fluide de foraj

Click here to load reader

Post on 21-Feb-2016

375 views

Category:

Documents

21 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

forajul sondelor

TRANSCRIPT

INTRODUCERE

INTRODUCERE

Pentru realizarea unei sonde se disting doua categorii de lucrari ce se repeta pana la atingerea obiectivelor constructive finale: etapa dislocarii rocii si adancimea sondei pe un interval de adancime programat si cu obiective geologice proprii, urmata de etapa consolidarii si izolarii formatiunilor geologice traversate cu o coloana din burlane de otel si cimentarea spatiului inelar dintre acesta si peretele sondei.

Cea mai folosita tehnologie de realizare a sondelor, forajul rotativ-hidraulic, presupune ca roca este dislocate si sonda este adancita de sapa de foraj ce se roteste pe talpa, apasata cu o anumita forta, in prezenta circulatiei fluidului sau noroiului de foraj. Circulatia fluidului de foraj, apasarea pe sapa, recuperarea si schimbarea ei in momentul uzarii dar si rotirea acesteia (foraj rotativ-hidraulic cu masa) sau transmiterea puterii necesare motorului hidraulic ce o roteste, plasat deasupra ei (foraj hidraulic rotativ cu motor submersat), se realizeaza prin intermediul garniturii de prajini (tuburi de otel). Instalatia de la suprafata este conceputa sa realizeze acesta principale trei functiuni: extragerea si introducerea garniturii de prajini pentru schimbarea sapei, rotirea garniturii si deci a sapei pentru dislocarea/corectarea, sau cu alte scule si pentru alte operatii, circulatia fluidului de foraj.

Sistemul de circulatie a fluidului de foraj are ca principala componenta pompa de noroi. Sunt pompe cu pistoane, duplex (doua pistoane) sau triplex (trei pistoane), cu puteri hidraulice de 7001600CP functie de performantele maxime asteptate de la instalatie, cel mai des cate doua de acelasi fel, mai rar una sau mai mult de doua in aceeasi instalatie.

Pompa trage fluidului de foraj din habele (rezervoare paralelipipedice 5070 m) de depozitare si-l pompeaza prin manifold (sistem de ventile pentru control), colector (conducta orizontala pana la baza turlei), incarcator (conducta verticala de 1520 m pe o latura a turlei instalatiei), furtun de foraj (element flexibil rezistent la presiune), cap hidraulic (echipament agatat in macara, ce sustine garnitura si ii permite rotirea, dar si circulatia fluidului din furtun in interiorul acestuia). De aici, circuitul fluidului de foraj urmeaza interiorul prajinii de antrenare (prima prajina din garnitura), interiorul garniturii de prajini de foraj si de prajini grele (situate deasupra sapei si mai groase la perete pentru a realiza apasarea), va trece prin duzele sapei, va spala talpa de detritus (fragmentele de roca dislocata) si-l va transporta la suprafata prin spatial inelar format intre garnitura de foraj si peretele sondei. De la gura sondei, prin derivatie si jgheaburi, ajunge in habele de depozitare, si circuitul se inchide, dar nu inainte de a trece printr-un sistem de echipamente ce asigura curatirea fluidului de foraj de detritus transportat, de gazele eventual patrunse (site, denisipatoare, demaluitoare, centrifuge, degazoare etc.). Pe habe si langa habe exista echipamentele si toate cele necesare (pompe auxiliare, palnii, agitatoare, habe de tratament, magazine cu chimicale, macara pentru manevrarea containerelor, aparatura de laborator etc.) prepararii si conditionarii proprietatilor fluidului de foraj.

PROPRIETATILE FLUIDULUI DE FORAJ

1. Densitatea materialelor pulverulente

Prin definitie, densitatea reprezinta masa unitatii de volum. Se noteaza cu si se exprima in kg/m, kg/dm, g/cm.

Densitatea materialelor pulverulente hidrofile (argila betonitica, diatomita, barita, ciment, nisip, cenusa de termocentrala etc.) este necesar a fi cunoscuta, deoarece serveste la calculul cantitatilor de materiale necesare prepararii fluidelor de foraj.

Densitatea materialelor pulverulente hidrofile se poate determina cu volumetrul tip Le Chatelier, cu picnometrul cu volum fix sau cu un simplu cilindru gradat. In toate situatiile se foloseste ca lichid ajutator petrolul lampant.

2. Densitatea fluidului de foraj

Densitatea fluidelor de foraj reprezinta un parametru esential in procesul de foraj. In timpul realizarii sondei, valoare densitatii se regleaza astfel incat, prin marimea preasiunii hidrostatice, fluidul de foraj ales sa previna patrunderea fluidelor din formatiunile traversate, surparea si strangerea peretilor, evitarea fisurarii stratelor, pierderea totala sau partiala a circulatie, manifestari eruptive, siguranta lucrului in sonda etc..

Presiunea hidrostatica, ph , intr-un punct aflat la adancimea de H intr-un fluid, cu densitatea n , se scrie sub forma:

Ph=H n g

In masivul de roci intr-un punct aflat la adancimea H, apa continuta in pori, daca nu este izolata de conditiile de la suprafata, se va gasi la o presiune ce poate fi determinate cu aceeasi relatie.

