–5 / 8”. Un sistem de plasare selectivă a fost introdus prin setarea unui dispozitiv de izolare cu fixare / packer pe acele perforații pentru a putea colecta și evacua tratamentul de închidere a apei (suspensie de ciment pe bază de motorină) în spatele carcasei. La finalul lucrărilor, dispozitivul/packerul nu nu a rămas în poziția fixată și a fost preluat la suprafață cu scopul de a vindeca și a proceda la debitarea sondei pentru a evalua rezultatele. Cuvinte cheie: închiderea apei, integritatea puțului, canalizarea / scurgerea cimentului, tubulatură înfășurată, sondă orizontală, operațiuni sau lucrări pregătitoare provizorii, tehnică de perforație transmisă, dispozitiv de izolare gonflabil provizoriu. 1. Introducere Lucrările pregătioare provizorii sunt intervenții bine realizate cu echipamente și facilități de susținere, care exclud cerința amplasării unei platforme peste puț/sondă. Tubulatura spiralată, cablul ascensor care ajută la coborârea uneltelor și echipamentelor în sondă și intervențiile de tip snubbing sunt desfășurate în mod obișnuit ca operații sau lucrări pregătitoare provizorii [1, 2]. După cum se știe, un puț cu acoperire extinsă este acela în care raportul dintre adâncimea măsurată (MD) și adâncimea verticală reală (TVD) este de cel puțin 2:1. O mare problemă întâlnită la rezervoarele care produc petrol este producția de apă. La fel ca în majoritatea lucrurilor din natură, fluidele tind, de asemenea, să urmeze căile care impun cea mai mică rezistență, care, în rezervoare, sunt adesea create de natura eterogenă a rocii. Există două niveluri până la această eterogenitate. Primul este eterogenitatea microscală, care ar putea fi reprezentată ca o distribuție pură a caracteristicilor poroase, iar a doua este eterogenitatea macroscală care include straturi, * Ing., Halliburton Production Solutions, Abu Dhabi, Emiratele Arabe Unite ** Prof.dr.ing., Universitatea de Petrol și Gaze din Ploiești

6

fracturi / crăpături naturale sau induse și permeabilități verticale și orizontale ridicate. Ambele pot duce la o conformitate slabă și, prin urmare, trebuie controlate. Dacă sunt disponibile conducte pentru scurgerea apei, atunci acestea trebuie blocate pentru ca puțurile de producție să continue să funcționeze [3, 4, 5]. Prin intermediul unei revizuiri, pe baza datelor de producție, uzurei, istoricului de finalizare și stării mecanice a puțului, se poate identifica cauza posibilă a producției de apă. Având în vedere cât de multe hidrocarburi rămân, ușurința accesului la hidrocarburi și alți parametri economici, dacă o lucrare de remediere este economică/sustenabilă, investigația suplimentară pentru a găsi sursa de apă și pentru a defini mecanismul de producție se face printr-o linie de rulare (RST, PLT, etc. ). Pe baza jurnalelor, se identifică tipul problemei și se recomandă posibile lucrări de remediere. Apoi, este realizată o fezabilitate economică și tehnică detaliată pentru a justifica tratamentul propus [10, 11, 12]. Sonda cu extindere (ER-Well) care a beneficiat de acest tratament, este una care produce petrol, găurită în cel mai mic rezervor R-3. A prezentat producție de apă inca din ziua reactivării, la o rată aproape constantă de 550 de barili pe zi. Mai multe analize efectuate de proprietarul puțului au evaluat

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


calitatea cimentului carcasei ca fiind de 9–5 / 8 ”, producția venită din puțurile producătoare din apropiere, caracterizarea apei produse, sondaje de temperatură etc. Toate datele sugerează că sursa tulpinilor de apă este localizată la Injectoarele de apă din rezervorul superior R-1. În funcție de proprietarul sondei ER-Well, opțiunile la instalație au reprezentat provocări financiare și logistice și nu au fost disponibile pentru restul anului 2017, blocând aproximativ 3500 de barili de petrol pe zi. Încercările anterioare de a relua activitatea sondei au fost un eșec. 2. Identificarea problemei

Sonda ER a fost selectată pentru luarea în considerare a tratamentului apei. Datele pe scurt aferente sondei pot fi văzute în tabelul 1. Sonda producea 100% apă tăiată la suprafață. Analiza performanței compensate a sondei și eșantioanele de fluide din Sonda ER au indicat ca principala cauză a producției excesive de apă - curgerile în spatele carcasei / învelișului de 9–5 / 8”. Flux încrucișat a fost detectat în spatele carcasei, prin urmare, a avut loc o comunicare inter-rezervor de la rezervorul R-1 la rezervorul R-3 prin cimentarea imperfectă în spatele carcasei de 9–5 / 8 ”. O astfel de apă a fost produsă împreună cu petrolul. Presiunea hidrostatică a ucis în cele din urmă sonda. O schemă a sondei poate fi văzută în fig. 1.

Fig. 1. Fluxul încrucișat dat de canalul de cimentarea imperfectă a carcasei (schema ER-well) Prin testarea interferențelor, s-a arătat că sonda injectoare IW-02 din apropiere, care injectează în rezervorul R-1 are o comunicare directă a presiunii sale cu presiunea din R-3 conținut în sonda ER. În 2016 a fost rulat un program de înregistrare a mișcărilor cablurilor folosite pentru coborârea și ridicarea uneltelor și a altor echipamente în puț format prin determinarea temperaturii cu înaltă precizie; un jurnal de curgere a apei și un jurnal de zgomot au fost rulate la 8530 ft MD (chiar deasupra vârfului rezervorului R-3). Sonda ER și sonda injectoare IW-02 din apropiere au fost ambele închise în timpul operațiunilor de înregistrare (rezultând diferență de presiune minimă între R-1 și R-3 în această regiune). Analiza acestor date de temperatură a evidențiat un efect de răcire de la baza R-1 în partea de sus a R-3, sugerând fluxul încrucișat în jos în R-3. Stațiile de curgere a apei au detectat circulația fluidelor în zona R-1; cu toate acestea, măsurătorile de flux au fost la baza pragului de detectie.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

În 2017, a fost derulat un program care înregistra la intervale de timp pentru a investiga orice modificări ce pot aparea în ceea ce privește timpul. Acest al doilea jurnal a fost rulat cu sonda ER statică, în timp ce injectorul IW-02 din apropiere, era activ si injecta în R-1. Programul de înregistrare a fost format din determinari de temperatură de înaltă precizie, un jurnal de curgere a apei și un jurnal de zgomot spectral. Înregistrarea a fost efectuată pe un interval cuprins între 7000 și 10000 ft MD. Analiza celui de-al doilea program de înregistrare coroborează rezultatele programului de înregistrare inițial și concluzionează că se produce flux încrucișat de la R-1 la R-3. Tabel 1. Prezentarea pe scurt a datelor din sonda ER Porozitate 20 la 25% Permeabilitate 5 la 7 md BHP 3000 la 3200 psi BHT 190 la 205 °F Geotermal 2.5 la 2.8 °F/100 ft

7


3. Proiectarea și prepararea tratamentului Această lucrare a fost realizată pe una dintre insulele Emiratelor Arabe Unite, în Golful Persic, unde sunt utilizate instalații de petrol și gaze. Proiectarea lucrării a presupus selectarea pastei (suspensiei) potrivite pentru dopul de ciment și metoda de plasare corespunzătoare pentru a asigura poziționarea corectă a dopului de ciment [6, 9]. Proprietarul puțului extins și Halliburton au colaborat pentru a proiecta o soluție customizata de Conformanță adaptată pentru a opri fluxul încrucișat dintre rezervoarele R-1 și R-3. Prin implementarea tubulaturii spiralate. Obiectivele tratamentului au fost: - remedierea fluxului transversal al conductei din R-1 în R-3 datorat din cauza unui canal rezultat în urma cimentării imperfecte din spatele sabotului de 9–5 / 8 ”. - Instalarea unui un dop de ciment între cele două rezervoare pentru a izola, sau cel puțin pentru a minimiza debitul dintre cele două rezervoare cu scopul de a întârzia o intervenție la echipament cât mai mult timp posibil. - izolarea perforațiilor inferioare și redresarea producției de petrol din rezervorul R-3 4. Selecția suspensiei Suspensia de ciment pe bază de motorină a fost folosită profitând de proprietățile sale de reacție selective în relație cu apa. Această suspensie de ciment reduce la minimum producția de apă nedorită oferind o alternativă cimentarii imperfecte, conditiilor de dirijare și asigură o izolare zonală optimă și integritatea rezervorului. Abordarea

