Geologia Structurii

Cuprins

Capitolul I. Geologia structurii………………

1.1 Situare geografică

1.2 Stratigrafia si tectonica

1.3 Dificultăți în foraj

1.4 Variația gradienților presiunii din pori și a presiunii de fisurare în funcție de adâncime

Capitolul II. Programul de construcție al sondei………………….

2.1 Stabilirea numărului de coloane și adancimile lor de fixare

2.2 Calculul diametrelor coloanelor de tubare

2.3 Rolul coloanelor de tubare

Capitolul III. Fluide de foraj………………………

3.1 Tipuri de fluide de foraj

3.2 Proprietățile fluidelor de foraj

3.3 Calculul volumelor de noroi și a cantităților de materiale

Capitolul IV. Tubarea coloanelor……………..

4.1 Stabilirea profilului coloanei de ancoraj

4.2 Stabilirea profilului coloanei intermediare

4.3 Stabilirea profilului coloanei de exploatare

Capitolul V. Cimentarea coloanelor……………….

5.1 Cimentarea coloanei de ancoraj

5.2 Cimentarea coloanei intermediare

5.3 Cimentarea coloanei de exploatare în regim turbulent

Capitulul VI. Proiectarea parametrilor regimului de foraj………………..

6.1 Proiectarea parametrilor mecanici

6.2 Proiectarea parametrilor hidraulici

Capitolul VII. Concluzii……………………

Bibliografie…………….

Capitolul I

Geologia structurii

1.1 Situare geografica

Structura Bustuchin este localizată la 50 km ESE de orașul Târgu Jiu,pe flancul de vest al Bazinului Getic și o parte majoră a aliniamentului structural Bălteni – Țicleni – Bustuchin – Socu,orientat SV – NE.

Investigațiile geologice prin foraj începute în anul 1958 au evidențiat acumulări de hidrocarburi ale sondelor 22,24 și 25,chiar mai multe(188 de sonde forate/172 sonde de producție), au dovedit depozite de hidrocarburi în Burdigalian (complexele de la 1-8),Helvețian(12 complexe),Sarmațian(4 complexe) și Meoțian(acumulări locale de gaze fără importanța economică).

Deși structura se află în stadiul avansat de exploatare,exista zone mai puțin drenate în prezent în blocuri de producție, ,dar și zone neexploatate,și de aceea este profitabilă continuarea operațiunii de exploatare,inclusiv forarea de noi sonde.

Pentru a determina starea geologica pentru sonda X Bustuchin s-a decis să se folosească informații de la urmatorul set de sonde: sonda 879 Bustuchin,sonda 1002 Bustuchin,sonda 1003 Bustuchin și sonda 1004 Bustuchin.

Stratigrafia si tectonica

Forajul realizat până acum pe structura Bustuchin a evidențiat depozite ce apartin Pliocenului(pe intreaga structura),Miocen(Sarmațian,Helvețian si Burdigalian) si Oligocen.Sonda X va traversa această succesiune alcatuită din complexul He VII,ce aparține de două cicluri de sedimentare:Burdigalian – Sarmațian si Palegoenul Inferior.Urmatoarea operațiune va fi stabilirea lito-stratigrafiei și ale caracteristicilor structurale,fiecare structură fiind analizată cu scopul începerii operației de foraj.

-Cuaternarul-Romanian-Dacian(0-551 m TVD),începe cu depozite aluvionare,Cuaternarul,și in continuare forajul va traversa nisipuri și pietrișuri cu intercalații argiloase din marnele vechi ale Romanianului.În mediul până la Dacianul Inferior se dezvoltă în mod predominat faciesiuri nisipoase cu intercalații de marne,roci argiloase calcaroase,cărbune și,mai rar, calcare argiloase.

-Ponțian(551-803 mTVD) include o suită predominantă de pelite și cu rare intercalații fine de nisip.

-Meoțian(803-1152 m TVD) ,sedimentat ușor transgresiv peste sedimentele din Sarmațian este în general dezvoltat in faciesuri de marne argiloase,cu intercalații fine de nisipuri și gresii,uneori lenticulare,cu grosimi variabile .

Înclinarea stratelor din Pliocen nu depășesc 20-40.

-Sarmațian(1152-1848 m TVD),fiind depozitate pe depineri discordante și transgresive din Helvețian și divizate,bazate pe litologie,în 4 complexe sedimentare ,numerotate de la V- VIII,de la vârf spre bază.

La vârful depunerilor din Sarmațian se va deschide complexul Sa V,dezvoltat in faciesuri de gresii argiloase cu intercalații fine de șisturi nisipoase,gresii si șisturi calcaroase(1152-1310 m TVD).În continuare,până la adancimea de aproximativ 1560m TVD vor fi traversate Sa VI și Sa VII,dezvoltate predominant din faciesuri marnoase cu intercalații de nisipuri separate de Sa VIII,care apar sub forma unor pachete aspre si groase de nisip cu intercalații fine de marne nisipoase.

-Helevețian(1848-2900 m TVD),principalul obiectiv de interes economic al sondei proiectate ,sedimentat discordant peste Burdigalian in forma unor depuneri ce sunt caracterizate de variatii litologice atât orizontale cat și verticale.

Dificultăți în foraj

Desfășurarea normală a procesului de foraj poate fiu întreruptă din cauya unor dificultăți sau accidente în timpul forajului propriu-zis,tubării sau cimentării coloanelor,precum și în timpul efectuării unor operațiuni speciale.

Dificultățile de foraj se pot produce izolat,fie asociate când sunt cauzate una de către alta,în care caz situația îmbracă un aspect mult mai grav.Ele sunt fenomene produse în gaura de sondăcare îngreuiază,prelungesc sau scumpesc lucrările de execuție a acesteia,fiind de natură geologică sau geologo-tehnică si sunt determinate de caracteristicile fizico-chimice ale unor formațiuni si ale fluidelor din porii rocilor.De cele mai multe ori,lucrul poate continua,dar cu viteze mai scăzute,datorită precauțiilor sau restricțiilor tehnologice,precum și a unor operații de corectare a pereților,circulații și manevre suplimentare,prepararea și condiționarea fluidului de foraj,cimentări etc.

În categoria dificultăților de foraj trebuie incluse:

-instabilitatea pereților găurii de sondă;

-manșonarea sapei și a garniturii de foraj;

-devieri nedorite,găuri de cheie;

-pierderi de circulație;

-manifestări eruptive.

Pentru rezolvarea accidentelor tehnice este necesară întocmirea unui plan de lucru care,în cazurile grele,să fie justificat de un calcul economic.De asemenea se impune o supraveghere competentă și susținută a execuției lucrărilor de instrumentație respective.

De la informațiile obținute de la sondele săpate anterior pe structură, se estimează posibilitatea întâmpinării urmatoarelor dificultăți in foraj:

Instabilitatea mecanică a pereților de sondă și posibile pierderi de fluid în Dacian si Ponțian;

Corectări repetate, țineri pe gaură și prinderi de sape în Helvețian si Sarmațian;

Deformări ale găurii de sondă ca urmare a interacțiunii fizico-chimice dintre fluidele de foraj și conținutul mineralogic al argilelor, în special in Sarmațian si Meoțian ;

Posibile pierderi de fluid în Helvețian și Sarmațian.

