Traectul găurii de sonda deviază în mod natural sa u poate fi deviat de către operatorul de foraj pentru a se atinge o poziție dorită atunci când nu… [631910]

1
DEVIAȚIA SONDELOR

Traectul găurii de sonda deviază în mod natural sa u poate fi deviat de către operatorul
de foraj pentru a se atinge o poziție dorită atunci când nu esteposibilă sau nu este economică
săparea verticală a sondei.
Devierea naturală a sondelor.
Pâna la adâncimea finală sonda traversează/intercep tează formațiuni caracterizate de
litologii și poziții structurale(direcția și înclin area stratelor) diferite ceea ce are ca efect
devierea găurii de sondă de la verticală. Această a batere este cunoscută sub denumirea de
”tendință naturală de deviere”.
• Influența înclinării stratelor . Fiecare strat poate avea o înclinare de la 0° la 90 °
datorită căreia gaura de sondă deviază astfel:
o Când înclinarea este mică , până la 40°150°, sonda va devia în sens opus
înclinării stratelor. Aceasta se explică prin faptu l că la interceptarea limitei
dintre două strate de obicei stratul subiacent are o tărie mai mare decat cel
superior. Astfel sapa va întâmpina o opoziție mai m are la înaintare în punctul
de contact cu stratul mai tare în timp ce în stratu l mai slab înaintarea va fi mai
mare (fig.1.a).
o Când înclinarea este mare , peste 45°150°, sapa va avea tendința să „alunece”
pe planul de stratificație (fig.1.b) astfel că devi ază în sensul înclinarii stratelor.

a b

Fig. Nr.1. Devierea naturală a găurii de sondă în f uncție de înclinarea stratelor:
aC La înclinări mici ale formațiunilor;
bC La înclinări mari ale formațiunilor.

2
• Influenta anizotropiei litologice. In funcție de gradul de compactare și cimentare a
rocilor acestea vor avea o ”tărie” (termen folosit în documentațiile pentru proiectarea
forajelor) mai mare sau mai mică. Evident, vor apăr ea modificări ale traectului găurii
de sondă.
• Tipul de sapă versus litologie. În general sapele cu role au o tendință de deviere mai
redusă în timp ce sapele cu dantură fixă pot induce o deviere mai mare a gaurii de
sondă. De asemenea pot apărea devieri importante at unci când nu se folosesc sape
adecvate litologiei formațiunilor, de exemplu folos irea unei sape cu diamante în
formațiuni argiloase.
• Rotația sapei. În timpul forajului sensul de rotație al sapei impr imă și el o tendință de
deviere a găurii de sondă.
• Regimul de foraj. Alegerea unui regim de foraj necorespunzător, de ex emplu apăsare
prea mare, rotație mică, poate induce o suplimentar e a tendinței de deviere a găurii de
sondă.

Forarea dirijată a sondelor.
În ultimii ani forarea dirijată a sondelor a deveni t o practică uzuală numărul forajelor
dirijate depășind numărul sondelor verticale(nediri jate). Pe uscat zona de amplasare a
instalației de foraj trebuie să îndeplinească anumi te condiții, suprafață plană, fermă, extinsă,
astfel că de multe ori condițiile naturale(teren ne adecvat, costuri ridicate de realizare a
platformei pentru instalație) sau antropice (exist ența unor clădiri, zone protejate, propietari de
teren, etc.) impun amplasarea instalației de foraj la o anumită distanță de ”ținta” propusă (prin
țintă se definește punctul, zona, în care sonda pro pusă interceptează formațiunea/formațiunile
geologice ce constituie obiectivul sondei). De asem enea pentru obținerea unor debite mari de
petrol din sonda ce urmează a fi săpată se pot real iza foraje orizontale la nivelul obiectivului
care, deschizând zăcământul pe o lungime mare, de s ute de metrii sau chiar mai mult, vor
obține debite mult mai mari. Uneori sondele dirijat e pot avea lungimi impresionante. De
exemplu în cadrul proiectului Sakhalin ExxonMobil a finalizat în anul 2013 un foraj cu o
lungime totală de 12700 m și o deplasare orizontală de 11739 m.

