1

NOTIUNI RECAPITULATIVE

Presiunea dinamica de fund pd , se defineste ca fiind presiunea masurata la media perforaturilor cu sonda curgand.

Presiunea masurata la suprafata in acest caz (in capul de eruptie) se numeste presiune dinamica de suprafata.

Presiunea statica de fund pc , se defineste ca fiind presiunea masurata la media perforaturilor

cu sonda inchisa dupa ce aceasta se stabilizeaza (presiunea nu mai creste, atingand valoarea maxima). Este presiunea existenta pe conturul exterior al zonei de drenaj de raza rc si se mai numeste si presiune maxima de zacamant.

Ratia de solutie rs , se defineste ca fiind cantitatea de gaze care se gaseste dizolvata intr-un

metru cub de titei mort in anumite conditii de presiune si temperatura. Pentru conditii normale de presiune si temperatura ratia de solutie se exprima in m3N/m3.

TN = 273,15 K ; tN = 0 C pN = 101325 Pa = 1,01325 10

5 N/m2 = 1,01325 bar

Pentru conditii standard de presiune si temperatura ratia de solutie se exprima in St m3/m3.

Ts = 288,15 K; ts = 15 C ps = pN

Gazele intrate in solutie sunt considerate ca fiind sub forma de lichid. Prin urmare, cresterea unui

volum de titei datorita intrarii in solutie a unui volum de gaze nu poate fi calculata pe baza volumului pe care l-ar ocupa gazele respective la temperatura si presiunea considerata. Cresterea reala de volum este mai mica decat volumul pe care l-ar ocupa gazul respectiv.

Daca se considera 1m3 de titei mort si gazele care-l insotesc, exprimate m3N sau Stm3, este evident ca actionand asupra acestui sistem prin marirea presiunii, o parte din gaze se dizolva in titei. Marind in continuare presiunea la un moment dat intreaga cantitate de gaze se dizolva in titei. Presiunea la care are loc acest fenomen se numeste presiune de saturatie psat. In termeni de zacamant presiunea de saturatie psat, se defineste ca fiind presiunea la care apar (ies din solutie) primele bule de gaze.

Ratia de solutie poate fi determinata cu ajutorul nomogramei lui Standing (fig. 1). Ratia de solutie poate fi determinata si analitic, in literatura de specialitate fiind prezentate o

multime de relatii de calcul. De exemplu:

rs = 0,134 rg 33

204,1

)1062,10288,0(

643,1768,1

/,10

103 mNmp t

rt

rt

(1)

in care: p este presiunea absoluta, bara; rg - densitatea relativa a gazelor in raport cu aerul; rt - densitatea relativa a titeiului in raport cu apa pura; t - temperatura, C.

2

Fig. 1. Nomograma pentru calculul ratiei de solutie (Standing).

Ratia gaze-titei RGT, se defineste ca fiind cantitatea totala de gaze (m3N sau Stm3) care insoteste 1 m3 de titei mort. Practic ea se determina pe baza etalonarii sondei, impartind debitul de gaze produs Qg , la debitul de titei al sondei Qt.

t

g

Q

QRGT

Fig. 2.

Avand in vedere ca la p = psat , toate gazele sunt dizolvate in solutie, rezulta ca rs = RGT. Deci,

psat poate fi determinat astfel:

3

- cu ajutorul nomogramei lui Standing, marcand pe aceasta punctul rs = RGT si procedand invers ca la determinarea ratiei de solutie;

- cu ajutorul relatiei (1) inlocuind rs = RGT si determinant psat .

Factorul de volum al titeiului bt , reprezinta volumul pe care il ocupa in conditii de zacamant 1m3 de titei mort. Factorul de volum are o valoare mai mare ca unitatea, datorita gazelor care intra in solutie in conditiile de presiune si temperatura existente in zacamant sau in tevile de extractie.

Influenta intrarii gazelor in solutie asupra lui bt , este preponderenta comparativ cu cea a presiunii si temperaturii. Dilatarea termica si compresiunea elastica a titeiului sunt fenomene care se contracareaza reciproc.

Coeficientul de volum bifazic u, se defineste ca fiind volumul pe care il ocupa la o presiune si

temperatura data 1m3 de titei mort impreuna cu gazele care-l insotesc. Prin urmare din volumul total de gaze asociate titeiului, o parte sunt dizolvate in solutie, iar cealalta se afla sub forma de gaze libere. Rezulta:

u = bt + Bg (RGT - rs);

Bg este factorul de volum al gazelor.

CURGEREA PLAN-RADIALA STATIONARA A LICHIDELOR

CURGEREA OMOGENA

O sonda care strabate intreaga grosime a stratului productiv si primeste fluid prin peretele ei natural (intreg) se numeste sonda perfecta din punct de vedere hidrodinamic. Daca stratul productiv este orizontal si are grosimea h constanta, iar sonda produce la o presiune dinamica de fund pd constanta, dintr-o zona cilindrica coaxiala avand pe frontiera de raza rc , presiunea constanta pc , miscarea este plan-radiala stationara.

Curgerea omogena are loc atunci cand in intregul zacamant presiunea este mai mare decat presiunea de saturatie ( p > psat ) iar de la rc la rs curge o singura faza, faza lichida.

Fig. 3.

