Fluide de Foraj

Introducere

Fluidul de foraj este seva operațiunilor de foraj moderne. Un ulei sau un gaz pur și simplu nu poate fi forat fără circulație continuă a fluidului de foraj, pentru a facilita perforarea și menținerea gaurii până când poate fi protejata prin tub.Deși cheltuielile medii de foraj al fluidelor sunt de 8% din costurile corporale, fluidul de foraj este vital pentru succesul general al oricărui proiect bine construit.

Tehnologia fluidelor de foraj este dominată de trei factori: de performanță, economie și preocupari cu mediu inconjurator .Sublinierea acestor factori este elementul de risc, o parte integrantă pentru orice operațiune de foraj. Compromisurile sunt adesea necesare. Cu siguranța principala sarcina a fluidului de foraj este de a contribui la succesul general al procesului de bine construit, cu un accent special pe evaluarea bazinului, productivitatea bună, și in final pe recuperare a hidrocarburilor. În orice caz , fluidele de foraj trebuie să fie, de asemenea, la prețuri accesibile și nu trebuie să dăuneze mediului natural sau sănătatii și siguranței sondorilor.Găsirea echilibrului corect dintre acești factori este marea provocare, atât pentru industria fluidelor de foraj, care oferă această tehnologie, precum și pentru sondori.

Perspectivă istorică

Fluidele de foraj au evoluat cu o data cu industria petroliera.In 1901, sonda descoperita pe câmpul Spindletop din Golful Texas a fost in care s-a folosit pentru prima data metoda de foraj rotativ care se foloseste si in ziua de azi .Descoperirea sondei de la Spindletop a introdus, de asemenea, utilizarea de fluide de foraj, plantarea semințelor a ceea ce a crescut în industria fluidelor de foraj de astazi. Primul fluid de foraj modern a fost creat prin rularea unei cirede de vite, printr-o groapa cu noroi. Sondorii au folosit apa tulbure (maloasa) rezultată a controla un potențiala problemă a nisipurilor mișcătoare (Clark și Halbouty, 1980) .Acest eveniment neobișnuit a dat fluidelor de foraj porecla lor bine-cunoscuta, "noroi de foraj" sau, mai simplu, "noroi".

Capacitatea nou-descoperită a forajului moale și a formațiunilor neconsolidate a ajutat la răspândirea rapidă a utilizării de forajului rotativ (Darley și Gray, 1988) .Stabilitatea gaurii s-a realizat prin tencuirea peretilor acesteia cu materiale conținute în taieturile de formare sau adăugate în noroiul de la suprafata. În general, au fost trecute cu vederea până cațiva ani mai târziu; cu toate acestea, a fost contribuția greutății noroiului (densității) la stabilitatea gaurii și, mai important, pentru controlul presiunii subterane.

La începutul anilor 1920, barita (sol sulfat de bariu minereu) a fost selectat dintr-un grup de minerale cu greutate specifică mare ca noroiul cel cu cea mai buna greutate aditivă pentru utilizare la formatiunile sub presiune. Barita era inerta în apă, nu prea abraziv, și ușor de gasit.Alți aditivi noroioși importanti au urmat. Argila bentonită, extrasa în statul Wyoming, a fost baza recunoașterii pentru proprietățile sale superioare și a devenit aditivul principal pentru vîscozitate,suspensii solide, și filtrări controlate.În baza tonajului, barită și bentonită rămân cei mai comuni aditivi de noroi în utilizati astăzi.

Tipuri de fluide

Fluide de foraj dispersate

Aceste fluide au la bază sistemul dispers apă-argilă și îndeplinesc cerințele de

stabilitate, colmatare și gelificare, necesare forajului, fiind constituite din materiale ieftine și

ușor de procurat.

Ele sunt preparate la suprafață din argile bentonitice, adesea activate, cu bune

proprietăți coloidale, dar înglobează și particule argiloase sau inerte din rocile traversate.

În dreptul stratelor consolidate sau insensibile la apă, la adâncimi moderate, sistemul

apă-argilă poate fi utilizat ca atare. Când se traversează roci argiloase care se dispersează ori

se umflă, roci solubile, strate productive sau când argila de preparare nu asigură proprietățile

structurale dorite, sistemul trebuie ameliorat ori stabilizat. Se introduc, în cantități reduse,

diverși aditivi cu rol de fluidizanți sau învâscoșanți, reducători de filtrare, stabilizatori ai

proprietăților la temperaturi ridicate ori la acțiunea contaminanților, lubrifianți, antispumanți,

agenți anticorozivi, etc. Fluidele naturale devin tratate.

La concentrații de 60…250 , în funcție de randamentul argilei, se prepară

noroaie cu proprietăți structurale și de filtrare satisfăcătoare, având densitatea

1050…1150 . Dacă se utilizează argile slab bentonitice, este nevoie de concentrații mai ridicate și se ajunge la 1250…1350 și chiar mai mult. Densități mai mari se obțin

adăugând materiale inerte, cu densitate mare, fin măcinate: noroaiele sunt îngreuiate.

Noroaiele naturale își modifică rapid proprietățile în prezența unor contaminanți cum

sunt: pachete groase de marne și argile hidratabile, săruri solubile, temperaturi mari, gaze.

Pentru sistemul apă-argilă aflat într-un echilibru natural, domeniul optim al pH-ului, la

care și vîscozitatea este minimă, se situează între 7,5 și 8,5. Pentru noroaiele naturale pH-ul

nu trebuie sa depășească valorile 9…10.

Fig.1.1.Tipuri de fluide dispersate

Fluide de foraj inhibitive

Acestea sunt fluide care previn sau întârzie hidratarea, umflarea și dispersarea rocilor

argiloase. Ele manifestă o reactivitate minimă cu pereții argiloși ai sondei și cu detritusul

respectiv. Se utilizează la traversarea intervalelor groase de argile, argilite și marne foarte

sensibile la apă, pentru a preîntâmpina unele dificultăți neplăcute – învâșcoșarea exagerată a

noroiului, aglomerările de detritus, manșonarea sapei, instabilitatea pereților (strângeri sau

excavații).

Asemenea fluide sunt recomandabile și la deschiderea stratelor productive “murdare”

(cu particule argiloase).

Ca fluide inhibitive sunt desemnate doar acele fluide care au la bază tot sistemul apăargilă

pentru crearea proprietăților reologice. Fluidele “fără argilă”, cele “cu conținut redus de

argilă” posedă și ele, de regulă, un caracter inhibitiv, care el le permite să mențină conținutul

scăzut de particule active.

Emulsiile inverse, cu activitatea fazei apoase echilibrată, sunt cele mai eficiente la

traversarea rocilor argiloase.

Mediul apos al noroaielor capătă însușiri inhibitive prin adaos de electroliți, polimeri

de protecție, substanțe tensioactive, anumiți fluidizanți, substanțe hidrofobizante și prin

reglarea pH-ului.

Fluide de foraj sărate

Fluidele sărate pot lua naștere prin contaminarea noroaielor dulci cu sarea dizolvată

din rocile traversate ori cu apa pătrunsă din strate în sondă, prin utilizarea apei de mare la

preparare sau prin adăugarea intenționată a sării.

Sunt considerate noroaie sărate, cele care au peste 1 g NaCl⁄100 cm

Fluidele sărate au o oarecare acțiune inhibitivă, în funcție de concentrația de sare și de

prezența fluidizanților defloculanți. Dar, în general, se evită folosirea lor în acest scop,

deoarece sunt corozive, iar sarea diminuează efectul fluidizanților, antifiltranților și emulsionanților, spumează și afectează carotajul electric de rezistivitate.

Fig.1.2.Tipuri de fluide inhibitive

Compoziția fluidelor de foraj

Clasificarea fluidelor de foraj,la modul cel mai general, se face dupa compoziția pe care o pot avea fluidele de circulație:

Fluidul de bază (apă,petrol sau gaz) constituie faza motrice a întrgului sistem,iar daca și dacă sunt două fluide,unul dintre ele se gasește dispersat în celălalt sub formă de emulsie,spumă sau ceață.

Particule solide,care pot fi:

reactive,dispersabile la nivel coloidal și care creează structură sistemului;

inerte,dezirabile și indezirabile,cele care provoacă diverse neajunsuri în circulația fluidului(nisip,calcar,gresie,argile)

Electroliți,disociați sau nedisociați,pătrunși din rocile traversate sau adăugați pentr reglarea diverselor proprietăți ale sistemului.

d. Aditivi,care poartă denumirea de proprietății pe care o reglează,cum ar fi:fluidizanți,antifiltranți,emulsionanți,antispumanț,stabilizatori termici.

CAPITOLUL 2

Proprietățiile fluidelor de foraj

2.1. Densitatea fluidelor de foraj

Densitatea fluidelor de foraj reprezintă un parametru esențial în procesul de foraj.

În timpul realizării sondei, valoarea densității se reglează astfel încât, prin mărimea presiunii hidrostatice, fluidul de foraj ales să prevină pătrunderea fluidelor din formațiunile traversate, surparea și strângerea pereților, evitarea fisurării stratelor, pierderea parțială sau totală a circulației, manifestări eruptive, siguranța lucrului în sondă etc.

Presiunea hidrostatică, , într-un punct aflat la adâncimea H într-un fluid,

cu densitatea , se scrie sub forma:

= Hg (3.1)

În masivul de roci într-un punct aflat la adâncimea H, apa conținută în pori, dacă nu este izolată de condițiile de la suprafață, se va găsi la o presiune ce poate fi determinată cu aceeași relație.

Pentru densitatea apei din porii rocilor, ,se admit valorile:

– =1027 , care este densitatea apei de mare cu salinitatea totală de 3,7

-=1070…1073 ,care este densitatea unei ape de zăcământ tipice,cu salinitatea în NaCl de 80

-=1150 , care este densitatea apei sărate,intre 500 si 100C

Presiunea de stat (din pori) egală cu presiunea hidrostatică, calculată în limitele acestor valori, este considerată presiune de strat normală. În aceste situații fluidele de foraj utilizate au densități în domeniul,=1100…1200 și pot fi preparate numai din apă și argilă.

Presiunile reale din sondă diferă de cele calculate cu densitatea noroiului determinată la suprafață, cu până la 3-7%, în plus sau în minus, din diferite motive, cum ar fi: dependența densității de temperatură, de presiune, de starea de lăsare în repaus, de compresibilitatea lui.

2.2. Vîscozitatea aparentă și gelația fluidelor de foraj

Vîscozitatea aparentă a unui fluid reprezintă proprietatea lui de a opune rezistență la curgere. Cantitativ, viscozitatea (notată cu η) este o măsură a acestei rezistențe și se definește ca raport între tensiunea de forfecare τ și viteza de forfecare dv/dx și este constantă pentru fluidele newtoniene.

Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene: curgerea lor nu poate fi descrisă prin intermediul unui singur coeficient de viscozitate. Ele posedă proprietăți structural-mecanice mai complexe, iar comportare la curgere este descrisă de doi sau mai mulți parametrii sau constante reologice.

2.3. Proprietățile reologice ale fluidelor de foraj

Aceste proprietăți caracterizează comportarea la curgere a fluidelor de foraj, inclusiv

rezistența la deplasare a unor corpuri în masa fluidelor. Proprietățile reologice permit să se

evalueze presiunea și energia de pompare a fluidelor de foraj, condițiile de spălare și evacuare

a detritusului, presiunile efective în dreptul unor strate instabile ori purtătoare de fluide,

pericolul de eroziune al pereților.

2.4. Proprietăți tixotropice

În general, prin tixotropie se înțelege gelificarea unei soluții când este lăsată în repaus și revenirea gelului în soluție prin agitare (peptizare).

Fenomenul este specific soluțiilor coloidale, în care particulele dispersate sunt ionizate

Capacitatea tixotropică a unui fluid de foraj se apreciază prin valoarea tensiunii statice de forfecare (rezistență de gel sau limită adevărată de curgere), după o anumită perioadă de rămânere în repaus și prin viteza cu care această rezistență crește în timp. Valoarea rezistenței de gel depinde de natura și concentrația argilei din sistem, de gradul de dispersare, prezența electroliților și a substanțelor protectoare, ecranante, temperatură și presiune.

Inițial, gelificarea se desfășoară rapid, apoi ritmul se încetinește, dar procesul poate continua câteva ore, zile sau chiar luni.

Fluidele de foraj cu proprietăți tixotropice sunt capabile să mențină în suspensie materialele inerte de îngreuiere și detritusul, însușire necesară mai ales la oprirea circulației în sondă. Totuși, valori ridicate ale tixotropiei (gelații mari și viteze rapide de gelificare), provoacă greutăți la curățirea fluidului de foraj, presiuni sau depresiuni periculoase la pornirea circulației sau manevrarea materialului tubular aflat în sondă.

2.5. Conținutul de lichide și solide

Pentru fluidele de foraj pe bază de apă și argilă, faza continuă este alcătuită din argilă (pentru crearea suportului coloidal) și materiale de îngreuiere, iar faza lichidă din apă și, eventual, motorină, în cazul în care noroiul a fost emulsionat. La fluidele de foraj fără motorină sau alt produs petrolier, conținutul de particule solide se poate determina prin uscarea completă într-o etuvă, la 1050C, a unui anumit volum măsurat de noroi și cântărirea solidelor rămase.

Se acceptă că detritusul a fost separat în sistemul de curățire al instalației de foraj, fracțiunile fine de argilă înglobate în noroi, intrând în categoria argilă.

Fluidele care conțin apă și petrol sunt analizate cu ajutorul a diferite retorte, prin distilarea unui volum cunoscut (10-100 cm3) de noroi și măsurarea lichidelor condensate.

Analiza conținutului de solide și lichide prin metoda retortei se face pentru a stabili compoziția oricărui fluid, dar mai ales la cele cu conținut redus de solide argiloase, unde interesează în mod deosebit procentul de argilă (Vag în % volum/volum) și cele pe bază de produse petroliere, la care raportul motorină/apă și conținutul de solide au influență directă asupra proprietăților reologico-coloidale și stabilității noroiului.

2.6. Conținutul echivalent de bentonită

În fluidele de foraj pe bază de apă și argilă se află, de regulă, minerale argiloase aparținând tuturor grupelor de argile cunoscute (illite, caolinite, smectite etc.). Dintre acestea, argilele bentonitice sunt cele care conferă noroiului proprietăți structural-mecanice, de filtrare și colmatare, precum și comportarea lor la diferite tratamente sau în prezența contaminanților.

De asemenea,bentonitele sunt cele care prin proprietățile lor de hidratare și umflare se

dispersează la nivel coloidal și au o mare capacitate de schimb cationic.

Capacitatea totală de schimb cationic dă indicații asupra conținutului de minerale active, față de restul mineralelor inactive din sistem.

Dintre metodele de măsurare a capacității de schimb cationic, cea mai utilizată este metoda albastrului de metilen. Determinarea se bazează pe adsorbția mult mai intensă a albastrului de metilen de către bentonită (aproximativ 0,25…0,3 g albastru de metilen la 1g bentonită) față de celelalte minerale argiloase (mai puțin de 0,05 g albastru de metilen la 1g de illite și caolinite).

Deoarece albastrul de metilen consumat în timpul măsurătorii (și care stă la baza calculării conținutului de bentonită) este adsorbit într-o oarecare măsură.

2.7. Conținutul de nisip

Nisipul imprimă fluidului de foraj proprietăți abrazive și erozive, reducând durata de

lucru a echipamentului de foraj. În concentrații excesive, el creează pericol de prindere a

garniturii la oprirea circulației. De aceea, pe cât posibil, el trebuie eliminat din noroi.

2.8. Conținutul de gaze

Gazele pătrund în noroi din stratele gazeifere traversate, iar aerul prin spumare, în

timpul îngreuierii și al tratamentelor chimice.

2.9. Indicele pH

Aciditatea sau alcalinitatea unui fluid de foraj, în care se află disociați diverși

electroliți, este exprimată de indicele pH– logaritmul zecimal negativ al concentrației

momentane de ioni de .

În general, fluidele de foraj sunt bazice: pH >7. Cele naturale, preparate din apă și

argilă, netratate, au pH-ul cuprins între 7 și 8, iar cele tratate au pH-ul între 8 și 13. Valoarea

optimă a pH-ului depinde de tipul noroiului.

2.10. Activitatea fazei apoase

Principala cauză a instabilității rocilor argiloase o constituie adsorbția apei și a cationilor din fluidul de foraj, urmată de hidratarea, umflarea și dispersarea acestora. Intensitatea producerii acestor fenomene este determinată de concentrația și mineralizația apei din fluidul de foraj și din rocă, de natura mineralelor argiloase, de gradul de compactare a rocilor, posibilitatea sau imposibilitatea eliminării fluidelor din pori în timpul sedimentării etc.

Activitatea fazei apoase a unui fluid de foraj exprimă măsura în care moleculele de apă au posibilitatea să interacționeze cu rocile hidrofile traversate, direct sau prin osmoză.

Fluidele pe bază de petrol și cele cu polimeri formează pe suprafața rocii o membrană semipermeabilă din moleculele emulsionantului și ale petrolului, respectiv din lanțurile de polimeri. Apa cu potențial chimic mai scăzut migrează prin membrană în zona cu potențial mai ridicat, tinzând spre un echilibru.

Când faza apoasă din fluidul de foraj este mai puțin mineralizată decât cea din roca argiloasă, ea este mai activă și pătrunde în rocă, producând diferite fenomene de instabilitate. Invers, când apa din formațiune are un potențial chimic mai scăzut, rocile se deshidratează și se consolidează. Pentru a împiedica aceste fenomene de migrare a apei ar trebui să nu existe nici o diferență de potențial. Fluidele a căror activitate este egală cu cea a apei din rocile traversate se numesc fluide cu activitate echilibrată.

Tabel 2.1.Activitatea apei cu diverse săruri,la salturație.

2.11. Adezivitatea și proprietățile lubrifiante

Adezivitatea este un fenomen de suprafață, provocat de afinitatea moleculelor de lichid față de metal. Mărimea adezivității depinde de natura fazei lichide (apă sau petrol), tipul și concentrația materialelor aditive din fluid, prezența și natura substanțelor tensioactive, timpul de contact.

În mod practic, nu există o scară a adezivității, iar valorile măsurate sunt relative. Adezivitatea turtei de colmatare se poate aprecia cu diverse dispozitive, introduse într-o celulă de filtrare, măsurând:

• forța de desprindere transversală a unui disc metalic lipit de o turtă de colmatare;

• forța de dsprindere laterală a unei plăci sau tije metalice lipite pe suprafața unei turte;

• momentul de torsiune necesar desprinderii unui disc metalic lipit de turta

În acest fel sunt simulate de fapt fenomenele din sondă, dar ceea ce se măsoară include atât forțele de adeziune, cât și pe cele de frecare.

Tabel 2.2. Rolul aditivilor în fluidele de foraj pe baza de apa

Proprietățile lubrifiante ale fluidelor de foraj se evaluează prin mărimea coeficientului de frecare metal-rocă, metal-metal, metal-turtă de colmatare, metal-cauciuc, dar și prin durata de lucru a elementelor metalice respective.

Proprietățile de lubrifiere sunt influențate de natura fazei continue și a particulelor solide aflate în fluid, de prezența și concentrația diverșilor aditivi lubrifianți, dar depind și de alte condiții de lucru, cum sunt: presiunea de contact, viteza de deplasare relativă, tipul contactului (permanent sau intermitent, de alunecare sau de rostogolire), de gradul de circulație a fluidului și chiar timpul de contact.

Pentru reducerea acestor coeficienți de frecare se adugă în fluidele de foraj aditivi lubrifianți (se adsorb pe suprafețele metalice, formând un film protector), cum sunt grafitul, uleiurile vegetale, diverse substanțe tensioactive etc., iar în lipsa lor, chiar argila și particulele de barită pot contribui la reducerea frecărilor.

CAPITOLUL 3

Funcțiile fluidului de foraj

3.1. Curățirea tălpii sondei de detritus și evacuarea acestuia la suprafață

Condiția hidrodinamică majoră a fluidului de foraj o constituie curățirea continuă si rapidă a materialului dislocat de sapă (detritus) și transportul acestuia la suprafață.Curățirea eficentă a găurii de sondă este determinată de proprietățile de curgere a fluidului de foraj ,respectiv de regimul de curgere a fluidului.Curgerea fluidului de foraj are loc in regim laminar,fie in regim turbulent.

Când toate particulele sistemului se deplasează în linie dreaptă ,paralelă cu axa conductei si stratele adiacente fluidului aluneco fară să se amestece sau să se interacționeze cu alte strate,regimul de curgere se numește laminar.La viteze de curgere ridicate,când particulele fluidului se deplasează într-o mișcare în care stratele interacționează curgerea se numește turbulentă.

Pentru ca talpa sondei să fie cât mai bine curățată este necesar ca fluidul de foraj să iasă din duzele sapei cu o turbulență puternică,pentru aceasta se recomandă o viteză de curegere a fluidului in duzele sapei de cel putin 50 m/s . Efectul se spălare poate fi mărit prin folosirea unor duze ce realizează viteze de curgere de 60-120 m/s.

La viteze ascensionale prea mici,detritusul se depune formând “dopuri” care uneori conduc la prinderea sapei.