Dintre dificultățile menționate mai sus, corectările repetate ale găurii de sondă și tinerile pe gaură însoțite de tendințe de prindere a garniturii se intâlnesc pregnant la majoritatea sondelor săpate pe structură.Toate aceste dificultăți duc la creșterea duratei de realizare a sondei.

Reducerea duratei de realizare a forajului sondei este un factor important pentru finalizarea acestuia fără complicații sau accidente.

Pentru atenuarea implicațiilor și dificultăților de foraj menționate se recomandă utilizarea sapelor performante, care să conducă pe cât posibil la evitarea pauzelor de circulatie.

Apariția pierderilor de fluid poate fi evitată prin menținerea densității fluidului la valorile reduse recomandate și tratarea acestora cu materiale de blocare. Regimul de foraj va fi moderat la traversarea formațiunilor cu posibile pierderi de fluid.

În cazul apariției unor pierderi masive de fluid in formațiunea productivă se va trata fluidul de foraj cu materiale de podire (carbonat de calciu).

Traversarea zonelor cu posibile acumulări de gaze se va face cu circulatii intermediare pentru eliminarea acestora din fluid, utilizarea unor debite și viteze mecanice reduse și urmarirea atenta a comportarii puțului la extragerea garniturii de foraj pentru evitarea fenomenului de pistonare.

Analiza și determinarea exactă a dificultăților de foraj aparute, a cauzelor producerii lor și a măsurilor necesare rezolvării acestora se va putea face exact numai în timpul derulării lucrărilor de săpare.

1.4 Variația gradienților de presiune și a gradienților de fisurare

Analiza și interpretarea informațiilor obținute de la sondele forate până la momentul actual pe structura Bustuchin (date geologice,investigații geofizice,date de producție si teste de măsurare a presiunii și temperaturii și date obținute în timpul forajului),în mod special acelea ale sondelor ,a permis evaluarea corelărilor și a reprezentărilor grafice ale gradienților de presiune și ale gradienților de fisurare a rocilor în funcție de adâncime,secvență lito-stratigrafică estimată spre a fi traversat de sonda X Bustuchin.

CAPITOLUL 2

Constructia sondei

Calculul diametrelor coloanelor și a diametrelor se face conform programului de construcție al sondei stabilit. Se impune o coloana de exploatare de 7 in.

Numărul de coloane ales: 3

Coloana de suprafață (0-600 m):

asigură stabilitatea găurii de sondă în dreptul formațiunilor slab consolidate (nisipuri, pietrișuri);

protejează sursele subterane de apă potabilă, împiedicând contaminarea lor cu noroi, apă sărată, petrol sau alte substanțe chimice;

constituie suportul (ancorajul) instalației de prevenire a erupțiilor;

împiedică pătrunderea gazelor provenite de la adâncimi mari în straturile permeabile și cu presiune mică de la suprafață;

prin sistemul de suspendare din capul de sondă, transmite rocilor din jur sarcinile axiale din coloanele următoare, greutatea tubingului și a echipamentului de suprafață.

Pentru a îndeplinii toate funcțiile enumerate mai sus, coloana de suprafață se cimentează pe toată lungimea, până „la zi”.

Coloana intermediară (0-2519 m)

Dacă între șiul coloanei de suprafață și adâncimea de tubare a coloanei de exploatare sunt traversate formațiuni care îngreunează ori chiar împiedică forajul, se tubează una sau mai multe coloane intermediare (între cele două obligatorii anterioare). Sunt numite uneori coloane de protecție sau de foraj.Asemenea se introduc pentru a izola straturi în care se pierde noroiul de foraj, straturi cu presiune ridicată, masive de sare, roci argiloase instabile, evitându-se anumite dificultăți la continuarea forajului sub aceste zone. Coloanele intermediare se tubează și din motive de siguranță – când intervalul deschis este prea mare, când coloana precedentă este uzată – sau din motive economice.

Coloana de exploatare (0-2900 m) se tubează până la baza ultimului orizont productiv sau presupus productiv și face posibilă extracția petrolului sau gazelor, prin interiorul tubingului, în condiții de siguranță. Tubingul poate fi extras, reparat sau înlocuit ori de câte ori este nevoie și permite să se efectueze diferite operații în interiorul coloanei de exploatare (înlocuiri de fluide, cimentări, stimulări, curățări de nisip etc.).

Coloana de exploatare izolează și unele formațiuni instabile ori în care se produc pierderi de circulație, rămase deschise sub șiul coloanei precedente.

La alcătuire succesiunii sape-coloane sunt urmărite doua condiții:

-Prima impune ca in exteriorul coloanelor de burlane să existe un joc suficient de mare pentru introducerea lor fără dificultăți si pentru realizarea unei cimentări eficiente in spațiul inelar (fig 2.1.). Mărimea acestui joc este determinată de rigiditatea burlanelor, tipul îmbinării, prezența unor dispozitive cum ar fi centrori și scarificatori, lungimea și rectilinitatea intervalului deschis sub șiul coloanei precedente, existența unor zone ce pot prezenta dificultăți la tubare (strângeri ori surpări ale pereților găurii de sonda, pierderi de circulație), viteza de introducere.

– A doua condiție impune ca sapa destinata săpării următorului tronson de sonda să treacă de șiul coloanei precedente (fig.2.2.)

Dacă se impune jocul radial jr in dreptul mufelor diametrul sapei va fi (conform fig.2.1.):

Ds=Dm+2jr (1)

Jocurile uzuale variază intre 10 si 70 mm. Ele cresc cu diametrul coloanelor si cu lungimea intervalului deschis.

Alegerea jocului radial:

Semnificațiile notațiilor din figura alăturată sunt următoarele:

Fig.2.1.

Dm –diametrul peste mufă.

D –diametrul exterior al coloanei

Ds –diametrul sapei

Jr -jocul radial[10;70]mm

Rația de tubare se definește ca:

Ea variează în limite mai restrânse: 0,05-0,10.

Dacă se impune rația R, se determină diametrul sapei Ds.

Fig.2.2.

Conform figurii 2.2 avem următoarele relații:

D=Di+2t (2)

Di=Ds+2a (3)

unde notațiile din relațiile precedente și din figura alăturata sunt următoarele:

D– diametrul exterior al coloanei de burlane

Di– diametrul interior al coloanei de burlane

t–grosimea de perete al coloanei de burlane

a–un joc ce ia in considerare tolerante de la grosimea și diametrul nominal, precum și ovalitatea burlanelor; se admite a=2–5 mm.

2.1 Calculul coloanei de exploatare

Pentru coloana de exploatare se cunoaște diametrul exterior al coloanei:

=7 in =177.8 mm

Din catalog se adopta diametrul mufei, normală, Buttress:

Dme=194.5 mm

Se adopta un joc radial jr=10 mm.

Diametrul sapei se calculează astfel (conform relației 1):

Dse=194.5+2·10=214.5 mm

Din catalog se alege: Dse,catalog=215.9 mm (8 1/2in)

Re= = = 0.05 e [0.05;0.1] -> sapa a fost bine aleasa.

2.2 Calculul coloanei intermediare

Dii=Dse,catalog+2·4=215.9+2·4=223.9 mm

Din catalog se alege Di=244.5 mm=9 5/8in

Dmi=269.9 mm

Dsi=269.9 + 2·20=301.9 mm

Din catalog se alege Dsi,catalog=311.2 mm(12 1/4 in)

Re= = = 0.066 e [0.05;0.1] -> sapa a fost bine aleasă.