4

Debitul sondei exprimat in conditii de zacamant, in cazul curgerii omogene este egal cu:

sct

dctt

rr

pphkQ

ln

)(2

(1)

In conditii de suprafata debitul va fi egal cu:

sctt

dctt

rrb

pphkQ

ln

)(2

(2)

In practica relatia (2) mai poate fi scrisa si sub forma:

Qt = IP(pc - pd) = IPp (3) unde IP este indicele de productivitate si este dat de relatia:

sctt

t

rrb

hkIP

ln

2

(4)

Indicele de productivitate se defineste ca fiind raportul dintre debitul de lichid produs de sonda si

caderea de presiune sub care are loc curgerea. De asemenea, indicele de productivitate arata cat produce o sonda corespunzator unei presiuni diferentiale ( pc - pd) egala cu 1 bar.

Pentru a putea compara capacitatea de productie a doua strate trebuie sa se tina seama si de grosimea lor. In acest sens s-a introdus notiunea de indice de productivitate specific, IPS, dat de relatia:

IPS = IP / h (5)

Deasupra presiunii de saturatie odata cu cresterea presiunii bt scade foarte putin (din cauza compresibilitatii lichidului) in timp ce t creste foarte putin (datorita faptului ca lichidul cu gazele in el se apropie tot mai mult de o stare complet lichida).

Fig. 4.

Asfel, s-a constatat ca pentru valori p > psat produsul btt este practic constant. De asemenea, in relatia (4), kt = constanta, h = constanta, rc = constanta, rs = constanta si btt = constant.

Rezulta deci ca in cazul curgerii omogene indicele de productivitate este constant figura 5.

5

Fig. 5.

N este cumulativul de titei extras. Reprezentand grafic debitul sondei functie de presiunea dinamica de fund Q = f (pd), se obtine

curba caracteristica sau curba de comportare a stratului si ea caracterizeaza curgerea prin zacamant. In literatura de specialitate ea este cunoscuta sub denumirea de curba IPR (Inflow Performance Relationship) figura 6.

Fig. 6.

constntIPpp

Q

pp

Qtg

dc

t

dc

t

2

2

1

1 (6)

Curba de comportare a stratului poate fi determinata astfel: 1. Se efectueaza o operatie de cercetare a sondei, in urma careia rezulta Qt, pc si pd. Se

reprezinta grafic cele trei puncte si se traseaza curba de comportare a stratului. Cu ajutorul relatiei (3) se determina indicele de productivitate.

2. Metoda prezentata mai sus implica oprirea sondei din productie pentru determinarea lui pc. Aceasta conduce la pierderi de productie si la costuri suplimentare. Mai simplu curba de comportare poate fi trasata efectuand doua etalonari (sonda este lasata sa produca pe doua duze cu diametre diferite) in urma carora rezulta doua seturi de perechi de valori Qt1, pd1 si Qt2, pd2. Reprezentand grafic aceste perechi de valori se obtine curba caracteristica a stratului. Ulterior se determina pc si IP.

6

Presiunea statica de zacamant si indicele de productivitate pot fi determinate si analitic scriind relatia (3) pentru cele doua seturi de perechi de valori:

)(

)(

22

11

dct

dct

ppIPQ

ppIPQ

Rezolvand sistemul de mai sus rezulta pc si IP.

a b c

Fig. 7.

Daca dupa un anumit timp de exploatare a sondei se traseaza din nou curba de comportare a

stratului si aceasta porneste de la un pc1 < pc , dar este paralela cu prima ( = constant) figura 7,a inseamna ca avem de-a face cu o depletare (scadere a presiunii) a zacamantului fara ca in jurul sondei sa fi aparut o zona contaminata.

Daca curba de comportare a stratului porneste de la aceiasi valoare pc dar cu un unghi 1 < - figura 7,b inseamna ca nu avem de-a face cu o depletare a zacamantului, ci doar cu o contaminare a zonei din jurul gaurii de sonda care face ca IP sa fie mai mic.

Daca curba de comportare a stratului porneste de la o valoare pc1 < pc si un unghi 1 < - figura 7,c inseamna ca in afara unei depletari a zacamantului, in jurul sondei a aparut o zona contaminata care face ca IP sa fie mai mic.

Daca sonda produce titei si apa rezulta:

p

QQ

p

QIP atl

(7)

unde:

scaa

dcaa

rrb

pphkQ

ln

)(2

(8)

7

ECHIPAREA SONDEI IN DREPTUL STRATULUI PRODUCTIV

Echiparea sondei in dreptul startului productiv se face in functie de natura rocii din care este constituit acesta si de gradul sau de consolidare. In acest sens exista doua cazuri distincte:

- strate alcatuite din roci compacte bine consolidate cum ar fi gresiile, calcarele dure etc.;

- strate alcatuite din roci slab consolidate sau neconsolidate (nisipuri). In cazul stratelor alcatuite din roci compacte bine consolidate la care peretii gaurii de

sonda sunt suficienti de rezistenti pentru a nu se surpa se poate adopta solutia ca stratul deschis prin foraj sa ramana netubat.

Sonda se sapa pana in acoperisul stratului productiv, dupa care se tubeaza si se cimenteaza. Ulterior stratul productiv se sapa cu sapa largitor figura 1.

Fig. 1.

