100326469 Proiect de Diploma Foraj

UNIVERSITATEA “PETROL – GAZE” DIN PLOIEŞTI

FACULTATEA “INGINERIA PETROLULUI ŞI GAZELOR”

Șef Department:

Prof.Dr.Ing. LAZĂR AVRAM

PROIECT DE DIPLOMĂ

Tema: „Proiectarea construcției unei sonde în foraj pe

structura Țicleni”

Conducător științific:

Conf. univ. dr. ing. Maria PETRE

Absolvent:

Frîncu Mihai - Cătălin

-2012-

3

CUPRINS

CAPITOLUL 1 – Geologia structurii 4

1.1. Situare geografică 4

1.2. Litologia 13

CAPITOLUL 2 – Calculul diametrelor coloanelor și al sapelor 20

2.1. Comanda geologo – tehnică 20

2.2. Variația gradienților de presiune din pori, de noroi și de fisurare 21

2.3. Calculul propriu – zis 22

2.3.1. Proiectarea coloanei de exploatare 26

2.3.2. Proiectarea coloanei intermediare 27

2.3.3. Proiectarea coloanei de ancoraj 28

CAPITOLUL 3 – Fluide de foraj 30

3.1. Tipuri de fluide de foraj 30

3.2. Proprietățile fluidelor de foraj 32

3.3. Calculul volumelor de noroi 36

3.3.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj 36

3.3.2. Intervalul corespunzător coloanei intermediare 37

3.3.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare 38

3.4. Calculul cantităților de materiale 39

3.4.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj 39

3.4.2. Intervalul corespunzător coloanei intermediare 40

3.4.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare 41

CAPITOLUL 4 – Tubarea coloanelor 42

4.1. Dimensionarea coloanei de ancoraj 42

4.2. Dimensionarea coloanei intermediare 49

4.3. Dimensionarea coloanei de exploatare 63

CAPITOLUL 5 – Cimentarea coloanelor 72

5.1. Cimentarea coloanei de ancoraj prin metoda duratei operației 72

5.2. Cimentarea coloanei intermediare 76

5.3. Cimentarea coloanei de exploatare în regim turbulent 80

CAPITOLUL 6 – Programe de investigare geofizică 108

Concluzii 109

4

CAPITOLUL 1 – Geologia structurii

1.1. Situarea geografică

Zăcământul comercial Țicleni este situat în partea de Sud – Est a României, în județul

Gorj, la aproximativ 20 km Sud de municipiul Tg. Jiu (25 km pe șosea).

Sonda #2011 Țicleni se va săpa în partea central – vestică a structurii. Structura se

prezintă sub forma unui anticlinal orientat Est – Vest, faliat pe flancul sudic. Litologia este

reprezentată în general prin roci clastice: microconglomerate, nisipuri, gresii cu conținut

variabil de argilă, argile intercalate și rare episoade carbonatice.

În sonda 2010 Țicleni s-a efectuat o analiză amănunțită asupra probelor de sită.

Deformarea structurii a avut loc în principal în Miocenul timpuriu, cu falii de încălecare

sau de tip strike – slip. Aceste falii sunt mai vizibile la nivelul Helvețianului superior.

Sonda #2011 Țicleni va avea următoarele coordonate de suprafață:

X (N) = 378098 / Y (E) = 372581 / Z = 240 ( Z – elevația la masă, valoare care se va

verifica după ridicare instalației de foraj)

Coordonatele la talpa sondei sunt:

X (N) = 378088,19 / Y (E) = 372768,02 / Z = -2441,83

Adâncimea totală a sondei este 2700 m. Deplasarea totală proiectată de la suprafață la

talpa sondei este de 187 m pe un azimut de 93 .

Sonda se va săpa deviat pentru a intercepta obiectivele secundare în poziții structural

favorabile. Planul de deviere este prezentat in figura si planul de mai jos .

5

Sonda #2011 Țicleni – Plan de deviere

6

Sonda #2011 Țicleni – Proiecția verticală și orizontală

7

Devierea se va efectua cu dispozitive specializate care permit monitorizarea în timp

real (tip MWD – Measurement While Drilling). Toleranța aplicabilă devierii este de 10 m în

plan vertical și 25 m în plan orizontal (radial). Aceste restricții sunt dictate de traiectul

sondelor existente.

Din puncte de vedere geologic, amplasarea sondei est prezentată într-o secțiune

geologică și o corelare de diagrafii geofizice (anexele 2a si 2b)

Anexa 2a

8

Anexa 2b

Sonda, deviată față de poziția de suprafață, a fost proiectată la Helvețian III pentru a fi

pusă în injecție tehnologică de apă (obiectivul principal al sondei – anexa 2d), asa cum s-a

menționat în documentația pentru injecția experimental de apă și să se intercepteze

Helvețianul VII și VIII în poziții structural favorabile identificării saturației în țiței (obiectivul

secundar al sondei – anexele 2e si 2f)

9

Anexa 2d

10

Anexa 2e

11

Anexa 2f

12

Limitele geologice (intrările în obiectiv) principale sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Coordonatele sondei la nivelul Helvețianului III prezentată în anexa 2a sunt :

X (N) = 378097,38 / Y (E) = 372592,9 / Z = -1571

13

1.2. Litologia

Acumulările de țiței au fost descoperite în 1953 când s-a înregistrat prima producție la

nivelul Sarmațianului. Un an mai târziu și Helvețianul s-a dovedit ca purtător de hidrocarburi

și a fost pus în producție. Meoțianul a fost pus în exploatare în 1960.

Cercetările din această zonă au fost continue încă de la începutul explorării și dezvoltării

câmpului. Multe investigații și analize au fost efectuate de-a lungul timpului pentru

zăcămintele de aici. Ultimul studiu întocmit pentru zăcământul comercial Țicleni a fost

efectuat de către PETROM în 2004.

ANRM (Agenția Națională pentru Resurse Minerale) a aprobat resursele și rezervele

estimate, precum și programele de lucrări menționate în acest studiu. În 2007 a fost efectuată

o prospecțiune seismic 3D pentru o mai bună înțelegere a caracteristicilor geologice a

formațiunilor Terțiare din zona Țicleni.

În ultimii ani OMV-PETROM, actualul deținător al licenței de exploatare, a utilizat în

principal metode primare de recuperare al petrolului.

În decursul timpului însă, câteva procese tehnologice au fost aplicate sau testate aici. Din

1955 au fost inițiate procese de injecție apă pentru Helvețian VII, Helvețian VI, Helvețian V,

Helvețian IV, Helvețian III, Helvețian II, Helvețian I și Helvețian Tranziție. La Helvețian

Tranziție și Helvețian I, concomitent s-a aplicat și un proces de injecție gaze începând cu anul

1964. În 1989 ambele procese au fost sistate.

Între 1993 și 1995 a fost experimentat un proces de injecție cu soluții micelare pentru

Helvețian I, folosind un panou cu o sondă de injecție și 5 sonde de reacție.

Începând cu data de 01.11.2010, PETROFAC ROMANIA va opera pentru OMV-

PETROM zăcămintele de pe structura Țicleni, având ca principală țintă implementarea unui

proces de injecție apă pentru creșterea recuperării de petrol la nivelul Helvețianului.

Pentru început s-a inițiat un pilot de injecție la Helvețian III cu sondele 166 B, 141 și 370

ca sonde de reacție și 540 ca sondă de injecție. Se află în lucru sonda 378 care urmează a fi

convertită în sondă de injecție. Înainte punerii în injecție se va efectua un test de producție.

În anul 2011, PETROFAC a săpat ultima sondă pe structură. Sonda 2010 Țicleni a avut

obiectiv echiparea pentru injecție de apă tehnologică la Helvețian III. Înaintea echipării pentru

injecție, sonda a fost testată pentru producție, testele fiind pozitive.

Această lucrare reprezintă proiectul geologic de săpare al sondei #2011 Țicleni, cu o

adâncime totală proiectată de 2700 m.

Sonda #2011 Țicleni va avea ca obiectiv injecția de apă tehnologica la Helvețian III.