2.3 Calculul coloanei de suprafața(ancoraj)

Dia=Dsi,catalog+2·4=311.2+8=319.2 mm

Din catalog se alege:Da,catalog=339.7 mm(13 3/8 in)

Dma=365.1 mm

Dsa=365.1+2·30=395.1 mm

Din catalog se alege :Dsa,catatalog=444.5mm(17 1/2 in)

Re= = = 0.089 e [0.05;0.1] -> sapa a fost bine aleasa.

Capitolul III

Fluide de foraj

Fluidului de foraj i se atribuie, în prezent, următoarele roluri principale:

Hidrodinamic.

După ieșirea din duzele sapei, fluidul curăță particulele de rocă dislocată de pe talpa sondei și le transportă la suprafață, unde sunt îndepărtate.

Hidrostatic

Prin contrapresiunea creată asupra pereților, el împiedică surparea rocilor slab consolidate și pătrunderea nedorită în sondă a fluidelor din formațiunile traversate.

De colmatare

Datorită diferenței de presiune sondă-straturi, în dreptul rocilor permeabile se depune prin filtrare o turtă din particule solide, care consolidează pietrișurile, nisipurile și alte roci slab cimentate sau fisurate. Totodată, turta de colmatare reduce frecările dintre garnitura de foraj sau coloana de burlane și rocile din pereți, diminuează uzura prăjinilor și a racordurilor.

De răcire și lubrifiere

Fluidul de circulație răcește și lubrifiază elementele active ale elementului de dislocare, prăjinile, lagărele sapelor cu role și lagărele motoarelor de fund.

Motrice

Când se forează cu motoare de fund, hidraulice sau pneumatice, fluidul de foraj constituie agentul de transmitere a energiei de la suprafață la motorul aflat deasupra sapei.

Informativ

Urmărind fluidul de circulație la ieșirea din sondă și detritusul adus la suprafață, se obțin informații asupra rocilor interceptate și asupra fluidelor din porii lor.

În anumite situații, fluidul de foraj poate îndeplinii și alte atribuții: plasarea pastei de ciment în spațiul ce urmează să fie cimentat, antrenarea unor scule de instrumentație, degajarea garniturilor de foraj prinse, asigurarea presiunii necesare între coloana de exploatare și tubingul suspendat în packer, omorârea sondei.

Fluidul de foraj trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

fluidul ales nu trebuie să afecteze, fizic sau chimic, rocile traversate;

să-și păstreze proprietățile, în limite acceptabile, la contaminare;

să-și mențină însușirile tehnologice la temperaturile și presiunile ridicate ce vor fi întâlnite în sonde și la variațiile lor din circuit;

să permită investigarea geofizică a rocilor și fluidelor conținute în porii lor;

să prevină coroziunea și eroziunea echipamentului de sondă;

să mențină în suspensie particulele de rocă neevacuate, în timpul întreruperilor de circulație;

să conserve permeabilitatea straturilor productive deschise;

să nu fie toxic sau inflamabil și să nu polueze mediul înconjurător și apele freatice;

să fie ușor de preparat, manipulat, întreținut și curățat de gaze sau detritus;

să permită sau chiar să favorizeze obținerea de viteze de avansare a sapei cât mai mari;

să fie ieftin, să nu reclame aditivi deficitari și greu de procurat, iar pomparea lui să aibă loc cu cheltuieli minime.

Este nerealist să se încerce prepararea unui fluid care să răspundă la toate aceste condiții și atribuții. Pentru o anumită situație concretă se alege fluidul cel mai convenabil.

Fluidele de foraj dispersate au la bază sistemul dispersat apă-argilă. Constituite din materiale ieftine și ușor de procurat, ele posedă practic toate însușirile necesare forajului. De aceea, sunt cele mai răspândite fluide de circulație.

Ele sunt preparate la suprafață din argile bentonitice, uneori activate, cu bune proprietăți coloidale, dar înglobează și particule argiloase sau inerte din rocile traversate. Prin urmare, aceste fluide, nu sunt doar dispersate, ci și dispersive.

3.1.Tipuri de fluide

Pentru fluidele din pori

3.2. Proprietățile fluidelor de foraj

Compoziția, calitățile sau carențele unui fluid de foraj sunt definite printr-o serie de proprietăți, unele dintre ele comune tuturor tipurilor de fluide, altele specifice numai anumitor categorii. O parte (densitatea, conținutul de gaze, rezistivitatea ș.a.) se măsoară și se înregistrează la sondă și în mod continuu; celelalte sunt măsurate numai intermitent, la sondă ori în laborator.

Proprietatile reologice ale fluidelor de foraj

Pentru primul interval 2519 – 2900 m

– vascozitatea plastica.

– tensiunea dinamica de forfecare.

Pentru intervalul 600 – 2519 m

– vascozitatea plastica.

– tensiunea dinamica de forfecare.

Pentru intervalul 0 – 600 m

– vascozitatea plastica.

– tensiunea dinamica de forfecare.

3.3 Calculul volumelor de noroi si a cantitatilor de materiale

A.Pentru coloana de ancoraj

Cantități de materiale

B.Pentru coloana intermediară

Calculul volumului de fluid

Cantități de materiale

C.Pentru coloana de exploatare

Calculul volumului de fluid

Se foreaza cu același noroi folosit pentru realizarea coloanei intermediare.

Capitolul IV

Dimensionarea coloanelor de tubare

Calculul de rezistența al coloanlor

La spargere, pentru dimensionarea coloanelor de suprafață și a celor intermediare se consideră, ca fiind cea mai severă, situația când sonda este închisă și plină cu gaze. Diferența de presiune interioară la o adâncime oarecare H, de-a lungul coloanei:

,unde:

pp este presiunea fluidelor din porii stratului care manifestă, aflat la adâncimea Hs;

  densitatea medie a gazelor;

  densitatea fluidului din spatele coloanei.

Dacă formațiunile de la șiul coloanei nu suportă presiunea creată într-o asemenea situație, se limitează presiunea de la șiu la cea de fisurare a rocilor . În acest caz,se utilizează următoarea formulă:

.

Presiunile de la suprafața pot fi exagerat de mari. În asemenea situație, se limitează presiunea de calcul de la suprafață la cea de lucru , urmând ca operatorul să scurgă presiunea când valoarea acesteia se apropie de cea maximă admisă. Sonda se poate considera plină cu noroi la suprafață și cu gaze la partea inferioară. Înălțimea coloanei de noroi din sondă se determină din condiția ca presiunea la șiu să nu depășească presiunea de fisurare, iar cea din dreptul stratului cu gaze să nu fie mai mare decât presiunea acestuia. Aceasta înseamnă:

.

Din prima egalitate, înălțimea coloanei de noroi:

,

iar din a doua,

.

Pentru coloana de exploatare, dacă tubingul este liber, se consideră sonda închisă și plină cu gaze, când produce gaze ori când acestea ies din soluție. Dacă tubingul este fixat în packer, între el și coloană se află un lichid cu densitatea apropiată de cea a noroiului din spatele coloanei, pentru a reduce solicitarea coloanei la presiune exterioară. Este posibil însă ca tubingul să aibă scăpări pe la partea superioară și presiunea la capul coloanei să devină egală cu cea din tubing, cu valoarea maximă când sonda este închisă. La șiul coloanei, presiunea interioară va fi egală cu cea de la suprafață plus cea creată de fluidul de packer. Valoarea acestei presiuni poate fi exagerat de mare, de aceea la capul coloanei se montează o valvă de siguranță care limitează presiunea.

