Proiectarea tehnologiei de foraj dirijat la o sondă pe structura Țintei Băicoi Florești Călinești [307966]

[anonimizat]: F.E.T.H

SPECIALIZAREA: FORAJ

CURSURI DE ZI

Proiectarea tehnologiei de foraj dirijat la o [anonimizat] – Florești – Călinești

Conducător științific:

Dr. ing. Stoica Monica

Student: [anonimizat]

2017

CUPRINS

INTRODUCERE……………………………………………………………………………………………………………………..3

CAPITOL 1. ESTIMAREA RESURSELOR DE PETROL……………………………………………………….4

1.1.MODELUL GEOLOGIC. CADRUL GEOLOGIC REGIONAL…………………………………….4

1.2.GEOLOGIA STRUCTURII………………………………………………………………………………………….4

1.3.GEOLOGIA ZĂCĂMINTELOR…………………………………………………………………………………..6

1.4.FLUIDELE…………………………………………………………………………………………………………………..9

1.5.ROCA MAGAZIN………………………………………………………………………………………………………..9

CAPITOL 2…………………………………………………………………………………………………………………………..11

2.1.INTRODUCERE………………………………………………………………………………………………………..11

2.2.INFORMAȚII CU PRIVIRE LA GEOLOGIE ȘI REZERVOARE………………………………11

2.3.SINTEZA PROGRAMULUI DE CONSTRUCȚIE AL PUȚULUI………………………………..13

2.4.ROLUL COLOANELOR DE TUBARE………………………………………………………………………18

CAPITOL3……………………………………………………………………………………………………………………………22

3.1.METODE ȘI MIJLOACE DE DIRIJARE…………………………………………………………………..22

3.2.FLUIDE DE FORAJ……………………………………………………………………………………………………37

3.3.CALCULUL VOLUMELOR FLUIDELOR DE FORAJ………………………………………………43

3.4.CALCULUL CANTITĂȚILOR DE MATERIALE UTILIZATE LA PREPARAREA ȘI POMPAREA FLUIDELOR DE FORAJ…………………………………………………………………………………44

CAPITOL4. TRAIECTUL SPAȚIAL AL SONDEI………………………………………………………………..46

4.1.METODA ARCELOR DE CERC………………………………………………………………………………..46

4.2.PROIECȚIA SONDEI ÎN PLAN VERTICAL……………………………………………………………..48

4.3.PROIECȚIA SONDEI ÎN PLAN ORIZONTAL…………………………………………………………..49

CAPITOL5.TUBAREA COLOANELOR……………………………………………………………………………….50

CAPITOL6.CIMENTAREA COLOANELOR ……………………………………………………………………….51

6.1.CIMENTAREA COLOANELOR DE ANCORAJ……………………………………………………….51

6.2.CIMENTAREA COLOANELOR DE EXPLOATARE………………………………………………..55

CONCLUZII………………………………………………………………………………………………………………………….59

BIBLIOGRAFIE……………………………………………………………………………………………………………………61

Introducere

Lucrarea de față se numește Proiectarea tehnologiei de foraj dirijat la o sondă pe structura Țintei – Băicoi – Florești – Călinești și urmărește stabilirea profilului spațial al unei sonde proiectate și realizate pe această structură.

Aceasta cuprinde cinci capitole in care sunt prezentate aspecte legate de forajul sondelor dirijate și un model matematic pentru calculul profilului sondei.

Față de sondele verticale ,cele dirijate pun probleme suplimentare, precum sunt: stabilirea traseului spațial al sondelor, stabilirea mijloacelor și a tehnologiei de dirijare, stabilirea mijloacelor de control al traseului, precizarea toleranțelor față de traseele proiectate .

În primul capitol este prezentată geologia structurii Țintei – Băicoi – Florești –Călinești,care cuprinde amplasarea geografică, tectonica structurii, sondele de corelare si gradienții de presiune, fisurare și temperatura zonei.

În capitolul doi se prezintă construcția sondei, unde se prezintă programul de construcție, diametru coloanelor si sapelor si profilul coloanelor ce vor fi tubate, conform proiectării sondei.

În capitolul trei sunt prezentate metode clasice folosite la dirijarea sondei, cum sunt metode de dirijare cu pene, stabilizatori, motoare submersibile, cu conductori înclinați sau curbați, sau chiar cu ajutorul tendinței naturale de deviere datorată dispunerii straturilor.

În capitolul patru numit Traiectul spațial al sondei se urmărește prin metoda arcelor de cerc proiecția sondei în plan vertical și proiecția sondei în plan orizontal.

În capitolul cinci este prezentată tubarea coloanelor, iar în ultimul capitol, se prezintă programul de cimentare al coloanelor, respectiv calculul pentru cimentarea coloanelor de ancoraj si calculul pentru cimentarea coloanelor de exploatare.

Capitol 1.

ESTIMAREA RESURSELOR GEOLOGICE DE PETROL

1.1. MODELUL GEOLOGIC . CADRUL GEOLOGIC REGIONAL

Structura Țintea – Băicoi – Florești – Călinești este situată în Depresiunea Precarpatică, în subzona mio-pliocenă cu structuri diapire majore și face parte din aliniamentul structural Moreni – Gura Ocniței – Filipești – Florești – Băicoi – Țintea – Măgurele – Păcureți – Surani – Cărbunești, care este dezvoltat pe o direcție SV – NE.

Figura 1.1. Amplasarea geografică a structurii Țintea – Băicoi – Florești – Călinești.

1.2.GEOLOGIA STRUCTURII

1.2.1.Stratigrafia

Sondele săpate până în prezent în cadrul acestei structuri au dovedit prezența depozitelor paleogene, reprezentate prin Eocen si Oligocen; neogene, reprezentate prin Miocen (Acvitanian, Burdigalian, Helvețian, Tortonian, Sarmațian) și Pliocen (Meoțian, Ponțian, Dacian, Romanian) și Cuaternare.

Fundamentul aliniamentului structural este alcătuit din depozite eocene și oligocene, care apar la adâncimi mari în zona de nord – Câmpina, Runcu, Bușteni, la adâncimi mici în zona de vest, iar la Vârfuri și Ursei apar la suprafață.

Eocenul este reprezentat printr-un facies marno-grezos cu intercalații de gresii silicioase dure, iar Oligocenul apare în facies de Kliwa, întâlnit la sonda Băicoi, prezent în partea nordică a zonei neogene, se scufundă treptat spre sud, astfel că nici o sondă de mare adâncime nu-l mai întâlnește la sud de linia structurală Răzvad – Moreni – Călinești – Florești – Băicoi – Țintea.

Peste aceste depozite urmează cele miocene, în care se remarcă prezența:

-Acvitanianului reprezentat prin depozite lagunare și marine, mare parte din depozitele de sare din depresiune fiind de această vârstă. Sarea ajunge la suprafață sub forma unei lame groase (Țintea, Băicoi, Florești);

-Burdiganianului constituit din depozite conglomeratice de 700-800 m grosime;

-Helvețianului prezent în flancurile structurii și constituit dintr-o serie marnos – nisipos – grezoasă până la 2000 m, cu cele două orizonturi caracteristice – cel inferior, predominant nisipos – grezos cu intercalații de marne roșii, denumit orizontul roșu și cel superior, predominant marnos, cu intercalații subțiri de gipsuri, nisipuri și gresii, supranumit orizontul cenușiu;

-Tortonianului, cu depozite marine de tip molasic, constituit din orizontul tufurilor dacitice cu globigerine, în bază, orizontul breciei sării cu depozite de sare, orizontul șisturilor cu radiolari și orizontul marnelor cu spirialis, la parte superioară;

-Sarmațianului, depus pe flancurile structurii în depozitele salmastre constituite din argile și marne cu intercalații de nisipuri și gresii calcaroase, marno – calcare, argile disodiliforme.

La sfârșitul Badenianului și al Sarmațianului mediu s-au desfășurat procese tectonice importante, care au avut ca rezultat și producerea a două discordanțe stratigrafice majore.

Seria pliocenă este alcătuită din următoarele depozite:

-Meoțianul, depus transgresiv si discordant peste depozitele miocene, în grosime variabilă de la Est spre Vest. Este format dintr-o succesiune de nisipuri separate prin marne, marne nisipoase și gresii calcaroase care formează trei complexe nisipoase – Meoțian II, Meoțian Intermediar și Meoțian I, numerotate de jos în sus, distincte și corelabile pe toată zona structurală;

-Ponțianul, în grosime totală de 600-1000 m este format în general din marne, marne fin nisipoase;

-Dacianul, este reprezentat de roci psamitice, în general neconsolidate, cu un complex nisipos în bază apoi nisipuri în alternanță cu marne nisipoase sau cărbunoase și chiar cărbuni, intr-o accentuată variație de facies, cu grosimi ce variază între 400-800 m;

-Romanianul, în grosime ce variază de la 500-1500 m, este alcătuit di alternanțe de nisipuri și gresii grosiere ce trec în partea superioară la pietrișuri și conglomerate cu intercalații de marne nisipoase, argile și marne cărbunoase.

1.2.2. Tectonica

Geologic, zona se situează în sud – estul Depresiunii Precarpatice, în zona de molasă a Carpaților Orientali, pe aliniamentul cutelor diapire, printr-un diapirism de la atenuat până la revărsat.

Această zonă a fost supusă în timpul evoluției tectonice a bazinelor sedimentare, acțiunii forțelor epirogenice și diapire, care în final au dat naștere unor structuri geologice majore, cu falii longitudinale și transversale, directe sau inverse, pe traseul cărora s-a infiltrat sarea, care la rândul său a creat alte falii în drumul său spre suprafață, complicând și mai mult tectonica și făcând ca la nivele diferite, tectonica să fie diferită. Pe traseul faliilor longitudinale – de origine profundă, cu direcție aproximativă vest – est, s-a infiltrat sarea formând diapire și s-au produs procese de încălecare, ca urmare a acțiunii forțelor tectonice orizontale.

Pe structura Țintea – Băicoi – Florești – Călinești, sarea s-a infiltrat pe traseul faliei longitudinale – Falia Sării și a format un diapir care s-a revărsat la suprafață. De-a lungul acestei falii s-a produs și un proces important de încălecare.

În sectorul Țintea, la nivelul Dacianului, flancul nordic încalecă mult (cca. 550 m) peste flancul sudic, scufundat. Spre vest, până la Băicoi, sarea aflorează pe o zonă mare separând cele două flancuri, în continuare masivul de sare se scufundă sub depozitele pliocene, fiind substituit de o linie de dislocație majoră, numită Falie Majoră sau Falia Sării. Pe traseul acestei falii – pe care în prezent se mai găsesc sporadic lentile subțiri de sare – s-a produs migrarea sării și procesul de încălecare.

Înclinarea straturilor este mare în apropierea diapirului sau a faliei sării (de la 50-80° spre nord, până la răsturnarea lor, fenomen întâlnit în special la Dacian), pentru ca pe măsura depărtării de aceasta, înclinarea să devină mai mică (10-20° pe flancuri).

Depozitele sarmațiene nu au aceeași înclinare cu Meoțianul, între ele existând o importantă discordanță stratigrafică. Înclinarea straturilor se accentuează spre diapir.

1.2.3. Obiective de interes petrolier

Obiectivele de interes pe întregul aliniament structural s-au dovedit a fi Dacianul și Meoțianul și numai local, în zona Băicoi Sare, Sarmațianul. Depozitele acestor obiective cantonează zăcăminte de țiței și gaze dizolvate, iar în unele zone precum Țintea Sud (Dacian superior), Băicoi Sare – Liliești ( Meoțianul și Sarmațian – blocurile J), s-a dovedit și existența gazelor asociate sub forma capetelor primare de gaze.