Avantajele acestei scheme de echipare sunt urmatoarele: - sonda este prefecta dupa modul si gradul de deschidere: - suprafata mare de filtrare si in consecinta producerea unor debite mari de

fluide; - la saparea stratelor productive cu presiuni mici exista posibilitatea folosirii

fluidelor de foraj cu densitate mica (stratele de deasupra fiind izolate); - se creeaza conditii favorabile introducerii filtrelor impachetate cu pietris; - se reduc cheltuielile legate de tubarea, cimentarea si perforarea sondei;

Dezavantajele acestei scheme de echipare sunt urmatoarele: - creste durata de sapare a sondei;

8

- nu permite exploatarea selectiva si separata atunci cand avem un complex de strate productive;

- imposibilitatea realizarii unor tratamente de stimulare selective in cazul in care exista un complex de strate productive;

- imposibilitatea realizarii unui ecran impermeabil in calea gazelor sau a apei, daca exista cap de gaze sau apa de talpa;

- curatiri dese ale sondei in timpul exploatarii, datorita deprinderii fragmentelor de roca de pe peretii gaurii de sonda.

In cazul stratelor alcatuite din roci slab consolidate, sau neconsolidate se impune ca acestea sa fie echipate in mod corespunzator, atat pentru a asigura un suport adecvat pentru peretii gaurii de sonda, prevenind surparea acestora, cat si pentru oprirea patrunderii nisipului din strat in sonda.

Acest lucru se poate realiza in urmatoarele variante (fig. 2.):

a b

Fig. 2.

In cazul figurii 2,a coloana se tubeaza si se cimenteaza de la siu pana la o inaltime data, care acopera toate stratele productive intalnite. Dupa priza cimentului, coloana este deschisa in dreptul stratului productiv prin perforare.

Avantajele acestei scheme sunt: - scurtarea duratei de sapare a sondei; - permite exploatarea selectiva si separata a stratelor productive; - permite realizarea unor tratamente de stimulare selective ale stratelor; - permite izolarea apei de talpa si a gazelor din cupola de gaze prin cimentarea

sub presiune. Dezavantajele acestei scheme sunt:

- nu se cunoaste precis numarul de gloante care strabat coloana si inelul de ciment;

- nu se poate realiza un numar mare de perforaturi deoarece se micsoreaza rezistenta coloanei;

- sonda este imperfecta dupa modul si gradul de deschidere.

9

In cazul figurii 2,b coloana este perforata in dreptul stratului productiv de la suprafata. Cimentarea deasupra stratului productiv se face cu ajutorul niplului de cimentare prevazut cu orificii laterale. Patrunderea cimentului in spatele coloanei perforate este impiedicata de umbrela de cimentare. In locul umbrelei de cimentare se pot folosi packere inflatabile.

Avantajele acestei scheme de echipare consta in faptul ca numarul de perforaturi precum si distributia acestora poate fi aleasa de asa natura, incat coeficientul de prefectie dupa modul si gradul de deschidere sa aiba valoare maxima.

Dezavantajele sunt: - nu permite exploatarea selectiva si separata a stratelor atunci cand avem un

complex de strate productive; - nu permite realizarea unor tratamente de stimulare selective in cazul in care

exista un complex de strate productive; - operatiile de izolare a apei de talpa si a gazelor din cupola sunt greu de

realizat. In cazul in care in timpul procesului de foraj sunt intalnite strate cu presiuni mari sau

pierderi de circulatie sonda se tubeaza si se cimenteaza pana sub culcusul acestor strate. Se continua apoi forajul pana la stratul care prezinta interes, dupa care se tubeaza si se cimenteaza o coloana pierduta (liner) figura 3. Ulterior, daca este necesar, aceasta poate fi intregita la zi (pana la suprafata).

Fig. 3.

10

Daca prin metodele prezentate mai sus nu poate fi oprita patrunderea nisipului din strat in gaura de sonda, atunci pot fi folosite urmatoarele scheme de echipare:

a b c

Fig. 4.

Se introduce un filtru confectionat la suprafata si se fixeaza in coloana. Ulterior acest filtru poate fi impachetat cu pietris (operatia de Gravel packing) figura 4,b.

11

PREVENIREA SI COMBATEREA VIITURILOR DE NISIP

Exploatarea 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.

12

- 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;

13

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;

14

- 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.

15

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 pietrismid min75,0 . 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.

16

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

17

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:

18

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:

n

p

pnd

dR

19

in care: pd este diametrul mediu al pietrisului din impachetare;

nd - 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 Rpn

In 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.

20

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 pnR = 5...6 au loc podiri eficiente si

permeabilitatea pietrisului este maxima. La o valoare a lui pnR 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 pnR = 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 mmd 21,050 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.

21

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).

22

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 pnR (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

23

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

24

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

25

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:

np dd 5050 65 Ca diametru mediu se considera 50d (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.

26

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;

27

- 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

28

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.

29

Tevile de extractie

Tevile de extractie se utilizeaza la toate sistemele de exploatare a sondelor. Garnitura de tevi de extractie sustine echipamentul de fund si asigura ascensiunea fluidelor din strat pana la suprafata. Aceasta indeplineste mai multe roluri si anume :

- asigura, printr-o alegere judicioasa a diametrului si lungimii ei, folosirea rationala a energiei de zacamant;

- permite circulatia fluidelor din coloana in tevi si invers, pentru pornirea sau omorarea sondelor;

- protejeaza coloana de exploatare impotriva actiunii corozive sau abrazive a fluidelor in miscare;

- permite efectuarea operatiei de pistonare la punerea in productie a sondei;

- protejeaza coloana de exploatare (atunci cand se lucreaza cu packere), in cazul unor operatii sub presiune in sonda.