3.2.1. Influența factorilor tehnologici

a. Influența vitezei jeturilor de fluid

Impactul fluidului de foraj pe talpa sondei are ca urmare îndepărtarea fragmentelor de rocă. Un studiu al jeturilor unei sape în timpul forajului este însă destul de dificil și nici nu constituie un obiectiv al acestui curs. De aceea, efectul vitezei jeturilor asupra vitezei de avansare a sapei va fi strict prezentat referitor la curățirea tălpii sondei de detritus.

Fig.3.1. Influența vitezei jeturilor asupra vitezei de avansare

Pentru diferite tipuri de roci, la valori constante ale debitului de circulație, în fig.4.1. se pun în evidență creșterile importante ale vitezei de avansare a sapei odată cu creșterea vitezei jeturilor de fluid.

Fig. 3.2. Distribuția presiunii dinamice pe talpa sondei și curgerea paralelă cu talpa

Impactul perpendicular al jeturilor cu talpa are loc la o viteză axială relativ mare, 70…150 m/s, în raport cu cea circumferențială provocată de rotirea sapei, 0,5…3,0 m/s.

Deoarece suprafața de impact este relativ mică (o coroană circulară cu lățimea de aproximativ trei ori diametrul duzelor), restul tălpii sondei este spălată de această mișcare paralelă cu talpa, numită și curgere încrucișată, fluidul răspândit prin impactul unuia din jeturi, încrucișându-se cu cel împrăștiat de celelalte jeturi (fig.3.2). Prin această împrăștiere radială are loc îndepărtarea fragmentelor de rocă din talpă, care, înglobate ca detritus în fluidul de foraj, se ridică fie prin găurile de întoarcere din fălcile sapei, fie pe lângă

pereții sondei, prin spațiul inelar, către suprafață.

b.Influența debitului de circulație

Debitul de fluid care ajunge la talpa sondei are rolul principal în spălarea detritusului format ca urmare a lucrului sapei (dar și în răcirea și lubrefierea elementelor active). Din fig.4.4 se poate vedea că odată cu mărirea debitului de circulație are loc și creșterea vitezei de avansare a sapei.

Fig.3.3. Influența debitului asupra vitezei de avansare

3.1.2 Influența compoziției și proprietăților fluidelor de foraj

a.Densitatea

Pentru a pune în evidență efectul densității fluidului de foraj asupra vitezei de avansare,se impune mai întai precizarea presiunilor ce acționează la talpa sondeo asupra fragmentelor de rocă:

presiunea de strat se consideră normală dacă corespunde unei coloane de apă de zăcământ cu densitatea 1030…1070

presiunea laterală a rocilor înconjurătoare, creată de presiunea litostatică

presiunea fluidului de foraj ,care este dată de coloană hidrostatică de lichid,, la care se adaugă căderea de presiune din spațiul inelar

Fig.3.4.Influența diferenței de presiune la talpa sondei asupra vitezei de avansare

Capacitatea de filtrare și colmatare

Procesul de reducere a presiunii la nivelul fragmentelor de rocă din talpa sondei este o consecință a pătrunderii fluidului de foraj sau a filtratului. Filtrarea fluidului prin talpa sondei favorizează avansarea sapei datorită egalizării presiunilor de deasupra și de sub particulă, dar procesul de îndepărtare a fragmentelor de rocă este destul de complex. Efectul acestei proprietăți nu poate fi separat de conținutul de particule solide din fluid și mai ales de permeabilitatea rocii. Viteza de avansare crește pentru fluidele cu viteză inițială de filtrare mare, dar, cu un cumulativ total de filtrat cât mai mic. Formarea turtei de colmatare are loc în același timp cu pătrunderea filtratului prin talpa sondei. De grosimea ei depinde ca dintele sapei să lovească în rocă vie sau fragmentele de rocă desprinse din talpă să rămână prinse sub turta de colmatare ca într-o capcană.

3.2. Evacuarea detritusului la suprafață

În metoda forajului rotativ-hidraulic cu circulație directă a fluidului de foraj, evacuarea detritusului de la talpă se realizează în curent ascendent, prin spațiul inelar format de garnitura de foraj și pereții sondei. Particulele fine de argilă, marnă sau chiar nisip (rocă dislocată cu dimensiuni ale particulelor sub 0,5 mm), se înglobează în fluidul de foraj și evacuarea lor la suprafață nu ridică probleme. Restul de particule solide, cu dimensiuni mai mari, sunt evacuate prin antrenarea lor de către curentul ascendent de fluid. Capacitatea de transport a fluidului de foraj este însă determinată de: viteza ascensională, densitatea și proprietățile reologice ale fluidului de foraj, regimul de curgere, forma, dimensiunile și densitatea particulelor evacuate, diferența dintre densitatea fluidului și cea a particulelor de detritus.

Această viteză de cădere este exprimată prin diverse formule (relația lui

Rittinger, a lui Stokes), dar într-un fluid de foraj nu depășește în mod obișnuit 20…30 cm/s, valori mai mari realizându-se pentru particule cu dimensiuni apreciabile, în fluide cu densitatea și vîscozitatea scăzute.

Pentru a evita căderea particulelor de detritus la talpă la întreruperea circulației, sunt necesare fluide de foraj cu tensiune statică corespunzătoare menținerii acestora în suspensie. Majoritatea fluidelor de foraj au capacitatea de a forma structuri la rămânerea în repaus, iar în cazul utilizării apei sau aerului este necesară evacuarea detritusului din spațiul inelar, printr-o circulație intensă și abia după aceea se poate întrerupe circulația fluidului de foraj.

3.3. Compensarea presiunii din strat

Fluidul de foraj trebuie să asigure o contra-presiune asupra pereților sondei pentru a evita dărâmarea lor,precum și asupra stratelor ce conțin fluide sub presiune pentru a împiedica eventualele manifestări și eupții.Această funție se asigură prin controlul greutății specifice a fluidului de foraj.Greutatea specifică a fluidului de foraj necesară pentru compensarea presiunii din strat, se determină cu ajutorul relației:

= (2)

în care : – este greutatea specifică a fluidului de foraj ;

– presiunea fluidelor din strat

H – adâncimea sondei

Se recomandă ca greutatea specifică a fluidului de foraj să fie menținută cu cel puțin 0,03-0,04 kgf/d peste gradientul de presiune al stratului.

De asemenea ,când se manevrează garnitura de foraj sau când se schimbă viteza fluidului,apar din cauza limitei de curgere a fluidului și a aderării lui la prăjini,variații de presiune de oridinul a 10 kgf/c/1000 m ,iar in spațiile înguste variațiile de presiune pot fi și mai mari.

Se impune ca manevrarea garniturii să se facă cu multă atenție ,pentru a preîntâmpina formarea fisurilor în strat.

Pe de altă parte,în rocile poroase și fisurate o depășire foarte mică a presiunii zăcămantului poate duce la pierderi de fluid.De aceea,în astfel de zăcăminte presiunea coloanei de fluid trebuie să fie cât mai apropiată de presiunea stratului.

3.4. Răcirea și lubrifierea sapei și a garniturii de foraj

Fluidul de foraj care circulă în sondă are și rolul de a răci și lubrifia sapa și garnitura de foraj. În timpul lucrului pe talpă pentru sfărâmarea rocii, sapa se încălzește foarte mult, iar lucrul mecanic consumat pentru învingerea frecărilor dintre garnitură și pereții sondei se transformă de asemenea în căldură. Prin intermediul fluidului de foraj care este în circulație se preia o mare parte din această căldură degajată și se împiedică uzura prematură a acestora. Prezența fluidului de foraj asigură un film unguent pe pereții sondei, ceea ce reduce frecările garniturii și uzura excesivă, iar la sapele cu role, după pierderea vaselinei din lagăre, ungerea este asigurată tot de fluidele de foraj. Când se utilizează sape cu diamante, există chiar limite inferioare, stabilite prin experiența de șantier, sub care apare pericolul arderii diamantelor. În general, toate fluidele de foraj își îndeplinesc aceste funcții, iar pentru menținerea acestor

proprietăți nu sunt necesare tratamente speciale.

3.5. Capacitatea de menținere a detritusului în suspensie

Fluidele de foraj, cu excepția gazelor și a unor lichide omogene, sunt sisteme eterogene, care nu se comportă la curgere ca fluidele newtoniene; pe lângă viscozitate, ele posedă proprietăți structural-mecanice mai complexe.

Una dintre aceste proprietăți este capacitatea acestor sisteme eterogene de a forma structuri la rămânerea în repaus (de a gelifica) și a redeveni fluide în urma agitării (proprietate tixotropică). Capacitatea tixotropică a unui fluid de foraj se apreciază prin valoarea tensiunii statice de forfecare (rezistență de gel sau limită adevărată de curgere), după o anumită perioadă de repaus și prin viteza cu care această rezistență crește în timp.

Pentru a evita căderea particulelor de detritus la talpa sondei la întreruperea circulației sunt preferabile fluide de foraj cu tensiunea statică corespunzătoare menținerii acestora în suspensie. Totuși, valori ridicate ale rezistenței de gel provoacă variații mari de presiune la pornirea circulației sau manevrarea materialului tubular aflat în sondă. Problemele sunt cu atât mai dificile în cazul sondelor înclinate sau orizontale, dar noile tipuri de fluide pe bază de polimeri, cu un comportament reologic vîscoelastic (viscozități ridicate la viteze de forfecare scăzute și gelații constante, cu valori moderate, la viteze de forfecare ridicate), au, pe lângă alte avantaje, și o capacitate deosebită de curățire a sondei de detritus.

3.6.Colmatarea pereților găurii de sondă

Fluidul de foraj trebuie să formeze pe pereții găurii de sondă un colmataj (turtă) subțire,rezistent și impermeabil pentru a împiedica filtrarea apei în strat.

Capacitatea de colmatare se apreciază în laborator și la sondă prin cantitatea de lichid filtrat și prin grosimea turtei depuse,determinate prin test de filtrare.

Deoarece ,in mod obișnuit,presiunea hidrostatică a fluidului de foraj este mai mare decât presiunea stratului,fluidul are tendința de a pătrunde în porii rocilor.

Gradul de pătrundere a fluidului în stratul și calitatea turtei formate depind de mărimea diferenței de presiune dintre sondă și strat,de porozitatea și permeabilitatea rocilor, de forma și dimensiunea porilor acestora,de vîscozitatea,gelația si tensiunea superficială,de conținutul în electroliți ,precum și de cantitatea de dimensiunile particulelor din fluidul de foraj.

Fluidul de foraj care conține particule de dimensiune coloidale ( – cm ) formează pe pereții sondei un colmataj fin,extrem de dens,care conduce la micșorarea filtării.Dacă fluidul de foraj pătrunde adânc în strat formând pe pereții sondei un colmataj și permeabil.Grosimea colmatajului și cantitatea de filtrat pot exercita o influență considerabilă asupra forajului sondei.

