INTRODUCERE

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

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

Sistemul de circulatie a fluidului de foraj are ca principala componenta pompa de noroi. Sunt pompe cu pistoane, duplex (doua pistoane) sau triplex (trei pistoane), cu puteri hidraulice de 700…1600CP functie de performantele maxime asteptate de la instalatie, cel mai des cate doua de acelasi fel, mai rar una sau mai mult de doua in aceeasi instalatie.

Pompa trage fluidului de foraj din habele (rezervoare paralelipipedice 50…70 m³) de depozitare si-l pompeaza prin manifold (sistem de ventile pentru control), colector (conducta orizontala pana la baza turlei), incarcator (conducta verticala de 15…20 m pe o latura a turlei instalatiei), furtun de foraj (element flexibil rezistent la presiune), cap hidraulic (echipament agatat in macara, ce sustine garnitura si ii permite rotirea, dar si circulatia fluidului din furtun in interiorul acestuia). De aici, circuitul fluidului de foraj urmeaza interiorul prajinii de antrenare (prima prajina din garnitura), interiorul garniturii de prajini de foraj si de prajini grele (situate deasupra sapei si mai groase la perete pentru a realiza apasarea), va trece prin duzele sapei, va spala talpa de detritus (fragmentele de roca dislocata) si-l va transporta la suprafata prin spatial inelar format intre garnitura de foraj si peretele sondei. De la gura sondei, prin derivatie si jgheaburi, ajunge in habele de depozitare, si circuitul se inchide, dar nu inainte de a trece printr-un sistem de echipamente ce asigura curatirea fluidului de foraj de detritus transportat, de gazele eventual patrunse (site, denisipatoare, demaluitoare, centrifuge, degazoare etc.). Pe habe si langa habe exista echipamentele si toate cele necesare (pompe auxiliare, palnii, agitatoare, habe de tratament, magazine cu chimicale, macara pentru manevrarea containerelor, aparatura de laborator etc.) prepararii si conditionarii proprietatilor fluidului de foraj.

1

PROPRIETATILE FLUIDULUI DE FORAJ

1. Densitatea materialelor pulverulente

Prin definitie, densitatea reprezinta masa unitatii de volum. Se noteaza cu ρ si se exprima in kg/m³, kg/dm³, g/cm³.

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

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

2. Densitatea fluidului de foraj

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

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

Ph=H ρn gIn masivul de roci intr-un punct aflat la adancimea H, apa continuta in pori, daca

nu este izolata de conditiile de la suprafata, se va gasi la o presiune ce poate fi determinate cu aceeasi relatie.

Pentru densitatea apei din porii rocilor, ρa, se admit valorile:ρa=1027kg/m3, care este densitatea apei de mare cu salinitatea totala de

3,7g/l;ρa=1070…1073 kg/m3, care este densitatea unei ape de zacamant tipice, cu

salinitatea in NaCl de 80g/l; ρa=1150 kg/m3, care este densitatea apei sarate saturate, intre 50 si 100oC.

Presiunea de strat (din pori) egala cu presiunea hidrostatica, calculate in limitele acestor valori, este considerata presiune de strat normala. In aceste situatii fluidele de foraj utilizate au densitati in domeniul, ρn=1100…1200kg/m3 si pot fi preparate numai din apa si argila.

Daca presiunea de strat are valori mai mari, pp ≥ ph, se considera presiune anormal de mare, stratul este suprapresurizat si in aceste cazuri se utilizeaza fluide de foraj ingreunate cu densitatea ρn=2000…2300kg/m3.

2

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

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

Ps = ph + p0 = H ρng + p0

unde p0 este presiunea la gura sondei, daca exista.Presiunile reale din sonda difera de cele calculate cu densitatea noroiului

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

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

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

3. Vascozitatea aparenta si gelatia fluidului de foraj

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

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

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

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

4. Proprietatile reologice ale fluidului de foraj

Comportarea la curgere a fluidelor si a sistemelor disperse cu faza continua fluida este descrisa printr-o serie de modele matematice, denumite si ecuatii constitutive, legi de

3

curgere sau modele reologice. Ele exprima relatia dintre tensiunile tangentiale τ, care iau nastere intr-un fluid in miscare si vitezele de deformare (forfecare) dv/dx , in regim laminar de curgere.

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

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

5. Proprietatile tixotropice

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

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

Initial, gelificarea se desfasoara rapid, apoi ritmul se incetineste, dar procesul poate continua cateva ore, zile sau chiar luni.

Limita inferioara a tensiunii statice de forfecare, corespunzatoare gelurilor foarte slabe, este de 1,5…2 N/m2, in timp ce limita superioara, specifica gelurilor puternice, se situeaza intre 15…20 N/m2 .

Fluidele de foraj cu proprietati tixotropice sunt capabile sa mentina in suspensie materialele inerte de ingreunare si detritusul, insusire necesara mai ales la oprirea circulatiei in sonda. Totusi, valorile ridicate ale tixotropiei (gelatii mari si viteze rapide de galificare), provoaca greutati la curatirea fluidului de foraj, presiuni sau depresiuni periculoase la pornirea circulatiei sau manevrarea materialului tubular aflat in sonda.

6. Continutul de lichide solide

Pentru fluidele de foraj pe baza de apa si argila, faza continua este solida din argila (pentru crearea suportului coloidal) si materiale de ingreunare, iar faza lichida din apa si, eventual, motorina, in cazul in care noroiul a fost emulsionat.

Se accepta ca detritusul a fost separat in sistemul de curatire al instalatiei de foraj, fractiunile fine de argola inglobate in noroi, intrand in categoria argila.

Fluidele care contin apa si petrol sunt analizate cu ajutorul a diferite retorte, prin distilarea unui volum cunoscut de noroi sa masurarea lichidelor condensate.

4

La fluidele pe baza de produse petroliere faza lichida este alcatuita din apa si motorina, iar faza solida din materiale de ingreunare si cele folosite pentru controlul proprietatilor colmatante si structurale.

Analiza continutului de solide si lichide prin metoda retortei se face pentru a stabili compozitia oricarui fluid, dar mai ales la cele cu continut redus de solide argiloase, unde intereseaza in mod deosebit procesul de argila(Vag in % volum/volum) si cele pe baza de produse petroliere, la care raportul motorina/apa si continutul de solide au influenta directa asupra proprietatilor reologico-coloidale si stabilitatii noroiului.

7. Continutul echivalent de betonita

In fluidele de foraj pe baza de apa si argila se afla, de regula, minerala argiloase apartinand tuturor grupelor de argile cunoscute. Dintre acestea, argilele betonitice sunt cele care confera nororiului proprietati structural-mecanice, de filtrare si colmatare, precum si comportarea lor la diferite tratamente sau in prezenta contaminantilor. De asemenea, betonitele sunt cele care prin proprietatile lor de hidratare si umflare se dispersa la nivel colloidal si au o mare capacitate de schimb cationic.

Capacitatea totala de schimb cationic da indicatii asupra continutului de minerale active, fata de restul mineralelor inactive din sistem.

Dintre metodele de masurare a capacitatii de schimb cationic, cea mai utilizata este metoda albastrului de metilen. Determinarea se bazeaza pe adsorbtia mult mai intense a albastrului de metilen de catre betonita (aproximativ 0,25…0,3g albastru de metilen la 1g betonita) fata de celelalte minerale argiloase.

Deoarece albastrul de metilen cansumat in timpul masuratorii, care sta la baza calcularii continutului de betonita, este adsorbit intr-o oarecare masura si de minerale argiloase nebetonitice, ceea ce se determina prin calcul se numeste, conventional, continutul echivalent de betonita (continutul real de betonita va fi ceva mai mic).

Stabilirea continutului echivalent de betonita serveste la calcularea unui indicator important, mai ales la asa-zisele fluide cu continut redus de solide argiloase. Metoda este insa aplicabila si pentru determinarea capacitatii de schimb cationic a unei roci argiloase oarecare (din detritus sau dintr-o carota).

8. Continutul de nisip

Continutul de nisip dintr-un fluid de foraj se exprima prin concentratia volumica, procentuala, de particule solide cu diametrul, dp>74m si se masoara, de regula, dupa ce fluidul a trecut prin sistemul de curatire de la suprafata (site vibratoare, hidrocicloane etc.). Prin nisip se intelege totalitatea particulelor solide din fluidul de foraj, provenite din rocile traversate (intercalatii nisipoase, gresii slab consolidate etc.), cu diametrul cuprins intre 75 si 150 m,care, de regula, nu influenteaza sensibil proprietatile utile ale fluidului de foraj (densitate,vascozitate), in schimb, aceste particule grosiere provoaca uzura echipamentului prin care circula fluidul de foraj.

5

Nisipul imprima fluidului de foraj proprietati abrasive si erosive, reducand durata de functionare a pompelor, a lagarelor, duzelor sapei etc., iar atunci cand este in concentratii excessive creaza pericolul de prindere a garniturii de foraj la oprirea circulatiei.

Se determina prin diluarea si cernerea unui volum masurat de noroi pe o sita de 74m, prin elutriere (antrenarea intr-un curent ascensional a particulelor mai mici de 74 m) sau prin sedimentare intr-un decantor. Se exprima procentual, fata de volumul de fluid analizat.

9. Continutul de gaze

In timpul forajului, la traversarea unor formatiuni gazeifere, acestea pot patrunde in noroi, scazand densitatea lui si provocand o crestere a vascozitatii. Acelasi fenomen se poate produce si in timpul ingreunarii sau a altor tratamente chimice.

In laborator, continutul de gaze se poate determina prin diluarea noroiului: vascozitatea lui scade si gazele se elimina la o simpla agitare.

In mod practice se procedeaza astfel: se toarna 100 cm3 noroi intr-un cilindru gradat cu dop rodat de 250 cm3. se completeaza cu apa si se agita intens timp de un minut. Se lasa apoi un timp sufficient in repaus, dupa care se citeste volumul de amestec. Diferenta fata de 250 cm3 constituie tocmai concentratia de gaze, in procente.

Continutul de gaze se poate determina cu mai multa precizie prin distilare in vacuum. Vaporii de apa sunt condensati, iar gazelle trec printr-un tub gradat, unde li se poate masura volumul pe care il ocupa.

10. Capacitatea de filtrare si colmatare

La deschiderea prin foraj a formatiunilor, rocilor ce la compun (din peretele sondei) vin in contact cu fluidul de foraj. Datorita diferentei pozitivedintre presiunea fluidului din sonda si cea a fluidelor din porii rocilor, o parte din faza libera a noroiului va patrunde in pori (fenomenul de filtrare) si, simultan, pe peretele sondei se depun o parte din particulele solide din noroi, sub forma unei turte (fenomenul de colmatare).

In faza initiala, viteza de filtrare este determinata de permeabilitatea rocii, iar dupa podirea porilor superficiali cu particule solide (asa-zisul colmataj intern) si initierea turtei de colmatare propiu-zisa, viteza de filtrare scade simtitor, fiind dependenta in mare parte doar de permeabilitatea turtei, care este mult mai mica decat cea a rocilor.

Un bun fluid de foraj trebuie sa posede un filtrat redus si o turta de colmatare subtire, pentru a nu afecta stabilitatea rocilor slab consolidate si, mai ales, permeabilitatea stratelor purtatoare de hidrocarburi.

Capacitatea de filtrare a unui fluid de foraj caracterizeaza starea fizico-chimica a sistemului, respective: gradul de dispersie si hidrofilitatea particulelor solide, prezenta si concentratia coloizilor de protectie, prezenta contaminantilor, care provoaca fenomenul

6

de coagulare a particulelor argiloase si cresterea semnificativa a cantiatii de apa libera, a vitezei de filtrare si chiar pierderea stabilitatii fluidului.

11. Indicela pH

Prin indicele pH (sau exponent de hidrogen) se exprima logaritmul negativ zecimal al concentratiei momentane de ioni de H+ dintr-o solutie.

Cu ajutorul lui se determină aciditatea sau alcalinitatea unei solutii sau fluid de foraj, in care se afla disociati diversi electroliti, cunoscut fiind ca: intre 0–7 solutii sunt acide ; la pH=7 sunt neutre ; intre 7–14 solutiile sunt bazice.

Cunoasterea concentratiei ionilor de hidrogen (H+) este necesara pentru controlul si reglarea unor proprietati ale fluidelor de foraj, dar poate sa indice si prezenta unei contaminari cu sare, anhidrit, ciment etc.

In general se impune ca fluidul de foraj sa nu prezinte reactie acidă pH<7, deoarece in acest caz se accentueaza procesele de coroziune ce duc la degradarea echipamentului de foraj. Fluidele de foraj preparate din apa si argila, netratate, au pH-ul cuprins intre 7 si 8, iar cele tratate intre 8 si 13. valoarea optima a pH-ului depinde insa de tipul noroiului.

Indicele pH se masoara colorimetric sau potentiometric.Metoda colorimetrica presupune folosirea unor indicatori de culoare impregnati

pe benzi din hartie de filtru. Acesti indicatori sunt substante organice, care se comporta ca niste electoliti slabi, gradul de disociere fiind dependent de aciditatea sau alcalinitatea solutiei in care se introduc. Prin disociere au loc si schimburile de culoare.

Metoda potentiometrica are la baza urmatorul principiu: doua solutii cu concentratia ionilor H+ diferita, separate de o membrana subtire de sticla, creaza o diferenta de potential ce poate fi amplificata si masurata. Un pH-metru contine un electod propriu-zis, introdus intr-un balon subtire de sticla si o solutie data, precum si un electod de referinta. Se masoara diferenta de potential dintre solutia in care cei doi electrozi sunt imersati si electrodul de masura, in unitati de pH.

