Rozšírenie skladovacej kapacity komplexu PZZP Gajary-báden o nové sondy

Vŕtanie

Najlepšie petrofyzikálne vlastnosti ložiska boli zistené vyhodnotením  3D seizmických meraní v zastavanej oblasti. Z tohto dôvodu bolo potrebné vrty vŕtať usmernene z bezpečnej vzdialenosti z lokalít umiestnených mimo zástavby. Vrty boli umiestnené do dvoch samostatných trsov. Z každého trsu sa doteraz vŕtali dva vrty.

Vrtná súprava

Na realizáciu vrtov bola použitá vrtná súprava IDECO BIR 8005 (obr. 1) vo vlastníctve NAFTA a.s. s možnosťou vŕtania do 3000 m.

Vrtná súprava IDECO BIR 8005 Foto: Nafta, a.s

Trajektória vrtov

Pred samotným vŕtaním vrtov bolo potrebné starostlivo naplánovať smerovanie každého vrtu v podobe plánu trajektórie vrtu (obr. 2). Optimálna trajektória vrtov z východiskového bodu na povrchu do cieľovej zóny určenej geologickým projektom bola vytvorená pomocou softvérovej aplikácie Trs Vrt 2.

Trajektória vrtu. Zdroj: Nafta, a.s.

Konštrukcia vrtov

Riadiaca pažnicová kolóna priemeru 530 mm  bola zabudovaná do hĺbky 24 m z dôvodu ochrany terénu a pracovnej plochy pred rozrušením cirkulujúcim výplachom pri vŕtaní úvodnej kolóny a na ochranu podzemných vôd. Bola realizovaná súpravou pre zakladanie stavieb ešte pred samotným nasťahovaním vrtnej súpravy na vrtný bod.

Úvodná pažnicová kolóna priemeru 340 mm bola zabudovaná do hĺbky 380 m z dôvodu montáže protierupčného zariadenia na ústie vrtu, na prekrytie vrchných nesúdržných vrstiev ako a aj na ochranu zdrojov pitnej vody.

Technická kolóna priemeru 244 mm bola zabudovaná do hĺbky 800 m z dôvodu odizolovania 8. panónskeho obzoru, ktorý je skladovacím objektom PZZP, cez ktorý vrt prechádza.

Ťažobná kolóna priemeru 178 mm zabudovaná do hĺbky v rozmedzí u jednotlivých vrtov od 1946 m do 2144 m tesne nad skladovacím obzorom z dôvodu zabezpečenia vrtu pred vysokým tlakom počas ťažby a vtláčania plynu do skladovacieho objektu PZZP. Pre túto kolónu boli použité pažnice s plynotesným závitovým spojením VAM TOP od firmy Vallourec-Mannesmann a s plynotesným závitom VAsuperior od firmy Voest Alpine.

Nezapažená časť vrtu (Open-hole)

Interval skladovacieho obzoru bol ponechaný nezapažený. Z dôvodu zabezpečenia dokonalého kontaktu s pôvodnou ložiskovou horninou a dosiahnutia maximálnej prietočnej plochy bol vrt rozšírený na priemer väčší ako pôvodný vrt.

Technológia vŕtania

Na dosiahnutie optimálneho priebehu trajektórie bola zvolená metóda realizácie usmerneného vŕtania za pomoci zariadenia MWD (Meassure While Drilling – meranie počas vŕtania). Jedná sa o zariadenie, ktoré je umiestnené nad ponorným motorom s vrtným dlátom a informuje neustále o presnej polohe vrtného dláta, vyjadrenej hodnotami azimutu a úklonu. Výsledným záznamom je skutočná trajektória priebehu vrtu v priestore. Dosiahnuté parametre vrtov sú uvedené v tab. 1.

Počas vŕtania boli odoberané vrtné jadrá, ktoré boli po stabilizácii odoslané na analýzu do špecializovaných laboratórií s využitím najmodernejších postupov pre zabezpečenie kvality dát potrebných pre ďalšie geologické modelovanie. Na presné určenie hĺbky začiatku jadrovania bolo použité zariadenie LWD (Logging While Drilling – karotážne merania počas vŕtania). Jedná sa o zariadenie, pomocou ktorého je možné karotážne merať počas vŕtania. Použila sa karotážna metóda odporového merania a meranie spontánneho potenciálu. Boli využité zariadenia servisných firiem BAKER HUGHES a WEATHERFORD.

Na vŕtanie boli použité zubové dláta a PDC dláta firmy SMITH (obr. 3) a na jadrovanie jadrovacia PDC korunka s čelným oplachom.

Vrtné dláta. Foto: Nafta, a.s.

 V poslednej fáze vrtných prác bol pod pätou ťažobnej kolóny  prevŕtaný zacementovaný záujmový interval skladovacieho obzoru určený na základe odberu jadier a karotážnych meraní po dosiahnutí projektovanej konečnej hĺbky. Interval bol pomocou podkolónového rozširovača (obr. 4) rozšírený na priemer 280 mm.

