4

PREVENIREA SI COMBATEREA VIITURILOR DE NISIPExploatarea sondelor cu un procent ridicat de suspensii solide (peste 0,2 %) in fluidele extrase la suprafata conduce la aparitia unor fenomene nedorite si anume:

scaderea productivitatii sondelor datorita:

formarii unor dopuri de nisip in coloana de exploatare sau in garnitura de tevi de extractie;

intreruperii temporare a procesului de extractie pentru eliberarea intervalului perforat sau degajarea dopurilor din garnitura de tevi de extractie;

deteriorarea prin eroziune a echipamentului de fund si de suprafata;

intreruperea partiala sau totala a afluxului in gaura de sonda prin daramarea

intercalatiilor sau a capacului marnos aferent formatiei productive. Formarea unor caverne si prabusirea acoperisului stratului productiv pot conduce la blocarea perforaturilor precum si la ovalizarea sau deplasarea coloanei de exploatare, in asa fel incat sonda sa fie scoasa complet din exploatare. De asemenea, prin surparea acoperisului se pot deschide stratele acvifere superioare, apele patrunzand in stratul productiv. umplerea progresiva cu nisip a sistemului de colectare si de masura de la suprafata (conducte, rezervoare de etalonare si de depozitare etc.)

Factorii care concura la declansarea viiturilor de nisip pot avea, in functie de natura acestora, fie un caracter obiectiv, fie un caracter subiectiv.

Astfel, dintre factorii cu caracter obiectiv se enumera :gradul de consolidare al rocii magazin, inclinarea stratelor, vascozitatea fluidelor din zacamant si respectiv, presiunea de fund. Formatiile productive neconsolidate, analizate din punctul de vedere al momentului declansarii viiturii de nisip si al concentratiei particolelor solide in fluidele extrase pot fi caracterizate prin:

- nisipuri curgatoare (quick sands) producerea nisipului incepe inca din timpul probelor de productie, iar concentratia acestuia in fluidele extrase ramane constanta timp indelungat, din sonde putandu-se extrage cantitati importante de material solid fara ca in jurul gaurii de sonda sa se formeze caverne.

In acest caz, obtinerea unor carote mecanice cu grad corespunzator de recuperare este putin probabila, iar mentinerea intervalului perforat fara depuneri de nisip este de scurta durata.

- nisipuri tasate (packed sands) viiturile de nisip apar dupa un timp relativ mic de exploatare a sondelor, moment in care sub actiunea fortelor de frecare generate de circulatia fluidelor prin mediul poros, liantul slab de cimentare dintre granulele de nisip cedeaza in zona din imediata vecinatate a gaurii de sonda. In acest caz, concentratia nisipului in fluidele extrase este variabila in timp, materialul solid fiind extras alternativ sub forma de suspensie, respectiv sub forma de dopuri. Ca rezultat al acestei comportari, in jurul gaurii de sonda se formeaza caverne si in final se inregistreaza prabusirea capacului marnos al formatiei productive cu repercusiuni decisive asupra indicelui de productivitate si starii tehnice a coloanei de exploatare.

- nisipuri friabile (friabel sands) cu toate ca la prima vedere carotele mecanice par bine consolidate, viiturile de nisip apar totusi dupa o perioada relativ mare de exploatare, iar concentratia nisipului in fluidele extrase scade progresiv, in timp la debit constant. Deteriorarea echilibrului mecanic al matricei se datoreaza, in principal, scaderii presiunii de zacamant peste care se suprapune cresterea impuritatilor lichide ca urmare fie a avansarii apei adiacente, fie ca efect al unor procese de injectie de apa. Si in aceasta situatie apar conditii favorabile formarii cavernelor la nivelul intervalului perforat, respectiv, prabusirii separatiilor marnoase si deteriorarii coloanelor de exploatare.

Este de mentionat ca amploarea viiturilor de nisip si a dificultatilor ce le insotesc cresc odata cu cresterea inclinarii stratelor productive, iar manifestarea acestora are loc pe toata durata de exploatare a zacamintelor, fara aparitia cavernelor in jurul gaurii de sonda, dar cu inregistrarea unui numar mai mare de sonde scoase din productie, datorita deteriorarii coloanei de exploatare.

In aceiasi ordine de idei, prezenta unui titei cu vascozitate ridicata favorizeaza initierea si intretinerea viiturilor de nisip. Acest fapt se datoreaza atat cresterii accentuate a capacitatii de antrenare a particulelor solide de catre fluidele extrase cat si aplicarii unor metode termice de intensificare a afluxului.

La factorii cu caracter obiectiv mentionati anterior, care actioneaza in directia declansarii si mentinerii viiturilor de nisip, se pot alatura si alti factori, dar de aceasta data, cu caracter subiectiv, dupa cum urmeaza:

alterarea permeabilitatii zonei din jurul gaurii de sonda prin folosirea unor fluide de traversare neadecvate (deteriorarea permeabilitatii zonei din jurul gaurii de sonda in timpul forajului datorita contaminarii cu fluidul de foraj sau cu filtratul acestuia); executarea necorespunzatoare a cimentarii coloanei de exploatare, in special in dreptul stratelor productive;

perforarea nesatisfacatoare din punctul de vedere al uniformitatii, penetrabilitatii si a suprafetei de comunicare cu stratul;

realizarea unor presiuni diferentiale mult prea mari in timpul operatiilor de punere in productie;

exploatarea fortata a sondelor;

deteriorarea liantului matricei ca urmare a executarii unor operatii repetate de stimulare a afluxului;

Fata de complexitatea fenomenelor care concura la declansarea si mentinerea viiturilor de nisip, pe de o parte, si de amploarea dificultatilor generate de acestea, pe de alta parte, este necesar ca la alegerea metodei de control a nisipului ce urmeaza a fi luata pe fiecare zacamant in parte, sa se tina seama de intregul complex de factori ce caracterizeaza fiecare sonda in parte.