Sonda va avea și un obiectiv secundar: evaluarea formațiunilor geologice aflate sub

Helvețianul III, în special verificarea stării de saturație în țiței la obiectivele Helvețian VII și

Helvețian VIII inferior, obiective la care exploatarea a fost finalizată în 2010 respectiv 1992.

Partea de evaluare geologică a sondei #2011 Țicleni (pentru Helvețian VII ți VIII) are

două elemente care o susțin:

1. Ultima sondă care a produs la Helvețian VII a fost #557, care în Decembrie 2010

producea în erupție naturală 60 – 100 de lichid cu 96 – 98% impurități. Pentru

14

acest obiectiv se încearcă găsirea unei poziții structural mai ridicate decât cea a sondei

#557 pentru a traversa zona încă saturată cu țiței care să poată fi produs.

2. Helvețianul VIII inferior a fost produs de sondele #166 B, #170, #465 si #370. Acest

obiectiv a fost produs până în 1992. De atunci, nici o sondă nu a mai testat Helvețianul

VIII inferior. Din aceste motive, caracterul de evaluare al sondei se justifică prin lipsa

de informații suficiente cu privire la parametrii fizici, dar și a probelor de producție

efectuate la un număr redus de sonde.

La momentul de față, nu produce nici o sondă la aceste două obiective. La Helvețian VII

este de așteptat o comportare similară cu a sondei #557. Pentru Helvețian VIII, se mizează pe

un proces de restaurare, în așa fel încât un test de producție în poziția prezentată pe hartă, să

fie cu țiței.

Poziționarea sondei a fost verificată din punct de vedere structural și pe seismica 3D

înregistrată în figurile 1, 2 și 3.

15

Fig. 1. Poziționarea structurală a sondei 2011 Țicleni

16

Fig. 2. Poziționarea structurală a sondei 2011 Țicleni

17

Fig. 3. Hartă structurală (în timp) Burdigalian inferior

18

Există două aspecte legate de incertitudinea reușitei proiectului: primul de ordin

structural (să interceptăm obiectivele în poziții structural mai coborâte) și al doilea legat de

saturația existentă (aceasta poate fi reziduală). Din cauza acestor incertitudini, se consideră că

rezervele aferente acestei sonde pentru cele două obiective pot fi doar probabile.

Privitor la imaginea structurală scoasă în evidență de prospecțiunea seismică, aceasta

nu se verifică cu cea obținută din corelarea sondelor (figura 5)

Ultimele resurse de petrol estimate și confirmate prin Încheierea nr 81/04 pentru

Helvețian VII și VIII sunt : 2662 mii tone țiței cu 551 milioane gaze asociate respectiv

373 mii tone cu 81 .

Se menționează că factorii de recuperare finali pentru țiței corespunzători acestor

resurse sunt de 54% respectiv 43%.

Se face precizarea că delimitarea zonelor productive a fost efectuată convențional, iar

în situația stabilirii unui contact țiței/apă, situația recuperării ar fi semnificativ diminuată.

Sonda #2011 Țicleni va avea un program de investigare geofizică complexă (PEX-

HRLA-BHC de la Schlumberger), pentru a evalua formațiunile străbătute din punct de vedere

al saturației în hidrocarburi.

19

Fig. 5. Hartă structurală (adâncime) Helvețian VIII inferior

20

CAPITOLUL 2 – Calculul diametrelor coloanelor și sapelor

2.1. Comanda geologo - tehnică

21

2.2. Variația gradienților de presiune din pori, de noroi și de fisurare

22

2.3. Calculul propriu-zis

Proiectarea programului de construcție al sondei #2011 Țicleni

Construcția sondei se realizează pe baza unui plan, numit program de construcție.

Acesta cuprinde, în primul rând, programul de tubare și anume: adâncimea de

introducere a coloanelor de burlane cu care se consolidează pereții găurii de sondă, diametrul

și grosimea burlanelor, calitatea oțelului și tipul îmbinărilor dintre ele. La acestea se adaugă,

uneori, programul de sape, programul de cimentare și echipamentul de extracție la sondele de

exploatare.

Construcția proiectată determină, de regulă, echipamentul și sculele cu care se va

executa sonda: instalația de foraj, diametrul și alcătuirea garniturilor de foraj folosite pe

diverse intervale. Schema de construcție determină, indirect, tipul și proprietățile fluidelor

folosite, uneori și tehnologia de foraj aplicată.

Metodica proiectării programului de construcție al sondei

Construcția unei sonde cuprinde mai multe coloane de tubare, care poartă diverse

nume după scopul urmărit. Numărul lor este determinat de adâncimea finală, de dificultățile

anticipate ori survenite în timpul forajului, scopul sondei, dar și de alți factori tehnici ori

tehnologici.

De obicei, la gura sondei se tubează si se betonează, într-un beci săpat manual, un

burlan de ghidare, fabricat din tablă sudată, care nu este considerat o componentă a

programului de tubare.

Următoarea coloană de burlane (prima din programul de tubare dacă nu există un

conducător) este coloana de suprafață (de ancoraj). De obicei, ea are lungimea de câteva sute

de metri. Coloana de suprafață se cimentează pe toată lungimea, până “la zi”. Tubarea acestei

coloane este obligatorie la toate sondele de petrol și gaze.

Coloana de exploatare (de producție) se tubează până la baza ultimului orizont

productiv sau presupus productiv și face posibilă extracția petrolului sau gazelor, prin

interiorul tubingului, in condiții de siguranță. Uneori, când zona productivă este bine

consolidată, nu conține fluide nedorite și poate fi exploatată simultan, coloana de exploatare

se tubează doar până deasupra zonei productive.

Dacă între șiul coloanei de suprafață și adâncimea de tubare a coloanei de exploatare

sunt traversate formațiuni care îngreunează ori chiar împiedică forajul, se tubează una sau mai

multe coloane intermediare. Sunt numite uneori coloane de protecție sau de foraj. Asemenea

coloane se introduc pentru a izola strate în care se pierde noroiul de foraj, strate cu presiune

ridicată, masive de sare, roci argiloase instabile, evitându-se anumite dificultăți la continuarea

forajului sub aceste zone.

Unele coloane intermediare și de exploatare nu sunt tubate pana la suprafață, ci numai

până la șiul coloanelor precedente, pe intervalul netubat. Asemenea coloane sunt numite

linere (coloane pierdute).

Adeseori, lainerele se întregesc până la suprafață, cu o coloană de întregire (de

prelungire), cu același diametru sau cu diametru mai mare.

23

Programul de construcție al unei sonde este reprezentat grafic printr-o schemă de

construcție. Pe ea sunt precizate, în primul rând, coloanele de burlane, cu lungimea și

diametrul lor, și intervalul rămas netubat, dacă există.

În acest capitol sunt prezentate câteva reguli pentru stabilirea adâncimilor de tubare și

pentru alegerea diametrului coloanelor.

o Numărul și adâncimea de tubare a coloanelor

Pe tot parcursul traversării unui anumit interval, în orice punct al lui, atâta timp cât el

este liber, netubat, trebuie îndeplinite condițiile:

unde: – presiunea fluidelor din porii rocilor;

– presiunea noroiului din sondă;

– presiunea de fisurare a rocilor

Dacă prima condiție n-ar fi îndeplinită, fluidele din pori ar pătrunde în sondă și ar avea

loc o manifestare eruptivă; dacă n-ar fi îndeplinită a doua condiție, noroiul s-ar pierde în

strate.

o Diametrul coloanelor

De regulă se impune diametrul interior al coloanei de exploatare. Acesta determină

diametrul celorlalte coloane din programul de construcție al unei sonde și implicit, diametrul

sapelor folosite pentru fiecare coloană.

Coloana de exploatare se alege în funcție de debitele maxime așteptate, metoda de

exploatare preconizată, diametrul echipamentelor de extracție și a celor de intervenție sau

reparație disponibile, eventualitatea adâncirii sondei, modul de echipare al zonei productive.

Ea trebuie să asigure folosirea optimă a energiei stratelor productive pentru ridicarea

fluidelor la suprafață și transportul lor până la rezervoare, să permită realizarea regimului

dorit de exploatare a zăcământului și a sondei.

