Kútfúrás


Habár cégünk kútfúrással nem foglalkozik, mégis fontos tudni hogyan készül el egy kút. Erről az alábbi anyagból tudhatunk meg többet.


2. Fúrt víztermelő kutak építésének folyamata, és kritikus munkafázisai

2.1. Fúrási módszerek

Alapjában véve három különböző fúrási módszert lehet megkülönböztetni, mégpedig a szárazfúrást, légöblítéses fúrást, és a folyadéköblítéses fúrást. A víztermelő kutaknál is szinte kivétel nélkül a folyadéköblítéses módszer használatos, mivel ez a leghatékonyabb módja a kút elkészítésének, és nem utolsó sorban számos geofizikai mérés is csak a fúróiszap (öblítő közeg) meglétében alkalmazható (például: természetes potenciál, fajlagos ellenállás). A folyadéköblítéses módszer egy forgatva működő fúrási technika (forgófúrás), ahol a terheléséből és a fordulatszámhoz tartozó kerületi sebességből adódó kőzetaprító teljesítménnyel mélyül a furat. Eközben a fúrószáron bejuttatott öblítőfolyadék a furadékot a talpról elsodorva felszínre juttatja a fúrószár és a fúrólyuk közötti gyűrűs térben. Ez az úgynevezett jobböblítéses fúrás.
Létezik még ütve működő fúrás, illetve ütve és forgatva működő fúrás is, valamint balöblítéses fúrás, ahol a gyűrűs térben jut le az öblítőközeg és a fúrószárban jut fel a furadék.

2.2. A fúróiszap szerepe és jelentősége

A folyadéköblítéses módszernél úgynevezett fúróiszapot használnak. A fúróiszap szerepe nagyon fontos, mivel a furadék felszínre hozatalán kívül még számos módon segíti a kút elkészítését. A hosszú előfúrási szakaszok biztonságát szolgáló lyukfalvédelmet kiegészíti a fúrási sebesség növelésével, azonkívül a fúrási szelvény stabilitásával kapcsolatos vékony, tömör iszaplepény kialakításának igényét is biztosítja.
Az iszap különböző méretű kőzetrészecskéknek – főként agyagoknak – és víznek a keveréke. A fúrási iszapok agyagból, vízből és a felfúrt kőzettörmelék részecskéiből álló kolloid rendszerek szuszpenzióban (azaz szilárd anyag lebegő állapotban folyadékban). Így a fúrási iszapok legnagyobb része szuszpenzióból áll.
Az iszaphoz használt víz lehetőleg lágy, folyó vagy csapadékvíz (semmiképpen sós vagy kemény talajvíz).
Az öblítőfolyadék, a hidrosztatikai nyomás és a sűrűség növelésével védi a lyukfalat (kavernásodás ellen), ezzel szemben fúrástechnikai szempontból a kisebb sűrűség és viszkozitás jobb. Az öblítőfolyadék hidrogénion-koncentrációja a víztartóképességgel van kapcsolatban. A savas kémhatás növeli a vízleadást és a viszkozitást.
Tehát az iszap nagyon fontos tulajdonsága az iszapsűrűség. Többnyire megfelelő, ha a talpnyomás 0,4-0,5 kg/cm2-rel haladja meg a réteg pórusnyomását. Ha nem elég nagy a sűrűség, akkor a lyukfal kavernásodhat. A sűrűséget követően kell meghatározni a többi jellemzőt. Az öblítőiszap készítésekor a kiindulás általában vizes-bentonitos vagy vizes-agyagos-bentonitos szuszpenzió, amelyet adalékanyagokkal, vegyszeres kezeléssel állítanak be az optimális összetételre. A fúrás során természetesen csak olyan öblítővizet és adalékanyagot szabad alkalmazni, amelynek nincs víz- és környezetszennyező hatása. Fontos, ahogy egyre mélyebbre halad a fúrás, úgy változnak a nyomási viszonyok, valamint a rétegek vizet nyelhetnek el, vagy éppen adhatnak ki, így az iszap minőségét állandóan ellenőrizni kell!
Fontos funkciója van még fúrástechnikai szempontból az öblítőiszap tixotrópiájának (kocsonyásodásának), melynek szerepe, hogy öblítési szünetekben a furadékot lebegésben tartsa, megakadályozva a megszorulási veszélyt jelentő visszaülepedést. Az iszap tixotrópiája az iszap struktúrájának, belső szerkezetének tulajdonítható és abban jelentkezik, hogy az iszap az öblítés leállítása, azaz a mozgás megszűnése után, rövidebb-hosszabb idő után besűrűsödik.
Ez a jelenség megfigyelhető az iszapcsatornában, vagy a szívógödörben, illetve a tartályokban, ahol hosszabb szivattyúzási szünet alatt a tixotróp iszap annyira besűrűsödik, hogy a felszíne meg is repedezik, de megkeverve, megmozgatva újra folyóssá válik. Az iszapoknak kell bizonyos mérvű tixotrópia, mert ez a besűrűsödő, kocsonyásodó tulajdonságuk gátolja azt, hogy az öblítés leállításakor a lyukban a furadék visszaülepedjen a talpra. A legmegfelelőbbek az olyan iszapok, amelyek viszonylag gyorsan kocsonyásodnak, de nem lesznek túl szilárdak, mert az erősen megszilárduló iszapokat igen nehéz újra mozgásba hozni.
A geofizikai méréseket is befolyásolja az iszap minősége. Az iszap megváltoztathatja a lyukátmérőt (az iszaplepény csökkenti), az esetlegesen kavernásodott részeket betölti, és így az iszap nagyobb hatással van az elektromos mérésekre, mivel a nagyobb mennyiségű iszap ellenállása jobban érvényesül a mért szelvényen, ami téves következtetésre adhat okot a rétegek meghatározásakor. Hasonlóan befolyásolja a mérési eredményeket az elárasztott zóna, amikor az iszap a rétegbe szivárog egy bizonyos fokig.
A fúrólyuk falán képződő iszaplepény, illetve a rétegbe behatoló iszap hatására a fúrás közvetlen környezetében megváltozik az eredeti rétegszerkezeti viszony. A fúrás során az iszap behatol a vízvezetőrétegbe, és a folyamat eredményeként a homokrétegben – a beszivárgás fokától függően – az alábbi koncentrációs zónával kell számolni a fúrólyuktól kiindulóan.