Tevile de extractie se construiesc din tuburi de otel fara sudura, laminate si trase la cald prin matrite. Conditiile de lucru din sonde fiind foarte diferite, este necesar sa se utilizeze tevi de extractie confectionate din oteluri capabile sa suporte solicitarile la care sunt supuse si actiunile mediului in care lucreaza. In acest sens, tevile de extractie se confectioneaza din :

- otel grad H 40 si J 55 pentru conditii normale de lucru si adancimi medii;

- otel grad C 75 si C 95 pentru mediu coroziv salin, combinat cu H2S si CO2 si adancimi medii si mari de lucru;

- otel grad N 80 pentru mediu coroziv salin si adancimi medii si mari; - otel grad P 105 pentru mediu normal si adancimi foarte mari.

Caracteristicile de rezistenta ale otelurilor din care sunt confectionate tevile de extractie sunt prezentate in tabelul 1. Conform standardului Institutului American de Petrol (API) Spec. 5 CT tevile de extractie se executa in urmatoarele clase de rezistenta: H 40, J 55, L 80, N 80, C 90, T 95 si P110.

30

Tabelul 1

Caracteristicile de rezistenta ale otelurilor pentru tevi de extractie Marca otelului sau clasa de rezistenta

Rezistenta minima la rupere,

N/mm2(kgf/mm2)

Limita minima de curgere,

N/mm2(kgf/mm2)

Observatii

D H 40 J 55 C 75 C 95 N 80 P 105

660 (66,0) 424 (42,4) 527 (52,7) 668 (66,8) 738 (73,8) 703 (70,3) 844 (84,4)

380 (38,0) 281 (28,1) 387 (38,7) 527 (52,7) 668 (66,8) 562 (56,2

738 (73,8)

c = (0,6 0,7) r a = 0,8 c a - rezistenta admisibila (care se ia in calcul) r rezistenta minima la rupere

Indicii 40, 55,.........,105 sunt legati de calitatea otelului si ei reprezinta efortul unitar minim de curgere in 103 psi (1 psi = 0,06895 10-2 daN/mm2 ). De exemplu pentru otelul P 105 , cmin = 10510

3 psi sau cmin = 105 103 0,06895 10-2 = 72,3975 daN/mm2. Pentru calculele de rezistenta, la toate otelurile, efortul unitar admisibil este a = 0,8 c. Se construiesc tevi de extractie cu diametrul nominal de : 1,050 ; 1,315 ; 1,660 ; 1,900 ; 2,063 ; 2 3/8 ; 2 7/8 ; 3 1/2 ; 4 si 4 1/2 in. Prin diametrul nominal se intelege diametrul exterior al corpului tevii. In schele se mai utilizeaza ca diametru nominal si diametrul interior (dupa vechiul sistem). Lungimea tevilor de extractie este cuprinsa intre intervalele 6,10....7,32 m si 8,53.....9,75 m. Al doilea interval este cel mai frecvent si se poate considera o lungime medie de 9 m. Dupa tipul filetului si al imbinarilor, tevile de extractie se pot incadra in urmatoarele grupe : Tevi de extractie cu capete neingrosate (non-upset tubing sau NU) (fig. 1, a). Se fabrica conform API Std. 5A si 5AX. Acestea au filetul rotunjit API (cu unghiul flancurilor de 600 si conicitatea 1:16 ) si mufe exterioare separate. Prin filetare, rezistenta tevilor scade cu 15-20 % fata de rezistenta corpului in portiunea nefiletata. Se folosesc la sondele cu adancime mica.

31

Fig. 1. Tevi de extractie.

Tevi de extractie cu capete ingrosate la exterior (external-upset tubing sau EU) (fig. 1, b). Se fabrica conform API Std. 5A si 5AX si au acelasi filet ca si tevile neingrosate.Tevile de extractie cu capetele ingrosate, pentru acelasi diametru nominal, au o sectiune utila in dreptul filetului cu 30-60 % mai mare decat cele cu capete neingrosate, fapt pentru care suporta sarcini superioare si pot fi folosite la sonde cu adancimi mari si la presiuni mari. La tevile de extractie cu capete ingrosate filetul se poate executa fie cu lungime normala (filet normal), fie cu lungime mai mare (filet lung), pentru imbinari cu rezistenta mai mare. Tevi de extractie cu mufe din corp (integral joint). Acestea sunt prevazute cu imbinari speciale tip Extreme Line, Omega, Hydrill etc. (fig. 2) si sunt folosite la sondele de mare adancime (in mod deosebit pentru sondele cu presiuni mari de gaze). Se folosesc ca tevi paralele sau tevi interioare, cand se introduc in sonda mai multe randuri de tevi. Acestea prezinta avantajul ca pentru acelasi diametru nominal al tevii au un diametru exterior al mufei mai mic, putandu-se introduce in coloane cu diametru mic.