Pentru dimensionarea la spargere, în toate situațiile se consideră în spatele coloanelor, acoperitor, apă mineralizată.

Epurele diferenței de presiune interioară:

a  sonda plină cu gaze; b  fisurarea formațiunilor de la șiul coloanei;

c  sondă echipată cu packer cu presiunea la coloană limitată

La orice adâncime trebuie îndeplinită condiția:

,unde reprezintă presiunea interioară admisibilă a burlanelor utilizate; cu  presiunea de spargere și  coeficientul de siguranță la spargere.

În interiorul coloanelor de suprafață și al celor intermediare trebuie avute în vedere golirile maxime posibile, în zona respectivă. La introducere, de regulă, coloanele se umplu permanent. Uneori, însă, pentru a reduce sarcina la partea inferioară a coloanei, aceasta se menține parțial goală spre sfârșitul tubării; se folosește în acest mod efectul de flotabilitate. Procedeul este rar folosit.

Figura prezintă epurele diferenței de presiune la golirea totală și la golirea parțială a unei coloane. S-a notat cu   densitatea noroiului din spatele coloanei și cu densitatea noroiului din interior în momentul golirii maxime.

La orice adâncime trebuie îndeplinită condiția

,unde constituie presiunea exterioară admisibilă a burlanelor; cu presiunea de turtire și coeficientul de siguranță la turtire.

Pentru dimensionarea la tracțiune se ia în considerare doar greutatea proprie a burlanelor la sfârșitul tubării. Adeseori se ia, acoperitor, greutatea coloanei în aer.

În orice secțiune transversală de-a lungul coloanei de burlane trebuie îndeplinită condiția

,

unde este greutatea burlanelor aflate sub secțiunea respectivă, iar este forța de tracțiune admisibilă a burlanelor aflate la adâncimea de calcul; forța se determină împărțind forța de rezistență a îmbinării (mai rar a corpului) la coeficientul de siguranță impus ctr.

4.1.Dimensionarea coloanei de ancoraj

Coloanele de ancoraj adancimea de fixare a coloanei de ancoraj este de 600 m .

Funcțiile principale ale acestei coloane sunt:

consolidează gaura de sonda în zonele de suprafață

constituie un suport pentru instalațiile de prevenire a erupțiilor

constituie un suport pentru coloanele urmatoare

Date de proiectare:

– densitatea noroiului folosit pentru săparea coloanei de ancoraj:

ρn.a=1150 kg/m3;

– densitatea noroiului folosit pentru săparea coloanei intermediare :

ρn.i=1220 kg/m3;

-densitatea echivalentă de fisurare:

ρech.fis.a=1350 kg/m3;

– densitatea masei de gaze:

ρm.g=250 kg/m3;

– densitatea apei mineralizate:

ρa.m=1070 kg/m3;

-adâncimea coloanei de ancoraj:

Ha=600 m;

-adâncimea coloanei intermediare :

Hi=2519 m;

Dimensionare la presiune interioară

– presiunea fluidelor din pori la adâncimea maximă:

pp= ρn.i·g·Hi·10-5=1220∙9.81∙2519∙10 -5=301.47 bar;

– presiunea de fisurarea a formațiunilor la șiul coloanei cu o siguranță echivalenta de 100 kg/m3:

pfis= (ρech.fis.a+100)·g·Ha·10-5=1450∙9.81∙600∙10-5=85.34 bar;

-diferența de presiune interioară la șiul coloanei:

dp= pfis -ρa.m·g·Ha·10-5=85.34-1070∙9.81∙600∙10-5=22.35 bar;

– presiunea în coloană la suprafață:

pc= pfis-ρm.g·g·Ha·10-5=85.34-250∙9.81∙600∙10-5= 70.62 bar;

Coloana de 133/8 va fi alcătuită din burlane din oțel J-55 cu grosimea 9.65 mm cu presiunea de spargere 188 bar.

Dimensionare la presiunea exterioară

– diferența de presiune la șiu:

dp.siu= ρn.a·g·Ha·10-5=1150∙9.81∙600∙10-5= 67.68 bar;

– in concluzie dp.siu>dp ceea ce înseamnă că se impune o adâncime de golire maximă pentru rezistența la solicitarea de presiune exterioară;

Hgolire.max= dp·g-1· ρn.i-1·105=565.5 m.

Burlanele alese, de 9.65 mm, J-55, au presiunea exterioara admisibila pea=78 bar,mai mare de 67.68 bar.

Greutatea coloanei în aer este dată de relația :

G=q1·g·H1

G= 81.1·9,81·600 = 477354.6 N ~ 477.35 kN

Valoarea este mai mică decat cea admisibilă: 1306 kN.

Dacă se consideră coloana scufundata în noroi, forța de tracțiune maximă la suprafața se determină cu relația :

În prezența acesteia, presiunea exterioară admisibilă, cu Rc=Rp0,2=379 N/mm2 se calculează cu formula:

în care: pea reprezintă presiunea exterioara admisibilă;

Ab – aria secțiunii transversale a burlanelor;

Rc – limita de curgere a materialului.

Ab=π∙t(D-t)

pcor=73.46·105 Pa=73.46 bar

Această valoare este superioară diferenței de presiune exterioară dp=67.68 bar .

În concluzie, coloana de suprafața de 13 3/8 in va fi alcatuită în întregime din burlane de 9.65 mm, oțel J-55, îmbinate cu filet triunghiular rotunjit scurt.

Profil coloana ancoraj

4.2.Dimensionarea coloanei intermediare

– densitatea noroiului folosit pentru săparea coloanei intermediare:

ρn.i=1220 kg/m3;

– densitatea noroiului folosit pentru săparea coloanei de exploatare:

ρn.e=1220 kg/m3;

-densitatea echivalentă de fisurare:

ρech.fis.i.=1910 kg/m3;

– densitatea masei de gaze:

ρm.g=250 kg/m3;

– densitatea apei mineralizate:

ρa.m=1070 kg/m3;

-adâncimea coloanei de exploatare :

He=2900 m;

-adâncimea coloanei intermediare:

Hi=2519 m;

Dimensionare la presiune interioară

– presiunea fluidelor din pori la adâncimea maximă:

pp= ρn.e·g·He·10-5=1220∙9.81∙2900∙10 -5=347.07 bar;

– presiunea de fisurarea a formațiunilor de la șiul coloanei cu o siguranță echivalentă de 100 kg/m3:

pfis= (ρech.fis.i+100)·g·Hi·10-5=496.7 bar;

– presiunea gazelor la șiul coloanei când este plină cu gaze:

pgaze.siu= pp-ρg·g·(He-Hi)·10-5=347.07-250∙9.81∙(2900-2519) ∙10 -5=337.72 bar;

Dacă se consideră coloana intermediara plina cu gaze, pătrunse in sondă de la 2900 m, densitatea lor medie este de aproximativ ρmg=250 kg/m3. Se calculeaza presiunea acestor gazelor la siul coloanei intermediare:

ps=pp- ρmg∙g∙(He – Hi) ∙10-5=347.07-250∙9.81∙(2900-2519)∙10-5=337.72 bar;

-diferența de presiune interioară la șiul coloanei:

dpi.siu= ps -ρa.m·g·Hi·10-5=337.72-1070∙9.81∙2519∙10-5=73.3 bar;