Fig.nr.2. Schema forajului Z 42, cea mai lungă sond ă din lume (dupa IADC 2013)

3
Metode de măsurare a deviaței sondelor
Pentru determinarea poziției în spațiu a oricărui p unct de pe traectul găurii de sondă
este necesar să se cunoască înclinarea (α) și azimu tul găurii de sondă (θ) respectiv unghiul
dintre directia Nord și proiectia găurii de sondă î n plan orizontal (fig.3) măsurate în funcție de
adâncime.

Fig.nr.3. Parametrii de măsurare a deviației sondel or.

Principial, aceste măsurători se fac prin amplasare a unui dispozitiv de tip busolă la
adâncimile unde se face determinarea și achiziția c elor doi parametrii, α și θ.

4
Pentru aceasta în timp au fost utilizate mai multe dispozitive. Primele măsurători au
fost realizate prin lansarea în sondă, cu cablu, la anumită adâncime, a unei sticle umplută
parțial cu HF lichid. Aceasta se poziționa conform poziției găurii de sonă astfel că suprafața
lichidului, orizontală formează cu generatoarea cil indrului de sticlă un unghi egal cu
înclinarea găurii de sondă. Ulterior au fost realiz ate dispozitive mai perfecționate de tip
busolă, care măsurau mecanic înclinarea și azimutul înclinării, gradul de precizie fiind relativ
redus. Dintre acestea în Romania a fost folosit fot oclinometrul de tip Zmeureanu (Z18) care
măsura înclinarea găurii de sondă cu o precizie de 1/4°, pentru înclinări cuprinse între 0118°,
iar azimutul înclinării cu o precizie de 5°. Majori tatea sondelor săpate până în jurul anilor 90
au masaurători de deviație efectuate cu acest tip d e aparat.
In ultimele decenii pentru aceste masurători au înc eput să fie folosite busole
giroscopice care au un grad de precizie foarte ridi cat, până la minut și care, pe lângă
metodologia clasică, de lansare a aparatului cu ca blu geofizic, pot fi incluse în electrodele
MWD (măsurare în timpul forajului) asigurînd determ inarea în timp real (on line) a deviației
găurii de sondă.
Datele se prezintă sub forma de perechi de unghiur i, înclinare/azimutul înclinării
raportate la adâncime.
Metode de calculare și reprezentare deviației sond elor
Pe baza valorilor măsurate în sondă α, θ, adâncime, se pot calcula atât deplasarea
sondei în plan orizontal cât și adâncimea verticală reală petraectul găurii de sondă.
Dintre multiplele metode de calcul a deviației sond elor cea mai simplă și mai ușor de înțeles
este metoda sinusului sau interpolării (fig.4).Acea sta pleacă de la premisa (simplificarea) că
intre punctele succesive de măsurare ale înclinării si azimutului înclinării găurii de sondă i se
pot atribui valorile obținute. Astfel se inițialize ază un interval obținut prin interpolare pentru
care se consideră corectă valoarea măsurată în inte rvalul respectiv. De exemplu:
Tabel. Nr.1.
Structurarea datelor calcului deviației sondelor p rin metoda sinusului (interpolării)
Nr.
crt. Adân1
cime
(MD)

(m) Încli1
nare,
α

(°) Azi1
mut

(°) Interval
interpo1
lare

(m) Lun1
gime
inter1
val
(m) Depla1
sare
Orizon1
tală
(m) Pierdere înalțime
Ad.
Ver1
ticală
(TVD)
(m) Parțială

(m) Totală

(m)
a b c d e f g h i
1 0 0 0 0150 50 0 0 0 50
2 100 1 45 501150 100 1,745 0.016 0.016 149.984
3 200 1 90 1501250 100 1,745 0.016 0,032 249,982
4 300 1 1/2 60 2501350 100 2,617 0,035 0.067 349,93 3
.
.
n11 1440 2,549 1467,451
n 1500 9 4/3 50 147011515 45 7,620 0,649 3,198 1511,802
n+1 1530
.