Podkolónový rozširovač. Foto: Nafta, a.s

Výplach

Na vŕtanie pre všetky kolóny bol použitý výplach od servisnej spoločnosti MI-SWACO typu ULTRADRIL – výplachový systém na vodnej báze s prídavkami polymérov. Tento systém bol navrhnutý na ochranu ložiskovej horniny. Zabezpečuje vysokú inhibíciu ílov, stabilitu stien vrtov a celistvosť úlomkov. Zamedzuje oblepovaniu oceľových súčastí vrtnej kolóny ílmi, čím umožňuje vysokú rýchlosť vŕtania. Tento typ výplachu je k životnému prostrediu šetrný a je biologicky degradovateľný.

Karotážne merania a geologická kontrola vŕtania

Pred zapažením boli vrty karotážne zmerané. Merania poskytli ďalšie informácie o geologických podmienkach a technickom stave vrtov. Karotážne merania boli realizované spoločnosťami KaC s.r.o Hodonín a Geofizyka Krakow.

Zaznamenávanie vrtno-technologických parametrov, odber horninových úlomkov a ich litologický popis boli realizované geologickým laboratóriom spoločnosti Geo-data.

Cementácia

Po zapažení sa priestor za pažnicami izoloval cementom. Cementácie boli vykonané špeciálnym cementom triedy G podľa API normy. Cementová kaša obsahovala aditíva na zabránenie prieniku plynu do cementovej kaše, na zamedzenie strát cementovej kaše a pod. Cementácie technických a ťažobných kolón boli vykonané servisnou spoločnosťou HALLIBURTON.

Cementácia technickej kolóny firmou Halliburton (obrázok vľavo) a Cementačná hlava (obrázok vpravo) Foto: Nafta, a.s.

Z dôvodu prechodu technickej kolóny  cez ďalší zásobníkový objekt situovaný v nadloží boli  pre realizáciu vrtu zvolené najmodernejšie technológie  a postupy s cieľom zabezpečiť dlhodobú hermetičnosť vrtu počas celej životnosti zásobníka. Technická kolóna bola izolovaná penovým cementom, ktorý zabezpečuje hermetickosť medzikružia a súčasne predchádza stratám z titulu nízkej hustoty. Penový cement je tvorený injektážou dusíka do cementovej zmesi s penotvornou prísadou pod tlakom.

Čerpací pokus

Na záver vrtných prác boli do vrtu zapustené čerpacie rúry. Vrtný výplach bol zamenený za pracovnú kvapalinu na báze soľného roztoku. Nezapažená časť vrtu v intervale skladovacieho obzoru bola cirkuláciou postupne zbavená zvyškov výplachu s použitím enzymatického roztoku RETAKYS od firmy UNICHEMA s.r.o., Bratislava. Vrty boli vyčistené od pracovnej kvapaliny po oživení krátkodobým čerpacím pokusom. V tomto stave boli odovzdané prevádzke PZZP na vykonanie krátkodobej pokusnej ťažby za účelom zistenia produkčných parametrov a na dokončenie vystrojenia.

Vystrojenie

Zásobníková sonda (vystrojený vrt) slúži na hermetickú prepravu plynu z ložiska na povrch a z povrchu do ložiska. Hermetickosť (integrita) je prvoradou požiadavkou na vystrojenie zásobníkovej sondy. Odporúčania na vystrojenie zásobníkových sond sú zakotvené v európskej norme EN 1948-2. V zásade ide o tzv. dvojbariérové vystrojenie, ktoré bolo už realizované na prvých dvoch vyššie uvedených vrtoch na ZSG1 PZZP Gajary-báden (obr. 7) a plánuje sa realizovať aj na ďalších dvoch vrtoch v tomto roku.

Plyn prúdi z ložiska na povrch cez čerpacie rúry s plynotesnými spojmi, ktoré tvoria prvú bezpečnostnú bariéru proti nežiaducemu úniku plynu. Paker zabezpečuje hermetické uzatvorenie medzikružia medzi čerpacími rúrami a pažnicami, ktoré tvoria druhú bezpečnostnú bariéru proti nežiaducemu úniku plynu. Medzikružie je vyplnené špeciálnou kvapalinou, ktorá zabezpečuje korozívnu ochranu pažníc. Hermetickosť medzikružia medzi pažnicami a horninovou stenou vrtu je zabezpečená špeciálnym cementom. Podpovrchový bezpečnostný ventil automaticky uzatvorí sondu pod povrchom v prípade nekontrolovateľného úniku plynu spôsobeného deštrukciou ústia sondy.

Aby sa zabránilo nebezpečnej erózii zariadení sondy ložiskovým pieskom vynášaným z ložiska v prúde plynu, je v sonde inštalovaný filter na zabránenie výnosu piesku. Na ústí sondy je inštalovaný produkčný kríž opatrený viacerými uzávermi na bezpečné uzatvorenie sondy.

Vystrojenie prvých dvoch vrtov bolo vykonané v roku 2010 s pomocou súpravy na podzemné opravy sond po tom, čo boli stanovené parametre komponentov podzemného vystrojenia na základe krátkodobej pokusnej ťažby a výsledkov analýzy jadier. Jednalo sa hlavne o optimalizáciu vnútorného priemeru čerpacích rúr za účelom dosiahnutia čo najmenších tlakových strát počas prevádzky sondy a určení parametrov filtra na zábranu výnosu ložiskového piesku.

