ANALIZA DATELOR DE LA SONDELE DE CORELARE FLUIDUL DE FORAJ

Analiza DATELOR DE LA sondeLE DE CORELARE FLUIDUL DE FORAJ

La inceputurile forajului rotativ modern se pompa prin prajini apa pentru a spala permanent talpa sondei si a evacua detritusul la suprafata. Cu particule fine de roca, mai ales cu cele dispersabile in apa, se forma un noroi, de-a lungul spatiului inelar. S-a constatat ca acesta avea unele avantaje fata de apa curata: o capacitate mai buna de evacuare, inclusiv pe aceea de a mentine detritusul in suspensie la intreruperea circulatiei si, indeosebi, calitatea de a stabiliza peretii gaurii de sonda in dreptul rocilor neconsolidate. Treptat, exigentele impuse acestui fluid au crescut. El a inceput sa fie preparat la suprafata din argile coloidale, studiat in laborator, testat la sonda, tratat si curatat cu cat mai multa atentie. In scopul obtinerii unor performante superioare, compozitia fluidelor de foraj s-a diversificat continuu. Astazi, multe dintre ele nu mai sunt preparate din apa si argila.

Metodica proiectarii proprietatilor si tipurilor fluidelor de foraj

Rolul fluidelor de foraj

Fluidului de foraj i se atribuie, in prezent, urmatoarele roluri principale:

Hidrodinamic. Dupa iesirea din duzele sapei, fluidul curata particulele de roca

dislocata de pe talpa sondei si le transporta la suprafata, unde sunt indepartate.

Hidrostatic. Prin contrapresiunea creata asupra peretilor, el impiedica surparea rocilor slab consolidate si patrunderea nedorita in sonda a fluidelor din formatiunile traversate.

De colmatare. Datorita diferentei de presiune sonda-strate, in dreptul rocilor permeabile se depune prin filtrare o turta din particule solide, care consolideaza pietrisurile, nisipurile si alte roci slab cimentate sau fisurate. Totodata, turta de colmatare reduce frecarile dintre garnitura de foraj sau coloana de burlane si rocile din pereti, diminuand uzura prajinilor si a racordurilor.

De racire si lubrifiere. Fluidul de circulatie raceste si lubrifiaza elementele active al instrumentului de dislocare, prajinile, lagarele sapelor cu role si lagarele motoarelor de fund.

Motrice. Cand se foreaza cu motoare de fund, hidraulice sau pneumatice, fluidul de foraj constituie agentul de transmitere a energiei de la suprafata la motorul aflat deasupra sapei.

Informativ. Urmarind fluidul de circulatie la iesirea din sonda si detritusul adus la suprafata, se obtin informatii asupra rocilor interceptate si a fluidelor din porii lor.

Clasificarea fluidelor de foraj

Aparitia dinamica si continua a noilor tipuri de fluide reclama un mod de clasificare coerent, dar suficient de elastic, pentru a permite si incadrarea acestora. In literatura de specialitate, clasificarile existente au la baza diferite criterii:

Natura fazei continue (de dispersie): pe baza de apa, pe baza de produse petroliere, gazoase;

Natura fazei dispersate: cu argila, fara argila, cu argila organofila, cu asfalt, cu polimeri;

Gradul de mineralizare: nemineralizate (noroaie dulci), mineralizate (respectiv scazuta, medie sau ridicata);

Natura mineralizarii: sarate (Ca,Na,Cl), cu var, cu gips, cu clorura de calciu, cu clorura de potasiu, cu silicat de sodiu, etc.;

Marimea pH-ului: acide (sub 7), neutre (aproximativ 7), slab alcaline (7.8,5), alcalinitate medie (8.11,5), alcalinitate ridicata (peste 11,5);

Densitate: neingreuiate (usoare) si ingreuiate;

Gradul de dispersie: pentru forajul propriu-zis, deschiderea stratelor productive, fluide de packer, fluide pentru degajare, fluide de perforare, fluide de omorare.

Proprietatile fluidelor de foraj

Compozitia, calitatile sau carentele unui fluid de foraj sunt definite printr-o serie de proprietati, unele dintre ele comune tuturor tipurilor de fluide, altele specifice doar anumitor categorii.

Densitatea fluidelor de foraj

Aceasta proprietate reprezinta masa unitatii de volum. Densitatea fluidului de foraj se alege astfel incat presiunea exercitata de coloana de fluid sa previna surparea rocilor neconsolidate din pereti si afluxul nedorit al fluidelor din porii rocilor traversate de sonda. Fluidele cu densitate ridicata diminueaza viteza de avansare a sapei, sunt scumpe si dificil de mentinut pompabile si stabile.