integrată a fost proiectată luand in considerare: înregistrarea CT, perforația transmisă prin CT, izolarea mecanică cu IRPP și Tehnologia de Conformitate [6, 11, 12]. Tehnologia suspensiei pe bază de motorină a fost dezvoltată pentru a pătrunde mai eficient în golurile înguste, fără a se lega sau a se deshidrata în timpul plasării, de aceea este o soluție pentru controlul nivelului apei și pierderea problemelor de circulație. Suspensia de ciment pe bază de motorină folosește suspensia de ciment cu micro-matrice pe bază de hidrocarburi pentru a închide selectiv intruziunea apei. Sistemul reacționează numai la prezența apei și poate fi desfășurat folosind tuburi în spirală. Suspensia de Ciment pe bază de motorină poate fi utilizată cu succes la temperaturi de până la 400 ° F și poate oferi o integritate excelentă a carcasei atunci când este utilizată pentru repararea scurgerilor. Alte utilizari ale acesteia includ, printre altele: etanșarea zonelor extrem de permeabile, oprirea producției de apă nedorita sau a gazelor care provin din canalelor rezultate din cimentarea imperfectă din spatele carcasei, etanșarea scurgerilor de găuri în carcasă, etanșarea formațiunilor purtătoare de apă cu fracturi,[6, 7, 9]. Suspensia de Ciment pe bază de motorină Este cea mai bună opțiune pentru dopul de ciment remedial, deoarece aceasta din urmă va asigura că toate canalele din priza anterioară vor fi sigilate complet și, în același timp, va preveni formarea altor mici crăpături/fracturi care au luat naștere din cauza cimentarii imperfecte datorită permeabilității scăzute a cimentului [7, 9].

Fig. 2. Alcatuirea personalizată timpului de pompare a suspensiei de ciment pe bază de diesel 5. Tehnici de plasare Folosirea tuburilor în spirală a fost necesară pentru a asigura poziționarea corectă a dopului de ciment în toată zona care urmează să fie reparată.

8

Folosind acest tip de tubulatura a fost mai ușor să ne asiguram că cimentul a fost strecurat în cavitatea din spatele carcasei și în canalele existente deja în dopul de ciment anterior [6, 8, 9].

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


Odată ce suspensia de ciment a fost depistată în rezervorul R-1, a fost circulat un exces de ciment pentru a asigura că partea de sus a dopului este realizată corect. Pompa a continuat să funcționeze lent pentru a atinge presiunea de stoarcere necesară. Am facut acest lucru pentru a ne asigura că cimentul va rămâne în loc și nu își va schimba poziția [8, 9]. Următorul fluid a fost pompat în secvențe: Tabel 2. Secvențele de pompare ale lichidului Rata Etapa Fluid (bpm) 1 Solvent Organic 1 2 la 2.5 2 Pasta de ciment și Surfactant 4-5% 3 la 3.5 3 Pasta de ciment și Surfactant 2-3% 1.5 la 2.0 4 Solvent Organic 2 1 la 1.5 5 Solvent Organic 3 1.5 la 2.0 Mai jos este un rezumat al etapelor principale care au fost urmate în timpul operațiunii de închidere a apei: Pasul # 1 - Instrument CCL de memorie pentru corelarea puțurilor și a abaterii pentru IRPP / TCP Pasul # 2 - TCP (millennium gun) pentru a perfora linerul de 6–5 / 8 ” Pasul # 3 - montarea unui dispozitiv de izolare cu eficiență crescuta/packerului CT-Straddle, a început să pompeze tratamentul de ciment pe bază de diesel/motorină Pasul # 4 - (contingență) - Duza de spălare / Motor de frezare pentru a curăța tubulatura Pasul # 5 - Testul de izolare și presiune a puțului Instalația de tuburi in spirala a fost coborâtă.

6. Execuţie Pentru a izola secțiunea inferioară a puțului și pentru a elimina fluxul încrucișat dintre rezervorul R-1 și R-3, a fost propusă o secvență de etape pentru a accesa secțiunea inelară dintre liner și formațiunea existentă folosind tehnica de perforație transportată prin tub (TCP) și stoarcerea/eliminarea unei secvențe de sisteme cu apă conformă standardelor [6, 8, 9]. În primul rând, a fost efectuată o rulare CT cu ecartament de memorie CCL pentru a corela cu exactitate în contrast cu finalizarea sondei. În al doilea rând, un Millenium gun de 2 inci a fost rulat cu tehnica TCPT pentru a perfora învelișul de 6–5 / 8”, ceea ce a cauzat mici daune la carcasa R-2 de 9–5 / 8”, la o adâncime densă. Adâncimea de ardere a fost aleasă în partea superioară a stratului dens R-2 și a învelișului de 9-5 / 8” (8238ft 8295ft). Motivul a fost să ne asiguram că tot tratamentul a coborat la intrarea în orificiu maximizând șansele de umplere de la invelis până la partea de sus a protuberentei packerului [6, 8, 9]. Într-o execuție ulterioară, un un dispozitiv de izolare cu fixare de tip CT a fost rulat pentru a izola zona inferioară a puțului, permițând în același timp pomparea prin orificiile de circulație situate deasupra elementului. Odată ce secțiunea inferioară a fost izolată, s-a trecut la pomparea secvenței de apă stoarse. Sistemul propus este format din suspensie de ciment fin pe bază de motorină, pompată la diferite viteze pentru anumite scopuri [6, 8, 9].

Fig. 3. Suspensie de ciment pe bază de motorină reperată în rezervorul R-2

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

9


7. Concluzii și rezultate Reducerea consistentă a nivelului apei în lichidul produs rămâne una dintre cele mai mari provocări din industria petrolului. Oprirea apei și controlul conformității în producția de petrol greu sunt mai dificile atât din punct de vedere tehnic, cât și economic. Succesul tratamentului de închidere a apei depindea în principal de identificarea corectă a problemei. Având informații adecvate din sondă și rezervorul asociat, putem concepe și proiecta cel mai bun fluid de tratament și metoda de plasare adecvată pentru a asigura o execuție reușită a intervenției. În acest caz, intervenția a avut un succes general în realizarea principalelor obiective. Utilizarea suspensiei de ciment pe bază de Diesel, cu o metodă de plasare proiectată, a asigurat că dopul de ciment remedial a fost plasat corect de-a lungul perforațiilor. A fost atinsă o integritate a rezervorului în proportie de 100% prin stoarcerea cu succes a 70 de barili de ciment pe bază de motorină din spatele învelișului. Presiunea de blocare a fost obținută la 40 de minute de la începerea stoarcerii (simulare în laborator) Producție amânată deblocată de aproximativ 3500 barili de petrol pe zi și un cost redus cu aproximativ 1.500.000 USD în comparație cu efectuarea unei operațiuni alternative cu instalatii. Indiferent de succesul inițial al acestei operațiuni la închiderea apei din R-1, în viitor trebuie să se efectueze o uzură a platformei pentru a izola permanent și mecanic perforațiile deschise în căptușeala goală 6-5 / 8 ”.

Bibliografie

Terminologie CT - Tubulatură în spirală MD - Măsurarea adâncimii WC - Reducerea apei (%) BHA - Ansamblu gaură inferioară BHP - presiunea orificului inferior BHT - Temperatura orificiului de jos CCL - Localizator cu guler pentru carcasă TVD - Adâncime verticală adevărată RST - Instrument de saturație a rezervorului PLT - Instrument de înregistrare a producției EOT - Capătul tubului WHP - Presiunea din capul puțului IRPP - ambalator de producție recuperabil gonflabil TCP - Perforarea transportată prin tuburi

10. Surguchev, L.M., Stavland, A. Water Shut Off: Simulation and laboratory Evaluation, Paper SPE-50619; 1998; Holland

1. Ainul, A.J., Tofeeq, A. Successful water shut off treatment with engineered micro-cement slurry through coiled tubing in Pakistan, Paper SPE-111046-MS; 2005; Pakistan 2. Al-Ghasham., Y.Y. Assessment of Rigless water Shutoff Using ThroughTubing Bridge Plug in a Large Onshore Oil Field in Saudi Arabia, Paper SPE-92883-MS; 2005: Bahrain 3. Al-Zubali, M.A., Al-Nasser, R.H., Al-Umran, S.A. Rigless wáter Shut Off Experience in Offshore Saudi Arabia, Paper SPE-81443; 2003; Bahrain 4. Chan, K.S. Water Control Diagnostic Plots, Paper SPE-30775-MS; 1995; USA 5. Farooqui, M.A., Al-Rufaie, Y.A. Rigless Techniques Enhance The Effectiveness and Economics of Water Shut Off Treatments, Paper SPE39511; 1996; India 6. Halliburton Production Solutions Coiled Tubing Handbook; USA 7. Halliburton Production Solutions Essential Red Book;USA 8. Halliburton Production Solutions Coiled Tubing Operation Manual; USA 9. Halliburton Production Solutions Best Practices_Squeeze Cementing with Coiled Tubing;USA

