Prelevarea si analiza probelor de roca

Prelevarea si analiza probelor de roca

Caracterizarea mediului solid al zacamintelor de hidrocarburi necesita un numar suficient de probe de roca. Rezultate utile se pot obtine si prin investigatii geofizice si hidrodinamice, dar nu pot inlocui decat partial datele obtinute in mod direct pe probe de roca. Intre cercetarea directa (esantioane de roca) si cea indirecta (geofizica, cercetarea hidro-dinamica) exista un raport de complementaritate si nu unul de substitutie.

Probele de roca se pot obtine in patru moduri: prin carotajul rotativ continuu sau intermitent, prin carotajul lateral, prin carotajul cu instrument introdus cu cablu si din detritusul transportat de fluidul de foraj la suprafata.

Carotajul rotativ conventional se realizeaza cu instrumente speciale, denumite carotiere. Exista numeroase tipuri constructive de carotiere [60]. In procesul de dislocare a rocii, carota vine in contact direct cu fluidul de foraj. Se produc doua dezechilibre mai importante in cursul acestui contact: primul este rezultatul diferentei de presiune dintre fluidele continute de roca si fluidul de foraj; al doilea este legat de interactiunea fizico-chimica dintre roca si fluidul de foraj. Consecinta acestor dezechilibre este modificarea starii de saturatie a carotei, concomitent cu alterarea capacitatii de udare si, eventual, schimbul ionic si hidratarea suplimentara a mineralelor argiloase. Sunt mai multi factori care influenteaza aceste procese: diferenta dintre presiunea de zacamant si presiunea fluidului de foraj, natura fluidului de foraj (este foarte important daca este pe baza de apa sau pe baza de produse petroliere), permeabilitatea rocii si capacitatea de udare a ei, natura fluidelor de zacamant, timpul de contact, adancimea zacamantului (presiunea, temperatura) etc. Dintre factorii mentionati, cel mai important este diferenta dintre presiunea din carota si cea din sonda. Este preferabil ca ea sa aiba o valoare minima, dar care sa asigure securitatea forajului. Cazul ideal este acela al forajului la echilibru, cand cele doua presiuni sunt aproape egale.

Pentru a evidentia sensul in care se produc diversele transformari determinate de dezechilibrele amintite, vor fi prezentate cateva situatii.

In cazul unei gresii udate preferential de apa, saturata cu titei usor si cu apa la saturatia ireductibila, S'_a , la o presiune superioara presiunii de saturatie (gazele lipsesc). In cursul operatiei de carotare, presiunea din interiorul probei va creste de la presiunea de zacamant la presiunea data de coloana de fluid de foraj din sonda (mai mare decat presiunea hidrostatica cu valoarea caderilor de presiune din spatiul inelar din spatele prajinilor de foraj). Temperatura scade putin datorita circulatiei fluidului de foraj (v. [63], p. 12). Pe masura ce se realizeaza carotajul, fata carotei actioneaza ca un filtru, rezultand un lichid care se numeste filtrat. In cazul de fata, acesta este o solutie apoasa care invadeaza proba de roca. In acest fel, se realizeaza o spalare a probei, in urma careia saturatia in titei scade de la S_ti = 1 - S'_a la S_tr, adica la o saturatie reziduala in titei. Valori posibile pentru saturatiile mentionate sunt de ordinul a: S'_a = 30%, S_ti = 70% si S_tr = 15%. Aceste valori nu reprezinta valori medii sau de frecventa maxima, ci numai valori care stabilesc o orientare asupra ordinului de marime. Limitele de variatie sunt foarte largi. Ca tendinta, poate fi mentionat faptul ca saturatia reziduala in titei este cu atat mai mare cu cat titeiul este mai greu, iar permeabilitatea este mai mica. Problema este de departe mai complexa si depinde de multi factori, partial mentionati mai sus. Dupa terminarea carotarii si desprinderea probei, pe masura ce proba este extrasa, presiunea si temperatura scad, pana la valorile de la suprafata. Gazele ies din solutie, dezlocuind o parte din lichide, care sunt eliminate din proba. Contractia termica a lichidelor si scaderea volumului titeiului datorita iesirii gazelor din solutie limiteaza, dar intr-o masura mica, eliminarea lichidelor din carota. Saturatia in apa se reduce in mod drastic. O valoare posibila ar fi jumatate din valoarea initiala (n.b. nu exista o regula si nici o posibilitate concreta de evaluare a acestei scaderi). Rezumand, se poate spune ca, odata adusa la suprafata, carota contine apa, titei si gaze in proportii variate.

