Calculul și Construcția Utilajului Petrolier de Schelă

INTRODUCERE

Un proiect înseamnă o lucrare tehnica întocmita pe baza unei teme date, care cuprinde calculele tehnico-economice, desenele, instrucţiuni de montaj si întreţinere etc., necesare executării unei instalaţii, construcţii, maşini, unui utilaj, dispozitiv, unei scule etc.

Lucrarea tehnica este un studiu scris asupra unui subiect cu caracter tehnic, o scriere, o opera ştiinţifica.

Lucrarea ca studiu scris este acţiunea de a lucra / de a studia si rezultatul ei, adică o munca intelectuala susţinuta depusa in vederea însuşirii de cunoştinţe ştiinţifice temeinice intr-un anumit domeniu de specialitate.

In ceea ce priveşte metoda de lucru vom utiliza o metoda cu profund caracter fenomenologic, având în vedere adevărul exprimat de academicianul Dumitru Dumitrescu (un mare hidrotehnician roman), si anume: „Un calcul concret este complet numai când pătrunde in esenţa invizibilă a fenomenului”. [3]

Dezvoltare utilajului petrolier este legata de dezvoltarea metodelor de foraj, extracţie, transport si prelucrare a petrolului.

Instalaţiile de foraj, in funcţie de metodele de foraj folosite, au avut următoarea evoluţie:

a) foraj percutant (cu cablu sau cu prăjini);

b) foraj percutant hidraulic;

c) foraj rotativ hidraulic;

d) forajul cu turbina si motor elicoidal.

Tendinţele care se manifesta in evoluţia instalaţiilor de foraj sunt:

• creşterea puterii instalate si a capacităţii instalaţiilor de foraj construite;

• creşterea valorilor parametrilor cinematici si dinamici (viteze, sarcini, presiuni, debite);

• modularea si interschimbabilitatea elementelor componente;

• folosirea transmisiilor hidraulice si pneumatice;

• acţionarea instalaţiei diesel-hidraulic, diesel electric in curent continuu, sau cu turbine cu gaze;

• automatizarea si mecanizarea.

Instalaţiile de extracţie diferă si ele in funcţie de metoda de extracţie utilizata:

a) erupţie captata (naturala);

b) erupţie artificiala;

c) pompare;

d) exploatare secundara:

• injecţie de apa sau de gaze, care se poate face extracontural sau

intracontural;

• stimulare aflux de petrol prin fisurare hidraulica sau injecţie de abur;

• combustie subterana. [1]

Forajul si construcţia sondelor, exploatarea zăcămintelor de tatei si gaze si transportul produselor sunt bazate pe utilizarea unui volum foarte mare de material tubular, diversificat ca forma si dimensiuni, cu performante la limita superioara a posibilităţilor tehnice actuale. Realizările privind adâncimile de foraj (peste 8000 m la sondele de gaze si peste 10000 m la sondele pentru tatei), debitele si presiunile fluidelor transportate (diametrul conductelor de pana la 1420 mm si presiuni de pana la 120 bar) si perspectiva desfăşurării forajelor până la adâncimi de 15000 m sunt determinate de progresele realizate in domeniul formelor constructive, materialelor, tehnologiilor de fabricaţie şi control, precum şi a bazei de calcul de rezistenta şi stabilitate pentru garnitura de foraj, burlanele pentru tubaj, ţevile de extracţie şi conducte.

In domeniul garniturii de foraj, in cadrul actualelor forme constructive, se remarca introducerea unor materiale si tratamente termica care sa conducă la obţinerea gradelor de rezistenta superioare. De asemenea, se extinde utilizarea prăjinilor de foraj din aliaje de aluminiu, realizate ca prototip si in tara noastră.

O modificare relativ recenta in structura materialului tubular o reprezintă acceptarea generala a burlanelor pentru tubaj si a ţevilor de extracţie sudate fabricate din platbanda prin deformare plastica si sudare electrica prin presiune pe generatoare. Aceasta tehnologie de fabricaţie oferă avantajul adaptării cu uşurinţa la fabricarea unei game largi de diametre si grosimi de perete superioare celei laminate. Procedeul implica, totodată, utilizarea unor oteluri cu un grad mai ridicat de puritate si o tehnologie moderna de sudare si control nedistructiv.

