начало
избор на брой
"Морски колекции"
Фиг. 2 - Циментиране





Фиг. 1- Спъдинг
1 - сондажна линия, 2 - тиня, 3 - тръбна линия, 4 - водещи проволки, 5 - глава на кладенеца,  6 -шаблон
КОМЕНТАР НА АВАРИЯТА СЪС СОНДАТА
DEEPWATER HORIZON В МЕКСИКАНСКИЯ ЗАЛИВ -
ЧАСТ 2


1. Началото на сондажа - Спъдинг
Процесът на сондаж започва след като сондата се е позиционирала върху точката за сондиране. Към този момент морското дъно под сондата е девствено и върху него няма никакви изкуствени съоръжения. Сондата не може да спусне предпазителя против произволно изригване - ВОР, т. н. Blowout Preventer, защото все още няма нито кладенец, нито глава на кладенеца, върху която той да се закрепи.
Началото на сондирането се нарича спъдинг (spuding). Сондажната линия 1, която е показана на Фиг. 1 (i) се съоръжава със съответния диаметър свредло за просвредляне на първия вертикален ход - Фиг. 1 (i) - 2, който трябва да побере свободно първата вертикална тръба с главата на кладенеца в горната си част. Свредлото се завърта бавно, с около 20 оборота в минута.
Сондирането продължава от 60 м до 240 м дълбочина под морското дъно с подаване на дозирано количество тиня през сондажната линия - Фиг. 3.4 (i), така че тинята да не прелива извън отвора. При сравнително меки слоеве под морското дъно, просвредляването до 240 м дълбочина отнема около 6 до 8 часа, но при по-твърди слоеве може да бъде до 80 часа.
При завършване на просвредляването с диаметър 0.91 м, сондажната линия се изважда, прибира се на сондата - POOH (Pull Out Of Hole) и свредлото се демонтира. Сондажната линия се спуска - RIH (Run In Hole) отново в разпробития отвор на кладенеца. Тинята и остатъците от просвредляването се просмукват през вътрешния канал на сондажната линия нагоре, до сондата, с помощта на ежекторна помпа - тръбата на Вентури (Venturi Tube). Остатъците от просвредляването се прехвърлят в механично шистово сито и се изследват. Същевременно, отворът на кладенеца се запълва от по естествен начин с морска вода. Процесът се нарича displacement of hole - изместване на тинята от отвора.
След завършване на просмукването, чрез сондажната тръба, в кладенеца се спуска първата тръбна линия с диаметър 0.76 м. Тя се нарича преходна (conductor casing) линия и горната и част се намира малко над морското дъно - Фиг. 1 (ii) -3.
Преходната тръбна линя се спуска с монтирана глава на кладенеца, пета в долната част, временна водеща основа - temporary guide base, която се нарича още шаблон - template и центроващи пружини за полагане на тръбната линия концентрично в разпробития отвoр на кладенеца. Шаблонът е обикновено тежка шестоъгълна стоманена решетъчна конструкция, с отвор в средата, през който минава тръбната линия.
Главата на кладенеца представлява усилен стоманен пръстен, в който влиза горната част на преходната тръба - Фиг. 1 (ii) -5  и служи за фундамент, върху която ще се монтират постоянната водеща рамка - permanent guide frame с направляващи колони. Върху нея се монтира предпазителя против произволно изригване на нефт и газ - Blowout Preventer (BOP) и морския райзър.
Както се вижда от горната схема, просвредлянето на първия хода от 60m до 240m се извършва без никакви предпазни механизми. Това налага извършването на подробен промер до тази дълбочина за наличието на „джобове” с концентрация на прирозен газ. Попадането на свредлото в такъв „джоб” е абсолютно недопустимо, тъй като това може да причини изригване на газ под сондата, пожар и загуба плавателност поради разреждане на плътността на морската вода непосредствено под сондата.
Някои случаи, почата под морското дъно може да бъде със слаба устоичивост, което може да доведе до срутване на първия вертикален ход. При съмнение за сбъдване на този случай, нефтените компании планират втора, резервна позиция са спъдинг, която е по хоризонтала до 1200 метра странично от  основната позиция.
Преди монтиране на каквото и да е върху първата тръба, тя трабва да се циментира околовръст за да се укрепи достатъчно добре. Циментирането на първата тръба и следващите с по-малък диаметър под тях е процес, който се повтаря след всеки следващ вертикален ход на сондажа.
2. Циментиране
Както се спомена по-горе, кладенецът се сондира на етапи, при всеки от които се вкарва тръбна линия, която се състои от стоманени тръби и се укрепва външно за стените на отвора с цимент. Циментирането на тръбната линия осигурява изключително здрава конструкция и осигурява защита против корозионните продукти, които се излъчват от обкръжаващите земни формации.
По-долу е представена схема на дейностите по циментиране, които са известни под името Cement Job - Фиг. 2.