3.7. Compatibilitatea fluidului de foraj cu formațiunea traversată

Tipul fluidului de foraj trebuie astfel ales încât să fie compatibil cu formațiunea traversată.Când între fluidul de foraj și rocă există o interacțiune de natură chimică,atunci se produc numeroase dificultăți.Astfel,în cazul traversării stratelor argiloase se produc următoarele fenomene:

unele argile se umflă și trec in suspensie,mărind vîscozitatea fluidului,iar altele se desfac în bucăți mari si conduc la prăbușiri ale pereților găurii de sondă.Pe de altă parte,argilele montmorilionitice prin umflare produc obturarea găurii de sondă sau prinderea garniturii

Pentru prevenirea acestor fenomene,în ultimul timp,se utilizează fluide de foraj tip emulsie inversă.Realizarea acestor fluide se face prin reglarea conținutului de electroliți

( NaCl , Ca,Ca(OH ) din fluidul de foraj,corespunzător ce cel din stratul traversat.

3.8.Influența fluidului de foraj asupra echipamentului de foraj

Uzura sapelor,pompelor,prăjinilor etc. se mărește în general când fluidul de foraj conține solide abrazive.

Simultan cu fenomenul de uzură prin abraziune se desfășoară și procesul de distrugere a echipementului de foraj prin coroziune.

Fluidele de foraj sărate,în special cele care conțin NaCl, MgC,fluidele pe bază de apă de mare și cele cu pH-ul redus,sunt cele mai corozive.

De asemenea,în timpul forajului ca urmare a interacțiunii coroziunii cu eforturile dinamice de încovoiere și tracțiune ,se formează în corpul prăjinii, în special în zona de trecere de la racorduri la partea netedă a prăjinii,fisuri radiale care,sub acțiunea corozivă a fluidului de foraj se adâncesc și se lărgesc până la străpungerea peretelui,ducând în final la ruperea prăjinii.Pentru diminuarea acțiunii corozive a fluidului de foraj se impune utilizarea înhibatorilor de coroziune (amine,aminoacizi,amide,amidoacizi,compuși acetilenci etc.)

CAPITOLUL 4

Materiale utilizate pentru elaborarea și condiționarea fluidelor de foraj

4.1.Argile și trasgel

Argila si trasgelul constituie componenții principali ai fluidelor de foraj,deoarce conferă acestora proprietăți coloidale și permit formarea colmatajului.Pentru prepararea fluidelor de foraj pe bază de apă se utilizează toate argilele care se hidrateză și se dispersează în apă sub formă de particule coloidale.Cele mai utile sunt montmarillanitele,la care particulele au forma unor foițe subțiri suprapuse.Succesiunea foițelor elementare,distanțele dintre ele,precum și diferiții cationi de legătură constituie un criteriu de clasificare a argilelor.

Grupurile principale de argile sunt: caolinitiul,montmorillonitul,illitul și atapungitul.

Argila utilizată,in mod curent,pentru prepararea și condiționarea fluidelor de foraj trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

greutatea specifica , kgf/d………max 2,5-2,6 pH-ul suspensiei …………min 8

umiditatea % ……………………………….max 25 grad de umflare ………….min 1

Trasgelul este o bentonită activă cu carbonat de sodiu (2-3%).Procesul de activare constă în transformarea prin schimb ionic a argilei naturale ,care este în mod preponderent bentonită calcică,în bentonită sodică(trasgel).

Trasgelul utilizat la prepararea gelurilor trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

greutatea specifica , kgf/d……….max 2,5 nisip liber % ……………..max 4

umiditatea % ……………………………….max 5 grad de umflare …………..min 1

Prin randamentul unei argile sau trasgel se înțelege cantitatea de fluid () cu o vîscozitate de 15 cP sau o tensiune dinamică de forfecare de 50 dyne/c,ce se poate obține dintr-o tonă de material,folosind drept mediu de dispersare apă distilată.

4.2.Materiale de îngreunare

Pentru a obține fluide de foraj cu greutate specifică ridicată se folosesc în mod curent materiale de îngreunare.Materialele de îngreunare trebuie să fie inerte față de fluidul de foraj,adică să fie insolubile și să nu influențeze proprietățile fluidului.

Tabelul 5.1.Materiale utilizate pentru creșterea densității fluidelor de foraj

Dimensiunile particulelor materialelor de îngreunare au o mare importanță în selecționarea lui deoarece,particulele grosiere se depun usor,iar cele foarte fine ,în special cele coloidale măresc vîscozitatea.Cele mai indicate sunt particulele cu dimensiunile cuprinse intre 10 si 60 microni.

Materialul de îngreunare trebuie să fie uscat,cu abrazivitate redusă,să nu conțină componenți coloidali și impurități solubile în apă,în mod special acelea care au efect de floculare a fluidului.

4.3.Fluidizanți

Fluidizanții sunt acei produși chimici care au proprietatea de a micșora vîscozitatea și gelația unui flui.Din această grupă fac parte fosfații complexi,tananții,lingnosulfații.

a)Fosfații complexi

Sunt produși anorganici ce se obțin prin eliminarea apei moleculare din ortofosfații de sodiu.

Tabelul 5.2. Principalele grupe de fosfați complexi

b) Substanțe tanant

În această grupă sunt cuprinse produsele ce constituie derivați ai acidului tanic.

Extractul de Quebraeho este fluidizantul care în trecut a avut cea mai extinsă aplicare.Este un acid tanic,ce se extrage din lemnul unor copaci cu acelasi nume din America de Sud.

Cantitățile utilizate depind de caracteristicile pe care trebuie să le prezinte fluidul de foraj și sunt curpinse între 0,5-10 kg/.

În ultimul timp se utilizează pentru condiționarea fluidelor de foraj naturale,nesaline sau ușor contaminate cu sare,acid tanic extras extras din gogoșile de stejar.

c) Humații (reactivul de lignit)

Sărurile solubile ale acizilor humici se obțin din cărbunele brun oxidat sau din turbă,prin tratare cu alcalii.Humații se utilizează în special la elaborarea fluidelor pe bază de apă dulce.Avantajul acestora constă în aceea că au efect puternic decât tanații în ceea ce privește reducerea vîscozității;afară de aceasta ei reduc în mod considerabil filtrarea.

d) Lignosulfonații

Fluidizanții pe bază de lignosulfonații au la bază produsele secundare de la fabricarea hârtiei prin procedeul sulfit.Compoziția chimică a lemnului este următoarea:celuloză,hemiceloză,lignie,tanimuri,zaharuri.Prin tratarea lemnului cu o soluție de bisulfit de calciu sunt dizolvați toți acizii compuși ,în afară de celuloză.

Leșia bisulfitică care consituie un reziduu cu pH de 2-3 se neutralizează cu var și apoi cu carbonat de sodiu până la un pH de 7-8 obtinându-se astfel lignosulfonatul de sodiu.

Lignosulfonatul de sodiu se întrebuințează în amestec cu soda caustică ca reducător de vîscozitate pentru:

fluidele de foraj pe bază de calciu

fluidele de foraj saturate cu sare sau cu 1-3 % NaCl

4.4.Floculanți

În sistemele pe bază de apă și argilă, dacă se introduce un electrolit, la o anumită concentrație, numită prag de floculare (coagulare), particulele de argilă se apropie între între ele suficient de mult pentru ca forțele de atracție să le aglomereze. Procesul de floculare a particulelor de argilă pătrunse în fluidul de foraj permite eliminarea lor mai ușor în sistemul de curățire și menține scăzut conținutul de particule solide. Acest proces de floculare este util în limpezirea soluțiilor de electroliți din habe (particulele argiloase se depun) sau pentru

limpezirea apei.

Majoritatea substanțelor anorganice solubile (clorura de sodiu, varul, oxidul de magneziu, soda calcinată, clorura de calciu etc.) au acțiune floculantă, dar mai utilizați în acest scop sunt polimerii anionici, cationici sau neionici, care se comportă ca niște polielectroliți. Ei pot avea în fluidul de foraj o acțiune complexă, atunci când sunt floculate toate solidele argiloase, bentonitice și nebentonitice, din noroi și detritus, sau o acțiune selectivă, când floculează doar argilele nebentonitice, pătrunse în noroi din detritus.

4.5.Coloizi de protecție

Coloizii de proteție sunt acei produși chimici care,conferă fluidului de foraj proprietăți adecvate în ceea ce privește reducerea filtării și protejării fluidului împotriva electroliților.

Cei mai cunoscuți coloizi de protecție sunt:amidonul,carboximeticeluloza de sodiu (CMC ) și poliacrilamida.

a) Amidonul

Este un hirat de carbon din grupa polizaharidelor existente în bobul de grâu,cartofi.

Amidonul se folosește în concentrație de 0,5-3 % la elaborarea și condiționarea următoarelor tipuri de fluide:

fluide contaminate sau saturate cu sare

fluide de bază de calciu

b) Carboximeticeluloza de sodiu (CMC)

CMC-ul tehnic, nepurificat, conține până la 25…30 % clorură de sodiu, iar CMC-ul purificat are 96…99,5 % substanță activă și aproximativ 0,5-4 % clorură de sodiu.

Eficiența CMC-ului asupra filtrării și viscozității este funcție de gradul de polimerizare (200…2000) și de gradul mediu de substituire a grupărilor OH- din molecula de glucoză anhidră (conține trei grupe OH-) cu grupa – OCH2COONa (50…90 %).

Ca antifiltrant, CMC-ul se folosește în cantități de 5…25 kg/, are acțiune optimă la un pH de 6…9, este stabil termic până la 1500 C și nu este degradat de acțiunea bacteriilor. Se utilizează în noroaiele dulci și în cele cu salinitate moderată (eficiența scade când salinitatea crește, îndeosebi peste 100 kg NaCl/), iar dacă pH-ul este ridicat, ionii divalenți îl pot precipita și fluidul se diluează periculos.

c) Poliacrilamida

Poliacrilamida (PAA) este un polimer sintetic neionic, din grupa polimerilor acrilici (copolimer al poliacrilatului de sodiu și poliacrilamidei). Se livrează sub formă de soluție vâcoasă alb-gălbuie, cu concentrație 8…10 %, mai rar sub formă de praf. Poate fi folosită ca antifiltrant în noroaiele dulci sau ușor mineralizate, la un pH de 10…12, în cantități de 5…30 kg/m3, este stabilă termic la peste 2000 C, iar în prezența ionilor de Ca2+ și Mg2+este precipitată. Se mai poate utiliza ca învâscoșant, floculant selectiv, stabilizator pentru rocile

argiloase, emulsionant. Prin tratarea poliacrilamidei cu NaOH sau KOH se obține poliacrilamidă (parțial) hidrolizată (PAAH), care este dispersabilă în apă și un polielectrolit mai activ decât PAA (nehidrolizată).

