Elemente specifice de proiectare a forajului [309253]

PROIECT

TEMA: Elemente specifice de proiectare a forajului

unei sonde marine

Coordonator

Conf. Dr. Ing. T.Chis

Student

1.[anonimizat]: următorii 50 [anonimizat], de petrol și gaze ([anonimizat], energiei nucleare ș.a.).

[anonimizat], 156 Gt (în figura 1.1 este prezentată repartiția aproximativă a acestora pe glob). Se estimează că circa 50% dintre acestea sunt cantonate în câmpurile submarine. [anonimizat], fiecărui baril de țiței descoperit pe uscat ar trebui să-i [anonimizat].

Repartiția geografică (aproximativă) a rezervelor offshore de petrol este următoarea: Orientul Mijlociu – 49%; America de Sud – 23%; Europa Occidentală – 12%; Asia Pacifică – 7%; Africa – 7%; America de Nord – 1,4 %; Europa de Est – 0,5%o (valoare discutabilă).

[anonimizat]: [anonimizat], creșterea factorului de extracție ce. [anonimizat]:

recuperare primară (depletare naturală): ce = 20%; costul: 0,1 – 1 $/baril;

recuperare secundară ([anonimizat].): ce = 30%; costul: 0,5 – 2 $/baril;

recuperare terțiară (injecții de soluții emulsifiante sau gaze miscibile; procedee termice ș.a.): ce = 45%; costul: 5 – 15 $/baril.

[anonimizat] a avut o arie de răspândire cu totul neînsemnată până în jurul anilor "50 [anonimizat] 200 m. Totuși, [anonimizat] – care s-a derulat în prima parte a secolului XX, a [anonimizat], ca și unor zone din Golful Mexic și Oceanul Pacific. Etapa a doua – etapa de diversificare și dezvoltare a [anonimizat] a [anonimizat], a [anonimizat], diversificarea și dezvoltarea platformelor mobile de foraj.

[anonimizat], forajului în zonele unor lacuri: [anonimizat] – Venezuela etc. Acestea, [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]. Este primul tip de platformă platforma fixă.

Figura. 1.1. Repartiția pe glob a [anonimizat]-[anonimizat], California, SUA.

Descoperirea, [anonimizat], depărtate de țărm, a impus găsirea de soluții constructive compatibile cu condițiile de lucru din larg. Au apărut astfel primele platforme fixe propriu-zise din oțel, respectiv din beton. Totodată, în ultima parte a deceniului cinci și în ultima parte a deceniului șase ale secolului XX s-au construit, pe lângă platformele fixe, și primele tipuri de platforme mobile (submersibile, autoelevatoare, vase de foraj).

În anul 1950 a fost construită prima platformă submersibilă cu coloane verticale, capabilă să lucreze în apele cu adâncime mică ale Golfului Mexic. Ulterior, s-a construit prima platformă autoelevatoare sub forma unei barje prevăzute cu picioare verticale, prin intermediul cărora aceasta se sprijinea pe fundul mării.

Ultima parte a deceniului șase și prima parte a deceniului șapte, din secolul trecut, au fost dominate atât de dezvoltarea, într-un ritm rapid, a construcției platformelor submersibile și autoelevatoare, cât și de cercetările întreprinse pentru găsirea unor soluții viabile pentru vasele de foraj. Tot în această perioadă a apărut și prototipul vasului de foraj modern, care oferă posibilitatea realizării puțurilor centrale, și au fost construite primele platforme semisubmersibile.

Accelerarea ritmului de creștere a consumului mondial de petrol de la sfârșitul deceniului șapte al secolului XX a determinat din ce în ce mai mult luarea în calcul, de către specialiști, a trei condiții de bază în realizarea platformelor de foraj:

rezistență sporită la solicitări puternice, statice și dinamice, în condiții de lucru foarte ostile (vânt, valuri, curenți marini, temperaturi foarte scăzute, prezența hidrogenului sulfurat etc.);

cost scăzut și instalare facilă la locație;

securitate și siguranță în exploatare.

Necesitatea exploatării eficiente a zăcămintelor bogate din câmpurile petrolifere submarine aflate în zone cu adâncimi de apă mai mari de 50 m a condus și la perfecționarea platformelor fixe din zăbrele tubulare. Soluțiile adoptate în acest sens au vizat atât structura de rezistență, cât și instalația de foraj (dotarea cu turlă dinamică). S-au realizat astfel platforme de dimensiuni mijlocii, mari și foarte mari echipate pentru foraj sau pentru foraj și extracție.

Pentru condițiile grele din Marea Nordului s-a creat un nou tip de platformă, platforma gravitațională din beton, diversificându-se astfel tipul platformelor staționare. Ba mai mult, această platformă s-a dovedit, în condițiile date, mai sigură în funcționare și mai rentabilă decât platforma fixă din zăbrele tubulare.

Tot pe linia diversificării platformelor staționare trebuie amintite și cele două tipuri noi de platforme destinate lucrului în ape adânci și foarte adânci din Golful Mexic și din Marea Nordului (între 150 și 900 m): platforma tip turn ancorat și platforma cu picioare tensionate. Aceste soluții constructive au constituit premisele extinderii exploatărilor petrolifere în zone cu adâncimi de ape de peste 1000 m.

Pentru multe zone ale globului, între care și Marea Neagră, platforma autoelevatoare s-a dovedit o soluție salutară. Construcția acestui tip de platforme s-a dezvoltat într-un ritm rapid începând cu anul 1965, astfel că la sfârșitul anului 1993 numărul lor depășea cu mult numărul celorlalte tipuri de platforme mobile. Cu toate că cele mai multe dintre aceste platforme sunt destinate lucrului în ape cu adâncimi mai mici de 100 m, s-au găsit și soluții constructive pentru forajul în zone cu ape ce depășesc 150 m adâncime.

Platformele semisubmersibile au cunoscut, într-o primă fază, o diversificare a construcției platformelor cu flotoare principale orizontale, iar apoi, într-o a doua fază, o perfecționare a sistemului de poziționare dinamică. S-a depăși astfel limita adâncimii apei de 2200 m (valabilă pentru primul tip de platformă semisubmersibilă – platforma cu flotoare principale verticale) ajungându-se, în scurt timp, la performanța de 3050m, depășită, la rându-i, în perioada ultimilor ani.

Tot în direcția perfecționării platformelor semisubmersibile la un număr semnificativ de construcții moderne (realizate în varianta cu flotoare principale orizontale), trebuie amintită și adaptarea sistemelor moderne de autopropulsie.

Momente de referință în evoluția forajului marin le constituie și punerea în aplicare a unor programe de cercetări marine, precum:

Programul de foraj științific al oceanelor, elaborat de Fundația Națională de Științe a SUA și executat sub patronajul guvernului; în anul 1957 a început studiul discontinuității Mohorovicic (din această cauză a mai fost numit și Proiectul Mohole);

Proiectul de foraj în mări adânci, elaborat în anul 1967; nava de foraj Glomar Challenger, echipată cu un sistem de poziționare dinamică, forează în anul 1968, în Golful Mexic, o sondă adâncă de 2827 m;

Proiectul de foraj în oceane, faza internațională, a fost inaugurat în anul 1975, având ca participanți: SUA, URSS, Franța, Germania, Japonia și Marea Britanie;

Programul de foraj în oceane, avansat (AODP), elaborat pentru continuarea recunoașterii globale executată timp de peste un deceniu de nava Glomar Challenger. Guvernul SUA a pus la dispoziție o navă mai mare și mai bine echipată, Glomar Explorer, care a extins forajul de explorare dincolo de posibilitățile navei Glomar Challengex, în special în Antarctica și în alte regiuni cu climă aspră. Carotele obținute au dezvăluit informații deosebit de importante asupra istoricului regiunii și asupra plăcilor tectonice.