12. Determinarea alcalinitatii

Alcalinitatea unei solutii exprima excesul de anioni in raport de cel cu cationic. Cunoasterea alcalinitatii unui fluid sau cea a filtratului permit controlul si aplicarea unor tratamente chimice adecvate , indeosebi la fluidele de baza de var sau gips. Deoarece scara pH este logaritmica, la valori mari alcalinitatea poate varia considerabil faca ca pH-ul sa se modifice sensibil si, in plus, pot ramane substante bazice nedisociate, care nu influenteaza pH-ul. Astfel, alcalinitatea devine o proprietate mai revelanta decat pH-ul.

Realizarea mediului alcalin la fluidele de foraj se face cu hidroxid de sodiu (NaOH) sau hidroxid de calciu (Ca(OH)2), iar alcalinitatea nu este determinate numai de prezenta ionilor de hidroxil (OH)-, ci si gruparile de carbonate CO3

-2 si bicarbonate HCO3-

care pot aparea in solutie.

7

Daca lacalinitatea este produsa numai de ionii de hidroxil sau cantitati reduse de carbonate si bicarbonate, atunci fluidul de foraf este stabil si usor controlat. Daca insa alcalinitatea se datoreste ionului HCO3

- sau a unei combinatii de CO3-2 si HCO3

- atunci fluidul devine instabil si greu de controlat, ceea ce subliniaza importanta determinarii alcalinitatii, mai ales la fluidele de foraj cu pH ridicat.

Prin conventie, alcalinitatea unui noroi de foraj sic ea a filtratului reprezinta cantitatea de solutie acida 0,02 n (acid sulfuric sau azotic) necesara pentru neutralizarea bazicitatii unui cm3 de noroi sau filtrate.

13. Continutul de saruri solubile

Analiza chimica a noroaielor de foraj si a filtratului acestora urmareste stabilirea cantitativa a diverselor saruri dizolvate, care modifica proprietatile de baza ale noroaielor, iar in cazul fluidelor de foraj tratate cu electroliti (sare, var, gips etc.) se poate mentine concentratia acestora in limitele optime.

Sarurile solubile care contamineaza fluidele de foraj pot proveni din apele intalnite, din apa de preparare (apa de mare), formatiile traversate (masive de sare, gipsuri, anhidrite).

Masurand periodic continutul de saruri dintr-un fluid se pot detecta stratele cu sare, gips, anhidrit, afluxurile de apa sarata, formatiunile presurizate.

14. Stabilitatea fluidului de foraj

Fluidele de foraj sunt sisteme disperse, eterogene, preparate cu faza continua apa sau motorina si densitati ce variaza de la 1000 la 2300 kg/m3.

Lasate in repaus, in sonda sau in habe, dar si in prezenta unor contaminanti, au tendinta sa-si separe fazele: particulele solide se depun, faza lichida se separa la suprafata si spumele se sparg.

Prin stabilitate se intelege prioritatea sistemelor disperse de a nu se separa in fazelel lor componente. Stabilitatea fluidelor de foraj se evolueaza pe mai multe cai, functie si de tipul fluidului.

15. Activitatea fazei apoase

Principala cauza a instabilitatii rocilor argiloase o constituie adsorbtia apei si a cationilor din fluidul de foraj, urmata de hidratarea, umflarea si dispersarea acestora. Intensitatea producerii acestor fenomene este determinata de concentratia si mineralizatia apei din fluidul de foraj si din roca, de natura mineralelor argiloase, de gradul de compactare a rocilor, posibilitatea sau imposibilitatea eliminarii fluidelor din pori in timpul sedimentarii etc..

8

Activitatea fazei apoase a unui fluid de foraj exprima masura in care moleculele de apa au posibilitatea sa interactioneze cu rocile hidrofile traversate, direct sau pin osmoza.

Pentru fluidele de foraj pe baza de apa, problema migrarii apei este relative complexa deoarece la limita dintre roca argiloasa si fluid nu se formeaza, in general, o membrane semipermeabila care sa elimine difuzia cationilor.

Fluidele pe baza de petrol si cele cu polimer formeaza pe suprafata rocii o membrana semipermeabila din moleculele emulsionantului si ale petrolului, respective din lanturile de polimeri. Apa cu potential chimic mai scazut migreaza prin membrane in zona cu potential mai ridicat, tinzand spre echilibru.

Cand faza apoasa din fluidul de foraj este mai putin mineralizata decat cea din roca argiloasa, ea este mai activa si patrunde in roca, producand diferite fenomene de instabilitate. Invers, cand apa din formatiune are un potential chimic mai scazut, rocile se deshidrateaza si se consolideaza. Pentru a impedica aceste fenomene de migrare a apei ar trebui san u existe nici o diferenta de potential. Fluidele a caror activitate este egala cu cea a apei din rocile traversate se numesc fluide cu activitate echilibrata.

Prin reglarea corespunzatoare a activitatii fazei apoase a unui fluid se limiteaza invazia apei in rocile argiloase si aparitia problemelor de instabilitate a rocilor.

16. Adezivitatea si proprietatile lubrifiante

Garniture de foraj (mai ales prajinile grele), coloana de burlane in timpul tubarii sau diferitele instrumente geofizice pot fi prinse intr-o sonda, mai ales atunci cand ea se spa inclinat sau orizontal. Prinderea prin lipire a garniturii sau coloanei de tubare se produce mai ales la ramanerea in repaus, datorita presiunii diferentiale sonda-strat, iar desprinderea este cu atat mai dificila, cu cat grosimea turlei de colmatare pe peretii sondei, lungimea intervalului de prindere si inclinarea sondei sunt mai mari. De asemenea, datorita fortelor de adeziune si de frecare dintre metal si turla de colmatare, desprinderea si miscarea lor poate deveni adeseori dificila.

Adezivitatea este un fenomen de suprafata, provocat de afinitatea moleculelor de lichid fata de metal. Marimea adezivitatii depinde de natura fazei lichide (apa sau petrol), tipul si concentratia maretialelor additive din fluid, prezenta si natura substantelor tensioactive, timpul de contact.

Proprietatiile lubrifiante ale fluidelor de fortaj se evalueaza prin marimea coeficientului de frecare metal-roca, metal-metal, metal-turta de colmatare, metal-cauciuc, dar si prin durata de lucru a elementelor metalice respective. Cunoscand coeficientii de frecare se pot determina valorile fortelor de frecare ce intervin la manevrarea garniturii de joraj, la tubarea coloanelor, momentul necesar rotirii garniturii, momentul fortelor de frecare din lagarele motoarelor de fund si a sapelor cu role etc..

Proprietatiile de lubrifiere sunt influentate de natura fazei continue si a particulelor solide aflate in fluid, de prezenta si concentratia diversilor aditivi lubrifianti, dar depend si de alte conditii de lucru, cum sunt: presiune de contact, viteza de deplasare relative, tipul contactului, de gradul de circulatie al fluidului si chiar timpul de contact.

9

17. Capacitatea abraziva si eroziva

Prezenta particulelor solide din fluidele de foraj si circulatia intense si sub presiune a acestor fluide provoaca adeseori uzura echipamentului cu care vin in contact. Uzura care se produce poate fi abraziva sau prin eroziune.

Uzura abraziva este provocata de particulele dure din fluidul de foraj, printr-un process de microaschiere a suprafetelor de frecare sau o uzura de oboseala. Se produce in lagarele deschise ale sapelor cu role si ale motoarelor de fund, la dintii sapelor in contact cu roca, la frecarea racordurilor prajinilor cu peretii sondelor, la miscarea pistoanelor in camasile pompelor etc..

Uzura prin abraziune sau oboseala este determinate de concentratia, marimea, duritatea si forma particulelor solide. Pentru ca nu exista o scara a abrazivitatii, masuratorile care se fac au doar o valoare relativa.

Uzura eroziva apare la elementele prin care circula fluidul de foraj (prajini, duzele sapei, pompe, manifold, motoare de fund) sau care se misca in raport cu acestea. Capacitatea de eroziune a unui fluid de foraj este determinate de viateza de curgere, de unghiul de impact cu suprafata erodata, de masa si concentratia particulelor solide.

La fel ca si uzura abraziva, uzura eroziva se apreciaza in valori relative, ca pierderea de masa a unor epruvete testate in conditii care sa simuleze pe cel din sonda, iar pentru dezele sapei se poate aprecia cresterea diametrului datorita circulatiei unui fluid.

Uzura prin eroziune se poate diminua printr-o macinare adecvata a materialelor de ingreunare si o curatire cat mai eficienta a fluidului in sistemul de suprafata.

Atat la uzura abraziva, cat sic ea eroziva intensifica efectul coroziv al fluidelor de foraj.

Functiile fluidului de foraj

La inceputul forajului rotativ fluidul de foraj utilizat era apa, iar treptat s-au dezvoltat si diversificat noi tipuri de fluide pentru saparea unei sonde care sa indeplineasca aceleasi functii in procesul de foraj si anume :

. sa asigure curatirea perfecta a talpii de detritus si transportarea acestuia la suprafata;

. sa asigure o contrapresiune asupra peretilor sondei pentru a evita surparea rocilor slab consolidate, precum si patrunderea nedorita in sonda a fluidelor din formatiunile traversate;

. sa depuna pe peretii sondei o crusta de colmataj (turta) cat mai subtire, compacta, rezistenta si impermeabila, care sa asigure stabilitatea peretilor si sa reduca la minimum cantitatea de apa filtrata in rociile din jurul sondei ;

. sa realizeze o buna racire si lubrifiere a elementelor active ale sapei, lagarelor sapei sau motoarelor de fund, reducand frecarile si uzura garniturii de foraj;

· sa asigure mentinerea detritusului in suspensie atunci cand se opreste circulatia, iar datorita proprietatilor tixotropice, noroiul revine la caracteristicile de fluid atunci cand

10

se reia circulatia;. reprezinta mediul prin care se transmite puterea hidraulica disponibila de la

suprafata la instrumentul de dislocare, fluidul fiind un parametru activ al regimului de foraj;

. preia o parte din greutatea garniturii de foraj si a coloanei de burlane, ceea ce determina o scadere a greutatii care trebuie suportata de echipamentul de suprafata;

. furnizeaza informatii asupra rocilor interceptate si a fluidelor din porii acestora.Pentru a indeplini functiile enumerate, dar si alte performante considerate

necesare din punet de vedere al forajului, compozitia si natura fluidelor de foraj s-a diversificat continuu, astfel incat, multe dintre ele nu mai contin deloc argila, iar gradul de specializare al diferitelor fluide a capatat o mare amploare. Totusi, fluidele de foraj trebuie sa indeplineasca numeroase alte conditii pentru ca sonda sa se realizeze intr-un timp cat mai scurt (fara accidente si complicatii), iar la punerea ei in exploatare sa se realizeze o productivitate cat mai mare. Cateva dintre conditiile suplimentare impuse fluidelor de foraj sunt :

. sa nu afecteze, fizic sau chimic, rocile traversate, adica sa nu umfle si sa nu disperseze marnele si argilele, sa nu dizolve rocile solubile, sa nu erodeze rocile slab consolidate, sa nu modifice permeabilitatea stratelor productive si pe cat posibil, detritusul sa nu fie dispersat sau hidratat;

. sa nu fie la randul lui afectat de mineralele solubile (sare, gips, anhidrit), de apele mineralizate, de gaze (dioxid de carbon, hidrogen sulfurat), temperaturi sau presiuni si chiar detritusul argilos, deci fluidul sa-si pastreze proprietatile in limite acceptabile;

. sa permita investigarea geofizica a rocilor si fluidelor continute de acestea, precum si recoltarea probelor de roca ;

. sa previna eroziunea si coroziunea echipamentului de sonda ;

. sa nu fie toxice, inflamabile sau sa produca poluarea mediului inconjurator si apelor freatice ;

. sa fie usor de preparat, manipulat, intretinut si curatat de detritus sau gaze ;

. sa fie pe cat posibil ieftine, iar pomparea sa aiba loc cu cheltuieli minime de energie.

Din aceste cerinte si roluri pe care trebuie sa le indeplineasca fluidele de foraj se poate vedea ca nu se poate prepara un fluid care sa raspunda la toate aceste conditii. Se impune tot mai mult un proces de analiza si diagnoza pentru fiecare zacamant sau chiar sonda, cu solutii individuale, si acest mod de lucru devine tot mai raspandit. Proiectarea si utilizarea unor sisteme de fluide special concepute pentru a raspunde cat mai bine unei situatii concrete, in mod deosebit la deschiderea si traversarea formatiunilor productive, desi in aparenta maresc costul sondei, ele isi dovedesc eficienta prin cresterile de productie ulterioare.

1 Curatirea talpii sondei de detritus si evacuarea acestuia la suprafata

Cea mai raspandita tehnologie de foraj este cea a forajului rotativ-hidraulic, cu circulafie directa a fluidului de foraj in urma lucrului sapei pe talpa sondei se formeaza fragmente de roca, care trebuie indepartate inainte de actiunea urmatorului dinte al sapei in acelasi loc, astfel incat toate elementele active ale instrumentului de dislocare sa

11

lucreze permanent in roca vie (deci sa se realizeze o spa/are perfecta prin degajarea imediata si completa a detritusului rezultat in urma interactiunii sapa-roca). intr-o astfel de situatie, viteza de avansare va fi maxima pentru o apasare pe sapa si turatie date. Daca insa aschiile de roca nu sunt indepartate de pe talpa sondei, are loc o acumulare de detritus, iar adancimea de patrundere a dintilor sapei in roca vie se reduce, avand loc un consum inutil de energie si o scadere a vitezei de avansare a sapei. Fenomenul este cunoscut sub numele de mansonarea talpii sondei.