– presiunea în coloană la suprafață:

pc= ps-ρm.g·g·Hi·10-5=337.72-250∙9.81∙2519∙10-5=275.94 bar

– daca se limitează presiunea maximă de la gura sondei de 210 bar, înălțimea coloanei de noroi în timpul unui aflux de gaze se determină cu condiția că presiunea la șiu să nu depășească rezistența de fisurare a rocilor:

m;

– la baza coloanei de noroi diferența de presiune interioară:

dp.i.n=210+ρech.fis.i·g·Hn·10-5-ρa.m·g·Hn·10-5

dp.i.n =210+1910·9.81·692.97·10-5-1070·9.81·692.97·10-5 = 267.1 bar;

La șiul coloanei, diferența de presiune rămâne aceeași.Epura diferenței de presiune în acest caz este reprezentată în figura de mai jos. Pe aceeași figură sunt trasate cu linii intrerupte, presiunile interioare admisibile pentru burlanele de: 8,94 mm J-55- pia=194,2 bar; 10,03 m J-55 – pia=217,8 bar; 11,05 mm N-80 – 349,1 bar. Este nevoie doar de ultimele doua grosimi, profilul necesar este desenat pe aceeasi figura.

Astfel, din relatia de mai jos rezulta lungimea tronsonului inferior, de 10,03 mm J-55:

in care: pia reprezinta presiunea interioară admisibilă a burlanelor

Lungimea celui de-al doilea tronson, cel de 11,05 mm N-80, se determină din relatia urmatoare astfel:

l2=H2 – l1

l2=2519 – 1800=719 m

Verificare la presiunea exterioară

Pentru dimensionarea la turtire, în spatele coloanei se considera noroiul din momentul tubării cu densitatea n2=1220 kg/m3. Se calculează nivelul de golire cu relația :

– se consideră înălțimea coloanei de noroi în timpul unui aflux:

Hn=357 m;

-diferența de presiune exterioară la adâncimea de golire:

dp.e.g= ρn.i·g·Hn·10-5=1220·9.81·357·10-5= 42.72 bar;

– la șiul coloanei intermediare:

dp.e.s=ρn.i·g·Hi·10-5-ρn.e·g·(Hi-Hn)·10-5

dp.e.s =1220·9.81·2519·10-5-1220·9.81·(2519-357) ·10-5= 42.72 bar;

Otel 1: J-55 cu grosime t=11.05 mm;

padm,turtire=250.2 bar;

Otel 2: J-55 cu grosime t=10.03 mm;

padm,turtire=168.8 bar;

Greutatea tronsonului inferior, de 10,03 mm J-55 se calculează cu relația:

G=l1·q1·g

G=1800·59.63·9.81=979240.3 N1052.94 kN

Valoarea calculată este mai mică decât forța admisibilă de tracțiune pentru aceste burlane, 1322 kN.

Trecerea de la compresiune la tracțiune provocată de flotabilitate, se calculează cu relația:

La capătul de sus al tronsonului inferior, de 10,03 mm J-55, forța de tractiune se calculează cu formula :

În prezența acestei forțe de tracțiune, se stabilește presiunea exterioara admisibilă a burlanelor de 10,03 mm J-55, cu Rp0,2=379 N/mm2:

pcor=134.83 bar

Această presiune admisibilă corectata este mai mare decât diferența de presiune la adancimea l2=845 m, adică Δp=1220·9,81·719=101.13·105 Pa =101,13 bar

Prin urmare nu este nevoie sa se corecteze lungimea tronsonului de 10,03 mm J-55.

Greutatea totală a celor doua tronsoane se determină conform relației :

G=l1 q1 g+ l2 q2 g

G=1800·59.53·9.81+719·64.73·9.81=1514174.18 N 1507.74 kN

Această valoare este mai mică decat forța admisibilă de tracțiune pentru burlanele de 11,05 mm N-80, 2097 kN.

În concluzie, coloana intermediară de 9 5/8 in va fi alcatuită din 1674 m burlane de 10,03 mm J-55 la partea inferioară si 845 m burlane de 11,05 mm N-80 la partea superioară.

Dimensionarea a fost determinată de solicitarea la presiune interioară.

Profil coloana intermediară

4.3.Dimensionarea coloanei de exploatare

– densitatea noroiului folosit pentru săparea coloanei de exploatare:

ρn.e=1220 kg/m3;

– densitatea masei de gaze:

ρm.g=250 kg/m3;

-densitatea oțelului:

ρo=7850 kg/m3;

– densitatea apei mineralizate:

ρa.m=1070 kg/m3;

-adâncimea coloanei de exploatare :

Ha=2900 m;

Dimensionare la presiunea interioară:

– presiunea maximă din pori se consideră egală cu presiunea coloanei de noroi:

pp= ρn.e·g·He·10-5=1220∙9.81∙2900∙10-5=347.07 bar;

– presiunea în coloană la suprafața când coloana este plină cu gaze:

pc= pp-ρm.g·g·He·10-5=347.07-250∙9.81∙2900∙10-5=275.94 bar;

-diferența de presiune la șiul coloanei considerând în exterior apă mineralizată:

dp.i.siu=( ρn.e -ρa.m)·g·He·10-5=(1220-1070)∙9.81∙2900∙10-5=42.67 bar.;

– pentru primul tronson se va folosi oțel N-80 cu grosimea t=8.05 mm și presiune admisibilă de 473 bar;

– pentru al doilea tronson se va folosi oțel J-55 cu grosimea t=8.05 mm și presiunea admisibilă pi.adm.1=301 bar;

-adâncimea de la care se poate folosi acest oțel este:

-lungimea tronsonului J-55 cu grosimea t=8.05 mm:

Li1==572.71 m

– pentru al treilea tronson se va folosi oțel J-55 cu grosimea de t=6,91 mm și presiunea admisibilă pi.adm.2=258bar;

-adâncimea de la care se poate folosi acest oțel este:

-lungimea tronsonului J-55 cu grosimea t=6.91 mm:

Li2==534.54 m

-lungimea tronsonului J-55 cu grosimea de t=6,43 mm:

Li4==2900-1107.25=1792.75 m

Dimensionare la presiunea exterioară:

– presiunea la șiul coloanei când se consideră goală iar în spatele ei coloană de noroi:

pe.siu= ρn.e·g·He·10-5=347.07 bar;

– pentru primul tronson se va folosi oțel N-80 cu grosimea t=9,19 mm și presiune admisibilă de 373 bar;

– pentru al doilea tronson se va folosi oțel N-80 cu grosimea t=8.05 mm și presiunea admisibilă pe.adm.1=264 bar;

-adâncimea de la care se poate folosi acest oțel este:

– lungimea primului tronson este:

L1.e=He-He.1=799.2 m;

– pentru al treilea tronson se va folosi oțel J-55 cu grosimea de t=8.05 mm și presiunea admisibilă pe.adm.2=225 bar;

-adâncimea de la care se poate folosi acest oțel este:

– lungimea acelui de-al doilea tronson este:

L2.e=He.1-He.2=310.34 m;

– pentru al patrulea tronson se va folosi oțel J-55 cu grosimea de t=6.91 mm și presiunea admisibilă pe.adm.3=157 bar;

-adâncimea de la care se poate folosi acest oțel este:

– lungimea celui de-al treilea tronson este:

L3.e=He.2-He.3=541.1 m;