Înregistrarea continuă a datelor de foraj pune la dispoziția operatorului o serie de informații privind obținerea unor găuri de sondă de calitate. Transmiterea acestor date prin sateliți la un simulator permite ca, odată cu simularea condițiilor în care lucrează sapa, să se găsească, pe loc, soluții pentru continuarea forajului în condiții optime, la un cost substanțial redus. O problemă delicată o constituie însă transferul tehnologiei, care cere un personal foarte bine instruit, apt să lucreze cu aparatura sofisticată adusă de progresul tehnic. Desigur, uriașul progres înregistrat de forajul marin nu ar fi fost posibil fără aportul unor discipline de vârf precum hidrodinamica, hidroacustica, electronica, automatica etc.

2.Platforme de foraj-extracție

Așa cum s-a mai specificat, particularitățile forajului marin au în vedere, nu tehnologia de foraj ca atare, ci, în special, modul cum este rezolvată problema plasării instalației de foraj propriu-zise pe o punte de lucru care să nu fie afectată de valuri. Evident, toate construcțiile realizate până în prezent sunt rezultatul căutării îndelungate a unor soluții tehnico-economice optime.

Instalațiile pentru forajul marin sunt constituite din două elemente distincte: platforma și instalația de foraj.

Platforma de foraj marin reprezintă o construcție hidrotehnică destinată susținerii echipamentelor necesare realizării forajului în câmpurile petrolifere submarine și care, în timpul lucrului, este fixată de fundul mării, se sprijină pe acesta sau plutește. Ea este compusă, la rându-i, din două părți principale:

structura de bază prin care platforma, în funcție de tipul ei, este legată de fundul mării, se sprijină pe acesta sau plutește;

corpul platformei, solidarizat sau sprijinit de structura de bază, pe care se montează echipamentele instalației de foraj și cele auxiliare (indiferent de tipul platformei, se află deasupra apei).

Platformele de foraj marin, construite într-o mare diversitate de tipuri și variante constructive, se clasifică, cel mai adesea, în funcție de posibilitatea schimbării locației pe parcursul duratei de lucru. Avem astfel:

insule pentru foraj;

platforme staționare: fixe, gravitaționale; o platforme mobile: autoelevatoare, submersibile, semisubmersibile, vase pentru foraj.

Există și alte criterii de clasificare a platformelor. Astfel, după poziția platformei în timpul forajului, raportată la fundul mării, avem:

platforme legate de fundul mării: platforme fixe;

platforme sprijinite pe fundul mării: gravitaționale, autoelevatoare, submersibile;

platforme plutitoare: semisubmersibile, vase de foraj.

După starea platformei în timpul transportului de la șantierul de construcție la locație, sau de la o locație la alta, platformele pot fi remorcate, autopropulsate sau transportate cu barje sau cu nave speciale.

În funcție de materialul folosit cu preponderență la construcția platformelor, acestea pot fi clasificate după cum urmează:

platforme din oțel;

platforme din beton;

platforme hibride (din beton și oțel) etc.

În cele ce urmează se va accepta criteriul de clasificare ce ține seama de posibilitatea schimbării locației pe parcursul duratei de lucru: insule artificiale pentru foraj; platforme staționare; platforme mobile.

Platformele fixe sunt platforme a căror structură de bază este fixată de fundul mării: platforme fixe din zăbrele tubulare; platforme turn; platforme fixe din beton; platforme cu picioare tensionate; turnuri ancorate. Acestea se folosesc atât pentru foraj, cât și pentru extracția hidrocarburilor. Datorită costului ridicat, conceptul platformelor staționare alcătuite din structura bazală (suportul) și platforma propriu-zisă s-a modificat în timp, astfel încât acestea să poată asigura forarea unui număr mare de găuri de sondă, eventual folosind concomitent două instalații de foraj; de aici și necesitatea ca platformele staționare să fie utilizate în special în zone sigur productive.

Construcția platformelor fixe presupune două variante de bază: din zăbrele tubulare sau din tuburi cu diametre mari. Ambele tipuri se asamblează în docuri uscate; pentru transportul la locație există mai multe posibilități (succesiunea fazelor de transport și lansare rezultă din urmărirea figurilor 2.1 – 2.3:

a. După asamblare, suportul (care poate avea 4 … 12 piloni de sprijin) se încarcă pe un șlep și este adus la locație. Aici, structura (suportul) este ridicată de pe șlep cu ajutorul unor macarale plutitoare puternice (1500 … 30000 kN) și este așezată pe suprafața apei (figura 2.1); pentru verticalizare se poate folosi o singură macara.

Figura 2.1. Transportul în poziție orizontală și verticalizarea platformelor fixe

b. La montarea pe șlepul de transport, suportul este poziționat înclinat, pe un plan de pe care poate aluneca – atunci când este necesar acest lucru. La locație, partea de sus a structurii se ancorează la o macara plutitoare care are rolul de a o ghida din momentul când structura începe să pătrundă în apă și până în momentul verticalizării (fig. 2.2).

Figura. 2.2. Transportul în poziție înclinată și verticalizarea platformelor fixe

c. Tuburile cu diametre mari, eventual completate cu camere de flotare suplimentare, pot asigura plutirea structurii; după transportul acesteia la locație, partea de sus se ancorează, iar elementele de plutire se imersează controlat (fig. 2.3).

Pentru fixarea pilonilor (de preferat în rocă bine consolidată) sunt, de asemenea, mai multe posibilități. În cele mai multe cazuri, greutatea proprie este suficientă pentru ca pilonii să străbată stratul de mâl și nisip și să ajungă la suportul solid; dacă însă grosimea stratului de mâl și nisip este mai mare de 7 … 8 m, prin interiorul pilonilor se introduc jeturi puternice de apă care spală mâlul și provoacă pătrunderea pilonilor.

Fig. 2.3. Transportul fără șlepuri și verticalizarea platformelor fixe

Pentru această operație sunt necesare, la suprafață, pompe puternice care să asigure spălarea simultană a tuturor pilonilor. în caz contrar, se va face spălarea (jetisonarea) din aproape în aproape, astfel încât să se realizeze o coborâre uniformă a structurii; oricum, pentru evitarea răsturnării este de dorit ca, în tot timpul fixării, structura metalică să fie ancorată de o macara plutitoare. După ce pilonii au ajuns pe roca masivă, începe operația propriu-zisă de fixare.

Metodele clasice folosite sunt: prin vibrații, prin percuții și prin găuri de sondă tubate și cimentate.

2.1. Platforme fixe din zăbrele tubulare

În mod curent, platformele fixe din zăbrele tubulare sunt constituite din trei părți distincte: pilonii pentru ancorare 5 (fig. 2.3), montați cu unghiuri de înclinare α < 10°; partea de deasupra nivelului mâlului care se continuă către suprafață cu același unghi; cadrul metalic 2, vertical de la suprafața apei până la corpul platformei 3.