Mecanismul producerii viiturilor de nisip

Pentru a explica mecanismul producerii viiturilor de nisip s-au emis mai multe ipoteze dintre care doar trei par a fi mai importante si anume:

deplasarea nisipului din strat in sonda are loc atunci cand cimentarea granulelor de nisip este slaba, iar in timpul exploatarii sondei se aplica o presiune diferentiala strat-sonda mare; deplasarea nisipului din strat in sonda are loc ca urmare a aparitiei apei de sinclinal care dizolva materialul de cimentare a granulelor de nisip (fenomen care are loc in prezenta apei existente in momentul sedimentarii nisipului, apa a carei compozitie este diferita de cea a apei de sinclinal); deplasarea nisipului din strat in sonda are loc datorita scaderii presiunii de zacamant, care are ca rezultat tasarea stratelor si distrugerea materialului de cimentare.

METODE DE PREVENIRE SI COMBATERE

A VIITURILOR DE NISIP

Metodele cunoscute si aplicate atat in tara cat si in strainatate, in scopul controlului nisipului, se pot grupa in:

metode mecanice; metode chimice; metode combinate. Indiferent de metoda, rolul de limitator al migrarii particulelor solide din formatia productiva il indeplineste un ecran filtrant artificial, format dintr-un nisip de cuart cu o granulatie controlata, plasat la nivelul formatiei productive si mentinut la randul sau, fie printr-un liant de natura chimica (rasina), fie printr-un filtru metalic.

METODE MECANICE DE PREVENIRE SI COMBATERE

A VIITURILOR DE NISIP

Dintre metodele aplicate la scara mondiala in scopul controlului nisipului, metodele mecanice inregistreaza o frecventa in aplicare, cu mult superioara frecventei aferente tuturor celorlalte metode proprii acestui domeniu.

Spre exemplu, in SUA, in ciuda bogatei diversificari inregistrata indomeniul maselor plastice, cat si a aditivilor necesari, metodele mecanice sunt folosite la 85% din numarul total de sonde operate in scopul controlului nisipului.

Principalele avantaje ale metodelor mecanice rezulta, in principal, din:

durata mare de influenta in directia controlului eficient al nisipului, durata imprimata de rezistenta mecanica a filtrelor in timp superioara rezistentei liantului de masa plastica;

lipsa limitarilor de aplicabilitate impuse de valoarea temperaturii de zacamant sau a proceselor termice de recuperare aplicate pe acestea;

evitarea deteriorarii permeabilitatii zonei din jurul gaurii de sonda;

controlul eficient al nisipului inclusiv la sondele cu intervale deschise pe lungimi de zeci de metri;

neconditionarea executarii operatiilor de catre ploaie sau temperaturi mult sub zero grade;

folosirea unor substante chimice inofensive din punctul de vedere al toxicitatii.

In cazul metodelor mecanice intalnim urmatoarele tehnologii; injectia conventionala de nisip de cuart in stratul productiv; utilizarea filtrelor metalice; echiparea sondei cu un filtru metalic impachetat cu pietris in gaura de sonda largita din timpul forajului sau in coloana cu precompactare in spatele perforaturilor (gravel - packing). Injectia conventionala de nisip de cuart in stratul productiv Injectia conventionala de nisip de cuart in stratul productiv este utilizata numai in cazuri cu totul particulare. Cu toate ca aceasta tehnologie este simpla in sine, totusi nu cunoaste o raspandire larga, deoarece lipsa unui suport metalic(filtru)plasat in fata nisipului injectat.suport care sa mentina nisipul de cuart la nivelul formatiei productive nu permite exploatarea sondelor la debite potentiale,fara riscul antrenarii materialului solid in gaura de sonda. Din aceasta cauza,aria de aplicabilitate a injectiei conventionala de nisip de cuart se limiteaza numai la sondele la care restrictiile de diametru aferente coloanei de exploatare nu permit completarea sondelor cu filtre mecanice. Utilizarea filtrelor metalice Filtre cu orificii. Se construiesc din burlane de tubaj in care sunt practicate orificii cu diametrul cuprins intre 1,5 10 mm. Filtre cu slituri (fante) .Se construiesc din burlane de tubaj sau tevi de extractie in care se practica niste deschideri dreptunghiulare numite slituri sau fante, dispuse longitudinal sau transversal pe suprafata burlanului (fig. 1. ).Filtrele cu fante longitudinale rezista mai bine la tractiune, iar cele cu fante transversale la presiune exterioara.

Fig. 1. Filtru cu slituri

Sliturile se executa prin frezare cu freze circulare, prin taiere cu flacara oxiacetilenica sau eroziune anodomecanica.

Latimea fantelor poate sa varieze in functie de procesul de prelucrare folosit, de la 0,3 mm la 1,3 mm, lungimea lor este de aproximativ 3 in, iar numarul lor de 150 250 slituri/m. Peretii laterali ai slitului se largesc catre interiorul burlanului sub un unghi de 6(. Prin aceasta se realizeaza un spatiu de fuga pentru granulele de nisip care au patruns in fanta, eliminandu-se astfel posibilitatea abturarii acesteia (filtre autodeblocante).