CAPITOLUL 5

Compoziția și proprietățile fluidelor de foraj pe bază de apă și argilă

Compozția fluidelor de foraj depinde de cerințele fiecărui foraj în parte.Gaurile de foraj trebuie să traverseze diferite tipuri de formații,cerând diferite tipuri de fluid de foraj.În alegerea tipului de fluid sunt importanți calculul economic,contaminările,apa de preparare disponibilă,presiunea,temperatura și mulți alți factori.

Apa este uneori un fluid de foraj ideal și este frecvent folosit pentru a fora în formațiuni fară probleme și cu presiuni scăzute.Atunci când apa nuu mai poate asigura funcțiile necesare fluidului de foraj,devine necesar șă se adauge componenți pentru a îmbunătăți sau chiar a schimba natura fluidului de foraj.

.Argilele au un dublu scop:primul,de a asigura vîscozitate fluidului și al doilea de a căptuși pereții găurii,astfel încat în timpul circulației fluidului să nu existe pierderi în strate permeabile traversate.

Majoritatea fluidelor de foraj ăpate fi clasificate ca fluide pe bază de apă.Termenul ”pe bază de apă” se referă șa fluidele care au apă ca fază continuă și în care anumite materiale stau în suspensie sau sunt dizolvate.Există numeroși aditivi folosiți pentru a obține diverse proprietăți,însă fundamental,fluidele pe bază de apă au 3 componenți:

Faza apoasă – faza continuă a fluidului de foraj.Este dependentă de locație și de

apă de preparare disponibilă,putând fi apă dulce,apă sărată,apă dură,apă cu duritate redusă.După cum se va observa,nu este neobișnuită folosirea unor saramuri care pot ajunge chiar și la saturație.

Solide reactive – compuse din argile comerciale,argile hidratabile incorporate și

marne din formațiile traversate,ținute în suspensie în faza fluidă.Aceste solide sunt obiectul tratamentelor chimice,efectuate pentru a controla proprietățile fluidului de foraj.

Solide inerte – se referă la acele solide în suspensie care sunt inactive din punct de

vedere chimic.Acestea pot fi solide forate,ca de exemplu:calcar,dolomit sau nisip.Barita este adăugată în fluidul de foraj pentru creșterea densității,fiind de asemenea inertă din punct de vedere chimic.

Hidratarea argilelor

Pentru a întelege comportamentul fluidelor de foraj și chimismul sistemului cu trei faze,câteva aspecte ale chimiei argilelor trebuie întelese.Argilele sunt materiale care dezvoltă plasticitate atunci când se umectează.Aceasta se intamplă deoarece argilele adsorb apa cu rapiditate.Acestea se numesc argile hidrofile.Dacă o argilă nu adsoarbe apa se numește hidrofobă.

Argilele folosite în apă dulce contau în aluminosilicați extrem de fini și cu o marime variabilă.Sunt formate din straturi alternante de oxizi de siliciu si aluminiu,cu aranjamente ușor diferite pentru obținerea straturilor.O particula argiloasă poate consta dintr-un singur strat sau n numar nedefinit de straturi suprapuse unele peste celelalte asemanător unui pachet de cărți și ținute împreune datorită unor forte reziduale.În contact cu apă argilele dezvoltă diferite grade de umflare,în funcție de originea și natura coloidală a oricăror alte substanțe prezente.

Cea mai importantă și în mod curent folosită argilă,pentru obținerea vîscozității și a reducerii filtratului este bentonita de Wyoming,sau montmorilonitul de sodiu.În apă dulce,straturile adsorb apă și se umflă pană la punctul în care forțele care le țin impreună devin slabe și straturi individuale pot fi separate din pachete.Aceasta creștere a numarului de particule,cu rezultatul creșterii în suprafată,determină învâzcosarea suspensiei.

Molecula de bentonită este alcătuită din trai straturi:un strat de oxid de aluminiu având deasupra și dedesupt câte un strat de oxid de siliciu.

Grosimea filmului de apă adsorbită este controlată de tipul și numărul cationilor asociați.Apa dintre straturi reprezintă cea mai mare parte din apă reținută de către argilă.Cationii divalenți,cum ar fi și cresc forțele de atracție dintre straturi,scăzând cantitatea de apă adsorbită.Cationii monovalenți precum produc o scădere a forței de atracție dintre straturi și permit unei cantități sporite de apă să patrundă printre plăcuțele de argilă.

Trebuie notat că montmotilonitul de Ca,datorită ionilor de , se umflă de patru ori mai puțin decât cel de sodiu.Aceasta înseamnă că pentru concentrație de argilă în apă,argila de sodiu va învâscosă mai mult decât cea de calciu.

Procesul de asociere a particulelor de argilă

Procesele de asociere ale particulelor sunt importante pentru reologia suspeniilor de argile.Pentru a înțelege și controla schimbările reologice în fluidul,aceste procese de legare trebuie înțelese.

Particulele de argile au două suprafețe diferite.Fața,sau suprafața plana este încarcată negativ și muchia este încărcată negativ acolo unde fațeta este întreruptă și suprafața legăturii rupte este expusă.Aceste sarcini și cationi de schimb creează o forță electrică în jurul particuelor de argilă care determină felul în care aceste particule interacționează între ele.Dacă acești ioni de schimb sunt discociați de pe suprafața argilei,forța de respingere dintre plăcuțele încărcate negativ este mare și plăcuțele se vor dispersa și depărta unele față de cealalță.Dispersia completă este rară și poate avea loc numai în suspensii diluate de montmorilonit de sodiu.În situații uzuale au loc asocieri diverse.

Particulele de argilă se pot asocia în stările de agregare,dispersie,flocilare sau defloculare.Stările pot coexista,cu predominarea uneia dintre ele.

Agregarea conduce la formarea unor plăcuțe groase .Aceasta micșorează numărul de particule și determină scăderea vîscozității plastice.Agregarea poate fi cauzată de introducerea ionilor divalenți ,cum ar fi .Acesta se poate întampla datorită adăugarilor de var sau gips sau de la traversarea stratelor de anhidit sau a dopurilor de ciment.După o creștere inițială a vîscozității ,urmează o descreștere la valori inferioare celei inițiale.

Dispersia conduce la creșterea numărului de particule și la vîscozități plastice ridicate.Plăcuțele de argilă sunt agregate în mod normal înainte de a fi hidrate și pe măsură ce se hiratează ce se hidratează se și disperează într-o anumită măsură.Gradul de dispersie depinde de conținutul de electroliți din apă,timp,temperatură,cationii de schimb ai argilei și concentrația argilei.Chiar și bentonită de wyoming nu se dispersează complet în apă la temperatura camerei.

Flocularea se referă la asocierile muchie la muchie la față conducând la o dispunere cu o structură de „ casă din carți de joc ”. Acesta produce o creștere a vîscozității.Amplitudinea acestei este o funcție a fortelor ce acționează asupra particulelor asociate și a numărului particulelor disponibile la asociere.Orice crește forțele de respingere dintre particule sau reduce filmul de apă adsorbită,cum ar fi adaosul de cationi bivalenți sau temperatura ,provoaca flocularea.

Deflocularea desocierea particulelor floculate.Adaosul anumitor chimicale în fluidul de foraj neutralizează sarcinile electrice ale argilelor .Acesta îndepartează atracția rezultată din legăturile muchi la muchi sau muchi la față ale particulelor de argilă.Deoarece deflocularea are ca rezultat reducerea vîscozității,chimicale defloculante se numesc fluidizanți.

Randamentul argilelor

Randamentul argilelor se definește ca numărul de barili de fluid de foraj cu vîscozitatea de 15 cP care pot fi obținuți cu o tonă de material.Pentru o vîscozitate dată a diferitelor argile pot fi obținute valorile corespunzătoare densității fluidului,porcentul de volum al dolidelor,randamentul argilei,procentul de masă a solidelor și concentrația de solide în fluide de foraj.

Argilele au multiple aplicații în fluidele de foraj.Creșterea vîscozității fluidului de foraj este bine să se realizeze cu o cantitate de solide cât mai redusă,aceasta realizându-se prin adăugarea de material cu un randament cat mai mare.Deoarece particulele de dimensiuni grosiere sau medii sunt în mod normal produse de către formație,se por obține valori scăzute ale filtratului cu ajutorul bentonitei.

Factorii care influențează randamentul argilelor

Apa ce conține o sare în orice concentrație poate fi saturată cu sare suplimentară.Saramurile saturate conțin aproximativ 315.000 mg/l clorura de sodiu.Sunt necesare aproximativ 120 lb/bbl de sare pentru a satura apa dulce.

O analiză tipică a apei de mare poate conține următoarele componete:

Dacă argila uscată este adăugată într-o apă ce conține saruri sau ioni ai diferitelor metale,hidratarea și dispersia sunt puternic afectate.Un exemplu este cel al prepararii fluidului de foraj,din rațiuni economice,cu apă de mare.

Apa conținând calciu sau magneziu se numște apa dură.Pentru creșterea vîscozității unei argile,o practica este de a trata cu un produs chimic pentru a reduce concentrația în ioni metalici prin precipitare.Când concentrația în cloruri este ridicată,singura metoda de a reduce concentrația este diluarea cu apă ducle.

Când apa de preparare este sărată,există o alta argilă comună care poate fi folosită pentru obținerea vîscozității.Acestă argilă se numește atapugit (SALT GEL) .Atapulgitul este un mineral unic.Structura cristalină este aciculară,iar proprietatea de a învâscoza nu este influențată de tipul apei de preparare.Pentru aceeași concentrație ,in orice fel de apă,atapulgitul realizează aproape aceeași vîscozitate ca și bentonita în apă dulce.Proprietatea de învîscozare nu depinde de hidratare,ci mai degrabă de gradul în care și manunchiurile sunt mestecate.Vîscozitatea rezultată este creată de 2 elemente:

1)Formarea unei structuri de perie de către forțele de amestec.Se poate dace analogie cu paiele amestecate în apă.

2)Forțele de atracție dintre particule create de sarcinile legăturilor rupte ale muchiilor acelor rupte de către forțele de amestec.

CAPITOLUL 6

Fluidele de foraj inhibitive, fluidele pe bază de polimeri si fluidele pe bază de produse petroliere

Fluidele din această categorie au la bază tot sistemul apă-argilă, dar rolul principal în asigurarea stabilității sistemului și imprimarea unui puternic caracter inhibitiv mediului apos este îndeplinit de adaosul de electroliți, polimeri de protecție, substanțe tensioactive, anumiți fluidizanți, substanțe hidrofobizante.

