Dificultatile de Foraj

INTRODUCERE

Dificultățile de foraj sunt fenomene produse în gaura de sondă care îngreunează, prelungesc și măresc costurile lucrărilor de foraj.

Dacă nu sunt prevenite și înălturate la timp acestea pot provoca acidente tehnice, umane dar și ecologice.

Dificultățile de foraj pot fi de natură tehnică sau geologo tehnică. Acestea sunt provocate în general de: instabilitatea perților găurii de sondă prin surparea sau strangerea acestora, prin “încărcarea” sapei și a garniturii de foraj cu detritus, formarea găurilor de cheie, alterarea fluidului de foraj cu diverse produse conatminante, afluxul sau influxul de fluide din strat în sondă, distrugerea echipamentului de foraj datorită agresvității fluidelor conținute în porii rocilor, devierea sondei de la direcția proiectată etc.

Temperaturile ridicate și presiunile mari sunt și ele considerate dificultăți.

Dificultățile de foraj pot fi evitate înca din faza de proiectare dacă se alege un program de construcție aferent.

O sonda este accidentata sau avariata in momentul in care este blocata cu diferite instrumente prinse in gaura de sonda sau ramase in urma unei operatii, iar continuarea opreatiei de foraj nu mai este posibila.

Accidentele de foraj se clasifica astfel:

Dupa natura accidentului: prinderi in gaura de sonda, spargeri sau turtiri ale materialului tubular, smulgeri, scapari de dispozitive specifice prajini,burlane clesti, eruptii libere,avarii ale sapei.

Dupa natura echipamentului avariat: accidente de sapa, ale garniturii de foraj, ale coloanei de burlane , freze sau carotiere, turbine, motoare elicoidale ,aparate geofizice.

Dupa natura operatiei in timpul careia are loc accidental: in timpul forajului, in momentul introducerii sau extragerii garniturii de foraj,in timpul tubarii, cimentarii,probarii,masuratorilor geofizice.

Dupa natura cauzelor:

Tehnice, defecte de material, calitate neconforma, rezistenta insuficienta.

Tehnologice: nerespectarea parametrilor de lucru proiectati, incalcarea unor reguli de exploatare a echipamentelor,folosirea unor fluide de foraj sau paste de ciment necorespunzatoare.

Geologice: natura si caracteristicile fizico chimice ale rocilor traversate si ale fluidelor continute de acestea.

Organizatorice: lipsa unor masuri de prevenire si combatere a dificultatilor de foraj, nerespectarea regulilor de prevenire a accidentelor, calificarea necorespunzatoare a personalului, lipsa de control a starii echipamentului.

Cele mai des intalnite accidente de foraj sunt prinderile in gaura de sonda, ruperi, smulgeri, spargeri, erodari, torsionsari, scapari in sonda, avarii ale coloanelor de burlane turtirii, smulgeri de la imbinari, blocarea sondei cu diverse scule scapate in sonda, eruptii libere.

CAPITOLUL I

Date generale privind lucrările de explorare și exploatare executate pe structura Moreni

Din punct de vedere geologic aliniamentul structural Gura Ocniței – Moreni – Piscuri – Filipești aparține Avanfosei Carpaților Orientali – Zona cutelor diapire.

Primele rapoarte de producție și de altfel primele înregistrări ale unui puț petrolier menționat în jurul zonei Moreni a fost în anul 1862. Proprietarul a fost "Compania Valahian Petroleum". În anul 1899 prima instalație – Gura Ocniței" forează primul puț la 333 m adancime cu o producție inițială de 100 t / zi.

Zona Moreni Sud este situată pe aripa de sud a aliniamentului structural Gura Ocniței-Moreni – Piscuri-Filipești mărginită la est și vest de două plăci tectonice principale: "Palanca" și "Valea Morii". Rețeaua tectonică și aranjamentele sedimentare dispuse de la Sud la Est, reprezintă rezultatele migrării diapirului de sare, definită de catre mișcările orogenice ale fazei Valahian.

Sonda 1308 Moreni este una de dezvoltare și este planificată pentru foraj deviat pentru a descoperii hidrocarburi din Meoțian 3, bloc 4, în partea de sud a zonei Moreniului, la adâncime de 1780 m TVD (1853 m MD).

