Manifestari Eruptive

8/10/2019 Manifestari Eruptive

1/55

Noiuni fundamentaleNoiunea de controlul sondelorse referla succesiunea de operaii i proceduri caretrebuie sfie realizate pentru a preveni i combate manifestrile eruptive de la sondelede petrol i gaze. Se poate face uneori confuzia cu noiunea de control al sondelor princare se nelege procedurile de investigare a sondelor aflate n extracie. Pe tot parcursulacestei documentaii noiunea de control al sondelor se referla manifestrile eruptive.

Sistemul de presiuni din sondi din jurul ei este foarte complex. Aceste presiuni semanifestatt n medii fluide (gaz, lichid) ct i n medii solide (masivul de roci careeste deschis de sonda respectiv).

Presiunea n fluide

Ce este un fluid? O materie se spune ceste fluiddacpermite fenomenul de curgere.Starea de agregare a materialelor fluide poate fi lichidsau gazoas. n practicexistiamestecurile celor doufaze de agregare.

Fluidele exercitpresiune ce se transmite uniform n toate direciile (presiunea dinimediata vecintatea a unui punct este constant). Aceastpresiune este rezultatulgreutii coloanei de fluid datde densitatea fluidului (masa unitii de volum). Variaia

presiunii n raport cu adncimea se numete gradient de presiune. Relaia de legturntre gradientul de presiune al unei coloane de fluid i densitatea lui este

g= (1)

- densitatea fluidului;Garnitura de

foraj

Spatiul inelar

Garnitura deforaj

Spatiul inelar

Fig. 1.Echilibrul presiunilor n sond.

- acceleraia gravitaional.

Gradientul de presiunereprezintpresiunea exercitatde o coloande fluid cunlimea (pe vertical) egalcuunitatea.

Pentru a analiza echilibrulpresiunilor dintr-o sondaceasta

se poate asimila cu un tub U(fig. 1) (la care se poate aplicalegea vaselor comunicante).

Presiunea litostaticPresiunea litostaticsaugeostaticla o adncime dat

1


2/55

reprezintpresiunea exercitatde greutatea sedimentelor aflate deasupra punctuluiconsiderat, inclusiv ale fluidelor aflate n porii lor.

Ea poate fi exprimatsub formintegral:

= H

arl HgHp 0 d)( (2)

unde

H- adncimea punctului considerat;

ar - densitatea aparenta rocilor (cu fluidele din ele) care este variabilcu adncimea.

Densitatea aparenta sedimentelor este determinatde densitatea granulelor solide s

i cea a fluidelor din pori f , i de porozitatea m :

mm fsar += )1( (3)

Porozitatea scade cu adncimea ca efect al compactizrii i ca urmare al acestui lucrudensitatea aparentcrete, n general, cu adncimea.

n cazul argilelor, porozitatea scade aproximativ exponenial cu adncimea:aHemm = 0 (4)

unde este porozitatea n condiii atmosferice;0m

a - o constant.

La gresii i calcare, porozitatea depinde i de ali factori cum sunt: compoziia

mineralogici cea granulometric, efecte diagenetice etc.Densitatea aparenta rocilor de la suprafa, afnate i mbibate cu ap, a celor de pefundul lacurilor i mrilor, scade la . La adncimi mari, ea ajunge la

apropiindu-se de cea a mineralelor constituente (porozitatea tindectre zero). n calcule aproximative se ia n considerare o densitate aparentmedieegalcu .

3kg/m150013003kg/m27002600

3kg/m2300

n cazul sedimentelor aflate sub apa mrii, relaia (2) se scrie astfel:

+= H

ar

H

aml HgHHgp m

00d)(d (5)

cu - adncimea mrii;mH

am - densitatea apei de mare.

Presiunea de stratPresiunea de strat sau de formaie constituie presiunea fluidelor din porii sau fisurilerocilor.

2


3/55

Presiunea de strat se poate determina direct (cu ajutorul manometrelor n sonde nchise)sau prin diverse metode indirecte.

Dacpresiunea din porii unui strat este egalcu cea a unei coloane de apde laadncimea respectivpnla suprafa, ea se considernormalsau hidrostatic:

= mH

an HgHp 0d)( (6)

unde a este densitatea apei mineralizate.

Acest lucru este posibil atunci cnd existo comunicaie prin reeaua de pori sau fisuricu suprafaa ori cnd s-a stabilit un echilibru n timp.

Densitatea apei din pori sau fisuri a este o funcie de coninutul de sruri dizolvate,

care n general crete cu adncimea.

Apele meteorice, infiltrate de la suprafa, se mineralizeazpe seama dizolvrii

srurilor ntlnite, iar cele de zcmnt au mineralizaia din perioada de subsiden.Densitatea lor variazde la cea a apei dulci pnla . De obicei, limitelesunt mai restrnse:

. Apa de mare are

densitatea .

3kg/m1240

3kg/m118010503kg/m10301020

Adncimea

,m

Presiunea, x0.1MPa0 200 400 600 800

1000

2000

3000

Anomalii depresiune pozitiveAnomaliide

presiune negative

Presiun

eahidrosta

tica(d

ensita

teap

a1070

kg/m

)

3

3

Presiunealitost

atica(densitate

roca2300

kg/m)

(densita

teap

a1000kg/m

)3

Fig. 2. Variaia presiunilor litostatice i hidrostaticecu adncimea.

Uneori, drept presiune normal,convenional, este considerat

presiunea hidrostatica unei coloanede apdulce, de la adncimea

consideratpnla suprafa. Eaconstituie un etalon mai comod decomparaie a presiunilor de strat,mai ales acolo unde densitatea apeivariazdesul de mult, chiar nlimitele aceluiai strat.

Din punct de vedere tehnologic,stratele ce pot fi traversate cunoroaie nengreunate, cu densitate

pnla , sunt

considerate cu presiune normal.

3kg/m1200

Presiunile de strat diferite de cea normalsunt anormale. Ele pot fi subnormale(anomalii negative) sau supranormale (anomalii pozitive, suprapresiuni, geopresiuni)(fig. 2). Existena lor presupune o izolare, parialsau total, a stratului respectiv iabsena unei comunicaii directe cu suprafaa, deasupra stratului.

Presiunea de fisurarePresiunea maximce poate fi suportatde o rocse numetepresiune de fisurare.Cunoaterea ei este esenialcnd se planificdensitatea noroiului, adncimea de

3


4/55

tubare a coloanelor de burlane, tehnologia de cimentare, presiunea maximtoleratlagura sondei n timpul unei manifestri eruptive controlate, posibilitatea de stimulare a

productivitii sondei.

Se disting, de fapt:

- o presiune de iniiere a fisurilor, de cedare a rocii (uneori se face distincie ntrepresiunea de iniiere i cea de cedare)

- o presiune de redeschidere a fisurilor, nchise dupscderea presiunii din sond,cu valoare mai micdect prima;

- o presiune de nchidere a fisurilor, valoare la care presiunea din dreptul rocii sestabilizeazdupce pomparea n sondeste oprit;

- o presiune de propagare a fisurilor, mai mult sau mai puin constanti ngeneral fluctuant.

Pentru a evita pierderile de circulaie sau unele accidente grave (erupia sondei,fisurarea rocilor din jurul unei coloanelor de burlane) intereseazprimele doupresiuni, dar pentru siguran, presiunea din sondtrebuie meninutsub cea denchidere a fisurilor.

n general cu aproximaii acceptabile presiunea de fisurare este

pplfis pppKp += )( (7)

Problema constn determinarea coeficientului de rezistena matricei K.

Adncimea,m

1000

1000

4000

0 1200 1400 1600 1800 2000 2200

2000

3000

Densitatea echivalenta, kg/m3

Densitateaechivalentaa presiuniidin pori

gppe /=

gfisfe /=

Densitateaechivalentaa presiuniide fisurare

Densitateafl uiduluideforaj

Fig. 3.Variaia gradientilor de presiune cuadncimea.

Rocile impermeabile (marne, anhidride,sarea gem) au presiunea de fisurare mai

mare dect cele permeabile (gresii,nisipuri). n primul caz, coeficientul Ktinde spre unitate.

n practicpresiunea de fisurare sedeterminprin teste de fisurare.

Gradieni de presiuneAcetia semnificvariaia presiunii cuadncimii. Mrimea lor este adeseori, mairelevantdect presiunea n sine.

n general, gradientul de presiune ntr-unpunct se definete ca raportul ntrepresiunea din acel punct i adncimearespectiv. Presiunilor discutate mainainte le corespund gradienii respectivi(fig. 3):gradientul presiunii din pori p ,

gradientul presiunii de fisurare .fis

4


5/55

Dimensiunile gradienilor sunt cele ale unei greuti specifice ( Pa/m ).

Condiia esenialpe care trebuie so respecte greutatea specifica fluidului e foraj n

pentru a evita manifestarea sondei i fisurarea formaiunilor este

fisnp


6/55

2. Diferena de densitate a fluidelor.norice zcmnt etanla partea superioarcare conine fluide cu densiti diferite semanifestanomalii de presiune. Mrimea

lor este determinatde nlimea coloanelorde fluide.

Astfel, dacn zona de appresiunea estenormal, deasupra contactului ap-petrolsau ap-gaze existo anomalie de presiunepozitiv(fig. 5). Ea este maximn punctulcel mai de sus al zcmntului.

Valoarea anomaliei ntr-un punct aflat lanlimea H deasupra contactuluiap-petrol sau ap-gaze va fi:

Hgp fa = (12)

HPetrol saugaze

Etansare

Apa de zacamnt

Fig. 5.Anomalie de presiune creatdediferena de densitate a fluidelor.

unde f este densitatea petrolului sau a gazelor, n condiiile de presiune i

temperaturrespective.

Uneori, aceste doutipuri de anomalii, hidrostatice (hidrodinamice n exemplul dinfigura 4. c) relativ uor de prezis i de evaluat , nu sunt considerate anomalii nsensul strict, dei n procesul de foraj ele creeazaceleai implicaii ca i celeprezentate mai jos.

3. Sub-compactizarea stratelor argiloase.Acest fenomen, numit i dezechilibru de

compactizare, caracterizeazformaiunile n care a existat un dezechilibru ntre vitezade subsidena sedimentelor i viteza de drenare, de expulzare a apei din porii lor nprocesul de compactizare.

Presiunea litostaticeste preluatparial de matricea solid, prin contactul dintreparticule, parial de fluidul din pori:

pvl pp += (13)

S-a notat cu v tensiunea efectivverticaldintre granulele solide.

Dacviteza de depunere este relativ sczuti permeabilitatea sedimentelor argiloasenu scade sub o anumitvaloare, apa are timp sse dreneze i compactizarea va finormal: presiunea fluidelor din pori rmne egalcu cea hidrostatic, diferena fade

presiunea litostaticfiind preluatde matricea solid.

Cnd viteza de subsideneste mare, 300 500 m/mil. de ani, apa din rocile argiloasenu are timp sscape, prelund o parte din greutatea scheletului solid. Roca rmnesubcompactizati cu presiunea fluidelor din pori mai mare dect cea hidrostatic,adicanormal.

4. Fenomene tectonice.Activitatea tectonicpoate avea o varietate de efecte, directesau indirecte, asupra presiunii fluidelor din stratele afectate.

6


7/55

n zonele cu activitate tectonic, tensiunile ce apar se suprapun peste cele create depresiunea litostatici pot genera suprapresiuni, dacexpulzarea fluidelor estempiedicat.