При завършване на всеки етап на сондажа и преди вкарване на тръбната линия, отворът трябва да се обработи. Това включва подмяната на сондажната тиня с обработваща течност, която често е солен разтвор с достатъчно тегло за да предотврати случайното навлизане на въглеводороди в отвора. В процеса на обработване се премахва всякаква масленост, която е останала от сондажната тиня по стените на отвора и подобрява възможността за получаване на надеждно сцеплениe между стените на отвора, цимента и тръбната линия. След подходяща обработка на отвора, инсталирането на тръбната линия може да започне - Фиг. 1 (ii).
Долната секция на всяка тръбна линия, която се спуска в отвора, е оборудвана с вградена насочваща пета и пръстен с невъзвратен клапан. Следващите тръби се монтират с външни центроващи пружини -
Фиг. 3 - Спъдинг и монтиране на ВОР
7 - цимент, 8 -водещи колони ,9 - Blowout Preventer, 10 - гъвкава връзка, 11 - морски райзър
Фиг. 4
Сондата Deepwater Horizon в Мексиканския залив
centralizers през равни интервали за осигуряване центрирането на тръбата по вертикалната ос на отвора и обезпечаване на безпрепятствен канал за преминаване на цимента. Работата по циментиране може да започне веднага, след като последната тръба от тръбната линя е спусната.
Първата операция включва поставянето на долно плаващо бутало в тръбата. То ще представлява бариера между обработващата течност и цимента. След това, в тръбната линия се изпомпва достатъчно количество цимент, като обемът му се изчислява на базата на диаметъра на отвора, външния диаметър на тръбната линя и нейната височина. След това, тръбата се поставя второ плаващо бутало с мембрана върху горната повърхност на цимента и системата за сондажна тиня се включва.
Към този момент, тръбната линия наподобява огромна спринцовка. С напомпване на сондажната тиня под налягане върху горната част на горното бутало, колоната цимент започва да се движи бавно надолу в тръбната линия докато достигне до долното бутало с невъзвратен клапан. Под въздействие на налягането на цимента, мембраната се пробива и циментът протича нанадолу, през невъзвратния клапан и нагоре в пространството между външната част на тръбната линия и стените на кладенеца. По време на напомпване на сондажна тиня, внезапното увеличаване на налягането на сондата показва, че горното бутало е достигнало долното бутало и циментирането е завършено.
Втвърдяването на цимента отнема от 6 до 24 часа,  в зависимост от температурата в дълбочина. Обратното изтичане на цимента в тръбната линия се предотвратява от невъзвратния клапан, който е разположен в пръстена над насочващата пета. 
Обработващата течност използвана преди циментирането е солен разтвор, който се нарича brine (саламура). Това е течност, приготвена по специални изисквания и е с плътност доста по-голяма от тази на морската вода.
От изложеното по-горе се вижда, че подготовката на цимента е сложна и скъпа работа, която се върши от специализирани фирми, за всеки конкретен кладенец. Превозът на цимент до сондата се извършва в сухо насипно състояние в специални танкове на снабдителните кораби, които се товарят и разтоварват при абсолютно затворен цикъл, с помощта на вакуумни системи.
3. Монтиране на ВОР
Когато преходната тръба е спусната и центрована в кладенеца, процесът по външното  циментиране в пространството между стената на кладенеца и външната повърхност на тръбата започва - Фиг. 3 (iii). Процесът по циментиране е описан в секция 2 по-горе.
След втвърдяване на цимента, върху главата на преходната тръба се спуска постоянната водеща рамка - permanent guide frame с помощта на сондажната линия и водещите проволки -  Фиг. 3 (iv), върху чиито водещи колони ще се монтират предпазителя против произволно изригване на нефт и газ - Blowout Preventer (BOP) и морския райзър - Фиг. 3 (v).
Всички операции, които са описани по-горе се извършват под непрекъснато наблюдение чрез мини-подводница робот - Remotely Operated Vehicle (ROV).
Със завършване на монтажа на сондажния шаблон, сондажната линия се прибира и сондата спуска морския райзър с ВОР върху постоянната водеща рамка върху главата на кладенеца. Със спускането на ВОР и морския райзър, спъдингът е завършен и сондата е ефективно свързана с морското дъно.
Морският райзър, е една полу-гъвкава метална тръба от много секции, всяка с дължина 15 метра, която съединява ВОР със сондата. Сондажната линия минава през морския райзър и влиза в кладенеца. Горната част на морския райзър се придържа към сондата от притягаща система, която се състои от система стоманени проволки и хидравлични обтегачи.
Морският райзър завършва затворената система за циркулация на сондажната тиня надолу, през вътрешната и кухина, до свредлото и от там нагоре през пространството между вътрешните стени на морския райзър и сондажната линия (annulus). 