– pentru al cincelea tronson se va folosi oțel H-40 cu grosimea de t=6.91 mm și presiunea admisibilă pe.adm.4=137 bar;

-adâncimea de la care se poate folosi acest oțel este:

– lungimea celui de-al patrulea tronson este:

L4.e=He.3-He.4=159.14 m;

– lungimea celui de-al cincilea tronson este:

L5.e=He.4=1090.19 m;

Verificare la trecerea de la compresiune la tracțiune pentru tronsonul inferior:

pe.adm=373 bar;

pe.adm.1=264 bar;

-adâncimea de trecere constituie adâncimea maximă de tubare a burlanelor din tronsonul următor:

-trecerea de la compresiune la tracțiune provocată de flotabilitate are loc la adâncimea:

H0=2814 m

– în concluzie tronsonul este solicitat la compresiune pe lungimea:

Lu=H2 – H0 =484.36 m;

Profil Coloana Exploatare

-pe tronsonul de adâncime 0-1792.75 m se va dimensiona în funcție de presiunea interioară și se va folosi oțel N-80 grosimea t=8,05 mm;

– pe tronsonul de adâncime 1792.75-2100.8 m se va dimensiona în funcție de presiunea interioară și se va folosi oțel J-55 grosimea t=8.05 mm;

– pe tronsonul adâncime 2100.8-2900 m se va dimensiona în funcție de presiunea exterioară și se va folosi oțel N-80 grosimea t=8.05 mm;

Echiparea coloanelor

Șiul (sabotul) este o bucată scurtă de burlan, cu pereți mai groși prevăzută cu o calotă semisferică din aluminiu turnat sau din ciment cu nisip, frezabile, care se înșurubează la partea inferioară a coloanei pentru a ghida coloana de burlane.

Niplul cu valve se înșurubează deasupra șiului, după unul, două sau trei burlane pentru o siguranță suplimentară împotriva revenirii pastei în coloană.

Inelul de reținere se utilizează când nu sunt folosite niple cu valvă.

Centrorii de coloană se montează pe coloana de burlane pentru centrarea ei în gaura de sondă.

Cu ajutorul lor:

Se imbunătățește gradul de dezlocuire a noroiului de pastă

Se formează un inel de ciment uniform

Curățitorii de turtă sunt montați pe coloanele de burlane pentru îndepărtarea turtei de colmatare și îmbunătățirea contactului ciment-rocă.

Turbulizatorii ajută la creearea unei curgeri turbulente in jurul lor.

Packere de coloană se folosesc pentru a preveni circulația gazelor prin spatele coloanelor.

Pregatirea operației de tubare

Tubarea unei coloane de burlane se execută după un anumit program de lucru întocmit de constructorul sondei, sau de executanții operației de tubare și aprobat de beneficiar.

Pregatirea gaurii de sondă

După ce se efectuează operațiile de carotaj, cavernometria și masurătorile de deviere, se reintroduce garnitura de foraj cu sapa și un corector, într-un marș de control și șablonare al găurii de sondă. La sonde adanci se fac chiar două, trei marșuri.

La talpa sondei se circula până ce se evacuează complet detritusul din noroi și se corectează densitatea noroiului.

Garnitura de foraj se introduce și se extrage cu viteza moderată pentru a evita fisurarea formațiunilor ori afluxul de gaze din sondă.

Pentru determinarea exacta a tălpii sondei, se remăsoară lungimea garniturii de foraj.

Pregatirea burlanelor și accesoriilor coloanei

Toate burlanele și accesoriile coloanei sunt aduse din timp la sondă și se verifcă în conformitate cu profilul coloanei.

Burlanele se probează cu apă, cu ajutorul unui agregat de cimentare.

Se identifică toate burlanele, după marcaj, ca grosime, calitate de otel și îmbinare, se măsoară lungimea lor(fărp cep) si se numerotează în ordinea introducerii în sondă. Datele respective se trec in caiet.

Curațăm cu petrol si verificăm toate filetele, se șablonează la interior toate burlanele. Ultimul burlan care va fi înșurubat trebuie ales ca lungime încat mufa burlanului precedent să nu fie in capătul de coloană acolo unde se pun bacurile de suspendare.

Se verifică dacă exista toate accesoriile necesare ca număr, dimensiuni, tip filet și funcționarea lor.

Pregatirea instalației si a sculelor de tubare

La coloane lungi și grele se verifică principalele componente ale instalației de foraj:

Sistemul de frânare al troliului si cablul de foraj

Sabotii de frânare

Sistemul de înfașurare a cablului pe rolele macaralei

Diametrul cablului

Turla de foraj

Dacă masa rotativă nu poate suporta greutatea coloanei de tubare sau diametrul burlanelor depășeste diametrul de trecere al mesei, aceasta se îndepartează și se montează un suport special pentru broasca cu pene.

Se aduc la sondă sculele de tubare și se verifică dacă ele funcționează.

Pregătesc flanșele și dispozitivele de suspendare și etanșare a coloanelor.

Scule de tubare

Pentru ridicarea și coborârea coloanelor de burlane folosim un elevator suspendat de cârligul instalației.

Pentru suspendarea coloanei, în timpul tubării, se utilizează fie un sistem de pene fixat în masa rotativă la coloane ușoare sau o broască cu pene.

Cleștii se utilizează unul pentru strâns și celălalt pentru fixarea burlanului de jos.

Burlanele se înșurubează cu o sfoară înfășurată pe corpul lor, trasă cu motorul troliului de foraj, cu cleștii se realizează doar strângerea îmbinăriilor.

Indiferent de tipul cleștiilor momentul de strângere este controlat cu ajutorul unui cilindru de presiune, un manomentru care indică presiunile create în cilindru.

Introducerea coloanei de burlane

Coloanele ușoare, formate din burlane cu mufă separate, le manevrăm cu elevoatoare care prind sub mufa și se suspendă șn masa rotativă cu pene corespunzătoare.

Coloanele mai grele le manevrăm cu elevator cu pene, care prind pe corpul burlanelor.

Tubarea începe cu introducerea în sonda a primului burlan, la care este înșurubat șiul coloanei. Capătul superior al fiecarui burlan se ridică pe podul sondei cu ajutorul macaralei.

De pe pod burlanul se ridica în turlă, apoi desfacem protectorul cepului.

Ungem filetul cu o unsoare stabilă la temperaturi și presiuni mari.

Îmbinarea se strânge cu cleștii hidraulici, până când momentul atinge o valoare admisibilă.După înșurubare coloanele se ridică încet din pene și apoi o introducem în sondă cu viteză redusă.

După primele burlane se face circulație, și verificăm dacă valvele și niplul funcționează.

În timpul introducerii coloanei, supraveghem indicatorul de greutate și ieșirea noroiului la derivație.Ieșirea noroiului la derivație se supraveghează pentru a observa o eventuală pierdere de circulație sau o posibilă manifestare a sondei.

Dificultăți și accidente în timpul tubării

Dificultățiile ce pot aparea în timpul tubării sondei sunt:

Sprijinirea coloanei pe pereții sondei

Pierderea de circulatie din cauza supra presiunilor create la introducerea coloanelor cu viteză mare

Gazeificarea noroiului de foraj.

Dacă aceste dificultăți nu sunt prevenite la timp, nu putem tuba coloana pană la adancimea dorită.