Diapirismul srii sau al rocilor argiloase genereazadeseori, deasupra lor sau lateral,presiuni anormal de mari.

5. Expansiunea termicmpiedicat.Datoritimposibilitii dilatrii, presiunea unuilichid aflat ntr-un spaiu izolat complet, cu volum constant, crete simitor cutemperatura. De exemplu, presiunea apei de zcmnt nclzitde la lacrete cu aproximativ .

oC50 oC75bar400

Anomalii semnificative de temperaturpot fi ntlnite n vecintatea intruziunilorvulcanice, a zonelor cu activitate hidrotermal, a domurilor de sare, a ghearilor i a

permafrostului. Uneori, anomaliile de presiune sunt puse i pe seama creteriitemperaturii cu adncimea n timpul subsidenei.

6. Diageneza argilelor.n procesul de sedimentare i de compactizare, ca urmare acreterii temperaturii i presiunii, a activitii ionice, smectitele se transformtreptat nilite. Apa interplanarare o structurmolecularmult mai compactdect apa liberdin pori, prin urmare i o densitate mai mare de ( ). Prineliberare, ea i mrete volumul, contribuind la crearea unei presiuni anormale, dacdrenarea este mpiedicat, alturi de fenomenul de subcompactizare.

3kg/m1000 3kg/m1400-1150

7. Diageneza sulfailor. La circa , gipsul (oC40 O2HCaSO 24 ) se transformn

ahidrit ( ) sau semihidratat (4CaSO OH0.5CaSO 24 ), elibernd apa de cristalizare.

Acest fenomen este considerat, uneori, drept o cauza presiunilor anormale.

Anhidritele sunt i bariere impermeabile.8. Transformarea materiilor organice.La temperaturile mari ntlnite la adncime(peste ), hidrocarburile mai grele cracheaz, formndu-se hidrocarburi maiuoare, cu un numr sporit de molecule i care ocupun volum mai mare. ntr-un spaiunchis, consecina este o cretere a presiunii.

oC120-100

Marnele subcompactizate cu un coninut ridicat de gaze, frecvent ntlnite, pot constituiun argument n favoarea acestei teorii.

Prezicerea i detectarea presiunilor anormaleExistn prezent numeroase metode de detectare i estimare a presiunilor anormale,folosite att n faza de proiectare, ct i n cea de execuie a unei sonde. Majoritateaacestor metode au la bazdoupresupuneri:

- formaiunile cu suprapresiune sunt mai puin compacte i au o porozitatecorespunztoare mai mare dect cele similare, aflate la adncime, dar cu presiunenormal;

- variaia parametrului urmrit reflectfidel variaia porozitii cu adncimea.

7


8/55

1. Tendina de compactizare normal.Compactizarea reprezinto reducere aporozitii rocilor cu adncimea. n roci argiloase compactizate normal, porozitateavariazaproximativ exponenial cu adncimea iar n coordonate semilogaritmice,variaia este liniar(fig. 6). Dreapta respectivpoartnumele de linia tendinei de

compactizare normal.Panta liniei de compactizare normaleste influenatde compoziia mineralogicaargilei, coninutul de substane neargiloase (cuar, carbonai, feldspai), viteza desedimentare, gradientul geotermic. De aceea, ea trebuie stabilitdistinct pentru fiecare

bazin de sedimentare i chiar pentru diverse intervale de adncime, unde condiiile desedimentare au fost diferite.

Orice abatere de la linia de compactizare normalsemnificprezena unei zone cupresiunea din pori diferitde cea normal.

Porozitatea

Adncimea

Porozitatea

Adncimea

a) b)

lg

Roci

argilo

ase

Nisip

Roc

iargilo

ase

Tendintadecompactizarenormala

Tendinta decompactizarenormala

Fig. 6. Variaia porozitii rocilor compactizate normal cu adncimea:a n coordonate carteziene; b n coordonate semilogaritmice.

2. Zona de tranziie. Practic nu existrociargiloase perfect impermeabile. Fluidul dinzona cu presiune ridicatscapparial nstratul aflat deasupra. Exist, ntotdeauna, uninterval de adncime n care presiunea

variazgradat de la valoarea anormalla ceahidrostaticnumitzonde tranziie(fig. 7).Grosimea acesteia este de ordinul zecilor demetri, cu ct este mai mare, cu att mai uorse detecteazzona subcompactizat, cu

presiune anormal.

Presiunea

Adncimea

Presiune hidrostatica

Presiune anormala

Zona de tranzitie

Fig. 7. Variaia presiunii de strat n

zona de tranziie.

n zona de tranziie, toate proprietile rociise abat treptat de la valorile normale.

8


9/55

Adeseori, n capul zonei subcompactizate este prezent un orizont compactizat saucarbonatat, unde variaia proprietilor are o tendincontrar.

3. Metode predictive.Studiul geologic al unei regiuni presupune investigaii privind:structura, tectonica, stratigrafia, litologia, posibilitile de drenare, aportul nisip-argil,gradul de compactizare, gradientul geotermic etc. Prin prospeciuni seismice se poatedetecta intrarea ntr-o zoncu presiune anormali chiar se poate detecta intrarea ntr-ozoncu presiune anormali chiar se poate evalua mrimea ei. Astfel, refleciile slabede joasfrecvensau absena lor denoto secvenmonotonde rocisub-compactizate.

4. Metode aplicate n timpul forajului.Prin aceste metode (fig. 8), se urmresc:avansarea sapei, fluidul de foraj ieit din sond, detritusul recoltat la site, echilibrulsond-strate, debitul i presiunea de circulaie, i, prin tele-msurare, chiar unele

proprieti ale rocilor traversate. Numrul metodelor propuse este foarte mare, darunele dintre ele sunt doar indicative i n orice caz trebuie coroborate ntre ele.

9


10/55

Predictive

Tehnologice

Parametrii fluidului deforaj

Analiza detritusului

Geofizica de sonda

Masuratori directe

Studiul geologiei regionale

Prospectiuni seismice

Prospectiuni gravimetrice

Viteza de foraj

Exponentul d

Viteza de foraj normalizata

Metoda Sigmalog

Momentul la masa

Frecarile n timpul manevrarii

Rezistivitatea (intrare-iesire din sonda)

Salinitatea (intrare-iesire)

Continutul de gaze (intrare-iesire)

Densitatea (intrare-iesire)

Temperatura ((intrare-iesire)

Nivelul la habe

Debitul (intrare-iesire)

Presiunea de pompare

Litologia

Densitatea marnelor

Factorul de marna (continutul echivalentde bentonita)

Piroliza (continutul de hidrocarburi si decarbon)

Rezistivitatea

Continutul de gaze

Forma, marimea si abundenta

Rezistivitatea (conductivitatea)

Carotajul sonic

Carotajul de densitate (gama)

Carotajul de porozitate (neitronic)

Carotajul radiactivitatii naturale (raportulTh/K)

Cu probatoare de strate

naintea forajului

n timpul forajului

n timpul forajului

n timpul forajului

Dupa forajulsondei(intervalului)

n timpul forajuluiprin tehnicile detelemasurare

Dupa forajulsondei(intervalului)

M e t o d ePerioada de

aplicare

Fig. 8. Metode pentru prezicerea, detectarea i msurarea presiunilor anormale.

10


11/55

Viteza de avansare.Dactoate celelaltecondiii rmn neschimbate, viteza deavansare scade cu adncimea datoritcompactizrii rocilor. O cretere bruscavitezei de avansare poate indica intrareantr-o zonsubcompactizat, cu presiunemai mare dect cea normal(fig. 9).

Din pcate, viteza mecaniceste afectatde numeroi ali factori: variaiilelitologice, presiunea diferenialsond-strat, apsarea pe sap, vitezderotaie, condiiile de splare a tlpii,gradul de uzura sapei. Din aceste

motive, aplicabilitatea metodei estediscutabil.

Exponentul d.Pentru a exclude influenaapsrii, vitezei de rotaie i adiametrului sapei, viteza de avansare sescrie sub forma

d

s

sf

D

Gncv

= , (14)

Vitezamecanica

Ad

nc

imea

(lg)

Zona de tranzitie

Zona compactizatanormal

Zona subcompactizata

Fig. 9. Viteza de avansare la intrarea ntr-ozonsubcompactizat.

fc este un coeficient ce caracterizeaz

forabilitatea rocii, dar

i condi

iile de sp

lare,

gradul de uzura danturii, diferena de presiune sond-strat;

n - viteza de rotaie a sapei;

sG - apsarea pe sap;

sD - diametrul sapei;

d- un coeficient ce reflectgradul de compactizare a rocii (el are valori cuprinse ntre0,6 pentru roci foarte slabe, i 3 pentru roci foarte tari).

Presupunnd litologia i celelalte condiii neschimbate, n afara lui i , se ia

. n aceste condiii,

sG n

1=fc

=

s

s

D

G

n

v

d

86,14lg

28,18lg

(15)

cu n , - , -v m/h n rot/min sG mm.

11


12/55


13/55

n afara exponentului existi alte forme de viteze normalizate, care iau nconsiderare condiiile de splare a tlpii, diferena de presiune sond-strat etc.

d

Metoda Sigmalog.Ea urmrete variaia cu adncimea a rezistenei totale a rocii. n acest sens se scrie ecuaia vitezei de avansare sub forma5,0

t

2

=

st

sf

D

Gncv

(18)

Acceptnd, din nou , rezistena rocii1=fc

25,0

25,05,05,0

vD

nG

s

st = (19)

Acest parametru se corecteazpentru a ine seama de efectul densitii fluidului de

foraj, de permeabilitatea i porozitatea rocii, dar tehnica este foarte laborioas.n general rezistena rocii crete cu adncimea. La intrarea ntr-o zonsubcompactizat,ea are tendina de scdere.

Spre deosebire de exponentul , aplicabil doar pentru intervale marnoase, metodaSigmalog poate fi folositi n calcare sau marnocalcare presurizate.

d

Evaluarea cantitativa presiunilor

Presiunea litostatic

Pentru diverse bazine sedimentare, presiunea litostaticse determinmsurnddensitatea medie a sedimentelor pe intervale cu litologie asemntoare. Astfel, dacntreaga nlime a sedimentelor este alctuitdin intervale cu grosimea i

densitatea medie

n il

iar , presiunea litostatic

i

n

i

arl lgp i=

=1

(20)

Densitatea aparenta rocilor se determinprin carotaj radioactiv de densitate, princarotaj acustic, prospeciuni seismice ori direct pe detritusul de la site i pe carote.

Timpul de propagare a undelor sonore pe o distanstandard (de obicei1 ft = 0,3048 m), pentru roci consolidate:

mtm)(1tt fs += (21)

unde: este timpul de propagare prin matricea solid(argile 47 s/ft, marne

62167 s/ft, n funcie de gradul de subcompactizare, sare 67 s/ft, anhidrite 50 s/ft, dolomite 3844 s/ft, calcare 43,547,6 s/ft, gresii 4859 s/ft);

timpul de propagare prin fluid (apdistilat 218 s/ft, apa cu

st

ft

13


14/55

100 000 ppm NaCl 200 s/ft, apcu 200 000 ppm NaCl 189 s/ft, petrol 240 s/ft).

Evalund timpul de propagare al undelor sonore de pe curba nregistratde-a lungulsondei, se calculeazporozitatea

t

sf

s

t-t

t-tm

= (22)

i apoi cu relaia (3) se determindensitatea aparent.