Creşterea adâncimii de foraj ridica problema ca, pe lângă asigurarea unor caracteristici mecanice cat mai ridicate ale materialului tubular, sa fie garantata si siguranţa la exploatarea in medii corosive si in medii acide cu hidrogen sulfurat. Aceste cerinţe contradictorii se rezolva printr-un complex de masuri privind creşterea purităţii otelului si aplicarea unor tratamente termice riguros conduse, care sa asigure încadrarea limitei de curgere intr-un domeniu restrâns de valori.

In cadrul sondelor corosive, se remarca tendinţa de extindere a utilizării materialului tubular executat din otel inoxidabil si din superaliaje pe baza de nichel sau cobalt. Deşi costul acestora este foarte ridicat, ele sunt superioare din punct de vedere tehnico-economic soluţiilor actuale prin faptul ca rezistenta ridicata permite utilizarea ţevilor de extracţie cu pereţi subţiri - dublând practic producţia sondei si făcând inutile injectarea inhibitorilor de coroziune si intervenţiile in exploatare.

Evitarea accidentelor in exploatarea materialului tubular este legata direct atât de tehnica de control cat si de proporţia acesteia. De aceea, pe plan mondial se manifesta, pe de o parte, tendinţa de creştere a volumului si complexităţii operaţiilor de control uzinal si, pe de alta parte, efectuarea controlului in condiţii de şantier de către firme specializate. Se utilizează unităţi complexe de control nedistructiv, care asociază metode de control magnetic, cu ultrasunete si cu radiaţii, care asigura depistarea defectelor, a orientării si dimensiunilor acestora, măsurarea grosimii de perete si sortarea materialului tubular in funcţie de marca otelului.

In paralel cu dezvoltarea unor noi materiale si tehnologii de fabricaţie, care sa sigure performante maxime materialului tubular, valorificarea deplina a caracteristicilor acestuia a impus modernizarea bazei calculului de rezistenta si stabilitate si dezvoltarea a noi tipuri constructive, in principal privind îmbinările filetate. Se remarca in aceste sens aplicarea metodei elementului finit la calculul îmbinărilor filetate, determinare presiunii exterioare critice de pierdere a stabilităţii burlanelor pentru tubaj la solicitări compuse ţinând seama de erorile de forma, de abaterile grosimii de perete si de nivelul tensiunilor proprii, calculul durabilităţii garniturii de foraj pe baza metodelor mecanicii ruperii materialelor, precum si dezvoltarea unei game largi de forme constructive pentru îmbinările filetate ale burlanelor pentru tubaj si ţevilor de extracţie, cu rezistenta la smulgere si etanşeitate sporite.

Obiectivul utilizării la parametri maximi a materialului tubular se realizează prin luarea in consideraţie a ansamblului problemelor privind proiectarea, construcţia si exploatarea acestuia. [8]

CAPITOLUL 1

ALEGEREA TIPULUI DE INSTALATIE DE FORAJ

1.1. Programul ele construcţie al sondei

Modul de întocmire a programelor de tubaj diferă, in foarte mare măsura, in funcţie de tipul sondelor si de caracteristicile geologice ale regiunii in care urmează sa fie săpată sonda respectiva.

Pentru sondele de exploatare din regiunile bine cunoscute, in care programe similare de tubaj au mai fost efectuate, problema se rezuma mai mult la o raţionalizare a procedeelor de lucru utilizate, in scopul scăderii preţului de cost al sondei si, totodată, a îmbunătăţirii condiţiilor de săpare si exploatare.

Una din cele mai dificile probleme in stabilirea programului de tubaj, o constituie estimarea adâncimii formaţiunilor ce trebuie traversate, si mai ales presiunilor acestor formaţiuni.

Stabilirea programului de tubaj al unei sonde, in special la sondele de explorare din regiuni cu caracteristici insuficient de bine cunoscute, sau numai estimate, consta in a determina numărul, dimensiunea si adâncimea de fixare a coloanelor necesare, rezultate, din luarea in considerare a tuturor caracteristicilor geologice s-i petrografice ale formaţiunilor ce urmează a fi traversate.

In acest scop se stabileşte, mai întâi, adâncimea si diametrul coloanei de explorare (sau a „coloanei pierdute"), care condiţionează diametrul coloanelor precedente si care sunt determinate de următorii factori principali:

• echipamentul de fund necesar aplicării metodei de extracţie artificiala a sondei;

• producerea simultana din mai multe orizonturi, metoda care necesita mai multe garnituri de tubing, izolate intre ele prin pachere;

• metoda de producţie ce va fi folosita (coloana perforata, utilizări de filtre etc);

• alternativa săpării in continuare a sondei, la o data ulterioara.