1/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη.

Παρουσίαση με θέμα: "1/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 1/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη

2 2/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Γεωμηχανικές παράμετροι Πορώδες Πίεση υπερκειμένων (βάθος) Ζώνη υποσυμπύκνωσης Το φαινόμενο: Τάση υπερκειμένων σ ν : η τάση που προκύπτει από το βάρος των στρωμάτων των υπερκείμενων της ζώνης ενδιαφέροντος (1psi/ft σε τεκτονικά ήρεμες περιοχές - 0,8 psi/ft σε περιοχές με τεκτονική δραστηριότητα) σ ν αυξάνει με το βάθος

3 3/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Προέλευση γεωπιέσεων Το φαινόμενο: Πορώδη πετρώματα: σ ν = σ s + P f Πορώδες Κανονική συμπύκνωση Ανώμαλη (υψηλή) πίεση Υποσυμπύκνωση Κανονική πίεση Πίεση ρευστών σχηματισμού Πίεση υπερκειμένων (βάθος) Ζώνη υποσυμπύκνωσης Κανονική πίεση σχηματισμού υδροστατική πίεση στήλης νερού (καθαρού ή αλμυρού) στο βάθος που βρίσκεται ο σχηματισμός Ανοικτό υδραυλικό σύστημα Ανώμαλη πίεση (υποπίεση ή υπερπίεση) συστήματα με αδυναμία επικοινωνίας Κλειστό υδραυλικό σύστημα

4 4/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Αρτεσιανό σύστημα Προέλευση γεωπιέσεων 0,052 x 9,0lb/gal x 1000 ft = 468 psi (ισοδύναμη πυκνότητα λάσπης: 9 lb/gal ή 1,08 gr/cm 3 ) Επιφάνεια Γεωτρύπανο Συνεχής υδροφόρος ζώνη ή 1,617 gr/cm 3 Επιφάνεια Στεγανή ζώνη, κανονική πίεση Στεγανό ρήγμα * (α) Σε βάθος 8.000 ft εντοπίζεται στεγανή ζώνη όπου επικρατούν κανονικές πιέσεις τόσο εντός της ζώνης, όσο και στους γειτονικούς σχηματισμούς (β) Το ανυψωμένο τμήμα απαιτεί πυκνότητα λάσπης 12,0 lb/gal. Το στεγανό ρήγμα παρεμποδίζει εξίσωση ή κανονικοποίηση των πιέσεων Τεκτονικές Δράσεις 0,052 x 9,0lb/gal x 8000 ft = 3744 psi 0,052 x 9,0lb/gal x 6000 ft = 2808 psi 3744/6000=0,624psi/ft x 0,052 = 12 lb/gal

5 5/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη 1. Ανάλυση και επεξεργασία διαγραφιών (loggings) Μετάβαση Βάθος Κανονική τάση Ειδική ηλεκτρική αντίσταση, ohms Πρόβλεψη και εκτίμηση γεωπιέσεων Ειδική ηλεκτρική αντίσταση Προσδιορισμός βάθους μετάβασης σε ζώνες ανωμάλων πιέσεων Εκτίμηση της πίεσης των σχηματισμών συναρτήσει του βάθους Παράμετροι που επηρεάζονται από τις πιέσεις των σχηματισμών Πυκνότητα (density) Ταχύτητα (χρόνος) διάδοσης ακουστικών κυμάτων (sonic logs) Ηλεκτρική αγωγιμότητα ή ειδική ηλεκτρική αντίσταση (resistivity)

6 6/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Πρόβλεψη και εκτίμηση γεωπιέσεων 1. Ανάλυση και επεξεργασία διαγραφιών (loggings) Μετάβαση Κανονική τάση Πυκνότητα (gm/cc) Βάθος Πυκνότητα σχηματισμών μsec/ft Βάθος (ft) Κανονική τάση Χρόνος διάδοσης ακουστικών κυμάτων

7 7/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Πρόβλεψη και εκτίμηση γεωπιέσεων 1. Ανάλυση και επεξεργασία διαγραφιών (loggings) Ανάλυση δεδομένων - Μέθοδος Hottman & Johnson Ισοδύναμο βάρος λάσπης, lb/gal * Ανηγμένη Βαθμίδα Πίεσης Σχηματισμού, psi/ft Ισοδύναμο βάρος λάσπης, lb/gal * Λόγος κανονικής (normal-pressured) προς παρατηρούμενη (observed) τιμή ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης Διαφορά παρατηρούμενης και κανονικής τιμής τμηματικού χρόνου διάδοσης ακουστικών κυμάτων * 1 lb/gal = 0,052 psi/ft