La alcătuirea succesiunii sape-coloane sunt urmărite două condiții.

Prima condiție impune ca în exteriorul coloanelor de burlane să existe un joc suficient

de mare pentru introducerea lor fără dificultăți și pentru realizarea unor cimentări eficiente a

spațiului inelar. Mărimea acestui joc este determinată de rigiditatea burlanelor, tipul

îmbinărilor, prezența unor dispozitive cum sunt centrorii și scarificatorii, lungimea și

rectilinitatea intervalului deschis sub șiul coloanei precedente, existenta unor zone ce pot

provoca dificultăți de tubare, viteza de introducere.

24

Burlanele cu diametrul mai mare sunt mai rigide și se înscriu mai dificil de-a lungul

sondei, de accea necesită jocuri mai largi. Asemenea jocuri sunt necesare și când intervalele

deschise sunt lungi, cu dese schimbări de direcție, cu tendințe de strângere a pereților sau de

fisurare a formațiunilor, ca urmare a suprapresiunilor create la introducerea și în timpul

circulației.

Burlanele cu diametrul mufei mai apropiat de cel al corpului, cele cu mufa din corp

fără praguri drepte și, bineînțeles cele calibrate permit jocuri mai mici.

În concluzie, dacă se impune jocul radial minim , în dreptul mufelor, diametrul

sapelor va fi:

Unde :

- este diametrul sapei

- este diametrul exterior al mufelor

Jocurile uzuale variază între 7 și 70mm. Ele cresc cu diametrul coloanei și cu lungimea

intervalului deschis. Pot fi mai mici pentru burlane calibrate și mai mari în zone cu tendința

severă de strângere a pereților.

Fig. 2.1 Modul de stabilire al diametrului sapelor (a)

și a diametrului coloanelor de burlane (b)

Uneori se folosește noțiunea rația de tubare, definită astfel:

25

Ea variază în limite mai restrânse: 0,05 … 0,10

A doua condiție implică posibilitatea de trecere a sapelor prin coloanele anterior tubate

Sau

Unde:

- reprezintă diametrul coloanei prin care trebuie sa treacă sapele;

- reprezintă un joc ce ia în considerare toleranțele de la grosimea și diametrul

nominal, precum și ovalitatea burlanelor; se admite ;

- reprezintă diametrul de șablonare a burlanelor, stabilit prin normele de fabricare și

care ține seama de toleranțele maxime admise.

o Intervale de cimentare

Prin cimentare se urmărește, în primul rând, izolarea tuturor stratelor purtătoare de

fluide, fluide care ar putea circula prin spatele coloanelor de burlane provocând neplăceri. Se

izolează stratele cu apă utilizabilă, zonele unde noroiul se poate pierde, masivele de sare,

rocile argiloase sensibile la apă. Inelul de ciment mărește într-o oarecare măsura, capacitatea

portantă a coloanei, evita flambajul ei când apar forțe de compresiune periculoase și o

protejează de acțiunea corozivă a apelor mineralizate.

Coloana de suprafață se cimentează pe toată înălțimea. În acest mod, se consolidează

formațiunile de suprafață, împreună cu masivul de roci din jur, un suport rezistent pentru

instalația de prevenire a erupțiilor și pentru coloanele următoare.

Celelalte coloane se cimentează până la cel puțin 200 m, deasupra ultimului strat

permeabil. Se evită astfel circulația fluidelor prin spatele coloanelor de burlane.

La sondele de gaze se recomandă ca toate coloanele să fie cimentate până la suprafață,

pentru a micșora posibilitățile de migrare a gazelor prin spațiul inelar și eventualele scăpări pe

la îmbinările filetate.

La sondele de explorare, se obișnuiește ca oglinda cimentului sa depășească șiul

coloanei precedente cu cel puțin 100 m. Adeseori, pentru siguranță, coloanele se cimentează

pe toată înălțimea.

Compoziția și proprietățile pastei și ale pietrei de ciment se stabilesc în concordanță cu

natura rocilor ce trebuie izolate, presiunea și natura fluidelor din pori, rezistența la fisurare a

formațiunilor, temperatura geostatică și cea de circulație, dar și cu mijloacele tehnice și

tehnologice disponibile.

26

2.3.1. Proiectarea coloanei de exploatare

Pentru determinarea diametrelor coloanelor și al sapelor folosite pentru fiecare coloană

din programul de construcție al sondei #2011 Țicleni, se impune diametrul interior al coloanei

de exploatare, de , care are următoarele caracteristici :

- diametrul exterior :

- diametrul mufei :

Se stabilește diametrul sapei pentru coloana de exploatare și anume :

Pentru care s-a ales un joc radial

Se alege diametrul sapi pentru coloana de exploatare, și anume :

⁄

Se recalculează jocul radial :

Se calculează rația de tubare :

27

2.3.2. Proiectarea coloanei intermediare

Diametrul interior al coloanei intermediare se determină astfel :

Pentru care se alege jocul dintre sapă și interiorul coloanei

Se alege diametrul interior al coloanei intermediare

Prin urmare, se alege coloana intermediară de

⁄ al cărei diametru exterior este :

Se stabilește diametrul sapei pentru coloana intermediară :

Pentru care se alege jocul radial și diametrul exterior al mufei pentru

coloana de

⁄ ,

Se alege diametrul sapei pentru coloana intermediară, și anume :

⁄



28

2.3.3. Proiectarea coloanei de ancoraj

Diametrul interior al coloanei de suprafață se determină astfel :

Pentru care se alege jocul dintre sapă și interiorul coloanei

Se alege diametrul interior al coloanei de suprafață :

Prin urmare se alege coloana de suprafață de

⁄ , al cărei diametru exterior este :

Se stabilește diametrul sapei pentru coloana de suprafață și anume :

Pentru care se alege jocul radial și diametrul exterior al mufei pentru

coloana de

⁄ ,

Se alege diametrul sapei pentru coloana de suprafață, și anume :

⁄



29

Programul de construcție al sondei #2011 Țicleni

30

CAPITOLUL 3 – Fluide de foraj

3.1. Tipuri de fluide de foraj

Fluide de foraj dispersate

Aceste fluide au la bază sistemul dispers apă-argilă și îndeplinesc cerințele de

stabilitate, colmatare și gelificare, necesare forajului, fiind constituite din materiale ieftine și

ușor de procurat.

Ele sunt preparate la suprafață din argile bentonitice, adesea activate, cu bune

proprietăți coloidale, dar înglobează și particule argiloase sau inerte din rocile traversate.

În dreptul stratelor consolidate sau insensibile la apă, la adâncimi moderate, sistemul

apă-argilă poate fi utilizat ca atare. Când se traversează roci argiloase care se dispersează ori

se umflă, roci solubile, strate productive sau când argila de preparare nu asigură proprietățile

structurale dorite, sistemul trebuie ameliorat ori stabilizat. Se introduc, în cantități reduse,

diverși aditivi cu rol de fluidizanți sau învâscoșanți, reducători de filtrare, stabilizatori ai

proprietăților la temperaturi ridicate ori la acțiunea contaminanților, lubrifianți, antispumanți,

agenți anticorozivi, etc. Fluidele naturale devin tratate.

La concentrații de 60…250 kg/m3, în funcție de randamentul argilei, se prepară

noroaie cu proprietăți structurale și de filtrare satisfăcătoare, având densitatea

1050…1150kg/m3. Dacă se utilizează argile slab bentonitice, este nevoie de concentrații mai

ridicate și se ajunge la 1250…1350 kg/m3 și chiar mai mult. Densități mai mari se obțin

adăugând materiale inerte, cu densitate mare, fin măcinate: noroaiele sunt îngreuiate.

Noroaiele naturale își modifică rapid proprietățile în prezența unor contaminanți cum

sunt: pachete groase de marne și argile hidratabile, săruri solubile, temperaturi mari, gaze.

Pentru sistemul apă-argilă aflat într-un echilibru natural, domeniul optim al pH-ului, la

care și vâscozitatea este minimă, se situează între 7,5 și 8,5. Pentru noroaiele naturale pH-ul

nu trebuie sa depășească valorile 9…10.