Structura de bază se prezintă ca o structură spațială de grinzi cu zăbrele de formă troncopiramidală, formată din unul, două sau trei tronsoane, fixată prin pilonii de ancorare 5 de fundul mării. Elementele principale de rezistență ale acestei structuri sunt pilonii 1, solidarizați între ei prin zăbrelele tubulare 4 (țevi orizontale și oblice). Zăbrelajul este fie în X fie în K. Corpul platformei 3 are în componența sa mai multe punți de lucru.

Numărul pilonilor se stabilește în funcție de solicitările la care este supus cadrul, în condițiile cele mai severe; platforma propriu-zisă trebuie proiectată pe mai multe niveluri, astfel încât pe o suprafață cât mai mică să poată încăpea toate elementele necesare.

Fig. 2.4. Platformă fixă din zăbrele tubulare (schemă)

Diametrul pilonilor de sprijin nu poate fi mai mic de 1 m, iar grosimea cea mai mare de perete se poate alege în dreptul liniei de mâl, considerată ca una din zonele solicitate ale cadrului. Pentru stabilirea stării de solicitare asupra unui pilon, se presupune că întreaga structură se comportă ca un corp rigid (în distribuirea forței ce acționează asupra fundației) și că forțele laterale (provenite din acțiunea valurilor, vânturilor și curenților) sunt preluate în mod egal de toți pilonii.

Platformele cu dimensiuni medii, mari și foarte mari lucrează în ape cu adâncimi care depășesc 50 m, având de obicei corpul echipat integral cu instalația de foraj-extracție. Principalele zone exploatate cu astfel de platforme sunt (între paranteze sunt precizate adâncimile apelor): Golful Mexic (410 m), Canalul Sfânta Barbara (368 m), Marea Nordului (187 m), partea sudică a Oceanului Atlantic (170 m) etc. Construcțiile sunt dotate, în majoritatea cazurilor, cu turle „dinamice", care se deplasează pe șine, pe partea superioară a corpului, forându-se până la 70 de sonde pe o locație.

Principalele activități desfășurate în șantierele navale privesc: execuția modulelor structurii de bază, asamblarea acestora, execuția și asamblarea modulelor punților. Activitățile desfășurate pe mare au în vedere: transportul structurii de bază la locație, fixarea acesteia, transportul punților, asamblarea platformei la locație și finalizarea echipării acesteia.

Costul unor astfel de platforme este în funcție de adâncimea apei în care lucrează. Astfel, pentru ape adânci de 50 m costul este de aproximativ 8 milioane dolari; pentru 100 m, 18 milioane dolari, iar pentru 150 m – 25 milioane dolari (în aceste prețuri nu intră instalația de foraj, iar valorile sunt declarative).

2.2. Platforme fixe turn

Structura de bază a acestor platforme este asemănătoare cu cea a platformelor fixe cu zăbrele tubulare (în cazul de față pilonii sunt verticali). Acestea pot fi cu patru picioare, cu trei și monopode. În mod obișnuit, se folosesc pentru ape puțin adânci (30 m) și în zonele arctice.

Platformele turn monopod (fig. 2.5.) au un picior principal 1 constituit din burlane cu diametrul de 3 … 4 m; suspendarea pe fundul mării se face pe doi suporți orizontali tubulari 2, care sunt solidarizați de piciorul principal prin intermediul unor țevi 3 oblice și a șase țevi orizontale 4. Pentru fixare, capetele țevilor 2 sunt prevăzute cu ghidaje în care, de la suprafață, se introduc piloni care se bat în roca de fundație.

Figura 2.5. Platformă fixă turn, monopodă

O altă variantă constructivă o reprezintă platformele fixe de tip turnuri ancorate (fig. 2.6). Și în acest caz, structura de bază a unei asemenea platforme este asemănătoare cu cea a platformei fixe cu zăbrele tubulare. Totuși, pentru aceeași adâncime a apei în zona de instalare, aceasta din urmă este mai ușoară, mai suplă și mai elastică. Acest fapt se datorează modului în care lucrează structura de bază. Astfel, baza structurii 1 fiind fixată de fundul mării cu ajutorul tuburilor-pilot de la colțuri 2 sau din zona centrală 3, iar partea superioară fiind ancorată de acesta, turnul se poate deplasa înainte și înapoi cu valul (ținându-se seama că forța valurilor este ciclică); unghiul de înclinare trebuie să varieze în intervalul 2° … 3°. În aceste condiții, tuburile-pilot de fixare sunt mai puțin solicitate, în timp ce cablurile de ancorare 4, plasate la partea superioară a structurii, sub corpul platformei 5, trebuie să preia cea mai mare parte a sarcinilor datorate vânturilor, valurilor și curenților marini.

Fig. 2.6. Platformă turn ancorată

2.3. Platforme fixe cu picioare tensionate

Structura de bază a unei platforme cu picioare tensionate (figura 2.7) conține, ca elemente de bază, coloanele verticale 1, concepute ca flotoare, solidarizate între ele la partea inferioară prin flotoarele orizontale 2, iar la partea superioară prin corpul platformei 3. La locație, platforma este menținută deasupra găurii de sondă prin picioarele (liniile de ancorare) 4, legate de masivele din beton 5, sprijinite de fundul mării sau încastrate în solul marin. Masivele din beton au încorporate elementele de cuplare 6 cu capetele inferioare ale liniilor de ancorare.

Picioarele 4 sunt menținute în tensiune cu ajutorul unor sisteme hidraulice de tensionare, încorporate în picioarele de la extremitățile structurii de bază. în felul acesta, pe întreaga durată de lucru, pe timp de furtună, sunt preluate oscilațiile platformei, respectiv se asigură menținerea acesteia pe amplasament între limitele admise (deplasarea orizontală admisă este de 5 … 10% din adâncimea apei).

Picioarele unei asemenea platforme, în număr de patru sau șase, lucrează la întindere, deci în condiții mai favorabile pentru oțeluri, în timp ce la platformele fixe din zăbrele tubulare (sau la platformele turn) pilonii lucrează în compresiune. O linie de ancorare poate fi realizată ca o piesă unică, din material tabular îmbinat prin sudare, sau ca o garnitură de material tubular asamblat prin înfiletare.

Figura 2.17. Platformă cu picioare tensionate

Corpul platformei, neetanș și neplutitor, are în componență mai multe punți și susține întregul echipament de foraj (cu turlă dinamică), respectiv echipamentele auxiliare. Asemenea platforme, de pe care se pot fora 20 … 58 sonde, au fost instalate în Marea Nordului și în Golful Persic. Și încă ceva: începându-se cu anul 1989, în competiția pentru învingerea adâncimilor mari de apă (peste 1000 m), platformele cu picioare tensionate au reprezentat continuu o soluție constructivă de viitor.

3.Acțiunea mediului marin asupra structurilor

În esență, este vorba de acțiunea hulei, vântului și curenților marini.

Hula este un fenomen extrem de complex, de natură pur aleatorie. Modelele utilizate la ora actuală se referă la hula regulată, definită prin direcția de propagare, amplitudine și perioadă, și hula neregulată (monodirecțională sau multidirecțională), definită prin spectrul său de energie. Acțiunea hulei asupra structurilor este esențial dinamică.

Modul de reprezentare al hulei depinde de tipul structurii și de faza de studiu al proiectului: hula regulată, în stadiul de predimensionare și hula neregulată, în stadiul de dimensionare finală.

Vântul este, de asemenea, de natură aleatorie în timp, dar are o componentă permanentă. Viteza sa este afectată de efectele "frecării" la interfața aer-apă și variază deci cu altitudinea.