Mario Zamora propune urmtorul model:x

ar HACC )( 21+= (23)

unde

1C = 1,13

2C = 0,0328

x = 0,075

=

Permian

TriasicCretacic

PaleocenEocen

OligocenMiocen

PliocenHalocen

A

1411

1110

109

95

50

Pentru testare la adncimea Hdensitatea este:

]/[ 323 cmgdcHbHaHar +++= (24)

care pentru platforma Mrii Negre:

a = = 0b

c = 0,1236 10-3

d= 1,841

Presiunea din pori

Pe intervalele de adncime unde rezultatele msurtorilor se aazpe linia decompactizare normal, presiunea din pori este egalcu presiunea hidrostatic.

Presiunea anormalse evalueazcantitativ presupunnd cexisto proporionalitatentre mrimea anomaliei de presiune i abaterea parametrului calculat sau msurat fade valoarea lui normalla adncimea respectiv.

Existmai multe metode de evaluare, nici una nefiind universal.

14


15/55

1.Metoda adncimii echivalente.Dacse exclud efectul temperaturii i cel alvariaiilor litologice i de salinitate, se

poate admite crocile argiloase cu

proprieti fizice echivalente au acelaigrad de compactizare: presiunea decontact verticaldintre granulele solideeste aceeai.

Fie un parametru x urmrit de-a lunguladncimii (fig. 13). Oricrui punctdin zona subcompactizati corespundeun punct

A

B pe linia de compactizarenormaln care gradul de compactizareeste acelai. Punctul B se aflpe

verticala punctului i adncimea luieste numitadncime echivalent.A

Presiunea de formaie din punctul :A

( )BlAlBpAp pppp ,,,, += (25)

Metoda presupune cunoaterea presiuniilitostatice n punctele A i B . Admind densitatea aparentmedie a rocilor ra

~ i

densitatea medie a apei mineralizate a~ cunoscute, cu notaiile din figura 13 ,

Parametrulx

A d

n c

i m e a

(lg)

Zonacompactizatanormal



Hech

H

A

B

Fig. 13. Metoda adncimii echivalente.

( ) ( ecaraaAp, HHggHp )+= ~~~ (26)

S-au notat: H adncimea punctului considerat i adncimea echivalent.ecH

mprind cu H se obine o relaie ntre gradieni:

( )

+=H

Hecaranp,Ap, 1g

~~ (27)

unde este gradientul de presiune normal.np,

2.Metoda proporionalitii (a raportului).Se presupune cexisto proporionalitatedirectntre presiunea de strat i parametrul ce exprimgradul de compactizare a rocii.Astfel, presiunea din porii formaiunii

ob

nnp,px

xpp = (28)

cu: presiunea normal, la adncimea considerat;np,p

x valoarea normala parametrului urmrit, citit pe linia de compactizare normal;n

obx valoarea observat, msurat, a parametrului urmrit (fig. 14).

15


16/55

Proporionalitatea de mai sus a fostremarcatndeosebi la exponentul .Cu ali parametri, proporionalitatea se

pstreazdoar cu aproximaie. Chiar i

cu exponentul se aplicuneori uncoeficient de corecie specific fiecreizone.

d

cd

3.Metoda Eatonse bazeazpecorelaia dintre raportul tensiunilordintre particulele solide i raportul

proprietilor urmrite:

,

a

n

ob

hl

pl

nv,

v

x

x

pp

pp

=

= (29)

cu: , presiunile de contact dintre

particule (reali normal) pentruadncimea considerat; presiunea

hidrostaticnormal; aun exponent experimental

v nv,

hp

Parametrul x

Ad

nc

ime a

(lg)

Zona compactizatanormal



xn

xob

Fig. 14. Stabilirea presiunii din pori cumetoda raportului.

Din a douegalitate (29) rezult:

( )a

n

obhllp

x

xpppp

= (30)

Relaia (30) poate fi scrisi n termeni ai gradienilor respectivi:

( )a

n

obhllp

x

x

= (31)

Pe bazstatistic, Eaton propune pentru exponentul = 1,2 cu exponentul .a d

n prezent, metoda Eaton este cea mai folosit; ea reclamnscunoaterea precisavariaiei gradientului de presiune litostaticcu adncimea.

Toate metodele discutate mai sus sunt indirecte, bazate pe corelaii empirice. Evalurile

respective trebuie verificate prin observaii i msurtori directe:- prin reglarea densitii noroiului pentru a controla tendinele de manifestare a

sondei sau pentru a stabiliza fondul de gaze din noroi;

- prin msurtori cu probatoare de strate;

- prin msurtori cu sonda nchisn timpul probelor de producie.

16


17/55

Presiunea de fisurare

Aceasta se determinfie indirect, cu diverse relaii de calcul, fie direct, din observaiisau teste de fisurare n sonde.

Majoritatea metodelor se rezumla stabilirea coeficientului K din relaia (7) scriseventual n termeni de gradieni , presupunnd presiunea litostatici cea de stratcunoscute. Se disting doumoduri de abordare a problemei:

- primul coreleazcoeficientul K , al tensiunilor din matrice, cu coeficientul luiPoisson , acceptnd ipoteza cn timpul sedimentrii deformaiile lateralesunt mpiedicate, iar cele verticale sunt elastice; ipoteza nu poate nsexplicavalori ale lui

K mai mari ca unitatea;

- al doilea mod urmrete o cale mai realist: stabilirea presiunii de fisurareempiric, pentru diverse regiuni geografice i secvene litologice.

n general, coeficientul tensiunilor din matrice crete cu adncimea, iar la aceeai

adncime are valori mai mari n formaiunile mai tinere, dect n cele mai vechi.Adeseori, pentru bazine cu regim de faliere normal, se admite m-1K = . Totui,

permeabilitatea, gradul de fisurare natural, litologia imprimabateri serioase de laaceste reguli.

n nisipuri i gresii slab consolidate, sub 1500 m, coeficientul K are valori de ordinul0,600,70, iar peste 1500 m circa 0,75. Aceeai valoare se poate accepta i pentru rocicarbonatate nefisurate. n roci impermeabile (sare, anhidrite, argile, marne),coeficientul K tinde spre unitate. n zone poroase, cu micro sau macrofisuri naturale,

presiunile de fisurare sunt reduse: coeficientul K tinde spre 0 (presiunea de fisurareeste egalcu presiunea din pori).

Pre

siu

ne

a

Volumul pompat (timpul)

1

2

Initierea fisurarii(presiunea de cedare)

3

4 5

Propagarea fisurilor

Propagarea

fisurilor nceteaza

Fig. 15. Testul de fisurare.

Presiunea de fisurare a uneiformaiuni se determini direct,

prin teste de fisurare, de cedare(leak off test). Se pompeaznoroin sonda nchiscu debit redus,50 100 l/min, (valori mai marin roci permeabile i n sonde cuvolum mai mare) i senregistreazvariaia presiunii nfuncie de volumul pompat.

Presiunea pe formaiune esteegalcu presiunea cititlasuprafaplus cea a coloanei denoroi din sond. Figura 15reprezinto diagramtipic:

1 2: presiunea crete liniar cuvolumul, datoritcomprimriielastice a noroiului i a rocilor;

2: iniierea fisurrii (presiunea de

17


18/55

cedare);

2 3: o parte din noroi ptrunde n fisuri i panta curbei scade;

3: pomparea se oprete: presiunea se menine ori scade brusc datoritpropagrii

fisurilor i ptrunderii noroiului;4: propagarea fisurilor nceteaz: presiunea este egalsau mai micdect cea din

punctul 2;

5: se scurge presiunea dup10 15 min, sfritul testului.

Dacpresiunea din punctul 4 este mai micdect cea din punctul 2 nseamncfisurilermn parial deschise, obturate cu particule de roc: zona respectivrmne slbit, cugradientul de fisurare mai mic dect cel iniial. Presiunea din punctul 2 servete lacalcului gradientului de fisurare. Presiunea din punctul 4 corespunde aproximativ cutensiunea orizontalminimla vrful fisurilor. Dacpresiunea din punctul 4 scadefoarte mult, existprobabil scpri ale coloanei, ale inelului de ciment sau aleechipamentului de pompare. Presiunea din punctul 5 constituie presiunea de nchidere afisurilor.

Cunoaterea celor trei gradieni de presiune, l , p , fis , este esenialn faza de

proiectare a construciei unei sonde, la stabilirea densitii noroiului n timpul forajuluii al completrii sondei.

Presiunea din sonde

ntr-o sondplincu un lichid aflat n repaus, presiunea la adncimea Hse determin,

n principiu, cu relaia cunoscut:

0pgHp ns += , (32)

unde n este densitatea lichidului (noroiului);

0p presiunea de la suprafa, dacexist, de exemplu atunci cnd sonda este nchis

dupo manifestare eruptiv.

Pentru fluidele compresibile (aer, cea, spum, lichide aerate), calculul presiuniintr-un punct este mai complicat.

n timpul circulaiei, la manevrarea materialului tubular n sond, pornirea pompelor,peste presiunea hidrostaticse suprapun depresiuni ori suprapresiuni provocate derezistena fluidului la curgere. Ele pot fi calculate.

Densitatea de echilibru ech reprezintdensitatea noroiului necesarcontrabalansrii

presiunii din strate :pp

gH

ppech= (33)

18


19/55

Densitatea echivalent ecv constituie densitatea unui fluid aflat n repaus care umple

sonda pnla suprafa, frpresiune la gura sondei, i creeazla adncimea de calculHo presiune egalcu cea existentntr-o situaie dat :sp

gHps

ecv= (34)

Dacsonda este plincu noroi n repaus densitatea echivalent ecv este egalcu

densitatea medie a noroiului n .Dar n alte situaii, cele douvalori nu coincid, iar

densitatea echivalenteste o funcie de adncimea de calcul.

Astfel, cnd sonda pierde noroi i nivelul se aflla adncimea , densitatea

echivalentnH

nn

ns

ecv

H

HH

gH

p +== 0 . (36)

Dacn timpul circulaiei cderile de presiune n spaiul inelar din punctul consideratpnla suprafasunt , densitatea echivalentde circulaien acel punct, aflat la

adncimeasip

H,

n

si

n

sins

ecv gH

p

gH

pgH

gH

p

>

+=

+

== (37)

La introducerea garniturii se creeazsuprapresiuni: necv > .

La extragerea garniturii se produc depresiuni: necv < .

n loc sse compare presiunea din sond cu cea din pori se comparcele dou

densiti,sp pp

ech i ecv .Echilibrul de presiune sond-strat existatunci cnd densitatea

echivalenteste egalcu cea de echilibru. De obicei, pentru siguran, densitateanoroiului folosit n timpul forajului este mai mare cu 30100 kg/m3fade densitateade echilibru, n funcie de natura fluidelor din strate i permeabilitatea lor. Totui,

pentru a obine viteze i durate de avansare a sapei ridicate sau pentru a evita blocareaorizonturilor productive se foreazuneori i sub-echilibrat. Depresiunea utilizatdepinde n mai mare msurde tehnologia i echipamentul disponibile pentru acest gende foraj.