La forajul in roci permeabile, mai ales in cazul unor presiuni hidrostatice mari, are loc formarea aproape instantaneu pe talpa sondei a unei turte de colmatare, alcatuita din particule solide din fluid sau roca, ceea ce va determina scaderea vitezei mecanice.

In formatiunile cu roci plastice, datorita lipirii detritusului de elementele active ale sapei, are loc o incarcare sau mansonare a sapei, efectul de reducere a vitezei de avansare fiind cu atat mai accentuat cu cat apasarea si turatia sunt mai mari (deci volumul de roca dislocata si neindepartata din talpa este mai mare).

La forajul in roci dure prin actiunea elementelor active ale sapei se pot forma, la nivelul fragmentelor de roca din talpa sondei, fisuri insuficient dezvoltate pentru ca roca sa fie usor expulzata de la locul ei, lucru care, de asemenea, va determina o reducere a vitezei de avansare a sapei.

Se poate spune ca o spalare perfecta a talpii si a sapei, precum si indepartarea imediata si in totalitate a detritusului din talpa sondei pot fi realizate printr-o circulatie corespunzatoare si eficienta a fluidului de foraj. Factorii care determina eficienta acestei circulatii sunt:

debitul fluidului ; viteza jeturilor; geometria sistemului de spalare al sapei (numarul si forma

orificiilor de iesire a noroiului, pozitia si distanta lor fata de talpa); natura si proprietatile fluidului de foraj (densitatea, vascozitatea,

capacitatea defiltrare, continutul de solide, capacitatea de umectare etc.); diametrul si forma sapei; natura formatiunilor traversate (rezistenta, gradul de consolidare,

permeabilitatea, presiunea si natura fluidelor din pori).

1.1 Influenta factorilor tehnologicia. lnfluenfa debitului de circulatie

Debitul de fluid care ajunge la talpa sondei are rolul principal in spalarea detritusului format ca urmare a lucrului sapei (dar si in racirea si lubrifierea elementelor active). Odata cu marirea debitului de circulatie are loc si cresterea vitezei de avansare a sapei. Experienta practica a pus totusi in evidenta ca, la valori suficient de mari ale debitului, ritmul de crestere a vitezei devine nesemnificativ sau chiar zero, in conditiile in care, pentru o apasare si turatie date, spalarea talpii este realizata.

Debitul de spalare, raportat la aria suprafetei talpii (debit specific), depinde de viteza jeturilor, proprietatile fluidului si de diferenta de presiune sonda-strat. Cu cat aceste conditii sunt mai favorabile, cu atat debitul pana la care viteza continua sa creasca este mai mare.

b. Influenta vitezei jeturilor de fluid

12

Impactul fluidului de foraj pe talpa sondei are ca urmare indepartarea fragmentelor de roca.

Impactul perpendicular al jeturilor cu talpa are loc la o viteza axiala relativ mare, 70...150 m/s, in raport cu cea circumferentiala provocata de rotirea sapei, 0,5...3,0 m/s. Deoarece suprafata de impact este relativ mica, restul talpii sondei este spalata de aceasta miscare paralela cu talpa, numita si curgere incrucisata, fluidul raspandit prin impactul unuia din jeturi, incrucisandu-se cu cel imprastiat de celelalte jeturi. Prin aceasta imprastiere radiala are loc indepartarea fragmentelor de roca din talpa, care, inglobate ca detritus in fluidul de foraj, se ridica fie prin gaurile de intoarcere din talpile sapei, fie pe langa peretii sondei, prin spatiul inelar, catre suprafata.

1.2 Influenta compozitiei si proprietatilor fluidelor de forajProprietatile unui fluid de foraj sunt functie de compozilia si natura lui, de aceea

orice modificare a unui parametru este insotita de schimbari ale valorilor altor parametrii.a) Densitatea

Pentru a pune in evidenta efectul densitatii fluidului de foraj asupra vitezei de avansare, se impune mai intai precizarea presiunilor ce actioneaza la talpa sondei asupra unui fragment de roca:

presiunea laterala (de confinare) pc a rocilor inconjuratoare, creata de presiunea litostatica pl;

presiunea de strat, sau, cand exista, presiunea fluidelor din pori pp; aceasta presiune se considera normala daca corespunde unei coloane de apa de zacamant cu densitatea 1030...1070 kg/m3;

presiunea fluidului de foraj pn, care este data de coloana hidrostatica de lichid, ρngH, la care se adauga caderea de presiune din spatiul inelar, ambele constante pe intreaga talpa a sondei si peste care se suprapun si presiunile dinamice.Diferenta de presiune are un rol principal in procesul de indepartare a

fragmentelor de roca din talpa sondei si cu cat aceasta este mai mica la nivelul de patrundere a dintilor sapei, cu atat va fi mai mare viteza de avansare a sapei.

Reducerea vitezei de avansare eu cresterea diferentei de presiune Pn-Pp' se explica prin cresterea rezistentei rocii si printr-o spalare necorespunzatoare a talpii (fragmentele de roca sunt retinute pe talpa si sapa nu mai lucreaza in roca vie).

b) Capacitatea de filtrare si colmatareProcesul de reducere a presiunii la nivelul fragmentelor de roca din talpa sondei

este o consecinta a patrunderii fluidului de foraj sau a filtratului. Filtrarea fluidului prin talpa sondei favorizeaza avansarea sapei datorita egalizarii presiunilor de deasupra si de sub particula, dar procesul de indepartare a fragmentelor de roca este destul de complex. Efectul acestei proprietati nu poate fi separat de continutul de particule solide din fluid si mai ales de permeabilitatea rocii. Viteza de avansare creste pentru fluidele cu viteza initiala de filtrare mare, dar, cu un cumulativ total de filtrat cat mai mic. Formarea turtei de colmatare are loc in acelasi timp cu patrunderea filtratului prin talpa sondei. De grosimea ei depinde ca dintele sapei sa loveasca in roca vie sau fragmentele de roca desprinse din talpa sa ramana prinse sub turta de colmatare ca intr-o capcana. In astfel de situatii se produce o acumulare de detritus pe talpa sondei, porii rocilor se infunda si

13

viteza de avansare a sapei scade.Pentru a folosi efectul pozitiv al filtrarii si a reduce efectul negativ al acumularii

de detritus pe talpa sondei, au fost realizate fluide eu viteza initiala de filtrare mare, cum sunt cele cu polimeri si continut redus de particule solide, solutiile de electroliti etc..

c) Vascozitatea fluidului de forajVascozitate (η) si tensiunea dinamica de forfecare (τo) reprezinta proprietatile

reologiee ale fluidului de foraj.Din experienta de santier s-a constatat ca reducerea vascozitatii fluidului de foraj

poate conduce la viteze de avansare mai mari, desi uneori efectul se pune pe seama modificarii altor proprietati. Explicatia care se da este legata de reducerea grosimii stratului limta si apropierea vitezei maxime de suprafata talpii.

Conform teoriei turbulentei si a stratului limita, intr-un fluid vascos care curge cu o viteza foarte mare in raport cu o suprafata, regimul de curgere este turbulent, cu exceptia unui strat foarte subtire in care curgerea este in regim laminar.

d) Continutul de particule solide si natura fluiduluiIn fluidele de foraj pe baza de apa se gasesc, sub forma dispersata la nivel

coloidal, particule de argila, iar in diferite forme si dimensiuni alte materiale solide (barita, nisip, fragmente din roca dislocata).

Performantele sapelor sunt influentate negativ, nu atat de cresterea continutului de particule solide, cat mai ales de marimea acestora. Efectul negativ, de reducere a vitezei mecanice chiar la concentratii reduse de particule solide este accentuat de particulele coloidale, cu dimensiuni apropiate de cele ale porilor rocii.

Natura in sine a fluidului de foraj influenteaza de asemenea performantele unei sape, atat prin valoarea presiunii create pe talpa, a vascozitatii si capacitatii de filtrare, dar si prin alte fenomene fizico-chimice. Astfel, adaosul de petrol intr-un fluid pe baza de apa sau trecerea la un fluid pe baza de produse petroliere are o influenta diferita, dupa natura rocilor.

Cu fluidele pe baza de apa, in care se introduce un anumit procent de motorina, se obtin performante mult mai bune decat cu apa. Fluidul capata proprietati lubrifiante, se impiedica dispersarea detritusului si mansonarea dintilor sapei.

Prezenta in fluidele de foraj a motorinei sau a unor substante tensioactive modifica umectabilitatea rocii. Faza apoasa poate patrunde mai usor pe suprafetele de fisurare, duritatea rocii poate sa scada, iar viteza de avansare a sapei poate creste in mod semnificativ.

2 Evacuarea detritusului la suprafata

In metoda forajului rotativ-hidraulic cu circulatie directa a fluidului de foraj, evacuarea detritusului de la talpa se realizeaza in curent ascendent, prin spatiul inelar format de ganitura de foraj si peretii sondei. Particulele fine de argila, marna sau chiar nisip, se inglobeaza in fluidul de foraj si evacuarea lor la suprafata nu ridica probleme. Restul de particule solide, cu dimensiuni mai mari, sunt evacuate prin antrenarea lor de catre curentul ascendent de fluid. Capacitatea de transport a fluidului de foraj este insa determinata de: viteza ascensionala, densitatea si proprietatile reologice ale fluidului de foraj, regimul de curgere, forma, dimensiunile si densitatea particulelor evacuate,

14

diferenta dintre densitatea fluidului si cea a particulelor de detritus. In plus, dimensiunile transversale ale spatiului inelar, inclinarea sondei, rotirea garniturii de foraj, concentratia neuniforma a particulelor de detritus sunt elemente care influenteaza evacuarea detritusului la suprafata.

Debitele de circulatie necesare spalarii talpii asigura o viteza ascensionala suficienta evacuarii detritusului.

Evacuarea detritusului la suprafata poate constitui o problema doar in zona superioara a sondelor, la traversarea rocilor cu forabilitate ridicata (cantitate mare de roca dislocata), in prezenta unor strate neconsolidate (predispuse la surpare) si atunci cand fluidele de foraj au densitatea si vascozitatea reduse.

Pentru a evita caderea particulelor de detritus la talpa la intreruperea circulatiei, sunt necesare fluide de foraj cu tensiune statica corespunzatoare mentinerii acestora in suspensie. Majoritatea fluidelor de foraj au capacitatea de a forma structuri la ramanerea in repaus, iar in cazul utilizarii apei sau aerului este necesara evacuarea detritusului din spatiul inelar, printr-o circulatie intensa si abia dupa aceea se poate intrerupe circulatia fluidului de foraj.

3 Stabilirea peretilor sondei

La deschiderea prin foraj, tensiunile din roci in jurul sondei se redistribuie, iar presiunea din sonda ar trebui, teoretic, sa echilibreze eforturile normale pe peretii sondei (din planul orizontal daca sonda este verticala).

Pe de alta parte, in timpul forajului propriu-zis sau in timpul tuturor operatiunilor ce se desfasoara in sonda ce nu a fost izolata, fomatiunea geologica este caracterizata de o presiune admisibila Paf. Aceasta reprezinta o valoare acoperitoare printr-un coeficient de siguranta cs, pentru presiunea Pf, la care se produc pierderi de fluid sau apar fisuri in fomatiunea geologica.

PnsPaf=Pf : cs Modul de lucru in sonda depinde de relatia in care se gaseste aceesi presiune din

sonda pn, din dreptul stratului, si presiunea fluidelor din porii rocii pp.Presiunea de strat egala cu presiunea hidrostatica a unei coloane de apa de

zacamant ph, este considerata presiune de strat normaai. Daca presiunea din strat are valori mai mari pp ph, se considera presiune anormal de mare, stratul este suprapresurizat, iar daca se inregistreaza valori mai mici, pp<ph, stratul este subpresurizat si presiunea este considerata anormal de mica.

Modul cel mai raspandit de lucru (foraj la supraechilibru) are la baza impiedicarea fluidelor din formatiune de a patrunde in sonda, prin respectarea relatiei:

pn = pp + psig > pp ,in care psig este o presiune de siguranta.Turta de colmatare formata pe peretii sondei trebuie sa fie compacta, rezistenta,

aderenta la pereti si relativ subtire. In acest fel colmatajul va prelua o anumita cadere de presiune, reduce filtratul, consolideaza pietrisurile, nisipurile si alte roci slab cimentate sau fisurate, micsoreaza efectul de eroziune a peretilor datorat circulatiei fluidului, reduce frecarile dintre garnitura de foraj si rocile din pereti, toate acestea conducand astfel la stabilizarea sondei.

Presiunea hidrostatica in sonda plina cu fluid cu densitatea ρ, la adancimea h, are

15

expresia generala (g fiind acceleratia gravitationala):ph =ρgh.

Aceasta relatie simpla nu totdeauna pemite o modelare fidela a realitatii, daca avem in vedere faptul ca in domeniul de adancimi 0...h densitatea ρ poate varia in limite foarte largi, in sonda fluidul fiind de fapt un amestec de lichide, solide si gaze, aproape imposibil de omogenizat, cu proprietati fizice dependente de temperatura, presiune etc..

Pentru siguranta forajului, se recomanda suprapresiuni de 10...15 bar, care conduc la o majorare a densitatii fluidului de 30...50 kg/m3.

Utilizarea unui fluid de foraj cu densitatea insuficienta mentinerii stabilitatii peretilor, poate conduce la patrunderea fluidelor din porii rocii in sonda, urmata de manifestarea sau chiar eruptia sondei. La fel insa, folosirea unor fluide cu densitati prea mari poate provoca fisurarea formatiunilor si pierderi de fluid in strat, uneori chiar pierderea circulatiei.