Fluide de foraj inhibitive

Acestea sunt fluide care previn sau întârzie hidratarea, umflarea și dispersarea rocilor

argiloase. Ele manifestă o reactivitate minimă cu pereții argiloși ai sondei și cu detritusul

respectiv. Se utilizează la traversarea intervalelor groase de argile, argilite și marne foarte

sensibile la apă, pentru a preîntâmpina unele dificultăți neplăcute – învâșcoșarea exagerată a

noroiului, aglomerările de detritus, manșonarea sapei, instabilitatea pereților (strângeri sau

excavații).

Asemenea fluide sunt recomandabile și la deschiderea stratelor productive “murdare”

(cu particule argiloase).

Ca fluide inhibitive sunt desemnate doar acele fluide care au la bază tot sistemul apă-

argilă pentru crearea proprietăților reologice. Fluidele “fără argilă”, cele “cu conținut redus de

argilă” posedă și ele, de regulă, un caracter inhibitiv, care el le permite să mențină conținutul

scăzut de particule active.

Emulsiile inverse, cu activitatea fazei apoase echilibrată, sunt cele mai eficiente la

traversarea rocilor argiloase.

31

Mediul apos al noroaielor capătă însușiri inhibitive prin adaos de electroliți, polimeri

de protecție, substanțe tensioactive, anumiți fluidizanți, substanțe hidrofobizante și prin

reglarea pH-ului.

Fluide de foraj sărate

Fluidele sărate pot lua naștere prin contaminarea noroaielor dulci cu sarea dizolvată

din rocile traversate ori cu apa pătrunsă din strate în sondă, prin utilizarea apei de mare la

preparare sau prin adăugarea intenționată a sării.

Sunt considerate noroaie sărate, cele care au peste 1 g ⁄

Fluidele sărate au o oarecare acțiune inhibitivă, în funcție de concentrația de sare și de

prezența fluidizanților defloculanți. Dar, în general, se evită folosirea lor în acest scop,

deoarece sunt corozive, iar sarea diminuează efectul fluidizanților, antifiltranților și

emulsionanților, spumează și afectează carotajul electric de rezistivitate.

32

3.2. Proprietățile fluidelor de foraj

Compoziția, calitățile sau carențele unui fluid de foraj sunt definite printr-o serie de

proprietăți, unele dintre ele comune tuturor tipurilor de fluide, altele specifice doar anumitor

categorii.

Densitatea fluidelor de foraj

Această proprietate reprezintă masa unității de volum. Densitatea fluidului de foraj se

alege astfel încât presiunea exercitată de coloana de fluid să prevină surparea rocilor

neconsolidate din pereți și afluxul nedorit al fluidelor din porii rocilor traversate de sondă.

Fluidele cu densitate ridicată diminuează viteza de avansare a sapei, sunt scumpe și dificil de

menținut pompabile și stabile

Vâscozitatea aparentă si gelația fluidelor de foraj

Vâscozitatea aparentă a unui fluid reprezintă proprietatea lui de a opune rezistență la

curgere. Cantitativ, vâscozitatea, notată cu , este o masură a acestei rezistențe și se definește

ca raport între tensiunea de forfecare și viteza de forfecare

și este constantă pentru

fluidele newtoniene.

Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene:

curgerea lor nu poate fi descrisă prin intermediul unui singur coeficient de vâscozitate.

Proprietățile reologice ale fluidelor de foraj

Aceste proprietăți caracterizează comportarea la curgere a fluidelor de foraj, inclusiv

rezistența la deplasare a unor corpuri în masa fluidelor. Proprietățile reologice permit să se

evalueze presiunea și energia de pompare a fluidelor de foraj, condițiile de spălare și evacuare

a detritusului, presiunile efective în dreptul unor strate instabile ori purtătoare de fluide,

pericolul de eroziune al pereților.

Proprietățile tixotropice ale fluidelor de foraj

În general, prin tixotropie se înțelege gelificarea unei soluții când este lăsată in repaus

și revenirea gelului în soluție prin agitare. Fenomenul este specific soluțiilor coloidale, în care

particulele dispersate sunt ionizate.

Fluidele de foraj cu proprietăți tixotropice sunt capabile să mențină în suspensie

materialele inerte de îngreuiere și detritusul, însușire necesară mai ales atunci când se

întrerupe circulația.

33

Capacitatea de filtrare și colmatare

Datorită diferenței dintre presiunea fluidului din sondă si cea a fluidelor din porii

formațiunilor traversate, o parte din faza liberă a noroiului pătrunde în porii rocilor. Simultan,

pe pereții sondei se depun particule solide, sub forma unei turte de colmatare.

Cu cât permeabilitatea turtei este mai scăzută, cu atât grosimea turtei depuse și

volumul de filtrat sunt mai reduse. Turtele de colmatare sunt, în general, compresibile;

permeabilitatea lor scade odată cu presiunea. Viteza de filtrare crește cu temperatura,

deoarece scade vâscozitatea fazei lichide.

Conținutul de particule solide , apă și petrol

Pentru fluidele de foraj pe bază de apă și argilă, faza continuă este alcătuită din argile

și materiale de îngreuiere, iar faza lichidă din apă si, eventual, motorină, în cazul în care

noroiul a fost emulsionat.

La fluidele pe bază de produse petroliere faza lichidă este alcătuită din motorină și

apă, iar faza solidă din materiale de îngreuiere și cele folosite pentru controlul proprietăților

colmatate si structurale.

Conținutul de nisip

Nisipul imprimă fluidului de foraj proprietăți abrazive și erozive, reducând durata de

lucru a echipamentului de foraj. În concentrații excesive, el creează pericol de prindere a

garniturii la oprirea circulației. De aceea, pe cât posibil, el trebuie eliminat din noroi.

Conținutul de gaze

Gazele pătrund în noroi din stratele gazeifere traversate, iar aerul prin spumare, în

timpul îngreuierii și al tratamentelor chimice

Capacitatea de schimb cationic

Proprietățile noroaielor de foraj și comportarea lor la contaminări sau tratamente sunt

determinate, în cea mai mare măsură, de conținutul de argile active, hidratabile și dispersabile,

de tipul bentonitelor.

Dintre diversele metode de măsurare a capacității de schimb cationic, cea mai

operativă și mai utilizată este metoda albastrului de metilen.

34

Stabilitatea

Fluidele de foraj sunt sisteme de disperse, eterogene; lăsate în repaus, în sonda sau în

habe, dar și in prezenta unor contaminanți, au tendința să-și separe fazele: particulele solide se

depun, faza lichidă se separă la suprafață, emulsiile și spumele se sparg.

Indicele

Aciditatea sau alcalinitatea unui fluid de foraj, în care se află disociați diverși

electroliți, este exprimată de indicele – logaritmul zecimal negativ al concentrației

momentane de ioni de .

În general, fluidele de foraj sunt bazice: . Cele naturale, preparate din apă și

argilă, netratate, au -ul cuprins între 7 și 8, iar cele tratate au -ul între 8 și 13. Valoarea

optimă a -ului depinde de tipul noroiului.

Conținutul de cloruri

Un fluid de foraj poate conține clorură de sodiu, de potasiu, calciu și magneziu.

Interesează mai ales conținutul de sare, deoarece ea constituie un contaminant frecvent al

noroaielor de foraj.

Alcalinitatea și conținutul de var

Alcalinitatea unei soluții exprimă excesul de anioni în raport cu cel de cationi.

Deoarece scara -ului este logaritmică, la valori mari alcalinitatea poate varia considerabil

fără ca -ul să se modifice sensibil. În plus, la concentrații ridicate, o parte din substanțele

bazice sunt nedisociate și nu influențează -ul. De aceea, pentru fluidele cu bazicitate

ridicată, cum sunt noroaiele cu var sau gips, alcalinitatea este o proprietate mai relevanta

decât -ul.

35

Proprietățile fluidelor de foraj ale sondei #2011 Țicleni

Parameters

U.M.