5

unde: H (*) = adâncimea punctului de masurare
Fig.nr.4. Reprezentarea deviațíei sondelor prin met oda sinusului (interpolării)
Pentru calcul se folosesc următoarele relații:
e = AB ½(H n+1 –Hn)- ½(H n –Hn-1) (1)
f = CB = e sin α (2)
g = AC = e(1 – cos α) (3)
h = Σg (4)

Obs. Notațiile (e,f,g,h) sunt cele din tabelul de m ai sus.
În prezent așa cum am menționat anterior se foloses c metode mai performante de
calcul/reprezentare a deviației sondelor, de exempl u metoda tangentei pătrate, metoda razei de
curbură admisibile, etc., pentru care în prezent ex istă softuri dedicate de diferă în funcție de
metodă și/sau de compania producătoare/utilizatoare . Principial, datele sunt prezentate într1un
tabel similar celui prezentat mai jos (tabel 2).
Tabel. Nr.2.
Structurarea datelor calcului,cu diferite softuri, a deviației sondelor.
Nr.crt. Adancime,MD
(m) Înclinare, α
(°) Azimut,
θ
(°) Coordonate Adâncime
verticală,TVD,
(m) Nord Est
.
37 1873,50 3°34’30” 284°30’ 45.55 112,63 1871,94
.

6

Așa cum se evidențiază în tabelele precedente depla sarea orizontală a sondelor se
evidențiază prin coordonate carteziene a căror orig ine o reprezintă coordonatele de suprafață
ale sondei. Cele două axe au valori pozitive spre N ord (X în sistemul stereo 70 și Est (Y în
sistemul stereo 70) și negative spre Sud respectiv Vest (Fig.5).

a

7

B
Fig. Nr. 5 Bazele de eprezentarea grafică a deplasă rii sondelor
a). În plan orizontal,
b). În plan vertical
Pe verticală traectul găurii de sondă se reprezintă pe o secțiune, orientată de obicei S1N
sau V1E, evidențiindu1se atât adâncimile pe traect cât și în plan vertical (fig.5 b).
Pentru o mai bună înțelegere a reprezentării deviaț iei sondelor cât și a poziției unor
repere în sondă este necesară definirea elementelor de poziționare ale sondelor (fig.4) și
anume:

8
Fig.nr.4. Raportarea adâncimilor în gaura de sondă
• Poziția de suprafață a sondei. Acesta este dată de coordonatele de amplasare a so ndei
respectiv:
o Latitudine
o Longitudine
o Altitudinela sol- masurată la fixarea locației sondei
o Altitudine la Masa Rotary(KB altitude) – Punctul de adancime 0 al tuturor
masurătorilor efectuate în sondă este considerat ni velul mesei rotary.
Obs . Sistemele de raportare a latitudinii și longitudi nii pot fi diferite în funcție de
sistemul de proiecție folosit. De obicei pentru șan tierele petroliere din Romania sistemul
de proiecție a coordonatelor de suprafață ale sonde lor este Stereo 70.

9
• Adâncime. În funcție de modul de măsurare putem evidenția pen tru același punct mai
multe valori și anume:
o Adâncimea măsurată pe traectul găurii de sondă (MD – measured depth).
o Adâncimea verticală (TVD – true vertical depth)
o Adâncimea izobatică (TVDss – true vertical depth su b sea). Aceasta se
măsoară de la nivelul mării.
o Adâncimea fundului mării (ML – mud line). Poate fi raportată atât la masa
rotary (KB) cât si la suprafața de referință a nive lului apei (0m).

Mai trebuie menționat faptul că în unele zone ale g lobului terestu (de exemplu Bazinul
Mării Caspice și zonele limitrofe acestuia se pot î ntâlni cazuri unde deșii sunt poziționate pe
uscat sondele au o altitudine mai mică decât nivelu l oceanului planetar. Astfel altitudinea la
sol sau masa rotary vor avea valori negative.
Intre adâncimile mai sus menționate există următoar ele relație:
Adâncimea izobatică = Altitudinea la masa rotary(KB ) – Adâncimea Verticală(TVD)
Se poate observa că adâncimea izobatică poate fi po zitivă sau negativă. Deoarece de
cele mai multe ori aceste valori sunt negative în reprezentări se mai folosesc specificațiile
msnm – metrii sub nivelul mării sau ss – sub sea.
Notații în geologia de petrol:
1 m.s.n.m. – metrii sun nivelul mării (ss – sub sea);
1 m.d.n.m. – metrii deasupra nivelului mării.
Dacă de exmplu într1o sondă având elevația (altitud inea la masa rotary) de 335,55 m
se întâlnește un reper (limită geologică, cap compl ex productiv, etc) la adâncimea de 755 m
(MD) corespunzând unei adâncimi verticale de 753,35 m adâncimea izobatică a reperului va
fi:
335,55 – 753,35 = -417,80 m
Pe documentațiile sondelor, de exemplu pe diagrafii le geofizice, notarea reperelor
respective se face de obicei sub forma: R 755 (1417 ,5) m. Pentru sondele mai vechi deoarece
gradul de precizie al măsurătorilor este mai redus se folosesc valori rotunjite R 755(1418)m.
Pe hărți, poziția sondelor se reprezintă atât prin coordonatele de suprafață cât și prin
proiecția în plan orizontal a traectului găurii de sondă (fig. 6) respectiv deplasarea în plan
orizontal. Atunci când harta se face la un anumit r eper (R), se marchează, cu un punct sau
cerculeț, puncutul corespunzător intersecției dintr e suprafața reperului și sondă. Deplasarea
finală sau la un anumit reper se raportează prin di stanța față de origine și azimutul distanței.
De exemplu pentru figura 7c deplasarea la talpă es te de 75,11m/ 78°3/4.
De multe ori, mai ales când aparatura de măsurare a re un grad de precizie mai redus,
de exemplu la sondele mai vechi unde deviația a fos t măsurată cu fotoclinometrul iar punctele