4 Racirea si lubrifierea sapei si a garniturii de foraj

Fluidul de foraj care circula in sonda are si rolul de a raci si lubrifia sapa si garnitura de foraj. In timpul lucrului pe talpa pentru sfaramarea rocii, sapa se incalzeste foarte mult, iar lucrul mecanic consumat pentru invingerea frecarilor dintre garnitura si peretii sondei se transforma de asemenea in caldura. Prin intermediul fluidului de foraj care este in circulatie se preia o mare parte din aceasta caldura degajata si se impiedica uzura prematura a acestora. Prezenta fluidului de foraj asigura un film unguent pe peretii sondei, ceea ce reduce frecarile garniturii si uzura excesiva, iar la sapele cu role, dupa pierderea vaselinei din lagare, ungerea este asigurata tot de fluidele de foraj. Cand se utilizeaza sape cu diamante, exista chiar limite inferioare, stabilite prin experienta de santier, sub care apare pericolul arderii diamantelor. In general, toate fluidele de foraj isi indeplinesc aceste functii, iar pentru mentinerea acestor proprietati nu sunt necesare tratamente speciale.

5 Capacitatea de mentinere a detritusului in suspensie

Fluidele de foraj, eu exceptia gazelor si a unor lichide omogene, sunt sisteme eterogene, care nu se comporta la curgere ca fluidele newtoniene; pe langa vascozitate, ele poseda proprietati structural-mecanice mai complexe.

Una dintre aceste proprietati este capacitatea acestor sisteme eterogene de a forma structuri la ramanerea in repaus (de a gelifica) si a redeveni fluide in urma agitarii (proprietate tixotropica). Capacitatea tixotropica a unui fluid de foraj se apreciaza prin valoarea tensiunii statice de forfecare (rezistenta de gel sau limita adevarata de curgere), dupa o anumita perioada de repaus si prin viteza cu care aceasta rezistenta creste in timp.

Pentru a evita caderea particulelor de detritus la talpa sondei la intreruperea circulatiei sunt preferabile fluide de foraj cu tensiunea statica corespunzatoare mentinerii acestora in suspensie. Totusi, valori ridicate ale rezistentei de gel provoaca variatii mari de presiune la pornirea circulatie sau manevrarea materialului tubular aflat in sonda. Probleme sunt cu atat mai dificile in cazul sondelor inclinate sau orizontale, dar noile

16

tipuri de fluide pe baza de polimeri, cu un comportament reologic vascoelastic (vascozitati ridicate la viteze de forfecare scazute si gelatii constante, cu valori moderate, la viteze de forfecare ridicate), au , pe langa alte avantaje, si o capacitate deosebita de curatire a sondei de detritus.

6 Furnizarea de informatii asupra sondei

Pentru a se asigura protectia lucrului in sonda, fluidul de foraj este proiectat cu un minim de proprietati optime. Urmarind modificarea acestora si analizand detritusul adus de fluidul de foraj, se obtin informatii asupra rocilor interceptate si a fluidelor din porii lor.

COMPOZITIA SI STRUCTURA FLUIDULUI DE FORAJ

1. Materiale pentru reglerea densitatrii

Fluidele de foraj, preparate din simplul amestec apa-argila prehidratata, au densitate de 1050...1200 kg/m3, functie de continutul si randamentul argilei folosite (densitatea argilei fiind 2300.. .2600 kg/m3). Pentru a mari densitatea unui fluid de foraj peste aceste valori se folosesc diverse materiale de ingreunare.

Dupa densitatea proprie, malerialele de ingreunare se impart in trei categorii :a. Materiale cu densitate redusa (sub 3500 kg/m3): argile slab coloidale,

marne, calcar, creta, dolomit. Cu ajutorul lor se pot prepare fluide cu densitatea pana la 1500...1700 kg/m3 si fiind solubile in acid clorhidric, turta de colmatare depusa in dreptul stratelor productive poate fi usor indepartata prin acidizare.

b. Materiale cu densitatea medie (in domeniul 3500…5500 kg/m3): barita, oxizi de fier, sideritul, ilmeritul. Cu ajutorul lor, densitatea fluidelor de foraj poate fi marita pana la 2200...2300 kg/m3, ceaa ce acopera toata gama utilizata in practica. Cea mai larga utilizare o are barita (densitatea maxima 4400...4500 kg/m3), pentru ca este stabilita termic si la actiunea agenjilor chimici.

c. Materiale cu densitatea ridicata (peste 5500 kg/m3): galena, feromanganul, ferofosforul, ferosiliciul. S-a folosit doar galena, cu care se pot obtine densitati ale fluidelor pana la 2700...3000 kg/m3. la mod practic, astfel de valori reprezinta cazuri de exceptie si numai atunci cand este necesara omorarea unei sonde scapate.

Densitatea maxima ce poate fi obtinuta, numita si limita de ingreunare, corespunde unui continut de particule solide la care orice variatie a concentratiei de betonita (prin diluare cu apa sau adaos de argila prehidratata) sau adaugare de particule inerte destabilizeaza sistemul ori il face greu pompabil.

17

2. Reactivi pentru reglarea vascozitatii (reactivi fluedizanti)

In functie de necesitati, vascozitatea unui fluid de foraj trebuie marita, dar de cele mat multe ori este necesar a fi micsorata.

Pentru a mari vascozitatea fluidelor pe baza de apa se adauga bentonita prehidratata, diversi polimeri cu masa moleculara mare, sau chiar un electrolit contaminant (NaCl, Ca(OH)2). In fluidele pe baza de produse petroliere se utilizeaza argila organofila, asfaltul, sau se mareste continutul de apa.

Este necesara o vascozitate marita a fluidelor la forajul de suprafata, pentru a le mari capacitatea de transport, sau la traversarea unor formatiuni permeabile sau fisurate, in care pot avea loc pierderi de circulatie.

Dar, de cele mai multe ori, este necesara reducerea vascozitatii fluidelor de foraj. Cand noroiul este supraincarcat cu particule argiloase, se dilueaza cu apa (controland insa densitatea si filtratul) si se indeparteza, pe cale mecanica, o parte dintre ele, iar fluidele emulsie inversa se dilueaze cu petrol.

Pentru sistemele pe baza de apa-argila, se folosesc ca fluidizanti polifosfati, tananti, lignosulfonati, humati, unele substante tensioative, diversi polimeri cu masa moleculara redusa si uneori, cantitaii mici de electroliti.

Cel mai folosit la noi in tara este hexametafosfatul de sodiu (HMF), sub forma unor solzi sticlosi, transparenti si subtiri, de culoare alba sau verde, solubili in apa calda.

Tanantii. Sunt reactivi fluidizanti, care se obtin din combinarea taninurilor cu soda caustica. Tanantii sunt eficienti in noroaie nemineralizate, cu pH-ul intre 9...12, iar la concentratii mari de calciu, magneziu, clorara de sodiu isi reduc eficacitatea.

Lignosulfonati., Sunt produsii fluidizanti cu cea mai larga utilizare, cu eficienta buna in noroaiele tratate, inhibitive, la temperaturi moderate, dar si temperaturi mari.

Humatii. Sunt reactivi cu efect mixt, fluidizant si antifiltrant, reprezentand diferite saruri ale acizilor humici.

3. Aditivi pentru reducerea filtrantului (antifiltranti)

Evaluarea cantitativa a cumulativului de filtrat si a grosimii turtei de colmatare, pentru fluidele de foraj care au la baza sistemul apa-argila, se face in conditii statice, in celula standard API (presa-filtru), la o presiune de 7 bar, temperatura ambianta si intr-un interval de 30 minute.

Fluidele pe baza de apa, in prezenta electrolitilor sau a temperaturilor ridicate, isi modifica mult valoarea cumulativului de filtrat, ca urmare a coagularii electrolitice sau termice.

Antifiltrantii au capacitatea de a imobiliza o mare cantitate de apa, protejeaza, prin adsorbtie, placutele elementare de argila de actiunea ionilor din solutie, blocheaza porii turtei de colmatare si chiar se umfla, in apa dulce. Unii dintre ei au si efect defloculant, anticoroziv si sunt stabili la temperaturi mari.

Printre cei mai folositi antifiltranti sunt amidonul, derivati ai celulozei solubili in apa, diverse rasini, biopolimeri si, in ultimul timp, polimeri si copolimeri sintetici.

18

In urma progreselor mari, in ceea ce priveste aditivii si materialele folosite in prepararea si conditionarea fluidelor de foraj, in prezent, se utilizeaza un amidon pregelatinizat, sub forma de praf galbui, care se adauga direct in noroi. Pentru a se impiedica fermentarea, s-au preparat si diverse variante de amidon modificat, esterificat si chiar copolimerizat cu poliacrilamida (cu rol in stabilizarea rocilor argiloase).

Amidonul este stabil pana la 110...130°C, dar in noroaiele dulci are dezavantajul ca fermenteaza (se previne fermentarea cu aldehida formica, fenoli, crezoli). In noroaiele sarate, datorita unui pH mai mare de 11,5, fermentarea este impiedicata, dar in prezenta unor ioni divalenti de calciu sau magneziu amidonul precipita. Amidonul se foloseste ca antifiltrant in noroaiele sarate in concentratii de 5...30 kg/m3.

Carbaximetilceluloza de sodiu (CMC) se obtine prin tratarea celulozei (o polizaharida insolubila) cu acid monocloracetic sau cu monocloracetat de sodiu, in prezenta hidroxidului de sodiu. Rezulta un polimer anionic, semisintetic, sub forma de praf alb-galbui, solubil in apa si ca produs secundar, clorura de sodiu.

Ca antifiltrant, CMC-ul se foloseste in cantitati de 5...25 kg/m3, are actiune optima la un pH de 6...9, este stabil termic pana la 150°C si nu este degradat de actiunea bacteriilor.

Din categoria derivatilor celulozici, solubili in apa, se mai utilizeaza carboximetilhidroxietilceluloza (CMHEC), celuloza polianionica (PAC), care are diferite variante comerciale, cum ar fi: POLYPAC, POLYPAC UL, THERMPAC UL.

Poliacrilamida (PAA) este un polimer sintetic neionic, din grupa polimerilor acrilici (copolimer al poliacrilatului de sodiu si poliacrilamidei). Se livreaza sub forma de solutie vascoasa alb-galbuie, cu concentrafie 8...10 %, mai rar sub forma de praf.

Prin tratarea poliacrilamidei cu NaOH sau KOH se obtine poliacrilamidei (partia) hidrolizata (PAAH), care este dispersabila in apa si un polielectrolit mai activ decat PAA (nehidrolizata).

Comportarea pe care o are PAA si PAAH este determinata de gradul de polimerizare, gradul de hidrolizare, concentratie, valoarea pH-ului, temperatura, salinitatea mediului. Daca gradul de polimerizare este redus, polimerii se comporta ca defloculanti, cand este ceva mai mare joaca rol de antifiltranti, iar la lungimi foarte mari ale lantului polimeric au rol de floculanti.

Resinex este o rasina sintetica, sub forma unei pulberi inchisa la culoare, solubila in apa si stabila termic pana la 200°C. Este folosita ca antifiltrant in toate sistemele pe baza de apa (apa dulce, apa de mare, apa sarata, pe baza de var, gips, lignosulfonati), dar cu rezultate remarcabile in fluidele ingreunate, unde controlul filtrarii poate fi obfinut fara cresterea vascozitatii.

4. Floculanti

In sistemele pe baza de apa si argila, daca se introduce un electrolit, la o anumita concentratie, numita prag de floculare (coagulare), particulele de argila se apropie intre ele suficient de mult pentru ca fortele de atractie sa le aglomereze. Procesul de floculare a particulelor de argila patrunse in fluidul de foraj permite eliminarea lor mai usor in sistemul de curatire si mentine scazut continutul de particule solide.

19

Majoritatea substantelor anorganice solubile (clorura de sodiu, varul, oxidul de magneziu, soda calcinata, clorura de calciu etc.) au actiune floculanta, dar mai utilizati in acest scop sunt polimerii anionici, cationici sau neionici, care se comporta ca niste polielectroliti.

Sunt folositi pentru rolul lor floculant: poliacrilamida nehidrolizata ori cea slab hidrolizata, poliacrilatul de sodiu, numerosi copolimeri acrilici, copolimerul anhidrida maleica-acetat de vinil, unele rasini si uneori lignosulfonatii. In general, concentratiile sunt reduse (intre 0,1...1 kg/m3), pentru ca, la valori mai mari, efectul se poate inversa.

5. Lubrifianti

Se stie ca fluidele de foraj au rolul de a prelua o parte din caldura degajata in timpul lucrului sapei pe talpa, racind echipamentul existent in sonda. Utilizarea unor aditivi lubrifianti, care sa reduca momentele de torsiune si frecarile garniturii de foraj cu peretii sondei, diminueaza fenomenele de prindere ale garniturii (indeosebi in sondele care se sapa dirijat) si totodata degajeaza garnitura de foraj, in cazul survenirii unor astfel de fenomene. Lubrifiantii sunt substante care se adsorb pe suprafetele metalice, isi mentin proprietatile la o gama larga de temperature, nu sunt solubili in apa sau titei, nu trebuie sa aiba efecte nefavorabile asupra celorlalte materiale din sistem sau sa modifice proprietatile de baza ale acestuia.