32

Fig. 2. Tevi de extractie cu imbinari speciale:

a Extreme Line; b Hydrill; c Omega.

Observatii : 1) In afara de forma filetului (rotunda, trapezoidala), pentru a se evita infiletarea gresita a diverselor tipuri de filete, este necesar sa se cunoasca si numarul de pasi pe in (25,4 mm) si anume : - filetul API pentru tevi cu capete neingrosate are 10 pasi/in pentru diametrele de 1,05 - 3 in si 8 pasi/in pentru diametrele de 4 - 4 in; - filetul API pentru tevi cu capete ingrosate are 10 pasi/in pentru diametrele de 1,05 - 1,9 in si 8 pasi/in pentru diametrele de 2 - 4 in; - filetul trapezoidal Extreme-Line are 6 pasi/in pentru diametrele de 2 - 3 in; - filetul trapezoidal Omega are 8 pasi/in pentru diametrele de 1,05 - 1,9 in si 6 pasi/in pentru diametrele de 2 - 4 in; - filetul trapezoidal Hydrill CS are 8 pasi/in pentru toate diametrele. 2) La sondele in eruptie naturala si eruptie artificiala care produc fluide corozive (apa sarata, H2S, CO2) si la sondele de injectie de apa reziduala

33

trebuie utilizate numai tevi de extractie acoperite la interior cu rasini epoxidice sau fenolice si cu mase plastice. 3) Tevile de extractie nu se vor folosi la operatii de frezare a dopurilor de ciment sau a altor scule si materiale ramase in sonda. Siul tevilor de extractie. La partea inferioara a tevilor de extractie se monteaza un siu numit si sabot (fig. 3) care are diametrul interior d3 mai mic decat al tevilor.

Fig. 3. Siu pentru tevi de extractie

Acesta are urmatoarele functiuni : - protejeaza capatul inferior al tevilor si

constituie un ghidaj la introducerea acestora in sonda ;

- retine diferitele scule scapate accidental in sonda (pistoane, sabloane, curatitoare depafarafina etc.), permitand totodata trecerea prin el a manometrului de fund, aparatelor de luat probe etc. ;

- ghidajul conic interior ghideaza aparatele mentionate mai sus la extragere ;

34

CAPETE DE ERUPTIE

Pentru a realiza etansarea intre tevile de extractie si coloana de exploatare si pentru dirijarea si controlul curgerii fluidelor prin tevile de extractie, la gura sondei se foloseste o instalatie alcatuita din :

- dispozitivul de suspendare a tevilor de extractie ; - capul de eruptie propriu-zis.

Dispozitivul de suspendare a tevilor de extractie. Dispozitivul de suspendare a tevilor de extractie (denumit in santier si tubing head sau oala de etansare se monteaza pe flansa de etansare a coloanei de exploatare si serveste atat la suspendarea tevilor de extractie cat si la etansarea spatiului inelar dintre acestea si coloana de exploatare. Este prevazut cu doua brate laterale asezate la 1800 unul de altul, care permit controlul presiunii din coloana sau pomparea de fluide in scopul pornirii sau omorarii sondei. Dispozitivele pentru suspendarea tevilor de extractie sunt de doua tipuri:

- tipul I, pentru presiuni de 140 si 210 bari, cu suspendarea tevilor in flansa dubla (fig.1) ;

- tipul II, pentru presiuni de 210, 350, 700 si 1050 bar, cu suspendarea tevilor de extractie in boneta (fig.2).

Fig. 1. Dispozitiv pentru sustinerea Fig. 2. Dispozitiv pentru sustinerea tevilor de extractie tip I : tevilor de extractie tip II: 1 - flansa dubla; 2 - boneta; 1 falnsa dubla; 2 boneta; 3 agatator 3 - mufa tronconica de sustinere; 4 element pentru etansare exterioara; 4 - inel de etansare; 5 piulita pentru 5 surub de blocare fixarea mufei; 6 garnituri inelare; 7 supapa de contapresiune

35

Dispozitivul tip I se recomanda la sondele la care, se poate da la o parte prevenitorul si se poate monta capul de eruptie cu tevile de extractie deschise. Etansarea spatiului inelar se realizeaza prin piesa tronconica 3 (piatra). Pe exteriorul conic sunt practicate doua canale in care se fixeaza garniturile de etansare 6. Etansarea este asigurata si prin strangerea piulitei 5, care preseaza piatra in locasul sau. La partea superioara piatra este prevazuta cu un filet in care se insurubeaza un protector, care are rolul de a proteja filetul impotriva loviturilor, in timpul introducerii sau extragerii diferitelor scule sau dispozitive in tevile de extractie. Cand se extrag tevile de extractie, in acest filet se insurubeaza bucata de manevra (suveiul). Dispozitivul tip II da posibilitatea manevrarii tevilor de extractie sub presiune. Suspendarea tevilor de extractie se face in agatatorul 3 (hanger), infiletat in boneta 2. Etansarea spatiului inelar se realizeaza cu o piesa speciala de etansare 4, cu garnituri, care este presata in locasul sau cu suruburile de blocare 5.Dispozitivul asigura o etansare mai buna a spatiului inelar la presiuni mari. La ambele tipuri de dispozitive se poate monta o supapa de contrapresiune (fig.3) care asigura inchiderea sondei in scopul efectuarii unor reparatii la echipamentul de suprafata. Folosirea acesteia inlatura necesitatea de a omori sonda; deci evita colmatarea stratului productiv si reduce timpul de oprire al sondei. Introducerea si extragerea supapei de contrapresiune se face cu ajutorul dispozitivului din figura 4, care poate lucra sub presiune montat peste flansa ventilului 5 (fig.5). Flansa 6 se aseaza peste ventilul de deasupra capului de eruptie. Prin intermediul ventilelor 7 se egalizeaza presiunea din capul de eruptie pe capetele tijei 5, astfel ca aceasta poate fi rotita si manevrata pe verticala manual, cu ajutorul unui cleste. Prin intermediul dispozitivului de legarura 8 din capatul inferior, se introduce o supapa de contrapresiune sau un dop in agatatorul de tevi. Capul de eruptie propriu-zis. Este compus dintr-un ansamblu de armaturi si robinete care se monteaza deasupra dispozitivului de sustinere a tevilor de extractie si are urmatoarele functiuni:

- permite inchiderea sondei; - permite reglarea debitului de fluide al sondei cu ajutorul duzelor; - permite circulatia fluidelor din spatiul inelar in tevile de extractie si invers;

36

Fig.3. Supapa de contrapresiune Fig.4. Dispozitiv pentru introdus si extras supape de contrapresiune: 1 dop; 2 cep de introducere; 3 - cep de extragere; 4 reductie cu flansa; 5 tija; 6- flansa; 7 ventil; 8 dispozitiv de legatura;

- permite masurarea presiunii si temperaturii la gura sondei.

Capul de eruptie se construieste din otel de calitate superioara, deoarece pe langa faptul ca suporta presiunea existenta in sonda, el trebuie sa reziste si la actiunea coroziva a apei sarate, care insoteste titeiul, sau la actiunea abraziva a nisipului antrenat din strat. Cand se ridica tevile de extractie prin bacurile inchise ale prevenitorului suporta si greutatea acestora (vezi punerea in productie a sondelor de mare adancime). Capetele de eruptie se construiesc pentru presiuni de lucru de:140, 210, 350, 700 si 1050 bar. La zacamintele noi se aleg capete de eruptie a caror presiune de lucru este mai mare sau cel putin egala cu presiunea de strat initiala.

37

Din punct de vedere constructiv, capetele de eruptie se prezinta in doua variante :

- tip CEA, capete de eruptie asamblate cu un singur brat (CEA 1) sau cu doua brate (CEA 2) (fig.5);

Fig.5. Cap de eruptie cu doua brate: 1 dispozitiv pentru sustinerea tevilor de extractie; 2 ventil principal; 3 cruce; 4 ventil pe brat; 5 ventil pentru pistonat; 6 baston; 7 supapa de retinere; 8 dispozitiv de reglare a debitului; 9 dop de 3 in; 10 flansa pentru introducerea curatitorului de parafina.

- tip CEM, capete de eruptie monobloc, cu un singur brat, cu un singur robinet pe linia principala (CEM 11) (fig.6) sau cu doua robinete pe linia principala (CEM 12).

Capetele de eruptie asamblate pot sa aiba sau sa nu aiba legatura coloana-tevi de extractie (baston). Capetele de eruptie CEA 1- cu un brat - pentru presiuni de 140, 210 si 350 bar se folosesc la sondele care nu prezinta pericol in exploatare si la care opririle necesare pentru diverse lucrari de suprafata nu pun probleme in functionarea sondelor.

Fig.6 Cap de eruptie monobloc.

Capetele de eruptie CEA 2 - cu doua brate - pentru presiuni de 210, 350, 700 si 1050 bar se folosesc la sondele cu dificultati in exploatare, la care pentru siguranta sunt necesare doua cai de dirijare a productiei sau

38

eventual de omorare a sondei si la sondele de mare adancime. Se construiesc cu doua robinete principale si cu unul sau doua robinete pe brate. Capetele de eruptie monobloc prezinta avantajul ca sunt mai usoare decat cele asamblate si elimina numarul mare de etansari metalice dintre robinete si corpul capului de eruptie, etansari care in cazul unor defectiuni de montaj sau sub efectul presiunii fluidelor care curg prin ele, eventual si al unor agenti puternic corozivi, pot sa cedeze. Prezinta dezavantajul ca sunt mai greoaie pentru transport si montaj, neputandu-se demonta in parti componente si nu permit inlocuirea unor parti defecte. La ambele tipuri se poate adapta la partea superioara dispozitivul pentru introducerea si extragerea sub presiune a supapei de contrapresiune (fig.4). Supapa de retinere (numita in santier si rckschlag) 7, permite trecerea fluidelor numai intr-un singur sens (spre coloana sondei) (fig.7). Atunci cand se omoara sonda prin circulatie, folosirea ei pe intrarea fluidului de omorare in capul de eruptie este obligatorie, deoarece impiedica intoarcerea fluidului introdus sub presiune dupa oprirea pomparii sau in alte cazuri accidentale (spargerea conductei prin care se face pomparea etc.). Duzele sunt ajutaje cu ajutorul carora se regleaza debitul de titei si de gaze al sondei. Ele pot fi fixe sau reglabile. - Duza fixa 4 se monteaza in capul de eruptie intr-un locas numit portduza (fig.8), fiind construita dintr-un corp de otel masiv, rezistent la abraziune sau din materiale mineralo-ceramice de mare duritate.