Curenții se consideră, de regulă, constanți în timp, dar ei variază (ca direcție și viteză) cu adâncimea apei. Se au în vedere curenții de maree, curenții datorați vântului și curenții permanenți sau sezonieri de origini diverse ("upwelling", curenți oceanici etc.).

Acțiunea mediului marin asupra unei structuri este asociată curgerii unui fluid (apă sau aer) pe lângă structură. Se disting excitații statice (independente de timp) și dinamice.

Excitațiile statice sunt date de curenți constanți, vântul mediu și, în câteva cazuri, de hulă. De notat totuși că ar fi greșit să se tragă concluzia că vântul sau curenții constanți sunt fără efect dinamic: o navă ancorată la proră poate avea un comportament instabil ("fish-tailing") sub acțiunea unui curent constant!

O excitație dinamică este asociată unei scări de timp. Problemele de rezonanță sunt periculoase dacă această scară de timp este vecină perioadei proprii a structurii. Câteva exemple: pentru curentul de maree, scara de timp asociată este de 12 ore; pentru hulă, de la 3 la 12 secunde; pentru rafale de vânt, de la 3 la 5 secunde etc.

În fine, trebuie să se distingă fenomenele deterministe de cele aleatorii. Fenomenele aleatorii pot fi caracterizate la un timp t dat; din contră, este imposibil să se precizeze valorile lor instantanee le un timp ulterior t + At (vor fi luate astfel în considerare valori medii).

Dacă fenomenele de origine mecanică (legile de comportare) sunt, cel mai adesea, deterministe, fenomenele naturale (hula, vântul) sunt, prin esență aleatorii. Deci, se pun două probleme esențiale: estimarea conținutului frecvenței semnalului de excitație (pentru a analiza riscurile rezonanței) și estimarea valorilor extreme ale excitației, pentru o perioadă dată.

4.Stabilirea programului de construcție al sondei

Ne propunem să stabilim programul de construcție pentru o sondă marină cu o adâncime de 3000 m de pe o platforma fixă într-o mare cu adâncimea de 200 m.

Ca orice altă lucrare umană, de o oarecare amploare, și sondele au o anumită alcătuire constructivă, o structură, denumită construcția sondei. Ea se realizează pe baza unui plan, numit program de construcție. Acesta cuprinde, în primul rând, programul de tubare și anume: adâncimea de introducere a coloanelor de burlane cu care se consolidează pereții găurii de sondă, diametrul și grosimea burlanelor, calitatea oțelului și tipul îmbinărilor dintre ele. La acesta se adaugă, uneori, programul de sape, ca tip și diametru – inclusiv pe intervalul rămas eventual netubat -, programul de cimentare (tipul pastei și intervalele cimentate) și echipamentul de extracție (tubing, packere, filtre) – la sondele de exploatare. La sondele dirijate se precizează și profilul lor spațial.

Construcția proiectată determină, de regulă, echipamentul și sculele cu care se va executa sonda: instalația de foraj, diametrul și alcătuirea garniturilor de foraj folosite pe diverse intervale, tipul și diametrul motoarelor de foraj submersibile – când se utilizează -, echipamentele de investigare geologică și geofizică, de perforare și de probare. Schema de construcție determină, indirect, tipul și proprietățile fluidelor folosite, uneori și tehnologia de foraj aplicată.

Dar, adeseori, mai ales la sondele adânci, construcția sondei este influențată de echipamentele și tehnologiile de foraj, investigare, probare sau exploatare disponibile.

În urma analizării datelor obținute de la sondele de corelare avem următoarele:

Adâncimea stratelor de interes (adâncimile sunt considerate de la linia de mâl):

2020 m – 2110 m – rezervor secundar de gaze (Ponțian);

2750 m – 2950 m – rezervor principal de gaze (Oligocen);

Regimul presiunilor din pori:

0m – 800 m – ;

800m – 2100 m – ;

1450m – 3000 m – ;

Regimul presiunilor de fisurare:

0m – 800 m – ;

800m – 1700 m – ;

1700m – 3000 m – ;

Densitatea apei de mare și a apei de zăcământ se consideră egală cu iar densitatea gazelor .

În continuare se vor calcula presiunile fluidelor din pori și presiunile de fisurare la anumite adâncimi:

Presiunea la nivelul liniei de mâl dată de coloana de apa de mare :

Presiunea din pori la :

Presiunea din pori la :

Presiunea din pori la :

Presiunea la nivelul liniei de mâl dată de gazul provenit de la :

Figura 4.1. Variația presiunii din pori și a presiunii de fisurare

Presiunea la nivelul liniei de mâl dată de gazul provenit de la :

Presiunea la nivelul liniei de mâl dată de gazul provenit de la :

Presiunea din pori la :

Presiunea din pori la :

Presiunea din pori la :

4.1. Precizări privind obiectivul coloanelor

1.Coloana conductor: cu diametrul de 30 in, grosime de perete 30 mm, se tubează la adâncimea de 50 m, într-o gaură de 36 in. Fluidul de foraj folosit pentru săparea acestui interval este apa de mare. Se sapă cu circulatie pe fundul mării.

2.Coloana de ancoraj: cu diametrul nominal de 20 in se tubează la adâncimea de 500 m. Are rolul de a izola formațiunile de suprafață, permeabile și friabile, și de a permite montarea sistemului de prevenire a erupțiilor ( BOP ). Se va cimenta la zi.

3.Coloana tehnică 1: cu diametrul nominal de 13 3/8 in se tubează la adâncimea de 1000 m intr-o gaura de 17 ½ in. Are rolul de a izola formațiunile Cuaternar și patea superioară a Dacianului și de a permite montarea sistemului de prevenire a erupțiilor. Nivelul de ciment se va ridica la zi (pentru a împiedica migrația gazelor din partea superioară a Dacianului).

4.Coloana tehnică 2: cu diametrul nominal de 9 5/8 in se tubează la adâncimea de 1700 m intr-o gaura de 12 1/4 in. Are rolul de a izola formațiunile Dacianului și partea superioara și medie a Ponțianului. Nivelul de ciment se va ridica până la 700 m.

4.Coloana de exploatare: după atingerea adâncimii finale, de 3000 m, se va tuba coloana de exploatare, cu diametrul nominal de 7 in. Gaura se va realiza cu sapă de 8 ½ in. Are rolul principal de a pune în valoare potențialele hidrocarburi cantonate în formațiunile traversate de sondă. Se va cimenta cu nivel la 1400 m.

Adâncimea exactă de tubaj precum și intervalele de perforat se vor stabili de către beneficiar după interpretarea măsurătorilor geofizice executate la terminarea forajului sondei.

4.2.Alegerea diametrelor sapelor și coloanelor

La dimensionarea sapelor și a coloanelor se pleacă de la diametrul coloanei de exploatare, care se calculează în funcție de producția programată a sondei. Astfel diametrul coloanei de exploatare funcție de producția estimată va fi de 7 in .

Se calculează diametrul aproximativ al sapelor cu reiația:

unde:

diametrul mufei coloanei exprimat în mm;

jocul radial între exteriorul mufei burlanului și peretele găurii de sondă.

Din tabelelel de sape se alege tipodimensiunea de sapa cea mai apropiată și se recalculează jocul radial și rația de tubare.

Figura 4.2. Modelul de stabilire a diametrului sapelor (a)

și a diametrului coloanelor de burlane (b).