Se utilizeaza ca lubrifianti: praful de grafit, gudroane ramase de la distilarea petrolului sau din industria uleiurilor si grasimilor, uleiuri vegetale, asfalt dispersabil in apa, alcooli si acizi grasi, gilsonit, diverse substante tensioactive anionice sau neionice, amine, unii polimeri, petrol brut sau motorina si chiar majoritatea antifiltrantilor.

Dintre lubrifiantii mai folositi pe plan international, dar si la noi in tara, se pot preciza: LUBE 106, LUBE 167, STABIL HOLE, SALINEX.

6. Antispumanti

Antispumantii sunt substante care reduc tensiunea interfaciala gaz-lichid, gaz-solid, sau inlocuiesc stabilizatorul de pe suprafafa bulelor de gaz cu o substanta avand o rezistenta de protectie mult mai scazuta. Ei favorizeaza eliminarea gazelor patrunse din rocile traversate, dar, mai ales, a aerului inglobat in timpul prepararii si tratarii cu materiale pulverulente hidrofile (de exemplu, barita flotata) sau cu reactivi chimici care spumeaza (sarea, lignosulfonatii). I

Stearatul de aluminiu este un aditiv din categoria agentilor tensioactivi de suprafata, utilizat la eliminarea spumarii fluidelor in care s-au folosit lignosulfonati.

Se mai folosesc: polietilena si diverse varietati de cauciuc, gudroanele, alcoolii si acizii grasi, glicolii, sapunuri naftenice, parafina oxidata, numeroase substante tensioactive.

7. Inhibatori de coroziune

20

In timpul procesului de foraj, fluidele din sonda au o actiune coroziva asupra garniturii de foraj si a echipamentului prin care circula. Electrolitii adaugati sau proveniti din rocile traversate, oxigenul, gazele acide (CO2, H2S), substantele rezultate in urma unor reactii chimice, degradarii termice sau bacteriene imprima fluidelor de foraj aceasta actiune coroziva.

Pentru a diminua efectul coroziv al fluidelor se pot alege diverse solutii. Metoda cea mai comoda o constituie ridicarea pH-lui intre 9 si 11 cu substante alcaline.

Alta modalitate practica o constituie folosirea consumatorilor sau precipitantilor de substante corozive. Astfel:

pentru oxigen: sulfitul si bisulfitul de sodiu sau amoniu, dioxidul de sulf, hidrazina ;

pentru hidrogen sulfurat: carbonatul, cromatul si oxidul de zinc, magnetitul sintetic spongios, oxidul de cupru;

pentru dioxidul de carbon: varul stins, soda caustica; pentru diversii electroliti: cromatii si dicromatii de sodiu si potasiu,

compusii organici ai fosforului. IUn alt tratament impotriva coroziunii consta fie in acoperirea prajinilor de foraj, la

interior, cu o pelicula protectoare, formata din substante care au la baza amine, saruri ale aminelor, diversi polimeri sau rasini, fie adaugarea acestora in fluid.

8. Substante tensioactive (STA)Produsele tensioactive sunt acei compusi chimici care se acumuleaza la suprafata

de separare dintre doua faze (gaz-lichid, gaz-solid, lichid-solid, lichide imiscibile), reducand tensiunea interfaciala.

Valoarea tensiunii interfaciale depinde de natura fazelor in contact, de temperatura, presiune si curbura suprafetei de separatie.

Substantele tensioactive poseda doua grupari, cu afinitati diferite, una hidrofila (polara) si cealalta hidrofoba (nepolara), orientarea lor la suprafata de separare a doua fluide nemiscibile fiind potrivit afinitatii celor doua grupari.

Dupa capacitatea de ionizare in apa a gruparii hidrofile, substantele tensioactive sunt ionice si neionice. La randul lor, cele ionice pot fi anionice, cationice sau amfoterice.

Modul de comportare a substantelor tensioactive depinde de natura electrica, afinitatea chimica, raportul dintre marimea celor doua grupari. Ele reduc tensiunea superficiala a apei de la 72 N/m la 25...30 N/m, micsoreaza tensiunea interfaciala apa-ulei si modifica umectabilitatea particulelor solide.

Substantele tensioactive se utilizeaza atat in fluidele pe baza de apa, cat si la cele pe baza de produse petroliere. Concentratiile variaza in limite foarte largi, intre 0,1...30 kg/m3 si adeseori in amestec, avand aplicatii foarte diverse:

la deschiderea stralelor productive, pentru a preveni blocarea cu apa (substante tensioactive anionice si neionice);

lubrifianti si agenti de umectare (neionice); agenti de umectare in fluidele pe baza de produse petroliere

(cationice, neionice); inhibitori de coroziune (anionice si neionice); inhibitori de umflare si dispersare a argilelor (cationice,

neionice);

21

emulsionanti (neionice, anionice); antispumanti

(neionice); fluidizanti

(neionice); defloculanti (anionice); agenti de spurnare si aerare (anionice si

neionice); stabilizatori termici (anionice si

neionice).

9. Materiale de blocare

Problema pierderilor de circulatie se intalneste frecvent in procesul de foraj. Gradul de importanta al problemei este proportional cu debitul de pierdere, care poate varia de la o cantitate prea mica pentru a fi observata, pana la pierderea totala a circulatiei. Pe intervalele de suprafata, problema pierderilor poate fi uneori rezolvata prin marirea vascozitatii si gelatiei fluidului de foraj, dar, cand permeabilitatea rocilor este foarte mare sau exista fisuri, se apeleaza la materialele de blocare.

Acestea sunt adaosuri foarte variate ca natura, forma si dimensiuni, putand fi grupate aslfel:

materiale de blocare fibroase, unde sunt incluse: azbest, attapulgit, fibre detrestie, paie, deseuri textile, fibre de sticla, deseuri de cauciuc sau piele; materiale de blocare granulare, cum ar fi: nisip, zgura, cocs macinat, calcar

sau dolomit macinate, rumegus, coji de nuca, perlita expandata; materiale de blocare lamelare, de exemphi: fulgi de mica, degeuri de celofan,

deseuri vegetale, foite din material plastic.Cantitatile de astfel de materiale variaza de la 5...10 kg/m3 noroi, pentru

prevenire, pana la 40...50 kg/m3, pentru combaterea pierderilor.

10. Reactivi anorganici

Substantele anorganice au intrebuintari dintre cele mai diverse in prepararea si controlul proprietatilor fluidelor de foraj, iar cele mai utilizate sunt prezentate in continuare:

Soda caustica (NaOH), este o substanta solida de culoare alba, higroscopica, solubila in apa si in alcool, se topeste la 328oC, are densitatea 2100 kg/m3, in solutie apoasa are proprietatile unei baze tari, ataca pielea si este toxica. Se foloseste pentru reglarea pH-ului, diminueaza coroziunea, neutralizeaza intr-o oarecare masura hidrogenul sulfurat, serveste la hidrolizarea unor polimeri.

In fluidele de foraj pe baza de apa si argila, la concentratii sub 0,5 kg/m3, soda caustica are o actiune dispersanta asupra bentonitei, iar la concentratii mai mari produce un efect de coagulare, respectiv, mareste viteza de filtrare si afecteaza stabilitatea fluidelor.

Soda calcinata (Na2CO3) este un praf alb microcristalin, higroscopic, solubil in apa cu densitatea 2500 kg/m3. Se poate folosi pentru a precipita ionii de calciu si

22

magneziu, cand se traverseaza strate cu gips sau anhidrit, la frezarea dopurilor de ciment si cand se utilizeaza apa de mare.

In practica, datorita proprietatii de schimb de baza, soda calcinata folosita in cantitate suficient de mare (concentratii de 2...4%) serveste la tranaformarea argilelor calcice in argile sodice (schimb de baza in sens invers tendintei naturale, procedeu numit activarea argilelor.

Ciorura de sodiu (NaCl) esle o subslanta solida, cristalina, de culoare sticloasa sau cenusie, cu densitatea 2170 kg/m3. Se foloseste la prepararea noroaielor sarate la reglarea activitati apei din fluidele pe baza de produse petroliere, la diverse reparatii sau operatii de perforare.

Clorura de calciu (CaCl2) este un praf alb cristalin, puternic higroscopic, are densitatea 2512 kg/m3. Se intrebuinteaza mai ales la prepararea noroaielor inhibitive cu continut ridicat de Ca2+, a fluidelor pentru perforare si reparatii, la reglarea activitatii apei din fluidele pe baza de petrol, ca aditiv accelerator de priza in pastele de ciment.

Clorura de potasiu (KCl) este o subslanta solida, cristalina, de culoare alba, cu densitatea 1990 kg/m3. Se foloseste in fluidele inhibitive pe baza de potasiu, var si potasiu, polimeri si potasiu, asigurand concentratia necesara de ioni de K+.

Varul stins (Ca(OH)2) este sub forma de praf alb (sau suspensie apoasa, numita lapte de var), cristalin, cu densitatea 2240 kg/m3. Se utilizeaza la prepararea fluidelor inhibitive cu var, var si potasiu, var si bitum, reactiv de lignit si var (humat de calciu), serveste la precipitarea carbonatilor solubili, la reglarea pH-ului in noroaiele cu gips sau clorura de calciu.

Gipsul (CaSO4.2H3O) este un praf alb, greu solubil in apa, cu densitatea proprie 2320 kg/m3. Se foloseste pentru asigurarea concentratiei necesare de ioni de Ca2+ in noroaiele cu gips, destinate traversarii unor strate argiloase instabile aflate la adancimi mari si ca reactiv intarzietor de priza in pastele de ciment.

Cromatul de sodiu (Na2CrO4) si dicromatul de sodiu (Na2Cr4O7.2H2O) sunt substante sub forma de cristale galbene, respectiv portocaliu-roscate, ambele fiind toxice. Simpla lor adaugare in fluidele de foraj nu are nici un efect, dar in prezenta lor, lignosulfonatii, lignitul, poliacrilatul de sodiu si alti reactivi isi maresc stabilitatea termica. De asemenea, la temperaturi peste 70°C, ei insisi pot actiona ca fluidizanti. Se mai pot folosi ca inhibitori de coroziune in noroaiele mineralizate.

Actiunea asemanatoare in fluidele de foraj au cromatul si dicromatul de potasiu.

PREPARAREA,TRATAREA SI INTRETINEREA FLUIDELOR DE FORAJ

3.Prepararea fluidului de forajFluidul de foraj contine solide necesare,introduce la prepararea si intretinerea

acestuia,cat si solide ce apar in procesul de dislocare.Detritusul trebuie sa fie eliminat in totalitate sau la un nivel minim deoarece influenteaza negativ performantele de foraj si creste riscul de accidente tehnice.Acest deziderat se face pe doua cai si anume:

-indepartarea prin sistemul de curatire la suprafata -dilutie cu fluid de foraj proaspat preparat

23

Totdeauna se aplica ambele metode depinzand totodata de mai multi factori printer care si natura rocilor dislocate.

3.1.Sistemul de curatire la suprafataDimensiunea particulei(diametrul

echivalent)

Grad de maruntire

Material

Dimensiunea plasei sitei care retine [mesh]

Echipamentul mechanic indicat

Pentru retinerea particulelor

>2000 grosiere Nisip grosier

Pana la 10 Site vibratoare

2000…250 intermediare Nisip fin

10…60 Site vibratoare

250…74 medii Nisip fin

60…200 Site vibratoare+denisipatoare

74…44 fine Mal 200…325 Denisipatoare 44…2 ultrafine Argile demaluitoare 2…0 coloidale Coloizi centrifuga

La prima aparitie a detritusului la suprafata este constituit din particule cu dimensiunea mai mare de 700…800 um,barita are dimensiuni intre 6…74um,iar argila este in domeniul 1…2um.

Principalele echipamente ce pot fi incluse intr-un sistem de curatire sunt: -sitele vibratoare cu plase de 18…60mesh,separa particule cu dimensiuni mai

mari de 150um -sitele vibratoare cu constructie deosebita cu plase de 80…120mesh,separa

solide cu dimensiuni mai mari 74um -sitele vibratoare foarte fine cu plase de 200…325mesh,separa particule cu

dimensiuni cuprinse in domeniul 44…74um -denisipatorul(hidrociclon) separa particule de nisip,de barita,cu dimensiuni in

domeniul 40…45um -demaluitorul(hidrociclon) separa particule de nisip fin,barita si mal cu

dimensiuni cuprinse in domeniul 20…25um -“mud-cleaner”-ul este o combinatie de site vibratoare fine (120…200mesh)

cu hidrocicloane fine si va separa particule solide cu dimensiuni in domeniul 6…10um -centrifuga poate separa particule solide fine,cu dimensiuni mai mici de 5um.Functie de: -natura rocilor dislocate -calitatile fluidului de foraj -componenta instalatiei de curatirese poate realize o anumita eficienta de indepartare a solidelor e.Acest parametru

cu valori intre 20…90%,exprima cat solidele dislocate sunt indepartate cu sistemul de curatire de la suprafata.Cele ramase vor fi reduse sub limita acceptata da,prin dilutii.

a.Sitele vibratoare

24

Sunt dispozitive care indeparteaza particulele grosiere de detritus imediat dupa iesirea fluidului din sonda.

O sita vibratoare tipica este alcatuita dintr-o rama dreptunghiulara pe care se afla intinsa o plasa metalica sau retea din fibre artificiale cu diverse profile.Rama este suspendata prin intermediul unor amortizoare(arcuri spirale,cauciuc) si are doua lagare in care se roteste un ax cu masa excentrica,actionat de un motor electric de 2…5kw(fig.11.1).Odata cu rotirea axului,rama sitei vibreaza,capatand o miscare oscilatorie intr-un plan vertical,perpendicular pe axul vibratorului.Motorul electric se amplaseaza pe suportul fix al sitei sau chiar pe rama vibratoare.