Vascozitatea aparenta si gelatia fluidelor de foraj

Vascozitatea aparenta a unui fluid reprezinta proprietatea lui de a opune rezistenta la curgere. Cantitativ, vascozitatea, notata cu h, este o masura a acestei rezistente si se defineste ca raport intre tensiunea de forfecare t si viteza de forfecare dv/dx si este constanta pentru fluidele newtoniene.

Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene: curgerea lor nu poate fi descrisa prin intermediul unui singur coeficient de vascozitate.

Proprietatile reologice ale fluidelor de foraj

Aceste proprietati caracterizeaza comportarea la curgere a fluidelor de foraj, inclusiv rezistenta la deplasare a unor corpuri in masa fluidelor. Proprietatile reologice permit sa se evalueze presiunea si energia de pompare a fluidelor de foraj, conditiile de spalare si evacuare a detritusului, presiunile efective in dreptul unor strate instabile ori purtatoare de fluide, pericolul de eroziune al peretilor.

Proprietatile tixotropice ale fluidelor de foraj

In general, prin tixotropie se intelege gelificarea unei solutii cand este lasata in repaus si revenirea gelului in solutie prin agitare. Fenomenul este specific solutiilor coloidale, in care particulele dispersate sunt ionizate.

Fluidele de foraj cu proprietati tixotropice sunt capabile sa mentina in suspensie materialele inerte de ingreuiere si detritusul, insusire necesara mai ales atunci cand se intrerupe circulatia.

Capacitatea de filtrare si colmatare

Datorita diferentei dintre presiunea fluidului din sonda si cea a fluidelor din porii formatiunilor traversate, o parte din faza libera a noroiului patrunde in porii rocilor. Simultan, pe peretii sondei se depun particule solide, sub forma unei turte de colmatare.

Cu cat permeabilitatea turtei este mai scazuta, cu atat grosimea turtei depuse si volumul de filtrat sunt mai reduse. Turtele de colmatare sunt, in general, compresibile; permeabilitatea lor scade odata cu presiunea. Viteza de filtrare creste cu temperatura, deoarece scade vascozitatea fazei lichide.

Continutul de particule solide , apa si petrol

Pentru fluidele de foraj pe baza de apa si argila, faza continua este alcatuita din argile si materiale de ingreuiere, iar faza lichida din apa si, eventual, motorina, in cazul in care noroiul a fost emulsionat.

La fluidele pe baza de produse petroliere faza lichida este alcatuita din motorina si apa, iar faza solida din materiale de ingreuiere si cele folosite pentru controlul proprietatilor colmatate si structurale.

Continutul de nisip

Nisipul imprima fluidului de foraj proprietati abrazive si erozive, reducand durata de lucru a echipamentului de foraj. In concentratii excesive, el creaza pericol de prindere a garniturii la oprirea circulatiei. De aceea, pe cat posibil, el trebuie eliminat din noroi.

Continutul de gaze

Gazele patrund in noroi din stratele gazeifere traversate, iar aerul prin spumare - in timpul ingreuierii si al tratamentelor chimice.

Capacitatea de schimb cationic

Proprietatile noroaielor de foraj si comportarea lor la contaminari sau tratamente sunt determinate, in cea mai mare masura, de continutul de argile active, hidratabile si dispersabile, de tipul bentonitelor.

Dintre diversele metode de masurare a capacitatii de schimb cationic, cea mai operativa si mai utilizata este metoda albastrului de metilen.

Stabilitatea

Fluidele de foraj sunt sisteme de dispersie, eterogene; lasate in repaus, in sonda sau in habe, dar si in prezenta unor contaminanti, au tendinta sa-si separe fazele: particulele solide se depun, faza lichida se separa la suprafata, emulsiile si spumele se sparg.

Indicele pH

Aciditatea sau alcalinitatea unui fluid de foraj, in care se afla disociati diversi electroliti, este exprimata de indicele pH - logaritmul zecimal negativ al concentratiei momentane de ioni de H⁺.

In general, fluidele de foraj sunt bazice: pH>7. Cele naturale, preparate din apa si argila, netratate, au pH-ul cuprins intre 7 si 8, iar cele tratate au pH-ul intre 8 si 13. Valoarea optima a pH-ului depinde de tipul noroiului.

Continutul de cloruri

Un fluid de foraj poate contine clorura de sodiu, de potasiu, calciu si magneziu. Intereseaza mai ales continutul de sare, deoarece ea constituie un contaminant frecvent al noroaielor de foraj.