1.Coloana de exploatare (0 – 3000 m)

mm;

;

mm alegem mm;

mm;

Se alege

Recalculăm jocul radial

Rația de tubare

2.Coloana intermediară 2 (0 – 1700 m)

Diametrul minim interior al coloanei se determină impunând un joc radial între sapa anterioară și peretele interior al coloanei.

Se alege coloana urmatoare:

mm alegem mm;

Se alege

Recalculăm jocul radial

Rația de tubare

3.Coloana intermediară 1 (0 – 1000 m)

Diametrul minim interior al coloanei se determină impunând un joc radial între sapa anterioară și peretele interior al coloanei.

Se alege coloana urmatoare:

mm alegem

Se alege

Recalculăm jocul radial:

Rația de tubare:

4.Coloana de ancoraj (0 – 500 m)

Diametrul minim interior al coloanei se determină impunând un joc radial între sapa anterioară și peretele interior al coloanei.

Se alege coloana urmatoare:

mm alegem

Se alege

Recalculăm jocul radial:

Rația de tubare:

5.Coloana conductor(0 – 50 m)

Diametrul minim interior al coloanei se determină impunând un joc radial între sapa anterioară și peretele interior al coloanei.

Se alege coloana urmatoare:

mm alegem

Se alege

Recalculăm jocul radial:

Rația de tubare:

Tabel 4.1. Programul de construcție al sondei

4.3.Metodologia de calcul a coloanelor

Tubarea sondelor este un complex de lucrări necesare a fi efectuate pentru introducerea coloanelor formate din burlane de oțel, în gaura de sondă la o anumită adâncime și de un anumit diametru. Acestea au rolul principal de a asigura următoarele:

să stabilizeze pereții găurii de sondă;

să realizeze izolarea etanșă a formațiunilor din coloana stratigrafică;

să asigure condiții satisfăcătoare de securitate în procesul de foraj și în timpul exploatării zăcămintelor.

Burlanele pentru tubaj sunt solicitate în diferite moduri, care diferă de la o situație la alta, la tracțiune și compresiune, la presiune interioară și presiune exterioară, uneori și la încovoiere. Ele nu sunt uniforme de-a lungul sondei, dar au în general un caracter static. De aceea, profilul cel mai economic al unei coloane va fi, probabil, variabil de-a lungul ei, cu grosimi, oțeluri sau îmbinări diferite. Burlanele pentru tubaj sunt executate din țevi de oțel laminate, fără sudură.

Fiecare coloană trebuie să reziste pe toata lungimea, din momentul introducerii în sondă până la sfârșitul exploatării acesteia, tuturor solicitărilor la care ea va fi supusă. Deoarece solicitările sunt variabile de-a lungul coloanelor și profilul lor va fi de regulă variabil, ca grosime, oțel sau îmbinare.

În principiu, dacă distribuția solicitărilor anticipate este cunoscută, profilul coloanelor se poate stabili , pe cale analitică, grafică sau combinată, alegând dintre burlanele disponibile pe cele corespunzătoare. Dacă există mai multe posibilități de alcătuire a unei coloane, se alege varianta cea mai economică sau profilul cel mai usor.

Se pot întocmi algoritmi de proiectare care să cuprindă toate situațiile imaginabile pentru o anumită coloană. Dar este mai util să fie reținute doar solicitările reprezentative cele mai severe, de tracțiune, presiune interioară, presiune exterioară și încovoiere, dacă este cazul, de regulă, ele nu sunt simultane. Profilul astfel stabilit se verifică și pentru situații posibile. Dacă valorile coeficienților de siguranță calculați, la solicitări separate ori la solicitări compuse, nu sunt satisfăcătoare se modifică fie profilul coloanei, fie sarcina de fixare în flanșe, fie parametrii operațiilor anticipate în sondă.

Trebuie ținut seamă de efectul uzurii ori a coroziunii, fenomen care reduce grosimea de perete, și de prezența perforaturilor.

Coloanele tubate, pentru siguranța forajului până la adâncimea preconizată îndeplinesc și unele funcții distincte față de coloana de exploatare. De aceea, fiecare tip de coloană sau de lainer presupune un anumit specific de proiectare, în afara unor criterii generale. În plus, fiecare companie are reglementate coduri proprii de proiectare, care prevăd situațiile ce trebuie luate în considerare, coeficienți de siguranță, regulile de probare și fixare în flanșe. Practica dintr-o anumită zonă joacă și ea un rol.

Pentru dimensionarea la fisurare a coloanelor de suprafață și a celor intermediare se consideră, ca fiind cea mai severă, situația când sonda este închisă și plină cu gaze, iar la talpa ei presiunea este egală cu cea a stratului de gaze întâlnit. Diferența de presiune interioară la o adâncime oarecare H, de-a lungul coloanei:

Presiunile de la suprafață calculate cu relațiile de mai sus pot fi exagerat de mari, depășind presiunile de lucru ale prevenitoarelor și ale manifoldului de erupție disponibile sau uzuale pentru o anumită adâncime. În asemenea situație, se limitează presiunea de calcul de la suprafață la cea de lucru p, urmând ca operatorul să scurgă presiune când valoarea acesteia se aproprie de cea maximă admisă. Sonda se poate considera plina cu noroi la suprafață și cu gaze la partea inferioară. Înălțimea coloanei de noroi din sondă se determină din condiția ca presiunea 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

La orice adâncime trebuie îndeplinită condiția:

unde reprezintă presiunea interioară admisibilă a burlanelor la fisurare.

Se poate scrie relația cu care se calculează adâncimea unde este necesară trecerea de la o grosime mai mică la una mai mare sau invers:

Figura 4.4. Epurele diferenței de presiune interioară: a) sondă plină cu gaze;

b) fisurarea formațiunilor de la șiul coloanei; c) sondă echipată cu parcker cu presiunea la coloană limitată.

Pentru dimensionarea coloanelor la turtire, trebuie anticipate și evaluate cele mai severe diferențe de presiune dintre exteriorul și interiorul lor. Indiferent de tipul coloanelor, în exteriorul lor, inclusiv în zona cimentată, se consideră presiunea hidrostatică dată de noroiul în care ele au fost tubate.

În dreptul stratelor vâscoplastice foarte instabile (sare și marne aflate la adâncimi mari), presiunea exterioară de calcul poate fi mărită până la cea litostatică.

La continuarea forajului sub șiul coloanelor respective pot fi: întâlnite formațiuni foarte permeabile în care au loc pierderi totale de circulație.

Scăderea nivelului este, de obicei, mai mare atunci când formațiunile cu pierderi sunt mai adânci, dar mai apropiate de capătul inferior al intervalului deschis sub șiul unei coloane.

Daca exista informații sigure privind adâncimea maximă de golire într-o anumită regiune, se poate determina presiunea interioară din coloană. Dacă asemenea informații nu există, se poate accepta ca gradientul presiunii din pori în zona de pierderi este cel normal, corespunzător unei coloane de apă mineralizată (este puțin probabil să se întâlnească formațiuni cu presiune mai mică decât cea normală). În această presupunere rezultă:

unde:

– este densitatea maximă anticipată a noroiului la adâncimea unde pot avea loc pierderile;

– adâncimea de golire;

– densitatea apei mineralizate.

Dacă nu se cunoaște litologia formațiunilor deschise se acceptă, acoperitor, pentru adâncimea de tubare a coloanei următoare. Rezultă:

Deoarece coloanele de suprafață sunt relativ scurte în raport cu adâncimea deschisă sub șiul lor, se consideră adesea că ele se golesc total. Coloanele de exploatare se golesc în întregime spre sfârșitul perioadei de exploatare, uneori și în timpul probelor de producție.