1.3.GEOLOGIA ZĂCĂMINTELOR

1.3.1. Stratigrafia și litologia

Meoțianul are o grosime totală de 300-400 m și este format dintr-o succesiune de nisipuri și gresii calcaroase, separate între ele prin marne și marne nisipoase, care au fost grupate în 3 complexe distincte: Meoțian II, Meoțian intermediar și Meoțian I, care sunt corelabile și productive pe toată structura.

Complexul inferior, M II este format din 7 pachete nisipoase notate de jos în sus cu 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1: ultimele pachete 6-7 având numai dezvoltări locale și nu sunt saturate cu hidrocarburi.

Pachetul 5, se așează discordant peste Miocen, sau peste straturile 6-7, are o grosime totală de 15-20 m și este format din nisipuri și gresii calcaroase cu bobul mediu și fin, separate prin marno-argile dezvoltate lenticular.

Pachetul 4, de cca 15 m grosime, este despărțit de pachetul 5 printr-o intercalație marnoasă de până la 10 m și este format din două straturi nisipoase consolidate, separate printr-o intercalație marnoasă subțire.

Acest pachet prezintă variații mari de facies, marnele luând frecvent locul nisipurilor.

Pachetul 3, de 10-12 m grosime, este despărțit de pachetul 4 printr-o separație marnoasă de 4-5 m și este format din 2-3 straturi nisipoase subțiri separate prin marne fin nisipoase cu dezvoltare lenticulară.

Pachetele 2 și 1, separate de pachetul 3 printr-o marnă de câțiva metri grosime, nu se disting, uneori, ca grupuri separate, atunci când intercalația marnoasă subțire dintre acestea dispare. Împreună, au grosimi de cca 30 m, iar la partea superioară se află un strat de gresii dure de cca 20m grosime.

Capacul complexului M II este format de o serie marnoasă de cca 30 m grosime peste care se așează complexul intermediar.

Complexul intermediar, M int. în grosime totală de 35-40 m, este format din nisipuri și gresii medii și fine, separate prin marno-argile și marne nisipoase, prezintă mari variații de facies, atât laterale, cât și în adâncime.

Complexul superior, M I este separat de M int. printr-un pachet de marne de 15-20 m, are o grosime totală de 70-100 m, a fost divizat în 3 straturi de nisipuri grezoase – M Ic (este predominant marnos în unele zone), M Ib și M Ia, separate între ele prin marne, în general continue pe toată structura.

De la partea superioară a complexului M I și până la limita P/M sunt depuse 3 straturi de nisipuri fine sau marnoase – GI, GII, GIII, de grosimi 3-5 m fiecare, care sunt separate între ele prin marno-argile dezvoltate continuu sau în unele locuri lenticular.

Dacianul are o grosime totală care variază între cca 200 la nord și 1600 m spre sud, în funcție de secțiunea sub care este interceptat: sub sare (în partea de vest – la Băicoi Sud, blocul G), sau sub falia majoră care se substituie sării. Este constituit, în general, din nisipuri și gresii cu bobul mediu și fin, slab consolidate, cu intercalații de marne și marne nisipoase, fin micafere, argile slab nisipoase și straturi de lignit (în partea superioară), variabile ca număr și grosime.

În baza dacianului se dezvoltă un complex nisipos corelabil pe întreaga structură, cunoscut sub denumirea de Dräder (Dr), divizat pe baza unor intercalații marnoase continue în trei pachete notate de jos în sus: Dr3, Dr2, Dr1. Litologie, Dräderul este constituit din nisipuri silicioase cu granulații de la fin la mediu, neconsolidate, care frecvent curg în sonde, fenomen ce creează dificultăți în procesul de exploatare. Grosimea medie totală este de cca 80 m.

Deasupra complexului Dräder se dezvoltă un complex gros, denumit Dacian superior, care prezintă dificultăți de corelare datorită variațiilor accentuate de litofacies, ca urmare a condițiilor de depunere, care au generat o dezvoltare uneori lenticulară a nisipurilor.

Dacianul superior a fost împărțit în mai multe complexe, unele subîmpărțite în pachete, saturate cu petrol (cu excepția D8 și D12), după cum urmează:

Dacian 1 (D1) cu D1c, D1b, D1a,

Dacian 2 (D2) cu D2c, D2b, D2a,

Dacian 3 (D3)

Dacian 4 (D4) cu D4c, D4b, D4a', D4a,

Dacian 5 (D5) cu D5a, D5b,

Dacian 6 (D6)

Dacian 7 (D7) cu D7d, D7c, D7b, D7a,

Dacian 8 (D8)

Dacian 9 (D9)

Dacian 10 (D10)

Dacian 11 (D11)

Dacian 12 (D12)

Complexele saturate superioare au o arie de existență din ce în ce mai redusă în funcție de interceptarea acestora sub falia majoră (FM), foarte inclinată, de-a lungul căreia flancul nordic încalecă peste flancul sudic, scufundat. Zonele productive ale celor două flancuri ale structurii Țintea se suprapun practic, deoarece Dacianul de pe flancul nordic încalecă peste Dacianul flancului sudic.

1.3.2. Tectonica zăcămintelor

Structura Țintea – Băicoi – Florești –Călinești Sud are forma unui anticlinal faliat longitudinal, se dezvoltă pe o direcție aproximativă SV-NE-V-E și este caracterizată printr-un diapirism exagerat al sării, care a format un diapir ce s-a revărsat la suprafață.

Sarea a străpuns sedimentele sau s-a infiltrat pe falia majoră deja existentă, împărțind structura în doua flancuri, flancul nordic și flancul sudic. Primul încălecând depozitele celui de-al doilea, care este scufundat.

În drumul său spre suprafață sarea a generat o serie de falii importante cu tendințe radiale, care împreună cu faliile deja existente, au compartimentat structura în mai multe blocuri tectonice, care în unele cazuri nu permit comunicarea hidrodinamică.

În sectorul Țintea, la Dacian, flancul nordic încalecă cca 550 m peste Dacianul flancului sudic scufundat. Încălecarea se produce în special de la nivelul Ponțianului inferior în sus, în timp ce la Meoțian acest proces este atenuat. Spre vest, până la Băicoi, sarea aflorează pe o zonă mare separând cele două flancuri. În continuare, masivul de sare se întâlnește sub depozitele pliocene. Între cele două flancuri, de-a lungul liniei de dislocație majoră cu încălecare – Falia Sării – se mai întâlnesc sporadic lentile subțiri de sare.

Înclinarea straturilor este mare în apropierea diapirului de 50-80°, acolo unde acestea se sprijină pe Falia Sării, ajungând până la răsturnarea straturilor sub ciuperca sării, sau falierea acestora, ridicarea și răsturnarea lor, proces întâlnit în special în Dacian. Pe măsura depărtării de diapir, înclinarea straturilor se reduce, ajungând până la cca 10-20° pe flancuri.

Înclinarea depozitelor Meoțiene, datorită unei discordanțe unghiulare majore care s-a produs după depunerea depozitelor Sarmațianului mediu.

Pentru descifrarea tectonicii întregii structuri s-au construit 43 de secțiuni geologice, din care se constată amploarea și complicația proceselor tectonice, gradul de încălecare a flancului nordic peste cel sudic și descreșterea acestui fenomen de la Țintea către Băicoi –Florești –Călinești, producerea de noi falii pe măsura avansării sării spre suprafață începând din Ponțian către Dacian, fenomen care face parte ca tectonicile celor două formațiuni geologice importante, Meoțian și Dacian să fie parțial diferite.

De asemenea, pentru a se crea o imagine de ansamblu asupra structurii, și a se putea urmării mai bine aspectele structural-tectonice, s-au construit două hărți tectonice de ansamblu.

1.3.3. Distribuția inițială a fluidelor

Distribuția inițială a fluidelor a fost analizată ținând seama de rezultatele probelor de producție vechi și noi reprezentate izobatic, de comportarea sondelor în exploatare și aspectul diagrafiilor electrice. Pentru obținerea unor rezultate cât mai corecte s-a luat fiecare sondă din zona de contact și s-a analizat debitul net de țiței și impuritățile de la intrarea și ieșirea sondelor din producție, evoluția acestora în timp, precum și cumulativele extrase pe fiecare sondă.

1.3.4. Tipuri de zăcăminte și de capcane

Straturile de nisipuri și gresii din care sunt constituite complexele productive, prezintă mari variații de facies pe verticală și orizontală, ajungând până la marnizări locale și îndințări de facies, dar pe ansamblu ele sunt continue și corelabile.

Există și cazuri când straturile colectoare prezintă un aspect lentiliform, deoarece se efilează pe paleorelieful miocen sau se marnizează local. Ca urmare, zăcămintele de petrol din cadrul structurii sunt în general stratiforme, delimitate de ape marginale sau de limite de saturație integrală cu petrol și ecranate lateral, în zona ridicată de falii sau de diapir, și mai rar lentiliforme, unde straturile colectoare au dezvoltări locale, datorită efilărilor stratigrafice, cazul M II 5 sau al marnizărilor și îndințărilor de facies așa cum se întâlnesc la Băicoi Sare (Liliești) la D1c, D1b, D1a, D2b, D3 sau la Băicoi Nord la D1c, D1b, lentilele fiind saturate integral cu petrol sau delimitate de contacte țiței-apă.

1.4.FLUIDELE

Proprietățile fizice ale fluidelor au fost determinate pe baza analizelor de fluide (țiței, apă, gaze) în condiții standard și în condiții de zăcământ pe baza analizelor PVT.

1.4.1. Caracteristici în condiții de zăcământ

Proprietățile fizice ale fluidelor în condiții de zăcământ au fost determinate pe baza analizelor PVT efectuate în sondele Țintea Nord (la Meoțian), Liliești (la Dacian), Țintea Seninu (la Dacian).

Vâscozitatea țițeiului la presiunea de saturație variază între 1-15 cP la Meoțian și Sarmațian, respectiv între 1-100 la Dacian.

1.4.2. Caracteristici în condiții standard

Țiței

La Sarmațian și Meoțian țițeiul este de tip C, parafinos, cu densitatea de 845 (la Sarmațian) și cuprinsă între 820-840 kg/m3 (la Meoțian). Vâscozitatea în condiții standard variază între 3 și 37 cP la Meoțian și este de 10 cP la Sarmațian. Punctul de congelare al țițeiului variază între +3 și +30°C.

La Dacian țițeiul este de tip A, neparafinos, cu densitatea cuprinsă între 835-900 kg/m3, cu o vâscozitate cuprinsă între 2-190 cP și un punct de congelare de 18°C.

Gaze

Gazele se caracterizează printr-un conținut mare de fracții C2+, cuprins între 80-800 g/Stm3 și un conținut în metan în procente volumetrice relativ mic cuprins între 20-90%.

Apa de zăcământ

Apa de zăcământ este de tip clorură de calciu cu o salinitate cuprinsă între 2500-3000 kg sare/ vag la Sarmațian, de 2600 kg/vag la Meoțian și între 150-1200 kg/vag la Dacian.

1.5.ROCA MAGAZIN

1.5.1. Caracterul sedimentologic și petrografic

Formațiunile ce prezintă interes din punct de vedere al acumulărilor de hidrocarburi, sunt Sarmațian, Meoțian și Dacian.