Daca se considera aceeasi gresie luata in discutie mai sus, dar fluidul de foraj este pe baza de produse petroliere, procesul va fi diferit. Starea initiala de saturatie este aceeasi. Filtratul este un produs petrolier, spre exemplu motorina, si nu apa. Procesul de dezlocuire va exista, fara a afecta saturatia in apa . Titeiul si filtratul avand aceeasi natura, vor fi considerate impreuna, cu observatia ca acest "titei" are o alta compozitie. In aceste conditii, starea de saturatie dupa carotare este aceeasi cu cea de dinaintea carotarii, adica starea initiala de saturatie. Prin aducerea la suprafata, se produce acelasi tip de transformari descrise mai sus. Cu o oarecare aproximatie (prin neglijarea contractiei termice si a efectului iesirii gazelor din apa), se poate spune ca saturatia in apa se conserva.

La cele doua exemple discutate mai sus pot fi adaugate multe altele. Nu vor fi trecute in revista toate situatiile posibile. Scopul exemplelor a fost acela de a arata faptul ca starea de saturatie a rocii din zacamant difera, intr-o masura mai mare sau mai mica, de starea de saturatie a carotelor obtinute prin metoda conventionala.

Carotajul rotativ conventional se aplica cu rezultate bune, din punct de vedere al conservarii integritatii si formei probei, la rocile consolidate nefisurate.

Pentru recoltarea carotelor de roca neconsolidata este necesara captusirea tubului carotierei ca un manson de cauciuc, de policlorura de vinil sau din fibre de sticla. Carotierele moderne [62] sunt prevazute si cu un dispozitiv de blocare a carotei pentru a evita riscul pierderii partiale prin "scurgere" a nisipului din manson.

Mai dificila este recoltarea probelor de roca fisurata. Este de la sine inteles ca o carota care intercepteaza una sau mai multe fisuri va contine zone de discontinuitate asupra carora nu exista nici un fel de control. Un instrument modern de carotaj pentru astfel de roci a fost realizat de Filshtinsky s.a. [64]. Acest instrument este prevazut cu un dispozitiv de compresiune radiala care face imposibila departarea fragmentrlor de carota intre ele, in interiorul tubului carotierei. Dispozitivul consta dintr-o sita din sarma de forma cilindrica prin care avanseaza, fortat, carota. El actioneaza asemenea cursei chinezesti pentru deget: cind este comprimata isi mareste diametrul, permitind patrunderea cu usurinta a obiectului (in cazul de fata a carotei), iar cand este intinsa, isi micsoreaza diametrul, incorsetand obiectul.

Colectarea probelor de roca prin foraj rotativ, in toate cele trei variante descrise, are marele dezavantaj ca, din cauza prezentei gazelor, starea de saturatie de la adancimea de colectare se altereaza prin transferul ei la suprafata. Pentru conservarea starii de saturatie este necesara mentinerea presiunii de la locul colectarii. Pentru acest lucru au fost puse la punct dispozitive speciale, in diferite variante, unul dintre cele mai noi fiind descris de Hyland in [65]. Carotajul sub presiune parcurge in patru pasi. 1) Carotajul propriu-zis decurge la fel ca cel conventional. 2) Izolarea probei in tubul carotierei prin inchiderea simultana a unei supape superioare si a alteia inferioare. In felul acesta tubul carotierei se transforma intr-un vas de presiune. 3) Fluidul din spatiul inelar al carotierei se inlocueste, prin dezlocuire, cu un agent frigorific. 4) Proba se raceste pana la inghetarea fluidelor din carota si din vasul de presiune si se transporta, ca atare, in laborator. Procedura de dezghetare este destul de complicata si nu va fi descrisa aici. In ansamblu, metoda este foarte costisitoare. O alternativa mai ieftina este folosirea unui mediu poros, de consistenta unui burete in interiorul carotierei. Acesta preia fluidele eliminate din carota la extragere. Fluidele din burete sunt extrase in laborator, impreuna cu fluidele din roca. Printr-un calcul de bilant material se reconstituie starea de saturatie din momentul terminarii carotarii.