Mulți proiectanți consideră toate coloanele complet goale, ceea ce implică o siguranță mai mare. Se acceptă în acest mod și situația de la sfârșitul cimentării, când în exterior se poate afla o înălțime ridicată de pastă cu densitatea mult mai mare decât a noroiului de refulare. Acest mod de calcul acoperitor a permis să se micșoreze coeficienții de siguranță la turtire până la 1 și chiar mai jos.

La orice adâncime trebuie îndeplinită condiția:

unde:

constituie presiunea exterioară admisibilă a burlanelor.

Figura 4.5. Epurele diferenței de presiune exterioară.

a) golire totală; b) golire parțială.

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 această secțiune transversală de-a lungul coloanei de burlane trebuie îndeplinită condiția:

unde:

este greutatea burlanelor aflate sub secțiunea respectivă;

este forța de tracțiune admisibilă a burlanelor aflate la adâncimea de calcul; forța se determină împărțind forța de rezistență a îmbinării la coeficientul de siguranță impus c.

Dimensionarea începe de jos în sus, cu burlanele cele mai slabe disponibile. Când condiția nu mai este îndeplinită, se apelează la burlane mai rezistente: fie au grosimea mai mare, fie sunt fabricate dintr-un oțel superior, fie au îmbinările mai rezistente. Coloana este formată din tronsoane de burlane cu rezistență diferită.

Dacă se notează cu , lungimea unui tronson oarecare cu masa unitara , și forța de tracțiune admisibilă , atunci:

unde:

este greutatea tronsoanelor inferioare aflate mai jos de tronsonul calculat i.

4.4.Stabilirea profilului coloanei de exploatare

Urmează sa se stabilească compunerea coloanei la solicitarea de presiune interioară cu sonda închisă plină cu gaze urmată de verificarea la presiune exterioară cu coloana goală și în exterior noroi de foraj și în final verificarea la tracțiune. Pentru coloana de exploatare se cunosc următoarele date:

Diametrul coloanei ;

Adâncimea de fixare: ;

Densitatea fluidului de foraj:

Coeficienți de siguranță

la turtire

la spargere

la tracșiune

Tabel 4.2. Burlane de 7 in disponibile

4.4.1. Profilul coloanei la solicitarea de presiune interioară

Condițiile de proiectare: la exterior avem presiunea dată de o coloană de apă mineralizată și la interior presiunea dată de o coloană de gaze.

Presiunea la nivelul liniei de mâl dată de coloana de apa de mare :

Presiunea exterioară la partea inferioară a coloanei dată de coloana de apă mineralizată:

Presiunea exterioară la partea superioară a coloanei:

Presiunea interioară la partea inferioară a coloanei dată de presiunea gazelor din stratul de la adâncimea :

Presiunea interioara la partea superioara data de gaze:

Diferențe de presiune ce solicita coloana:

la partea inferioară a coloanei:

la partea superioara a coloanei:

Primul tronson de la partea inferioara a coloanei va fi din otel N80 cu și , imediat superioara presiunii de solicitare a coloanei la baza .

Lungimea primului tronson va fi:

Al doilea tronson al coloanei va fi din oțel J55 cu și . Deoarece presiunea admisibila la spargere a burlanului este mai mare decât presiune maxima dată de gaze în partea superioară a coloanei, lungimea celui de-al doilea burlan va fi:

În consecința profilul coloanei de exploatare supusa solicitării de presiune interioara va fi cel prezentat în tabelul 4.3.

Tabel 4.3. Profilul coloanei la presiune interioară

4.4.2. Profilul coloanei la solicitarea de presiune interioară

Condițiile de proiectare: la exterior avem presiunea dată de coloana hidrostatică a fluidului de foraj iar la interior coloana este goală, presiune atmosferică. Presiunea exterioara la partea superioara a coloanei:

Presiunea exterioară la partea inferioară a coloanei:

Pentru calculul la presiune exterioară se va folosi varianta analitică de sus în jos. Primul tronson este format din burlane cu presiunea de turtire prima mai mare decât presiunea coloanei de apa de pe fundul mării.

Lungimea primului tronson va fi:

Lungimea celui de-al doilea tronson va fi:

Lungimea celui de-al treilea tronson va fi:

Lungimea celui de-al patrulea tronson va fi:

Deoarece pentru al patrulea tronson presiunea admisibilă de turtire este mai mare decât presiunea efectiva exterioara maxima lungimea tronsonului respectiv se calculează ca diferența dintre lungimea coloanei și suma lungimilor celorlalte tronsoane:

În consecința profilul coloanei de exploatare supus solicitării de presiune interioară va fi cel prezentat în tabelul 4.4.

Tabel 4.4. Profilul coloanei la presiune exterioară

Deoarece profilele calculate în cazul solicitărilor de presiune interioară și exterioară diferă foarte mult vom realiza un profil combinat al celor doua. Acesta va avea următoarea componență de jos in sus:

Tabel 4.5. Profilul coloanei

Figura 4.6. Profilul coloanei de exploatare; a)la solicitarea de presiune interioara;

b)la solicitarea de presiune exterioara; c)compunerea celor doua

4.4.3. Profilul coloanei la solicitarea de întindere

În cazul solicitării de întindere calculul se face de jos in sus, de la baza coloanei la suprafața. Se are în vedere punctele de trecere între tronsoane, considerând capacitatea de rezistență a burlanelor cu forța admisibilă la smulgere mai redusă.

Profilul coloanei stabilit anterior rezistă la solicitarea de tracțiune. În final coloana va avea componența stabilită anterior. Coloana va fi lansată până la capul sondei cu garnitura de prăjini de foraj, asemănător unui lainer, se va agăța în acesta si apoi se va cimenta pană la zi.

5.Cimentarea coloanei de ancoraj – procedeul Halliburton

Coloana de ancoraj se cimentează la zi. Când diametrul coloanei este mare, pentru a se evita amestecarea pastei de ciment cu fluidul de refulare, se practică mai multe variante de cimentare.

a)În șiul coloanei se montează un șir de țevi concentrice cu garnitura de foraj și cu coloana. Dezavantaj: la operația de introducere a coloanei trebuie manevrate, concomitent, țevile de cimentare și burlanele de tubaj.

b)Metoda de cimentare cu două dopuri (după procedeul Halliburton).

Figura 5.1. Schema cimentării coloanei conductor după procedeul Halliburton:

a) la pornirea circulației; b) bila b1 se suprapune pe dopul d1;

c) înaintea ruperii știfturilor s3; d) după ruperea știfturilor s3

În ultima bucată de burlan se fixează două dopuri d1 și d2 (figura 5.1.), goale la interior, cu diametre de trecere diferite (D1 < D2). Prinderea acestora de burlan se face prin știfturi cu rezistențe la forfecare prestabilite.

Capul de cimentare montat la partea superioară a prăjinilor de foraj 1 este prevăzut cu o bilă b1, care trece de dopul d2 dar se oprește în dopul d1, și o altă bilă (dop) b2, care nu trece de dopul d2.

La pornirea circulației, presiunea la agregate:

în care: – presiunea necesară învingerii rezistenței de gel;

– presiunea necesară învingerii frecărilor din sistemul de circulație.