11. Xindi, S., Bai, B. Comprehensive review of water shutoff methods for horizontal wells, Petroleum Exploration and Development, Vol.44, Pag.1022–1029, December 2017. USA 12. Zhang, G., et al. The Application of Water Shut off Technique In Jidong oilfield, Paper SPE-188098; 2017; Saudi Arabia

Recenzor Șef lucr.dr.ing. Ladislau RADERMACHER UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

10

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


SOLUȚIE TEHNOLOGICĂ DE CURĂȚARE CHIMICĂ A CONDUCTELOR OFFSHORE APLICATĂ PE O INSULĂ ARTIFICIALĂ Alejandro OSORIO POZO*, Joel Vladimir ULLOA GUTIÉRREZ*, Lazăr AVRAM** Claudia Maria BREZEANU*** Rezumat Scopul acestei lucrări este de a prezenta în detaliu o nouă metodă de curățare chimică a unei conducte subterane offshore, cu lungimea de 2000 de metri și diametrul de 8 inch, concepută pentru transportul motorinei, din zona digului până la tancurile petroliere din Insula Artificială, depărtate de ţărm (Abu Dhabi , Emiratele Arabe Unite). Vom descrie modul în care selecția solvenților adecvaţi și a tehnicii utilizate pentru o curățare reușită depinde de o serie de factori precum: natura depozitului, tipul metalului din care este alcătuită conducta care trebuie curățată, solvenții disponibili, temperaturile și practicile de operare în condiții de siguranță. Cuvinte cheie: Acţiuni anterioare punerii în funcțiune, punere în funcțiune, curățare chimică, decapare, degresare, pasivizare, neutralizare, curăţare. 1. Introducere Curățarea chimică se realizează pentru a îndepărta contaminanții care pot afecta operațiunile instalaţiei cauzaţi de spumare, un schimb de căldură slab, deteriorarea paletelor compresorului și care cu timpul pot conduce la pierderea totala producției. Pentru o unitate nou construită sau conducte nou instalate, se presupune că acestea conțin uleiuri rămase, conservanți și ţunder, astfel încât eliminarea chimică a ţunderului și a uleiurilor și conservanților este necesară frecvent. Acest lucru este valabil mai ales în cazul sistemelor lubrifiate cu ulei și a cazanelor de înaltă presiune [2, 4, 13]. Aplicarea cu succes și la costuri cât mai reduse/economice a curățării cu solvenți depinde de o serie de factori; cum ar fi sedimentele, metalele din care este alcătuit echipamentul care trebuie curățat, solvenții disponibili și practicile de operare în condiții de siguranță. Eliminarea oricărui tip de sediment cu solvenți este o funcție ce ține de natura sedimentului. Sedimentele sunt împărțite în trei clase mari; sedimente anorganice, sedimente organice și amestecuri între aceste tipuri de sedimente [2, 4, 13]. Această activitate prezentată în cadrul acestui articol a fost derulată într-una din insulele artificiale din larg, utilizată ca instalație de petrol și gaze în Emiratele Arabe Unite, în Golful Persic. Așa cum am menționat anterior, obiectivul principal al acestui studiu este de a prezenta, în mod general, o tehnică de curățare chimică alternativă, fără a utiliza configurația tradițională (buclă și sistem * Ing., Halliburton Production Solutions, Abu Dhabi, Emiratele Arabe Unite ** Prof.dr.ing., Universitatea de Petrol și Gaze din Ploiești ** Ing., Universitatea de Petrol și Gaze din Ploiești

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

închis) ci prin folosirea unei configurații care este alcatuita din două stații de pompare, asemanator cu o metodă de reciprocitate. [2, 4, 13]. 2. Provocări operaționale Una dintre principalele provocări întâlnite este aceea că linia sau conducta de motorină este una subterană și are o lungime de aproape 2000 de metri și un diametru de 8 inch și nu a existat o conductă paralelă sau cel puțin o altă conductă care să poată fi folosită ca linie de întoarcere/retur, facand dificila instalarea unei linii de retur, din cauza lungimii și pentru că această conductă temporară de retur ar trebui să treacă prin una dintre cele mai aglomerate drumuri de vehicule grele. O altă provocare a fost comunicarea dintre cele două capete ale conductei de motorină (din zona digului către rezervoarele de depozitare). Operatorii de pompă și supapă au comunicat constant cu supraveghetorii din teren cu ajutorul unui radio de comunicație securizat intrinsec pentru a coordona pomparea pe ambele părți ale conductei. Trebuie să se țină cont de faptul că procesul a fost realizat într-un proces de mișcare alternativă / de reciprocitate, și aceasta pentru că linia/conducta diesel curățată a fost utilizată în același timp cu linia/conducta de retur. Amestecul de curățare a fost pompat din zona digului (stația de pompare 1) către zona rezervoarelor de depozitare (stația de pompare 2). Atunci când tot volumul de solvenți a ajuns la stația de pompare, mai precis in rezervoarele de depozitare, pomparea s-a oprit în zona digului, după aceea, muncitorii au configurat supapele pentru a returna lichidul în zona digului / debarcaderului și invers.

11


3. Provocări privind siguranța Curățarea chimică este o operație continuă, mai ales când se adaugă substanțe chimice, prin urmare, operatorii manipulau și puneau în permanență în poziția corectă toate robinetele (deschiderea și închiderea). Însă, în timpul verii, în Emiratele Arabe Unite, orice activitate industrială este interzisă între intervalul orar cuprins între 12:00 și 15:00 din cauza temperaturilor extreme. Cu toate acestea, activitățile de curățare cu substanțe chimice sunt de o importanță critică și continue și nu este posibilă oprirea dozării chimicalelor chiar și atunci cand avem de a face cu temperaturi ridicate, astfel încât pentru a garanta continuitatea operațiunilor în timpul pauzei de la jumătatea zilei și dar și a altor activități de critică importanță, au fost alocați lucrători suplimentari pentru locuri de muncă solicitante din punct de vedere fizic pentru ca membrii echipelor să își poată aloca pauze / timp de repaos în funcție de nevoile personale.  Cu toate acestea, pentru a îmbunătăți performanța și pentru a lucra continuu chiar și în etapele de înălțare și de descărcare a platformei au fost luate următoarele măsuri: Acoperire adecvată pentru umbră și ventilație crescută dobândite după instalarea ventilatoarelor de răcire la locul de desfașurare a activității.  Pauze scurte de 20 de minute pentru ca interiorul recipientului de răcire să se răcească pentru a hidrata și a reduce temperatura corpului.  Rotirea personalului la fiecare 40 de minute Împreună cu măsurile de precauție anterioare, avem în vedere reducerea ventilației locală de evacuare în punctele de producție de căldură sau umiditate prin protecție reflectorizantă și creșterea ventilației. Punctul de injecție al substanțelor chimice pentru acest proiect a fost lângă ocean, la digul insulei, un loc cu vânt puternic unde uneori valurile ajung la suprafață; prin urmare, operatorii au fost nevoiți să poarte jachete de salvare.

4. Metodologie Conducta de motorină a fost curățată chimic urmând pașii de mai jos [8, 9, 12, 13]. 1) Configurarea sistemului 2) Test de scurgere a apei și scurgeri 3) Curățare alcalină (degresare) 4) Curățarea acidului (decaparea) 5) Neutralizarea 6) Pasivizare 7) Uscarea 5. Configuratia sistemului A) Garniturile și supapele sunt închise și izolate: o procedură detaliată a arătat locația garniturii și o listă a garniturilor a fost generată. Valvele care trebuie închise sau deschise au fost clar marcate în P&ID. Toate robinetele Non Retur (valve de reținere) au fost scoase/eliminate [3, 2, 9, 8] B) Instrumente protejate împotriva curățării chimice: toate gabaritele de nivel și alte instrumente care ar putea fi deteriorate de soluții alcaline sau acide au fost îndepărtate sau izolate pozitiv. S-a făcut izolarea sau deconectarea instrumentelor și analiza eșantioanelor pentru a preveni deteriorarea. [3, 2, 9, 8] C) Țevi temporare: Locația în care s-au derulat activitățile de curățare cu substanțe chimice a fost marcată într-un plan de parcelă. A fost atașată o procedură detaliată împreună cu P&ID. Țevile și echipamentele temporare au fost menționate în procedura detaliată. [3, 2, 9, 8] Metoda tradițională de a efectua o curățare chimică presupune un circuit închis (buclă) cu recirculare continuă a solvenților. Figura 1 prezintă un mod general de configurare a echipamentului pentru recircularea corectă a solvenților, printr-o linie de injecție și o linie de retur. Figura 2 prezintă configurația realizată pentru curățarea chimică folosită pentru a scrie acest articol. [10, 12]