Fluidul de foraj iesit din sonda prin derivatie cade pe sita,trece prin plasa si este colectat intr-o haba decantoare(de forma piramidala si care se curata periodic printr-o gura laterala),apoi pe jgheaburi,ajunge la diverse habe,pana la cele de aspiratie a pompelor de noroi.Particulele solide ramase pe sita sunt transportate de vibratiile sitei spre capatul opus alimentarii cu fluid,de unde sunt colectate si evacuate.Prin indepartarea detritusului de pe sita se prinde si o oarecare cantitate de fluid,precum si particulele mai fine.La sitele grosiere pierderile de lichid sunt nesemnificative,dar pot ajunde la 1…2% din debitul de fluid la sitele fine(sau de 3-4 ori volumul solidelor indepartate).

Fig11.1.Schema unei site vibratoare

Elementul caracteristic si cel mai important al unei site vibratoare il constituie plasa,care se allege astfel incat sa separe particulele solide cu diametrul mai mare decat o anumita dimensiune stabila.Plasa trebuie sa posede o capacitate de prelucrare suficienta,cu pierderi minime de fluid,san u manifeste tendinte de infundare,sa fie rezistenta sis a aiba o durata de functionare(folosire)acceptabila.

Pentru fluidele de foraj se utilizeaza plase de sita cu ochiuri patrate sau dreptunghiulare,din fire cu aceeasi grosime in ambele directii.Ele sunt caracterizate prin numarul de ochiuri(mesh) pe 1 inch liniar(25,4mm)si marimea deschiderii ochiurilor pe cele doua directii perpendiculare(de exemplu,o plasa cu 50 de ochiuri pe o directie si 40

25

pe cealalta,este specificata 50 x 40).Aria deschisa,libera,depinde de grosimea firelor;la acelasi numar de mesh ,plasele cu fire mai subtiri au aria deschisa mai mare,dar sunt mai putin rezistente.

Conductanta plaselor este o marime definite ca raport itre permeabilitatea plasei si grosimea ei medie;astfel plasa 50 x 50 mesh are conductanta dubla fata de plasa cu 100 x 100 mesh,desi ambele au aceeasi arie deschisa.Prin reducerea grosimii sarmei utilizate pentru confectionarea sitelor(fire mai subtiri)creste aria deschisa si conductanta(pentru o plasa de 80 x 80 mesh,reducand grosimea sarmei de las 140 um la 94 um ,deschiderea ochiurilor creste de la 178 um la 224 um,aria deschisa de la 31,4 % la 49,6 %,iar conductanta se dubleaza,de la 2,91 um la 7,04 um).

Eficienta de separare a unei site depinde de starea de umectare a particulelor,natura si forma solidelor,viscozitatea fluidului,suprafata active de cernere,debitul de alimentare cu fluid,inclinarea sitei,amplitudinea,frecventa si forma vibratiilor.

Capacitatea unei site(debitul de alimentare)creste cu latimea plasei,cu marimea acceleratiei normale pe sita,cu deshiderea ochiurilor,cu densitatea noroiului(daca vascozitatea este constanta)si atunci cand sita este usor ridicata spre evacuare(pana la 5 grade)si se reduce cand vascozitatea fluidului si concentratia de particule solide cresc(fig11.2).

Debitul de alimenatare se regleaza astfel incat plasa sitei sa fie acoperita de fluid pe 75…80 % din lungime(in anumite conditii exista o lungime de udare maxima),restul plasei fiind necesar pentru scuturarea particulelor evacuate de lichidul aderent.

Pentru a reduce pierderile de lichid si in acelasi timp preluarea unor debite mai mari se monteaza uneori in practica site etajate,cu doua sau trei plase suprapuse sau site in trepte(fig.11.3.).

Fig.11.3.Scheme constructive de site vibratoare

Viteza de inaintare spre capatul sitei a solidelor separate este o functie complexa de frecventa vibratiilor,acceleratia normala maxima,unghiul sitei cu orizontala,coeficientii de frecare statica si dinamica dintre particule si plasa sitei.

Forma vibratiilor,care depinde de locul de plasare a axului vibrator,imprima sitei diverse forme de miscare:uniform circulara,miscare eliptica neuniforma,miscare liniara,fiecare dintre ele prezentand anumite avantaje si dezavantaje.

b.Hidrocicloanele.

26

Hidrocicloanele sunt dispozitive utilizate pentru indepartarea particulelor solide care nu au fost separate de sitele vibratoare sau care nu s-au decantat: silt,nisip,dar si barita. Se folosesc frecvent la curatirea fluidelor de foraj neingreuiate(forajul la adancimi reduse),in care,la viteze mari de avansare,concentratia de particule solide devine exagerat de mare

Hidrociclonul este de forma cilindroconica si nu are in compunere piese in miscare(fig.11.4.).Fluidul de foraj,trimis de o pompa centrifuga,patrunde tangential in portiunea de alimentare,cu o viteza medie de 2…3m/s,dupa care capata o miscare in spirala,fiind impins axial spre zona conica.In partea de jos,in apropierea varfului conic,sectiunea de curgere se reduce,fluidul isi schimba sensul axial de miscare si,sub forma unui vartej interior,iese printr-o teava centrala,cu un diametru ceva mai mare decat al celei de alimentare.Miscarea fiind elicoidala,apar forte centrifuge mari care vor depune pe peretii conului particulele solide cu dimensiuni mai mari si masa mai ridicata,iar de-a lungul axei hidrociclonului se formeaza o coloana de fluid curatat si aer,care capata o miscare ascendenta.La o functiune corecta,particulele grosiere sunt indepartate sub forma pulverizata si nu de current continuu,caz in care pierderile de fluid ar fi excesive(fig.11.5.).

27

Eficacitatea separarii cu hidrociclonul depinde de inaltimea si diametrul orificiului de la varful conului.Pentru o constructie data si un anumit debit de alimentare,viteza si capacitatea de separare scad cand densitatea si viscozitatea fluidului cresc.

Dimensiunea unui hidrociclon o reprezinta diametrul interior al portiunii cilindrice.Daca este impus,celelalte dimensiuni pentru functionarea optima a hidrociclonului se stabilesc experimental.Deoarece capacitatea de prelucrare a hidrocicloanelor trebuie sa depaseasca debitul de circulatie,cu 25% la desandere si pana la 50% la desiltere,se folosesc baterii de hidrocicloane(2…20 bucati).

Debitul de alimentare a unui hidrociclon scade cand diametrul creste.El va fi optim daca presiunea de alimentare este 22…23 m coloana de noroi,indifferent de diametru.Acest lucru inseamna a realize o presiune de alimentare,in bar:

p=(2,2…2,3)pcu densitatea in kg/dm3.

Fig.11.5Modul de eliminare al sondelor

28

Pe acest criteriu se allege pompa centrifuga si motorul ei de actionare.Pentru orificiu de jos al conului se aleg duze cu diametrul intre 10mm la hidrocicloanele de 4 in.pana la 40 mm la cele de 12 in,functie de cat de incarcat cu particule solide este noroiul.

c.Separatoare centrifugaleSeparatoarele centrifugale sunt dispozitive cu ajutorul carora se indeparteaza o

parte dintre particulele foarte fine reduce viteza de avansare a sapei sin u pot fi eliminate cu hidrocicloanele.

Centrifugele se utilizeza si pentru concentrarea baritei intr-un noroi recuperate de la o sonda,iar la foraj marin cu fluide pe baza de petrol,ele folosesc la recuperarea lichidului folosit pentru spalarea detritusului.

Centrifuga cu snec se utilizeaza atat la fluidele neingreuiate cat si la cele ingreuiate.

Este formata dintr-o manta tronconica sau cilindroconica,un snec interior si o teava de alimentare prin interiorul snecului,tot ansamblul montat intr-o carcasa exterioara(fig.11.6.).Mantaua cu diametrul maxim de 0,3…0,6m si lungimea de 0,5…1m,se roteste cu 1600…3300rot/min,iar snecul cu 20…40 rot/min,in acelasi sens si de acelasi motor,printr-un redactor.Fluidul este pompat prin teava axiala intr-o camera de alimentare,de unde iese prin niste orificii ale snecului si patrunde in spatial de separare dintre snec si manta.Datorita fortelor centrifuge imprimate fluidului de rotirea mantalei,particulele solide se decanteaza pe peretii acesteia.Snecul le razuieste si le transporta incet spre orificiiile de descarcare.Acest concentrate nu contine decat lichidul de aderenta si pentru a usura evacuarea lui se dilueaza la iesire cu lichid,sau se inclina usor centrifuga.

Fig.11.6.Centrifuga cu snec

Lichidul cu particule fine,formeaza un strat circular,cu grosime neuniforma,care nu ajunge la capatul de evacuare a concentratului.Faza lichida curge de-a lungul snecului spre capatul anterior unde este evacuate.

29

Puterea de separare a centrifugii creste cu turatia,diametrul si lungimea ei si scade vascozitatea,densitatea si debitul de alimentare.

Pentru o buna curatire,fluidul de alimentare se dilueaza,astfel incat vascozitatea lichidului iesit din centrifuga sa fie 38…40s la palnia Marsh.

Fluidele pe baza de petrol ingreuiate sunt centrifugate in doua etape: -concentratul din prima etapa,in care este o cantitate insemnata de barita,se

returneaza in system,iar lichidul este centrifugat din nou pentru a indeparta din el particulele foarte fine.In prima etapa se reduce vascozitatea prin eliminarea particulelor de barita mai grosiere de 5…7um,iar apoi a lichidului,prin indepartarea particulelor foarte fine.

Centrifuga cu rotor perforat se utilizeaza mai ales pentru controlul vascozitatii fluidelor ingreuiate,eliminand particulele fine in faza lichida separate.

Este alcatuita dintr-o manta cilindrica stationara,cu diametrul de 0,2m,in care se roteste cu 2000…2500 rot/min un rotor perforat de 1m lungime si 0,15 m diametru.(fig.11.7.)

Fig.11.7.Centrifuga cu rotor perforat

Fluidul de curatat se dilueaza cu aproximativ 70% lichid si este introdus de o pompa elicoidala la un capat al separatorului,in spatial inelar dintre cei doi cilindri.Particulele solide se concentreaza pe suprafata mantalei si sunt descarcate sub forma unui lichid concentrate ,pe la capatul opus al separatorului.Pe conducta de iesire se monteaza o restrictie care sa impiedice iesirea odata cu solidele a fluidului pompat.,asigurandu-se o contrapresiune cu o duza reglabila sau cu un motor elicoidal actionat de concentratul respective.

Datorita restrictiei lichidul dinspre centru incarcat cu particule fine este obligat sa patrunda prin perforaturile rotorului sis a fie eliminat pe la capatul lui.

30

La o reglare adecvata si o turatie corespunzatoare,concentratul descarcat trebuie sa aiba densitatea cu 300…400kg/m3 mai mare decat a fluidului de alimentare inainte de diluare.Prin rotor se vor elimina peste 50% din particulele fine,iar continutul de barita in concentrate poate ajunge la 80…90%.

Puterea de separare scade cu debitul de alimentare,iar acesta se reduce cu densitatea fluidului de alimentare.

11.2.Costul prepararii si intretinerii fluidului de foraj

Pentru intervalul considerat costul fluidului de foraj are urmatoarele componente: -costul chimicalelor necesare prepararii fluidului de foraj -costul transportului chimicalelor la sonda -cheltuielile cu echipamentul de curatire si asistenta tehnica -costul transportului fluidului de foraj de la sonda la o statie de

preparare sau o locatie de depozitare ca deseu.Cheltuielile cu trasportul chimicalelor la sonda depind de cantitatea insumata a

componentelor conform retetei de preparare si volumului necesar,de tarifele de transport,de distanta.Costul evacuarii fluidului de foraj de la sonda la terminarea intervalului estew determinat de volumul transportat si ,la fel la tarifele de transport si distanta.

Daca se noteaza costul unui m3 de fluid cu c(f) costul total al fluidului de foraj pentru intervalulu considerat este:

C(fluid)=c(f) x V(nT)Functie de conditiile sondei,pentru volumul total se poate accepta o majorare de

pana la 10% pentru a acoperii pierderile tehnologice de fluid.In evaluarea cheltuielilor cu echipamentele de curatire intervine durata

estimate de utilizare.pentru fiacare echipament se percepe un tariff,de regula,pe zi.Aceste ultime doua componente influenteaza semnificativ costul total al fluidului de foraj pe intervalulu considerat.Elementul ce trebuie atent analizat este suficienta de indepartare a solidelor,e.Echipamente de curatire mai multe ca tip si mai performante maresc cheltuielile cu inchirierea acestora dar,crescand eficienta indepartarii solidelor,vor determina reducerea semnificativa a volumului necesar de dilutie,deci a volumului total de fluid,deci a costului chimicalelor de preparare.

11.3.Degazeificarea gazelor.In timpul forajului gazelle pot patrunde in fluidul de circulatie din roca dislocate

sau peretii sondei.Se modifica astfel proprietatiile fluidului:scade densitatea,creste vascozitatea ,se modifica ph-ul.Cea mai grava situatie se produce cand densitatea scade periculos de mult,presiunea in sonda scade ,iar afluxul de gaze se intensifica si sonda poate manifesta eruptive.

Prezenta gazelor in fluidul de circulatie poate fi si un pericol de incendiu,iar daca sunt nocive,lucrul la sonda devine primejdios pentru echipa de lucru..Orice gazeificare intense este insotita de cresterea nivelului de noroi la habe.