 

1. iszaplepény;
2. elárasztott zóna:
-        impregnációs, azaz telített zóna
-        infiltrációs, azaz beszűrődött zóna
3. érintetlen vagy eredeti szerkezetű, porózus kőzet.

Az iszapokat a bennük levő anyagok szerint csoportosítjuk. Azokat, amelyekben a két fő alkotórész az agyag (vagy bentonit) és a víz, agyagbázisú iszapoknak nevezzük.


Az agyagbázisú iszapoknak két csoportját különböztetjük meg:
-    az egyszerű iszapok, amelyek csak agyagot (bentonitot) és vizet tartalmaznak
-    kezelt iszapok, amelyek az agyagon és a vízen kívül még az iszap jellemző tulajdonságait javító és szabályzó anyagot is (pl. vegyszert) tartalmaznak.
A különleges iszapokra jellemző, hogy a két fő alkotórész, tehát az agyag és a víz valamelyikét, vagy mindkettőt más anyag helyettesít. Ilyenek például az olajemulziós, keményítős mészbázisú iszapok.

2.3. Az iszap tulajdonságai, mérése, javítása

Az iszap tulajdonságai a fúrás folyamán változnak, így azokat az állandóan ellenőrizni kell és javítással elérni, hogy mindig a fúrási követelményeknek megfelelő értéken legyenek.
-    Az iszap mindig a körülmények által megengedett legkisebb fajsúlyú, viszkozitású, szilárdanyagtartalmú és kis vízleadású legyen, amelynek reológiai tulajdonságai is megfelelnek a követelményeknek.
-    Az öblítőiszapot javításakor mindig mint egészet kell figyelembe venni, mert egyik tulajdonságának változtatása, javítása mindig a másik tulajdonság változásával jár.

Az öblítőiszapok tulajdonságait csoportosíthatjuk fő és melléktulajdonságokra. A fő tulajdonságok: fajsúly (sűrűség), viszkozitás, víztartóképesség és szilárdanyag tartalom. Melléktulajdonságok: stabilitás, pH-érték, és a már korábban tárgyalt tixotrópia.

2.3.1. A fajsúly és szerepe

A fajsúly egységnyi térfogatú anyag súlya, N/m3.
Az iszap hidrosztatikai nyomása gátolja meg a lyuk falának beomlását és az átharántolt, túlnyomásos rétegtartalom belépését a lyukba, így az iszaposzlop nyomásnak mindig nagyobbnak kell lennie a várható rétegnyomásnál.