19


20/55

Manifestri eruptive. Noiuni fundamentale

Definire

Se spune co sondmanifestatunci cnd, datoritptrunderii nedorite a fluidelor (ap,petrol, gaze) din stratele traversate i ascensiunii lor spre suprafa, ea ncepe sdebiteze. Fie la ieire debitul este mai mare dect cel pompat, fie, n absena circulaiei,noroiul iese singur din sond.

n general, manifestrile sunt prevenite i lichidate imediat ce apar. Totui, pentru aobine viteze mari de avansare a sapei, se aplicuneori aa numitul ,,forajsub-echilibrat, cnd, datoritmeninerii presiunii n sondsub cea a stratului traversat,sonda debiteazuor n timpul forajului. nainte de extragerea sapei, n sondse

pompeazun noroi cu o densitate suficientpentru ca sonda snu manifeste n timpulmanevrei.

Dacmanifestrile nu sunt controlate, ele pot degenera n erupii libere, cnd tot noroiuleste aruncat din sond.

Simptomele manifestrilorO manifestare devine evidentdac:

- crete nivelul la habele de noroi aflate n circuit;

- debitul fluidului ieit la derivaie este mai mare dect cel pompat;

- iese noroi la derivaie atunci cnd pompele sunt oprite (existtotui situaii cnd

noroiul ptrunde n fisurile unui strat i la oprirea pompelor, presiunea din sondscznd uor, fisurile se nchid i o parte din noroiul ptruns este expulzat; sondacontinusdebiteze un timp);

- la extragerea garniturii, volumul de noroi pompat pentru umplerea sondei esteinferior volumului ocupat de prjinile extrase;

- n timpul introducerii garniturii, volumul de noroi deversat este mai mare dectcel al prjnilor introduse.

Acestea sunt semnele primare. Dar ptrunderea fluidelor n sondpoate fi detectat,chiar dacnu existdovezi vizibile de manifestare, prin unele indicii tehnologice sau

prin modificarea proprietilor fluidului de foraj:- crete nejustificat viteza de avansare, datorit, probabil, ntlnirii unui strat

sub-compactizat i cu presiune anormal de mare;

- scade densitatea noroiului de foraj, ca urmare a ptrunderii unor fluide maiuoare:

- crete vscozitatea noroiului, ceea ce denotposibila lui gazeificare;

- se mrete fondul de gaze din noroi; ele devin perceptibile i prin miros sau princantitatea sporitde bule ce se sparg pe jgheabul de circulaie (,,fierbe noroiul);

20


21/55

- crete salinitatea noroiului, o dovada traversrii unor intercalaii de sare, dar ia ptrunderii apei srate n noroi, concomitent scade rezistivitatea noroiului;

- se reduce presiunea de pompare, simultan cu creterea frecvenei curselor lapompe, datoritmicorrii densitii noroiului din spaiul inelar; iniial,nvscoarea noroiului poate avea un efect contrar;

- scade efectul de flotabilitate a garniturii, datoritreducerii densitii noroiului.

Nu toate aceste semnale indico manifestare potenial. Ele pot avea alte semnificaii(de exemplu, presiunea de pompare scade din cauza erodrii i spargerii unei prjini,viteza de avansare crete pentru cs-a ntlnit o intercalaie mai slab), dar ele trebuiesmreascatenia n supravegherea sondei. Cu ct o manifestare este detectatmaidevreme, cu att va fi mai uor de eliminat.

Cauzele manifestrilorEle sunt de fapt cauzele ptrunderii fluidelor din stratele traversate n sond. Se distingdousituaii:

- presiunea asupra stratelor este insuficient;

- presiunea este suficient.

Presiunea asupra stratelor este insuficient

Prima situaie se exprimastfel:

phdhs pppp


22/55

- ptrunderea treptata fluidelor uoare, n general a apei srate, din strate sau dinroca dislocat.

nlimea coloanei de noroi scade la:

pierderea circulaiei n stratul deschis de sapsau de altul superior; neglijarea umplerii sondei la extragerea garniturii.

b) Efectul presiunii hidrodinamicephdintervine n dousensuri

n timpul forajului, cderea de presiune, necesarnvingerii rezistenelor hidraulice lacurgerea noroiului prin spaiul inelar din dreptul stratului susceptibil sdebiteze pnlasuprafa, se adaugla presiunea hidrostatic. Suma celor doupresiuni mpiedicstratul sdebiteze dar, la oprirea circulaiei pentru extragerea sapei, efectulhidrodinamic dispare i presiunea din sondpoate deveni inferioarcelei din poriistratului.

De obicei, n spaiul inelar, curgerea este laminar. Pentru fluide binghamiene, cdereade presiune se poate calcula cu relaia:

( ) L

DDL

DD

vp

ss

p

hd

+

= 02

648 (39)

unde: este vscozitatea plastic;p 0 - tensiunea dinamicde forfecare; v- viteza

medie a curentului; - diametrul sondei;D diametrul exterior al prjinilor;L

lungimea.sD

Pentru fluide Ostwald de Waele,

( ) L

DD

K

n

np

n

s

n

v

nn

hd 13

12124 +

+= (40)

undeKeste indicele de consistenal fluidului i n indicele de comportare.

Spresupunem acum cpresiunea hidrostaticechilibreazpresiunea fluidelor din pori.La extragerea garniturii, are loc o micare descendenta noroiului pentru a ocupaspaiul eliberat de prjini, curgere ce creeazo depresiunephd. Temporar, presiunea

poate scdea sub cea a stratului i n sondptrunde un dop de fluid, fenomen care serepetla fiecare pas de prjini. Mrimea depresiunii crete cu viteza i acceleraia deridicare a garniturii, cu vscozitatea noroiului, lungimea spaiului considerat i scade cu

dimensiunile transversale ale spaiului de curgere. Fenomenul se accentueazcndorificiile sapei sunt nfundate, sapa este manonat, prjinile sunt echipate cu manoanede cauciuc. La mrimea depresiuniiphdcontribuie i ruperea rezistenei de gel.

c) Un dezechilibru de presiune se creeazi la interceptarea unei formaiuni cupresiune ridicat, dacnoroiul din sondnu are o densitate adecvat. n acest caz,manifestarea este mai uor de detectat i controlat, mai ales cexistntotdeauna o zonde tranziie a presiunii.

Dupforarea mai multor sonde pe structura respectiv, presiunea formaiunilor devinecunoscuti densitatea noroiului este programatcorespunztor. Dar, uneori, datorit

22


23/55

unor cimentri nereuite, gazele migreazn stratele cu presiuni sczute. Presurizate,aceste strate constituite adesea surprize neplcute.

Presiunea asupra stratelor este insuficientFluidele din stratele traversate, mai ales gazele, pot ptrunde n sond, chiar i atuncicnd presiunea lor este sub cea a noroiului din sond. Ele provin fie din poriifragmentelor de rocdislocate sau surpate din pereii sondei, fie din stratele strbtute.

a) n timpul avansrii sapei, detritusul se ncorporeazn fluidul de foraj. Pe msuraascensiunii lui spre suprafa, gazele se destind, ies din detritus sub formde bule imicoreazdensitatea noroiului. Debitul de gaze este proporional cu viteza deavansare.

Dacpresupunem cformaiunea traversatare porozitatea mi saturaia de gaze Sg, iar

ntreaga cantitate de gaze trece n fluidul de foraj, debitul de gaze n condiii atmosferice

t

tmg

t

tmgp

p

AvSmAvSmQ

00 = (41)

S-au notat: - vitezmecanic; -aria tlpii sondei;mv tA t - factorul de volum al

gazelor; - presiunea la talp; presiunea atmosferic.tp 0p

Densitatea noroiului gazeificat, n condiii de suprafa

( ) nnn

nn

n

nno c

QQ

Q

QQ

Q=

+=

+= 0

00

11 (42)

Aici este debitul de noroi pompat i - concentraia volumicde gaze n noroi.nQ 0c

Dei densitatea noroiului la suprafase reduce simitor, mai jos, datoritcompresibilitii gazelor, densitatea noroiului gazeificat se apropie repede de cea iniial

(vezi par. urmtor) scderea presiunii la talpeste nesemnificativ, compensat, de

altminteri, de prezena detritusului.n

Gazeificarea noroiului, pe seama detritusului, nsoitchiar de o uoarcretere avolumului la habe, este considerato manifestare fals. Nu poate fi mpiedicatprinngreuierea noroiului i nu este periculoas, exceptnd cazul unor strate gazeifere de

suprafa. Dacnoroiul deverseazpeste prevenitoare, se reduce debitul de circulaie iviteza de avansare.

Natura unei asemenea gazeificri este uor de recunoscut. Oprind din cnd n cndnaintarea sapei, fra ntrerupe circulaia, se constatla suprafaabsena gazelor (de

preferinprin gaz carotaj) n perioadele corespunztoare, innd seama de durataascensiunii noroiului. Dac, totui, s-a nchis prevenitorul de erupie, presiunea crete pemsurce gazele se ridic, fra depii 15-20 bar. Dupscurgerea ctorva sute de litride noroi, presiunea scade la zero. n cazul unei manifestri reale, presiunea se meninesau chiar crete.

23


24/55

Gazele pot proveni i din fragmentele de marnpresurizat,,explodate din perei. nacest caz, gazeificarea continumult timp dupce marnele au fost traversate.

b) Gazele ptrund n sonddin rocile traversatei prin diverse fenomene fizice saufizico-chimice: difuzie, osmoz, filtrarea apei din noroi, inversiune gravitaional,formarea structurii solide a suspensiei din sond, contracie, sedimentare.

Rezumndu-ne la difuzie, potrivit legii lui Fick, debitul de gaze difuzate

x

cDSQg d

d= (43)

unde:Deste coeficientul de difuzie; S suprafaa de difuzie i dc/dx gradientulconcentraiei de gaze.

Coeficientul de difuzie scade cu masa moleculara gazelor. Valorile lui sunt reduse: ceamai mare, 2,2 10-5cm2/s pentru metan. De aceea, cantitatea de gaze difuzate este mic

i fenomenul se atenueazn timp (scade gradientul de concentraie).Datoritdiferenei de concentraie dintre formaiunile gazeifere i sond, gazeledifuzeazprin turta de noroi i, daccirculaia este ntrerupt, rmn pe suprafaa

pereilor sub forma unei reele de bule. La reluarea circulaiei, le sunt desprinse iantrenate spre suprafa. Dupschimbarea sapei, are loc aa numita ,,manifestare dupmar, de regulnepericuloas.

Celelalte fenomene amintite au doar o importana teoretic. n cazul paselor de ciment,totui, fenomenul de formare a structurii, asociat cu cel de contracie prin hidratare, este

pregnant, facilitnd ptrunderea gazelor n masa pastei, care, aparent, creeazo presiunehidrostaticsuficientpe strat.

n concluzie, dacpresiunea asupra stratelor traversate este satisfctoare, gazeificrilesunt de obicei neprimejdioase.

Gazeificarea fluidului de forajCele mai frecvente sunt manifestrile de gaze sau de apsrat. Primele sunt nscelemai periculoase datorit:

- -vitezei mari de ptrundere n sond;

- -capacitii de expandare pe msura apropierii de suprafa; -

- -vitezei ridicate de migrare, determinatde diferena de densitate gaze noroi;

- -presiunii mai create la capul coloanei;

- inflamabilitii.

Pe msurce gazele se apropie de suprafa, ele se destind, debitul de noroi la derivaiecrete, densitatea medie a amestecului gaze noroi scade, presiunea pe stratul gazeiferse reduce uor, debitul lui se intensifici manifestarea iniial abia sesizabilseamplifici se transformrepede ntr-o erupie violent.