Operațiunile de foraj efectuate pe acest domeniu au traversat de litologia tipică Mio-Pliocen (Acvitanian, Helvețian, Meotian, Pontian, Dacian și Romanian), dar sonda 1308 Moreni trebuie să traverseze Pliocenul cu formațiuni din Dacian și partea Miocenului cu Ponțian, Meoțian și formațiuni din Helvețian.

Condiția geologică a fost determinată luând în considerare următoarele sonde: 1760, 1318 și 1306 Moreni.

Litologie Descriere

Lavantin este reprezentat de pietriș grosier și mediu, nisipuri bogate în cuarț, argile și cărbuni. In partea de jos devine sist depozitat în stare fluvială.

Dacianul se dezvoltă în mod predominant sub formă nisipoasă (nisipuri neconsolidate și gresie), cu intercalații de cărbuni, pietrișuri, marne și șisturi. Este asemănător cu Ponțianul.

Pontian: facies predominant este format din marne și șisturi.

Meotian: faciesul predominant este cel nisipos (nisipuri și gresii neconsolidate, de la fin la grosier și moderat sortate), cu straturi de șist și marne nisipoase intercalate.

Meoțian a fost împărțit în Meotian superior (realizate în principal din marne cu nisipuri subțiri intercalații).

Meoțian inferior (gresii și nisipuri), unde principalul complex petrolifer este Meoțian III.

Helvețian este dezvoltat în faciesuri marnoase cu gresii calcaroase și nisipuri.

Figura 1: Coloana litologică

Altele, date specifice

Analiza secvenței litologice, propusă să fie traversată de sonda 1308 Moreni nu arată prezența contaminanților, (sare, gips, roci anhidrit) specific pentru fluide de foraj.

Exista insa posibilitatea ca nisipuri marnoase si sedimentare (in special cele din Pontian) sa dispeseze fluidul de foraj și să îl contamineze cu particule solide.

Harta structurală

Sectiune geologică

Dificultăți specifice de foraj

Din informațiile de la sondele forate se dovedeste că pe domeniul Moreni sunt întâlnite dificultăți medii în foraj. Pe această structură în timpul forării s-au înregistrat pierderi parțiale sau totale de noroi și lipiri datorita presiunii diferențiale, presiunii porilor formațiuni mici și, uneori din cauza selecției incorecte a greutății noroiului de foraj. De asemenea, din cauza instabilității formatiunilor Ponțiene care sunt plastice s-au produs o mulțime de prinderi ale sapei în timpul operațiunilor POOH și RIH.

Capitolul 2

Presiunea din pori si gradienții de fisurare

Analiza și interpretarea informațiilor obținute din puțuri de compensare: se referă la explorări geofizice, rezultatele testelor de producție, datele obținute în timpul procesului de forare, au permis evaluarea și reprezentarea grafică a presiunii și a gradienților de fisurare pentru secvența lito-stratigrafică ce s-a propus a fi dechisa de 1308 Moreni au condus la următoarele valori:

Tabelul Gradienților de presiune

*) pentru formatiunile din Dacian este posibil să intercepteze un gradient de presiune scăzută a presiuni porilor datorită depletari zonei în trecut.

**) Pentru rezervor (Meotian 3) gradientul de presiune al porilor este estimat între 0.1-.3 bari / 10 m și gradientul presiunii de fracturare poate fi 1.36-1.75 bari / 10 m.

Pe baza sondelor forate este de așteptat să intercepteze la 1780 m TVD aceeași temperatură de 65° C, ca în cazul unei temperaturi normale de 3.4-3.6 ° C / 100 m.

Gradientii de presiune

Figura 2: Presiune Estimată

Capitolul 3

Combaterea dificultăților de foraj

În timpul forajului ca urmare a conditiilor geologice apar diverse dificultăți care produc accidente și avarii ale sondelor. Combaterea acestor dificultăți presupune analizarea situatiilor si evenimentelor nedorite si costistoare, gasirea unor modalitati de prevenire si de rezolvare a acestor situatii. Nerezolvarea acestor dificultati poate duce la avarierea echipamentului de foraj ori a sondei si chiar la acidente umane sau ecologice.