2.3.2. A viszkozitás és szerepe

Viszkozitáson tulajdonképpen az iszap belső súrlódását értjük, tehát azt az erőt, amellyel az iszap a különböző áramlást előidéző okokkal szemben ellenáll. Azt az erőt, amely a folyadék molekulái közötti elmozdulást létrehozza, dinamikai nyíróerőnek nevezzük.
A belső súrlódás mértéke az az erő, amely egymástól 1 cm távolságban levő, 1 cm2 felületű folyadék réteget egymáshoz képest 1 cm/s sebességgel mozgat. Ha ennek az erőnek értéke 1 din (10-5 N), akkor a folyadék viszkozitása egységnyi. A viszkozitás egysége a poise. 1 cP a 20,2 °C hőmérsékletű víz viszkozitása.
Az iszap viszkozitása a benne levő hidratált szárazanyag tartalomtól függ. Olyannak kell lennie, hogy elég nagy ahhoz, hogy a furadékot felhozza, de elég kicsi ahhoz, hogy a felszíni ülepítő rendszerben le tudja azt adni.

2.3.3. A víztartóképesség és szerepe

A víztartóképesség azért fontos tulajdonsága az iszapnak, mert az iszaplepény-képződés is ettől függ. A fúrólyuk falán képződő iszaplepény szükségességét sok gyakorlati megfigyelés igazolja. Az iszap agyagszemcséinek felületén levő vízburok a jó iszapban elég vastag. Ha az iszap valamilyen lyukacsos felületen (szűrő, homok, általában porózus kőzet) nyomáskülönbség hatására vizet ad le, akkor a víztelenített agyaglemezkék lerakódnak a felületre (ez az iszaplepény). Ez egy határig kedvező a fúrólyuk falának állékonysága szempontjából.

2.3.4. A szilárdanyag tartalom és szerepe

Az öblítőiszap szilárdanyag tartalmát a gyakorlatban homoktartalomnak is nevezik. A homoktartalom azért jelentős, mert bizonyos százalék felett a fúrószerszám megszorulásához, illetve az öblítőiszappal érintkező szerszámok és alkatrészek káros kopásához vezet. Ezenkívül a sok homok növeli az iszaplepény vastagságát is, és ezáltal veszélyezteti a lyuk továbbfúrását.


2.3.5. A stabilitás és szerepe

Az iszap stabilitására a legjellemzőbb az ülepedés mértéke. A nem megfelelő stabilitású iszap, ha az nyugalmi helyzetben van, bizonyos idő eltelte után a víz elkülönül a szárazanyag-tartalomtól. A jó iszapnak nem szabad 1 óra elteltével sem leülepednie (nyugalmi állapotában).

2.3.6. Az iszap pH-értéke és szerepe

Az iszap savassága, lúgossága, vagyis a hidrogén-ion koncentrációja különösen azóta lett fontos tényező az iszapoknál, amióta az egyes tulajdonságokat különböző vegyszerekkel javítják.
Az iszapokat általában 8-9,5 közötti pH-ra, azaz lúgosra kell kialakítani. Mind a savas, mind az erősen lúgos iszapnak megnő a vízleadása, ami kihat a viszkozitásra is, a savas iszapnak megnő a tixotrópiája.
Az iszapnak azért sem szabad savasnak lennie, mert erősen korrodálja a fúrószerszámot.

2.3.7. Az iszap feladatainak összefoglalása

-    a lyuktalp állandó tisztántartása,
-    a furadék felszínre szállítása,
-    a lyukfal biztosítása beomlás ellen,
-    a túlnyomásos rétegtartalmak belépésének megakadályozása,
-    a fúrószerszám kenése,
-    a fúrószerszám hűtése,
-    energia közvetítés a lyuktalpra,
-    a fúró kőzetaprító hatásának elősegítése,
-    a furadékszemek lebegésben tartása az öblítés szüneteltetésekor.

Mindezek mellett alapvető követelmény, hogy ne gátolja az átfúrt rétegek értékelését, ne károsítsa a tárolórétegek termelőképességét és ne legyen korróziót elősegítő hatása.

2.4. A fúrás kivitelezése

2.4.1. A fúrás megkezdése

Mielőtt a fúrólyuk mélyítése elkezdődne egy úgynevezett „patkánylyukat” (vagy rókalyukat) fúrnak a forgatórúd részére.
A forgatórúdra rácsavarnak egy rövid súlyosbítót, arra pedig a kezdő fúrót. Ezt a szerszámot a csigasoron keresztül lebocsátják a kezdőcsőbe, a talaj szintjéig. Ekkor indítják az öblítést és – miután a forgatóasztalba helyezték a forgatóéket – forgatni kezdik a fúrószerszámot, közben az emelőmű fékkarjának a lazításával (utánbocsátó készülékkel) a fúrószerszámot süllyesztik. A terhelés és a forgás következtében a fúró felaprózza az öblítőáram pedig kiszállítja a furadékot. Addig engedik lefelé a szerszámot, amíg a forgatórúd hasznos hossza ezt lehetővé teszi, utána a fúrószárat meg kell hosszabbítani.