La Sarmațian roca magazin este formată din nisipuri și gresii bine consolidate, iar pentru Meoțian acesta este constituită din nisipuri și gresii calcaroase, de la mediu la bine consolidate și, de asemenea, cu capacitate de acumulare și curgere foarte bună.

La nivelul Dacianului roca magazin este constituită din nisipuri silicioase cu bobul fin la nivelul Draderului și din nisipuri fine, friabile, cu intercalații de marne nisipoase la nivelul Dacianului Superior și se caracterizează printr-o foarte bună capacitate de înmagazinare și de curgere.

Proprietățile fizice care definesc capacitatea de înmagazinare (porozitatea și saturația în țiței) și de curgere (permeabilitatea) au fost determinate pentru fiecare obiectiv în parte pe baza rezultatelor analizelor de carote extrase de pe întregul aliniament structural Țintea – Băicoi – Florești – Călinești.

1.5.2. Porozitatea

Valorile de porozitate pentru obiectivele analizate sunt aceleași cu cele obținute în lucrările anterioare, având în vedere faptul ca nu au apărut informații suplimentare care să modifice aceste valori. Porozitatea este cuprinsă între 20% la Sarmațian, 22% la Meoțian si 28% la Dacian.

1.5.3. Permeabilitatea absolută

Prelucrarea statistică a valorilor obținute prin analiza directă pe carote, indică următoarele valori:

Sarmațian 250 mD ,

Meoțian 400 mD ,

Dacian 600 mD .

1.5.4. Saturația în apă interstițială

Valorile de saturație în apă interstițială luate în considerare în calculul resurselor geologice inițiale, nu s-au modificat față de valorile luate în calculul resurselor confirmate, întrucât nu există informații noi care să stea la baza modificării acestora.

Saturația medie în apă interstițială este de 30% la Sarmațian, 25% la Meoțian și 22% la Dacian. Aceste valori sunt corelabile cu cele de porozitate și permeabilitate estimate.

Capitol 2

2.1.INTRODUCERE

Băicoi 411 este de tip "J" bine deviat, cu un obiectiv propus (Meoțian II) TVDRT de 1655 m ( TVDSS 1350 m) și proiectarea TVDRT=1750 m (TVDSS=1446 m). Proiectarea finală MDRT la TD=1791 m. Forarea puțului este propusă să fie realizată cu principalul obiectiv de exploatare petrolieră de la Meoțian II, la blocurile A + A1, UH 15 – Băicoi Nord.

Coordonatele de suprafață (STEREO 70) pentru Băicoi411, comunicate de Field, sunt:

X=393 996 m;

Y=567 352 m;

Cota terenului=299 m.

Obiectivul (Meoțian II) urmărit este obținerea următoarelor coordonate:

X=393 715 m;

Y=567 250 m.

În urma analizelor geofizice estimate pentru această zonă, programul de exploatare își propune să urmărească:

95/8 în suprafața exploatată fixată la 300 m, TOC la 0 m;

7 în producția de exploatare fixată la 1790 m, TOC la 1000 m.

2.2.INFORMAȚII CU PRIVIRE LA GEOLOGIE ȘI REZERVOARE

2.2.1.Puțuri de compensare

Din punct de vedere geologic, domeniul petrolier comercial Țintea – Băicoi – Florești – Călinești face parte din aliniamentul structural major Viforata – Răzvad – Gura Ocniței – Moreni – Florești – Băicoi – Țintea – Măgurele – Pacureți – Surani, localizat în diapirele interne ale avanfosei dealurilor carpatice și pe directia dezvoltată SV-SE.

Puțul Băicoi N 411 este situat la Meotian în blocul A I și are ca scop Meoțian II (M II) din UH 15.

Pentru a atinge obiectivul, pușul va fi forat astfel încat de la poziția de suprafață situat aproape de 445 MP și 334 bis MP, pentru a realiza o deplasare de 299 m/ 200ș.

Pentru a evalua statutul curent au fost analizate rezervoarele puțului: 333 MP, 42 Un, 370 SRP, 368 SRP, și 334 bis PM.

Figura 2.1. Harta structurală pentru Meoțian I

2.2.2.Condiții lito-stratigrafice

Tabel 2.1. Condiții lito-stratigrafice.

Meoțian ( 1454-1750 m TVD) a fost depus discordant peste depozitele miocene și fiind localizate în apropierea diapirelor de sare se caracterizează prin inclinație mare de straturi.

Trei complexe productive au fost separate in Meoțian, de sus in jos notate cu M I, M int, M II. Acestea sunt delimitate litologic de intercalațiile pelitice cu grosimi variabile între 15-30 m.

Din partea de sus a Meoțian I până la limita Ponțian/Meoțian, s-au indentificat trei straturi de nisip fin sau marnă (G I,G II, G III), cu o grosime de 3-5 m fiecare, care sunt separate unul de celalalt prin marne, dezvoltate continuu sau lenticular.

Celelalte blocuri ale acestor structuri (în special G II si G III) reprezintă acumulări de gaze, iar în blocul A I nu se constată indicii de hidrocarburi.

2.2.3.Contaminarea fluidului de foraj

Analiza secvenței litologice, propusă să fie traversată de puțul Băicoi N 411, nu a evidențiat prezența contaminanților specifici (sare, gips, roci anhidrite) pentru fluidele de foraj.

Puțut SRP 370 a interceptat unele intercalații de sare în zona de suprafață, în Dacian și de asemenea în Ponțian.

Exista posibilitatea ca secventele predominante de marne și argila (în special cele din Ponțian) să disperseze fluidul de foraj.

2.2.4.Gradienți de presiune, fisurare și temperatură

Analiza și interpretarea informatiilor obținute de la puțurile de compensare: exploatare forestieră, geofizică, rezultatele testelor de producție, datele obținute în timpul forării, a permis evaluarea și reprezentarea grafică a gradienților de presiune și fisurare, model pentru secvențele lito-stratigrafice, ce sunt propuse a fi deschise în Băicoi N 411.

Tabel 2.2. Gradienții de presiune și fisurare în funcție de forma geografică.

În ceea ce privește temperatura maximă a puțului la adâncimea finală este estimată la valoarea cuprinsă între 45-50 șC.

2.3. SINTEZA PROGRAMULUI DE CONSTRUCȚIE AL PUȚULUI

2.3.1.Traiectoria puțului

Coordonatele de proiectare:

X = 393 996 m,

Y = 567 352 m,

Z ( nivelul solului) = 299 m,

Z (nivelui podului sondei) = 304 m.

Coordonatele țintă sunt:

X (N) = 393 700 m, schimbat după analizele de coliziune cu SRP 370 la TD = 393 715 m,

X (E) = 567 250 m, menținut la 567 250m.

Tabel 2.3. Raportul geodezic, secțiunea verticală, vederea în plan, raport de sinteză anticoliziune și complot anticoliziune.

2.3.2.Stabilirea diametrului coloanelor și a sapelor

Se pleacă de la alegerea diametrului interior al coloanei de exploatare. Acest diametru determină diametrul celorlalte coloane dar și cel al sapelor de foraj.

Alegerea diametrului coloanei de exploatare se face în funcție de debitele maxime pe care le va produce sonda ulterior, metoda de exploatare, diametrul echipamentului de extracție și a celui de intervenție. În același timp, trebue să se asigure folosirea optimă a energiei stratelor productive pentru ridicarea fluidelor la suprafață și transportul acestora pâna la rezervoare sau la stația de compresoare, în cazul gazelor, și să permită realizarea regimului de exploatare dorit a zacamântului și a sondei.

În România, pentru coloanele de exploatare se utilizează de obicei următoarele diametre de burlane standardizate: 51/2, 65/8 si 7 in pentru exploatarea petrolului, 41/2, 5, 51/2, 65/8 in pentru exploatarea gazelor.

Pentru alcătuirea succesiunii sapă-coloană se urmăresc două condiții:

O primă condiție impune ca în exteriorul coloanelor de burlane să existe un joc suficient de mare pentru introducerea lor fără dificultăți și pentru realizarea unei cimentări eficiente a spațiului inelar. Mărimea acestui joc este determinată de rigiditatea burlanelor, tipul îmbinărilor, prezența unor dispozitive cum sunt centrorii și scarificatorii, lungimea și rectilinitatea intervalului deschis sub șiul coloanei precedente, existența unor zone ce pot provoca dificultăți la tubare (strângeri sau surpări ale pereților, pirderi de circulatie), viteza de introducere. Burlanele cu diametrul mai mare sunt mai rigide și se înscriu mai dificil de-a lungul sondei, de accea necesită jocuri mai largi. Asemenea jocuri sunt necesare și când intervalele deschise sunt lungi , cu dese schimbări de direcție, cu tendințe de strângere a pereților sau de fisurare a formațiunilor, ca urmare a suprapresiunilor create la introducere și în timpul circulației. Însă, diametrele prea mari ‘lărgesc’și scumpesc întreaga construcție, sporesc volumele de noroi și ciment și reduc viteza de avansare a sapelor. Burlanele cu diametrul mufei mai apropiat de cel al corpului, cele cu mufă din corp fără praguri drepte și cele calibrate (diametrul mufei este egal cu cel al burlanului) permit jocuri mai mici.

În spațiile inelare prea înguste sau prea largi, pasta de ciment ocolește noroiul și dezlocuirea este nesatisfăcătoare.

Cea de-a doua condiție implică posibilitatea de trecere a sapelor prin coloanele tubate anterior.

Proiectarea coloanei de exploatare.

Figura 2.2.a)Stabilirea diametrelor sapelor,

b)Stabilirea diametrelor coloanelor de burlane.

Pentru determinarea diametrelor coloanelor și al sapelor folosite pentru fiecare coloană din programul de construcție al sondei 411 Baicoi,se impune diamerul interior al coloanei de exploatare , de 7 [in] .

Dext=177,8 [mm]

Se stabilește diametrul sapei:

Ds=Dm+2·=194,5+2·15=224,5 [mm]

Se alege diametrul sapei pentru coloana intermediară:

Dsi=215,9 mm=81/2 [in]

Recalculam jocul radial:

Rația de tubare va fi:

Proiectarea coloanei de ancoraj

Diametrul interior al coloanei de suprafață se determină astfel:

Dia=Dsi+ 2=215,9+2·2=219,9 [mm]

Pentru care se alege jocul dintre sapa și interiorul coloanei a = 2 [mm]:

Se alege coloana de ancoraj de 95/8 in ,având:

Dext=244,5[mm]

Se stabilește diametrul sapei:

Ds=Dm+2·=269,9+225=319,9 [mm]

Se alege diametrul sapei:

Dsa=311,2 mm=121/4 [in]

Recalculam jocul radial:

Rația de tubare va fi:

Fig.2.3. Programul de construcție sonda 411 Baicoi

Tabelul 2.4. Programul de tubare.

Tabelul 2.5. Volumul găurii și volumul de noroi format.

Tabelul 2.6. Parametrii noroiului.

2.3.3. Stabilirea adâncimilor de fixare a coloanelor de tubare

Tabel 2.2 Adâncimile de fixare a coloanelor de tubare

2.4.ROLUL COLOANELOR DE TUBARE

Rolul coloanei de ancoraj.

Rolurile coloanei de ancoraj sunt următoarele:

-consolidează gaura de sondă în zona de suprafață cu roci de regulă friabile unde apar pânze freatice;

-constituie suport pentru următoarele coloane prevăzute în cadrul programului de construcție (desigur,în situația în care cimentarea respectivelor coloane este parțială);

-constituie suport pentru instalația de prevenire a erupțiilor;

Rolul coloanei intermediare.