In cazul procedeului de prelucrare anodo-mecanic este folosit efectul eroziv al descarcarilor elecrice de scurta durata, care se produce intre obiectul de prelucrat scufundat intr-un electrolit si scula taietoare legata la catod. Fata de filtrele cu fante confectionate prin taiere cu flacara oxiacetilenica, cele confectionate prin eroziune anodomecanica prezinta urmatoarele avantaje:

obtinerea unor fante cu latimi exacte si a unor suprafete libere de filtrare mai mari;

nu modifica structura metalurgica a otelului din care sunt confectionate filtrele;

pret de cost scazut.

Se recomanda ca latimea fantei, t, sa fie egala cu . In mod obisnuit se utilizeaza pietris cu dimensiunea de 20-40 U.S. Mesh ceea ce corespunde la 0,84 respectiv 0,42 mm diametru.

Filtre cu infasurare de sarma.Acestea sunt confectionate din filtre cu orificii circulare sau filtre cu slituri mai mari, pe suprafata carora se sudeaza, in lungul generatoarelor, niste vergele metalice care indeplinesc rolul de suporti (distantiere) pentru infasurarea in exterior a unei sarme de otel, nichel sau bronz (fig. 2. ).

Fig. 2. Filtru cu infasurare de sarma

Distanta intre spire, t, se ia ca si in cazul filtrelor cu slituri.

In prezent, pe plan mondial, se folosesc filtre cu infasurare de sarma canfectionate in totalitate din materiale inox.

Superioritatea acestor filtre consta in suprafata libera de trecere mult marita fata de cea aferenta filtrelor cu slituri si o rezistenta marita la coroziune si abraziune.

De exemplu, in cazul filtrelor cu infasurare de sarma inox sudate, la care distanta intre doua spire este egala cu 0,3 mm, pentru un diametru exterior de 3 in, suprafata libera de trecere este egala cu aproximativ 7,7% din suprafata laterala a filtrului.

Pentru acelasi diametru exterior in cazul unui filtru cu fante de 0,3 mm, suprafata libera de trecere este de aproximativ 0,8%. Dimensiunea sarmei si distanta dintre spire depinde de marimea granulelor de nisip care trebuiesc retinute si de caracteristicile titeiului care curge din strat in gaura de sonda.

Sectiunea sarmei poate fi circulara, patrata sau trapezoidala.

Cele mai bune rezultate se obtin prin folosirea sarmei cu sectiune trapezoidala, care realizeaza deschideri divergente spre interiorul burlanului, creind acel spatiu de fuga pentru granulele de nisip.

Filtrele cu infasurare de sarma pot fi si cu infasurare multipla (fig. ), la care infasurarea de sarma se prezinta in mai multe straturi suprapuse. Distanta intre spire la primul strat din jurul filtrului metalic este de 0,01 in (0,25 mm), la cel de al doilea strat de 0,02 in (0,50 mm) iar la cel de al treilea de 0,03 in (0,76 mm). Infasurarea din extrerior retine granulele mai mari, infasurarea din mijloc granulele medii, iar cea din interior granulele mici, lasand sa treaca prin filtru, odata cu fluidele produse, doar particulele fine de marna, argila sau alte impuritati.

Dezavantajele filtrelor cu infasurare de sarma il prezinta faptul ca sunt slabe din punct de vedere constructiv, deteriorandu-se usor in timpul manevrelor de introducere in gaura de sonda, indeosebi daca aceasta este deviata. De asemenea, la extragerea din sonda are loc distrugerea infasurarii de sarma.

Cu toate aceste dezavantaje, filtrele cu infasurare de sarma sunt folosite pe scara larga in industria extractiva, datorita faptului ca au o eficienta ridicata la retinerea nisipurilor fine si opun o rezistenta mica la curgerea fluidului prin ele.Efectul montarii unui filtru

Fig. 3. Efectul montarii unui filtru In momentul in care sonda este pusa in productie granulele fine de nisip vor fi antrenate din strat in sonda, iar cele cu dimensiuni mari se vor opri la intrarea in deschiderea filtrului figura 3.

Granulele de nisip cu dimensiuni mai mari oprindu-se in fata deschiderii filtrului formeaza aici un fel de filtru natural format din fractii de nisip care se aseaza in mod gradat (fractii cu dimensiuni din ce in ce mai mici) pe masura ce creste distanta de la peretele filtrului.

Explicatia acestei antrenari selective consta in faptul ca viteza de curgere este maxima in jurul gaurii de sonda. Rezulta ca in aceasta zona va fi antrenata o gama mai mare de granule de nisip. Pe masura departarii de sonda viteza scade, ceea ce face ca antrenarea nisipului sa fie mai redusa.

Podirea granulelor mari la intrarea in filtru apoi a celor mici in spatele acestora in mod gradat, conduce la formarea asa numitei bolte stabile respectiv a unui filtru natural cu efect de retinere a particulelor solide care tind sa treaca din strat in sonda.

Permeabilitatea in aceasta zona este mult mai mare fata de permeabilitatea initiala a rocii datorita reducerii rezistentelor la curgere.

Dimensionarea filtrelor metalice

Pentru dimensionare se folosesc relatiile deduse pe cale experimentala de catre Coberley.Parametrul care se ia ca baza de calcul, este diametrul efectiv de fractie care impreuna cu fractiile de dimensiuni mai mici reprezinta 90% din greutatea probei analizata granulometric. Aceasta valoare se citeste pe curba de compozitie granulometrica (curba de trecere) figura 4. Practic se ia o proba de nisip din formatie si se face o analiza granulometrica. Se traseaza curba de compozitie granulometrica si se citeste pe curba diametrul corespunzator procentului de 90%.