Fig. 1. Configurarea tipică a sistemului pentru activităţi tipice de curăţare 12

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


Fig. 2. Configuraţia sistemului pentru curăţarea chimică prin metoda reciprocă 6. Spălarea cu apă şi testul scurgerilor Pentru a ne asigura că nu există scurgeri de la flanșe și alte conexiuni și înainte de introducerea vreunui produs chimic în sistem, s-a efectuat o verificare a scurgerilor folosind doar apă. Sistemul este umplut cu apă potabilă și spălat cu viteză mare la aproximativ 5 bari (cu excepția cazului în care este necesar ca presiunea să fie mai mică sau mai mare din proiectarea conductelor). După ce sistemul a fost umplut cu apă și circulat timp de aproximativ 2 cicluri, s-a prelevat o probă de apă și claritatea apei a fost verificată vizual. O anumită turbiditate este acceptabilă, dar eșantionul trebuie să fie suficient de clar pentru a vedea prin el. Acest pas asigura soliditatea conexiunilor temperarea și a furtunurilor [4].

ore. Conținutul de fier a fost monitorizat pentru a determina finalizarea eliminării oxidului. Alți parametri monitorizați au fost temperatura, pH-ul, concentrația de fier și procentul de concentrație de acid. După înregistrarea a trei rezultate consecutive similare ale concentrației de acid, curățarea a fost oprită și am continuat cu etapa de neutralizare [2, 9, 12].

7. Curățare alcalină (degresare) Degresarea începe prin încărcarea sistemului cu apă curată. În timp ce apa circula, a fost încălzită până când a atins o temperatură cu valori cuprinse între 60 ° C și 70 ° C. Odată ce apa a atins temperatura dorită, s-au adăugat hidroxid de sodiu și un agent tensioactiv în rezervorul de amestecare [6, 12]. Soluția a fost circulată la o temperatură constantă timp de 8 sau 10 ore. În timpul procesului de circulație, s-au prelevat probe de amestec în fiecare oră și s-au înregistrat alcalinitatea, pH-ul și temperatura. După trei rezultate consecutive similare înregistrate, curățarea alcalină a fost oprită și s-a trecut la etapa de decapare [7, 11].

10. Pasivizare Temperatura soluției a fost redusă la 40 ° C. Odată ce temperatura este atinsă, s-a adăugat Nitrit de sodiu în rezervorul de amestecare. Soluția a fost circulată la o temperatură constantă timp de 4 ore și pH-ul a avut valori cuprinse între 8,5 sau 9,5. După finalizarea programului de curățare, conducta a fost drenată și soluția a fost trimisă la un rezervor de depozitare a deșeurilor, apoi conducta curățată a fost inspectată vizual și receptionată, apoi a fost uscată conform metodei de uscare recomandate [8, 9, 12].

8. Curățarea cu acid (decapare) Pentru a obține o soluție acidă au fost injectaţi un inhibitor și acid citric. Această soluție acidă a fost amestecată cu substanțele chimice de degresare [6, 12] pentru a forma chelatori capabili să rețină fierul dizolvat în soluție la un pH ridicat [1, 5]. Această etapă acidă a avut un pH ajustat, încălzită de la 60 ° C la 70 ° C și a circulat timp de 6 sau 8

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

9. Neutralizare Neutralizarea s-a realizat prin adăugarea amoniacului apos la soluția acidă pentru a ridica pH-ul pentru a ajunge la valoarea de 8,5 sau 9,5. Odată ce valoarea menționată anterior pentru pH a fost atinsă, următoarea etapă a fost efectuată [1, 2, 12].

11. Uscare / conservare După receptionarea sistemului, aerul uscat a fost injectat în conductă pentru a îndepărta orice soluție apoasă reziduală. Odată ce sistemul a fost uscat, sistemului i-a fost atașată o garnitură de tip blind, păstrând presiunea cu aerul uscat. Sistemul trebuie să fie un sistem fără scurgeri, iar o ușoară presiune pozitivă trebuie să fie menținută și monitorizată periodic [2, 13].

13


12. Criterii de acceptare Se consideră că un sistem este curat și îndeplinește condițiile următoare [8, 9, 10, 11, 12]: - Temperatura, pH-ul și nivelul sedimentelor soluției de probă vor fi analizate pentru a confirma periodic eficiența soluției de curățare. - inspecție vizuală in toate punctele de inspecție identificate ale sistemului in special la patru dintre acestea; Punctul de injecție pentru curățarea chimică, liniile / conductele de retur, imbinările liniare și secțiunea de conducte în buclă. 13. Concluzii Odată cu metoda alternativă propusă în acest articol, s-a realizat curățarea chimică a unei secțiuni de conducte lungi și au fost depășite principalele probleme, cum ar fi: linia/conducta de retur nu este disponibilă pentru a re-circula lichidele de curățare și conducta cu pante sinuoase înalte de pe insula artificială offshore. Succesul metodei de alternare a constat în stabilirea a două stații de pompare și coordonarea echipelor și echipamentelor multiple, a unui lot chimic alternativ de la capăt la punctele de pornire și a fost utilizat un sistem de înaltă presiune cu aer uscat după finalizarea curățării chimice pentru a elimina lichidele rămase. Prin metoda alternativă, conducta a fost curățată 100% și pregatită să proceseze transporturile de hidrocarburi. Cost optimizat prin reducerea volumelor / cantităților de substanțe chimice (deoarece nu a fost necesară completarea unei linii de retur), Timpul operațional optimizat cu 25% comparativ cu curățarea chimică convențională de la concurenți (deoarece nu a fost necesară fabricarea și instalarea conductelor temporare). Fără niciun fel de service quality sau incidente de munca în timpul efectuării operațiilor de curățare chimică. Terminologie P&ID – Schema de conducte și instrumentare HSE – Sănătate, Siguranță și Mediul Înconjurător

Bibliografie 1. Chang, R. Chemistry, Mc Graw Hill; 2013; China 2. Killcross, M. Chemical and Process Plant Commissioning Handbook, A Practical Guide to Plant System and Equipment Installation and Commissioning 3. Spurrell, C., Bibbs, M. Refinery Chemical Cleaning-Criteria for detergent Selection; Paper NACE-00446; 2000; USA; 4. Al-Darwish, H.M., Al-Dossary, S.A., Al-Abdulmohsin, N.M. Chemical and Mechanical Cleaning Case Study; Paper NACE-9311; 2017; USA 5. Gmurczyk, M.U., Olszowka, S.A., May, L., Barkatt, A. Degradable Chelating Agents for Decontamination and Chemical Cleaning; Paper NACE-98327; 1998; USA; 6. Halliburton Pipeline Process and Services Calculations and Technical Reference Manual 7. Halliburton Pipeline Process and Services Best Practices Series, Problems with Removal of Mixed Organic & Inorganic Deposits; USA; 8. Halliburton Pipeline Process and Services Industrial Cleaning Handbook Grey Manual; USA 9. Halliburton Pipeline Process and Services Industrial Cleaning Handbook Red Manual; USA 10. Halliburton Pipeline Process and Services Scale Removal Handbook; USA 11. Halliburton Pipeline Process and Services Viscous Organics Removal Manual; USA 12. Halliburton Pipeline Process and Services Industrial Cleaning Engineering Revision, Magsolv and Citrosolv Process; USA 13. Mullin, G., Quinn, H. Chemical Cleaning as a maintenance Tool; Paper PETSOC-63-04-04; 1963; Canada

Recenzor Șef lucr.dr.ing. Ladislau RADERMACHER UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

14

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


ASPECTE PRIVIND SIMULAREA CALCULELOR COMPARATIVE ÎNTRE PRODUCTIVITATEA SONDELOR ORIZONTALE ȘI PRODUCTIVITATEA SONDELOR VERTICALE CARE PRODUC DIN ACEEAȘI FORMAȚIUNE PRODUCTIVĂ Iuliana Veronica GHEȚIU* Rezumat În lucrare este analizat cazul unui grup de sonde din platoul continental care produc din aceeași formațiune productivă. Conform informaţiilor referitoare la natura şi parametrii fizici ai rocii colectoare, formaţiunea productivă prezintă un grad mare de neuniformitate (eterogenitate şi anizotropie). În imediata apropiere a găurii de sondă orizontală curgerea este radială într-un plan perpendicular pe axa ei, iar în restul stratului curgerea are loc în plan orizontal. Pentru a putea stabili avantajele sondelor orizontale față de sondele verticale, s-a realizat o analiză a productivității. Influenţa anizotropiei este luată în considerare prin coeficientul de anizotropie propus de Muskat şi permeabilitatea efectivă a zăcămîntului. Pentru exemplificare s-a folosit ecuaţia debitului de lichid a sondelor orizontale pentru zăcăminte omogene şi anizotrope stabilită de Joshi. Cuvinte cheie: sonde orizontale și verticale, coeficient de anizotropie, indice de productivitate, raţie de productivitate. curgerii fluidelor spre o sondă verticală, în jurul acesteia există o curgere plan-radială simetrică, ce poate fi analizată într-un sistem bidimensional sau unidimensional, comparativ cu sondele orizontale unde analiza se face în sistem tridimensional (figura 1). În curgerea staționară prin zăcămintele omogene și izotrope se consideră că suprafața de drenaj a sondei orizontale este elipsoidală.