Coloana intermediară este introdusă pentru:

-izolarea stratelor în care se produc pierderi de fluide de foraj;

-izolarea stratelor cu presiuni mari (anomalii pozitive);

-izolarea masivelor de sare;

-izolarea zonelor care conțin roci cu stabilitate redusă;

-siguranța in cazul in care intervalul traversat are o lungime sau grosime prea mare;

-alternanța unor straturi cu presiuni mari respectiv cu presiuni mici;

Rolul coloanei de exploatare

Are următoarele roluri:

-permite deplasarea fluidelor exploatate de la nivelul stratului productiv până la suprafață prin intermediul acelei coloane de extracție(tubing);

-permite exploatarea selectivă a straturilor;

-permite realizarea unor operații în vederea măririi productivității sondei (acidizări, intervenții etc);

2.4.1.Sapa de foraj

Tabel 2.7. Parametrii mecanici și hidraulici.

Rația curgerii fluidului se realizează:

Interval cuprins între 0-300 m, 2 pompe de tipul 3 CF-1300, echipate cu 7 pistoane, cu o viteză de 72 cd/min, randament volumetric 0,9.

Interval cuprins între 300-1740 m, o pompă detipul 3CF-1300, echipat cu 6 si ½ pistoane, cu o viteză de 110 cd/min, randament volumetric 0,9.

Figura 2.2. Coroana sapei de foraj propusă.

2.4.2.Sinteza programului de cimentare

Înainte de începerea pregătirilor pentru operația de tubaj, este necesar să se analizeze compatibilitatea dintre fluidul de foraj și pasta de ciment pentru a se stabili distanța necesară dintre fluide.

Principalele proprietăți ale pastelor de ciment și rezultând pietrele de ciment sunt prezentate în tabelul următor:

Tabel 2.8. Proprietățile pietrelor de ciment și pastelor de ciment.

Programul de cimentare este sintetizat în tabelul de mai sus specificand:

date de baza în ceea ce privește condițiile de cimentare;

principalele proprietăți ale fluidului de foraj;

circulă pe coloana de tubaj pe gaura de fund;

principalele date privind pasta de ciment;

principalele aspecte privind fluidul de deplasare.

Tabel 2.9. Materialele necesare pentru pregatirea pastei de ciment.

2.4.3.Evaluarea si exploatarea forestieră

Tabel 2.10. Exploararea forestieră.

Probele de tăiere vor fi colectate la fiecare 10 m.

Tabel 2.11. Probe de tăiere.

Tabel 2.12. Măsurători de deviere.

Capitol 3

3.1.METODE ȘI MIJLOACE DE DIRIJARRE

În mod obișnuit, sondele dirijate se forează cu instalații obișnuite: sunt inițiate vertical, după care, de la o anumită adâncime, se dirijează pe traseul dorit. Au fost construite și instalații capabile să foreze înclinat direct de la suprafață, acestea însa au o răspândire restrânsă, fiind folosite de obicei la exploatarea zăcămintelor de mică adâncime.

Pentru a schimba direcția unei sonde sunt necesare următoarele: o anumită alcătuire a garniturii de foraj (mai precis a ansamblului de fund), unele scule specifice, mijloace pentru controlul poziției acestor scule, instrument de măsurare a parametrilor spațiali ai sondei și o tehnologie adecvată. De asemenea, este nevoie de o anumită componență a ansamblului de fund pentru menținerea direcției unei găuri de sondă (înclinată, orizontală și chiar verticală).

În ultima sută de ani au fost inventate și perfecționate numeroase metode de dirijare a sondelor, metode ce se pot clasifica după diverse criterii: după metoda de foraj, după scopul urmărit, după modul de lucru.

După modul de lucru, procedeele de dirijare sunt:

Mecanice:

Cu pene de deviere;

Cu motoare submersibile dezaxate sau insoțite de dispozitive deflectante;

Cu sisteme de deflecție sau impingere laterală rotary;

Cu stabilizatori;

Cu prăjini articulate;

Cu conductori înclinați sau curbați;

Cu instalații specializate pentru foraj înclinat.

Hidraulice (cu jet orientat).

Naturale (folosesc tendința naturală de deviere).

Procedeul de dirijare ales depinde de scopul urmărit (inițiere, creștere, menținere, scădere), intensitatea de deviere dorită, adâncimea, diametrul și înclinarea sondei, duritatea și stabilitatea rocilor, mijloacele disponibile dar și de experiența operatorilor.

3.1.1.Dirijarea cu pană de deviere

Pana de deviere reprezintă o piesă metalică masivă cu o suprafață laterală înclinată și concavă, care, după fixarea ei în sondă, obligă sapa și ansamblul de foraj să devieze de la direcția inițială a sondei.

În prezent, penele de deviere se utilizează doar atunci când alte metode mai comode și mai rapide nu dau rezultatele dorite sau nu pot fi aplicate. Se folosesc însă în mod curent la frezarea ferestrelor în coloanele de burlane, când acestea sunt avariate sau se execută o reintrare în strat sau o ramificație a sondei. La forajul direcțional obișnuit, penele se folosesc destul de rar, în roci foarte tari, și numai pentru inițierea devierii. Se pot obține înclinari maxime de aproximativ 4°.

Penele se împart de regulă în 2 categorii: pene recuperabile și pene nerecuperabile (permanente). Ele se folosesc fie în găuri tubate, fie în găuri libere.

Pene recuperabile

Pana recuperabilă folosită în găuri libere este o bucată de oțel turnată sau forjată, cu

lungimea de 3 – 5 m și diametrul cu 20 – 50 mm mai mic decât cel al găurii în care se introduce, de forma unei albii înclinate cu 2 – 3°. La capătul inferior, pana are forma unei dălți, care se infige în talpa sondei împiedicând rotirea ei în timpul forajului. Se prinde de garnitura de foraj cu ajutorul unui guler care permite ulterior și extragerea ei după ce s-a forat prima porțiune a găurii deviate.

Ansamblul de dirijare este format din: pana de deviere, o sapă cu diametrul redus, un stabilizator cu lame elicoidale (ce are diametrul egal cu al sapei), o reducție de care este prins gulerul penei cu un știft de forfecare și în continuare prăjini obișnuite. În cazul în care pana trebuie orientată, deasupra reducției de prindere se montează o reducție de orientare și o prajină grea amagnetică. Cu o apăsare cât mai redusă, o turație de 40 – 50 rot/min și un debit scăzut se inițiază o nouă gaură cu diametrul mai mic. După ce se foreaza 4 – 5 m sub șiul penei ansamblul este extras. Se introduce apoi un ansamblu cu aceeași sapă pilot și un lărgitor care mărește diametrul găurii la valoarea normală, după care se introduce o sapă cu diametru normal, un stabilizator calibrat, prăjini de foraj și prajini grele iar forajul continuă normal.

Acest tip de pană se folosește însă rar deoarece nu există siguranța fixării ei în talpa sondei. În cazul în care roca din talpă este prea slabă sau punctul de inițiere a devierii este departe de talpă se creează o talpă artificială (un dop de ciment). De asemenea, se poate executa un dop de ciment în caz ca operația nu reușește din prima si se dorește repetarea ei.

Pana recuperabilă destinată găurilor tubate sunt mai diversificate. Ele se deosebesc

între ele prin sistemul de ancorare și prin modul de extragere. Unele dintre ele au un sistem propriu de bacuri la partea inferioară cilindrică, ce pot fi armate sau dezarmate mecanic sau hidraulic. Altele au la capătul inferior o tijă care pătrunde într-un packer orientat și armat anterior sau chiar în același marș.

Fig. 3.1. Pană recuperabilă pentru găuri tubate:

a armarea packerului; b fixarea penei; c inițierea ferestrei; d lărgirea ferestrei.

În toate cazurile, pana este introdusă cu o freză de inițiere a ferestrei din coloana de burlane. Freza este prelungită cu o tijă de ghidare la capătul căreia este prinsă pana cu un știft de forfecare. După ce pana este orientată și ancorată, se slabește garnitura, știftul de prindere se foarfecă și freza incepe să taie lateral în peretele coloanei de burlane. Tija frezei ghidează fața frontală a acesteia. Ulterior, fereastra este largită cu diverse tipuri de freze, frontale, tronconice, sub formă de pepene, cu diamante și chiar cu un cap de carotieră.

Freza de inițiere poate avea cuțite la trei nivele. Fereastra finală are o formă eliptică cu înălțimea de 3 – 5 m. Pentru extragere, este introdusă garnitura cu o tijă care pătrunde printr-o gaură din pană, eliberează ancora acesteia, se blochează și permite ridicarea penei. Unele pene, ce nu sunt blocate axial în packer, sunt extrase cu un cârlig care pătrunde într-o gaură existentă pe jgheabul penelor.

Pene nerecuperabile

Pana cu picior alcătuit din câteva prăjini și o sapă uzată, se utilizează de obicei în găuri

netubate. În cazul unei garnituri de foraj abandonate, ce trebuie ocolită, se poate încerca o întregire prin înșurubarea cepului de la capătul inferior al penei în mufa prăjinii de la capătul garniturii.

Se poate încerca și o întregire cu un dorn. Pana, prevăzută cu un canal de circulație, este fixată cu știfturi la capătul garniturii de lansare.În garnitură se poate amplasa și o reducție de orientare, precum și o prajină grea amagnetică scurtă și elastică.

Piciorul, împreună cu pana, se cimentează prin interiorul prăjinilor printr-o țeavă de cupru care face legătura cu interiorul penei și al piciorului. Se lasă apoi o parte din greutatea garniturii pe pană, știfturile de prindere se foarfecă și garnitura se extrage, lucru ce poate fi realizat și prin tracțiune în caz că pana este într-o garnitură prinsă.

După întărire, excesul de ciment este frezat cu o sapă normală până la 20 – 30 cm deasupra penei, după care este introdusă garnitura cu o freză tronconică, un stabilizator cu lame elicoidale și o prăjină grea scurtă. Se forează, cu apăsări și turații reduse, până aproape de capătul penei, apoi se schimbă freza cu o sapă normală și se forează un interval mai mic decât lungimea prăjinii scurte. Dovada că a fost inițiată o nouă gaură este dată de disparația fragmentelor de ciment la site și înlocuirea lor cu detritus din rocă. Se continuă forajul și se adaugă treptat prăjini grele.

Penele de coloană nerecuperabile lucrează la fel ca si cele recuperabile. În coloană

se introduce un packer permanent, fie cu cablu, fie cu prăjinile însoțite de o reducție de orientare, și se armează. Apoi este introdusă garnitura cu o freză de inițiere la vârful căreia este prinsă pana de deviere și piciorul penei se introduce in packer, unde se blochează.

Cu o anumită apăsare știftul de prindere se foarfecă și freza începe să taie în peretele coloanei. Este extrasă garnitura și reintrodusă cu o freză frontală care taie o fereastră cu înălțimea de 2,5 – 3,5 m și se adâncește o gaură pilot, la următorul marș fiind introdusă o freză

tronconică în spatele căreia se află una sau două freze sub formă de pepene pentru a lărgi suficient gaura formată. În etapa finală se introduce ansamblul cu o sapă normală și o freză pepene care lărgește și corectează pereții ferestrei din coloană.

3.1.2. Dirijarea cu motoare submersibile

Cel mai ușor mod de a dirija o sondă este cu ajutorul motorului de fund. Deoarece garnitura de foraj nu se rotește, este suficient ca în apropierea sapei să existe o dezaxare sau un punct de sprijin lateral pentru ca sapa să fie înclinată, față de axa sondei, și să fie împinsă într-o parte. Controlul devierii în timpul forajului se face comod: se pot folosi aparate de dirijare lansate cu cablu prin interiorul prăjinilor, cablu prin care transmiterea datelor de la talpă la suprafață este practic continuă.