Sonda Gajary 132 bola vystrojená čerpacími rúrami firmy Tenaris s integrálnym plynotesným spojom Hydril SLX o priemere 5″ a sonda Gajary 136 čerpacími rúrami o priemere 4 ½“ firmy Voest Alpine s plynotesným spojom VAGT. Obidve sondy boli vystrojené podpovrchovým z povrchu ovládaným klapkovým ventilom typu Onyx firmy BAKER HUGHES. Po prvý raz bol na obidvoch sondách inštalovaný nový typ filtra na zábranu pieskovania Excluder2000 firmy BAKER HUGHES o priemere 4″, s veľkosťou medzery na kovových filtračných vrstvách 0,15 mm a zrnitosťou triedeného kremičitého piesku 0,2 – 0,4 mm tvoriaceho obsyp filtra (filtračnú vrstvu) v medzikruží medzi filtrom a stenou vrtu. Paker typ New SC-1A od firmy BAKER HUGHES inštalovaný na obidvoch sondách je integrálnou súčasťou zostavy filtra, ktorý sa do sondy inštaluje spolu s filtrom pred operáciou naplavenia (gravel pack) triedeného kremičitého piesku. Výhodou tejto zostavy je to, že paker zostáva po tejto operácii v sonde ako súčasť vystrojenia. Operáciu naplavenia zabezpečila firma KaC s.r.o., Hodonín.

Po zapustení čerpacích rúr sa tieto hermeticky spojili s pakrom pomocou tzv. kotiev typu Snap in-Snap out umožňujúcich spojenie a odpojenie čerpacích rúr bez rotácie, čo uľahčuje manipuláciu s čerpacími rúrami v usmernených vrtoch. Na zabránenie nežiaduceho rozpojenia čerpacích rúr v kritických miestach najvyššieho namáhania počas prevádzkovania sondy spôsobeného dilatáciou čerpacích rúr vplyvom teplotného, piestového a balónového efektu bola výpočtom stanovená hodnota počiatočnej tiaže čerpacích rúr položenej na paker po spojení s pakrom a usadení čerpacích rúr v spodnej časti produkčného kríža. Produkčný kríž s pracovným tlakom 35 MPa s posúvačmi 4 1/16″dodala maďarská firma DKG EAST.

Konštrukcia sondy s vystrojením. Zdroj: Nafta, a.s

Pracovná kvapalina

Pri operáciách vystrojenia sondy bola použitá pracovná kvapalina typu drill-in na báze slaného roztoku a biopolymérov, vyvinutá v spolupráci s firmou UNICHEMA s.r.o., ktorá zabezpečila stabilitu stien nezapaženého intervalu skladovacieho obzoru a zabránila stratám kvapaliny do ložiska a touto cestou kolmatácii ložiska.

Oživenie sond

Oživenie sond sa vykonalo vytlačením kvapaliny z čerpacích rúr dusíkom a následným odpustením dusíku z čerpacích rúr.  K operácii bol použitý skvapalnený dusík, ktorý bol po uvedení do plynného stavu v špeciálnom agregáte kompresorom zatláčaný do sondy cez čerpacie rúry o priemere 1 ¼“, ktoré boli súčasťou súpravy Coiled Tubing (obr. 8). Operáciu vykonala firma ZRG Krosno z Poľska.

Súprava Coiled Tubing. Foto: Nafta, a.s

Zapojenie sond

Po oživení boli sondy pripojené k plynovým prípojkám ramenami sond (obr. 8). Súčasťou ramien sond sú povrchové filtre slúžiace k detekcii výnosu piesku a jeho zachyteniu, nástrek metanolu na zábranu tvorby hydrátov a potrebné meracie prístroje. Rameno sondy je ukončené diaľkovo ovládaným guľovým ventilom umožňujúcim diaľkové uzatvorenie ramien v prípade potreby alebo po spustení bezpečnostnej sekvencie v prípade hroziaceho nebezpečenstva.

Trs sond ZSG 1 Foto: Nafta, a.s

Záver

Úspešné odvŕtanie a vystrojenie nových zásobníkových vrtov na PZZP Gajary-báden potvrdilo schopnosť riešiť zložité výzvy v rámci tímovej spolupráce špecialistov a špecializovaných útvarov NAFTA a.s. Doteraz vykonané merania potvrdzujú veľmi dobrú produkčnú výkonnosť sond, čo potvrdzuje správnosť projektovaných technologických postupov počas realizácie.  Nadobudnuté skúsenosti doplnené o ďalšie poznatky z prevádzkovania sond sú dobrým predpokladom pre realizáciu ďalších plánovaných nových vrtov na PZZP.

Analýza bola publikovaná v januárovom čísle (1/2012) odborného plynárenského časopisu Slovgas. Autor: Ivan Matula a kolektív (Dušan Svoboda, Gabriel Pastornický, Stanislav Smetana, Peter Valachovič)

Zdroj: NAFTA a.s.

K téme