S-a artat cgazele ptrund n noroi prin:

24


25/55

- efuzie, datoritdiferenei de presiune strat sond;

- difuzie, datoritdiferenei de concentraie strat sond;

- din roca dislocatsau surpatde pe perei.

n noroi, ele se pot afla sub trei forme:- dizolvate n faza continu;

- absorbite la suprafaparticulelor solide;

- sub forma liber(bule, dopuri).

Cantitatea de gaze dizolvate depinde de presiune, temperatur, natura gazului i asolventului (apsau produs petrolier). Potrivit legii lui Henry, solubilitatea unui gazcrete cu presiunea, deci cu adncimea sondei. Efectul contrat al temperaturii este mai

puin pregnant. Prin urmare, pe msurce noroiul gazeificat se apropie de suprafa,gazele ies din soluie.

n produse petroliere, solubilitatea gazelor este mult mai pronunat. De aceea, n cazulfluidelor pe bazde petrol, gazele ies din soluie abia spre suprafa. Afluxurile de gazesunt mai puin periculoase dect n cazul fluidelor apoase, dar i mai dificil de detectat.

Cantitatea de gaze adsorbite pe suprafaa particulelor coloidale crete cu masamoleculara gazului. Cnd fluidul gazeificat se apropie de suprafa, bulele de gazeadsorbite se destind, mrim volumul aparent al particulelor solide. Rezultatul este ocretere accentuat a vscozitii noroiului. Adesea aceasta captun aspect spongios.

Surplusul de gaze, nedizolvate i neadsorbite, rmne n stare liber. Ele se destind spresuprafai reduc densitatea noroiului.

Ne intereseazpresiunea noroiului gazeificat ntr-un punct oarecare, n funcie deconcentraia totalde gaze, variaia acestei presiuni n timp, datoritcirculaieinoroiului, ptrunderii i ascensiunii gazelor, precum i variaia volumului de noroi ieitdin sond. Fiind mai uoare, gazele au i o micare ascensionalrelativ, o lunecare fade lichid, cea ce contribuie la modificarea raportului seciunilor de curgere i a densitiiamestecului. Vscozitatea fluidului i mai ales tensiunea dinamicde forfecarencetinesc n mare msuraceastlucrare.

Pentru a ilustra fenomenul de gazeificare, vom simplifica problema considernd: gazeleperfecte, destinderea lor izoterm, concentraia gazelor libere constantde-a lungulsondei, absena lunecrilor i frecrilor.

Ne propunem sdeterminm densitatea medie a unui dop de noroi gazeificat i scdereade presiune provocatla baza lui, eventual la talpa sondei dactot noroiul din spaiulinelar este gazeificat.

La o presiune oarecarep, densitatea noroiului gazeificat:

000011 pap

p

V

V

p

p

V

VVV

VV

n

n

n

g

n

gn

ggnn

ng +=

+

=

+

+

+= (44)

25


26/55

S-au notat: - un volum elementar de noroi : - volumul de gaze coninut n ;

-densitatea noroiului curat; - densitatea gazelor la presiuneap; - volumul

gazelor la presiunea atmosferic i

nV gV nV

n g 0V

0p nn QQVVa // 000 == - raia gaze-noroi n

condiiile atmosferice.Comparnd (5) cu (7) rezult: ( )000 1/ cca = . Dacnotm cu 0n - densitateanoroiului gazeificat n condiii de suprafa, din acelai relaii, pentru , reiese:0pp=

0

00

n

nna

= ;

n

nnc

= 00 (45)

Raia gaze noroi i concentraia de gaze pot fi determinate msurnd densitateanoroiului curat i a celui gazeificat (imediat la derivaie).

Densitatea medie a dopului de noroi gazeificat, cu presiunea la baz i la captul de

sus ;2p

1p

ppap

pa

ppap

pp

ppp

pp

p

p

np

p

np

p ngng d1

dd

1~ 21

2

1

2

100

00

1201212

+

=

+=

=

(46)

Integrnd,

( )

++

=001

0020012

12

ln~pap

pappapp

pp

nng (47)

Dac i sunt cunoscute, se poate determina lungimea dopului de gaze l. Din

relaia diferenial:

1p 2p

lgp ng dd = (48)

rezult:

( )

+

=

+=

=

1

20012

00 ln1

dd 2

1

2

1 p

ppapp

gp

gp

pap

g

pl

ng

p

png

p

png

(49)

Sconsiderm acum tot noroiului din spaiul inelar gazeificat: Hl= - adncimeasondei, - presiunea la suprafacu sonda deschisi01 pp tpp 2 - presiunea la talp.

Relaia (49) n acest caz devine:

( )0

000 lnp

ppappHg ttng += (50)

Aceasta constituie o ecuaie transcendentn .tp

Fie tn ppgHp += 0 , scderea de presiune la talp. Evideniind p n ecuaia (50),aceasta ia forma:

26


27/55

0

000 ln

p

ppgHpap n

+= (51)

Ecuaia (51) este rezolvatgrafic n figura 16, pentru diverse concentraii de gaze. La

gazificri moderate, sub 50%, scderea presiunii la talpeste redusi n generalnepericuloas.

Dacse neglijeazvaloarea lui n raport presiunea hidrostaticp gHn gHn ,ecuaia (51) se simplifici poate fi rezolvatdirect:

c =3%0

5%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

90%

97%

1 2 5 10 50 100 500 1000 2000200200.1

0.2

0.3

0.5

0.7

1.0

2.0

5.0

3.0

7.0

10.0

20.0

30.0

50.0

100.0

200.0

Presiunea hidrostatica, x100 kPa

Scadereapresiuniipetalpa,x10

0kPa

Fig. 16.Scderea presiunii hidrostatice datoritgazeificrii noroiului.

0

0

0

0

0

00

0

0

00 lnln1ln p

pgH

p

pgH

c

pc

p

pgH

pap

nnn ++

=

+

= (52)

n figura 17 se observcdensitatea noroiului gazeificat, la concentraii sub 50 %,scade semnificativ doar n apropierea suprafeei, cnd presiunea hidrostaticreduspermite destinderea gazelor. Dar prin aceastdestindere, o parte din noroi este deversat,presiunea pe talpscade i mai mult, afluxul de gaze se intensifici erupia se poateamorsa.

Adeseori, gazele ptrunse n sondse considerca un dop izolat de restul noroiului, dopcare se destinde la urcare, potrivit legii gazelor.

27


28/55

Daca sonda a fost nchis, dupce a fost nchis,dupce a ptruns n ea o oarecare cantitate de gaze,considernd sistemul complet izolat, ele se ridiccu

presiunea de la talp. Ajungnd la suprafacu

presiunea iniial, la talpa sondei presiunea se poatedubla. n realitate, formaiunile mai slabe sefisureazi presiunea rmne mult mai sczut.Este posibili cedarea coloanei de burlane sau ainstalaiei de prevenirea erupiilor, dacpresiuneanu este scursperiodic.

0.2

100

Pres

iunea

hid

ros

tati

ca

,x

100

kP

a

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

80

0.4 0.6 0.8 1.0

40%

50%

60%

70%

80%

90%

c0

nng/Raportul

Fig. 17.Variaia densitii noroiului

gazeificat.

Viteza de ridicare a gazelor ntr-o sondn repausdepinde n mare msurde proprietile reologiceale noroiului i de prezena substanelortensioactive. Ea este de ordinul 300-500 m/h.

Pe jgheaburi i n batale, bulele mari de gaze seridicla suprafaa lichidului i n genere se sparg.Rmne totui o mare cantitate de gaze n noroi, cetrebuie ndeprtatnaintea repomprii lui n sond.n acest scop, se folosesc degazeificatoareatmosferice sau cu vacuum. mprtierea noroiului n strate subiri pe diverse suprafeefaciliteazieirea bulelor de gaze.

Prevenirea manifestrilor eruptive

Modalitile de prevenire a manifestrilor eruptive rezultnemijlocit din cauzele ce leproduc.

Presiunea fluidelor din formaiunile traversate este o mrime natural, obiectiv. Eatrebuie evaluatct mai precis, n faza de proiectare a sondei i pe parcursul forrii ei.Posibilitile de control al presiunii din sond:

n principiu, pentru a obine viteze mari de avansare, densitatea fluidului din sondseregleazastfel nct sse asigure o contrapresiune minim, chir negativ, asuprastratelor strbtute. n cazul sondelor de prospeciune, a stratelor cu permeabilitate maren care sunt ateptate gaze sau raii mari de gaze-lichid, se formeazsupraechilibrat, cusigurane mai mari. Proprietile reologice se menin la valorile minime, reclamate de

evacuarea detritusului;La extragerea garniturii, sonda se umple permanent, msurnd volumul pompat;

La introducerea garniturii, volumul de noroi deversat se comparcu cel dezlocuit deprjini;

Cnd existpericol de manifestare, pierderile de circulaie trebuie prevenite i lichidatect mai repede pentru a menine sonda plin;

Pentru a minimiza depresiunile hidrodinamice se reduce viteza de extragere a garniturii,ndeosebi cnd noroiul este vscos, iar spaiul inelar ngust;

28


29/55

Se evitmanonarea sapei; dacse formeazmanoane, ele se distrug prin scuturareasapei, rotirea acceleratcu circulaie;

Se supravegheazcontinuu coninutul i natura gazelor din noroi, precum i salinitatealui;

nainte de extragerea sapei, dacs-a ntlnit o formaiune gazeifer, se circulnoroiulpnla evacuarea gazelor;

Dupntreruperi ndelungate, garnitura se introduce cu circulaii intermediare,eliminnd eventualul noroi gazeificat;

Noroiul de deasupra unei bi de petrol se ngreuiazdacexistpericolul manifestriiunor strate;

Cnd sunt anticipate pierderi de circulaie sau manifestri eruptive, se prevede o rezervde noroi, cu densitatea apropiatde cea din sond, precum i materiale de preparare ingreuiere;

Instalaia de foraj se echipeazcu debitmetru, densimetru, indicatoare de volum i denivel la habe, manometre, numrtor de curse la pomp, cromatrograf pentru gaze,rezistivimetru i termometru la ieirea noroiului, o habmic(3 - 4 m3) pentrumsurarea noroiului la introducerea i extragerea garniturii de foraj, degazeificatoare,faclpentru gaze i, bineneles, instalaii complete de prevenire a erupiilor. Dotareadepinde de adncimea, tipul i importana sondei.

n figura 18 se prezintn linii generale un caz de manifestarea a sondei. n generaldensitatea fluidului de foraj din gaura de sondse alege astfel nct presiuneahidrostatica coloanei de fluid de foraj sfie mai mare dect presiunea fluidelor din

porii formaiunilor traversate i mai micdect presiunea de fisurarea a stratelor. Dindiverse cauze obiective sau subiective se poate ntmpla ca presiunea fluidelor din porisfie mai mare dect presiunea hidrostatica coloanei de fluid de foraj ce se aflngaura de sond. n acest caz fluidele coninute n formaiunea respectivncep sintren gaura de sonddeversnd fluidul de foraj i n final ajungndu-se la manifestarealibera sondei dacnu se iau msuri de nchidere i combaterea a fenomenului de aflux.nchiderea sondei se realizeazprin intermediul unei instalaii speciale care se numeteinstalaia de prevenire i combaterea manifestrilor eruptive care este obligatoriumontatla sond. Aceastinstalaie este compusdin prevenitoare, instalaie hidraulicde comanda prevenitoarelor i manifoldul instalaiei de prevenire a erupiilor.Prevenitoarele sunt montate pe gura sondei i n cazul fenomenului de aflux sunt

folosite pentru nchiderea sondei. Manevrarea prevenitoarelor se face prin intermediulinstalaiei hidraulice de comandsau n cazuri de excepie manual. nchidereaprevenitoarelor este prima procedurpentru rezolvarea manifestrii eruptive. Urmtorulpas este nlocuirea fluidelor din gaura de sond(fluid de foraj uor, fluide produse deformaiunea care manifest) cu un fluid de foraj a crui densitate este astfel aleasnct

presiunea hidrostaticsfie mai mare dect presiunea din pori dar mai micdectpresiunea de fisurare a formaiunii. Aceastnlocuire se face pompnd fluidul de foraj(pe la interiorul garniturii de foraj) cu pompele de noroi i evacuarea prin spaiul inelar(dintre garnitura de foraj i pereii gurii de sond) i mai departe prin manifoldulinstalaiei de prevenire a erupiilor. Acest proces de dezlocuire a fluidelor (ce se

29


30/55

numete omorrea sondei) se face astfel nct tot timpul pomprii sse pstreze opresiune n gaura de sondmai mare dect presiunea din pori (pentru ca snu mai aibloc fenomenul de aflux). Presiunea care se exercitasupra stratului care a manifestateste controlatprin intermediul nchiderii sau deschiderii diverselor ventile care intrn

componena manifoldului instalaiei de prevenire. Aceste ventile pot fi manevratemanual sau prin intermediul unor comenzi hidraulice.