Section / Interval

0-580 580-1580 1580-2700

Mud system - Spud Mud /Polymer /Polymer

Hole size / Bit diameter mm 444,5 311,2 215,9

Mud weight

1150-1200 1150-1300 1250-1400

Plastic viscosity cP ALAP 14-30 20-32

Yield point Pa 12-18 14-28 20-32

Fluid loss 12-15 7-8 4-5

Filter cake mm 1,5-2,0 0,5-1,0 0,5-1,0

- 8,0-9,0 8,5-9,5 8,5-9,5

Chlorides Max 5000 23000-350000 230000-350000

LGS % vol < 12 < 8 < 6

MBT

< 77 < 56 < 42

SCE Efficiency % 70 80 80

Produse folosite

Product Pack Section I

0-580 m

Section II

580-1580 m

Section III

1580-2700 m

TOTAL

Caustic Soda 13 12 23 48

Soda Ash 7 8 21 36

M-I Gel 72000 72000

Desco CF 12,3 12,3

CMC – HV 13 13

Duovis 24 29 53

Polypac UL 106 197 303

Polypac R 43 78 121

Conqor 404 7,6 11,4 19

M-I Bar 45000 73000 118000

Potassium Chloride 422 374 796

Lube 19 19

Calcium Carbonate 395 395

36

3.3. Calculul volumelor de noroi

3.3.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj

Volumul de noroi necesar forării acestui interval este:

(

)

37

3.3.2. Intervalul corespunzător coloanei intermediare

[

( )]

(

)

38

3.3.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare ( lainer )

[

( )]

(

)

39

3.4. Calculul cantităților de materiale

3.4.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj

Pentru forajul corespunzător coloanei de ancoraj s-a optat pentru un fluid de foraj

natural, alcătuit din apă și argilă. Cantitățile necesare pentru prepararea acestui fluid se

calculează astfel:

{

Din acest sistem rezultă că volumul de argilă necesar este:

Masa de argilă este:

Volumul de apă este:

40

3.4.2. Intervalul corespunzător coloanei intermediare

Pentru forarea acestui interval, s-a optat pentru un fluid de foraj inhibitor, îngreuiat.

Îngreuierea se va face pe fluidul de foraj utilizat la forarea intervalului anterior.

{

Din acest sistem rezultă că masa de barită necesară îngreuierii noroiului este:

( )

( )

este volumul noroiului natural pe care s-a făcut îngreuierea

( )

( )

{

Din acest sistem rezultă volumul și masa de argilă necesară preparării noroiului

precum și volumul de apă:

( )

( )

41

3.4.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare ( lainer )

Pentru forarea acestui interval, s-a optat pentru un fluid de foraj inhibitor, îngreuiat.

Îngreuierea se va face pe fluidul de foraj utilizat la forarea intervalului anterior.

{

Din acest sistem rezultă masa de barită necesară îngreuierii noroiului, precum și

volumul noroiului natural pe care s-a făcut îngreuierea:

( )

( )

este volumul noroiului natural pe care s-a făcut îngreuierea

( )

( )

Pentru determinarea volumului de argilă și de apă necesar preparării fluidului de foraj,

se rezolvă cu următorul sistem:

{

( )

( )

42

CAPITOLUL 4 – Tubarea coloanelor

4.1. Dimensionarea coloanei de ancoraj

Adâncimea de fixare a coloanei de ancoraj este de 580 m .

Funcțiile principale ale acestei coloane sunt:

- consolidează gaura de sonda în zonele de suprafață

- constituie un suport pentru instalațiile de prevenire a erupțiilor

- constituie un suport pentru coloanele următoare

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

Diametrul

coloanei

Grosime

perete Oţelul

Masa

unitară

Aria

secțiunii

transversale

Presiunea de

spargere

Presiunea de

turtire

Forta la smulgere

din filet

in mm --- kg/m cm2

bar bar kN

⁄ 9,65 J-55 81,10 100,05 188 78 2286

⁄ 10,92 J55 90,78 112,8 213 106 2647

⁄ 12,19 J55 101,2 125,43 238 134 3003

43

Calculul presiunii fluidelor din pori

Calculul presiunii de fisurare la șiu

44

Calculul la presiune interioară (sonda închisă și plină cu gaze)

⁄

⁄

La gura sondei

( )

La șiul coloanei

45

- se alege :

pentru oțel clasa J-55 cu grosimea peretelui


0

100

200

300

400

500

600

700

0 50 100 150 200 250

Presiuneainterioară

Presiuneainterioară admisibilă1

46

Profilul coloanei va fi:

Calculul la presiune exterioară (sonda este goală la interior)

Presiunea în punctul 1

47


- se alege



0

100

200

300

400

500

600

700

0 20 40 60 80 100 120

Presiunea exterioară

Presiunea exterioarăadmisibilă 1


48

Profilul coloanei va fi :

Calculul la tracțiune

Greutatea totală a coloanei

(

) (

)

[

√( (

)

])

[

√( (

)

])

coloana a fost dimensionată corect

Coloana de

⁄ va fi alcătuită în întregime din burlane de oțel J-55,

îmbinare cu filet “rotund” scurt (SC – Short Connection)

49

4.2. Dimensionarea coloanei intermediare

Adâncimea de fixare a coloanei de exploatare este de 1580 m .

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

Diametrul

coloanei

Grosime

perete Oţelul

Masa

unitară

Aria

secțiunii

transversale

Presiunea de

spargere

Presiunea de

turtire

Forta la smulgere

din filet

in mm --- kg/m cm2

bar bar kN

⁄ 8,94 J-55 53,57 66,15 243 139 2015

⁄ 10,03 J-55 59,53 73,88 272 177 2313

⁄ 11,94 J-55 69,94 87,23 325 269 2850

⁄ 13,84 J-55 79,62 100,5 376 354 3340

50

Calculul presiunii fluidelor din pori

Calculul presiunii de fisurare

51


⁄

⁄

La gura sondei

( )

52

La șiul coloanei

- se alege



0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200 250 300

Presiunea interioară

Presiunea interioarăadmisibilă 1


53


Calculul la presiune interioară (dop de gaze la talpă)

Se limitează presiunea maximă la gura sondei la

54

Înălțimea coloanei de noroi în timpul evacuării unui aflux de gaze se determină astfel :

( )

( )

( )




( )

( )

55

- se alege



Se observă că de la o anumită adâncime, se pot folosii burlane cu grosimea peretelui,

mai mică decât cea de , pe următoarele intervale :

- 0 – 347,47 m

- 1259,16 – 1580 m

( )

( )

( )

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200 250 300




56

( )

( )

( )


57

Calculul la presiune exterioară (golire parțială)

Adâncimea de golire



58


( )

( )

- se alege



0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200




59



Trecerea de la compresiune la tracțiune, provocată de flotabilitate, are loc la

adâncimea:

(

) (

)


(

) (

)

60

[

√( (

)

])

[

√( (

)

])

coloana a fost dimensionată corect

Verificarea la tracțiune

( ) ( ) ( )

61

Verificarea la presiune interioară

Tronsonul 1

( ) ( )

( ) ( )

Tronsonul 2

( ) ( )

( ) ( )

Tronsonul 3

( ) ( )

62

Coloana de

⁄ va fi alcătuită din 3 tronsoane :

- tronsonul 1 cu lungimea de alcătuit din burlane de oțel J-55,

îmbinare cu filet “rotund” lung (LC – Long Connection)





Profilul coloanei va fi:

63

4.3. Dimensionarea coloanei de exploatare (lainer)

Adâncimea de fixare a coloanei de exploatare este de 2700 m .