Fluidele de foraj inhibitive previn sau întârzie hidratarea, umflarea și dispersarea rocilor argiloase și în același timp prezintă inerție mare la contaminanții clasici de tipul argilelor, electroliților și temperaturilor ridicate. Se folosesc la traversarea intervalelor groase de marne și argile sensibile la apă, pentru reducerea dificultăților de foraj generate de contactul rocă-fluid la deschiderea stratelor productive cu intercalații argiloase.

6.1.Fluide inhibitive

6.1.1. Fluide inhibitive pe bază de ioni de K

Mecanismul prin care ionul de potasiu previne hidratarea și/sau dispersarea solidelor argiloasese explică prin faptul că ionul de K+ intră în schimb cationic cu ionii de Na+ și Ca+ de pe suprafața particulelor de argilă, el înscriindu-se (încastrarea ionului K+) aproape perfect în golurile hexagonale ale tetraedrilor de siliciu și oxigen de la suprafața plăcuțelor de bentonită.Noroaiele pe bază de potasiu au un conținut mare de apă liberă și o viteză de filtrare mărită, de aceea este necesar un antifiltrant, de obicei un polimer cu acțiune inhibantă.

În Romania se utilizează o variantă de fluid cu clorură de potasiu și

fluidizanți inhibitori, denumit INHIB-KCl. Acesta este un amestec de lignosulfonați, humați și dicromați, care amplifică efectul inhibant al ionului de potasiu; rezultatele procesului sunt:

prevenirea dispersării detritusului argilos (prin adsorbție la suprafața

acestuia);

scăderea viscozității și gelației, datorită fixării pe particulele elementare de argilă, reducând forțele de atracție dintre acestea;

micșorarea filtratului fluidului de foraj prin impermeabilizarea turtei

de colmatare;

mărirea stabilității termice până la 180 … 200C .

6.1.2. Fluide pe bază de sare (NaCl)

Fluidele cu clorură de sodiu au capacitate de inhibare, prin efectul lor floculant și de agregare. Fluidele sărate sunt cele care au peste 1g NaCl/100 cm3 filtrat și ele pot lua naștere prin contaminarea noroaielor dulci cu sarea dizolvată din rocile traversate sau cu apa pătrunsă din strate în sondă, prin utilizarea apei de mare la prepararea acestora sau prin adăugarea intenționată a sării.Capacitatea inhibitivă a fluidelor pe bază de sare este în funcție de concentrația de NaCl și prezența fluidizanților defloculanți, dar, în general, acestea sunt

corozive, spumează, afectează carotajul electric de rezistivitate, iar sarea diminuează efectul aditivilor fluidizanți, antifiltranți și emulsionanți. Inițial, fluidele cu NaCl s-au folosit la traversarea prin foraj a pachetelor groase de sare și argilă, dar în timp s-a constatat că noroaiele sărate au o bună capacitate inhibitivă pentru multe categorii de argile întâlnite în timpul forajului.

În practica forării sondelor, fluidele cu NaCl se prepară în urmatoarele variante:

fluide sărate nesaturate (1…5% NaCl),

fluide cu apă de mare,

fluide sărate-saturate

6.1.2.1. Fluide sărate nesaturate

Acestea se folosesc atunci când contaminarea cu sare este moderată, dar prelungită, respectiv la traversarea intercalațiilor subțiri de sare, a breciilor de sare și a viiturilor de apă sărată.

Prin împrospătarea noroiului din sondă cu soluție diluată de bentonită se menține concentrația sub 5…10g NaCl/100cm3 filtrat, adică în domeniul vîscozităților reduse.

Pentru a micșora viscozitatea și efectul de hidratare a intercalațiilor de argilă,se adaugă la fiecare m3 de noroi: FCLS 10…30kg; amidon sau CMC 10 … 30kg; extract bazic de lignit 10 … 25kg; NaOH 4 … 6kg, pentru a ridica pH–ul peste 9 și a activa acțiunea FCLS.

6.1.2.2. Fluide preparate cu apă de mare

Acestea sunt folosite – din motive economice – la forajul în largul mării.

Conținutul de săruri în apa de mare este 30…35g/l și constă în cloruri și sulfați de Mg sau Ca și în NaCl.

Ionii de Ca2+ pot fi eventual precipitați cu hidroxid de sodiu (1…3kg/m3), iar cei de Mg2+ cu var (3…5kg/m3). La prepararea noroiului se folosește bentonită prehidratată în apă dulce sau atapulgit.

Pentru reglarea celorlalte proprietăți, se utilizează ca aditivi suplimentari la fiecare metru cub de noroi: FCLS 5…10kg; CMC sau amidon 5…10kg; extract bazic de lignit 10…20kg; iar la temperaturi ridicate se adaugă cromlignit sau cromlignosulfonat 3…5kg.

6.1.2.3. Fluide sărate saturate

Acestea se utilizează la traversarea pachetelor groase de sare, pentru a preveni ocnirea găurii de sondă.

Fie se transformă noroiul dulce (sau nesaturat) existent în sondă, fie se prepară un noroi sărat din bentonită prehidratată sau attapulgit (50…70kg/m3).

Solubilitatea sării la 200C este de 31,68g/100cm3 filtrat și ea crește ușor cu temperatura, atingând 32,76g/100cm3 filtrat la 1000C.

Având în vedere viscozitățile mari ce apar la concentrațiile mici (1…3g/100cm3), transformarea noroiului dulce în noroi sărat se execută în tranșe limitate, eventual în habe.

6.1.3.Fluidele inhibitive pe bază de calciu

Fluidele inhibitive pe bază de calciu se prepară în diverse variante (fluide cu var, cu gips, cu clorură de calciu, cu humat de calciu și combinații ale acestora), dar sunt mai puțin inhibitive decât cele cu potasiu.

Prepararea acestora are la bază schimbul cationic și anume transformarea bentonitelor sodice în bentonite calcice, faza argilosă fiind transformată în mare masură într-un component mai mult sau mai puțin inert, care posedă un minim de proprietăți liofile și de agregativitate (deoarece procesul de hidrofobizare a particulelor argiloase poate fi dirijat după dorință, fluidele se mai numesc fluide cu floculare controlată).

În noroiul inițial, tratat în prealabil cu NaOH se poate introduce sare solubilă de calciu în exces, deoarece numai o parte din aceasta se va solubiliza,surplusul de sare de calciu constituind o rezervă ce se va consuma numai pe măsură ce noi cantități de argilă sodică pătrund ca detritus în fluid.În acest mod, noroiul își păstrează timp îndelungat proprietățile reologice și are capacitate de autoreglare.

6.1.3.1. Noroiul cu var

Este o primă variantă a fluidelor pe bază de calciu, care s-a folosit în practică, concentrația optimă a ionilor de calciu din filtrat situându-se între 100…200mg/l și un pH = 10,5…11.

Se prepară dintr-o argilă cu randament ridicat (soluție diluată de bentonită cu densitatea 1050kg/m3) la care se adaugă: un fluidizant clasic (FCLS sau lignosulfonat de calciu), în cantități de 8…15kg/m3, NaOH 5…10kg/m3, oxid de calciu 10…20kg/m3 și un antifiltrat, cum este CMC-ul 10…30kg/m3.

Pentru întreținerea noroiului cu var contează influența concentrației de + din filtrat asupra noroiului tratat în prealabil cu fluidizant și sodă caustică. Se poate vedea că fluidul are o vîscozitate minimă atunci când concentrația de Ca2+ din filtrat se află între 100…200 mg/l.

6.1.3.2. Noroiul cu gips

Poate fi utilizat la deschiderea unor strate productive în condiții mai severe de temperatură (150…160oC), precum și la traversarea pachetelor groase de argile sodice și zone salifere care nu justifică folosirea unui noroi sărat. O a treia variantă a noroaielor cu calciu este noroiul pe bază de clorură de calciu cu o concentrație foarte mare de ioni de calciu în filtrat (800…4000 mg/l), cu un pH mai scăzut (pH=8) și cu o temostabilitate ridicată (până la 175oC). Acestea se mai numesc și noroaie pentru marne, au o mare capacitate de inhibare a argilelor hidratabile, asigurând în felul acesta stabilitatea pereților argiloși ai găurii de sondă și protejarea stratelor productive care conțin fracțiuni argiloase.

O variantă a noroiului cu var, care se utilizează la noi, este fluidul cu humat de calciu (o sare solubilă a acizilor humici care imprimă sistemului un puternic caracter inhibitiv) și care nu diferă în compoziție de celelalte noroaie pe bază de ioni de calciu (la o soluție diluată de bentonită se adaugă: 10…30kg/m3 humat de calciu, 1…3kg/m3 NaOH, 10…15kg/m3 CMC, 10…20kg/m3 FCLS.

6.2.Fluide pe bază de polimeri

Natura și proprietățile fluidelor de foraj afectează în mare măsură viteza de avansare a sapei și metrajul realizat de sapă.

Deși efectele proprietăților fluidului sunt dificil de individualizat conținutul și mărimea particulelor solide și mai ales a celor dispersabile la nivel coloidal, influențeză în mod semnificativ performanțele sapelor. De aceea, utilizarea unor fluide cu conținut redus de solide argiloase, precum și a polimerilor cu efect floculant, au arătat practic superioritatea fluidelor inhibitive cu polmeri și cu conținut foarte scăzut de fază argiloasă (denumite și fluide nedispersate), atât pentru realizarea unor viteze mecanice de avansare a sapei mai mari, precum și la deschiderea în mai bune condiții a stratelor productive.

Aditivii floculanți care se utilizează în aceste noroaie au capacitatea de a limita hidratarea și dispersarea argilelor din detritus și pereții sondei, prin formarea unui film protector pe suprafața acestora și, de asemenea, provoacă agregarea solidelor nedorite din fluid, care pot fi astfel mai ușor îndepărtate la suprafață.

In sondă, efectul inhibant al polimerilor se datorește formării unei pelicule protectoare ce împiedică pătrunderea apei, umflarea și dispersarea argilelor. După funcțiile pe care le realizează în fluid, polimerii pot fi clasificați astfel:

floculanți complexi- floculează atât particulele de bentonită cât și pe cele de detritus; se folosesc la forajul cu apă, unde se urmărește îndepărtarea tuturor solidelor;

floculanți selectivi- floculează doar solidele forate;

floculanți cu acțiune dublă- care floculează solidele forate, dar îmbunătățește și randamentul bentonitei.

Pentru fiecare tip de fluid cu polimeri, concentrația în care ei se utilizează depinde de natura acestuia. Se disting două categorii de fluide cu polimeri:

cu conținut redus de argilă (20…50kg/m3 bentonită) și un polimer macromolecular (0,2…5kg/m3), împreună contribuind la crearea structurii noroiului și reglarea viteze de filtrare;

fără argilă la preparare, proprietățile structurale și de filtrare fiind asigurate numai de polimeri.