Accidente întalnite în timpul tubării sunt:

Prinderea coloanei în strate care se umflă sau lipire in dreptul stratelor permeabile

Înțepenirea coloanei în sonde cu schimbări bruște de direcție

Smulgerea coloanei de la o îmbinare

Turtirea coloanei

Înfundarea valvelor de circulație

Erupția sondei prin spațiul inelar sau chiar prin interiorul coloanei când valvele de reținere lipsesc sau au cedat.

Capitolul V

Cimentarea coloanelor

Orice operație de cimentare presupune stabilirea, adeseori prin proiectul sondei, a parametrilor acesteia: intervalul si metoda de cimentare, compoziția si proprietățile pastei, cantitățile de ciment, reactivi si adaosuri, volumul de apă pentru preparare, volumul și natura fluidului separator, volumul noroiului de refulare, regimul de pompare și durata operației, tipul si numărul agregatelor de cimentare, caracteristicile echipamentelor auxiliare necesare.

Tipul cimentului, natura si concentrația aditivilor se stabilesc în conformitate cu temperatura din sonda, litologia rocilor, prezența apelor corozive și densitatea necesară.

Proiectarea cimentarii coloanelor la sonda X Bustuchin

5.1. Cimentarea coloanei de suprafață

Pentru calculul cimentării coloanei de suprafață se cunosc urmatoarele date:

Diametrul exterior al coloanei: D=13 3/8 in=339,7 mm;

Diametrul interior al coloanei: d=316,6 mm;

Adâncimea de tubare: H=600 m;

Diametrul sapei: Ds=444,5 mm;

Înalțimea de cimentare: Hc=600 m;

Adâncimea de montare a niplului de la siu: h=20 m;

Densitatea noroiului: n=1150 kg/m3;

Densitatea cimentului: c=3150 kg/m3;

Coeficientul de cavernometrie: k1=1,20;

Coeficientul de pierderi: k2=1,05;

Coeficientul de compresibilitate al noroiului: k3=1,03;

Densitatea pastei de ciment: p=1800 kg/m3

Tipul pastei: ciment curat

Volumul de pastă de ciment se determină conform relatiei :

în care: Dg reprezintă diametrul mediu al găurii de sonda;

D – diametrul exterior al coloanei;

d – diametrul interior al burlanelor de sub inelul de reținere;

h – înalțimea inelului de reținere a adopurilor față de șiul coloanei

în care:

Prin definiție, coeficientul de cavernometrie K1= Dg2/Ds2, unde DS este diametrul sapei. Coeficientul K1 variaza in limite foarte largi, în funcție de stabilitatea rocilor din peretii sondei: 1,1…2,5. În zona deja tubată, în locul lui Dg, se ia diametrul interior al coloanei respective.

Dacă diametrul coloanei și cel al sondei nu sunt constante, volumul pastei se calculează prin însumare pe porțiuni.

Cantitățile de materiale.

După ce s-a stabilit și testat în laborator rețeta de pastă, se determină cantitățile de ciment, adaosuri, reactivi și apă necesare prepararii unui volum unitar de pastă.

Cantitatea unitară de ciment pentru simplul amestec apa-ciment va fi:

în care: c reprezintă densitatea cimentului praf;

c=3100…3200 kg/m3;

a – densitatea apei; a=1000 kg/m3;

p – densitatea pastei de ciment

Din relația urmatoare rezultă volumul unitar de apă:

Factorul apa-ciment este dat de relația :

Conform relatiei de mai jos se stabilește cantitatea totală de ciment praf:

mc=k2·Vp·qc

Volumul de apă este dat de relația:

Va= k2·Vp·va

în care: k2 reprezintă coeficientul ce ia în considerare eventualele pierderi de pastă in strate,pierderile de ciment și chiar de pastă de preparare; k2=1,00…1,10.

Volumul noroiului de refulare rezultă din formula :

Vnr=k3 ·Ai ·(H-h) în care: k3 reprezintă un coeficient ce ține seama de compresibilitatea noroiului datorită aerarii; k3=1,01…1,10

Ai – aria secțiunii transversale în interiorul coloanei;

unde: tm reprezintă grosimea medie de perete a coloanei:

tm=9.65 mm

în care aria secțiunii transversale în interiorul coloanei s-a calculat cu formula urmatoare astfel:

Vnr=1,03·0,08062·(600-20)=48.16 m3

Numarul de autocontainere APC-10 cu capacitatea 10000 kg este dat de relația:

în care: mac reprezintă capacitatea unui autocontainer

autocontainere

Numarul de agregate de cimentare:

5.2. Cimentarea coloanei intermediare

Pentru calculul cimentării coloanei intermediare se cunosc urmatoarele date:

Diametrul exterior al coloanei: D=9 5/8 in=244,5 mm;

Diametrul interior al coloanei: d=216,8 mm;

Adâncimea de tubare: H=2519 m;

Diametrul sapei: Ds=311,2 mm;

Înalțimea de cimentare: Hc=2519 m;

Adâncimea de montare a niplului de la siu: h=20 m;

Densitatea noroiului: n=1220 kg/m3;

Densitatea cimentului: c=3150 kg/m3;

Densitatea pastei de ciment: p=1850 kg/m3;

Coeficientul de cavernometrie: k1=1,20;

Coeficientul de pierderi: k2=1,05;

Coeficientul de compresibilitate al noroiului: k3=1,03;

Tipul pastei: ciment curat

Volumul de pasta de ciment se determină conform relatiei :

în care:

Cu relatia de mai jos se determină cantitatea unitara de ciment:

Volumul unitar de apă rezulta din relația :

Se calculează factorul apă-ciment:

Cantitatea totală de ciment praf este dată de relația :

mc=k2·Vp·qc

Conform relației de mai jos volumul total de apă va fi:

Va= k2·Vp·va

Volumul noroiului de refulare este dat de relația :

Vnr=k3 ·Ai ·(H-h)

Vnr=1,03·0,0393·(2519-20)=101.2 m3

în care aria secțiunii transversale în interiorul coloanei se determină cu relația :

și grosimea medie de perete cu relația :

Numărul de autocontainere APC-10 cu capacitatea 10000 kg se stabilește conform relației :

Numărul de agregate este dat de relația :

5.3 Cimentarea coloanei de exploatare

Pentru calculul cimentării coloanei de exploatare se cunosc urmatoarele date:

Diametrul exterior al coloanei: D= 7 in=177,8 mm;

Diametrul interior al coloanei: d=164 mm;

Adâncimea de tubare: H=2900 m;

Diametrul sapei: Ds=212,7 mm;

Înalțimea de cimentare: Hc=2900;

Densitatea noroiului: n=1220 kg/m3;

Vâscozitatea plastică a fluidului de foraj ηpl,n=18.26 cP;

Tensiunea dinamică de forfecare a fluidului de foraj, τo,n=6.17 N/m2 ;

Densitatea cimentului: c=3150 kg/m3;

Adâncimea de montare a niplului de la șiu: h=20 m;

Coeficientul de cavernometrie: k1=1,20;

Coeficientul de pierderi: k2=1,05;

Coeficientul de compresibilitate al noroiului: k3=1,03;

Gradientul de fisurare minim: Γfis=1,70 bar/10 m;

Adâncimea stratului: HS=2803 m

Densitatea minimă a pastei este:

p,min=1220+(100…300)=1520 kg/m3

Se va folosi o pastă normala preparată din apa si ciment, cu densitatea p=1520 kg/m3.