Probele laterale sunt extrase cu dispozitive speciale din gaura de sonda deja existenta. Dispozitivul este prevazut cu 30-50 de celule de colectare (mici cilindri metalici) care sunt actionate ca niste gloante prin aprindere electrica. In momentul exploziei, celulele se infig in peretele gaurii de sonda, de unde smulg probe de roca. Colectarea se face succesiv, de la adancimi bine determinate. Se pot folosi, pentru micsorarea costului, doua dispozitive in tandem.

De obicei, colectarea probelor laterale se face in urma carotajelor geofizice, permitand o buna corelare intre cele doua metode de investigatie.

Carotele mecanice au costuri ridicate din cauza complexitatii procedeelor de prelevare si, mai ales, din cauza cresterii costului forarii sondei in ansamblul sau, carotajul fiind mai lent decat forajul, dar au o valoare inestimabila prin importanta parametrilor determinati pe probele de roca. De aceea, inventarierea corecta, conservarea adecvata si transportul ingrijit de la locul de recoltare in laborator sunt operatii ce trebuie executate cu mare responsabilitate. Pierderea identitatii sau alterarea proprietatilor carotelor mecanice este irecuperabila. Probele extrase din alte sonde de pe acelasi zacamint pot fi foarte diferite datorita variatiilor de litofacies, foarte frecvente.

Dupa inventariere si inregistrare (data, sonda, adancime), probele de roca trebuie protejate pentru e evita transferul de fluide cu mediul inconjurator, precum si pentru impiedicarea unor transformari chimice, in special din cauza oxigenului din atmosfera. Protejarea se face cu un invelis de parafina, cu hartie cerata, folie de polietilena sau folie de aluminiu. Cand transportul se face la mare distanta, cum este cazul sondelor marine, protectia trebuie sa fie multipla. O atentie speciala trebuie acordata probelor carbonatice care prezinta caverne. Acestea trebuie fotografiate si, pe cat este posibil, conservate.

Manipularea neglijenta a carotelor poate provoca transformari mecanice (sfaramare, fisurare etc.) care modifica proprietatile rocii respective.

Una din operatiile dificile asupra carotelor mecanice este selectarea fragmentelor pentru analiza, astfel incat aceste probe sa fie reprezentative. Nu exista criterii de selectie obiective. Experienta operatorului este de maxima importanta. In definitiv, proprietatile care vor fi atribuite rocii de zacamant nu sunt altele decat cele determinate pe fragmentele selectate. Pentru a fi cat mai corecta, selectia trebuie precedata de descrierea litilogica a carotei extrase, pe toata lungimea sa.

In ceea ce priveste prelevarea carotelor mecanice, este bine sa fie aplicata urmatoarea regula: sa fie extrase atatea carote cate permit fondurile financiare alocate. Contradictia dintre tendinta de scadere a costului forarii sondei si necesitatea obtinerii unor informatii cat mai complete asupra zacamantului care sa permita calculul corect al resurselor si o conducere optima a procesului de exploatare ar trebui solutionata in favoarea celei de a doua. Din pacate, nu se intampla totdeauna in acest fel.

Informatii pretioase si, in acelasi timp, mult mai ieftine se obtin din probele de sita, adica din fragmentele de roca transportate de fluidul de foraj la suprafata si separate de sitele vibratoare prin care trece fluidul. Printr-un calcul destul de simplu, cunoscand viteza de ascensiune, se poate calcula adancimea de la care provin probele de roca.

Ceva mai dificila este determinarea proprietatilor fizice, data fiind dimensiunea redusa a fragmentelor. Au fost, totusi, concepute aparate si metode speciale in acest scop [75].

Un avantaj major al probelor de sita este disponibilitatea imediata, chiar in cursul forarii formatiunilor productive. Recent [76], a fost pusa la punct o tehnica foarte interesanta de a pune in evidenta proprietatile rocilor traversate. Aceasta tehnica se bazeaza pe obtinerea informatiilor geofizice cu ajutorul instrumentelor intercalate in garnitura de foraj si coroborarea lor cu rezultatelor masuratorilor pe probele de roca (porozitate, permeabilitate) executate in santier. In acest fel, se pot stabili in mod operativ intervalele care vor fi perforate, se poate alege traiectul gaurii de sonda prin zona cea mai favorabila in cazul forajului orizontal s.a.