6.2.1. Fluidul tip PARAN (cu polimeri si electroliți)

La acest tip de fluid poliacrilamida nehidrolizată (neionică) este folosită în concentrație de 1…2%, cu rolul de a flocula solidele argiloase forate, de a contribui la realizarea suportului coloidal și reducerea filtrării, iar ceilalți aditivi utilizați la prepararea acestui noroi sunt: RAG–27, un produs tensioactiv, neionic, în cantități de 0,025…0,1%; CMC – purificat 0,5…1,5%; motorină 5…8%; AAS–9, produs tensioactiv neionic, solubil în apă și în produse petroliere 0,25…0,5%; gips 1…2%.

6.2.2. Fluide cu anhidridă maleică-acetat de vinil

Acest tip de fluid se prepară atât cu apă dulce cât și sărată. Apa dulce se amestecă cu 0,15kg/m3 polimer, apoi se adaugă aproximativ 3% bentonită. Se ridică viscozitatea la 35…45s cu sodă calcinată în proporție de 0,7…1,5kg/m3.

Dacă fluidul este floculat, cu o viscozitate și rezistență de gel prea mari, se adaugă mici cantități de fluidizant: 0,3kg/m3 lignosulfonat și 0,15kg/m3 sodă caustică. În apă sărată se adaugă 0,2kg/m3 polimer și bentonită prehidratată.

6.2.3. Fluidul tip polimer-calcar granular

Este utilizat în două variante: nemineralizat și mineralizat cu clorură de potasiu, fără bentonită sau cu un conținut foarte redus (10…30kg/m3). Polimerii (poliacrilamida parțial hidrolizată, copolimeri acrilici, rășină de xanthan) în concentrație de 0,5…3kg/m3, asigură capacitatea de suspendare a detritusului și a baritei, iar împreună cu KCl formează un mediu inhibitiv (cantitatea de KCl se stabilește funcție de gradul de instabilitate a pereților, densitatea noroiului și cantitatea de detritus).

6.2.4. Fluidul tip TENSROM

Componentul principal TENSROMUL (realizat de ICPT-Câmpina), este un amestec de produși tensioactivi neionici de tip blocopolimeri, cu proprietăți de control al hidratării și dispersării argilelor forate, utilizat în cantități de 10…25kg/m3. Proprietățile noroiului se îmbunătățesc prin adăugarea de: 5…15kg/m3 CMC, 100…200l/m3 motorină în prezența unui emulgator de tip AAS-9 (2,5…5kg/m3), 10…25kg/m3 gips sau 1…5kg/m3 var, pentru realizarea unui conținut de calciu în filtrat de 600…1200mg/l. Acest fluid asigură o bună protecție stratelor productive, datorită volumului redus de filtrat, capacității de inhibare a hidratării argilelor (asigurată de produsul TENSROM și gips) și a unei tensiuni superficiale reduse.

6.2.5. Fluidul ușor tip AAS-9

A fost realizat tot de ICPT- Câmpina, în gama densităților reduse 900…1100kg/m3, pentru deschiderea stratelor productive depletate. Produsul AAS-9 este o substanță tensioactivă neionică de tipul alchilfenoloxietilat, care reduce tensiunea interfacială țiței-apă, îmbunătățește capacitatea inhibitivă a filtratului, spumează intens noroiul, reducând astfel și densitatea și asigură alături de CMC stabilitatea emulsiei de tipul țiței în apă. Se utilizează în cantități de 5…15l/m3, împreună cu 2,5…10kg/m3 CMC și 50…300l/m3 motorină.

6.2.6. Fluide pe bază de Poly-Plus

Poly-Plus este un copolimer acrilic (comercializat de firma M-I Drilling Fluids), cu caracter anionic, cu masă moleculară mare, rapid dispersabil, cu rol de a îmbrăca detritusul argilos, de a stabiliza argilele traversate în timpul forajului și de a conferi viscozitate sistemului în care este utilizat.

În fluidele fără bentonită (soluții limpezi), Poly-Plus se comportă ca un floculant total, asigurând transportul detritusului la suprafață, viteze de avansare mărite și o bună stabilitate găurii de sondă.

În fluidele cu conținut redus de solide, concentrația de polimer activ se păstrează în domeniul 3…5,7kg/m3. La această concentrație, suprafețele anionice ale polimerului depășesc valoric suprafețele cationice libere ale bentonitei și argilelor forate, ceea ce duce la încapsulare argilelor reactive în interiorul noroiului și pe pereții sondei.

6.2.7. Sisteme Glydril

Sistemul Glydril (promovat de firma M-I Drilling Fluids) este un sistem activat cu poliglicol pentru a obține un fluid de foraj comparabil cu emulsiile inverse ca eficiență a inhibării argilelor.

Pentru realizarea unui astfel de sistem se utilizează următorii componenți:

XCD sau Flo-Vis pentru crearea de viscozitate, în cantități de 0…6,0 kg/m3; POLYPAC UL, pentru controlul suplimentar al viscozității, dar și cu rol antifiltrant, în cantități de 8,0…14,0 kg/m3;

Glydril, în proporție de 3…5 % (volum/volum), în stare solubilă neutralizează sarcinile libere de pe suprafața argilelor, inhibă hidratarea și dispersarea lor; după caz se folosesc și alți aditivi suplimentari pentru controlul filtrării și a capacității de lubrifiere.

Caracteristica esențială a acestui sistem este temperatura la care poliglicolul se schimbă de la totala solubilitate în apă la insolubilitate. Prin schimbarea mediului chimic și creșterea temperaturii, poliglicolul devine insolubil, blochează porii și microfisurile formațiunii traversate, împiedicând pătrunderea în profunzime a filtratului și/sau a fluidului de foraj.

Se obțin astfel performanțe mai bune de avansare a sapelor, crește stabilitatea pereților sondei, crește integritatea și gradul de inhibare a detritusului,se reduce contaminarea formațiunilor productive și creșteri substanțiale ale productivității sondelor.

6.3.Fluidele pe bază de produse petroliere

Aceste fluide sunt sisteme disperse a căror fază continuă este un produs petrolier, în care se află dispersați și dizolvați aditivii necesari pentru crearea structurii și a proprietăților colmatante, dar și o cantitate de apă emulsionată, adăugată pentru a regla anumite proprietăți.

Cele două variante de fluide pe bază de produse petroliere sunt:

• cu conținut redus de apă (pe bază de petrol și asfalt) numite și fluide negre (OIL FLUID) cu 3…10 % apă;

• emulsii inverse (10…60 % apă).

Proprietățile specifice ale acestor fluide sunt:

• filtrat redus și constituit numai din petrol;

• inerție la contaminanții de tipul marne, argile, sare, gips, anhidrit, ciment;

• rezistență la temperaturi mari;

• stabilitate sporită în condiții de temperatură și chiar la stocaj îndelungat;

• capacitate ridicată de lubrifiere

6.3.1.Fluidele negre

Au ca fază continuă motorina în care se dispersează asfaltul oxidat sau suflat cu aer (120…250kg/m3) pentru a controla filtrarea și viscozitatea sistemului; apa, prin emulsionare

(3…10%) contribuie la îmbunătățirea proprietăților reologice și de filtrare și, de obicei, este mineralizată cu diverse cloruri-de calciu, sodiu, potasiu, magneziu.

Pentru stabilizarea emulsiei se folosesc ca emulsionanți diverse săpunuri de calciu sau sodiu ale acizilor grași, îndeosebi ale acizilor naftenici, precum și unele săpunuri metalice. Adesea, saponificarea acizilor are loc în procesul de emulsionare: acizii grași adăugați și acizii naftenici din compoziția petrolului reacționează cu hidroxidul de calciu sau sodium dizolvat în apa de preparare.Săpunul de calciu stabilizează emulsia apă în ulei, iar săpunul de sodiu formează legături între cele două faze.

La fluidele negre, apa reprezintă un component secundar; reacționează cu aditivii chimici care reglează proprietățile reologice și coloidale, stinge varul, solubilizează anumiți emulsionanți. Conținutul de apă este menținut practice constant, independent de concentrația de particule solide.

Acesta este preparat din motorină, un concentrat Oil Faze, capabil să creeze viscozitate și rezistență de gel suficient de mari, dar o capacitate de filtrare scăzută, apă cu diverse concentrații de CaCl2 sau NaCl, barită pentru reglarea densității, diverși aditivi suplimentari, cunoscuți sub denumiri comerciale: VG-69 și DG-55, agenți de gelificare, DV-22 reducător de filtrare termorezistent, SE-11 un emulgator suplimentar, DV-33 agent de umectare cu petrol.

6.3.2.Emulsiile inverse

Reprezintă sisteme disperse cu faza continuă un produs petrolier, iar apa, în procent de 10…60% se află dispersată sub formă de picături foarte fine. Spre deosebire de fluidele negre, la emulsiile inverse, apa contribuie direct la reglarea proprietăților structurale și de filtrare; conținutul de apă trebuie redus atunci când concentrația de particule solide este mare, altfel, viscozitatea emulsiei crește la valori exagerat de mari.

Deoarece fluidele tip emulsie inversă se utilizează în scopul rezolvării unor probleme dificile legate de forajul și punerea în producție a stratelor productive, iar instabilitatea găurii de sondă este atribuită rocilor argiloase și faptului că acestea își modifică proprietățile în contact cu mediile apoase, emulsiile inverse sunt realizate cu activitate chimică controlată (activitate echilibrată), adică activitatea apei emulsionate este egală sau mai mică decât a apei din argilele traversate și aceasta pentru a împiedica fenomenele de hidratare osmotică și hidratare de suprafață.

Dintre cele mai cunoscute emulsii inverse se pot aminti: INVERMUL, elaborată de firma Baroid, OIL-VERT, elaborată de firma Magcobar, dar și emulsia inversă brevetată de I.C.P.T.Câmpina, cu următoarea compoziție:

motorină, faza continuă a sistemului

ASAL, un produs asfaltic dispersabil în produsul petrolier, controlează filtrarea și stabilitatea emulsiei, chiar la temperaturi ridicate

OFP-82, un stabilizator de emulsie pentru temperaturi și presiuni mari și, în același timp, cu rol de hidrofobizare a solidelor din fluidul de foraj

AAS-3, un agent activ de suprafață cu solubilitate ridicată în produse petroliere, influențează proprietățile reologico-coloidale, fără a modifica stabilitatea emulsiei

apă cu CaCl2 (apă cu activitate echilibrată), pentru a preveni fenomenele de hidratare osmotică și de suprafață

barită, pentru realizarea densității impuse

CAPITOLUL 7

Sisteme de fluide de foraj generice PETROM si

aplicații

În cadrul PETROM se folosesc următoarele sisteme de fluide de foraj. În continuare sunt descrise aplicațiile pentru fiecare tip de sistem.

a) Fluid de începere a forajului – poate include utilizarea apei, argile caustice si naturale din formațiune sau poate include utilizarea apei, a sodei caustice si a bentonitei, CMC sau a unui fluidizant.