Fig. 4. Curba de compozitie granulometrica

Pentru filtrele cu fante, latimea deschiderii unei fante va fi egala cu:

lf=2dn90%

Pentru filtrele cu orificii, diametrul unui orificiu va fi egal cu:

do=3dn90%

Echiparea sondei cu un filtru metalic impachetat cu pietris in gaura de sonda largita din timpul forajului sau in coloana cu precompactare in spatele perforaturilor (gravel - packing).

Echiparea sondei cu un filtru metalic si impachetarea acestuia cu pietris in gaura de sonda largita din timpul forajului este cea mai eficienta metoda mecanica de a combate patrunderea nisipului in sonda si de a asigura in acelasi timp pierderi mici de presiune la curgerea lichidului din strat in sonda. Aceasta metoda conduce la extinderea zonei artificiale de filtrare cu permeabilitate imbunatatita la o distanta mai mare de axul gurii de sonda, extindere care atrage dupa sine cresterea debitelor de fluide extrase.

Astfel, in timp ce permeabilitatea rocilor magazin rareori depaseste 3 darcy, permeabilitatea stratului din impachetarea cu pietris este de 1150 darcy pentru un pietris cu diametru de 2-2,4 mm si de 3700 darcy pentru un pietris cu diametrul de 3,4-4,8mm. In urma experientelor efectuate s-a constatat ca bolta stabila care se formeaza dincolo de stratul de pietris are o permeabilitate de cel putin 30 de ori mai mare decat cea a rocii magazin.In felul acesta, pe distanta de la exteriorul filtrului metalic pana dincolo de bolta stabila, va exista o zona de mare permeabilitate, care va prezenta conditii optime de deplasare a fluidelor spre sonda, ca urmare a scaderii rezistentelor la curgere. Astfel, extragerea unui debit dat se face cu o cadere de presiune mai mica.

Efectul obtinut va fi cu atat mai mare, cu cat raza zonei cu permeabilitate ridicata va fi mai mare.

In gauri tubate cimentate si perforate se recomanda echiparea cu un filtru metalic si impachetarea acestuia cu pietris cu precompactare in spatele perforaturilor. Pietrisul se introduce atat intre coloana de exploatare si filtru cat si in spatele perforaturilor. Pietrisul presat in spatele perforaturilor se mai numeste si pietris precompactat.

In cazul in care nu se poate duce pietris si precompacta in spatele coloanei este recomandabil ca acesta sa fie introdus macar in perforaturi.

Experientele de santier au aratat ca la filtrele impachetate cu pietris in coloana, cu precompactare in spatele perforaturilor, productivitatea sondei este de 25% pana la 33% din cea a gaurilor deschise, in timp ce la cele fara precompactare in spatele perforaturilor, pierderea de productivitate ajunge pana la 95%.

Comportarea filtrelor cu pietris a fost foarte mult studiata si experimental, pe modele de laborator. In cele ce urmeaza se vor prezenta o parte din rezultatele acestor experimente.

Astfel, s-a constatat ca o crestere sau descrestere accentuata a debitului duce la o crestere temporara a cantitatii de nisip produsa. Daca noul debit este apoi mentinut constant se constata o scadere a cantitatii de nisip produsa.

Cantitatea de nisip produsa depinde foarte mult de ratia pietris-nisip, Rpn:

in care: este diametrul mediu al pietrisului din impachetare;

- diametrul mediu al nisipului din formatia productiva.

De asemenea, la fluctuatii de presiune in sonda (pf creste sau descreste cu 5 bar, ca la gaz-lift), cantitatea de nisip produsa a crescut de 10 ori pentru Rpn = 6,7 si de 100 de ori pentru Rpn = 9,4.

Aparitia curgerii bifazice conduce la cresterea si mai mare a cantitatii de nisip produsa si anume de 60 de ori pentru Rpn = 6,7 si de 2000 de ori pentru Rpn = 9,4. Reducand debitul de lichid si pastrand debitul de gaze (marindu-se deci R.G.T.) cantitatea de nisip produsa a scazut. Aceasta se explica prin faptul ca micsorandu-se numarul de interfete gaz-lichid, este antrenat mai putin nisip din strat.

Apare astfel ca la Rpn mai mari ca 6,7 pentru o anumita conditie de curgere (un debit dat) podirile primare si secundare sunt stabile pentru geometria existenta si pentru fortele hidrodinamice existente.

Daca echilibrul de forte este schimbat, au loc instabilitati, podirile se darama si cantitatea de nisip produsa va fi mai mare pana cand apar noi podiri sub noile conditii stabilizate. Experimente cu Rpn cuprinse intre 5 si 6 au pus in evidenta o diminuare a cantitatii de nisip produsa in conditii de curgere perturbata (fluctuatii de debit si presiune). In acest caz apare mai curand o oprire a nisipului decat o podire, tinand seama de geometria retelei romboedrice.

In favoarea lui Rpn = 5...6 pledeaza si gradul de deteriorare al permeabilitatii efective a pietrisului in timp (fig. 5).