Prin gazeificarea noroiului se inrautatesc conditiile de functionare a pompelor si a echipamentului de curatire.

Se poate cloncuziona ca atunci cand se traverseaza strade gazeifere si mai ales atunci cand se foreaza la subechilibru,noroiul trebuie degazeificat la iesirea din sonda.

31

Se monteaza in acest scop un separator de gaze pe derivatie si un degazeificator dupa trecerea noroiului prin site.

Separatorul are rolul de a elimina dopurile si bulele mari de gaze.Este de fapt un vas cilindric vertical,in care fluidul patrunde tangential pe la partea superioara sic urge in spirala,pe niste sicane,in strate subtiri.Gazele ies pe la partea de sus si sunt dirijate la o facla,iar lichidul deverseaza in conductele derivatiei.Pentru a se impiedica iesirea gazelor prin conducta de evacuare a lichidului exista in interior un regulator cu plutitor iar la partea de jos posibilitatea de curatire a detritusului depus.

Degazeificatorul asigura eliminarea din fluid a bulelor mai fine de gaz.Dupa modul de lucru sunt cunoscute in practica degazeificatoare cu vid si atmosferice.

In degazeificatoarele cu vid noroiul degazeificat este aspirat in camera degazeificatorului creand in interiorul ei o depresiune corespunzatoare inaltimii de ridicare si densitatii noroiului,cu o pompa cu jet sau o pompa de vid.Noroiul degazeificat este apoi returnat in habe fie cu ejectorul insusi,fie de o pompa centrifuga,la cele cu pompa de vid.

Noroiul gazeificat este aspirat printr-o teava centrala pana la partea superioara a degazeificatorului.Deci printr-o serie de perforatu4ri noroiul cade in straturi subtiri pe sicane inclinate sau pe suprafete conice permitand iesirea bulelor de gaz din fluid.La degazeificatoare cu injector gazelle sunt antrenate cu fluidul curat intr-un hidrociclon de separare din care gazelle ies prin teava centrala iar fluidul curatat este refulat in habe.La cele cu pompa de vid gazelle sunt eliminate direct printr-un vas tampon.

La degazeificatoarele atmosferice o pompa centrifuga special construita pentru a nu fi blocata de gaze este cufundata in habe de aspiratie de unde trimite fluidul in camera degazeificatorului pe care il imprastie radial.Dupa lovirea de peretele cilindric al camerei lichidul se scurge intr-un strat subtire si turbulent pe pereti,este colectat sic urge liber intr-o haba.Gazele degajate ies in atmosfera sau sunt dirijate la distanta printr-o conducta.

Prepararea noroiului de foraj se poate face:- direct in sonda, pe cale naturala, atunci cand formatiile traversate contin argile

coloidale care impreuna cu apa ce se pompeaza de la suprafata formeaza un bun noroi de foraj

- prin amestecarea la suprafata a argilei uscate si macinate fin cu apa (se folosesc in acest scop argile bentonitice care prin dispersare dau noroaie cu bune proprietati coloidale ambalate in saci de cite 50 kg) in acest caz, prepararea noroiului se face folosind pilnia de amestec (mixer).

Un noroi natural are in mod normal greutatea specifica de circa 1,2...1,25 kg/dm3, viscozitatea aparenta de 38-45 s la pilnia Marsh, filtratia de 8-15 cm, iar grosimea turtei de colmataj de 2-3 mm. Aceste valori sint informative si ele depind de proprietatile humei si ale apei cu care s-a preparat noroiul. Pentru imbunatatirea proprietatilor coloidale ale acestuia, se poate adauga in noroiul natural o cantitate de trassgel (o huma bentonitica uscata, macinata si activata cu C03Na2). In cursul forajului, sau chiar la preparare, in noroi se pot adauga dupa cerinte diferite substante chimice in scopul aducerii unora din caracteristicile noroiului la anumite valori.

4. Conditionarea noroiului de foraj

32

Conditionarea noroiului de foraj se face prin tratare cu diferiti aditivi, in scopul corectarii caracteristicilor principale ale noroiului (greutate specifica, viscozitate, gelatie, filtratie, capacitate de colmatare, stabilitate in conditii de temperatura si presiune ridicata etc.) atunci cind acestea au devenit necorespunzatoare datorita actiunii diferitilor factori (agenti eontaminanti, gaze, temperaturi ridicate s.a.).

Corectarea greutatii specifice. Reducerea greutatii specifice se face prin diluare cu apa (in care caz, pentru a nu creste excesiv filtratia, se poate adauga si trassgel) sau prin tratare cu naftenat de sodiu (cind se urmareste o reducere mai importanta a greutatii). Reducerea greutatii specifice se face de obicei in scopul evitarii pierderilor de circulatie, sau a blocarii porilor unor formatii productive.

Marirea greutatii specifice a noroiului (in scopul realizarii unei contrapresiuni mai mari asupra peretilor - pentru a evita darimarea lor sau asupra formatiilor productive - pentru a evita manifestari eruptive ale acestora) se obtine prin adaugarea unor materiale de ingreunare.

5.Forajul sondelor.Interactiuni dintre fluidul de foraj si formatiile de gol traversate

Acestea sint substante minerale cu greutate specifica mare care trebuie sa fie foarte fin macinate (pentru a putea fi mentinute in suspensie, in noroi) si inerte din punct de vedere chimic (sa nu contina saruri solubile care ar strica echilibrul coloidal al noroiului marind viscozitatea filtratia si gelatia sa). In acest scop la noi in tara se foloseste barita (S04Ba) sau calcarul (C03Ca).

Barita ce se foloseste la ingreunarea noroiului trebuie sa contina minimum 90 % S04Ba. In functie de procentul de impuritati (silice, S04Ca, C03Ca etc.)are de obicei greutatea specifica de 3,9-4,1 kg/dm3. Se poate folosi pentru obtinerea unor noroaie grele (Yn=2... 2,2 kg/dm3).Calcarul se poate folosi pentru ingreunarea noroaielor pina la 1,45 kg/dm3 deoarece are greutatea specifica numai de 2,7 kg/dm3.

In unele tari se folosesc pentru ingreunarea noroaielor si oxizi de fier (magnetit, limonit etc.) care au greutate specifica mare (> 4,8 kg/dm3) insa care nu sint intotdeauna suficient de inerti.

Tratarea noroiului cu materiale de ingreunare se face prin adaugarea lor cu ajutorul pilniei de amestec.In prealabil se asigura insa noroiului un bun suport coloidal, pentru ca sa poata mentine in suspensie materialul greu.

Cantitatea de material greu ce trebuie adaugat la un m3 de noroi initial (avind greutatea specifica Y1) pentru a i se ridica greutatea specifica la valoarea Y2, se calculeaza cu formula:

G = y.' (Y2 - "(,) [tf,'m3].

"('-"(2

Corectarea viscozitiitii. Viscozitatea noroiului de foraj este complet diferita de aceea a fluidelor newtoniene. Ea depinde nu numai de frecarea interioara ce se manifesta in timpul curgerii, ci si de fenomenele eletrocinetice care au loc la interfata solid-lichid, fiind influentata totodata si de viteza de curgere a fluidului. De aceea atunci cind se vorbeste de viscozitatea noroaielor de foraj, se face referire la notiunea de "viscozitate

33

structurala", care se afla intr-o strinsa legatura cu fenomenele ce stau la baza formarii structurii tixotropice a noroaielor.

Prin urmare, viscozitatea noroiului de foraj depinde de concentratia fazei disperse (continutul de particule de argila in noroi), de dimensiunea si forma particulelor acesteia, precum si de viscozitatea mediului de dispersie (fazei lichide), iar, pe de alta parte, de marimea potentialului electrocinetic, care poate fi modificat prin inglobarea diferitor agenti in masa noroiului: agenti de contaminare,in timpul saparii prin formatii ce contin saruri solubile, agenti reductori de viscozitate

in cadrul tratamentelor chimice de conditionare a noroiului la suprafata.Viscozitatea noroaielor creste excesiv atunci cind procentul de argile coloidale in

suspensie este prea mare (in care caz, reducerea viscozitatii se face prin simpla diluare cu apa), cind noroiul este contaminat cu gaze (in care caz se trateaza cu reductori de viscozitate si se aplica procedee fizice de degazeificare) sau cu saruri solubile (de exemplu la contaminarea cu NaCl, datorita cresterii marimii micellelor de bentonita, ca urmare a fixarii moleculelor de NaCl, creste viscozitatea noroiului).

Atunci cind reducerea viscozitatii noroiului nu se poate face prin diluare cu apa, fiind limitata de cresterea filtratiei, se folosesc reductori de viscozitate.

Actiunea reductorilor de viscozitate se explica prin adsorbirea lor pe muchiile expuse ale foilor de montmorillonit, influentind astfel asupra fenomenelor electrocinetice de la suprafata particulelor: ca urmare a neutralizarii sarcinilor electrice de la marginile rupte ale foitelor de argila de catre ionii negativi ai reductorilor de viscozitate, se distrug retelele pe care particulele de argila au tendinta de a Ie forma in mod obisnuit. Ca reductori de viscozitate se mentioneaza: fosfatii complecsi, tanantii, unele substante anorganice, substante cu efect combinat etc.

Fosfatii complecsi se prepara prin deshidratarea a ortofosfatilor mono-, di- sau trisodici. In functie de materia prima si de procesul tehnologic rezulta diferite tipuri de fosfati, cum sint:

- hexametafosfatul de sodiu (NaP03)6, reactiv puternic, cu actiune rapida, folosit pe scara larga; efectul sau este insa de scurta durata, deoarece (mai ales in conditiile temperaturilor ridicate - peste 70. . . 80°C) se transforma, intr-un timp relativ scurt, in ortofosfat, care este un produs inert; de aceea noroiul necesita tratamente zilnice se prezinta sub forma de solzi transparenti - sticlosi, solubili in apa; se folose$te mai ales la traversarea marnelor pontiene friabile (0,2+0,8 kg fosfatjm3 noroi in solutie cu concentratia de 10 %); nu se poate folosi la sonde de mare adincime;

- pirofosfatul acid de sodiu (Na2H2P207) este cel mai bun dintre fosfati, deoarece este cel mai rezistent la temperaturi ridicate;

- tetrafosfatul de sodiu (NasP40u);- si altii mai putin folositi.Tanantii sint reactivi ce contin diferite procente de substante tanante.Se adauga in noroi singuri sau asociati cu NaOH (sub forma de tanati de sodiu).

Actioneaza mai lent, insa efectul lor este mai indelungat si nu sint influentati de temperaturile ridicate. Din aceasta grupa se mentioneaza:

- acidul tanic industrial (taninul), care contine circa 50 % substante tanante si se extrage din gogosi de stejar; are culoare bruna-inchis, este solubil in apa; se adauga la noroaiele naturale cu continut prea ridicat de argile coloidale (0,5+1 kg tanat de sodiu/m3 noroi, intr-o solutie cu concentratia de 10%);

34

- quebracho este un extract de tanin din arborele cu acelasi nume (ce creste in unele tari din America Latina); contine circa 65-70% substante tanante; este de culoare rosie-inchis; se foloseste la tratarea noroaielor naturale contaminate cu procente mari de argile coloidale, a noroaielor cu val sau a fluidelor-emulsie (in proportie de 1-3 kg/m3 in solutie cu concentratia de 10%, singur sau asociat cu NaOH ori C03Na2)

. -. sulfitanul este un material tanant extras din coaja sau conuri de conifere (cu ajutorul unei solutii de 3 % sulfit de sodiu); contine circa 40-50 % substante tanante; este un praf brun ce se introduce in noroi)foloseste la tracarea noroaielor naturale sau a celor pe baza de var; .

- lignosulfonatii de calciu sint produse reziduale de la fabricarea hirtiei; moliftanul si lignotanul sint compusi fara caracter polar (adaugati in exces nu influenteaza atmosfera ionica a micellei de bentonita); moliftanul (continut 15-20% substante tanante) este un produs preparat din lesiile reziduale de la fabricarea celulozei prin metoda sulfit,este o pasta de culoare bruna-inchis ce se adauga in proportie de 0,5-1 % (dizolvata in apa si asociata cu NaOH), pentru reducerea viscozitatii noroaielor cu val', ca emulgator si stabilizator (in proportie de 0,1-0,3%) al noroaielor-emulsie de tip ulei in apa, sau ca substanta de adaos la forajul cu apa (asociat cu reactivul de lignit, pentru a reduce hidratarea si umflarea unor argile); lignotanul se obtine de asemenea din lesii bisulfitice, neutralizate, concentrate, uscate si apoi macinate,are proprietati asemanatoare cu moliftanul insa prezentandu-se sub forma de praf este mai usor de manipulat (se introduce in noroi direct sau dizolvat in apa).

Actiunea reductoare de viscozitate a substantelor tanante se explica prin influenta pe care moleculele acestora o au asupra fortelor Van del' Waals,imbracind particulele de argila, impiedica atractia dintre ele.

Din categoria unor substante anorganice se mentioneaza:carbonatul de sodiu (C03Na2) se foloseste la reducerea viscozitatii noroaielor

contaminate cu saruri de calciu (provenite din ciment, gips. anhidrit); se adauga sub forma de praf sau dizolvat in apa (concentratie 10%);

- hidroxidul de sodiu (NaOH) se foloseste asociat cu unii reductori de viscozitate (acid tanic, quebracho, moliftan), sau la prepararea unor reactivi (reactivul de lignit);

- bicarbonatul de sodiu (C03HNa) se adauga ca reductor de viscozitate sub forma de praf in noroaiele contaminate cu ciment.