Fig.7. Supapa de retinere: Fig.8. Locasul portduza: 1 corp; 2 supapa; 3 arc; 1 corpul locasului; 2 caseta duzei; 4 garnitura; 5 piulita; 3 siguranta duzei; 4 duza; 5 zona filetata.

39

- Duza reglabila (fig.9) permite obtinerea unor sectiuni diferite de trecere a fluidului prin manevrarea tijei 1, care schimba pozitia acului 2, fata de scaunul 3. Se foloseste la punerea in productie a sondelor pana la curatirea stratului de noroi sau nisip, deoarece duzele fixe se infunda usor cu impuritatile venite din strat, precum si la operatiile de omorare a sondelor.

Fig.9 Duza reglabila

Capete de eruptie pentru exploatare duala. In cazul exploatarii simultane si separate a doua strate cu doua randuri de tevi de extractie, se foloseste un cap de eruptie dual (fig.10) care asigura sustinerea si etansarea celor doua garnituri de tevi si dirijarea separata a fluidelor extrase. Dispozitivul de suspendare a tevilor de extractie (fig.11) este astfel construit, incat cele doua garnituri de tevi sa poata fi introduse independent una de alta. Fiecare garnitura de tevi se fixeaza in cate un semicilindru masiv 2, prevazut la extremitati cu filet pentru tevi, iar la mijloc cu un filet special pentru montarea unei supape de contrapresiune sau a unui dop. Semicilindrii sunt prevazuti cu 2-3 garnituri de etansare in flansa dubla si de asemenea, cu elemente de etansare in flansa superioara (boneta). In filetul superior al semicilindrilor se insurubeaza piesa 3, asemanatoare protectorului si care are rolul de a etansa in boneta.

40

Fig,10. Cap de eruptie dual: Fig.11. Dispozitiv pentru suspendarea tevilor 1 - dispozitiv pentru sustinerea tevilor de extractie dual: de extractie; 2 boneta; 3 - cruce; 1 flansa dubla; 2 element de sustinere 4 ventil pe brat; 5 dispozitiv pentru (piatra); 3 protector. reglarea debitului.

La partea superioara a capului de eruptie se poate monta dispozitivul pentru introducerea si extragerea sub presiune a supapelor de contrapresiune, precum si instalatia pentru manevra in sonda sub presiune a dispozitivelor introduse cu sarma.

41

Packere

Packerele sunt dispozitive care impiedica comunicatia dintre tevile de

extractie, prajini de foraj, coloane pierdute, etc. si coloana de tubaj a sondei sau peretii gaurii de sonda, in care acestea se fixeaza. Primele sunt cunoscute sub numele de packere de coloana, iar ultimele, fixate in teren, sub numele de packere de teren.

In tehnologia moderna de extractie a titeiului si gazelor packerele sunt folosite la un numar foarte variat de operatii, cum ar fi:

- exploatarea simultana si separata a doua sau mai multe strate; - executarea unor operatii de injectie sub presiune in strat pentru

protejarea coloanei de exploatare; - injectarea de abur, pentru izolarea spatiului inelar; - testarea stratelor cu ajutorul probatoarelor de strat; - punerea in productie prin pistonare, pentru a realiza o pornire mai

rapida si mai economica. Dupa modul de folosire, packerele se impart in doua categorii:

packere de tip permanent si packere de tip recuperabil. Packerele de tip permanent se folosesc la probele de productie la

sondele de mare adancime si marine, la exploatarea simultana si separata a doua sau mai multe strate etc. Odata introduse in sonda, acestea nu se mai pot extrage; de aceea, se contruiesc din materiale frezabile, pentru a putea fi indepartate din sonda in cazuri accidentale.

Dupa modul de fixare packerele se clasifica astfel: - packere cu fixare mecanica, prin manevre de rotire, manevre

verticale sau o combinatie a acestora; - packere cu fixare hidraulica, prin crearea unor presiuni in tevi; - packere cu fixare prin actiunea unei explozii lente in special in

cazul packerelor permanente; - packere cu fixare termica, provocata de injectia unui agent termic,

in special la sondele de injectie de abur. Dupa sistemul de fixare avem: - packere cu bacuri; - packere fara bacuri (cu picior, cu ancora, cu actionare prin

expandare hidraulica sau termica).

42

Calculul fixarii packerelor

Pentru determinarea rezultantei fortelor care actioneaza asupra unui packer, se considera ca sens pozitiv sensul gravitational.

De asemenea, se considera ca diametrele interior si exterior al tevolir cu care s-a introdus packerul sunt egale cu ale corpului de fixare (teava interioara) a packerului, neglijandu-se prezenta mufelor.