1. Introducere În contextul actual al industriei extractive de petrol există un interes deosebit în ceea ce privește forarea sondelor orizontale. Principalul avantaj îl reprezintă deschiderile stratului productiv pe o lungime mai mare de câteva zeci de ori față de sondele verticale. Acest avantaj a dus la creșterea debitelor sondelor orizontale comparativ cu cele verticale datorită creșterii suprafeței de curgere. În cazul B

B

A

A

=

B

0

h

+

A 2b

A

2a

B

Fig.1. Curgerea din sistem tridimensional în sistem bidimensional Dacă sunt cumulate cele două efecte ale curgerii, debitul unei sonde orizontale Qh poate fi exprimat cu relația lui Joshi, valabilă pentru L > h și l/2 < 0,9rch.

* Asist.dr.ing. Univ. de Petrol și Gaze din Ploiești ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Oh 

2  kh h p

(1)

  L  a  a 2     h h  2   b ln  ln L L 2rsh    2   2

unde: kh – permeabilitatea stratului pe direcție orizontală h – grosimea stratului; p – căderea de presiune totală b – factorul de volum al țițeiului; 15


0,5

0,5   4  rch      a   L / 2  0, 5  0, 25       L/2        

(2)

µ – vâscozitatea dinamică a țițeiului; L – lungimea traiectului orizontal al sondei; a – Semiaxa mare a elipsei; rsh - raza sondei orizontale; rch - raza de drenaj pentru sonde orizontale. 2. Astepcte teoretice și experimentale Lucrarea are la baza datele de la un grup de sonde din platoul continental . Sondele produc din aceeași formațiune productivă. Structura este reprezentată de o ridicare de formă anticlinală, faliată. Sistemul de falii este complex, datorită evoluţiei geologice a sedimentelor cretacicoeocene, în timpul depunerii formaţiunilor oligocene. Zăcământul de ţiţei Cretacic superior este cantonat într-o capcană structurală. Din punct de vedere litologic, roca magazin este reprezentată printr-o alternanţă de calcare politomorfe albicioase compacte, calcare grezoase compacte, conglomerate cu matrice calcaroasă şi gresii calcaroase, în care se remarcă prezenţa unui sistem de microfisuri orientate vertical şi oblic umplute cu material argilos. Conform informaţiilor referitoare la natura şi parametrii fizici ai rocii colectoare, formaţiunea productivă prezintă un grad mare de neuniformitate (eterogenitate şi anizotropie). Unul din factorii cei mai importanţi în asigurarea succesului unei sonde orizontale îl constituie activitatea de completare a sondei (well completion). În stabilirea variantei optime de completare trebuie luate în considerare implicaţiile pe care le are forajul şi exploatarea, dar şi necesitatea efectuării unor operaţii de intervenţie sau de stimulare a sondelor. Sondele analizate sunt tip gaură liberă, echipate cu linere șlițuite și perforate adecvat. În această variantă sonda nu este echipată în zona orizontală productivă, ea producând prin peretele natural, iar în zona traiectului orizontal sonda este echipată cu

Nr. crt. 1 2 3

4

16

un liner de producţie format din burlane şliţuite de la suprafaţă. Pentru a putea stabili avantajele sondelor orizontale față de sondele verticale, s-a realizat o analiză a productivității. Pentru compararea productivităţii sondelor pe o perioadă îndelungată se recomandă curgerea pseudostaţionară. În imediata apropiere a găurii de sondă orizontală curgerea este radială într-un plan perpendicular pe axa ei, iar în restul stratului curgerea are loc în plan orizontal. Pentru multe zăcăminte raportul permeabilităţilor (kh / kv) este mai mare ca 1 şi adesea apropiat de 10. Influenţa anizotropiei este luată în considerare prin coeficientul de anizotropie propus de Muskat şi permeabilitatea efectivă a zăcămîntului k h k v . β  kh / kV (3) Ecuaţia debitului de lichid a sondelor orizontale pentru zăcăminte omogene şi anizotrope stabilită de Joshi este:

q

2 kh hp

2   L   2  a  a    h h  2 b ln  ln L L 2rs    2    

(4)

Ecuaţia (4) se aplică pentru suprafeţe de drenaj elipsoidale și poate fi utilizată pentru a obţine variaţia raportului indicilor de productivitate q/∆p când se compară o sondă orizontală cu una verticală care produc din acelaşi zăcământ. Debitul unei sonde verticale este dat de relaţia:

qV 

2k h hp . b ln rch / rs 

(5)

Plecând de la valori ale parametrilor de zăcământ cunoscuți, se vor face analize asupra indicelui de productivitate al unei sonde orizontale și al unei sonde verticale.

Tabel 1. Valorile parametrilor de zăcământ Parametri de zăcământ Valori raza de drenaj a sondei rc aria de drenaj Ad coeficientul de anizotropie β se consideră pentru trei situaţii diferite lungimea traiectului sondei orizontale L

225 [m] 15,9 [ha] β = 2.5 anizotropie frecvent întâlnită β = 1 izotropie totală, k h = k v β = 0,25 anizotropie mare pe verticală 60... 600 [m]

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


Calculele au fost făcute pentru trei grosimi nete de strat h = 5 m, 25 m şi 50 m. Raţia de productivitate, adică raportul dintre indicele de productivitate al unei sonde orizontale şi cel al unei sonde verticale este dată de relaţia (6) iar semiaxa mare a elipsei a se calculează cu relaţia (2). Valorile obținute au fost trecute în tabelul 2.

IPh IPv

ln  rch / rs 

(6)

2    a  a 2   L   h h  2  ln ln L L 2rs    2    

Tabel 2. Rezultatele obținute pentru valori diferite de anizotropie Raţia de productivitate (IP)h/(IP)v

Nr. Crt.

L

-

m

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

60 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

a h=5m -

β=2.5

250.9 2.129 252.5 2.775 255.6 3.490 260.1 4.187 266.08 4.905 273.4 5.668 282.2 6.494 292.6 7.396 304.5 8.388 318.0 9.481 332.9 10.684 349.3 12.002

β=1 2.539 3.176 3.903 4.628 5.386 6.202 7.092 8.076 9.166 10.380 11.720 13.200

h = 25 m β=0,25 2.744 3.364 4.091 4.825 5.599 6.436 7.355 8.374 9.507 10.770 12.180 13.740

Pe baza relaţiilor (6) şi (2) ale căror rezultate sunt prezentate în tabelul 2 s-au trasat curbele de variaţie (figura 2) a raţiei de productivitate (IP)h/(IP)v în funcţie de lungimea traiectului

β=2.5

β=1

h = 50 m β=0,25

β=2.5

β=1

β=0,25

0.889 1.621 2.467 1.328 2.229 3.108 1.823 2.896 3.834 2.298 3.534 4.551 2.770 4.182 5.307 3.254 4.859 6.114 3.756 5.580 6.994 4.284 6.359 7.964 4.842 7.204 9.038 5.434 8.123 10.230 6.060 9.121 11.549 6.721 10.20 13.005

0.482 0.756 1.077 1.389 1.698 2.011 2.331 2.661 3.002 3.356 3.723 4.103

1.055 1.545 2.093 2.616 3.139 3.676 4.239 4.883 5.466 6.141 6.861 7.627

2.129 2.775 3.490 4.187 4.905 5.668 6.494 7.396 8.388 9.481 10.684 12.002

orizontal al sondei L, pentru cele trei valori ale coeficientului de anizotropie β şi cele trei valori ale grosimii nete de strat h.