Cel mai simplu procedeu, în cazul motoarelor submersibile, constă în plasarea unei reducții dezaxate imediat deasupra motorului de fund. Se folosesc în acest caz motoare submersibile obișnuite, utilizate și la forajul vertical: turbine, motoare elicoidale sau motoare electrice.

Reducțiile dezaxate au cepul filetat înclinat față de axa lor, de la 0,5° până la 3 – 4°. S-au încercat și reducții cu unghiul de dezaxare variabil sau care dezaxează doar la pornirea circulației, dar nu s-au răspândit din cauza fiabilității reduse. Deasupra reducției dezaxate este montată o reducție de orientare, a cărei cheie indică direcția dezaxării, direcție marcată pe suprafața reducției dezaxate. Cheia, sub forma unei pene longitudinale, este fixată într-o bucșă care poate fi rotită până ce poziția cheii coincide cu direcția dezaxării. Există și reducții dezaxate care conțin chiar ele bucșa cu cheie de orientare.

Deasupra reducției se amplasează una sau două prajini grele amagnetice, în care va opera aparatul de detectare a direcției de lucru a reducției pentru orientarea ei în poziția dorită și pentru măsurarea parametrilor de deviere ai sondei. Ansamblul de deviere format din motor submersibil și reducție dezaxată poate fi folosit pentru creșterea sau scăderea înclinării, dar și pentru modificarea azimutului.

În cazul în care sunt folosite motoare scurte, efectul de pendul creat de greutatea aflată sub punctul de sprijin din dreptul dezaxării se reduce. Simultan se mărește unghiul de înclinare a sapei față de axa sondei, totodată, fiind posibil să se introducă în sondă ansambluri cu reducții care au unghiul de dezaxare mai mare. Astfel se pot obține intensități de deviere și înclinări mai mari decât în cazul motoarelor normale.

Fig. 3.2. Ansamblu de dirijare cu motor de fund, reducție dezaxată și reducție de orientare.

Cu motoare scurte, de 3 – 4 m (turbine de 30 – 60 etaje sau motoare elicoidale) se poate ajunge până la 90°, cu intensități de deviere de 2 – 3°/10 m. Motoarele scurte au însă putere redusă, ce sunt folosite doar pe intervale scurte.

În ultima vreme s-au dezvoltat motoarele dezaxate, specializate pentru forajul direcțional. Corpul motoarelor este dezaxat spre capătul inferior, la 0,2 – 0,3 din lungimea lor, iar arborele are o articulație universală, în dreptul dezaxării, permitând să se transmită mișcarea de rotație. Astfel, punctul de sprijin este mult mai aproape de sapă. Cu motoarele dezaxate, intensitatea de deviere poate ajunge la 5 – 6°/10 m iar unghiul de înclinare până la 90°, fiind posibilă, totodată, rotirea ansamblului pentru a se păstra direcția sondei pe un anumit interval.

Există diverse variante de motoare dezaxate precum:

Cu una sau două dezaxări, orientate în aceeași direcție sau în direcții opuse

Cu dezaxare fixă sau reglabilă (în trepte)

Motoare articulate

Motoare dezaxate scurte

Dirijarea cu motoare submersibile se realizează și prin montarea unei patine de deflecție pe corpul acestora, de regulă spre capătul inferior, sau cu un stabilizator excentric, montat la capătul de jos al motorului. În ambele cazuri, excentricitatea este de ordinul 3 – 4 mm.

Sunt și situații speciale (luare unei direcții noi, intensități mari de deviere) cand se folosesc combinații ale acestora: motor dezaxat cu patină, motor dezaxat ori cu reducție dezaxată și cu patină de deflecție, motor scurt dezaxat și cu articulație. Sunt și sisteme de dirijare care permit lărgirea găurii de sondă simultan cu forajul, caz în care motorul dezaxat este însoțit de o sapă PDC bicentrică ori de unul sau două lărgitoare hidraulice plasate sub motor.

Fig. 3. 3 Motor cu patină Fig. 3.2.4 Motor cu stabilizator

de deflecție. excentric.

3.1.3. Dirijarea cu stabilizatori

Stabilizatorii au fost folosiți la început pentru a stabiliza direcția de înaintare a sapei (pentru prevenirea devierii sondelor de la direcția preconizată). Ei centrează prăjinile, prevenind flambajul și lipirea lor de pereții găurii de sondă. În prezent, stabilizatorii sunt folosiți și pentru creșterea sau pentru scăderea înclinării sondelor (în special la forajul rotary), prin modul de plasare al stabilizatorilor de-a lungul părții inferioare a garniturii.

Stabilizatorii obișnuiți

Au diametrul nominal constant, nereglabil, și pot fi cu lame (pentru roci slabe sau medii), cu role și cu diamante (pentru roci tari).

Ansamblul de creștere a înclinării este utilizat după ce dirijarea a fost inițiată cu alt

dispozitiv de deflecție (motor submersibil dezaxat) iar unghiul de înclinare depășește anumite valori, în funcție de diametrul sondei, deoarece la înclinări prea mici, azimutul este necontrolabil. Ansamblul de creștere a înclinării presupune un stabilizator calibrat montat la sapă sau în imediata apropiere a ei. Când se lasă apăsare pe sapă, el joacă rolul unei articulații, rezultând o creștere a unghiului de dezaxare a sapei, în același sens, cu atât mai mare cu cât jocul dintre prăjini și sondă este suficient de mare. Controlul intensității de creștere a înclinării se face prin adăugarea unor stabilizatori suplimentari, prin modificarea rigidității prăjinilor grele și prin variația apăsării pe sapă.

Fig. 3.4. Ansambluri de creștere a înclinării.

Ansamblul pentru menținerea direcției este similar cu cel folosit pentru prevenirea

devierii sondelor de la verticală, dar ele trebuie corectate, în funcție de comportarea lor. Astfel de ansambluri sunt alcătuite din prăjini grele rigide și cel puțin trei stabilizatori. Tipic este ansamblul cu un stablizator calibrat montat lângă sapă, al doilea la 3,5 – 5 m și următorii la 9 m, cu un astfel de ansamblu realizându-se un unghiu de dezaxare al sapei apropiat de zero, iar forța laterală la sapă este relativ mică și puțin sensibilă la variația înclinării sondei și a apăsării pe sapă. Datorită tendinței naturale și efectelor gravitaționale, dependente de înclinarea sondei, ce sunt greu de controlat, nu există nici un ansamblu care să mențină direcția unei sonde în orice condiții, pe orice structură geologică.

Ansamblul pentru scăderea înclinării utilizează principiul pendului: plasând un

stabilizator la o distantă optimă de sapă, sonda revine treptat spre verticală datorită acțiunii de frezare pe peretele inferior create de greutatea prăjinilor aflate sub stabilizator. Intensitatea de deviere este destul de scazută (0,1 0,60/10 m) și depinde de înclinarea sondei, poziția stabilizatorului, greutatea unitară și rigiditatea prăjinilor grele, rezistența rocilor la dislocare laterală, capacitatea de frezare a sapei, viteza de avansare frontală a sapei. Pentru scăderea înclinării se plasează, în mod curent, un stabilizator la 23 – 27 m (distanțe mai mari la înclinări și apăsări mai mici), iar cand se dorește o scădere mai accentuată se poate plasa un al doilea stabilizator la 9 m deasupra primului.

Stabilizatori reglabili

În cazul intervalelor lungi cu înclinari mari, eventual orizontale, forajul este realizat de obicei cu ansambluri de fund care au în componență un motor dirijabil, cu dezaxare redusă, dar care sunt rotite de la suprafață, pentru a se imbunătăți evacuarea detritusului și vitezele de avansare. Dacă se dorește corectarea înclinării sau azimutului sondei, motorul este orientat și ansamblul, cu întreaga garnitură, avansează fără să fie rotit de la suprafață (foraj prin glisare). Această alternanță rotire, orientare, rotire duce la o gaură de sondă mai puțin netedă, cu schimbări bruște de direcție, care provoacă frecări și momente de antrenare a garniturii ridicate.

O modalitate de evitare a unor astfel de probleme o constituie folosirea unui stabilizator reglabil, al cărui diametru poate fi schimbat fără a extrage garnitura de foraj. Dacă este plasat în apropierea sapei, cu un diametru egal cu cel al sapei, creează o tendință de creștere a înclinării (până la 10/10 m), iar prin reducerea diametrului, tendința se inversează (înclinarea scade).

Un astfel de stabilizator reglabil, construit de firma Anderguage, este folosit în 1987, în Marea Nordului. Stabilizatorul reglabil Anderguage are trei lame spirale mai late decât la stabilizatorii obișnuiți, care acoperă întreaga circumferință. Fiecare lamă este prevăzută cu cinci sau șase patine circulare mobile, sub forma unor butoni clindrici armați, care sunt activate radial de o mandrină cilindrică prevăzută în exterior cu niște suprafețe înclinate pe care se sprijină patinele.

O altă variantă a acestui stabilizator este stabilizatorul Anderguage L/R, ce poate fi reglat astfel încât să creeze o tendință de deviere azimutală, spre stânga sau spre dreapta. Este folosit mai ales pe porțiunile rectilini, inclusiv pe cele orizontale.

Fig. 3.5. Stabilizatorul reglabil Anderguage: a – neactivat-blocat; b – activat-blocat.

3.1.4. Dirijarea cu jet

Este utilizată numai pentru inițierea devierii de la verticală și este eficientă în roci slabe – medii, cu rezistență relativ scăzută, dar omogene: calcare și gresii slab cimentate. Marnele se erodează mai dificil, iar in roci prea slabe, cum este nisipul, obținerea unei direcții noi este problematică: când este rotită garnitura, sonda se lărgește și tinde să revină la verticală. Procedeul este aplicat până la 1200 – 1500 m si pot fi obținute intensități de deviere de 1 30/10 m.

Ansamblul de dirijare in acest caz este format dintr-o sapă cu două role și o duză mărită, în locul celei de-a treia role, un stabilizator cu lame elicoidale cu diametrul egal cu cel al sapei, reducție de orientare, o prăjină grea amagnetică și prăjini grele obișnuite. Pot fi folosite, eventual, sape obișnuite, cu trei role, la care două duze sunt obturate sau micșorate, iar a treia este mărită. Frecvent, primele două duze au 6 – 8 mm, iar a treia 16 – 24 mm, acestea, ca si debitul, fiind alese astfel încât viteza jetului principat să fie de ordinul 120 m/s.

Fig. 3.6.Dirijarea cu jet:

a–orientarea ansamblului; b–erodarea orientată;

c–erodarea cu manevrare; d–rotire, foraj normal.

Metoda este una simplistă ce presupune un cost redus, nefiind necesare echipamente scumpe și marșuri suplimentare pentru schimbarea ansamblului, sapa putând fi menținută la talpă până la uzarea ei. În unele cazuri, când durata sapei este suficient de mare și condițiile sunt favorabile, întregul interval de creștere a înclinării se poate fora în acest mod. Această metodă este mai puțin precisă ca alte metode și domeniul ei de aplicabilitate este limitat la anumite roci și adâncimi, dar poate fi limitată și de capacitatea pompelor. Racordurile din zona stabilizatorului trebuie bine strânse pentru a evita deșurubarea lor, iar când procedeul este repetat și avansările sunt rapide este posibil ca sonda să aibă îngenunchieri severe.