Fig. 5. Variatia permeabilitatii pietrisului in timp in functie de RpnIn fig. 5, kpi este permeabilitatea efectiva initiala a pietrisului, iar kpt este permeabilitatea efectiva a pietrisului dupa un timp t. Se observa ca daca diametrul pietrisului este mare in interiorul filtrului cu pietris patrund particule de nisip care ii reduc permeabilitatea. Pentru Rpn mai mici ca 6 conform fig. 5, practic nu exista pericol de scadere a permeabilitatii pietrisului. Acest criteriu de alegere al pietrisului nu rezolva in intregime problema, deoarece, dupa cum se vede, daca diametrul pietrisului este egal cu diametrul nisipului din formatie, permeabilitatea pietrisului dupa un timp t raportata la cea initiala este egala cu 1 (kpt / kpi = 1); in schimb productivitatea sondei va fi scazuta.

R. J. Saucier deduce pe cale analitica ca daca se reprezinta grafic Rpn=f(kpt/kn), rezulta diagrama prezentata in figura 6, unde kn este permeabilitatea nisipului din formatie.

Fig. 6. Raportul permeabilitatii pietris/nisip in functie de Rpn.

Dupa cum se observa din fig. 6, pentru = 5...6 au loc podiri eficiente si permeabilitatea pietrisului este maxima. La o valoare a lui aproximativ egala cu 10, particulele de nisip patrund in interiorul pietrisului si datorita migrarii greoaie prin acesta conduc la blocarea cailor de curgere spre gaura de sonda si deci la micsorarea productivitatii.

La valori ale lui = 12 ori sau mai mari, nisipul patrunde in impachetarea cu pietris si se misca din ce in ce mai usor prin acesta. Ca urmare, permeabilitatea pietrisului creste si acelasi timp se produc cantitati mai mari de nisip. Are loc o scadere continua a eficientei controlului nisipului.Ulterior la aceleasi rezultate au ajuns si alti cercetatori din cadrul firmei Exxon Production Research Company in urma experimentelor efectuate pe un model de laborator (fig. 7).

Modelul de laborator folosit este un sector de 70( dintr-o sonda cu o coloana perforata de 7in, echipata cu un filtru mecanic de 2 in, avand grosimea de 30cm si raza de 1,5m (fig. 8).

Ca nisip de formatie s-a folosit un nisip uniform cu si un coeficien t de neuniformitate de 1,5, iar ca pietris de impachetare un nisip de cuart cu dimensiunile: 0,25 0,42; 0,42 0,84; 0,84 2,00 si 1,41 2,83 mm.

Fluidele vehiculate au fost apa sarata cu o concentratie de 2,5% NaCl si motorina cu vascozitatea de 2,7 cP.

Pentru a simula curgerea a doua faze s-a folosit bioxidul de carbon.

Fig. 7. Permeabilitatea zonei Fig. 8. Schema modelului de

compacte in functie de Rpn. curgere radiala.

Testele efectuate au aratat ca pierderile de presiune (chiar la debite foarte mari) prin pietris si filtru, la filtrele impachetate cu pietris in gaura libera, sunt extrem de mici, in timp ce la filtrele impachetate cu pietris in coloana, cu precompactare in spatele perforaturilor, apar pierderi mari de presiune la curgerea prin perforaturi.

In cazul filtrelor impachetate in coloana, folosindu-se nisipuri uniforme (coeficient de neuniformitate de 1,5) si permeabilitate 5 Darcy, s-a constatat ca valoarea caderilor de presiune prin perforaturi este mai mare in cazul in care numai perforatura este plina cu pietris, comparativ cu situatia in care avem precompactare in spatele coloanei si extrem de mare cand perforatura este plina cu nisip din formatia productiva (fig. 9).

Fig. 9. Efectul plasarii pietrisului Fig. 10. Variatia permeabilitatii perforaturii asupra productivitatii. in functie de debit la filtrele

impachetate cu pietris in coloana, fara precompactare in spatele perforaturilor.S-a constatat, de asemena, ca in situatia cand nu exista precompactare, deteriorarea permeabilitatii perforaturilor se mentine la valori scazute, pana la atingerea debitului critic de atenuare a nisipului, dupa care blocarea se accentueaza brusc (datorita fortelor de frecare care devin mari, antrenand nisipul din strat in perforaturi) si devine permanenta chiar daca debitul vehiculat scade pana la valori initiale (fig. 10).

In situatia in care exista precompactare, permeabilitatea scade daca debitul creste ca rezultat al efectului curgerii turbulente. Scazand debitul catre valori initiale, permeabilitatea perforaturilor protejate de preimpachetare se reface sau chiar va creste (fenomen observat la mai multe teste) datorita unei usoare curatiri a perforaturilor de catre fluidul produs (fig. 11).

Studierea comparativa a caderilor de presiune in functie de (fig. 12) evidentiaza superioritatea completarii cu precompactare fata de completarea numai cu filtru impachetat.

Indiferent de tipul de completare (cu sau fara precompactare a coloanei perforate) nu se poate realiza o retinere totala a nisipului din formatia productiva, ci numai o limitare a migrarii acestuia in gaura de sonda.

Testele efectuate cu nisipuri neuniforme (coeficient de neuniformitate 3,6 si permeabilitate 90 mD) au scos in evidenta pierderi suplimentare de presiune la interfata nisip-pietris precompactat, din cauza unei mai mari game a dimensiunilor particulelor de nisip din strat, care duc la reducerea eficientei podirii. S-a presupus ca aceasta crestere a presiunii se datoreaza particulelor foarte fine (argila, etc.) care tind sa mareasca caderea de presiune la interfata nisip-pietris si sa micsoreze productivitatea daca nu pot trece prin pietris.