In cele ce urmeaza sunt prezentate principalele dificultati intalnite in foraj:

Surparea rocilor din peretii gaurii de sonda;

Strangerea si dizolvarea rocilor din peretii gaurii de sonda;

Dizolvarea rocilor din peretii gaurii de sonda;

Mansonarea sapei si a garniturii de foraj;

Devierea sondei de la directia verticala;

Gauri de cheie;

Pierderi de circulatie;

Afluxul nedorit al fluidelor din strate in sonda cu manifestarea ei la sprafata;

3.1. Surparea rocilor din peretii gaurii de sonda

Echilibrul natural al masivelor de roci este perturbat in timpul excavatiei create prin foraj datorita tensiunilor care apar. Aceste tensiuni sunt redistribuie iar deformatiile produse reduc diametrul sondei datorita tensiunilor de compresiune. Rocile din peretii unei sonde cedeaza atunci cand este atinsa o stare critica sau una dintre tensiuni atinge rezistenta rocii la compresiune, tractiune sau forfecare. In acest sens s-au dezvoltat o serie de criterii de rupere a rocilor: Mohr, Coulomb, Drucker-Prager si criteriul Lade modificat.

Figura 3.1. Principalele moduri de cedare a rocilor din peretii unei sonde :

a- surparea provocata de forfecare; b- fisurare

Surparea sub greutatea proprie este determinate de cresterea volumului de detritus la site, forma natura si marimea fragmentelor de roca formarea unui pod de particule solide la talpa sondei in timpul manevrei, tendinta de prindere a garniturii. Fragmentele de roci dau informatii despre stratele din care provin.

Prezenta fisurilor din peretii gaurilor de sonda in timpul forajului este pusa in evidenta de sistemele de carotaj electric si acustic de imagine

Prinderea garniturii constituie cel mai mare pericol, astfel se pot forma poduri de material surpat mai sus de talpa in portiunile largite unde viteza ascensionala este mai mica provocand prinderi la manevrarea garniturii.

Prin ocnirea gaurii de sonda se mareste volumul de pasta de ciment necesar si se reduce gradul de dezlocuire al noroiului de pasta de ciment.

Prin utilizarea unor noroaie cu bune proprietati de colmatare, cu viteze de filtrare scazute, cu noroaie inhibitive, prin cresterea densitatii lor si prin ameliorarea conditiilor de evacuare este controlat fenomenul de surpare . Surparile intervin la contaminarea cu saruri de calciu.

Pentru evacuarea materialului surpat se pot pompa din cand in cand dopuri de noroi vascos.

Eliminarea fragmentelor de roca surpate se face dupa o circularea fara avansare a sapei inainte de

extragerea sapei.

3.2. Strangerea si dizolvarea rocilor din peretii gaurii de sonda

Unele roci dupa ce au fost traversate prezinta deformatii radiale: diametrul gaurii se micsoreaza, peretii se strang. Pentru rezolvarea acestei probleme se apleaza la corectarea respectiv largirea gaurii de sonda cu fiecare manevra efectuata.

Deformatiile radiale se prezinta sub doua aspecte: unul mecanic provocat de curgerea vâscoplastică a rocilor la depasirea limitei de curgere, si altul fizico-chimic asociat interactiunii dintre fluidul de foraj si rocile traversate.

Curgerea vascoplastica

Viteza de curgere radial a rocilor din peretii sondei si a variatiei ei in timp pot fi evaluate daca sunt cunoscute proprietatile reologice ale rocilor. La adancimi mari prin studierea starii de tensiune si de deformatie din jurul sondei se poate stabili viteza de strangere a peretilor si pericolul pe care aceasta in induce. Diminuarea pericolului se face mentinand o anumita densitate a noroiului din sonda.

Rocile care prezinta proprietati vascoplastice sunt argilele marnele sarea si brecia sarii proprietatile se accentueaza odata cu cresterea presiunii si temperaturii respectiv cu adancimea sondei.

Argilele sunt principalele minerale intalnite la forajul sondelor.Alte minerale continute precum: calcit, cuart, dolmit, feldspati, pirit, siderite, in concentratii variate. Exista unele argile cu continut de montmorilonit de sodiu si apa care curg in gaura de sonda, in noaroaiele dulci acestea se umfla si inrautatesc proprietatile reologice ale fluidului de foraj si formeaza aglomerari voluminoase ce pot obtura spatiul inelar si circulatia de curatire. Acestea trebuiesc traversate rapid cu noroaie inhibante sau anhidre, iar apoi izolate.