3.1.5.Conductori înclinați sau curbați

Numărul sondelor forate de pe o singură platformă, fără riscul de coliziune între ele, poate fi mărit cu ajutorul conductorilor înclinați sau curbați, orientați spre țintele urmărite. Cu ajutorul acestora sunt reduse corecțiile de azimut pe parcursul forajului și se micșorează intervalul de creștere a înclinării, când este nevoie de deplasări orizontale mari.

Conductorii înclinați, sub 30°, sunt folosiți la exploatarea unor zăcăminte de mică adâncime, în ape puțin adânci. Se folosesc instalații specializate, la care turla, masa rotativă, prevenitoarele și capul sondei sunt înclinate, ceea ce creează unele dificultăți, motiv pentru care sistemul este rar folosit. Mai răspândiți sunt conductorii curbați, pentru că aceștia se pot utiliza pe instalații de foraj obișnuite.

Fig. 3.7. Conductori curbați pe platforme fixe.

3.1.6.Ansambluri cu prăjini articulate

Ramificațiile laterale, unele reintrări în strat și sondele orizontale presupun existența unor mijloace și tehnologii de foraj cu care să se schimbe direcția găurii de sondă pe un interval foarte scurt, sau chiar brusc, la 90°. În acest sens se cunosc diverse sisteme de foraj cu rază mică sau foarte mică de curbură, dintre care, o oarecare răspândire a căpătat-o un sistem de foraj rotary cu prăjini articulate, în diverse variante, cu care se pot realiza găuri cu raza de curbură de 10 – 20 m (intensități de deviere de 45 – 90°/10 m).

Fig. 3.8. Sistem de foraj cu prăjini articulate:

a – ansamblu de creștere a înclinării; b – ansamblu de menținere a direcției.

Sistemul este compus dintr-un ansamblu de orientare, un ansamblu de creștere a înclinării, prăjini de acționare articulate și un ansamblu de menținere a direcției pe porțiunea rectilinie. Ansamblul de orientare este alcătuit dintr-o pană de ghidare cu unghi mare de înclinare, 7 90, un packer inflatabil special adaptat pentru ancorare în pereții găurii de sondă în punctul de inițiere a devierii, o reducție de orientare, o reducție de legătură și un sistem de lansare. Ansamblul de foraj curbiliniu este format dintr-un arbore flexibil care transmite mișcarea de rotație, aflat într-o cămașă articulată nerotativă ce imprimă apăsarea pe sapă, și o prăjină articulată pentru preluarea mișcării de la garnitura de foraj verticală.

Ansamblul de menținere a direcției, după forajul porțiunii curbate, este format din prăjini de acționare articulate, cu țeavă de circulație în interior, și doi stabilizatori subcalibrați în apropierea sapei.

3.1.7.Foraj cu tubing înfășurat pe tobă

Aplicațiile acestui tip de foraj sunt foarte diverse: punerea în producție și stimularea sondelor, completarea și recompletarea lor, perforarea sub presiune, izolarea unor strate, curățarea depunerilor de nisip etc. Au fost utilizate cu succes și la forajul sondelor care au diametrul nu prea mare, de 100 – 160 mm. Peste trei sferturi din sondele forate cu tubing infășurat sunt dirijate, cu intensități de deviere ce ajung la 10 – 12°/10 m.

Tubingul este format din mai multe tronsoane sudate între ele și este infășurat pe o tobă cu diametrul de câțiva metri (2 – 5 m), aflată pe o remorcă. De pe tobă, tubingul trece peste un arc de ghidare și apoi, printr-un injector cu role și un sistem de prevenitoare, după care intră în sondă. De fiecare dată când este infășurat pe tobă și trece pe arcul de ghidare, tubingul se îndreaptă și se incovoaie, atingând limita de curgere a materialului, astfel că, după un anumit număr de cicluri incovoiere – îndreptare, tubingul trebuie înlocuit.

La forajul vertical, echipamentul din sondă este alcătuit din sapă, un motor submersibil, câteva prăjini grele și până la suprafață tubingul continuu. În cazul forajului dirijat se adaugă aparatura de măsurare și transmitere la suprafață a parametrilor de dirijare, iar motorul este dezaxat, direcția dezaxării fiind modificată cu un instrument de orientare acționat hidraulic.

Fig. 3.9. Instalație cu tubing înfășurat pe tobă.

3.1.8.Instalațtii pentru foraj înclinat

Există situații când țintele se află la adâncimi mici și au deplasări orizontale mari, ce sunt dificil de atins cu instalații uzuale, pentru că este necesară o adâncime verticală minimă, iar intensitățile de deviere ar fi exagerat de mari. În aceste situații este mult mai convenabil să se foreze sondele înclinat chiar de la suprafață. Ele au avantajul că lungimea forată este mai mică, nu necesită echipamente scumpe de dirijare, se evită uzura excesivă a coloanelor de burlane și a tubingului în zonele cu intensități mari de deviere.

Sondele înclinate de la suprafață pot fi forate doar cu instalații specializate. Au o turlă care poate fi înclinată, uzual până la 45°. De obicei sunt instalații ușuoare, trasportabile, destinate să foreze la adâncimi mici, până la 500 – 800 m, dar există și instalații capabile să lucreze până la 3000 m.

Instalațiile pentru foraj înclinat sunt în mare măsură mecanizate și automatizate. Prajinile și burlanele sunt manevrate de pe rampă în turlă mecanizat. Garnitura de foraj este antrenată în general cu cap hidraulic motor (top drive), cu acționare hidrostatică sau electrică. Instalația de prevenire a erupțiilor este montată pe un suport ce poate fi și el înclinat.

Fig. 3.10. Instalație pentru foraj înclinat

3.1.9.Tendința naturală de deviere

Această metodă presupune dirijarea unei sonde după direcția tendinței naturale de deviere a stratelor transversale. În acest caz, traseul sondei va fi cel mai ușor de controlat, iar cheltuielile de dirijare și durata de execuție vor fi minime. Când această tendință este cunoscută de-a lungul sondei și nu există restricții de suprafață, se poate alege locația astfel încât lăsând sonda liberă, să se atingă obiectivul propus. Sunt și cazuri în care se dirijează sonda pe porțiunea superioară împotriva acestei tendințe și apoi este lăsată liberă până ce interceptează obiectivul.

Se ține seama și de tendința sondelor în zona respectivă de deplasare spre dreapta ori spre stânga. Aceasta metodă presupune o bună cunoaștere a comportării sondelor în regiunea ce iprezintă interes.

Fig. 3.11.Folosirea tendinței naturale de deviere.

3.2.FLUIDE DE FORAJ

Fluidele de foraj sau noroaiele sunt amestecuri de apă și argilă care, pompate prin interiorul garniturii de prajini, ies prin orificiile sapei spălând talpa sondei și răcind sapa, și, apoi, trecând în spațiul inelar dintre prăjini și peretele sondei, antrenează cu el la suprafață particulele de roca dislocate de sapă. Spălarea continuă a tălpii permite avansarea mai rapidă sau mai încetinită a sapei, în funcție de rezistența rocilor traversate și de tipul sapei și de gradul acesteia de uzură.

Funcțiile fluidului de foraj sunt:

curăță talpa de detritus și îl transportă la suprafață;

realizează contra presiune asupra pereților sondei;

colmatează pereții sondei în dreptul rocilor poros permeabile;

contribute la răcirea garniturii de foraj și a motoarelor de fund, reducând frecările și uzura garniturii;

menține detritusul în suspensie la oprirea circulației;

reprezintă mediul prin care se transmite puterea hidraulică disponibilă de la suprafață la instrumental de dislocare, fluidul de foraj fiind un parametru activ al regimului de foraj;

preia o parte din greutatea garniturii de prajini de foraj și a coloanei de burlane;

furnizează informații despre formațiunile traversate și fluidele conținute în acestea.

Cerințele impuse fluidului de foraj sunt:

să nu afecteze chimic formațiunile traversate și să nu modifice permeabilitatea stratelor productive;

să nu fie afectate la rândul lor de mineralele solubile (sare, gips, anhidrit), de apele mineralizate, de gaze sau de țiței;

să permită investigarea geofizică a rocilor și a fluidelor conținute de acestea, precum și recoltarea probelor de rocă în condiții cât mai apropiate de cele în situ;

să prevină eroziunea și coroziunea echipamentului din sondă;

să fie ușor de preparat, de manevrat și de întreținut prin curățirea de detritus și gaze;

să nu necesite cantități mari sau greu de procurat de material și de aditivi pentru menținerea proprietăților.

3.2.1. Tipuri de fluide de foraj.

În funcție de materialele din care sunt formate și de proprietățile pe care le îndeplinesc, fluidele de foraj pot fi de mai multe tipuri.

Fluide de foraj dispersate

Fluidele de foraj dispersate sunt fluide de foraj clasice, cunoscute în literatura de specialitate și sub denumirea de noroie naturale.

Fluidele de foraj dispersate sunt fluide dulci, preparate doar din apă și argilă și posedă toate însușirile necasare forajului, fapt pentru care sunt cele mai răspândite fluide de circulatie.

Acestea sunt preparate la suprafață din argile bentonitice adesea activate, cu bune proprietăți coloidale, dar înglobează și particule argiloase sau inerte din rocile traversate, fapt pentru care aceste fluide sunt și dispersive.

La adâncimi moderate, în dreptul stratelor consolidate sau insensibile la apă, sistemul apă-argilă poate fi utilizat ca atare. La traversarea rocilor argiloase care au capacitatea de a se umfla sau a se dispersa, a rocilor solubile, strate productive, sau când argila de preparare nu asigură proprietățile structurale dorite, sistemul apă-argilă trebue ameliorat sau stabilizat. Astfel, se introduc în cantități reduse diverși aditivi cu rol de fluidizanți sau învâscoșanți, reducatori de filtrare, stabilizatori ai proprietăților la temperaturi ridicate sau la acțiunea contaminanților, lubrifianți, antispumanți, agenți anticorozivi, etc, noroaiele naturale devenind noroaie tratate.

La concentrații de 60-250 kg/m3, în funcție de randamentul argilei, se prepară noroie cu proprietăți structurale și de filtrare satisfăcătoare, având densitatea cuprinsă între 1050-1150 kg/m3. Dacă se utilizează argile slab bentonitice, este nevoie de concentrații mai ridicate și se poate ajunge la densități de ordinul 1250-1350 kg/m3, chiar și mai mult. Densități mai mari se pot obține adăugând materiale inerte, cu densitate mare, fin măcinate, noroiele fiind îngreuiate.

Concentrația maximă de sare a fluidelor de foraj dispersate este de 1%, vâscozitatea Marsh 40-45 s, volumul de filtrat de 15 cicluri și îndeplinesc cerințele de stabilitate, colmatare și gelificare. Își modifică rapid proprietățile în prezența contaminanților clasici, cum sunt pachetele groase de marne și argile hidratabile, săruri solubile, gaze sau temperaturi ridicate.

Fluide de foraj inhibitive

Fluidele de foraj inhibitive sunt fluide de foraj care au proprietatea de a preveni sau întârzia hidratarea, umflarea sau dispersarea rocilor argiloase, manifestând o reactivitate minimă cu pereții argiloși ai găurii de sondă și cu detritusul respectiv. Acest tip de fluide se utilizează la traversarea intervalelor groase de argile, argilite și marne foarte sensibile la apă, pentru a preîntampina unele dificultăți neplăcute, cum ar fi învâscoșarea exagerată a noroiului, aglomerarile de detritus, manșonarea sapei, instabilitatea pereițlor, etc. Fluidele de foraj inhibitive sunt utilizate și la deschiderea stratelor productive care conțin particule argiloase.