Fig. 2. Curbele de variaţie a raţiei de productivitate ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

17


3. Concluzii Graficul trasat în urma efectuării calculelor necesare, arată importanța indicelui de anizotropie și a grosimii formațiunii productive. În urma trasării curbelor se observă că rația de productivitate pentru valoarea indicelui de anizotropie de 2,5 este mai mică de 1, pentru valoarea indicelui de anizotropie mai mic sau egal cu 1, rația de productivitate ajunge până la valoarea 13, ceea ce ne indică că avem formațiuni productive cu multe fisuri naturale verticale. Raportul indicilor de productivitate scade uniform de la formațiuni mai subțiri (5 m) la formațiuni mai groase (50 m), ceea ce duce la concluzia că sondele orizontale reprezintă o bună variantă de exploatare în special în strate subțiri. În cazul în care rația de productivitate este mică, o sondă orizontală săpată într-un zăcământ anizotrop, nu își menține rentabilitatea în fața unei sonde verticale. Pe de altă parte, orice sondă orizontală săpată într-un zăcământ cu fisuri naturale (β = 0.25), este mult mai eficientă decât o sondă verticală. Astfel, o sondă de lungime mare (600 m) prezintă o creștere spectaculoasă a raportului indicilor de productivitate pentru β  1. Analizând productivitatea sondelor orizontale se pot face următoarele aprecieri:  Pentru strate anizotrope (β  1) cu grosimi mici și medii, sondele orizontale au cel mai mare randament;  Pentru strate cu grosimi mici sau mari, dar cu (β > 1), lungimea traiectului orizontal este un factor important care intervine în mod direct asupra creșterii productivității sondei;  Sondele orizontale săpate în stratele cu permeabiliate redusă dar care prezintă fisuri și microfisuri verticale , au productivitate mai mare decât sondele verticale. Bibliografie 1. Avram, L., Gheţiu, I., Cristescu, M., Stoica, M. E. Research on the Optimisation of Hydraulic Fracturing Operations, Buletinul Universităţii Petrol-Gaze din Ploieşti seria TEHNICĂ, vol. LXVII, No. 1/2015, ISSN (online) 2247-8574, ISSN-L 1224-8495, p.37-42. 2. Bătrânca, G.H. Stimularea sondelor marine orizontale din platoul continental ramânesc al Mării Negre, teză de doctorat, Ploieşti, 2000. 3. Cristescu, M., Teodorescu, C.C. Stimularea productivităţii sondelor prin acidizare, Editura Universităţii din Ploieşti, 2004. 4. Cristescu, M. Stimularea sondelor. Aplicații, Editura Universităţii din Ploieşti, 2007

18

5. Cristescu, M. Tehnologia extracţiei petrolului, Universitatea Ploieşti, 1993 6. Cristian, M., Socol, S., Constantinescu, A. Creşterea productivităţii şi receptivităţii sondelor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1982. 7. Economides, M. Matrix Stimulation Method for Horizontal Wells, JPT, July ,1991. 8. Elbel, J. L. Resevoir Stimulaţion Chapter 9, Considerations in Fracture Design, 1993 9. Gheţiu, I.V., Stan, I.G., Panaitescu, C., Jinescu, C., Mareş, A.M. Surfactants Efficency in Oil Reserves Exploatation, Revista de chimie, vol 68, no.2, februarie 2017, pag 273279, ISSN 0034-7752 10. Ghetiu, I.V., Stan, I. G., Popescu, M.G. Study regarding the destabilization of stable emulsions from Suplac area, Scientific Study & Research Chemistry & Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry, Issue SCSCC6 – Volume 17, no. 4 – 2016, pag. 355 – 364, ISSN 1582-540X 11. Ghetiu, I.V., Stan, I. Aplications of the Acidification Stimulation Program, Buletinul Universităţii Petrol-Gaze din Ploieşti - Seria Tehnică, Vol. LXX, nr. 1/2018. 12. Ghetiu, I.V. Aspects of Skin Factor Calculus in an Acid-Stimulated Well, Mining Revue, vol. 24, no. 3/2018, p. 13 -17. 13. Rădulescu, M., Popescu, C., Coloja, P. Aspecte privind productivitatea sondelor orizontale, Prezent şi Perspective, Ploieşti, 1992 12. Renard, G., Dupuy, J.M. Formation Damage Effects on Horizontal well Flow Efficiency in JPT, July, 1991. 13. Sădeanu, E.I. Aplicarea şi urmărirea proceselor de creştere a factorului de recuperare a petrolului din zăcăminte, Editura Didactică şi Pedagogică , Bucureşti, 1991. 14. Wilkirson, P Horizontal Drilling Techniques at Prudhoe Bay, Alaska, JPT, November 1988 15. *** Dowell Schlumberger, Horizontal Well Stimulation

Recenzor Prof.dr.ing. Eugen COZMA UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


VARIAȚIA MOMENTELOR DE FRÂNARE ÎN TIMPUL COBORÂRII GARNITURII DE FORAJ Claudia Georgeta NICULAE* Rezumat: În această lucrare sunt analizate cuplurile de frânare necesare controlării coborării garniturii de foraj în sondă. Sunt analizate distinct cazul folosirii doar al frânei cu bandă (frână de oprire a mișcării) și a frânei cu bandă alături de frâna hidraulică (frâna de reglare a mișcării). Folosirea ambelor frâne va conduce la creșterea duratei de funcționare s sistemului de frânare. Cuvinte cheie: frânare, garnitura de foraj, frâna cu bandă, frână hidraulică, sondă 1. Generalități Introducerea garniturii de prăjini se face ca în cazul ridicării, pas cu pas. Spre deosebire de ridicare, când pentru deplasarea ascendentă a sarcinii era necesară energia furnizată de motoare, coborârea se face datorită efectului gravitaţional. La introducere, toba este decuplată de la sistemul de acţionare, deplasarea descendentă a garniturii făcându-se datorită greutăţii sale proprii şi apare problema

controlării coborârii garniturii. Controlul acestei deplasări se realizează cu ajutorul frânelor care au rolul de a regla procesul de coborâre şi de a bloca garnitura în poziţia dorită. Există mai multe tipuri de frâne capabile să realizeze aceste funcţii: frâna cu bandă și frâna hidraulică sau electromagnetică. [1] Operaţiile auxiliare la care este necesară puterea motoarelor la coborârea unui pas al garniturii de foraj sunt detaliate în figura 1.

Fig. 1. Operaţiile auxiliare la care este necesară puterea motoarelor la coborârea unui pas 1. coborâre pas; 2. ridicare macara goală; 3. săltare pas din stivă; 4. înşurubare; 5. strângere; 6. săltarea garniturii din pene În cadrul procesului de coborâre energia motoarelor este solicitată doar pentru îndeplinirea unor operaţii auxiliare şi anume:  ridicarea macaralei goale;  săltarea pasului din stivă;  înşurubarea pasului şi strângerea îmbinărilor filetate;  săltarea garniturii din pene.

Frâna se va folosi doar în perioada coborârii sarcinii (durata t k , figura 2) şi în cazurile statice de menţinere a sarcinii suspendate în cârlig. Variaţia vitezei cârligului pe parcursul unui ciclu complet este prezentată în figura 2 şi se realizează astfel:

* Lect.dr.ing. Univ. de Petrol și Gaze din Ploiești ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

19


Fig. 2. Viteza cârligului pe parcursul unui ciclu complet '

unde: t 4 este timpul auxiliar;

Ec 

' e

t este durata de ridicare a macaralei goale: te'  t1  t 2  t3

(1)

t k timpul în care se coboară sarcina: t k  t1'  t 2'  t3'

(2)

' Deoarece deplasările descendentă (durata t e ) şi

ascendentă (durata t k ) sunt egale între ele (egale cu lungimea pasului) ariile de sub curbele vitezelor (tahograme) din figura 2 sunt egale: S A  SB  k l p (3) cu k coeficient de scară și l p lungimea pasului. Este interzisă aplicarea frânei înainte de terminarea perioadei t 3 . În această perioadă garnitura are încă mişcare ascendentă (decelerată), pe care frâna nu o poate opri (cablurile de foraj nu preiau efort de compresiune). În cazul în care se ' aplică frâna la t 3  t 3 , garnitura va căpăta viteza

(4)

În acest caz se petrec următoarele procese:  toba se opreşte la aplicarea frânei;  garnitura continuă mişcarea ascendentă, pe o distanţă h , un interval de timp t :

g t  t' h  3 3 2

2

(5)

 se acumulează energie potenţială:

E p  G h

(6)

 cablul poate sări de pe role, dar chiar dacă nu sare, garnitura cade la începutul perioadei t 4 de la înălţimea h , dezvoltându-se energia cinetică, care este preluată de cablu prin şoc. 20