Fortele care actioneaza asupra unui packer sunt urmatoarele 1.Forta de compresiune, G, care trebuie lasata pe packer, dupa fixarea acestuia, pentru asigurarea etansietatii. Aceasta forta rezulta din lasarea pe packer a unei parti din greutatea tevilor cu care s-a introdus in sonda. 2.Forta de presiune, F1, care actioneaza in spatiul inelar deasupra packerului (fig.1)

cei pdDF 2214

(1)

Fig. 1. Schema unui packer fixat in coloana

1. Forta de presiune, F2, care actioneaza sub packer:

t2224

pdDF ei

(2)

2. Forta de presiune, F3, care actioneaza asupra sectiunii pline a tevilor:

43

t2234

pddF ie

(3)

in care: Di diametrul interior al coloanei in care se fixeaza packerul, m; di, de diamerul interior respectiv exterior al tevilor de extractie, m; pt , pc presinea din interiorul tevilor respectiv din coloana calculata la nivelul packerului, N/m2. gHpc

unde: H este adancimea de fixare a packerului, m; - densitatea lichidului din sonda, in momentul fixarii, kg/m3.

In ceea ce priveste pt , exista doua situatii: - operatii de injectie sub presiune, la care: gHpp injinjt

unde pinj este preiunea deinjectie la suprafata, in metri , iar inj densitatea

lichidului injectat. - operatii de denivelare, la care

pt = ( H H0 ) g

unde H0 este adancimea de denivelare.

5. Forta de umflare,Fu,datorita variatiei de presiune. In timpul operatiilor in sonda,pe langa G,F1,F2 si F3,mai intervin si

fortele rezultate din variatia diferentei de presiune dintre interiorul si exteriorul tevilor de extractie. Presiunea interioara din tevile de extractie produce atat marirea diametrului interior al acestora,deci o umflare (balonare),cat si o flambare (buclare) a tevilor (fig.2). Fenomenului de umflare generat de presiunea in tevi i se opune efectul presiunii din coloana.Tevile de extractie fiind fixate in capul de eruptie tind din cauza umflarii lor,conform legii generalizate a lui Hooke,sa traga in sus de packer cu o forta Fu care rezulta din relatia:

Fu = tecmitm a

t

dp

t

dp

2

*

2

(4)

in care : ptm - diferenta dintre presiunea medie din interiorul tevilor de extractie in timpul operatiei si presiunea medie din tevi in momentul fixarii packerului,N/m2; pcm - are aceeasi semnificatie ca mai sus,cu deosebirea ca referirea se

44

face la coloana,N/m2; t - grosimea peretelui tevilor de extractie,m; at - aria sectiunii metalice a tevilor de extractie,m

2; - coeficientul lui Poisson ( = 0,3). Presiunea medie se ia pe baza mediei aritmetice intre presiunile de la suprafata si presiunile din dreptul packerului. Fu este orientata in sus cand ptm > pcm . 6. Forta Ff,datorita efectului de flambaj in spirala (buclare). Fenomenul de flambare apare ori de cate ori printr-un tub liber la un capat se vehiculeaza un fluid sub presiune. Intr-un fel,cazul tevilor de extractie libere,la capatul de jos si supuse la presiune,este o reciproca a principiului manometrului: un tub incovoiat si inchis la un capat,sub presiune tinde sa se indrepte.In cazul de fata,un tub drept si liber la capat sub presiune, tinde sa se incovoaie (flambeze).Forta care produce flambarea se poate pune in evidenta imaginandu-se situatiile prezentate in fig.2.

Fig.2 Ilustrarea grafica a fenomenului de flambare datorita presiunii interioare.

Trecerea din pozitia a in pozitia b este evidenta.Exercitand presiune in interiorul tubului,pentru a mentine capacul 2 la o distanta extrem de mica de

tubul 1,trebuie sa se actioneze asupra resortului cu o forta F = te p

d

4

2

Pentru o anumita presiune F = F, resortul este la fel de intins si este de asteptat ca tubul 1 sa arate in pozitia c la fel ca in pozitia b, adica sa

45

flambeze.Figura 2, c pune in evidenta totodata si marimea fortei care provoaca flambajul (buclarea) : aria sectiunii libere a tevilor multiplicata cu presiunea interioara.Daca tubul din figura 2 ar arata ca in fig.3, a sau 3, b evident ca forta care ar provoca flambajul ar fi asa cum s-a aratat mai sus:

F = te p

d

4

2 (5)

Fig.3 Influenta sectiunii capatului liber asupra fenomenului de flambare.

Fenomenul de flambare al tevilor conform fig.3 este insa influentat in acest caz de presiunea care actioneaza pe suprafata de trecere de la un diametru la altul. Tinand seama de cele prezentate mai sus rezulta pentru forta de flambaj urmatoarea relatie:

Ff = 4

de

2 ( pt pc )

Daca presiunea in tevi si in coloana la nivelul packerului a variat cu pt si pc, relatia de mai sus devine:

Ff = 4

de

2 ( pt pc ) ( 6 )

Garnitura de tevi de extractie va flamba daca Ff este pozitiva si va ramane dreapta daca Ff este negativa sau zero. 7. Forta Ft ,care apare datorita variatiei de temperatura,la care sunt supuse tevile de extractie in timpul operatiei fata de momentul initial (fixarii packerului).Forta Ft se determina exprimand alungirea l atat prin variatia temperaturii l = l tm cat si prin legea lui Hooke l = Ftl/Eat.

46

Rezulta : Ft = at Etm ( 7 ) in care : este coeficientul de dilatare termica al materialului ( = 1,242 * 10-5 m/m 0C ); E - modulul de elasticitate al materialului,N/m2; tm - variatia temperaturii medii,

0C. tm = tm - tm ( 8 ) In timpul initial