Ca fluide inhibitive sunt desemnate doar acele fluide care au la bază tot sistemul apă-argilă pentru crearea proprietăților reologice. Fluidele care nu conțin argilă, sau au un conținut scăzut de argilă, posedă și ele, de regulă, un character inhibitiv, care le permite să mențină conținutul scăzut de particule active, adesea prin floculare, dar, în prezent, ele constitue o categorie aparte de fluide. Emulsiile inverse, cu acivarea fazei apoase echilibrată, sunt cele mai eficiente la traversarea rocilor argiloase, dar ele reprezintă, de asemenea, o altă clasă de fluide.

Însușirile inhibitive ale noroaielor sunt obținute prin adăugarea de electroliți, polimeri de protecție, substanțe tensioactive, anumiți fluidizanți, substanțe hidrofobizante și prin reglarea pH-ului.

Fluide de foraj sărate

Fluidele de foraj sărate pot lua naștere prin adăugarea intenționată a sări sau prin contaminarea noroaielor dulci cu sare dizolvată din rocile traversate, din apa sărată pătrunsă din strate în sondă. Sunt considerate noroie sărate cele care au peste 1 g NaCl/100 cm3 filtrat.

În funcție de concentrația de sare și de prezența fluidizanților defloculanți, fluidele de foraj sărate au o oarecare acțiune inhibitivă, însa, această proprietate este evitată deoarece, sunt corozive, iar sarea diminuează efectul fluidizanților, antifiltranților și a emulsionanților, crează spume și afectează carotajul electric de rezistivitate.

Fluide de foraj cu polimeri

Noroaiele cu polimeri au proprietatea de a imobiliza o mare cantitate de apă și conținut foarte redus de particule solide, inconveniente întalnite la celelalte tiputi de fluide de foraj.

Polimerii macromoleculari asigură proprietățile structurale și de filtrare dorite la concentrații scăzute. Ei acoperă detritusul și pereții sondei cu o pelicula protectoare, impiedicând hidratatea și dispersarea argilelor. Unii polimeri chiar aglomerează particulele fine de detritus, facilitând îndepărtarea lor la suprafață cu mijloace mecanice. La temperaturi ridicate, polimerii sunt, de regula, mai stabili decât argilele bentonitice hidratate. În regim turbulent, căderile de presiune sunt simțitor micșorate. Prin efectul lor lubrifiant, polimerii reduc frecările garniturii de foraj cu pereții și diminuează caracterul abraziv al particulelor inerte. Cu ajutorul polimerilor sunt prevenite si combătute mai ușor pierderile de circulație și se previne blocarea stratelor productive cu particule solide și cu filtrat. [1 ]

Fluide de foraj pe bază de produse petroliere

Fluidele de foraj pe bază de produse petroliere sunt sisteme disperse, a căror fază continuă este un produs petrolier. În acest tip de fluide se află dispersați aditivii necesari pentru crearea structurii și reducerea vitezei de filtrare, materialul de îngreuiere, agenți de prevenire a umectării cu apă a detritusului, dar și o oarecare cantitate de apă emulsionată. Apa emulsionată reglează anumite proprietăți.

Astfel de fluide sunt utilizate la traversarea rocilor cu minerale argiloase, la traversarea masivelor de sare, gips, anhidrit, la forajul sondelor cu temperaturi ridicate, la forajul sondelor dirijate, la deschiderea stratelor productive sau la reactivarea sondelor.

Dezavantajul major al acestor fluide este că, sunt scumpe, dificil de preparat, întreținut și curățat, iar anumite tipuri de carotaje nu sunt posibil de efectuat.

3.2.2. 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 doar anumitor categorii. [1 ] Câteva dintre proprietățile fluidelor de foraj sunt descries în cele ce urmează.

Densitatea, reprezintă un parametru esential în procesul de foraj. În timpul realizării sondei, valoarea densității se reglează astfel încat, prin mărirea 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, manifestările eruptive,etc.

Vâscozitatea aparentă și gelația fluidelor de foraj

Vâscozitatea aparentă a unui fluid reprezintă proprietatea acestuia de a opune rezistență la curgere. Vâscozitatea este o masură a acestei rezistențe și se definește ca raport între tensiunea de forfecare τ, și viteza de forfecare , și este constantă pentru fluidele newtoniene.

Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene. Ele posedă proprietăți structural mecanice mai complexe, iar comportarea la curgere este descrisă de doi sau mai mulți parametrii sau constante reologice.

Vâscozitatea conventională, măsurată cu pâlnia Marsh, exprimă efectul combinat al parametrilor reologici și este influențată de densitatea fluidului și proprietățile tixotropice.

Capacitatea de filtrare și de colmatare

La deschiderea prin foraj a formațiunilor, rocile ce le compun vin în contact cu fluidul de foraj. Datorită diferenței pozitive dintre presiunea fluidului din sondă și cea a fluidelor din porii rocilor, o parte din faza liberă a noroiului va pătrunde în pori, și, simultan, pe peretele sondei se depune o parte din particulele solide din noroi, sub forma unei turte.

În faza inițială, viteza de filtrare este determinată de permeabilitatea rocii, iar după podirea porilor superficiali cu particule solide și inițierea turtei de colmatare propriu-zisă, viteza de filtrare scade simțitor, fiind dependentă în mare parte doar de permeabilitatea turtei.

Un bun fluid de foraj trebue să posede un filtrate redus și o turtă de colmatare subtire pentru a nu afecta stabilitatea rocilor slab consolidate, și, mai ales, permeabilitatea stratelor purtătoare de hidrocarburi.

Conținutul de lichide și solide

Pentru fluidele de foraj pe bază de apă și argilă, faza dispersă este alcatuită din argilă și material de îngreuiere, iar faza continuă din apă și motorină, în cazul fluidelor pe bază de produse petroliere.

La fluidele de foraj fară produse petroliere, conținutul de particule solide se poate determina prin uscarea completă într-o etuvă a unui anumit volum măsurat de noroi și cântarirea solidelor rămase.

La fluidele pe bază de produse petroliere, analiza conținutului de solide și lichide se face prin metoda retortei.

Conținutul echivalent de bentonită

În fluidele de foraj pe bază de apă și argilă se află, de regulș, minerale argiloase aparținând tuturor grupelor de argile cunoscute. Dintre acestea, argilele bentonitice sunt cele care conferă noroiului proprietăți structural mecanice, de filtrare și colmatare, precum și comportarea lor la diferite tratamente.

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

Conținutul de nisip

Conținutul de nisip dintr-un fluid de foraj se exprimă prin concentrația volumică, procentuală, de particule solide cu diametrul propriu al particulei, (200 mesh) și se măsoară, de regulă, după ce fluidul a trecut prin sistemul de curățire de la suprafață (site vibratoare).

Prin nisip se ințelege totalitatea particulelor solide din fluidul de foraj, provenite din rocile traversate, care, de regulă, nu influentează sensibil proprietățile fluidului de foraj, în schimb, aceste particule grosiere provoacă uzura echipamentului prin care circulă fluidul de foraj.

Nisipul imprimă fluidului de foraj proprietăți abrazive și erozive, reducând durata de funcționare a pompelor, a lagărelor, a duzelor sapei, iar atunci când este în concentrații excesive crează pericolul de prindere a garniturii de foraj la oprirea circulatiei.

Stabilitatea fluidelor de foraj

Prin stabilitate se înțelege proprietatea sistemelor disperse de a nu se separa în fazele lor componente.

Stabilitatea fluidelor de foraj se realizează pe mai multe căi, în funcție de tipul fluidului:

separarea de lichid la suprafață;

segregarea gravitațională;

stabilitatea electrică.

Proprietăți reologice ale fluidelor de foraj

Comportarea la curgere a fluidelor de foraj este descrisă printr-o serie de modele matematice , denumite ecuații constitutive, legi de curgere sau modele reologice. Ele exprimă relația dintre tensiunile tangențiale τ care iau naștere într-un fluid în mișcare și vitezele de deformare în regim laminar de curgere.

Proprietățile reologice permit evaluarea presiunii și a energiei de pompare a fluidelor de foraj, condițiile de spălare și de evacuare a detritusului, presiunile efective în dreptul unor strate instabile sau purtătoare de fluide, dar și pericolul de eroziune a pereților.

Proprietăți tixotropice ale fluidelor de foraj

Prin tixotropie se înțelege gelificarea unei soluții ataunci când este lăsată în repaus și revenirea gelului în solutie prin agitare.

Capacitatea tixotropică se apreciaza prin valoarea tensiunii statice de forfecare după o anumită perioadă de rămânere în repaus și prin viteza cu care aceasta crește în timp. Valoarea rezistenței de gel depinde de natura și de concentrația argilei din sistem, de gradul de disprsare, temperatura și presiunea, prezența electroliților, a substanțelor protectoare și a substanțelor ecranante.

Indicele pH

Indicele pH exprimă aciditatea sau alcalinitatea fluidului de foraj, în care se află dislocați diverși electroliți. Acesta servește ca un criteriu de control și dirijare a tratamentelor chimice, dar poate indica și prezența unei contaminări cu sare, anhidrit, ciment, etc.

Noroaiele naturale, preparate din apă și argilă, au pH-ul cuprins între 7 si 8, iar cele tratate au pH-ul între 8 si 13. Noroaiele acide sunt foarte corozive, iar dispersia argilelor este maximă la pH=8-9.

Conținutul de cloruri

Fluidele de foraj pot conține clorură de sodiu, de potasiu, calciu sau magneziu, însa, interesează în special clorura de sodiu, deoarece, aceasta constitue un contaminant frecvent al fluidelor de foraj. Formațiunile de sare sau afluxurile de apă sărată pot fi detectate prin măsurarea periodică a conținutului de sare din filtrat.

Conținutul total de cloruri din filtrate se poate determina prin titrare cu o soluție de azotat de argint în prezența cromatului de potasiu ca indicator; clorul este precipitat sub formă de clorură de argint.

3. 3. CALCULUL VOLUMELOR FLUIDELOR DE FORAJ

Coloana de ancoraj.

Volumul de noroi necesar forării coloanei de ancoraj este:

Vna=Vsd+Vrez

Vsd=Vrez→Vna=2·Vsd

Vna=2·(·Dsa2·Ha)=2·31122·300=45.61 m3

Coloana de exploatare

Vni=Vsd+Vrez

Vsd=Vrez→Vni=2·Vsd

Vni=2·[·Dia2·Ha+·Dsi2·(Hi-Ha)]

Vni=2·[·220,52·300+·215,92·(1790-300)]=131.94 m3

3.4 CALCULUL CANTITĂȚILOR DE MATERIALE UTILIZATE LA PREPARAREA ȘI POMPAREA FLUIDELOR DE FORAJ.

Intervalul corespunzator coloanei de ancoraj

Pentru forajul corespunzător coloanei de ancoraj s-a optat pentru un fluid de foraj natural, alcătuit din apă și argilă.Cantitățile necesare pentru prepararea acestui fluid se calculează astfel:

Din acest sistem rezulta ca volumul de argilă necesar este:

Varg=Vna·=45.61 ·m3

Masa de argilă este:

marg=Varg·arg=·2500=5320 kg=5.32 tone

Volumul de apă este:

Va=Vna-Varg=45.61 -=43.482 m3

Intervalul corespunzător coloanei de exploatare

Pentru forarea acestui interval, s-a optat pentru un fluid de foraj inhibitor,îngreuiat.Îngreuierea se va face pe fluidul de foraj utilizat la forarea intervalului anterior.