Alcalinitatea si continutul de var

Alcalinitatea unei solutii exprima excesul de anioni in raport cu cel de cationi. Deoarece scara pH-ului este logaritmica, la valori mari alcalinitatea poate varia considerabil fara ca pH-ul sa se modifice sensibil. In plus, la concentratii ridicate, o parte din substantele bazice sunt nedisociate si nu influenteaza pH-ul. De aceea, pentru fluidele cu bazicitate ridicata, cum sunt noroaiele cu var sau gips, alcalinitatea este o proprietate mai relevanta decat pH-ul.

1.4 Tipul fluidelor de foraj

Fluidul de foraj natural tratat

Fluidul de tip natural, se prepara pornind de la bentonita cu un randament > 12 m³/t prehidratata in prealabil 24 de ore, sau poate fi utilizat fluid din statia de fluide.

Se vor mentine carcteristicile recomandate pentru a realiza o capacitate buna de transportare, iar reducerea parametrilor va fi efectuata prin tratamente cu extract bazic ca fluidizant, soda caustica pentru controlul alcalinitatii si soda calcinata pentru controlul ionilor bivalenti.

Pentru mentinerea continutului de solide s-a folosit un sistem de curatire mecanica doua site vibratoare echipate cu plasa de 60-80 mesh.

Fluide de foraj dispersate

Aceste fluide au la baza sistemul dispers apa-argila si indeplinesc cerintele de stabilitate, colmatare si gelificare, necesare forajului, fiind constituite din materiale ieftine si usor de procurat.

Ele sunt preparate la suprafata din argile bentonitice, adesea activate, cu bune proprietati coloidale, dar inglobeaza si particule argiloase sau inerte din rocile traversate.

In dreptul stratelor consolidate sau insensibile la apa, la adancimi moderate, sistemul apa-argila poate fi utilizat ca atare. Cand se traverseaza roci argiloase care se disperseaza ori se umfla, roci solubile, strate productive sau cand argila de preparare nu asigura proprietatile structurale dorite, sistemul trebuie ameliorat ori stabilizat. Se introduc, in cantitati reduse, diversi aditivi cu rol de fluidizanti sau invascosanti, reducatori de filtrare, stabilizatori ai proprietatilor la temperaturi ridicate ori la actiunea contaminantilor, lubrifiantilor, antispumantilor, agentilor anticorozivi, etc. Fluidele naturale devin tratate.

La concentratii de 60.250 kg/m³, in functie de randamentul argilei, se prepara noroaie cu proprietati structurale si de filtrare satisfacatoare, avand densitatea 1.050.1.150kg/m³. Daca se utilizeaza argile slab bentonitice, este nevoie de concentratii mai ridicate si se ajunge la 1.250.1.350 kg/m³ si chiar mai mult. Densitati mai mari se obtin adaugand materiale inerte, cu densitate mare, fin macinate: noroaiele sunt ingreuiate.

Noroaiele naturale isi modifica rapid proprietatile in prezenta unor contaminanti cum sunt: pachete groase de marne si argile hidratabile, saruri solubile, temperaturi mari, gaze.

Pentru sistemul apa-argila aflat intr-un echilibru natural, domeniul optim al pH-ului, la care si vascozitatea este minima, se situeaza intre 7,5 si 8,5. Pentru noroaiele naturale pH-ul nu trebuie sa depaseasca valorile 9.10.

Volumul de noroi necesar forarii sondei pe fiecare interval in parte este dat de relatia:

(1)

unde k reprezinta un coeficient ce tine seama de rezerva de noroi; se admite k=2.3;

D_ic - diametrul interior al coloanei;

H₁ - inaltimea coloanei anterior tubate;

H₂ - inaltimea coloanei urmatoare;

D_S - diametrul sapei.

Aditivi si materiale folosite pentru prepararea si reglarea proprietatilor fluidului de foraj

Exista, in prezent, sute de substante naturale ori sintetizate care se folosesc la prepararea si reglarea proprietatilor fluidelor de foraj.

Argilele reprezinta materialul de baza folosit la prepararea majoritatii fluidelor de foraj, dar nu toate corespund acestui scop. Amestecate cu apa, ele trebuie sa asigure un sistem coloidal stabil, colmatant, cu viteza de filtrare scazuta, capabil sa mentina in suspensie particulele inerte sau grosiere. Sunt acceptabile doar argilele puternic dispersabile, hidrofile si cu o mare capacitate de schimb cationic - insusire ce permite reglarea proprietatilor coloidale si reologice ale sistemului apa-argila.

Argilele sunt roci sedimentare de alterare, cu proprietati de umectare, dispersare si umflare in apa si cu insusiri plastice. Majoritatea mineralelor argiloase poseda o structura stratificata.