“Combaterea partrunderii apei in rocile argiloase se poate realizeaza cu ajutorul unor agenti de blocare precum geluri, silicati, folosirea fluidelor de tip emulsie inversa . O alta metoda de contracarare a invaziei de apa produsa de diferenta de presiune printr-o curgere osmotica dinspre strat spre sonda stimulata prin scaderea activitatii chimice a apei din noroi se poate realize cu ajutorul unor saruri precum clorura de calciu sau formiatul de potasiu dizolvate in apa de compozitie a noroiului.”

Marnele cu un continut ridicat de apa la presiuni si adancimi mari prezinta proprietati vascoplastice anormale ce conduc la deformatii radiale semnificative.

Aceste deformatii pot fi prevenite prin marirea densitatii noroiului.

Sare este o roca ce se intalneste in majoritatea bazinelor petrolifere din lume, la adancimi mici deformatiile radiale nu creeaza probleme serioase, la adancimi mari acestea pot provoca dificultati si chiar accidente precum turtiri de colona. Rezistenta sari creste cu presiunea si scade cu temperatura la adancimi mari ea capatand proprietati plastice.

Fluajul este specific sarii, acest fenomen ducand in timp la strangerea peretilor sondelor cu consecinte dificil de rezolvat, prinderi ale sapei sau ale garniturii de foraj, prinderea coloanelor de burlane in timpul tubarii, turtirea lor in timpul exploatarii sondelor.

O metoda de combatere a dificultatilor de pastrare a stabilitati peretilor sondelor in dreptul masivelor de sare o reprezinta marirea densitatii noroiului de foraj.

Rocile hidratabile

Principalele tipuri de roci hidratabile sunt: lignitul, anhidritele, marnele.

Acestea in contact cu apa se hidrateaza strangand peretii gaurii de sonda.

Anhidritele prin hidratare se transforma in gips marindu-si volumul, fenomen ce deviene riscant in cazul stratelor cu grosimi mari. Pentru combaterea acestui fenomen se recomanda folosirea noroaielor de calciu sau emulsii inverse.

Umiditatea argilelor si marnelor este conditionata de natura mineralelor, prezenta cationilor de schimb, adancimea si varsta geologica. Odata cu deschiderea acestora are loc o modificare locala a campului de tensiuni perturband astfel echilibrul umiditatii. In cazul in care potentialul chimic al apei din pori este mai mare decat cel al apei din noroi aceasta este absorbita de roca pana la atingerea echilibrului.

Rezistenta la curgere a rocii este depasita aceasta umflandu-se spre interiorul sondei producand astfel surpari cu formare de caverne.

Metodele de prevenire difera in functie de gravitatea dificultatilor create, astfel in cazul dificultatilor majore se utilizate fluide pe baza de produse inhibante cu clorura de sodiu, potasiu, calciu, fluide ce au un continut redus de polimeri si solide.

Cel mai bun randament il au fluidele pe baza de produse petroliere.

3.3.Dizolvarea rocilor din peretii gaurii de sonda

Gaura de sonda se largeste atunci cand stratele formate din clorura de sodiu, potasiu, magneziu, calciu si breciile lor intra in contact cu apa dulce din fluidul de foraj dizolvandu-le.

“In zonele largite evacuarea detritusului si cimentarea coloanelor se inrautateste iar presiunile neuniforme care se creaza in jurul coloanelor pot provoca turtirea lor.” Stratele de deasupra cavernelor si intercalatiilor nesalifere se pot surpa provocand prinderea garniturii de foraj degradand proprietatile fluidelor de foraj. Aceste strate se traverseaza cu noroaie saline sau cu emulsii inverse.

Fluidele saturate la suprafata devin nesaturate la adancime si dizolva roca din peretii sondei ca urmare a cresterii concentratiei cu temperatura.

In urma utilizarii emulsiilor inverse faza apoasa este saturata cu clorura din stratele ce se traverseaza, realizandu-se gauri de sonda calibrate, se reduce astfel riscul de turtire a coloanelor si rezulta conditii mai bune de cimentare.