2

(7)

unde, m este masa cumulată a sarcinii şi a echipamentului mobil (macara-cârlig). 2. Stabilirea cuplurilor de frânare în cazul în care nu se folosește frâna hidraulică (frâna de reglare) [2] Cuplurile de frânare a forței statice (în repausul garniturii) (se consideră inclusă și greutatea moartă a echipamentului de manevră) la începutul coborârii M f s1 și sfârșitul coborârii M f s 2 unui pas sunt:

Dz 2 D1  Fs 2

M f s1  Fs

(8)

M f s2

(9)

unde: m – numărul de role ale macaralei; Fs – forța din capătul activ al cablului la toba de manevră

Fs 

ascensională va ( g – acceleraţia gravitaţională).

va  g t3  t3'

1 m g 2 t3  t3' 2

Fc 2m

(10)

Fc – forța maximă de la cârligul instalației de foraj; Dz – diametrul de înfășurare a cablului pe ultimul val (în cazul instalației de foraj cu forța la cârlig de 3200 kN, de reglă, numărul maxim de valuri de cablu pe toba de manevră este de 5); D1 – diametrul de înfășurare a cablului pe primul val. Se consideră cazul unei sonde cvasiverticale [3]. Dar, în perioada de coborâre a garniturii de foraj, sarcina la cârlig scade datorită frecărilor și rezistențelor locale, aceasta fiind: (11) Fs c  Fs'  Ff  Fp  Fr

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


momentul pornirii, până la momentul M f 1 când

Fs' – forța statică la cârlig;

   Fs'  Gs' a 1  n   o 

(12)

Gs' a –greutatea garniturii de foraj în aer;

 n –densitatea fluidului de foraj;  o – densitatea oțelului. F f – forța de frecare a garniturii de foraj în fluidul de foraj, pe pereții interiori și exteriori; Ff    n

vc2  De pf  Di pf Lpf  De pg  Di pg Lpg 2

(13)

viteza în coborâre atinge valoarea de regim. În acest moment se aplică benzile de frână. Acum se pune condiția ca momentul de frânare să nu depășească momentul forțelor statice M f s1 . La sfârșitul perioadei t1 , când accelerația este a1 , momentul de frânare este: D F D 2 M fs1  F2 m1 z  2 m1 z a1   2 m J red  J a  a1 (19) 2 g 2 Dz Observație: pentru a nu se brusca frânele și instalația de foraj, frânarea trebuie să se facă cu un cuplu M fs1

 – coeficient global care ține seama de fenomenele

cuprins între valorile ( M f 1 , M f 2 ).

de frecare; vc – viteza de coborâre a garniturii de foraj;

J red – momentul de inerție redus al maselor aflate

De pf , Di pf , L pf – diametrele exterior, interior și lungimea prăjinilor de foraj; De pg , Di pg , L pg – diametrele exterior, interior și lungimea prăjinilor grele. Fp – forța de frecare a garniturii de foraj pe pereții găurii deviate,

Fp  k p Fs'

(14)

k p – coeficient care ține seama de frecarea garniturii de foraj pe pereții sondei. Fr – forța de rezistență provenită din marginile mufelor garniturii de foraj în mișcare.

Fr  cr Fs'

(15)

cr – coeficient care ține seama de influența existenței mufelor garniturii de foraj aflate în mișcare. Forța corespunzătoare în capătul activ la toba de manevră este:

F2 m1  Fs c

 1   2 m  1

(16)

 – coeficient ce depinde de randamentul rolelor macaralei, care pentru role montate pe rulmenți are valori cuprinse în intervalul   1,02...1,04 .[4] Momentele de frânare a acestei forțe, la începutul și la sfârșitul coborârii unui pas, sunt:

D M f 1  F2 m1 z (17) 2 D M f 2  F2 m1 1 (18) 2 În perioada t1 începe coborârea sarcinii când, sub acțiunea forței gravitaționale, se accelerează masele în mișcare: sarcina la cârlig (utilă), rolele macaralei și gemablacului, cablul de foraj și toate masele solidare cu toba de manevră și arborele troliului. Momentul crește de la valoarea 0, în ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

în mișcare: rolele macaralei, rolele geamblacului și cablului; J a – momentul de inerție al pieselor solidare arborelui tobei de manevră. Din relația (19) se stabilește accelerția de la sfârșitul perioadei t1 :

M fs1  F2 m1

a1 

Dz 2

(20)

F2 m1 Dz 2   2 m J red  J a g 2 Dz Cu această accelerație a1 , durata t1 se va realiza coborârea lungimii de pas l p1 . 0  v1 1 2 a1 v l p1  1 t1 2  2m t1 

(21) (22)

v1 – viteza capătului activ a cablului la sfârșitul perioadei t1 , se consideră egală cu viteza de la sfârșitul perioadei de ridicare a sarcinii maxime la cârlig:

v1 

 n1 60

Dz

(23)

n1 – turația tobei în treapta întâi de viteză. După terminarea coborării lungimii de pas l p1 , încep perioadele t 2 și t3 . La începutul perioadei t 2 se realizează frânarea la cuplul de frânare M f 2 și până la terminarea coborârii (introducerea completă a pasului, când trebuie frânate toate forțele statice și de inerție). Cuplul de frânare nu trebuie să depășească cuplul de frânare a forțelor statice. D F D 2 M fs 2  F2 m1 1  2 m1 1 a3   2 m J red  J a  a3 (24) g 2 2 D1

21


Vitezele și accelerațiile unghiulare la tobă vor

Accelerația a3 din această perioadă este:

a3 

M fs 2  F2 m1

D1 2

F2 m1 D1 2   2 m J red  J a g 2 D1

fi:

1 

(25)



Cu această accelerație a3 , durata de frânare până la oprire t3 se va realiza coborârea lungimii de pas l p 3

0  v3 1 2 a3 v  3 t3 2  2m

t3  l p3

(26)

încât: a. viteza de coborâre să rămână constantă sau b. turația tobei să rămână constantă. a. viteza de coborâre să rămână constantă – în acest caz, din cauza variației diametrului cu înfășurarea cablului, turația tobei (viteza unghiulară) crește. Influența variației turației tobei este neglijabilă. Apar momente rezistente rezultate din inerția tobei cu cablul înfășurat. [5] Lungimea pasului coborât în această perioadă este l p 2 :

l p 2  l p  (l p1  l p 3 )

(29)

Durata de coborâre a acestei lungimi de pas este

t2 : t2 

l p2 v1 2m

(31)

1  1'

(32)

t2

Accelerația de frânare se stabilește în ipoteza că accelerația unghiulară este constantă, la media diametrelor de înfășurarea D1 și Dz .

 D1  Dz   2  '  a2  2



(27)

v3 – viteza capătului activ a cablului la sfârșitul perioadei t3 , se consideră egală cu:  n1 v3  D1 (28) 60 În perioada t 2 se aplică benzile de frână astfel

2 v1 2v ; 1'  1 Dz D1

(33)

Cuplul de frânare la sfârșitul perioadei t 2 va fi:

M f 2  F2 m1 '

D1 2 '   2 m J red a2 2 D1

(34)

b. turația tobei să rămână constantă – în acest caz, viteza de coborâre scade și apar momente rezistente rezultate din inerția sistemului geamblac-macaracablu. Variația vitezei este:

60 v1 60 v1' n1    D1  Dz

 v1'  v1

Dz D1

(35)

Accelerația este:

a2'' 

v1'  v1 t2

(36)

Cuplul de frânare va fi: D F D 2 ' M f 2  F2 m 1 1  2 m 1 1 a2''   2 m J red a2'' (37) 2 g 2 D1 Variația cuplurilor de frânare este reprezentată în figura 3.

(30)

Mf Mfs 1

Mfs 1 Mf 1

Mf2

''

Mfs 2 Mf 2

Mf2

t1

t2

'

t3

t

Fig. 3. Variația cuplurilor de frânare prin frâna cu bandă 22

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


Timpul total de coborâre este:

tc  t1  t2  t3

(38)

3. Stabilirea cuplurilor de frânare în cazul în care se folosește și frâna hidraulică (frâna de reglare) [6] Cuplul dezvoltat de frâna hidraulică este influențat de elementele dimenaional-geometrice ale frânei hidraulice:

zka 5 M R2  R15 n 2 0,45

(39)

z – numărul de palate pe o parte a statorului frânei; k – coeficient de rezistență a paletelor la coborâre; a – coeficient ce ține seama de creșterea proporțională a lățimii paletei; R2 – raza exterioară a părții paletate;

R1 – raza interioară a părții paletate. În perioada t1 turația frânei hidraulice crește și, la sfârșitul perioadei, apare cuplul de frânare M fs1 . Dacă acest cuplu este preluat numai de către frâna hidraulică, turația frânei, respectiv a arborelului tobei de manevră a troliului de foraj este:

M fs1  M r' 1  n  M fs1  M 

M r' 1

zka 5 R2  R15 0,45

(40)

Dacă turația n este mai mică decât turația admisă pentru tipul de frână hidrulică nr , atunci se poate folosi doar acest tip de frână (de reglare). Dacă n  nr , se aplică și frâna cu bandă înainte de terminarea perioadei t1 (figura 4).