Hexametafosfatul de sodiu (HMF) se utilizeaza pentru controlul vascozitatii fluidelor de foraj si este fluidizantul cel mai folosit la noi in tara, sub forma unor solzi sticlosi, transparenti si subtiri, de culoare alba sau verde, solubili in apa calda. La solubilizarea HMF-ui nu trebuie sa se depaseasca 45C, temperatura de incalzire, pentru a nu provoca transformarea in ortofosfat inert inca din faza de preparare si din acelasi motiv nu se recomanda folosirea ca fluidizant a HMF-ui in sonde mai adanci de 000 m.

Ferocromlignosulfonatul (FCLS) este un produs fluidizant cu o eficienta buna in noroaiele tratate, inhibitive, la temperaturi moderate, dar si temperaturi mari. Se obtine din lesiile reziduale de la fabricarea celulozei si hartiei cu bisulfit de calciu sau amoniu. Se livreaza sub forma de praf de culoare maro, are eficienta maxima la un pH intre 8,5.9,5, se utilizeaza in cantitati de 5.40 kg/m³, atat in noroaie dulci, cat si in cele mineralizate.

Eficienta marita a FCLS-ui nu se explica doar prin mecanismul adsorbtiei sale la marginile placutelor de bentonita. Cresterea efectului fluidizant se datoreaza actiunii cationilor polivalenti asupra dublului strat electric si a potentialului electrocinetic.

Carboximetilceluloza de sodiu (CMC) este un antifiltrant ce se obtine prin tratarea celulozei cu acid monocloracetic sau cu monocloracetat de sodiu, in prezenta hidroxidului de sodiu. Rezulta un polimer anionic, semisintetic, sub forma de praf alb-galbui, solubil in apa si ca produs secundar, clorura de sodiu. CMC tehnic, nepurificat, contine pana la 25.30% clorura de sodiu, iar CMC purificat are 96.99,5% substanta activa si aproximativ 0,5.4% clorura de sodiu.

Eficienta CMC-ei asupra filtrarii si vascozitatii este functie de gradul de polimerizare si de gradul mediu de substituire a gruparilor OH^- din molecula de glucoza anhidra. Cu cat gradul de polimerizare este mai mare, cu atat produsul este mai activ ca antifiltrant, iar vascozitatea fluidului creste mult.

Soda caustica (NaOH), este o substanta anorganica solida de culoare alba, higroscopica, solubila in apa si in alcool, se topeste la 328C, are densitatea 100 Kg/m³, in solutie apoasa are proprietatile unei baze tari, ataca pielea si este toxica. Se foloseste pentru reglarea pH-ului, realizand domeniul optim de lucru pentru diversi reactivi, diminueaza coroziunea, neutralizeaza intr-o oarecare masura hidrogenul sulfurat, serveste la hidrolizarea unor polimeri.

In fluidele de foraj pe baza de apa si argila, la concentratii sub 0,5 Kg/m³, soda caustica are o actiune dispersanta asupra bentonitei, iar la concentratii mai mari produce un efect de coagulare, respectiv, mareste viteza de filtrare si afecteaza stabilitatea fluidelor. Soda caustica are si o actiune bactericida, iar concentratiile in care se utilizeaza sunt intre 0 .5 Kg/m³.

Soda calcinata (Na₂CO₃) este un praf alb microcristalin, higroscopic, solubil in apa, cu densitatea 500 kg/m³. Se poate folosi pentru a precipita ionii de calciu si magneziu, cand se traverseaza strate cu gips sau anhidrit, la frezarea dopurilor de ciment si cand se utilizeaza apa de mare.

La concentratii mici, soda calcinata imbunatateste proprietatile noroaielor pe baza de apa-argila, avand un rol dispersant asupra bentonitei, iar la concentratii mari inhiba umflarea marnelor si argilelor, creste usor pH-ul, vascozitatea si gelatia fluidelor. Cantitatile uzuale sunt de 0 .20 kg/m³.

1.6 Cantitati de materiale necesare prepararii fluidelor de foraj

Pentru stabilirea cantitatilor de materiale necesare prepararii fluidelor de foraj calculul se va efectua detaliat pentru fiecare coloana in parte, astfel:

Pentru coloana de ancoraj vom avea un fluid de foraj natural preparat din apa si bentonita pentru care vom scrie urmatorul sistem:

V_a+V_bent=V_na    (2)

V_ar_a+V_bentr_bent=V_nar_na

in care: V_a reprezinta volumul de apa necesar prepararii fluidului de foraj pentru coloana

de ancoraj;

V_bent - volumul de bentonita necesar coloanei de ancoraj;

V_na - volumul de noroi necesar pentru coloana de ancoraj;

r_a - densitatea apei, r_a=1.000 kg/m³;

r_bent - densitatea bentonitei; r_bent=300 kg/m³;

r_na - densitatea noroiului pentru coloana de ancoraj.