10
de stație au fost rare (de obicei din 100m x 100m) chiar dacă reprezentarea a fost făcută corect
poziția sondei este mai corect să fie considerată î ntr1o zonă (de obicei elipsa erorilor) și nu
într1un punct.

c
Fig.nr.6. Reprezentarea deplasării în plan orizonta l a sondelor
a- Individual (pentru o sondă)
b- Pe hărți
c- În coordonate carteziene prin plotare automată
În cazul sondelor dirijate, traectul acestora se pr oiectează în funcție de ținta (target)
propusă, respectiv zona în care trebuie să ajungă s onde la diferite niveluri productive cât și
lungimea pe care urmează a fi traversat/deschis zăc ământul ce urmează a fi exploatat.
Traectul în plan vertical se reprezintă similar pri n raportare la o axa, de exemplu S – N
și la adâncimea verticală (fig. 7).

11

Fig. Nr.7. Deviația sondei în plan vertical

De obicei, mai ales în cazul zonelor intens exploat ate ”mature” sau acolo unde
proprietățile de curgere ale rezervorului sunt slab e este necesară deschiderea stratului pe o
lungime cât mai mare astfel că sunt proiectate sond e ”orizontale”. De fapt până la o anumită
adâncime sonde se forază vertical după care, prin f oraj dirijat se direcționează sonda astfel
încât să crească treptat înclinarea (față de vertic ală) urmând ca urtimul tronson să fie săpat
orizontal. În figura de mai jos este prezentat trae ctul proiectat al unui unui astfel de foraj
dirijat (fig. 8). Evident că în timpul forajului ap ar diferențe față de traectul proiectat care se
corectază pe parcurs prin masurări și shiftări (dep lasări).

12

Fig. Nr. 8. Proiectarea forajelor dirijate (în plan vertical și orizontal)

Exercițiu. În tabelul de mai jos sunt date valorile măsurării deviației pentru sonda X și
calculul deplasărilor orizontale, respectiv pierder ile de înalțime. Să se calculeze deviația prin
metoda sinusului, să se reprezinte grafic ambele se turi de rezultate și să se compare
deplasările/pierderile de înălțime obținute.

13

14
Importanța calculării deviației sondelor.
Traectul găurii de sondă traversează/interceptează diferite formațiuni. Pentru o
estimare cât mai corectă a aranjamentului spațial a l acestora este necesar să fie cunoscute cu
exactitate pozițiile diferitelor repere ce se pot e videnția în sondă (fig. 9).

Fig.nr.9. Importanța reprezentării corecte a deviaț iei sondelor
Așa cum este ilustrat în figura de mai sus, sonda B este deviată. Reperele întâlnite în
sondă, limitele complezului productiv și contactul petrol apă au anumite valori pe traect
(MD). Dacă vom considera că sonda este verticală ac estea vor fi amplasate mai jos decât în
realitate cât și mai lateral de poziția lor reală ( vârfurile săgeților). Astfel pe de o
parteanticlinalul figurat va apărea deformat iar co ntactul petrol/apă va fi considerat mai jos
structural alterând astvel forma și volumul zăcămân tului.