Aplicație: pentru forarea de găuri mari, primele intervale.

b) Sistem Gel/CMC- Foloseste o bază de bentonită pentru controlul pierderii de fluid si al vâscozității si Carboxi-metil celuloza (CMC) care este polimer de calitate tehnică pentru a ajuta la un control mai strict al pierderii de fluid, precum si al sondei prin cresterea vâscozității. CMC este o alternativă ieftină la utilizarea unor polimeri de calitate premium mai scumpi. Guma de xantan este, de asemenea, utilizată pentru a furniza valori de gelifiere si de punct de curgere. Pentru a reduce gelifierea progresivă se poate utiliza un diluant chimic. Acest tip de sistem de fluid de foraj se încadrează în categoria de sistem de fluid cu "Polimer dispersat".

Aplicație – Pentru forarea sondelor de mică adâncime sau primele intervale pentru sonde de 26 " si/ sau 17 ½", dar atât bentonita cât si polimerul CMC au anumite limite de temperatură si în cazul în care limitele de temperatură sunt depăsite sistemul de fluid de foraj se va degrada rapid. Acest sistem nu poate fi inhibat corespunzător cu sare dar poate fi folosit ghipsul. Tipul de argilă din formațiunea în care urmează să se sape este foarte important, deoarece dacă forați într-un tip de argilă dispersivă, atunci trebuie să evitaŃi utilizarea unui sistem de fluid dispersat în caz contrar puteți dispersa excesiv particulele de argilă si să aduceți noroiul la consistența unei paste de dinti.

c) Sistem de fluid de foraj ne-dispersat, cu polimer cu conținut redus de solide- este sistemul clasic de fluid pe bază de apă care este fluidul de bază utilizat pentru a fora în formațiuni ne-reactive si care oferă o reologie excepțională în comparație cu sistemele cu bentonită dispersată/polimer.

Principalul avantaj al utilizării acestui tip de sistem de fluid de foraj în special la sonde de explorare este că oferă un nivel ridicat de flexibilitate. Acest sistem vă permite conversia cu usurință la un sistem de fluid saturat cu calciu, potasiu, sare sau sistem de fluid amestecat cu sare. Acest lucru vă permite să tratați diferitele probleme care pot apare brusc atunci când se forează sonde de explorare unde nu există suficiente informații despre tipurile de minerale prezente în formațiunile traversate.

Aplicație-Poate fi folosit pentru a fora intervale de sondă de 17 ½ ", 12 ¼", 8 ½ ", si de dimensiuni mai mici cu condiția să nu existe argile reactive. Dacă nu sunt temeri cu privire la existența de prea multă argilă reactivă – acest sistem are o toleranță ridicată pentru forajul în solide, deoarece în acest sistem nu se foloseste bentonită. Polimerii utilizaŃi sunt Polimer XC si PAC-R (normal) si PAC – SL (superlo) pentru reologie si controlul pierderii de fluid API.

d) Sistemul de fluid de foraj cu polimer KCl – Este cel mai inhibitor fluid de foraj pe bază de apă care a fost folosit pe scară largă în Marea Nordului începând cu anii 1970 si a fost, de asemenea, îmbunătățit, atunci când Shell Oil Company a identificat co-polimerul PHPA care să fie încorporat în acest sistem. KCl (clorură de potasiu) furnizează ionii de potasiu inhibitori care se potrivesc perfect între deschiderile rețelei de particule de argilă care provoacă apoi prăbusirea particulelor deoarece acestea nu se pot îmbiba cu apa liberă din fluidul de foraj care altfel ar provoca umflarea.

Actualmente companiile producătoare de fluide de foraj folosesc glicol pentru a îmbunătăŃi inhibarea precum si lubricitatea în loc de a folosi polimerul PHPA. Vedem multe aplicații pentru utilizarea PHPA deoarece este un polimer de încapsulare care oferă garanții suplimentare că particulele sunt inhibate în special atunci când sunt sparte de sapă, precum si de coliziunea particulă-particulă în suprafața inelară.

Aplicație – Pentru a fora cu succes în formațiuni de argilă moderat reactivă până la foarte reactivă, prin utilizarea de inhibitori chimici pentru a preveni umflarea argilei care poate conduce usor la un scenariu de prăjină prinsă.

e) Sistem de fluid de foraj KCL / PHPA- este o versiune extinsă a sistemului de fluid de foraj cu polimer KCl care foloseste polimer de încapsulare PHPA.Este un sistem foarte

bun si o opțiune mai ieftină decât aditivii cu glicol. În opinia mea profesională polimerul PHPA oferă mai multe avantaje, fără riscul de probleme de acumulare. Cu toate acestea, utilizarea PHPA este extrem de dependentă de existenŃa la instalația de foraj a unor amestecătoare cu viteză mare de forfecare pentru a preveni formarea de "ochi de peste" (lenticule) din cauza echipamentelor necorespunzătoare de amestecare a fluidului.

Aplicație- Are aceleasi aplicații ca si sistemul cu polimer de KCl în funcție de nivelul de reactivitate al formației în care se forează. Dacă avem dovezi că putem fora fără a recurge la PHPA atunci putem alege să utilizăm sistemul de fluid de foraj cu polimer KCL. KCL asigură de fapt nivele de inhibare suficiente si este ieftin. Este de asemenea coroziv pentru prăjinile de foraj si componentele pompelor, precum si pentru instrumentele de foraj chiar si atunci când se utilizează agenți de formare de pelicule si inhibitori de coroziune mai ales dacă oțelul este expus la fluidul de foraj pentru perioade de timp îndelungate.

f) Sistemul de fluid de foraj cu KCl glicol – Este o versiune mai recentă, extinsă, a versiunii din 1990 a sistemului de fluid de foraj cu polimer KCl care utilizează glicol pentru a ajuta la inhibare precum si la cresterea nivelului de fluiditate pentru a face mai usoară extragerea garniturii din gaură. Utilizarea glicolului este limitată la 3% din volumul de fluid pentru că dacă adăugaŃi mai mult riscați crearea unui efect de depunere de particule solide de foraj legate împreună datorită utilizării în exces a glicolului si atunci când se întâmplă acest lucru solidele de foraj se vor lipi de garnitură, datorită interacțiunilor particulă-particulă.

Aplicație – KCL glicol poate fi utilizat atunci când vă confruntaŃi cu tragere la manevră- atunci când încercați să retrageți garnitura din gaură. Adăugarea de glicol va ajuta la inhibare suplimentară si asigurarea unui bun nivel de lubrifiere, care va ajuta la tragerea cu mai mare usurință a garniturii din gaură. KCL glicol nu a fost conceput pentru a înlocui KCL / PHPA, ci a fost conceput ca o alternativă la utilizarea SBM pentru zonele sensibile ecologic.

g) Sisteme de fluid de foraj saturat cu sare – este special conceput pentru forajul prin intervale mari sau prin formațiuni de sare.

În cazul în care sarea din formațiune ar fi lăsată să intre în soluție, atunci formațiunea de sare rămasă sub zona de contact s-ar prăbusi atunci când apa vine în contact cu sarea.

Aplicație – Clorura de sodiu este folosită pentru a satura fluidul de foraj, astfel încât să aveți un fluid de foraj stabil, de exemplu pentru forarea intervalelor mari de sare sau pentru foraj în domuri de sare. Acest sistem se bazează pe un sistem de fluid de foraj cu polimer cu solide mici, ne-dispersate care utilizează celuloză polianionică de clasă premium (PAC), care este destinată să lucreze cu un nivel ridicat de sare sau ioni de calciu pentru a vă permite să aveți bune proprietăți reologice ale fluidului de foraj. Se foloseste de asemenea gumă de xantan. În industrie, toate produsele sunt generice totusi companiile producătoare de fluide de foraj aleg diferite nume de marcă pentru produsele lor, astfel că este important să se stie dacă produsele oferite sunt de calitate tehnică sau premium.

h) Sistem de fluid de foraj Ghips / Polimer – este o alternativă potrivită pentru forajul în formațiuni de argile cu nivele moderate de sensibilitate la apă. Avantajul va fi că se obțin destui ioni de calciu din ghips pentru a oferi un nivel destul de bun de inhibare si este un sistem ne-coroziv, deoarece nu se foloseste sare. Sistemul ar trebui să fie pregătit folosind o gumă xantan de calitate tehnică (polimer XC) si produse PAC de calitate tehnică, iar compania producătoare de fluide poate furniza produse echivalente cu marca lor comercială.

Aplicație – Limita tehnică a acestui sistem este că nu poate fi utilizat pentru a fora în formațiuni de sisturi argiloase foarte reactive. FormaŃiuni de argile moderat reactive da , dar formațiuni foarte reactive -NU.

Moderat reactiv înseamnă valoarea conținutului de argilă echivalent sau MBI până la 40 kg/m3, deci, dacă se știe că formațiunea are un conținut de argilă mult mai mare de 40 kg/m3, atunci se folosește una din opțiunile de KCL polimer, deoarece ionii de potasiu oferă niveluri mult mai ridicate de inhibare atunci când foraŃi secŃiuni mari de sisturi foarte reactive.

Sistemul cu ghips polimer poate fi utilizat în toate intervalele de gaură, cu condiția să nu existe secțiuni mari de sisturi argiloase foarte reactive, altfel nefiind limitat de diametrul găurii.

i) SBM – fluide fără motorină, pe bază de parafină ultra pură. Acest sistem a evoluat enorm de când fluidele de foraj pe bază de motorină au fost utilizate pe scară largă în Marea Nordului, UK si în Norvegia în timpul anilor 1970. Schimbări evolutive au fost impuse de HSE, în scopul de a ajunge la un fluid pe bază de ulei cu toxicitate redusă/ slab aromatic care are un impact minim asupra mediului si sănătății.

Aplicație – Aplicația principală pentru utilizarea SBM este la sonde noastre cele mai adânci, peste 2500m unde există un lung istoric de situații de garnitură prinsă din cauza problemelor de stabilitate a sondei.

SBM reduce de asemenea riscul de blocare cu apă a canalelor porilor sensibili din zăcământ astfel încât poate fi un fluid de foraj excelent pentru intervalul zăcământului ceea ce poate duce la niveluri de producție mai ridicate, datorită lipsei efectelor dăunătoare asupra formațiunii productive.