8 8/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Πρόβλεψη και εκτίμηση γεωπιέσεων 1. Ανάλυση και επεξεργασία διαγραφιών Ειδική αντίσταση (ohm-m) Βάθος (ft) 0.544000 0.644600 0.605600 0.706000 0.766400 0.607000 0.707500 0.748000 0.768500 0.829000 0.909700 0.8410100 0.8010400 0.7610700 0.5810900 0.4511000 0.3611100 0.3011300 0.2811600 0.2911900 0.2712300 0.2812500 0.2912700 0.3012900 Εφαρμογή 3.3.1 (σελ. 32) Προσδιορίσετε: Την πίεση των σχηματισμών ανά 1000 ft από το βάθος εισόδου στη ζώνη ανωμάλων πιέσεων Το βάθος μετάβασης σε ζώνη υποσυμπίεσης Με βάση τη μεθοδολογία των Hottman & Johnson υπολογίσετε:

9 9/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη 1. Απόκλιση τιμών ειδικής αντίστασης σε βάθος 9700 ft (είσοδος σε ζώνη ανωμάλων πιέσεων) 1. Απόκλιση τιμών Πρόβλεψη και εκτίμηση γεωπιέσεων 1. Ανάλυση και επεξεργασία διαγραφιών Εφαρμογή 3.3.1 (σελ. 32) Κανονική τάση Εισαγωγή σε ζώνη ανώμαλων πιέσεων Επίλυση 2. Ευθεία Κανονικής Τάσης: Η προέκτασή της αντιστοιχεί στις τιμές που θα έπρεπε να είχε η ειδική αντίσταση υπό συνθήκες κανονικών πιέσεων 2. Ευθεία Κανονικής Τάσης: 3. 10700 ft: Μετρούμενη τιμή: 0,76 ohm-m Κανονική τιμή: 1,1 ohm-m 1,1/0,76 = 1,45 0,64 psi/ft ή 12,8lb/gal 4. Πίεση σχηματισμού (στα 10700 ft): 0,64 psi/ft x 10700 ft = 6850 psi 0,465 psi/ft x 10700 ft = 4975 psi (εάν πίεση κανονική)

10 10/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Πρόβλεψη και εκτίμηση γεωπιέσεων 2. Ανάλυση και επεξεργασία γεωτρητικών δεδομένων Α. Αλλαγή λιθολογίας Ρυθμός προχώρησης γεώτρησης Βάθος Τεχνικές παράμετροι διάτρησης: Garnier & Lingen: ταχύτητα προχώρησης ΔΡ (πίεσης ρευστού διάτρησης – πίεσης σχηματισμού) ΔΡ Β. Αλλαγή πίεσης σχηματισμών 1. Βάρος επί του κοπτικού (W) 2. Ταχύτητα περιστροφής (N) 3. Ιδιότητες ρευστού διάτρησης Μοντέλο εκθέτη d: R = 60 N (12W/10 3 D b ) d dR 10% d40% R

11 11/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Πρόβλεψη και εκτίμηση γεωπιέσεων Διορθωμένος εκθέτης d Βάθος (ft) 2. Ανάλυση και επεξεργασία γεωτρητικών δεδομένων Υπό κανονικές πιέσεις η ταχύτητα προχώρησης μειώνεται με το βάθος (για δεδομένο σχηματισμό, δεδομένο κοπτικό και παραμέτρους διάτρησης) Όταν d μειώνεται d αυξάνει με το βάθος R αυξάνει ΔΡ μειώνεται αυξάνει η πίεση του σχηματισμού (δεδομένου ότι δεν έχουν αλλάξει οι παράμετροι της διάτρησης)

12 12/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Ρωγμάτωση του σχηματισμού Έλεγχος των πιέσεων των σχηματισμών Πυκνότητα ρευστού διάτρησης Υψηλή πυκνότητα ρευστού υψηλή ασφάλεια σε κάθε περίπτωση; Δίλημμα: Πιθανή υπέρβαση της αντοχής του σχηματισμού Χαμηλή ταχύτητα διάτρησης Κριτήριο: Ερώτημα: Υψηλή πυκνότητα ρευστού Η πίεση που θα ασκεί το ρευστό σε κάθε βάθος δεν πρέπει να υπερβαίνει την αντοχή του σχηματισμού στο βάθος αυτό