După învingerea rezistenței de gel:

Se dă drumul bilei b1, după care se pompează pasta de ciment. Cum, de obicei, densitatea pastei de ciment este mai mare decât cea a fluidului de foraj, apare o presiune diferențială care „ajută" agregatul.

Când bila b1 ajunge pe dopul d1, presiunea la agregat este:

În care presiunea diferențială:

La suprapunerea bilei bi pe dopul dj se mărește presiunea la agregate până se vor forfeca știfturile s1:

În care este suplimentul de presiune necesar pentru ruperea știfturilor. După ruperea știfturilor, presiunea la agregate devine:

unde – este presiunea datorată frecărilor remanente dintre dopul d1 și interiorul coloanei.

În continuare, presiunea la agregate scade până când toată pasta de ciment a fost pompată, moment în care

În care este presiunea diferențială corespunzătoare momentului respectiv.

În acest moment se lansează dopul b2 (se presupune că interiorul coloanei este suficient de mare, astfel ca toată pasta de ciment necesară cimentării spațiului inelar să încapă în interiorul ei). Până când el ajunge pe dopul d2, presiunea la agregate se poate considera constantă:

La suprapunerea "dopului" b2 pe dopul d2, presiunea la agregate devine:

În care este presiunea suplimentară necesară ruperii știfturilor s2. Apoi, presiunea la agregate devine:

unde este presiunea datorată frecărilor remanente dintre dopul d2 și interiorul coloanei.

În continuare

Până când dopul d1 cu bila b1 ajung pe inelul de reținere. Dopul d1 este de tip culisabil. La o valoare prestabilită a presiunii, știfturile se foarfecă, astfel că orificiile din scaunul dopului și cele din cămașa interioară a acestuia ajung față-n față; presiunea la agreate este:

fiind presiunea suplimentară necesară ruperii știfturilor s3.

În continuare, pasta de ciment trece prin orificiile comunicante de sub bila b1, pe la șiu, în spațiul inelar.

La sfârșitul operației de cimentare, presiunea la agregate este:

În care:

În cazul coloanelor cu diametre mici, cimentarea se face după metoda obișnuită, cu două dopuri, fără modificări speciale.

Figura 5.1. Diagrama presiune – volum la cimentarea coloanei conductor

Coloana de ancoraj se lansează de pe platformă cu ajutorul garniturii de prăjini de foraj. După atingerea adâncimii de tubaj stabilite coloana este fixată în capul coloanei conductor cu ajutorul unei mufe de construcție specială. Se cimentează cu nivel de ciment la zi. La fel ca și forajul acestei porțiuni, cimentarea se face cu circulație pierdută, fluidul de foraj (apă de mare) dislocuit de pasta de ciment cât si pasta în exces sunt deversate pe fundul mării prin niște orificii din sistemul de agățare al coloanei. După ce pasta de ciment a ajuns la zi prin rotire la stânga se deșurubează reducția dintre coloană și garnitura de foraj.

Date necesare calcului cimentării coloanei de ancoraj:

diametrul interior al prăjinilor de foraj ;

diametrul exterior al prăjinilor de foraj ;

diametrul interior al coloanei de ancoraj ;

diametrul exterior al coloanei de ancoraj ;

diametrul găurii de sonda (al sapei) ;

lungimea prăjinilor de lansare (până la linia de mâl) ;

lungimea niplului special al coloanei conductor ;

lungimea coloanei de ancorare ;

distanta de la inel la șiul coloanei ;

debitul de pompare ;

căderea de presiune in instalația de suprafața ;

Caracteristicile fluidului de foraj

densitatea fluidului de foraj ;

tensiunea statică de forfecare ;

tensiunea dinamică de forfecare ;

viscozitate plastică ;

Caracteristicile pastei de ciment:

densitatea fluidului de foraj ;

tensiunea statică de forfecare ;

tensiunea dinamică de forfecare ;

viscozitate plastică ;

Volumul de pastă de ciment necesar:

Volumul de fluid de refulare:

Viteza fluidului în interiorul prăjinilor de foraj:

Viteza fluidului în interiorul coloanei:

Viteza fluidului în exteriorul coloanei:

Numărul Reynolds pentru curgerea fluidului de foraj și a pastei de ciment:

În continuare se vor calcula căderile de presiune datorate frecări fluidelor vehiculate în interiorul prăjinilor de foraj, în interiorul coloanei și în spațiul inelar cu ajutorul următorului algoritm. Datele calculate se găsesc în tabelul 5.1.

în interiorul prăjinilor:

în interiorul coloanei:

în spațiul inelar coloana gaură de sondă:

Tabelul 5.1. Căderile de presiune datorate frecărilor

Calculul presiunilor în cele treisprezece momente ale operației de cimentare se realizează prin însumarea căderilor de presiune datorate frecări fluidelor și a presiunilor datorate diferențelor de densitate a fluidelor pompate în sondă.

unde: – presiunea necesară ruperii rezistenței de gel (se adaugă numai în momentul pornirii circulației;

– presiunea datorată frecări fluidelor;

– presiunea datorate diferențelor de densitate a fluidelor pompate.

Se va exemplifica calculul presiunii din momentul începerii cimentării si din momentul când toată pasta de ciment a fost pompată. Restul datelor se vor găsii trecute în tabelul tabelul 5.2.

Presiunea de pompare la pornirea agregatelor:

Volumul pompat:

Presiunea de pompare în momentul în care toată pasta de ciment a fost pompată:

unde: – presiunea necesară învingerii frecărilor remanente dintre D1 și coloană.

Volumul pompat:

Tabel 5.2. Rezultate

Figura 5.2. Variația presiunii de pompare funcție de volumul pompat

6.Componența garniturii de foraj

În procesul de foraj garnitura este supusă unor condiții complexe de lucru. Stabilirea cu exactitate a acestora și determinarea stării de solicitare cât mai apropiată de realitate permite o alegere și o exploatare rațională a garniturii de foraj.

Solicitările importante ale unei garnituri de foraj sunt:

întinderea;

compresiunea;

flambajul;

încovoierea;

torsiunea;

presiunea interioară;

presiunea exterioară;

oboseala.

Stabilirea stării de tensiune, trebuie făcută în secțiunile cele mai periculoase și anume deasupra sapei, în zona neutră, deasupra prăjinilor grele și la suprafață; dupa stabilirea zonei de solicitare maximă, cu un coeficient de siguranță prestabilit este posibilă alegerea materialului din care să fie confectionate prăjinile de foraj; pentru a determina aceste eforturi unitare ale garniturii de foraj vom avea în vedere mai multe situații:

suspendată fără circulație;

prin garnitura de foraj suspendată circulă fluid de foraj;

extragerea cu circulație;

extragerea fără circulație;

introducerea cu circulație;

introducerea fara circulație;

căderea garniturii de foraj pe distanțe scurte, cu oprire bruscă;

lansarea coloanelor de pe platforma de foraj;

când sapa lucrează pe talpa sondei.