Fig. 11. Variatia permeabilitatii Fig. 12. Variatia caderii de presiune perforaturii in functie de debit la filtrele in perforatura in functie de Rpn.

impachetate cu pietris in coloana, si

precompactare in spatele perforaturilor.

In urma experimentelor efectuate cu acelasi nisip neuniform, dar lipsit de argila, au rezultat de asemena, caderi de presiune mari. Rezulta ca aceasta cadere de presiune la interfata nisip-pietris (datorita blocarii partiale a acestei interfete) se datoreaza mai degraba neuniformitatii nisipului decat prezentei argilelor.

O alta concluzie care a rezultat este ca, desi apare o cadere de presiune suplimentara la interfata pietris-nisip, nu s-a observat infundarea perforaturilor atata timp cat ratia pietris-nisip a fost cuprinsa intre 5 si 6. Cand nisipul este neuniform, percompactarea se impune si mai mult, deoarece caderea de presiune la interfata nisip-pietris devine mult mai mare, din cauza suprafetei mult mai mici de curgere. Cu cat coeficientul de neuni-formitate este mai mare, cu atat si caderea de presiune este mai mare. Efectul curgerii a doua faze. Experimentele de santier arata ca, odata cu cresterea cantitatii de apa produsa, productivitatea sondelor scade, iar viiturile de nisip se accentueaza. Aceasta se datoreaza aparitiei perturbatiilor locale de presiune, din cauza numeroaselor interfete care se misca prin canalele rocii si provoaca miscarea particulelor mici, precum si dizolvarii materialului de cimentare.

Astfel, experimentele efectuate in cazul filtrului impachetat in coloana fara precompactare au aratat ca permeabilitatea perforaturilor nu a fost deteriorata in mod permanent, atata timp cat debitul de apa nu a atins valoarea critica de antrenare a nisipului din formatie (fig. 13)Daca debitul scade, are loc o crestere a permeabilitatii perforaturilor catre valoarea initiala. In momentul in care au aparut si gazele, productia de nisip a inceput sa creasca, permeabilitatea a scazut brusc, iar blocajul a devenit permanent.

Experimentele efectuate cu nisip precompactat in spatele perfora-urilor au indicat si in acest caz o crestere a cantitatii de nisip produsa odata cu aparitia curgerii bifazice (fig. 14).

Fig. 13. Efectul curgerii multifazice Fig. 14. Efectul curgerii multifazice

asupra productivitatii pentru Rpn = 9,6. asupra cantitatii de nisip produsa

pentru Rpn = 15.

Cand ratia pietris-nisip are valori cuprinse intre 5 si 6 efectul curgerii bifazice este mult atenuat. Se observa ca indiferent daca exista curgere apa-gaze sau apa-titei, efectul de antrenare al particulelor solide a fost acelasi si a incetat odata cu disparitai curgerii bifazice.

In cazul nisipurilor neuniforme efectul asupra cantitatii de nisip produs a fost aproape acelasi, dar s-a observat o scadere a productivitatii insotita de o patrundere mai adanca a particulelor fine in pietris. Daca dimensiunea pietrisului este necorespunzatoare, curgerea multifazica poate duce la o infundare permanenta a perforaturilor. In concluzie, rezulta ca cea mai eficienta metoda de a combate patrunderea nisipului in sonda si de asigura in acelasi timp pierderi mici de presiune la curgerea lichidului din strat in sonda este echiparea sondei cu un filtru metalic si impachetarea acestuia cu pietris in gaura de sonda largita din timpul forajului

In cazul sondelor tubate, cimentate si perforate matoda recomandata este echiparea cu un filtru metalic si impachetarea acestuia cu pietris cu precompactare in spatele perforaturilor.

Plasarea pietrisului ca in fig. 4,b curs Echiparea sondei in dreptul stratului productiv, conduce totodata la o crestere a productivitatii sondei asa cum se observa din fig. 15.

Fig. 15. Influenta razei zonei impachetate asupra cresterii procentuale a productiei dupa impachetare.De mentionat ca diametrul gaurii largite trebuie sa fie cu aproximativ 5....7 in mai mare decat diametrul coloanei de exploatare.

Amestecarea pietrisului cu nisipul din formatia productiva, inca din timpul executarii operatiei de impachetare, conduce la scaderea accentuata a permeabilitatii zonei din vecinatatea gaurii de sonda (fig. 16).

Tinand seama de cele prezentate mai sus, se impune ca in faza de pregatire a sondei sa se execute lucrari speciale pentru crearea in spatele coloanei de exploatare, in dreptul intervalului perforat, a unei zone excavate, care ulterior sa fie umpluta cu pietris. Aceasta se realizeaza prin spalarea perforaturilor si a zonei din spatele coloanei cu ajutorul unui dispozitiv de spalare cu circulatie, tip BAKER. Schema de ansamblu si de lucru a acestui dispozitiv este prezentata in figura. 17.

Prin utilizarea acestui dispozitiv se executa intr-un singur mars curatirea dopurilor din coloana de exploatare si respectiv spalarea perforaturilor si a formatiei productive din imediata vecinatate a gaurii de sonda pe intrega lungime a intervalului perforat.

Fig. 16. Permeabilitatea amestecului Fig. 17. Dispozitiv de spalare in spatele pietris nisip. coloanei in dreptul intervalului perforat:

a pozita de introducere a aparatului; b ridicarea si rotatirea 900 la dreapta, blocheaza aparatul in pozitia de lucru -

spalare in spatele perforaturilor;

c circulatie inversa, posibil si avansare cu circulatie inversa; d extragerea aparatului.