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

a=1027kg/m3, care este densitatea apei de mare cu salinitatea totala de 3,7g/l;

a=10701073 kg/m3, care este densitatea unei ape de zacamant tipice, cu salinitatea in NaCl de 80g/l;

a=1150 kg/m3, care este densitatea apei sarate saturate, intre 50 si 100oC.

Presiunea de strat (din pori) egala cu presiunea hidrostatica, calculate in limitele acestor valori, este considerata presiune de strat normala. In aceste situatii fluidele de foraj utilizate au densitati in domeniul, n=11001200kg/m3 si pot fi preparate numai din apa si argila.

Daca presiunea de strat are valori mai mari, pp ph, se considera presiune anormal de mare, stratul este suprapresurizat si in aceste cazuri se utilizeaza fluide de foraj ingreunate cu densitatea n=20002300kg/m3.

Daca se inregistreaza valori mai mici, pp < ph, stratul este subpresurizat si presiunea este considerate anormal de mica. Traversarea acestor formatiuni necesita utilizarea unor fluide cu densitate redusa sau chiar schimbarea tehnologiei de foraj.

In sonda plina cu fluid de foraj aflat in repaus (cu densitatea n), presiunea la adancimea H se determina cu ajutorul relatiei:

Ps = ph + p0 = H ng + p0unde p0 este presiunea la gura sondei, daca exista.

Presiunile reale din sonda difera de cele calculate cu densitatea noroiului determinata la suprafata, cu pana la 3-7%, in plus sau in minus, din diferite motive, cum ar fi: dependenta densitatii de temperatura, de presiune, de starea de lasare in repaus, de compresibilitatea lui etc..

Densitatea fluidelor de foraj influenteaza, de asemenea, cumulativul de filtrat patruns in formatiunile permeabile traversate, viteza de avansare a sapei (viteza mecanica de foraj), valoarea caderilor de presiune in sistemul de circulatie, flotabilitatea echipamentului din sonda etc..

Densitatea fluidelor de foraj se masoara in laborator prin cantarire directa cu ajutorul cilindrilor gradati sau a picnometrelor, iar in santier cu ajutorul densimetrelor de constructie speciala.

3. Vascozitatea aparenta si gelatia fluidului de foraj

Vascozitatea aparenta a unui fluid reprezinta proprietatea lui de a opune rezistenta la curgere. Cantitativ, vascozitatea (notata cu ) este o masura a acestei rezistente si se defineste ca raport intre tensiunea de forfecare si viteza de forfecare dv/dx si este constanta pentru fluidele newtoniene.

Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene: curgerea lor nu poate fi descrisa prin intermediul unui singur coeficient de vascozitate. Ele poseda proprietati structural-mecanice mai complexe, iar comportarea la curgere este descrisa de doi sau mai multi parametrii sau constante reologice.

In practica de santier se foloseste inca pe scara larga o vascozitate conventionala (aparenta) pentru fluidele de foraj, care se masoara cu vascozimetrul palnie tip Marsh; aceasta vascozitate Marsh este calitativa, este influentata de densitatea fluidului si proprietatile lui tixotropice si nu poate fi utilizata in calculele hidraulice.

Palnia Marsh are dimensiuni standard cu o capacitate 1,5 dm3 (prevazuta la partea inferioara cu un tub calibrat, iar la partea superioara cu o sita metalica), iar cu ajutorul unei cani cu volumul de 1 dm3 se masoara timpul in care se scurge 1 l de noroi din 1,5 l; timpul de scurgere a apei este de 28 s, iar noroaiele uzuale au vascozitatea 30...70 s.

4. Proprietatile reologice ale fluidului de foraj

Comportarea la curgere a fluidelor si a sistemelor disperse cu faza continua fluida este descrisa printr-o serie de modele matematice, denumite si ecuatii constitutive, legi de curgere sau modele reologice. Ele exprima relatia dintre tensiunile tangentiale , care iau nastere intr-un fluid in miscare si vitezele de deformare (forfecare) dv/dx, in regim laminar de curgere.

Marimile si dv/dx reprezinta variabilitatea reologica, iar parametrii scalari sunt constantele reologice ale respectivelor ecuatii. Valorile acestora se obtin prin prelucrarea marimilor masurabile specifice fiecarui tip de vascozimetru, cum sunt de exemplu, debitul si caderea de presiune (pentru vascozimetrele tubulare) sau turatia si momentul de tensiune (pentru vascozimetrul cu cilindrii coaxiali). Diagramele =f(dv/dx) se numesc reograme.

Fluidul de foraj poate fi descris cu suficienta precizie de urmatoarele modele relogice: Newton, Bingham i Ostwald de Waele.

5. Proprietatile tixotropice

Prin tixotropie se intelege gelificarea unei solutii cand este lasata in repaus si revenirea gelului in solutie prin agitare.

Capacitatea tixotropica a unui fluid se apreciaza prin valoarea tensiunii statice de forfecare (rezistenta de gel sau limita adevarata de curgere) a gelului care se formeaza dupa o anumita perioada de ramanere in repaus a fluidului si prin viteza cu care aceasta rezistenta creste in timp. Valoarea rezistentei de gel depinde de natura si concentratia argilei din sistem, de gra