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

Diametrul

coloanei

Grosime

perete Oţelul

Masa

unitară

Aria

secțiunii

transversale

Presiunea de

spargere

Presiunea de

turtire

Forta la smulgere

din filet

in mm --- kg/m cm2

bar bar kN

7 8,05 N-80 34,23 42,92 437 264 1966

7 9,19 N-80 38,69 48,67 499 373 2309

7 10,36 N-80 43,16 54,49 563 484 2656

7 11,51 N-80 47,62 60,13 625 593 2989

7 12,65 N-80 52,09 65,63 687 702 3318

7 13,72 N-80 56,55 70,72 745 785 3621

64

Calculul presiunii din pori


65

⁄

⁄

La gura sondei

La șiul coloanei

- se alege

pentru oțel clasa N-80 cu grosimea peretelui


66


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 100 200 300 400 500




67

Calculul la presiune exterioară (golire parțială)



68

- se alege



Se observă că de la adâncimea , se pot folosii burlane care au grosimea pereților mai

mică

( )

Unde:

- reprezintă lungimea lainerului

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 100 200 300 400




69



Trecerea de la compresiune, provocată de flotabilitate, la tracţiune are loc la

adâncimea :

(

) (

)

Burlanele din primul tronson de , N-80, sunt solicitate la tracțiune pe

lungimea de:


(

) (

)

70

[

√( (

)

])

[

√( (

)

])

Verificarea la presiune interioară:

Verificarea la tracțiune

( )

71

Coloana de va fi alcătuită din 2 tronsoane :

- tronsonul 1 cu lungimea de alcătuit din burlane de oțel N-80,


- tronsonul 2 cu lungimea de alcătuit din burlane de oțel N-80,


72

CAPITOLUL 5 – Cimentarea coloanelor

5.1. Cimentarea coloanei de ancoraj prin metoda duratei operației

Se cunosc următoarele date:

Diametrul exterior al coloanei:

⁄

Diametrul interior al coloanei:

Adâncimea de tubare:

Densitatea noroiului: ⁄

Diametrul sapei:

⁄

Adâncimea de montare a niplului de la șiu:

Coeficientul de cavernometrie:

Coeficientul de pierderi de ciment:

Coeficientul de compresibilitate al noroiului:

Densitatea pastei de ciment: ⁄

Adâncimea de cimentare

Densitatea pastei de ciment și proprietățile reologice

⁄

Proprietățile reologice se apreciază în raport cu caracteristicile fluidelor:

Ciment :

⁄

Ciment :

73

Volumul pastei de ciment

(

)

Unde:

- – reprezintă diametrul mediu al găurii de sondă

- – reprezintă diametrul exterior al coloanei

- – reprezintă diametrul interior al burlanelor de sub inelul de reținere

- - înălțimea inelului de reținere a dopurile față de șiul coloanei

√ √

( )

Cantitatea de materiale pentru pasta de ciment

Pentru prepararea a de pastă se folosesc:

Cantități de materiale unitare

{

74

Factorul apă-ciment:

Cantități de materiale totale

Volumul noroiului de refulare

( )

( )

( )

( )

Numărul de autocontainere APC-10 cu capacitatea de

Numărul de agregate de cimentare

75

Presiunea finală de cimentare

Presiunea finală este presiunea maximă în operaţia de cimentare.

Unde:

- – reprezintă presiunea de circulație

- – reprezintă presiunea datorată diferenței de densitate a fluidelor

( ) ( ) ( ) ( )

76

5.2. Cimentarea coloanei intermediare

Se cunosc următoarele date:

Diametrul exterior al coloanei:

⁄

Diametrul interior al coloanei:

Adâncimea de tubare:

Diametrul sapei:

⁄

Adâncimea de montare a niplului de la șiu:

Înălțimea de cimentare:

Densitatea noroiului: ⁄

Densitatea cimentului: ⁄

Densitatea pastei de ciment: ⁄

Coeficientul de cavernometrie:

Coeficientul de pierderi de ciment:

Coeficientul de compresibilitate al noroiului:

Adâncimea de cimentare

Densitatea pastei de ciment și proprietățile reologice

⁄

Proprietățile reologice se apreciază în raport cu caracteristicile fluidelor:

Ciment :

⁄

Ciment :

77

Volumul pastei de ciment

(

)

Unde:

- – reprezintă diametrul mediu al găurii de sondă

- – reprezintă diametrul exterior al coloanei

- – reprezintă diametrul interior al burlanelor de sub inelul de reținere

- - înălțimea inelului de reținere a dopurile față de șiul coloanei

√ √

( )

Cantitatea de materiale pentru pasta de ciment


Cantități de materiale unitare

{

78

Factorul apă-ciment:

Cantități de materiale totale

Numărul de autocontainere APC-10 cu capacitatea de

Numărul de agregate de cimentare

79

Volumul noroiului de refulare

( )

( )

( )

∑

∑

( )

Presiunea finală de cimentare

Presiunea finală este presiunea maximă în operaţia de cimentare.

Unde:

- – reprezintă presiunea de circulație

- – reprezintă presiunea datorată diferenței de densitate a fluidelor

( ) ( ) ( ) ( )

80

5.3. Cimentarea coloanei de exploatare în regim turbulent

Cerinţele privind calitatea cimentărilor coloanelor de exploatare sunt mult mai severe

decât pentru celelalte coloane. Se cere o cât mai bună izolare între strate, fapt asigurat în

primul rând de îndepărtarea fluidului de foraj şi de o bună aderenţă a pietrei de ciment de

peretele sondei şi de peretele exterior al coloanei.

Unul dintre principalii factori de natură tehnologică cu influenţă mare asupra

îndepărtării fluidului de foraj este regimul de curgere al pastei de ciment în spaţiul inelar

dintre peretele sondei şi coloană. Prin regimul turbulent se asigură, la curgerea pastei, o

distribuţie uniformă a vitezei de curgere pe întreaga secţiune transversală a spaţiului inelar.

Acest fapt contribuie în bună măsură şi la îndepărtarea turtei de colmatare de pe peretele

sondei, fapt ce asigură un contact direct piatră de ciment – rocă.

În realizarea curgerii turbulente un factor de bază este viteza de curgere. Valoare

acesteia trebuie să fie cel puţin egală cu aşa numita viteză critică. La rândul său această viteză

depinde în foarte mare măsură de caracteristicile fizice ale fluidului care curge, în cazul de

faţă pasta de ciment şi de configuraţia spaţiului de curgere.

Se impune realizarea regimului turbulent cel puţin pe un interval în spaţiul inelar de la

baza coloanei până deasupra zonei productive. Obişnuit, pentru siguranţă se asigură regimul

turbulent pe întregul interval de înălţime de cimentare a coloanei de exploatare. Cu alte

cuvinte se doreşte realizarea de regim turbulent din momentul începerii ridicării pastei de

ciment în spaţiul inelar până la sfârşitul operaţiei de cimentare.

La o cimentare de coloană în regim turbulent primele probleme ale calculului

cimentării: înălţimea de cimentare, caracteristicile fizice ale pastei de ciment, volumele de

fluide pompate în sondă, cantităţile de materiale necesare preparării pastei şi numărul de

echipamente sunt aceleaşi ca şi la calculele de coloane de ancoraj şi intermediară. Ele nu vor

mai fi repetate la acest calcul de cimentare. Vor fi prezentate elementele specifice cimentării

turbulente.

Date de bază necesare calculului

- diametrul coloanei: ;

- adâncimea de introducere a coloanei: ;

- diametrul sapei pentru coloane de exploatare:

⁄ ;

- diametrul coloanei anterioare ( intermediară):

⁄ ;

- adâncimea de introducere a coloanei intermediare: m;

- coeficientul de cavernă pentru intervalul de sub coloana intermediară: ;

- densitatea fluidului de foraj: ⁄ ;

- viscozitatea plastică a fluidului de foraj: ;

- tensiunea dinamică de forfecare a fluidului de foraj: ⁄ ;

- distanţa dintre inelul de reţinere şi şiul coloanei de exploatare: ;

- înălţimea de cimentare a coloanei de exploatare:

;

- densitatea cimentului praf: ⁄ ;

81

Date suplimentare necesare calculului cimentării

- grosimea medie a peretului burlanelor coloanei de exploatare:

∑

- diametrul interior mediu al coloanei de exploatare:

- diametrul sapei in zona de sub coloana intermediară:

√ √

- diametrul interior al coloanei intermediare: ;

- aria secţiunilor de curgere în sondă:

aria interioară a coloanei de exploatare:

aria exterioară ( a spaţiului inelar):

(

)

( )

- factorul de compresibilitate a fluidului de foraj: ;

- factorul de pierderi: ;

Densitatea pastei de ciment

Se admite ⁄

82

Proprietăţile reologice ale pastei

- viscozitatea plastică:

- tensiunea dinamică de forfecare:

⁄

Volumele de fluide pompate în sondă

Volumul de pastă de ciment

Volumul de fluide de refulare

( ) ( )

Cantităţile de materiale necesare pentru prepararea pastei

La densitatea ⁄ pasta de ciment se încadrează în categoria pastelor

normale, care se prepară din ciment şi apă.