Introducerea pietrisului numai in perforaturi se recomanda numai la debite mici de productie. In cazul nisipurilor neuniforme aceasta tehnica trebuie evitata.

Pentru transportul pietrisului in cazul operatiilor de precompactare sau de impachetare a filtrelor se foloseste un fluid preparat din apa dulce sau sarata sau produse petroliere in care se adauga stabilizatori pentru argile si agenti pentru cresterea portantei. Pentru spargerea gelurilor folosite la transportul pietrisului destinat impachetarii se utilizeaza acizi sau enzime.

Injectia de pietris se va face la ratii fluid-pietris cat mai mici.

Injectia la ratii mari conduce la aparitia unor fenomene care pot influenta negativ productivitatea sondei si controlul nisipului dupa cum urmeaza:

a) Curgerea turbulenta care are loc in lungul tevilor de extractie pana la formatia productiva conduce la o agitare puternica a pietrisului aflat in suspensie. Ca urmare a acestei agitari, particulele de pietris colturoase se pot sparge sau rotunji ca efect al ciocnirii reciproce dintre acestea a frecarilor cu peretii tevilor de extractie, al impactului cu peretii coloanei de exploatare (la iesirea din mufa de incrucisare a circulatiei) si al strangularii curgerii la nivelul intrarii in perforaturi. In aceasta situatie granulatia fina a pietrisului va diferi de cea proiectata, fapt care face ca eficienta controlului nisipului sa scada simtitor.

b) Injectarea pietrisului cu debite mari de fluid si in concentratii scazute favorizeaza transportul acestuia la distante mari de gaura de sonda si amstecarea cu nisipul din formatia productiva. Aceasta face ca permeabilitatea amestecului pietris-nisip de formatie sa scada foarte mult, chiar si la procente volumetrice relativ mici de nisip de formatie in pietris (fig. 16).

c) Formarea unor zone de canalizare preferentiala a fluidului de transport.

d) Cresterea prematura a presiunii de injectie si finalizarea operatiunilor de injectie inainte de realizarea unei compactari corespunzatoare a formatiei productive.

Pentru evitarea aspectelor negative prezentate mai sus este necesar sa se foloseasca fluide de transport cu vascozitate mare (200 1000 cP), fluide care permit pomparea pietrisului la debite de 80 160 l/min, in concentratie de 1300 1800 kg pietris/m3 fluid transport. De asemena, se recomanda ca fluidul care transporta pietrisul sa fie trecut printr-un filtru de 2( (1( = 10-3mm).

Pe baza celor prezentate mai sus se recomanda ca diametrul mediu al pietrisului sa fie de 5...6 ori mai mare ca diametrul mediu al nisipului din formatie:

Ca diametru mediu se considera (corespunzator procentului in greutate de 50%) de pe curba de compozitie granulometrica.

Filtrele utilizate la operatiile de impachetare sunt filtre cu slituri, filtre cu infasurare de sarma inox, etc.

Referitor la diametrul exterior al filtrelor impachetate in coloana se precizeaza ca un diametru exterior cat mai apropiat de diametrul interior al coloanei nu reprezinta o solutie optima pentru completarea sondei. Cand se dispune de un filtru cu suprafata libera de curgere corespunzatoare, diametrul exterior al filtrului nu este necesar sa depaseasca diametrul exterior al tevilor de extractie.

Acest aspect apare deoarece:

existenta unui spatiu inelar mare reduce posibilitatea formarii in timpul operatiei a dopurilor suspendate in spatele filtrelor;

o rezerva de pietris mai mare, plasata in spatiul inelar de deasupra filtrului, permite umplerea prin segregare a eventualelor goluri care pot aparea de-a lungul filtrului in timpul injectiei de pietris;

jocul radial de minim 1 in dintre filtru si coloana permite degajarea ulterioara prin spalare a filtrelor blocate sau deteriorate;

De asemenea, este bine sa se centreze filtrul in gaura de sonda, pentru a-i mari rigiditatea si a asigura o impachetare uniforma.

Metode chimice de prevenire si combatere a viiturilor de nisip

Metoda consta in retinerea nisipului in strat, prin consolidarea rocii aflata in zona din imediata apropiere a peretilor gaurii de sonda cu ajutorul rasinilor sintetice sau a materialelor plastice ca materiale de cimentare.

Acestea trebuie sa prezinte urmatoarele proprietati:

sa nu reactioneze cu fluidele din zacamant sau cu fluidele folosite la operatiile de stimulare a formatiei (acidizari, fisurari, etc.);

sa prezinte o reducere mica de volum in timpul intaririi;

sa posede puternice proprietati de umectare si adeziune;

sa nu reactioneze cu produsii de reactie in timpul polimerizarii.

Rasinile folosite se impart in doua mari grupe: rasini la care agentul de intarire este adaugat acestora la suprafata, inainte de a fi introduse in sonda (rasini activate intern) si rasini la care agentul de intarire este introdus dupa ce acestea au fost injectate in formatie (rasini activate extern). Rasinile pot fi de tip epoxidic, furanic si fenolic.

Pentru a se obtine o eficienta maxima a procesului de consolidare trebuie realizate urmatoarele deziderate:

rezistenta mare la compresiune si permeabilitate mare a matricei rezultate;

rezistenta buna la actiunea fluidelor din formatie si a fluidelor de stimulare;

timp redus de intarire (polimerizare);

timp minim de preparare la sonda;

presiune redusa de injectie.