Din acest sistem rezulta ca masa de barită necesară îngreuierii noroiului este:

V1 este volumul noroiului natural pe care s-a facut ingreuierea.

Pentru determinarea volumului de argilă si de apă necesar prepararii fluidului de foraj,se rezolvă următorul sistem:

Din acest sistem rezulta volumul si masă de argilă necesară prepararii noroiului precum și volumul de apă:

·

Capitol 4

4.TRAIECTUL SPAȚIAL AL SONDEI

4.1. METODA ARCELOR DE CERC

Figura 4.1.

Segmentul de curbă dintre două puncte de măsurare succesive se aproximează ca un arc de cerc care are lungimea egală cu cea a arcului de curbă reală iar raza egală cu raportul dintre lungimea arcului și unghiului total de deviere. Arcul de cerc se află în planul format de direcțiile sondei în cele două puncte.

Factorul de curbură F este apropiat de unitate (pentru se poate lua F=1).

Această metodă generalizează metoda tangentelor, înlocuind reuniunea celor două segmente de dreaptă cu un arc de cerc. Evident, ea este mai precisă, mai ales atuncie când sonda are curburi accentuate. La unghiuri de înclinare mici, rezultatele celor două metode sunt practic aceleași. Din nou punctul 2’ calculat nu coincide cu cel real 2.

Tabel 4.1.

4.2 PROIECȚIA SONDEI ÎN PLAN VERTICAL

Figura 4.2.Profilul sondei.

4.3 PROIECȚIA SONDEI ÎN PLAN ORIZONTAL

Figura 4.3. Proiecția sondei în plan orizontal.

Capitol 5

5. TUBAREA COLOANELOR

Proiectarea unei sonde se face astfel încat, cu un cost minim, aceasta să prezinte siguranță în timpul forajului până la atingerea obiectivului, dar și în perioada de exploatare. Acest lucru depinde de rezistența coloanelor de tubare și de adâncimea la care sunt tubate. Anticiparea tuturor situațiilor ce pot interveni și stabilirea celor mai severe solicitări posibile presupune dimensionarea corectă a burlanelor (ca grosime, tip de oțel, îmbinare). Situațiile ce trebue luate în considerare sunt:

introducerea coloanelor în sondă;

cimentarea lor;

prizarea și întărirea cimentului;

fixarea coloanelor în flanșe;

probarea coloanelor și a linerelor tubate prin ele, la presiune interioară sau la golire;

testarea rezistenței la fisurare a rocilor aflate sub șiul coloanelor;

continuarea forajului prin interiorul coloanelor;

probarea stratelor productive;

stimularea productivității orizonturilor productive prin fisurare hidraulică, injecție de fluide fierbinți;

exploatarea sondei;

repararea sondei.

Coloanele de burlane sunt solicitate la tracțiune și compresiune, la presiune interioară și presiune exterioară, uneori și la încovoiere, la sondele curbate sau atunci când coloanele flambează. Natura acestor solicitări variază de la o sondă la alta, acestea nefiind uniforme de-a lungul sondei, dar au în general un character static, cu excepția șocurilor care apar la oprirea bruscă în timpul introducerii, sau cele provocate de garniture de prăjini la continuarea forajului. Deoarece solicitările nu sunt uniforme, cel mai probabil, profilul cel mai economic al unei coloane va fi variabil de-a lungul acesteia, cu grosimi de perete, tipuri de oțel sau îmbinări diferite.

Datorită unor fenomene cum sunt: deformarea rocilor vâscoplastice din jurul coloanelor, curgerea nisipului prin perforaturi, depletarea și compactizarea zăcamântului exploatat, variațiile de temperatură și presiune, unele dintre solicitări se modifică în timp.

Coloanele de burlane pot flamba în porțiunile comprimate din zonele necimentate sau cimentate nesatisfăcător.

Scăderea rezistenței burlanelor la solicitarile amintite dar și micșorarea grosimii acestora se datorează uzurii, provocată de acțiunea racordurilor și a prăjinilor în timpul lucrului , sau coroziunii, cauzată de fluidele agresive.

Capitol 6

6.CIMENTAREA COLOANELOR

Cimentarea reprezintă plasarea în spațiul inelar dintre coloanele de burlane și gaura sondei a unei paste liante, formată din ciment și apă. Asfel, se împiedică circulația nedorită a fluidelor prin spatele coloanelor, dintr-un strat în altul, spre suprafață sau în interiorul lor, prin perforaturi sau pe la șiu.

Odata cimentate, burlanele sunt solidarizate de pereții găurii de sondă și sunt capabile să preia sarcinile axiale create de greutatea proprie sau cea a linerelor și a coloanelor agățate de ele, de presiunea exercitată în prevenitoare sau în capul de erupție, dar și cele create de variațiile de presiune și temperatură. Tot prin cimentare, se mărește capacitatea portantă a coloanelor la presiune interioară și la presiune exterioară, se evită deșurubarea burlanelor și se amortizează șocurile în cazul rotirii garniturii de foraj în interiorul acestora.

Prin etanșarea spațiului inelar, burlanele sunt protjate în exterior de acțiunea corozivă a apelor subterane puternic mineralizate. Acest lucru este îndeplinit doar ăn cazul în care inelul de ciment format în spațiul inelar este uniform,rezistent și impermeabil, și prezintă aderență atât la burlane cât și la rocile din jur.

În sonde se efectuează cimentari și în alte scopuri: combaterea pierderilor de noroi în stratele fisurate sau cu porozitate mare, repararea unei cimentări nereușite sau coloane sparte, împiedicarea pătrunderii apei în sondă, a apei și a gazelor împreună cu petrolul, abandonarea unei porțiuni sau a intregii sonde, formarea unui dop de sprijin, consolidarea rocilor din jur, etc.

Cimentările primare sunt cimentarile efectuate imediat după introducerea coloanelor de burlane, iar cimentările secundare sunt acele cimentari de remdiere prin care se încearcă retragerea de la un strat epuizat sau inundat, sau izolarea unor strate cu gaze. Cimentările secundare se realizează de obicei în timpul exploatării sondei.

6.1.CIMENTAREA COLOANEI DE ANCORAJ

Sunt cunoscute următoarele date:

-diametrul exterior al coloanei:

-diametrul interior al coloanei:

-adâncimea de tubare:

-densitatea noroiului:

-diametrul sapei:

-adâncimea de montare a niplului de la șiu:

-coeficientul de cavernometrie:

-coeficientul de pierderi de ciment:

-coeficientul de compresibilitate al noroiului:

-grosime de perete:

Adâncimea de cimentare:

Densitatea pastei de ciment:

Volumul pastei de ciment:

Cantitatea de material pentru pasta de ciment:

Pentru a prepara 1 de pastă se folosesc:

Cantități de material unitare:

Factorul apă-ciment:

Cantități de material totale:

Volumul noroiului de refulare:

Numărul de autocontainere APC-10 cu capacitate de 10 tone:

Numărul de agregate de cimentare:

Presiunea de pompare:

Începe pomparea pastei:

Fig.6.1

Pasta de ciment ajunge la șiu:

Fig.6.2

Pasta de ciment a ajuns la baza coloanei:

Fig.6.3

Sfârșitul operației de cimentare:

Fig.6.4 Variația presiunii de pompare în timpul cimentării.

6.2.CIMENTAREA COLOANEI DE EXPLOATARE

Sunt cunoscute următoarele date:

-diametrul exterior al coloanei:

-diametrul interior al coloanei:

-adâncimea de tubare:

-densitatea noroiului:

-diametrul sapei:

-adâncimea de montare a niplului de la șiu:

-coeficientul de cavernometrie:

-coeficientul de pierderi de ciment:

-coeficientul de compresibilitate al noroiului:

-grosimea de perete medie:

Adâncimea de cimentare:

Densitatea pastei de ciment:

Volumul pastei de ciment:

Cantitatea de material pentru pasta de ciment:

Pentru a prepara 1 de pastă se folosesc:

Cantități de material unitare:

Factorul apă-ciment:

Cantități de material totale:

Volumul noroiului de refulare:

Numărul de autocontainere APC-10 cu capacitate de 10 tone:

Numărul de agregate de cimentare

Presiunea de pompare:

a. Începe pomparea pastei:

Fig.6.5

b. Pasta de ciment ajunge la șiu:

Fig.6.6

c. Pasta de ciment a ajuns la baza coloanei:

Fig.6.7

d. Sfârșitul operației de cimentare:

Concluzii

Lucrarea de față conține programul de construcție al sondei 411 Baicoi.

Primul capitol conține situarea geografică a sondei, stratigrafia și tectonica, dificultățile de foraj întâlnite și variația gradienților de presiune din pori și de fisurare în funcție de adâncime.

În capitolul 2 s-au stabilit:

diametrul sapei pentru coloana de ancoraj: in;

diametrul coloanei de ancoraj: ;

diametrul sapei pentru coloana de exploatare: =in;

diametrul coloanei de exploatare:=7 in

adâncimea de tubare a coloanei de ancoraj: ;

adâncimea de tubare a coloanei de exploatare: ;

În capitolul 3 sunt prezentate:

Tipurile de fluide de foraj;

Proprietățile fluidelor de foraj;

Volumele fluidelor de foraj:

pentru coloana de ancoraj: ;

pentru coloana de exploatare: .

Cantitățile de materiale utilizate pentru prepararea fluidelor de foraj:

pentru coloana de ancoraj:

pentru coloana de exploatare:

Capitolul 4 conține traiectul spațial al sondei.

Capitolul 5conține tubarea coloanelor.

În capitolul 6 s-a efectuat calculul operației de cimentare.

Cimentarea coloanei de ancoraj:

intervalul cimentat: 0-300 m;

volumul pastei de ciment: ;

volumul noroiului de refulare: ;

numărul de autocontainere: ;

numărul agregatelor de cimentare:

Cimentarea coloanei de exploatare

intervalul cimentat: 0-1970 m;

volumul pastei de ciment: ;

volumul noroiului de refulare: ;

numărul de autocontainere: ;

numărul agregatelor de cimentare:

Bibliografie

1. MARIA PETRE:”Accidente de foraj’’, Editura Universității Petrol-Gaze din Ploiești, 2005

2. NECULAI MACOVEI; vol.I:”Fluide de foraj și cimenturi de sondă’’, Editura Universității Petrol-Gaze din Ploiești, 1993.

3. NECULAI MACOVEI; vol.II:”Echipament de foraj’’, Editura Universității Petrol-Gaze din Ploiești, 1996.

4. NECULAI MACOVEI; vol.III:”Tubarea și cimentarea sondelor’’, Editura Universității Petrol-Gaze din Ploiești, 1998.

5. AVRAM LAZĂR:”Elemente de tehnologia forării sondelor’’, Editura Universității Petrol-Gaze din Ploiești, 2011.

6. MARIA G. POPESCU: “Fluide de foraj și fluide de izolare (cimenturi de sondă)’’, Editura Universității Petrol-Gaze din Ploiești, 2002.

7. GRIGORE TATU:”Carnet Tehnic-Forarea Sondelor”, Editura Tehnică București, 1983.

8.GRIGORE TATU:”Carnet Tehnic-Forarea Sondelor”, Editura Tehnică București, 1983.

9.LAZĂR AVRAM, MICHEL TROQUET:”Dicționar de Petrol-Explorare-Exploatare”, Editura Tehnică, 2004.

10.MARIA PETRE, MARIA CRISTESCU:”Forajul Sondelor și Extracția Petrolului”, Editura Universității din Ploiești, 2013.