2.4.2. A fúrási munka fázisai

A fúrólyukat nem lehet az elejétől a végéig azonos átmérővel lemélyíteni. A fúrási munkálatokat műszaki és geológiai okokból szakaszokra kell osztani, amelyekben más és más méretű béléscsövek kerülnek. Legutolsó a szűrőcsőrakat, melyen át a víz a kútba kerül.
Először úgynevezett keresőfúrást szokás mélyíteni. Azokat a fúrási szakaszokat, mélységközöket, ahol a földtani rétegsor meghatározása szükséges, a beépítésre tervezett béléscsöveknél kisebb átmérőjű – 115 – 152 mm – teljes szelvényű fúróval vagy magfúróval végzett előfúrással, keresőfúrást kell feltárni, amelyhez egy iránycsövet építenek be pár méter hosszan. Ez a mérettartomány a fúrási sebesség, a furatból történő mintavétel és a fúrólyuk geofizikai szelvényezésének biztonságos végrehajtása szempontjából optimális.
A keresőfúrás során kőzetmintákat kell venni minden észlelt rétegváltozáskor, illetve 5 m-nél vastagabb, egynemű rétegek esetén legalább 5 m-enként, 1 kg mennyiségben. Habár az öblítőiszapos keresőfúrások esetén a furadékminták elemzése sok esetben nem szolgáltat kielégítő eredményt, különösen a vízadó rétegek szemszerkezetének meghatározásakor.
A fúrási észrevételeket (iszapveszteség, iszaphígulás, iszapsűrűsödés, szerszámszorulás, előrehaladás, stb.) a fúrómesternek rögzítenie kell.
A fúrási talpmélység elérése után a fúrás mélységétől függően a furatot huzamosabb ideig öblíteni kell, hogy a kiépítés után a visszaülepedés minimális legyen.
Amennyiben kiépítés során a fúrószárakat csak szorulva (a réteg fogja) lehet kiépíteni, akkor a furatot újra fel kell dolgozni (ki- és beépítés, újraöblítés, esetleg újrafúrás).
A kezdő átmérő megválasztásakor lényeges szerepet játszik a tervezett vízemelő szerkezet átmérője, valamint szűrőbeépítés átmérő szükséglete, figyelembe véve a közbenső zárások és réteg nehézségek leküzdéséhez szükséges béléscsőrakatokat is.
A fentiek szerint a mélységkapacitás szempontjából a kútfúrási létesítmények közül
-    kismélységű fúrt kút 100 m mélységig,
-    középmélységű fúrt kút 1000 m mélységig,
-    nagymélységű fúrt kút a szénhidrogén-fúrásokhoz használt technológiával készített termálkút pedig 2500 m mélységig terjedhet.

2.4.3. A fúrólyuk lemélyítésének fázisai

A műszaki leírásban szereplő adatokat a geológiai szakvéleményre támaszkodva határozzák meg az alábbi elvi paraméterek szerint, példaként nézzük meg egy konkrét 250 m-es középmélységű fúrást:
-    teljes szelvényű iszapöblítéses fúrás 0-20 m-ig, 400 mm átmérőjű szárnyasfúróval,
-    364 mm átmérőjű irány vagy vezető béléscsőrakat beépítése ideiglenesen 20 m-ig,
-    keresőfúrás szűkített szelvényben (145 mm átmérőjű fúróval 20-250 m-ig, a használandó iszap fajsúlya 1,15 kp/dm3 (11,28N/dm3)),
-    elektromos lyukszelvényezés a 20-250 m közötti szakaszon (SP, fajlagos ellenállás) oldalfal mintavétellel,
-    lyukszakasz felbővítése 20-200 m-ig a kombinált béléscsőrakat részére, 350 mm átmérőjű szárnyas bővítő fúróval,
-    318-241 mm átmérőjű átmenettel kombinált béléscsőrakat beépítése 0-60-200 m-ig és palástcementezés teljes hosszban,
-    a cementezés után az ideiglenesen beépített 364 mm átmérőjű irány-béléscsőrakat visszaépítése,
-    a kombinált béléscsőrakat saruja alatti szakasz felbővítése 220 mm átmérőre 200-250 m-ig szárnyas bővítőfúróval,
-    a 203 mm átmérőjű védő béléscsőrakat (köpenycső) ideiglenes beépítése a szűrőcsőrakat védelmére,
-    a 165 mm átmérőjű szűrőcsőrakat beépítése az elektromos szelvényezés alapján kijelölt rétegek elé,
-    a 203 mm átmérőjű védő béléscsőrakat visszahúzása.



Geofizika
Karotázs
Kúttervezés
Geofizikai mérés