- ciment:

⁄

- apă:

⁄

83

Factorul apă – ciment este:

Pentru prepararea întregului volum de pastă se vor folosi:

- ciment:

- apă:

Echipamentele necesare

Se vor utiliza autocontainere APC – 10, numărul necesar de autocontainere fiind:

Pentru o utilizare succesivă a câte două autocontainere la un agregat de cimentare

numărul necesar de agregate este:

Debitele de fluide utilizate la cimentare

Debitul de preparare şi pompare în sondă a pastei de ciment,

Agregatele de cimentare efectuează concomitent prepararea şi pomparea pastei de

ciment, în condiţia menţionată de folosire succesivă a câte două autocontainere la un agregat.

Durata de preparare a pastei din cimentul transportat de un autocontainer este de 15..20

minute, funcţie de capacitatea acestuia. Ca urmare, durata de preparare a pastei din cele 4

autocontainere ce alimentează un agregat ( ) . Deci, acesta este timpul de

pompare în sondă a pastei de ciment la cimentarea coloanei de exploatare. Cunoscând

volumul de pastă şi timpul de preparare se poate determina debitul mediu de pompare a pastei

astfel:

84

⁄

Debitul necesar realizării regimului turbulent de curgere a pastei în spaţiul inelar

Este necesar ca regimul turbulent de curgere a pastei de ciment în spaţiul inelar dintre

coloană şi peretele sondei să fie asigurat din momentul în care pasta a ajuns la baza coloanei

şi a început să treacă în spatele coloanei. În majoritatea cazurilor acest regim se menţine pe

întreaga perioadă de ridicare a pastei. Deci, până la finalul cimentării.

Debitul de pompare pentru realizarea regimului turbulent trebuie să fie cel puţin egal cu

aşa numitul debit critic.

Considerând pasta de ciment un fluid de tip binghamian, viteza critică se determină cu

următoarea relaţie:

√

√

⁄

Debitul corespunzător acestei viteze:

⁄ ⁄

Volumele de fluide pompate în sondă cu debitele şi

Volumul pompat cu debitul

După cum s-a menţionat este necesar realizarea unei curgeri turbulente a pastei de

ciment numai în spaţiul inelar dintre coloană şi peretele sondei. Cât timp pasta se află în

interiorul coloanei nu interesează regimul de curgere a fluidelor aflate în sondă.

Se pompează cu debitul Qp până când pasta a ajuns la baza coloanei şi urmează să treacă

în spaţiul inelar. Deci volumul pompat cu acest debit este egal cu volumul interior al coloanei:

85

Volumul pompat cu debitul

Cu debitul Qn se pompează un volum de fluid ce reprezintă diferenţa dintre volumul

total ce se pompează la operaţia de cimentare şi volumul pompat iniţial cu debitul Qp.

Volumul respectiv este egal cu volumul de pastă ce se ridică în spaţiul inelar:

Deoarece volumul de pastă, , este mai mic decât volumul interior al

coloanei, rezultă că după pasta de ciment se pompează cu debitul un

volum de fluid de refulare:

Vitezele de curgere ale fluidelor în sondă

Vitezele la pomparea cu debitul ⁄

- în interiorul coloanei:

⁄

- în exteriorul coloanei:

⁄

Vitezele la pomparea cu debitul ⁄

- în interiorul coloanei:

⁄

86

- în exteriorul coloanei:

⁄

Presiunile de pompare în sondă

În orice moment al operaţiei de cimentare presiunea de la agregate, pa, este determinată

de: caracteristicile fizice ale fluidelor în circulaţie, poziţiile ocupate de aceste fluide,

configuraţia spaţiilor de curgere şi vitezele de deplasare ale fluidelor.

Presiunea de pompare este exprimată prin relaţia generală:

în care: este presiunea dată de coloanele hidrostatice ale fluidelor;

– presiunea de circulaţie pentru învingerea rezistenţelor hidraulice( cădere de

presiune în circulaţie;

– căderea de presiune in manifold, de la ieşirea din pompele agregatelor până la

intrarea în coloană şi presiunile necesare circulaţiei prin capul de cimentare, dechiderea

primului dop de cimentare şi şiul coloanei; în valoarea lui pm este cuprinsă şi presiunea

necesară învingerii frecărilor dopurilor de cimentare de peretele coloanei.

La rândul lor:

Valorile pentru pρ depind de densităţile fluidelor şi de înălţimile ocupate de acestea în

sondă.

87

În ceea ce priveşte presiunile de circulaţie, ele se determină cu relaţiile generale:

∑

∑

în care și se referă la interiorul și respectiv, la exteriorul coloanei. Ele se stabilesc cu

relațiile:

( )

și sunt coeficienţi ai rezistenţelor hidraulice şi sunt funcţie de numerele Reynolds

şi Bingham

Numerele Reynolds şi Bingham sunt date de relaţiile:

- pentru interiorul coloanei:

- pentru exteriorul coloanei:

( )

( )

88

Toate valorile mărimilor necesare calculelor căderilor de presiune sunt prezentate in

tabelul următor. Cu aceste valori se pot calcula presiunile de circulaţie în orice moment al

desfăşurării operaţiei de cimentare.

În continuare se prezintă algoritmul de calcul.

1) Curgerea fluidului de foraj în interiorul coloanei la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄ ;

⁄

⁄ ;

Se calculează:

Din graficul corespunzător curgerii prin conducte rezultă valoarea coeficientului de

rezistenţă hidraulică:

Ca urmare rezultă:

89

2) Curgerea fluidului de foraj în spaţiul inelar la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄

⁄ ;

Se calculează:

( )

( )

Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului

de rezistenţă hidraulică:

( )

90

3) Curgerea fluidului de foraj în interiorul coloanei la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄

⁄

⁄ ;

Se calculează:



Ca urmare rezultă:

91

4) Curgerea fluidului de foraj in spaţiul inelar la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄

⁄

⁄ ;

Se calculează:

( )

( )

Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului

de rezistenţă hidraulică:

( )

92

5) Curgerea pastei de ciment în interiorul coloanei la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄

⁄

⁄ ;

Se calculează:



Ca urmare rezultă:

93

6) Curgerea pastei de ciment în interiorul coloanei la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄

⁄

⁄ ;

Se calculează:



Ca urmare rezultă:

94

7) Curgerea pastei de ciment în spaţiul inelar la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄

⁄

⁄ ;

Se calculează:

( )

( )

Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului de


( )

95

8) Curgerea pastei de ciment în spaţiul inelar la debitul ⁄

Se cunosc:

⁄

⁄

⁄ ;

Se calculează:

( )

( )

Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului de


( )

96

Toate aceste valori sunt sintetizate în tabelul următor.

Faza cimentării Coborâre pastă in coloană Ridicare pastă in spaţiul inelar

Volumul pompat , Interior coloană , =54,56 Pastă in spațiul inelar, =23,86

Debit de pompare, /s =6,74 =24,8

Zona de curgere Interior coloană Spaţiu inelar Interior coloană Spaţiu inelar

Aria de curgere, =0,02021 =0,0191 =0,02021 =0,0191

Viteza de curgere, m/s =0,333 =0,352 =1,227 =1,298

Fluid de foraj

- 1949,1 747,47 7181,82 2756,32

- 56 19,21 15,2 5,21

- 0,3 0,43 0,03 0,06

- 139,97 - 190,04 -

- - 617,92 - 1172,41

Pasta de ciment

- 2110,14 809,23 7775,2 2984

- 51,67 17,73 14,02 4,81

- 0,27 0,36 0,028 0,04

- 177,30 - 249,63 -

- - 728,09 - 1101,93

Cadere de

presiune in

manifold,

Fl.foraj 1,31 1,31 9 9

Pastă 1,56 1,56 9.866 9.866

Urmează să se calculeze valorile şi variaţia presiunii de pompare în sondă în timpul

operaţiei, trasându-se graficul de variaţie a presiunii la agregatele de cimentare funcţie de

volumul de fluid pompat.