При щормово време ВОР се затваря и морският райзър се откачва от него. Тогава сондата може да се отклони, заедно с откачения райзър, на безопасно разстояние от кладенеца. При подобряване на времето, сондата се пре-позиционира и съединява морския райзър към ВОР.
4. Същинско сондиране
След монтиране на предпазителя против изригване (BOP) и на морския райзър същинското сондиране започва с втората стъпка, която може да достигне на  дълбочина до 600 метра под нивото на първата стъпка на процеса спъдинг.  Сондажната линия със свредлото минава през морския райзър и предпазителя против изригване - ВОР.  Ако първата стъпка е била просвредлена с 0.91 метра свредло и укрепващата и тръбна линия е с диаметър 0.76 метра, при втората стъпка диаметърът на свредлото се намаля до 0.45 метра (17.5 инча) с тръбно укрепване - casing, с диаметър 0.34 метра (13.4 инча). При завършване на сондажа на втората стъпка, сондажната линия се изважда и прибира на борда на сондата. Предпазителят против изригване (BOP) се прибира  временно от основата на кладенеца и втората укрепваща тръбна линия с диаметър 0.34 метра (13.4 инча) се спуска в стъпката и укрепва с цимент отвън - Фиг. 3.8.
Броят на следващите междинни вертикални стъпки за сондиране, тяхната дълбочина и диаметър се определят от типа на подземните формации и общата дълбочина на въглеводородния резервоар. В примера по-горе, третата стъпка ще се сондира със свредло 0.31 метра (12.25 инча)  метра и укрепи с тръбен  casing с диаметър 0.24 метра (9.62 инча). Общо казано, свредлото се намаля по диаметър на всеки 900 до 1800 метра дълбочина под морското дъно. Отворът се укрепва с съответния размер тръбно укрепване - casing, а операцията се нарича casing off. Въпреки всичко, в случай на пропадане на стъпката или загуба на сондажна тиня във околните формации, възниква необходимост от прекратяване на програмата за сондаж и монтиране на допълнително междинно тръбно укрепване - casing. След междинното укрепване на стъпката, сондирането се възобновява със свредло с по-малък диаметър.
В крайният етап, свредлото навлиза във въглеводородната формация. Когато последната стъпка е просвредлена до необходимата дълбочина, сондажната линия се изтегля внимателно за да позволи на хидростатичното налягане на сондажната тиня да предотврати навлизането на въглеводороди в кладенеца. Завършването на кладенеца включва поставянето на крайната тръбна линия, която се нарича добивна (Production casing).
Етапите на сондиране са показани по-долу на Фиг. 4:
- Монтира се морският райзър с предпазителя против изригване ВОР и сондажът на първата междинна стъпка със свредло 0.45 метра диаметър започва - Фиг. 4 (i),
- ВОР се снема и прибира. Монтира се тръбното укрепване и се извършва циментиране на първата междинна стъпка - Фиг.4 (ii),
- Монтира се ВОР и се започва сондиране на втората междинна стъпка - Фиг. 4 (iii).
Както се спомена по-горе, по време на сондирането се подава постоянно сондажна тиня към свредлото с цел осигуряване на смазването му и от друга страна тинята заглажда и допълнително укрепва стените на кладенеца по време на сондирането. Тинята се връща обратно в т.н. шистов сепаратор (shale shaker). Това е танк за сепариране на отработената тиня и раздробените парчета земна маса от сондирането. Отработената тиня се използва отново по предназначение, а раздробените парчета земна маса се изследват постоянно и подробно от геолози - mudloggers, които следят и за най-малките наличия на въглеводороди по тях. Това служи като индикация за откриване на нефт или газ.
Последната операция по сондажа включва монтиране на циментова тапа върху кладенеца за по- късното му разработване чрез изграждане на добивна платформа над него или свързването му с друга добивна платформа чрез подводен тръбопровод.
Полупотопяемата сонда Deepwater Horizon е била именно в етап на завършване на циментирането на последната тръба - добивната, след което е трябвало да се постави циментова тапа върху главата на кладенеца, да откачи и прибере ВОР и морския райзър, и да отплава. Избухването на кладенеца става още при подготовка на морския райзър за прибиране и с ВОР на място и готов за действие.
Процесите, които са разгледани по-горе, т.е. сондирането и циментирането и същинското сондиране на кладенеца ще се окажат от съществена важност при разглеждане на причината за аварията.

Забележка:
Всички чертежи и схеми са изработени от автора и представляват негова лична интелектуална  собственост. Всички права на автора са запазени. Нито една част от тази публикация не може да се възпроизвежда, съхранява в записваща система или предава под всякаква форма и начини, електронни, механични, фотокопиране, записване или по друг начин, без предварителното разрешение на автора.

Капитан далечно плаване Орлин СТАНЧЕВ MNI
Marine Superintendent
Aberdeen, UK
7th May 2010