Consolidarea cu ajutorul rasinilor sintetice se face dupa urmatoarele procedee:

1) Procedeul prin care nisipul (pietrisul) se amesteca cu rasina la suprafata, dupa care are loc transportul in formatia productiva.

Procedeul se realizeaza in doua variante:

se injecteaza in formatia productiva un amestec de nisip si rasina, dupa care urmeaza injectia agentului de intarire;

se injecteaza in formatia productiva un amestec format din nisip, rasina si agent de intarire.

2) Procedeul prin care rasina se injecteaza direct in formatie.

Si acest procedeu se realizeaza in doua variante:

se injecteaza in formatia productiva rasina urmata de injectia agentului de intarire;

se injecteaza in formatia productiva rasina amestecata de la suprafata cu agenul de intarire.

Rasina consolideaza granulele de nisip din strat sau cele din nisipul de injectie, formand o retea rezistenta, poroasa si permeabila pe o anumita distanta de la peretele gaurii de sonda, cu actiune efectiva de retinere a nisipului din strat.

In cursul procesului de intarire a rasinii are loc un fenomen de contractie sau de concentrare a rasinii care, prin polimerizare se separa din solutie si incepe sa se ingroase.

Rasina separata de solvent umecteaza preferential granulele de nisip, adera la suprafata lor imbracandu-le intr-o pelicula subtire, iar restul se aduna in spatiile pendulare, sub efectul fortelor capilare, constituind cimentul de legatura pentru granulele de nisip.

Prin separarea rasinii din solutia de tratare, care contine peste 75 80% ingredienti nereactivi, dupa ce se inchieie procesul de solidificare a rasinii, in roca ramane un volum de pori, umplut temporar cu lichidul care a alcatuit solutia de tratare, dar care nu a participat la procesul de consolidare si care poate fi evacuat din porii rocii consolidate.

Solutia folosita la consolidarea cu mase plastice este compusa din: rasina sintetica, solvent si aditivi.

Solventul are rolul de a dilua rasina si in acest scop se foloseste benzenul.

Aditivii (agenti de intarire, catalizatori, etc.) se folosesc pentru:

reglarea timpului de reactie, astfel incat rasina introdusa in strat sa se solidifice dupa un timp bine determinat de la injectarea in porii rocii;

umectarea nisipului;

stabilizarea argilelor;

evacuarea apei interstitiale;

marirea rezistentei retelei consolidate.

In Romnia se aplica consolidarea pe cale chimica corespunzatoare primului procedeu. Metoda consta in injectarea in formatia productiva a unei cantitati de nisip de cuart pana aproape de compactarea formatiei, dupa care urmeaza injectia unei cantitati de nisip umectat cu rasina plus agentul de intarire.

Metoda se aplica cu rezultate bune in sonde cu intervale deschise de maximum 8 m. Aceasta limitare se datoreaza posibilitatii reduse de a realiza in cazul stratelor cu grosime mare un manson permeabil si rezistent de grosime constanta, pe intreg intervalul perforat.

Rezultate mai bune se pot obtine in cazul sondelor la care cantitatea de nisip evacuata din strat a fost mica si in care se reuseste ca prin injectia prealabila de nisip neumectat sa se realizeze compactarea formatiei, conditie necesara si obligatorie pentru consolidarea cu mase plastice.

Metoda se poate aplica si in cazul formatiunilor murdare si neconsolidate, deoarece prin injectia de nisip cu fluide pe baza de apa sarata tratata cu clorura de potasiu sau clorura de calciu se realizeaza protejarea particulelor argiloase impotriva hidratarii si indepartarea acestora din jurul gaurii de sonda. Mansonul filtrant, format din nisipul consolidat cu rasina, are o permeabilitate mai mare decat cea a formatiunii productive ( cca. 10 40 D, in functie de granulatia nisipului de compactare).

De asemenea, metoda conduce la rezultate satisfacatoare si la sondele care, prin extragerea unor cantitati mari de material solid din stratul productiv, prezinta o lipsa accentuata sau totala de aflux, datorita prabusirii capacului marnos.

In acest caz este necesar ca operatia de compactare sa fie realizata cu cantitati mari de nisip de cuart, deoarece numai in acest mod se creeaza posibilitatea punerii in comunicatie a zonei de strat nedeteriorata cu gaura de sonda.

In urma unor astfel de operatii, sondele pot produce la debite nerestrictive, fara dificultati provocate de viiturile de nisip.

Dupa scurgerea intervalului de timp necesar intaririi rasinii, se controleaza talpa cu tevile de extractie. In cazul in care in coloana se gaseste un dop de nisip consolidat, se va proceda la frezarea acestuia pana la eliberarea intregului interval perforat. In cazul sondelor cu coloane defecte in intervalul perforat, frezarea dopului de nisip consolidat nu mai este necesara. Lasarea unui dop de nisip consolidat in partea de jos a perforaturilor pe o inaltime egala cu jumatate din intervalul deschis este oportuna prin reducerea procentului de impuritati fluide extrase.

Sonda va fi repusa in productie cu un debit restrictiv, timp in care in formatia productiva se va realiza podirea naturala a nisipului din strat in spatele zonei de pietris injectat pentru precompactare. Dupa scaderea procentului de impuritati sub 0,2% se poate trece la marirea debitului.

PAGE 28

_1126447243.unknown

_1126454652.unknown

_1126641959.unknown

_1126643068.unknown

_1126642039.unknown

_1126455794.unknown

_1126451645.unknown

_1126358031.unknown

_1126358064.unknown

_1126357957.unknown