Fig. 18. Vedere de ansamblu a procesului de combatere a manifestrii eruptive.

Simulatorul trebuie saibn componencel puin urmtoarele panouri cu aparatura de

comandi msurare dupcum urmeaz:- unitatea de comanda prevenitoarelor (fig.19);- manifoldul pompelor (fig.20);- manifoldul instalaiei de prevenire a erupiilor (fig.21);- unitatea de comanda manifoldului instalaiei de prevenire a erupiilor (fig.22);

30


31/55

Fig.19. Panoul unitii de comanda instalaieide prevenire a erupiilor.

Fig.20. Panoul manifoldului pompelor.

Fig. 21. Manifoldul instalaiei de prevenire aerupiilor.

Fig. 22. Panoul de comanda duzelor

reglabile.

31


32/55

Combaterea unei manifestri eruptive presupune:

urmarea unei proceduri de nchidere a sondei particularizati adaptat

condiiilor specifice existente la sond(n timpul forajului: se retrage prjina de

antrenare din zona prevenitoarelor; se opresc pompele i se urmrete derivaia; se

deschide ventilul de siguranal manifoldului de erupie; se nchide prevenitorul de

serviciu; se nchide uor duza reglabil; se urmresc i nregistreazpresiunile la

prjini/coloancu sonda nchis, creterea de volum la hab; n timpul manevrrii

garniturii de foraj: se oprete extragerea/introducerea; se asambleazcrucea de

circulaie cu canalele deschise; se nchid canalele de la capul de circulaie; se reia

procedura de lucru cu manifoldul de erupie; capul de circulaie se racordeazla un

agregat de cimentare; n sondliber: se ncepe secvena de la manifoldul de erupie; se

nchide prevenitorul de total; la operaii geofizice sau perforare cu cablu: dacnu exist

prevenitor de nchidere pe cablu iar manifestarea este violentse taie cablul i senchide sonda total.

aplicarea unei metode de combatere a manifestrii (imediat dupnchidere se

trece la refacerea presiunii n sondprin: ndeprtarea fluidelor ptrunse n sond;

refacerea/reglarea densitii fluidului de foraj).

Datele iniiale obinute (presiunile la prjini/coloan, variaia volumului la hab), permit

determinarea caracteristicilor manifestrii (presiunea fluidelor din porii formaiunii ce

debiteaz, natura i densitatea afluxului, densitatea fluidului de omorre), precum i,

alegerea i conducerea metodologiei de combatere.

Metodele de combaterea manifestrilor eruptive urmresc meninerea unei presiuniconstante pe talpa sondei(uor superioarpresiunii fluidelor din strat) ise aleg n

funcie de condiiile din sond(prezena i adncimea la care se aflgarnitura de foraj,

starea canalului dublu de circulaie, disponibilitatea de noroi/barit, condiiile de

ngreuiere, rezistena minima prevenitoarelor, capului de sond, a coloanei sau a

rocilor de la iul ei, gradul de pregtire i experiena personalului operator).

Sunt doucategorii de metode (presiunea pe talpse urmrete indirect):

1. Se urmrete presiunea la prjini garnitura de foraj cu rol de tub manometric

(lungimea i densitatea noroiului din interiorul garniturii servete la controlul presiunii

pe talp);2. Se urmrete presiunea la coloani variaia volumului la hab metode

volumetrice (sapa este nfundat, garnitura de foraj spartsau extrasdin sond,

pompele sunt inoperabile).

Din prima categorie de metode(mai simple, precise) cele mai utilizate sunt: metodaateapti ngreuiaz(inginerului) evacuarea afluxului de fluide din spaiul inelar se

face simultan cu pomparea noroiului cu densitatea de omorre; metodasondoruluief

(driller), mai simpldar mai lungca durati cu vrfuri de presiune mai ridicate la iul

i capul coloanei fluidul de foraj contaminat (cu fluidele de aflux) se eliminprin

32


33/55

pomparea de noroi cu densitatea iniial(ntr-un circuit), apoi se nlocuiete fluidul

iniial cu cel de omorre (al doilea circuit); metoda concomitent(cea mai rapiddar i

mai dificil de realizat) pomparea de fluid ngreuiat (intermediar, n funcie de

disponibilitile de barit, posibilitile de pompare i ngreuiere) ncepe imediat dup

nchiderea sondei (n acest caz este necesar un sistem automat de urmrire a presiunii la

prjini dependentde poziia n garnituri de densitatea diferitelor pachete de noroi

ngreuiat.

Indiferent de metoda de omorre aplicat, n prima fazde lucru, se stabilesc ntr-ofi

specialdatele tehnice i condiiile manifestrii (debitul de pompare 1/21/4 din

debitul normal de circulaie; presiunea de circulaie la acest debit msuratsau

calculat; densitatea i nlimea afluxului; densitatea fluidului de omorre; presiunea

stratului ce debiteaz; presiunea la prjini i la coloancu sonda nchis; duratele i

volumele n interiorul/spaiul inelar ale garniturii de foraj; rezistenele minime laprevenitoare, la coloan, ale rocilor de la iu).

33


34/55

Combaterea manifestrilor eruptive

nchiderea sondeiCnd simptomele unei manifestri eruptive sunt evidente, sonda trebuie nchis.Evitarea unor complicaii ca de exemplu avarierea echipamentului de la gura sondei iscparea ei, pierderea circulaiei , impun o anumitprocedurde nchidere. Aceastprocedureste precizatn diverse regulamente de prevenire a erupiilor i depinde deoperaia executatn sond, alctuirea instalaiei de prevenire, tipul instalaiei (stabilsau plutitoare). Ne rezumm aici la instalaiile stabile.

n timpul forajului(circulaie, corectare):

- se ridicprjina de antrenare pnce reducia ei ajunge deasupra mesei rotative,pentru ca o prjinobinuit, cu seciunea circular, sajungn dreptulprevenitoarelor;

- se opresc pompele i se supravegheazun timp daca sonda continusdebiteze;

- se deschide ventilul de sigurande pe manifoldul de erupie (toate celelalteventile sunt n mod obinuit deschise);

- se nchide prevenitorul cu bac inelar;

- se nchide ncet duza reglabilcare este deschis;

- se citesc presiunea de la ncrctor (presiunea la prjini cu sonda nchis) i

cea de la crucea de ventile a manifoldului de erupie (presiunea la coloan

cu sonda nchis), precum i creterea volumului la habe; aceste informaiiservesc la evaluarea severitii manifestrii i la conducerea programului deomorre a sondei;

pp

cp

- daceste necesar (presiunea de la ncrctor devine periculoas), se nchidecanaua de la baza prjinii de antrenare sau cea de sus (mai dificil de ajuns la ea).

Acum sonda este complet nchis. Daceste nevoie sse manevreze garnitura, sereduce presiunea de nchidere a prevenitorului universal, cu un ventil de reglare, pncnd apar scurgeri uoare de noroi pe lngprjina de foraj. Se minimizeazastfelriscul de deteriorare a bacului inelar.

Prevenitorul orizontal cu bacuri pentru prjini rmne de siguran. El se nchide numai

dacbacul celui universal este deteriorat i trebuie schimbat (cnd existun prevenitorvertical cu conus, se nchide nti prevenitorul orizontal, care centreaz, totodat,prjinile, iar dupintroducerea prin masa rotativi armarea mecanica conusului,primul se deschide).

Dacn garniturexistun ventil de reinere, pentru a citi presiunea la prjini se

pornete uor o pompi se nregistreazvariaia presiunii n timp. Iniial, presiuneacrete repede, iar din momentul deschiderii sapei, corespunztor presiunii , ritmul de

pp

pp

34


35/55


36/55

Metode de combatere a manifestrilorDupnchiderea unei sonde care manifest, situaia ei trebuie normalizat: fluidele

ptrunse n sondse ndeprteazi noroiul de foraj se aduce la densitatea necesarsiguranei sondei i continurii lucrrilor n ea. Se spune csonda se omoar(secombate manifestarea).

Dacn sondau ptruns gaze, datoritdiferenei mari de densitate fade noroi, eleurcncet spre suprafai presiunea crete continuu. Ea poate devenit periculoaspentru rezistena instalaiei de prevenire i a coloanei pe care aceasta este ancorat, dari pentru formaiunile aflate sub iul ei.

De aceea, o manifestare se combate frntrziere. Pnce omorrea devine posibil,presiunea se scurge din cnd n cnd, la o valoare uor mai mare dect cea de nchidere,prevenind astfel afluxul adiional de fluide. Dacgazele provin din detritus sau marnepresurizate, dupcteva scurgeri, sonda se linitete.

Indicaiile celor doumanometre, de la prjini i d la coloan, mpreuncu variaiavolumul la habe, permit sse determine presiunea fluidelor din porii stratului cedebiteaz , natura lor i densitatea noroiului necesar omorrii. Ele servesc totodat,

la conducerea procesului de omorre.pp

Aflux

Fluidde forajnegazeificat

p

Fluid de forajgazeificat

p

pc

pp

pc

1'1

Fluid de forajnegazeificat

1

78.0H

17.0ht

a) b)

Fig. 23. Aflux de fluide n sond.

Sanalizsituaia cea mai simpl: garnitura de foraj i stratul care debiteazse afllatalp, situatla adncimeaH, se acceptcnoroiul din interiorul garniturii estenecontaminat i are densitate cunoscut 1 . Cel din spaiul inelar, contaminat, are

densitatea medie (fig. 23, a).'1

36


37/55

Cnd sonda este nchis, presiunea la talp este egalcu cea a fluidelor din strat:tp

cptp pgHpgHpp +=+=='11 (53)

Deoarece (fluidele ptrunse gaze, apsrat, petrol sunt mai uoare dectnoroiul din sond), .1

'

1

Creterea de volum la habe este egalcu volumul fluidelor ptrunse n sond. Dac

presupunem caceste fluide se aflsub forma unui dop continuu (n realitate, ele suntdisipate n noroi), lungimea lui la talp(fig. 23, b)

0V

si

tA

Vh 0

= (54)

unde este aria seciunii transversale a spaiului inelar.siA

Rescriind egalitatea (53) sub forma

( ) cttafp phHgghpgH ++=+ 11 (55)

densitatea afluxului de fluide

t

pc

afgh

pp = (56)

Dupvaloarea gsitse evalueaznatura acestor fluide.