Vascozitatea plastică a pastei va fi:

pl,p=1.3∙pl,p =1.3∙18.26=23.73 cP=23.73·10-3 N·s/m2

Tensiunea dinamică de forfecare

0,p =1.2∙ τo,n =1.2∙6.17=7.4 N/m2;

Volumul de pastă de ciment este dat de relația:

în care:

Din relația urmatoare se determină cantitatea unitară de ciment:

Volumul de apă este dat de relația :

Conform relației de mai jos se stabilește factorul apă-ciment:

Cantitatea totală de ciment praf rezultă din relația :

mc=k2·Vp·qc

Volumul total de apă este dat de relația :

Va= k2·Vp·va

Volumul noroiului de refulare se stabilește conform relației urmatoare:

Vnr=k3 ·Ai ·(H-h)

Vnr=1,03·0,02261·(2900-20)=67.07 m3

în care aria secțiunii transversale in interiorul coloanei și grosimea medie de perete se calculează cu relațiile următoare:

Numărul de autocontainere APC-10 cu capacitatea 10000 kg este dat de relația:

Cu ajutorul relației de mai jos se stabilește numărul de agregate de cimentare ACF-700 echipate cu plungere de 100 mm si cu un randament volumic de 80%. În tabelul 5.4. sunt prezentate performantele agregatului ACF-700 la vitezele a-6-a si a-7-a.

Performantele agregatului ACF-700 la vitezele a-6-a si a-7-a Tabelul 5.4.

Volumul interior al coloanei este dat de relația :

Vi,col=Ai ·H

Debitul de pompare al noroiului se poate stabili astfel încat mișcarea pastei de ciment în spațiul inelar sa fie turbulentă. Din relația de mai jos se determina debitul real al agregatului:

Qag,real=v ·Qag

Astfel, debitul de pompare al pastei este dat de relația :

Qp=2·Qag,real

În acest caz, numărul Hedstrom pentru mișcarea pastei în spatiul inelar netubat se calculează cu relația:

În funcție de numarul Hedstrom se citește numărul Reynolds de tranzitie de la curgerea laminară la cea turbulentă:

Recrt=6000

Viteza critică se determină din relația de mai jos astfel:

Debitul de noroi va fi dat de relația :

Qn=Qcr=Aen·vcr

în care aria secțiunii transversale în spațiul inelar netubat este dată de relația :

Se admite în continuare că pasta de ciment cu volumul Vp=52 m3 se pompează cu un debit Qp=20 l/s (un singur agregat); iar noroiul de refulare cu volumul Vnr=67,07 m3 se pompează cu un debit Qnr=30 l/s (două agregate).

Viteza de curgere în interiorul coloanei pentru pastă se determina cu relația :

pentru fluidul de refulare se determină cu relația :

Viteza de curgere în exteriorul coloanei pentru pastă se determină cu relația :

pentru fluidul de refulare se determină cu relația :

Din relația de mai jos se determină aria calculată ca o medie ponderata a ariilor pe intervalul tubat și pe cel netubat:

în care aria secțiunii transversale în spațiul inelar tubat s-a calculat cu relația :

Diametrul mediu este dat de relația:

unde: Hi reprezintă adancimea de tubare a coloanei intermediare;

Di,in – diametrul interior al coloanei intermediare;

Caderile de presiune în manifoldul de refulare se determină folosind relația de mai jos astfel:

pentru pastă:

pentru fluidul de refulare:

În continuare se calculeaza Re, Bi, și pentru noroiul de refulare și pentru pasta de ciment, iar valorile obtinute se vor trece în tabelul 5.5.

Diametrul echivalent pentru curgerea fluidelor prin conducte este: dech=Di=0.1255 m

Diametrul echivalent pentru curgerea fluidelor prin spațiul inelar este:

dech=De,med – D=224 – 1778=46.2 mm=0,0462 m

noroi pastă de ciment

Die=161.7 mm De=177.8 mm Dsd=∙Ds=231.52 mm

Tabelul 5.5.Caracteristicile reologice ale fluidului de foraj si ale pastei de ciment

În cele ce urmează se vor calcula doar presiunea de pompare, la agregate și la capul de cimentare și cea din spațiul inelar în dreptul stratului fisurabil.

Momente de cimentare

Momentul A

Începutul pompării pastei de ciment.

Debitul de pompare, Qp = 0.02 m3/s;

Volumul de fluid pompat Va=0;

Caderea de presiune in manifold, pma=2.22bar

Presiunea de circulatie in sonda

Presiunea la agregat

Momentul B

Terminarea pompării pastei de ciment în coloană

Debitul de pompare, Qb = Qp =0.02 m3/s

Volumul de fluid pompat, Vb =Vp =52m3

Caderea de presiune la manifold pmb=2.22bar

Presiunea coloanelor de fluide.

La exteriorul coloanei

la interiorul coloanei∙

Decibar

Presiunea de circulație în sondă

Presiunea la agregat

Momentul C

Pasta de ciment a ajuns la pastea de jos a coloanei

Debitul de pompare Qc=Qp=0.02 m3/s

Volumul de fluid pompat Vc=Vic=67.07 m3

Caderea de presiune in manifold, pmc=4.12 bar

Presiuneacoloanelor de fluide este aceiasi ca in momentul b,

Presiunea de circulatie in sonda este aceiasi ca in momentul b,

Presiunea la agregat

Momentul D

Pasta de ciment a început să treacă în spațial inelar; începe regimul de curgere turbulent pentru pastă.

Debitul de pompare, Qd=Qn=0.03m3/s

Volumul de fluid pompat este acelasi ca in momentul c,

Vd= Vc=Vic=67.07m3

Caderea de presiune in manifold, pmd=3.44 bar

Presiunea coloanelor de fluid este aceiasi ca in momentele b si c

Presiunea de circulatie in sonda(vezi figura 16.d)

Presiunea la agregat

Momentul E

Finalul operației de cimentare în regim turbulent.

Debitul de pompare, Qe=Qn=0.0306m3/s

Volumul de fluid pompat in sonda Ve=Vp+Vn=25.3+43.43=68.8m3

Caderea de presiune la manifold, pme=3.44bar

Presiunea coloanelor de fluide,

La exteriorul coloanei

La interiorul coloanei

Deci:

Presiunea de circulatie in sonda (vezi fig.16e)

Presiunea la agregat

Durata operației de cimentare care începe odată cu prepararea și pomparea pastei de ciment este dată de relația:

Timpul de pompabilitate al pastei se calculează cu relația :

Tp,min=1,5·Tc

Tp,max=1,5·Tp,min

BIBLIOGRAFIE

1. Beca, C.: Geologia șantierelor petroliere, Editura Tehnică, București, 1955.

2. Macovei, N.: Forajul sondelor·1-Fluide de foraj și cimenturi de sondă, Editura Universității din Ploiești, 1993.

3. Macovei, N.: Forajul sondelor·2-Echipament de foraj, Editura Universității din Ploiești, 1996.

4. Macovei, N.: Forajul sondelor·3-Tubarea și cimentarea sondelor, Editura Universității din Ploiețti, 1998.

5. Macovei, N.: Tehnologia forarii sondelor, vol. III., Editura Universității din Ploiești, 1989.

6. Macovei, N.: Hidraulica forajului, Editura Tehnică, București, 1989.

7. Popescu, M.G.: Fluide de foraj și cimenturi de sondă, Editura Universității din Ploiești, 2002.

8.Pătrașcu,M.:Accidente de foraj,Editura Universității din Ploiești,2005.