Intervalul 0 – 50 m – coloana conductor

sapă cu lame 26 in (gaura va fi lărgită cu un largitor 36 in);

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 660 mm (I);

prăjină grea 9 1/2 in, 1 buc, cca. 9 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 660 mm (II);

prăjini grele 9 1/2 in, 2 buc, cca. 18 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 660 mm (III);

prăjini grele 9 1/2 in, 9 buc, cca. 81 m;

prăjini de foraj, cu diametrul exterior de 5 in, cca. 150 m;

Intervalul 50 – 500 m – coloana de ancoraj

sapă cu lame 26 in;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 660 mm (I);

prăjină grea 9 1/2 in, 1 buc, cca. 9 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 660 mm (II);

prăjini grele 9 1/2 in, 2 buc, cca. 18 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 660 mm (III);

prăjini grele 9 1/2 in, 9 buc, cca. 81 m;

prăjini de foraj, cu diametrul exterior de 5 in, cca. 600 m

Intervalul 500 – 1000 m – coloana tehnică 1

sapă cu role 17 1/2 in;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 444 mm (I);

prăjină grea 9 1/2 in, 1 buc, cca. 9 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 444 mm (II);

prăjini grele 9 1/2 in, 2 buc, cca. 18 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 444 mm (III);

prăjini grele 9 1/2 in, 9 buc, cca. 81 m;

geală hidraulică 9 1/2 in;

prăjini grele 9 1/2 in, 3 buc, cca. 27 m;

prajini de foraj cu pereți groși 5 in, 15 buc, cca. 135m;

prăjini de foraj 5 in, cca. 915 m;

Intervalul 1000 – 1700 m – coloana tehnică 2

sapă cu role 12 1/4 in;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 311,2 mm (I);

prăjină grea 8 in, 1 buc, cca. 9 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 311,2 mm (II);

prăjini grele 8 in, 2 buc, cca. 18 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 311,2 mm (III);

prăjini grele 8 in, 9 buc, cca. 81 m;

geală hidraulică 8 in;

prăjini grele 8 in, 3 buc, cca. 27 m;

prajini de foraj cu pereți groși 5 in, 15 buc, cca. 135m;

prăjini de foraj 5 in, cca. 1600 m;

Intervalul 1700 – 3000 m – coloana de exploatare

sapă cu role 8 1/2 in;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 215 mm (I);

prăjină grea 6 1/2 in, 1 buc, cca. 9 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 215 mm (II);

prăjini grele 6 1/2 in, 2 buc, cca. 18 m;

stabilizator cu lame elicoidale, rotite la dreapta, 215 mm (III);

prăjini grele 6 1/2 in, 9 buc, cca. 81 m;

geală hidraulică 8 in;

prăjini grele 6 1/2 in, 3 buc, cca. 27 m;

prajini de foraj cu pereți groși 5 in, 15 buc, cca. 135m;

prăjini de foraj 5 in, cca. 2920 m;

7.Concluzii și propuneri

În contextul actual al creșterii continue a consumului de energie de petrol și gaze naturale pe plan mondial producătorii sunt nevoiți să asigure cantități de hidrocarburii din ce în ce mai mari la prețuri competitive. Acest lucru va conduce la o dezvoltare continuă a forajului offshore și a abordării unor adâncimi de ape din ce în ce mai mari.

Coloană de ancoraj de 20 in, plasată de obicei la aproximativ 500 – 650 m (în cazul de față 500 m) sub fundul mării, se fixează în funcție de presiunea de fisurare, presiunea din pori și încovoierea generată de curenții marini. Alegerea conectorilor (de la capul de sondă) are în vedere acoperirea solicitării la încovoiere. Stabilirea adâncimii de fixare a șiului trebuie să aibă în vedere și rezistența corespunzătoare a acestora, ținându-se seama, între altele, de greutatea coloanei de noroi de la nivelul platformei de foraj. în cazul gradienților de fisurare reduși, această coloană trebuie fixată la o adâncime mai mare decât în cazul condițiilor normale.

Coloana de burlane de 13 3/8 in (intermediară) așa cum se poate observa din analiza diverselor programe de tubaj, alegerea acestei coloane se face în funcție de condițiile geologice, de gradienții presiunilor din pori și ai celor de fisurare etc.

Coloana de burlane de 9 5/8 in (intermediară) este fixată de obicei deasupra rezervorului, asigurându-se siguranță deplină pentru traversarea acestuia. Eliminarea acestei coloane din programul de construcție al sondelor necesită o evaluare atentă. Gradienții de fisurare reduși pot conduce la erupții subterane.

Coloana de burlane de 7 in este introdusă în dreptul rezervorului și constituie parte a pregătirii sondei pentru producție. Dacă este necesară o coloană alternativă (de rezervă) de 4 1/2 in, aceasta va fi luată în considerare în cadrul programului de tubaj.

Fluidele utilizate pentru forarea secțiunilor superioare ale găurii de sondă sunt noroaie pe bază de apă, cu retur pe fundul mării. Odată cu conectarea coloanei de raizere, returul se face la suprafață, respectiv se poate alege un fluid de foraj potrivit cu formațiunea traversată. Pentru evitarea formării hidraților în cazul manifestărilor eruptive, se poate utiliza un sistem pe bază de glicol.

În același timp, programul de cimentare al sondei trebuie să ia în considerare gradienții reduși de fisurare ai formațiunilor traversate (este vorba inclusiv de cimentarea coloanei conductor și a celei de suprafața). Rețetele de cimentare trebuie să aibă în vedere și temperaturile reduse de pe fundul mării. Pomparea pastei de ciment de-a lungul secțiunilor de apă poate conduce la complicații în timpul cimentării coloanelor de burlane la sondele cu adâncimi mari de apă.

Pentru controlul instalațiilor de prevenire a erupțiilor sunt utilizate, cel mai adesea, sistemele complexe multiplex. Un panou fixat pe ansamblul BOP {BOP stack), acționat de ROV {remote operated vehicule) permite operarea sistemului BOP în cazul situațiilor de urgență.

Cele mai multe capete de sondă au 18 3/4 in (sau 16 3/4 in pentru sistemele mai vechi, prevăzute și cu un ansamblu de reducții de trecere.

Liniile auxiliare (booster lines), montate pe exteriorul coloanei de raizer, sunt utilizate pentru a mări viteza de circulație a fluidului de foraj în spațiul inelar al garniturii de foraj, în dreptul raizerelor.

Prevenirea și combaterea manifestărilor eruptive au în vedere, între altele, aspectele următoare: utilizarea ventilelor de fund (duze reglabile de fund); eliminarea gazelor din interiorul BOP, după consumarea manifestării eruptive; prezența gazelor în coloana de raizere; detectarea manifestării eruptive din momentul prezenței gazelor în interiorul BOP (aceasta conferă posibilitatea închiderii sondei în prezența gazelor la nivelul BOP); timpul și ratele de pompare pentru operația de omorâre a sondei etc.

Bibliografie

Avram, L.: Tehnologia forării sondelor, Editura Universal Cartfil, Ploiești, 1996.

Avram, L.: Foraj marin, Editura Universitarii din Ploiești, 2005.

Avram, L.: Controlul erupțiilor între reflecție și exercițiu, Editura Prorep, Ploiești, 1996.

Avram, L.: Foraj dirijat, Editura Universal Cartfil, Ploiești, 1999.

Avram, L.: Foraje speciale și foraj marin, Editura Tehnică, București, 1996.

Macovei, N.: Fluide de foraj și cimenturi de sondă, Editura UPG, Ploiești, 1993.

Macovei, N.: Echipament de foraj, Editura UPG, Ploiești, 1996.

Macovei, N.: Tubarea și cimentarea sondelor, Editura UPG, Ploiești, 1998.

Tatu, G.: Carnet tehnic – Forarea sondelor, Editura Tehnică, București, 1983.

Le Peuvedic, J.: Exploitation pétrolière offshore, ENSPM, 1991.