Pentru ca sonda snu debiteze cnd va fi deschis, densitatea noroiului ngreuiat ,

pompat n sond, trebuie ssatisfacrelaia:

2

ppgHgH + 22 (57)

Dacse ia o anumitsiguran ( circa 50 kg/m3), atunci

++=gH

pp12 (58)

Metodele de omorre se aleg n funcie de: prezeni adncimea la care se aflgarnitura de foraj n sond, posibilitatea circulaiei, disponibilitile de noroi ngreuiat(sau n barit), facilitile de ngreuiere, rezistena instalaiei de prevenire, rezistena

coloanei i a rocilor de sub iul ei, experienpersonalului .a.Toate metodele urmresc meninerea unei presiuni constante pe talpa sondei, uor maimare dect ca a stratului. n acest mod, se evitca el sdebiteze n continuare, dar se

previne i fisurarea stratelor mai slabe. Restriciile de rezistensemnalate mai sus saucele de preparare i pompare a noroiului ngreuiat impun uneori reducerea presiunii petalp. Stratul sub presiune va debita, dar mai puin intens, iar operaia de omorre se

prelungete.

Presiunea pe talpse urmrete indirect, prin intermediul unor indicaii de la suprafaa.n acest sens, se disting doucategorii de metode pentru omorre:

37


38/55

cu urmrirea presiunii la prjini (la ncrctor);

cu urmrirea presiunii la coloani a variaiei volumului la habe (metode volumetrice).

Prima categorie include metodele cele mai simple, mai precise i mai utilizate.

Garnitura de foraj joacrolul unui tub manometric. Cunoscnd lungimea ei i densitateanoroiului din prjini, manometrul din captul lor servete la controlul presiunii pe talpn timpul omorrii.

Dacsapa este nfundat, garnitura spartsau are captul mult deasupra tlpii, eventualeste extras, pompele nu sunt operabile, se recurge la metodele volumetrice. Acesteasunt mai puin precise i mai dificil de aplicat, ndeosebi cnd seciunea spaiului inelarnu este constant, prevenitoarele se aflpe fundul mrii. Sunt de asemenea, vulnerabilen prezena pierderilor de circulaie.

Cnd sapa se aflmai sus de talp, noroiul de sub ea, nefiind circulat, nu estecontrolabil. Gazele pot urca, noroiul mai greu, pompat prin prjini, coboarparial sub

sapi presiunea la prjini nu oferindicaii corecte asupra presiunii pe talp. De aceea,n asemenea situaii se folosesc metode volumetrice, uneori ca metode complementare.

Se cunosc trei metode, trei procedee de omorre cu urmrirea presiunii la prjini:

- noroiul contaminat din spaiul inelar se evacueazsimultan cu pompareanoroiului ngreuiat la densitatea necesaromorrii sondei;

- noroiul contaminat se elimin, pompnd fluidul nengreuiat existent la sond;ulterior acesta se nlocuiete cu noroi ngreuiat ntre timp;

- pomparea ncepe imediat dupnchiderea sondei cu noroi ngreuiat, n funcie dedisponibilitile de bariti de posibilitile de pompare i ngreuiere.

Primul procedeu, cunoscut i sub numele de ,,metoda inginerului sau ,,ateaptingreuiaz, dureazcel mai puin, iar presiunile maxime atinse la capul i la iulcoloanei sunt reduse.

Al doilea procedeu, numit i ,,metoda sondorului-ef, este mai simplu de executat, dardureazmai mult, iar presiunile maxime la iu i la gura sondei sunt mai mari.

Ultimul procedeu, numit i ,,metoda concomitent, este cel mai rapid, dar i mai dificilde condus: presiunea ce trebuie meninutla prjini la un moment dat depinde de poziian garnitura diverselor ,,pachete de noroi ngreuiat i de densitatea lor.

Indiferent de procedeul ales pentru combatere, fluidele se pompeazcu un debit

aproximativ egal cu jumtate din cel de circulaie normal. Se evitastfel presiunile depompare ridicate, iar operaia este mai uor de condus. La acest debit trebuie cunoscutpresiunea necesarnvingerii rezistenelor hidraulice din circuit : fie se calculeaz,

fie, mai comod, se noteazla nceputul fiecrui schimb, circulnd cteva minute cudebitul de omorre.

frp

n timpul eliminrii unei manifestri, presiunea pe talpeste meninutconstant, cuajutorul duzei reglabile de la manifoldul de erupie, prin care se dirijeazieireanoroiului (a doua duz, de rezerv, este nchis).

38


39/55

Combaterea manifestrii ntr-o singuretap.Operaia ncepe dupce a fost ngreuiat la densitatea 2 un volum de noroi egal cu celal sondei.

Presiunea iniialla prjini este (punctul 1 din figura 24). Dupnceperea pomprii,presiunea la prjini (punctul 3)

pp

Presiuneadepom

pare

Volumul pompat

Fluidul de foraj ngreuiata ajuns la talpa

Presiuneastatica

Presiuneadinamica

Vip Vs

1

2

3

4 5

sigfrp ppp ++

Volumul interioral prajinilor

Volumul sondei

Presiuneainitiala decirculatie

Fig. 24. Omorrea ntr-o singuretap.

sigfrpp pppp ++=3, (59)

Reglnd duza de ieire, se asiguro suprapresiune (circa 5 bar/1000 m), ce ine

seama de eventualele imprecizii de citire, calcul i control, precum i de depresiuneacreatla extragerea garniturii. Cu oarecare aproximaie, pentru fluidele binghamiene,aceastdepresiune se calculeazcu relaia:

sigp

DD

L

ps

=04

(60)

n care:Leste lungimea garniturii; 0 - tensiunea dinamicde forfecare; - diametrulsondei; - diametrul exterior al prjinilor.

sD

D

Pe msurce noroiul ngreuiat coboarn prjini, pentru ca presiunea la talpssemeninconstant, presiunea de pompare trebuie sscadliniar. Se acceptcntreagacdere de presiune pentru nvingerea frecrilor are loc n interiorul garniturii i norificiile sapei i este proporionalcu densitatea noroiului (curgere turbulent). n

39


40/55

aceastsituaie, cnd noroiul ngreuiat a ajuns la sap, presiunea de pompare (punctul 4)trebuie sfie:

1

24,

= frp pp (61)

Dacn acest moment se ntrerupe circulaia, presiunea la prjini devine zero(punctul 2)

n continuare, presiunea la prjini este pstratconstantpnce noroiul ngreuiat aajuns la suprafa(punctul 5).

n concluzie, pentru a menine presiunea pe talpconstant, duza de ieire se regleazastfel nct presiunea la prjini saibalura 3 4 - 5. Dacexisto tendinde cretere,duza se deschide mai mult i reciproc. Debitul de pompare trebuie meninut neapratconstant.

Dei nu servesc la conducerea operaiei de omorre, variaiile presiunii la coloan, alevolumului de noroi la habe i ale debitului de ieire prezintinteres. Ele depind de:mrimea i natura afluxului, densitatea noroiului nainte i dupngreuiere, variaiileseciunii transversale a spaiului inelar, prezena fenomenului de migrare a gazelor.

Deoarece presiunea pe talprmne constanti nlimea coloanei de noroi aflate subdopul de aflux este cunoscut(din volumul pompat), presiunea la baza dopului poate ficalculat. nlimea lui se determindin creterea de volum la habe i relaii decomportare, cnd este constituit din gaze. Prin diferen, rezultnlimea coloanei denoroi de deasupra dopului. n final, se determinpresiunea la coloan sau n orice alt

punct, de exemplu, la iul acesteia.cp

Examinnd figura 25, cu notaiile respective, se stabilesc cu uurinexpresiile presiuniila coloann diversele faze:

Faza a-I-a:noroiul ngreuiat nu a ajuns la sap(poz.2):

( ) sigafpc pphHgpp += 1 (62)

unde: h este nlimea dopului de aflux ntr-un punct oarecare, iar presiunea creat

de greutatea afluxului.afp

Faza a II-a:noroiul ngreuiat a nceput surce n spaiul inelar, dar afluxul nu a ajunsla suprafa(poz.4):

( )

( ) sigafsi

ip

p

sigafpc

ppghA

VVggHp

ppHHggHpp

++

+=

=++=

1122

32112

(63)

Aici V reprezintvolumul noroiului pompat; - volumul interior al prjinilor, -

aria seciunii transversale a spaiului inelar.ipV siA

Faza a III-a:ieirea afluxului din sond(poz. 6):

40


41/55

( ) sigafsi

ip

si

p

sigafpc

ppA

Vg

A

Vgp

ppgHgHpp

+=

=+=

121

2112

(64)

Faza a IV-a:dezlocuirea finala noroiului nengreuiat, aflat iniial n prjini (poz.8);

( ) sigsi

ip

p

sigpc

pA

VVggp

pgHgHpp

+

=

=+=

121

2112

(65)

Dacla ngreuiere se acceptaceeai siguranca i n timpul omorrii, atuncii relaiile de mai sus se simplificsimitor.gHpp sigp 2=+

Presiunea creatde greutatea dopului de aflux

si

afafafA

Vgghp == (66)

n cazul gazelor, cu densitatea relativ rg

t

tt

prg

af hRTz

pp

= (67)

undeReste constanta aerului (287 J/kgK), - factorul de neidealitate a gazelor la

talp; - temperaturabsolutla talp; - nlimea dopului de gaze n condiii de

talp(strat).

tz

tT th

nlimea dopului de gaze ntr-un punct oarecare depinde de condiiile de presiune p ide temperaturT, la care ele se afl:

t

tt

ph

Tpz

zTph= (68)

Presiunea medie a gazelor

( ) sigafsi

ip

si

p

sig

af

p

ppAVg

AVgp

pp

gHgHpp

++=

=+=

2

2

122

2112

(69)

La suprafa, nlimea dopului de gaze

t

tt

p

c hTzp

Tzph

max

00 (70)

unde este presiunea maximla coloan, stinscnd gazele ajung la suprafa.maxp

41


42/55

pp

pc

ht

h

h

H2

h

H2

H1

H3

H2

H1

H2

H1H1

1 2 3 4

6 7 8 9

nceputul operatiei Fluidul greu estepompat n prajini Fluidul greu ajunge la talpa Fluidul greu urca n spatiul inelar A

Evacuarea afluxului Fluidul initial a ajuns la suprafata Evacuarea fluidului initial Sfrsitul operatiei

Fig. 25.Poziia fluidelor n timpul operaiei de omorre a unei sonde.

42


43/55

Ea poate fi determinatdin prima relaie (64):

( )

( ) tt

tp

sigafp

sigafp

Tzp

hTzgpppgHgHp

ppgHhHHgpp

max

002

2122

211022max

+++=

=+=

(71)

Rezolvnd ecuaia, rezult:

tt

tp

Tz

hTzgpAAp

002

2

max 22

== (72)

cu notaia:

( ) sigafp ppgHgHpA ++= 2122 (73)

Cum i este neglijabil, dacdiferenagHpp sigp 2+ afp 12 nu este prea mare,

termenul2

2

Apoate fi neglijat n raport cu cellalt termen de sub radical.