În cazul de faţă volumul pastei de ciment este mai mic decât volumul interior al

coloanei şi, ca urmare, se foloseşte fig. următoare pentru care s-au precizat cinci momente de

calcul. Pentru fiecare din aceste momente se va calcula presiunea de lucru şi se va preciza şi

volumul de fluide pompate până în momentul respectiv.

97

Momentul a

Începutul pompării pastei de ciment.

- debitul de pompare: ⁄ ⁄

- volum pompat:

- căderea de presiune în manifold:

- presiunea coloanelor de fluide:

( )

- presiunea de circulaţie în sondă ( în sondă există doar fluid de foraj):

98

- presiunea la agregate:

Deci punctul corespunzător acestul moment al operaţiei de cimentare va avea coordonatele:

a ( 0; 26)

Momentul b

Terminarea pompării pastei de ciment.


- volumul de fluid pompat:


99


în exteriorul coloanei:

la interiorul coloanei:

(

)

(

)

Deci:

- presiunea de circulaţie în sondă:

(

)

[

(

) ]


Deci punctul corespunzător acestui moment al operaţiei de cimentare va avea coordonatele:

b (24,27; -42,11)

100

Momentul c

Pasta de ciment a ajuns la partea de jos a coloanei:


- volumul de fluid pompat:


- presiunea de circulaţie în sondă este aceeaşi ca în momentul b:

(

)

101

[

(

) ]

- presiunea coloanelor de fluide este aceaşi ca în momentul b:



c ( 54,56; -42,36)

102

Momentul d

Pasta de ciment a început să treacă în spaţiul inelar; începe regimul de curgere turbulent

pentru pastă.


- volumul de fluid pompat este acelaşi ca în momentul c:

- căderea de presiune în manifold

- presiunea coloanelor de fluide este aceeaşi ca în momentele b şi c:


103

(

)

(

)



d ( 54,56; -18,08)

104

Momentul e

Finalul operaţiei de cimentare în regim turbulent.


- volumul de fluid pompat în sondă:

- căderea de presiune la manifold:

105


la exteriorul coloanei:

( )

[ ( ) ]

la interiorul coloanei:

( )

( )

Deci:


( ) ( )

[ ( ) ( )]



e ( 81,14; 111,27)

106

În continuare se trasează graficul de variaţie al presiunii la agregate funcţie de volumul

de fluide pompate în sondă.

107

Durata operaţiei de cimentare

Durata cimentării este dată de suma timpilor necesari pompării de fluide în sondă şi de

efectuarea operaţiei de lansare a celui de-al doilea dop de cimentare:

Timpul de pompare este compus din timpul necesar ajungerii pastei la baza coloanei, în

care debitul de pompare este şi de ridicare a pastei în regim turbulent în spaţiul inelar, în

care debitul de pompare este . Pomparea cu debitul se face până în momentul c. Deci

volumul pompat este volumul interior al coloanei, . Pomparea cu debitul

se face din momentul d până în momentul e. Deci volumul pompat va fi:

Ca urmare:

108

CAPITOLUL 6 – Programe de investigare geofizică

Pentru intervalul 0 – 580 (coloana de ancoraj) nu se prevede program de investigare

geofizică sau carotaj mecanic.

Pentru intervalul 580 – 1580 (coloana intermediară) se prevede un program de

investigare geofizică ce include:

- carotaj electric standard

- carotaj gamma natural

- carotaj acustic de cimentare pentru coloana de

⁄

- se execută Mud Logging cu prelevare probe la fiecare 5

Pentru intervalul 0 – 2700 (1580 – 2700 gaura liberă) se prevede un program de

investigare geofizică ce include:

- carotaj electric focalizat

- carotaj neutronic

- carotaj acustic de viteza

- carotaj de densitate și litologic

- microcarotaj focalizat

- înclinometrie

- presiuni în gaura liberă

- carotaj acustic de cimentare pentru coloana de

- se execută Mud Logging cu prelevare probe la fiecare 5

Section Hole size

Wireline log type

I

⁄ -

II

⁄ GR, SP, RES, CBL – VDL

III

⁄ GR, SP, HRLA, HGNS, MCFL, BHC, CBL – VDL

109

Concluzii

În primul capitolul s-au prezentat amplasarea sondei , litologia și tectonica

În capitolul 2 s-au prezentat:

Comanda geologo-tehnică

Variația gradienților de presiune din pori, de noroi și de fisurare

Calculul diametrelor si sapelor din care au rezultat următoarele diametre:

- pentru coloana de ancoraj: diametrul sapei -

⁄ și diametrul coloanei

⁄

- pentru coloana intermediară: diametrul sapei -

⁄ și diametrul coloanei

⁄

- pentru coloana de exploatare (lainer): diametrul sapei -

⁄ și diametrul

coloanei

La sfârșitul capitolului 2 s-a prezentat și programul de construcție al sondei


Tipurile de fluide de foraj

Proprietățile fluidelor de foraj

Calculul volumelor de noroi din care au rezultat următoarele volume:

- pentru coloana de ancoraj:

- pentru coloana intermediară:

- pentru coloana de exploatare:

Calculul cantităților de materiale


Calculul pentru dimensionarea coloanei de ancoraj din care au rezultat următoarele:

- pentru coloana de burlane s-a ales un oțel tip J-55 cu grosimea de perete

- pentru întreaga coloana de suprafață avem un singur tronson

- îmbinarea se face cu filet “rotund” scurt (SC- Short Connection)

110

Calculul pentru dimensionarea coloanei intermediară din care au rezultat următoarele:

- pentru coloana de burlane s-a ales un oțel tip J-55

- coloana va fi formată din 3 tronsoane:

o primul tronson cu lungimea de 320,84 va avea grosimea de perete cu

îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection)

o al doilea tronson cu lungimea de 911,69 va avea grosimea de perete

cu îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection)

o ultimul tronson cu lungimea de 347,47 va avea grosimea de perete cu


Calculul pentru dimensionarea coloanei de exploatare (lainer) din care au rezultat

următoarele:

- pentru coloana de burlane s-a ales un oțel tip N-80

- coloana va fi formată din 2 tronsoane:

o primul tronson cu lungimea de 706,53 va avea grosimea de perete cu


o al doilea tronson cu lungimea de 543,47 va avea grosimea de perete

cu îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection)


calculul cimentării coloanei de ancoraj prin metoda duratei operației:

- cantitatea de ciment necesară pentru cimentare este de

- volumul de apă necesar pentru cimentare este de

- volumul de noroi de refulare este de

- numărul de autocontainere APC-10 cu capacitatea de 10 este de 8 autocontainere

- numărul de agregate de cimentare este de 5 agregate

- coloana se va cimenta până la “zi” (TOC = 0 )

calculul cimentării coloanei intermediare:






- coloana se va cimenta până la “zi” (TOC = 0 )

111

calculul cimentării coloanei de exploatare (lainer):






- coloana se va cimenta pe o înălțime de 1250 (TOC = 1450 )

- durata operației de cimentare este de 161,2

În capitolul 6 s-au prezentat programele de investigare geofizică

112

Bibliografie

1. Avram, L.: Elemente de tehnologia forării sondelor, Editura Universităţii Petrol-Gaze

din Ploieşti, 2011.

2. Macovei, N.: Fluide de foraj şi cimenturi de sondă, Editura Universităţii din Ploieşti,

1993.

3. Macovei, N.: Tubarea şi cimentarea sondelor (seria Forajul Sondelor), Editura

Universităţii din Ploieşti, 1998.

4. Popescu, M.G.: Fluide de foraj şi fluide de izolare (cimenturi de sondă), Editura

Universităţii Petrol-Gaze din Ploieşti, 2002

100326469 Proiect de Diploma Foraj

Documents

Transcript of 100326469 Proiect de Diploma Foraj