Mf Mfs 1

Mfs 1

Mf 1

Mfs 2 Mf 2 Mr

Mr M1 M2

t1

t3

t2

t

Fig. 4. Variația cuplurilor de frânare prin frâna cu bandă și frâna hidraulică Din cuplul de frânare M f 1 se vas cade momentul frânei hidraulice dezvoltat la turația maximă nr . În acest caz, cuplul dezvoltat de benzile de frână va fi: M1  M f 1  M r (41)

M r  K nr2 Cu K 

(42)

zka 5 R2  R15 . 0,45

La începutul perioadei t 3 , cuplul preluat de benzile de frână este M 2 , iar la sfârșitul acestei periode, cuplul devine egal cu M fs1 , pentru că cuplul frânei hidraulice M r  0 (turația n  0 ).

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

3. Concluzii a. La sfârșitul perioadei t1 și în perioada t 2 , frâna hidraulică este capabilă să preia tot cuplul de frânare. În perioada t 3 , turația tobei trebuie să fie redusă până la zero. Cuplul frânei hidraulice scade repede 2 (cu n ) și benzile de frână trebuie să preia întreg cuplu de frânare. b. Frâna cu bandă se aplică puțin înainte de sfârșitul perioadei t1 și la începutul perioadei t 3 . Accelerațiile sunt mari, aplicarea frânelor trebuie să se facă treptat, caz în care cuplul de frecare crește progresiv.

23


c. Aria suprafețelor de sub curbe repezintă energia dezvoltată de sarcina în coborâre și preluată de frâne. Din compararea diagramelor din figurile 3 și 4 se constată că în cazul cuplării frânei hidraulice, benzile de frână preiau o energie mai mică (benzile de de frână și tamburii troliului se vor uza mai încet). Frâna hidraulică este importantă în asigurarea unei fiabilități ridicate a tamburilor de frână, ai frânei cu bandă și a sistemului de frânare.

Bibliografie 1. Popovici, Al., Niculae, G.C., Ene, C.D. Calculul și construcția utilajului pentru forajul sondelor de petrol, Editura Universității din Ploiești, 2005. 2. Costin, I. Utilaj petrolier, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1986. 3. Petre, M, Niculae, G.C. Aspects concerning the behaviour of drill string on vertical and devied well, Revista Minelor / Mining Revue. 24 (3), p17-20. 4p, 2018. 4. Niculae, G.C., Tănase, M. Study of the kinematics of the traveling block-crown mechanism of the drilling rig equipped with two drawworks, Buletinul UPG Ploiești, vol. LXX, nr 3, p. 4553, 2018. 5. http://geologie.vsb.cz/DRILLING/drilling/theory.html, accesat în august 2019. 6. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/ braking-torque, accesat în july 2019.

Recenzor Șef lucr.dr.ing. Ladislau RADERMACHER UNIVERSITATEA DIN PETROȘANI

24

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 3 / 2019


Scop şi obiective Revista Minelor publică lucrări de cercetare originale și avansate, noi evoluții și studii de caz în inginerie minieră și tehnologii ce vizează tehnici noi și îmbunătățite, adaptate, de asemenea, pentru aplicații civile. Revista acoperă toate aspectele legate de minerit, problemele de mediu și tehnologii legate de exploatarea și prelucrarea resurselor minerale, topografie, calculatoare și simulare, de îmbunătățirea performanțelor, controlul și imbunătățirea costurilor, toate aspectele de îmbunătățirea securitatii muncii, mecanica rocilor și comunicația dintre minerit și legislație. Problemele de mediu, special identificate, includ: evaluarea și autorizarea impactului asupra mediului; tehnologii minere și de preparare; gestionarea deșeurilor și practicile de reducere la minimum a deșeurilor; închiderea minelor, dezafectarea și regenerarea; drenajul apelor acide. Problemele miniere ce urmează să fie acoperite, includ: proiectarea lucrărilor miniere de suprafață și subterane (economie, geotehnică, programarea producției, ventilație); optimizarea și planificarea minelor; tehnologii de foraj și pușcare; sisteme de transport al materialelor; echipament minier. Calculatoare, micro-procesoare și tehnologii bazate pe inteligență artificială utilizate în minerit sunt, de asemenea, abordate. Lucrările au o gamă largă și interdisciplinară de subiecte. Editorii vor lua în considerare lucrări și pe alte teme legate de minerit și mediu. Toate articole de cercetare publicate în acest jurnal, sunt supuse recenziei riguroase, bazată pe screening-ul inițial al redacției și recenzori independenți. Domenii de interes: Explorări miniere,Proiectare şi planificare minieră, Perforare şi împuşcare, Topografie minieră, Excavare, transport, depozitare, Mecanica rocilor în minerit, Drenaj minier, Calculatoare, procesoare şi tehnologii de inteligenţă artificială folosite în minerit,Tehnologia informaţiei în minerit, Mecanizare, automatizare şi roboţi minieri, Fiabilitatea, mentenanţa şi performanţa globală a sistemelor de exploatare, Tehnologii în curs de dezvoltare în industria minieră, Interacţiunea dintre minerale, sisteme, oameni şi alte elemente ale ingineriei miniere, Simularea sistemelor miniere, Sănătate şi securitate în domeniul minier, Evaluarea impactului asupra mediului, Economia mineralelor, Sisteme de producţie în ingineria minieră, Evaluarea riscurilor şi managementul activităţilor miniere, Dezvoltare durabilă în minerit Colectiv editorial: Luminiţa DANCIU - Universitatea din Petroşani Radu ION - Universitatea din Petroşani Nicolae Ioan VLASIN - INCD INSEMEX Petroşani

Autorii au responsabilitatea datelor prezentate în lucrare. Lucrările nepublicate nu vor fi returnate. © Copyright Editura UNIVERSITAS Petroşani / Revista Minelor - apare trimestrial Contact editorial Pentru informaţii vă rugăm să vă adresaţi: Ilie ONICA, e-mail: onicai2004@yahoo.com sau Radu ION, e-mail: radu_ion_up@yahoo.com Adresa: Universitatea din Petroşani, str. Universităţii nr. 20, 332006 Petroşani, Romania Tel+40254 / 542.580 int. 259, fax. +40254 / 543.491 Citarea din revistă este permisă cu menţionarea sursei. Cont: RO89TREZ36820F330800XXXX C.U.I. 4374849 Trezoreria Petroşani http://www.upet.ro/reviste.php ISSN-L 1220 – 2053 ISSN 2247-8590 Revista Minelor a fost indexată de către Consiliul Naţional al Cercetării Ştiinţifice din Învăţământul Superior (CNCSIS) în categoria B+ Tiparul: Tipografia Universităţii din Petroşani


Instrucţiuni de redactare • Lucrările se redactează folosind programul MS Word (sau echivalent). • Pagina are următoarele setări: Format A4, Sus/Jos/Stânga/Dreapta - 2cm, Header/Footer - 1,25 cm • Fontul folosit esteTimes New Roman. • Lucrările trebuie să conţină un rezumat de max 150 words şi 4 cuvinte cheie. • Titlul se scrie centrat, cu majuscule, 14p. După titlu se lasă un rând liber 12p, apoi se notează autorii centrat, italic, 12p, numele cu majuscule. Afilierea autorilor se trece ca şi notă de subsol. • Textul propriu zis se scrie cu caractere de 11p, pe două coloane egale de mărime 8,1cm. Titlurile de capitole se trec fără aliniat, bold, iar titlurile de subcapitole fără aliniat bold, italic. După titlurile de capitole şi subcapitole se lasă un rând liber. Aliniatele de la începutul paragrafelor au mărimea 0,7cm. • Tabelele pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz, în funcţie de mărime. Titlul tabelului se scrie deasupra acestuia, 11p, italic, iar textul tabelului se scrie cu caractere de 11p • Figurile pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz, în funcţie de mărime. Descrierea figurii se scrie sub aceasta, 11p, italic.. • Referinţele bibliografice se scriu cu caractere de 10p. • Nu se inserează numere de pagină.

Profile for Univ Petr

Nr3ro2019  

Nr3ro2019  

Profile for revmin
Advertisement