Dacse neglijeazi termenul2

A, atunci

sitt

tp

tt

tp

A

V

Tz

hTzgp

Tz

hTzgpp 0

002002max

=

(74).

Presiunea maximatinsla coloancrete cu volumul afluxului, cu presiunea fluidelor

din pori i scade cu aria seciunii spaiului inelar.Din relaiile (62 - 65) se constatcpresiunea la colane este proporionalcu variaiavolumului la habe, prin intermediul nlimii dopului de aflux h.

Presiunealacoloana

Volumul pompatVip Volumul pompat

PresiunealacoloanaAfluxul a ajuns la suprafata

nlocuirea fluiduluinengreunat

care a fost n prajini

Afluxul a ajuns la suprafata

Evacuareaafluxului

Fluidul ngreuiata ajuns la talpa

nlocuireafluiduluinengreunatcare a fost

n prajini

Gazele au ajunsla suprafata

Fluidul ngreuiata ajuns la talpa

Evacuareagazelor

Vip VsVs

sigc pp +

sigc pp +

maxp

a) b) Fig.26. a - Evacuarea unui aflux incompresibil ntr-o singuretap; b - Evacuarea unui dop de gaze

ntr-o singuretap

43


44/55

Figura 26, a prezintvariaia presiunii la coloan, n cazul unui aflux de lichid, iarfigura 26, b pentru unul de gaze. Presiunea la coloancrete datoritdestinderii gazelori reducerii nlimii de noroi. Valoarea maximeste atinscnd gazele au ajuns lasuprafa. Apoi, ea scade rapid pnla zero. Cnd noroiul ngreuiat trece n spaiul

inelar, poate exista temporar o tendinde scdere a presiunii la coloan.

Figura 27 ilustreazcreterea volumului la habe la evacuarea unu aflux de gaze. ncazul fluidelor incompresibile, creterea de volum rmne constant, iar cele doudebite sunt egale.


Destindereagazelor

Evacuareagazelor

Volumul pompatVip Volumul pompatVip Vs

Vs

a) b)

Variatiavolumuluilahabe

Debitul

Debitul deiesire

Debitul depompare


Sondadebiteaza

gaze

0V

maxV

Fig.27. a- Variaia volumului n habe la evacuarea unui aflux de gaze. b - Varia ia debitului laevacuarea unui aflux de gaze.

Combaterea manifestrii n douetapen prima fazse pompeazunvolum de noroi ne nengreuiat, egalcu cel al spaiului inelar , pentru

a evacua fluidele intruse n sond.n aceastperioad, presiunea laprjini rmne constant i egalcusuma (linia 5-6 din

figura 28). Dacla sfritul acestei

faze se oprete circulaia, presiuneala prjini va fi egalcu cea de lacoloan .

siV

sigfrp ppp ++

pp

Volumul pompat

Vsi Vs

Presiu

neadepompare

Presiuneadinamica

sigfrp ppp ++

Presiuneainitiala decirculatie

Presiuneastatica

1 2

3 4

5

6

7 8

FazaII: nlocuirenoroi nengreuiat

FazaI: Evacuareaflux

ssi VV +

Fig.28. Omorrea n douetape.

Acum sonda poate rmne nchispnce se preparnoroiul ngreuiat.Presiunea la coloanse menineneschimbat.

n a doua fazse circulun volum

44


45/55

de noroi ngreuiat, egal cu cel al sondei . Variaia presiunii la prjini (linia 6-7-8) este

similarcu cea de la metoda precedent. Presiunea de pompare n momentul cndnoroiul ngreuiat ajunge la ap(punctul 7) se determincu relaia (61).

sV

Dacla sfritul operaiei (punctul 8) se oprete circulaia , presiunea trebuie sscadlazero, att la prjini, ct i la coloan. n caz contrar, noroiul ngreuiat nu are densitateanecesaromorrii sondei. De regulse circulncun volum de sondpentruomogenizarea noroiului.

Figura 28, a prezintvariaia presiunii la coloanpentru fluide incompresibile, iar figura28, b pentru gaze. Presiunile se calculeazcu relaii similare cu (62 - 65). La gaze,

presiunea maximla coloan este mai ridicatdect la aplicarea metodei

precedente, deoarece n spaiul inelar nu a trecut noroi ngreuiat care scompenseze omaxp

parte din presiunea necesarla talp(expresia (73) are o valoare mai mare). Din acelaimotiv, creterea maximla habe este mai redus. Figura 29, a reflectvariaia

volumului la habe, iar figura 29, b variaia debitului, la intrare i la ieire.

maxp

a) b)

Evacuareaafluxului

Noroiul ngreuiata ajuns la sapa

Volumul pompatVsi Vs



ssi VV +

sigc pp +

Presiunealacoloana


Noroiul ngreuiata ajuns la sapa

Volumul pompatVsi Vs ssi VV +



sigp pp +

sigp pp +

sigc pp +

Presiunealacoloana

Evacuarea gazelor

Fig. 28.a - Evacuarea unui aflux incompresibil n douetape ; b - Evacuarea unui dop de gaze ndou eta e.

a) b)Volumul pompat

Vsi Vs ssi VV +

Volumul pompat

Vsi Vs ssi VV +


Destindereagazelor

Evacuareagazelor

Varia

tia

vo

lum

ulu

ilah

ab

e

Deb

itu

l

Debitul deiesire

Debitul depompare


Sondadebiteaza

gaze

0V

maxV

Fig.29.a - Variaia volumului din habe la evacuarea unui dop de gaze n douetape ; b - Variaiadebitului la evacuarea unui dop de gaze n douetape.

45


46/55

Metode volumetriceAceste metode se aplicdoar i atunci cnd presiunea la pomppoate fi folositca un

indicator al presiunii pe talp. Ea se controleazprin intermediul presiunii la coloania nivelului de noroi la habe. Metodele volumetrice constau n evacuarea afluxului defluide prin scurgeri periodice, cu sau frpompare de noroi.

Neglijnd efectul frecrilor i al gelaiei noroiului, variaia presiunii la talp este

provocatde variaia presiunii hidrostatice a noroiuluitp

np i de cea de la capul

coloanei cp

cnt ppp += (75)

Aici

si

nnnnA

VgHgp

== (76)

Variaia nlimii coloanei de noroi nH , cu densitatea n aflat sub sau deasupraafluxului, se regsete n variaia noroiului de noroi la habe V

Pentru ca variaia presiunii pe talpsfie nul, din (75) rezult:

VA

gp

si

nc

= (77)

Volumul de fluid din haba

Pres

iune

ala

co

loa

na

31.411 si

n

A

gtg =

V

sigp

cp

0V

cp

Fig. 30.Metoda volumetricde omorrea a unei sonde.

Am presupus acelai noroi n spaiul inelar. Dacn timpul eliminrii afluxului sepompeaznoroi cu densitate mai mare, relaiile (76 - 77) se completeazcorespunztor.Semnul minus s-a omis. Semnificaia lui este urtoarea: presiunea la coloancreteatunci cnd din sistem este evacuat noroi; invers, pentru ca ea sscad, trebuie adugatnoroi.

Se remarcproporionalitatea ntre

i . ntr-un graficunde Veste

volumul la habe, panta

dreptei este . Eatrece printr-un punct decoordonate ( ) u -volumul habelor nmomentul nchiderii sondei(fig. 30). Creterea iniialavolumului poate finecunoscut.

cpV

( )Vpp cc=

sin Ag/

co pV , c oV

Controlul sondei constn

46


47/55

meninerea presiunii constante la coloana pnce, n habe se scurge un volum de noroipredeterminat (iniial presiunea este lsatscreascuor cu o valoare de siguran

). Apoi, nchiznd sonda, se laspresiunea la coloansurce cu valoarea indicat

de relaia (77), dupcare se scurge un nou volum

V

sigp

V . Prin astfel de scurgeri repetate,mai rare la nceput i mai dese pe msura apropierii gazelor de suprafa, se menine latalpo presiune aproape constant.

La sfrit, cnd sonda produce numai gaze, ea trebuie umplutperiodic cu acelaivolum de noroi predeterminat. Altminteri, sonda rmne linitit, dar sub presiune.Deschiderea ei poate reamorsa stratele debitoare.

O varianta acestei metode statice o reprezintmetoda dinamic. Simultan cu operaiadescrismai sus, n conducta de omorre se pompeazuor noroi care va iei prinmanifoldul de erupie. n acest mod, are loc o dispersare a gazelor (sonda joacrolulunui separator de gaze) i vrfurile de presiune sunt atenuate. Metoda este eficientncazul instalaiilor cu prevenitoare submarine, unde existo conductde evacuare lasuprafadestul de lungi cu seciunea mai redusdect n spaiul inelar.

Complicaii i accidente tehnice n foraj

Generaliti

Complicaiile(dificultile) n foraj ngreuiaz, prelungesc i cresc costurile operaiiloraferente construciei unei sonde. Lipsa msurilor de prevenire sau de combatere n timputil poate duce la avarierea sondei/echipamentului de foraj, la accidente

umane/ecologice.Natura lor este, n general, geologic (obiectiv) dar poate fi i tehnic-tehnologic(interaciunea fluidului de foraj cu rocile traversate).Dificultile principale au ca factor generator instabilitatea pereilor(surpare, strngere,dizolvare), manonarea sapei i a garniturii de foraj, pierderea (influxul) de fluid deforaj n formaiunile poros permeabile/fisurate, afluxul de fluide din strat n sond,devierea nedorit a traiectului sondei, formarea gurilor de cheie, contaminarea

fluidului de foraj (ncrcare cu solide, gaze nocive, contaminani), agresivitateamediului(fluide, roci) asupra echipamentului de foraj.n prima fazde manifestare a unei dificulti lucrul la sondrespectiv accesul la talpeste posibil (cu restriciile de rigoare impuse de anumite operaii de prevenire icombatere a dificultilor respective).n faza de proiectare a construciei sondei sunt prevzute de reguldificultile de foraji metodele, mijloacele i costurile aferente prevenirii i combaterii lor.

47


48/55

ClasificareCauza Dificultatea Manifestare Prevenire Combatere

Surparearocilor

Creterea volumului de rocla site;natura, forma i mrimea fragmentelor de

roc;

tendina de prindere a garniturii de foraj;

Alegereaadecvatafluidului de

foraj;

Circulaii intensepentru evacuareamaterialului surpat.

Strngereapereilor

Reducerea diametrului sondei: curgerea vscoplastic; dizolvarea rocilor hidratabile (lignit,anhidrite, argile, marne interaciunefizico-chimic);Mecanisme de absorbie:

hidratarea de suprafa(cristalin); hidratarea osmotic(umflareaargilelor);

modificarea cmpului de tensiune(dezechilibru de potenial chimic ap

pori-apnoroi); depirea rezistenei la curgere a rocii(umflare, surpare, dispersare n noroi);

Cretereadensitiifluidului deforajReducereacantitii deaplibernnoroi;Reglareaactivitii apeidin noroi;

Corectri repetate;Creterea densitiifluidului.Fluide inhibante(NaCl, KCl, Ca2+,solide puine,

polimeri, fluide pebazde produsepetroliere);

Instabi-litatea

pereilorsondei

Dizolvarearocilor din

pereii sondei

Ocnirea sondei (prin dizolvarea NaCl,CaCl2, KCl, MgCl2i a breciilor lor ncontact cu apa dulce);Dificulti de evacuare, cimentare,surparea rocilor de de

Documents

Manifestari Eruptive