13 13/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Ρωγμάτωση του σχηματισμού Συνολική επί τόπου τάση / βάθος (ανηγμένη έκφραση της τάσης ρωγμάτωσης του σχηματισμού) FG: βαθμίδα ρωγμάτωσης (psi/ft) ν : λόγος Poisson (λόγος της πλευρικής παραμόρφωσης (διόγκωσης) προς την αξονική παραμόρφωση (βράχυνση) ενός πετρώματος υπό αξονική φόρτιση) σ ν : τάση υπερκειμένων (psi) P f : πίεση σχηματισμού (psi) D : βάθος εξεταζόμενου σχηματισμού (ft) FG= (ν/1-ν) [(σ ν - P f )/D] + P f /D (Μέθοδος Eaton) Ταυτόχρονη συνεκτίμηση της αλληλεπίδρασης Αντιμετώπιση: Βαθμίδα Ρωγμάτωσης (Fracture Gradient-FG) Πίεσης ρευστού διάτρησης Πίεσης σχηματισμών Αντοχής σχηματισμών

14 14/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Ρωγμάτωση του σχηματισμού Βάθος (ft) Βαθμίδα πίεσης υπερκειμένων (psi/ft) Βαθμίδα πίεσης υπερκειμένων βάθοςΛόγος Poisson βάθος Βάθος, 1.000 (ft) Ακρότατο άνω όριο Λόγος Poisson Διάφορες βαθμίδες ρωγμάτωσης υπερκειμένων Υπερκείμενα που ισοδυναμούν με 1 psi/ft 1 psi/ft ν=0,4

15 15/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Ρωγμάτωση του σχηματισμού Ερώτημα: Οι πιέσεις των σχηματισμών επιβάλλουν τη χρήση ρευστού υψηλής πυκνότητας;

16 16/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Ρωγμάτωση του σχηματισμού Βάθος (ft) (στήλη 1) Πίεση σχηματισμού (psi) (στήλη 2) 30001320 50002450 83004067 85004504 90005984 95006810 100007800 1100010171 Εφαρμογή / Απάντηση Πίεση λάσπης (psi) (στήλη 3) Βαθμίδα ρωγμάτωσης (psi/ft) (στήλη 4) Βαθμίδα πίεσης λάσπης (psi/ft) (στήλη 5) 15200.810.51 26400.830.53 42670.830.51 47040.840.55 61840.890.69 70100.910.74 80000.930.80 103710.970.94 Δεδομένα: 1. Εκτίμηση πιέσεων σχηματισμών ως προς το βάθος 2. Συντελεστής ασφάλειας λάσπης + 200 psi Ζητούμενα: 1. Θέση (βάθος) κάθε σωλήνωσης 2. Πυκνότητα λάσπης για την όρυξη κάθε τμήματος Βάθος (ft) (στήλη 1) Πίεση σχηματισμού (psi) (στήλη 2) 30001320 50002450 83004067 85004504 90005984 95006810 100007800 1100010171

17 17/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Ρωγμάτωση του σχηματισμού Γραφική επίλυση εφαρμογής Βαθμίδα πίεσης (psi/ft) Βαθμίδα λάσπης Βαθμίδα πίεσης πόρων Βαθμίδα ρωγμάτωσης Επιφανειακή σωλήνωση Βάθος (ft) Τελικό βάθος (Total Depth-T.D.) Γραμμή 3 Γραμμή 2 Γραμμή 1 Βαθμίδα λάσπης Εδράσεις σωλήνωσης Ενδιάμεση σωλήνωση Ενδιάμεση σωλήνωση ή προστατευτικό liner Παραγωγική σωλήνωση ή liner Τελικό βάθος

18 18/18 Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 3 ο : ΓΕΩΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχολή Μηχ. Μεταλλείων – Μεταλλουργών Τομέας Μεταλλευτικής Καθηγ.: Σ. Σταματάκη Ρωγμάτωση του σχηματισμού Δοκιμή διαρροής (leak off test) Απομόνωση δακτυλίου γεώτρησης Λάσπη Διατρητική στήλη Έδραση σωλήνωσης Αντίβαρα Κοπτικό 10-20 ft μη σωληνωμένης γεώτρησης Πίεση στην επιφάνεια Πίεση διαρροής λάσπης Πίεση ρωγμάτωσης σχηματισμού Πίεση διάδοσης ρωγμάτωσης Πίεση στραγγαλισμού Χρόνος Αύξηση της αντλούμενης λάσπης Σύστημα αντλιών