Din sistemul (2) rezulta volumul de bentonita si volumul de apa necesare coloanei de ancoraj:

(3)

si

(4)

Cantitatea de bentonita necesara coloanei de ancoraj este data de relatia:

(5)

Pentru coloana intermediara se foloseste un fluid de foraj natural preparat din apa, bentonita si barita.

Volumul de barita necesar ingreuierii fluidului folosit pentru coloana intermediara este dat de relatia:

(6)

in care: V_ni reprezinta volumul de noroi necesar pentru coloana intermediara;

r_ni - densitatea noroiului pentru coloana intermediara;

r_na - densitatea noroiului pentru coloana de ancoraj;

r_barita - densitatea baritei, r_barita=4.200 kg/m³.

Cantitatea de barita necesara prepararii fluidului de foraj este data de relatia:

m_barita=V_baritar_barita (7)

Volumul de noroi initial se stabileste cu relatia:

V_ni=V_n - V_barita (8)

Volumul de bentonita necesar prepararii fluidului pentru coloana intermediara se calculeaza cu relatia:

(9)

Volumul de apa necesar prepararii fluidului de foraj este dat de relatia:

V_a=V_n - V_bent - V_barita (10)

Pentru coloana de exploatare se foloseste un fluid de foraj dispersat preparat din apa, bentonita si barita.

Volumul de barita necesar prepararii fluidului pentru coloana de exploatare este dat de relatia:

(11)

in care: V_n reprezinta volumul de noroi necesar pentru coloana de exploatare;

r_ne - densitatea noroiului pentru coloana de exploatare;

r_ni - densitatea noroiului pentru coloana de intermediara;

r_barita - densitatea baritei.

Cantitatea de barita necesara prepararii fluidului de foraj este data de relatia:

m_barita=V_baritar_barita (12)

Volumul de bentonita necesar pentru coloana de exploatare este dat de relatia:

(13)

Cantitatea de bentonita necesara prepararii fluidului de foraj este data de relatia:

m_bent=V_bentr_bent (14)

D_c=9.5/8

D=7

D_l=4.1/2

Programul de constructie al sondei

Fluide de foraj folosite la sondele de reper

Fluide de foraj folosite la sonda A₁ Oprisenesti

In tabelul nr. 1 sunt prezentate tipurile si caracteristicile fluidelor de foraj folosite la sonda A₁ Oprisenesti.

Tabelul nr. 1

Tipurile si caracteristicile fluidelor de foraj folosite la sonda A₁ Oprisenesti

Fluide de foraj folosite la sonda A₂ Oprisenesti

In tabelul nr. 2 sunt prezentate tipurile si caracteristicile fluidelor de foraj folosite la sonda A₂ Oprisenesti.

Tabelul nr. 2

Tipurile si caracteristicile fluidelor de foraj folosite la sonda A₂ Oprisenesti

Fluide de foraj folosite la sonda A₃ Oprisenesti

In tabelul nr. 3 sunt prezentate tipurile si caracteristicile fluidelor de foraj folosite la sonda A₃ Oprisenesti.

Tabelul nr. 3

Tipurile si caracteristicile fluidelor de foraj folosite la sonda A₃ Oprisenesti

Observatie:

Soda calcinata s-a utilizat pentru tratarea fluidului de foraj in timpul frezarii cimentului.

Analiza rezultatelor cimentarilor de la sondele de reper

Analiza rezultatelor cimentarilor la sonda A₁ Oprisenesti

In tabelul nr. 4 este prezentat modul de realizare al cimentarii coloanelor de la sonda A₁ Oprisenesti.

Tabelul nr. 4

Raportul de cimentare al sondei A₁ Oprisenesti

Analiza rezultatelor cimentarilor la sonda A₂ Oprisenesti

In tabelul nr. 5 este prezentat modul de realizare al cimentarii coloanelor de la sonda A₂ Oprisenesti.

Tabelul nr. 5

Raportul de cimentare al sondei A₂ Oprisenesti

Analiza rezultatelor cimentarilor la sonda A₃ Oprisenesti

In tabelul nr. 6 este prezentat modul de realizare al cimentarii coloanelor de la sonda A₃ Oprisenesti.

Tabelul nr. 6

Raportul de cimentare al sondei A₃ Oprisenesti