Substantele cu efect combinat se folosesc pentru reducerea viscozitatii, concomitent cu aceea a filtratiei. In categoria acestora intra reactivul de lignit si rasina crezilica.

Reactivul de lignit contine, ca substanta activa, humatul de sodiu. Lignitii (mai ales cei tineri) contin procente mari de acizi humid: substante complexe; macromoleculare, cu caracter coloid, avind marimea micellelor de 1m.

Activa din ligniti, formeaza, impreuna cu NaOH, humati de sodiu (sarurile cele mai solubile in apa ale acizilor humici). Humatii de sodiu fiind agenti superficial-activi, se adsorb pe particulele de argila, marindu-Ie caracterul hidrofil; creste grosimea liosferei (din care cauza se reduce cantitatea de apa libera, reducindu-se astfel filtratia), se reduc fortele de atractie dintre ele (realizindu-se astfel reduce rea viscozitatii). Totodata pot fi folositi si ca emulgatori pentru stabilizarea fluidelor emulsie (formate din noroi si motorina). Adaugat in noroaie contaminate cu NaCl, imbunatateste simtitor calitatile acestora, permitind continuarea forajului chiar la aceste procente de contaminare.

35

Reactivul de lignit se prepara prin macerarea la cald (70. . .80°C) a lignitului macinat, timp de 48 h, intr-o solutie apoasa de NaOH (3000 apa + 100 kg NaOH + 400 . . . 800 kg lignit macinat).

Rasina crezilica (crezaldina) este o rasina sintetica, solubili in apa, facand parte din grupa bachelitei (este o substanta macromoleculara, ce se prepara din acizi crezilici). Este reductor de viscozitate si filtratie, putand fi folosit si ca emulgator. Se foloseste mai ales la tratarea noroaielor ingreunate cu barita inferioara (insuficient de inerta chimic) sau contaminate cu saruri de Ca ori cu ciment. Actioneaza si in prezenta NaCl. Se obtine efect optim atunci cand rasina este asociata cu varul (CaO). Deoarece face noroiul sa spumeze, la tratarea acestuia se adauga motorina (sau lampant) amestecata cu 20 % ceara de petrol - ca antispumant (reteta de tratare: 2. . . 5% rasina + 0,1...1% CaO sub forma de CaOH concentratie 15 % -0,5 % antispumant; se stabileste prin incercari de laborator pe noroiul respectiv). Noroiul astfel tratat se poate emulsiona cu motorina (20-30 %), in care caz filtratia scade chiar la 1-3 cm3. Noroaiele tratate cu crezaldina se gazeifica greu, insa sint putin rezistente la contaminarea cu NaCl.

Corectarea filtratiei. Cauzele care pot provoca ridicarea excesiva a valorii filtratiei noroaielor si masurile care se iau in fiecare caz sint urmatoarele:

Continutul prea mic de coloizi (deci un continut mare de apa libera). In acest caz se adauga noroiului argile macinate (bentonitice, coloidale, din categoria celor folosite la prepararea noroiului). Nu se poate obtine insa o reducere prea mare a filtratiei noroiului, pentru ca tratarea cu procente prea mari de argila ar duce la cresterea excesiva a viscozitatii.

Bentonita mai poate aplica tratamentul cu trassgel (o bentonita activata cu C03Na2), care imbunatateste de asemenea proprietatile coloidale ale noroaielor naturale.

Contaminarea cu saruri solubile. in acest caz se anihileaza efectul contaminantilor, apoi se restabilesc calitatile coloidale ale noroiului prin tratare cu argile bentonitice sau cu trassgel si daca este necesar se adauga fluidizanti. In cazul contaminarii noroiului cu saruri solubile, cel mai bun efect n are tratarea cu reactiv de lignit sau cu crezaldina. La procente mari de contaminare cu saruri solubile, se poate trece la forajul cu fluide speciale, inerte la actiunea contaminanta a sarurilor (noroi cu amidon, fluide negre etc.). Rezultate foarte bune (in ceea ce priveste reducerea filtratiei) in asemenea cazuri de contaminare se obtin prin tratarea noroiului cu Celusol (cunoscut in diferite tari sub diferite denumiri comerciale: tyloza, driscoza etc.). Celusolul este sarea de sodiu a carboximetilcelulozei (CMC), ce se obtine prin tratarea celulozei alcaline (celuloza tratata cu NaOH) cu acid monocloracetie. Este un praf alb,higroscopic, ce se poate adauga in noroi fie ca atare fie dizolvat in apa.

Este cel mai eficace reactiv, care stabilizeaza calitatea noroaielor de foraj mai ales in conditiile contaminarii cu procente mari de saruri solubile, fiind totodata un reductor activ al viscozitatii noroaielor mineralizate. Poate fi folosit si pentru stabilizarea unor noroaie speciale (noroi cu val, noroaie-emulsie, noroi cu silicat s.a.). Folosit numai ca fluidizant al noroaielor devenite viscoase ca urmare a cresterii concentratiei fazei solide, celusolul are efect numai pina la un anumit continut - limita de argila (daca acesta a fost depasit, celusolul are efect de ingropare).

Valori anormale ale pH (prea mici sau prea mari). Aceste valori nu asigura o buna dispersie a argile. In acest caz se trateaza noroiul cu substante alcaline (NaOH sau

36

C03Na2) ori acide pentru a aduce indicele pH la valori normale (8-7-10), la care dispersia argilelor bentonitice in apa este optima.

5. Interactiunea dintre fluidele de foraj si formatiile geologice traversateIn timpul forajului, intre noroiul din sonda si roca are loc o influenta continua si

reciproca: unele tipuri de roci influenteaza calitatea noroiului, iar noroiul, la rindul sau, afecteaza uneori stabilitatea peretilor actionind asupra rocilor din care sint alcatuiti acestia.

Influenta formatiilor asupra calitlitii noroiului de foraj. Aceasta influenta se manifesta atat prin intermediul fragmentelor de roca dislocate din talpa si inglobate in masa noroiului sub forma de detritus cit si uneori prin intermediul unor roci care alcatuiesc peretele sondei.

Solidele inglobate in noroi sub forma de detritus sint separate la suprafata (atunci cind sint constituite din fragmente de roci dure si compacte, sau din particule mari de argile si marne compacte), prin curatirea mecanica a noroiului, cu ajutorul unor dispozitive speciale: site vibrato are, baterii de hidrocicloane, cutii de decantare, sau chiar jgheaburi.Dintre acestea, cele mai eficace sint hidrocicloanele.

Sita vibratoare este montata pe un cadru metalic, fixat in pozitie inclinata (10. . . 15°) prin arcuri la un suport. Acest cadru (pe care este intinsa plasa de sirma) este facut sa vibreze (circa 1 000 vibratii/min) prin intermediul unui ax cu excentrice, actionat de un electromotor. Noroiul ce iese de la put este dirijat la sita vibratoare. Detritusul ramane pe plasa sitei, iar noroiul curatit trece in jgheab. Sitele se monteaza de obicei linga derivatie, astfel incit detritusul fin, care nu a fost separat la sita, sa se poata depune pe jgheaburile prin care noroiul este dirijat la batai (sau la rezervor). Hidrocicloanele sint dispozitive moderne pentru curatirea noroiului de detritus sau pentru recuperarea baritei din noroaiele ingreunate. Desi se pot construi in mai multe variante, orice hidrociclon este format dintr-un vas cilindric (in care noroiul intra sub presiune, printr-o conducta orizontala, montata tangential), prevazut la partea inferioara cu o portiune conica (conicitate 15...20°), terminata cu o duza inlocuibila. Noroiul, intrind tangential in hidrociclon, capata o miscare de rotatie, iar forta centrifuga dirijeaza particulele solide (mai grele) spre duza inferioara (descriind traiectorii spirale) prin care sint apoi evacuate. Noroiul curatit de particulele soli de iese din hidrociclon prin racordul montat la partea sa superioara. Evacuarea particulelor mai grele din noroi se bazeaza pe principiul mentinerii, de-a lungul generatoarei ciclonului, a unei valori constante a produsului dintre raza 1 viteza tangentiala a fiecarei particule. Capacitatea (debitul) hidrociclonului depinde de dimensiunile. sale, ale duzei inferioare ale racordului superior de evacuare a noroiului, ultimele doua putind fi modificate, prin schimbarea duzei sau a racordului (care sint inlocuibile). La debite mari de circulatie se folosesc "baterii de. hidrocicloane", formate din mai multe elemente legate in paralel.

Pentru a i se asigura o buna curatire de detritus, noroiul trebuie sa aiba viscozitate si gelatie redusa. La traversarea stratelor de argile bentonitice, particulele argiloase de detritus se disperseaza cu usurinta in masa noroiului, marindu-i mult gelatia si viscozitatea. Asemenea efecte se combat prin diluarea cu apa si tratare cu NaOH (in scopul ridicarii pHului la valori 8,5-9 la care se asigura o buna hidratare si dispersare a argilelor), sau daca acest lucru nu este permis pentru a nu mari filtratia, prin tratare cu reductori de viscozitate. In asemenea cazuri se pot utiliza, de asemenea cu bune rezultate, noroaie a caror apa libera nu hidrateaza particulele argiloase de detritus, astfel incat

37

acesta nu se mai disperseaza in noroi si poate fi separat cu usurinta la suprafata prin curatire mecanica (noroiul cu val, noroiul cu ciment etc.).

Contaminarea cu NaCl apare atunci cand se intalnesc masive sau brecii de sare, argile salifere, ape sarate cu presiuni mari etc. La procente decontaminare pina la circa 1 % NaCl, viscozitatea noroiului creste rapid, filtratia sa fiind influentata in mica masura. In asemenea cazuri se reduce continutul de NaCl prin diluarea noroiului cu apa si i se adauga argila macinata sau trassgel, pentru refacerea proprietatilor sale coloidale. La procente mai mari de 1 % NaCl, cu cit se mareste intensitatea contaminarii, viscozitatea scade mai intai, apoi incepe sa creasca usor. In timp ce filtratia creste considerabil. Noroiul incepe sa floculeze, nu mai este stabil, indicele pH scade cu cresterea concentratiei de NaCl. In cazul procentelor mari de contaminare,fie ca se trece la saturarea completa a noroiului cu sare (circa 25-30 % NaCl), continuindu-se forajul cu noroi sarat - atunci cind aceasta nu poate produce complicatii-, fie ca se inlocuieste noroiul contaminat cu unul din noroaiele speciale rezistente la contaminarea cu NaCl: noroaie cu amidon, cu CMC, cu silicat de sodiu, ori fluide emulsionate cu motorina si adaos de rasina fenolica sau lignosan asociate cu NaOH (se mai poate folosi noroiul cu gips, CMC - reductor de filtratie si ferocromlignosulfonat - reductor de viscozitate).

Contaminarea cu saruri de Ca se manifesta prin efecte similare, calitativ, cu cresterea viscozitatii se datoreaza maririi atmosferei ionice din jurul micellei de bentonita, ca urmare a fixiirii moleculelor de NaCl.

Sulfatul de Na rezultat mareste viscozitatea si gelatia noroiului, necesitind diluare cu apa (in care caz va creste filtratia).. Soda calcinata ce se adauga mareste pH-ul, marind de asemenea vascozitatea noroiului(care trebuie tratat apoi cu reductori de Viscozitate acizi).

La traversarea stratelor groase de gips sau anhidrit, se folosesc noroaie speciale, imune la contaminarea cu Ca (noroaie cu val, cu gips, cu amidon, cu CMC, fluide emulsie).

Contaminarea cu ciment (care actioneaza prin ionul Ca si prin pH-ul sau ridicat) apare la frezarea cimentului ramas in orice coloana dupa cimentarea acesteia. Se manifesta prin cresterea excesiva a viscozitatii si filtratiei. La procente mici de contaminare se poate trata noroiul cu hexametafosfat sau reactiv de lignit, in scopul reducerii viscozitatii si gelatiei. La procente ceva mai mari, se aplica de obicei tratarea cu bicarbonat de sodiu, in scopul eliminarii ionului de calciu:

Ca(OH)+C03HNa + C03Ca+NaOH+H20; NaOH+C03HNa -+ CONa2+H20.

Deoarece tratamentul nu este intotdeauna eficace, este preferabil sa se evite contaminarea, frezind cimentul cu circulatie de apa.

Contaminarea cu gaze se datoreste inglobarii gazelor in noroi, atunci cind se traverseaza orizonturi gazeifere. Principalul efect il constituie reducerea greutatii specifice a noroiului, efect care poate provoca o serie de complicatii din cele mai grave (eruptii, darimari etc.). Noroaiele viscoase se gazeifica usor (iar gazeificarea mareste si mai mult viscozitatea noroiului) si se degazeifica greu. De aceea trebuie folosite noroaie cit mai fluide. Cu cit gazele sint mai grele, fenomenul este mai puternic, iar separarea lor la suprafata este mai dificila. Noroaiele gazeificate sint tratate cu reductori de viscozitate, dupa care li se aplica tratamente de degazeificare.

Degazeificarea noroiului la suprafata se face trecandu-l prin jgheaburi si sita (la

38

procente mici de gaze si noroaie fluide), prin turnuri de degazeificare, proiectindu-l cu jeturi puternice (cu punti de noroi") pe paravane de scinduri, sau trecandu-l prin degazeificatoare cu vacuum (in cazurile cele mai dificile). Pentru usurarea degazeifidirii se adauga substante ce reduc tensiunea superficiala a noroiului (alcool etilic, acetona, unii acizi grasi etc.).

Influenta fluidelor de foraj asupra'formatiilor geologice traversate. Cea mai importanta influenta o exercita noroaiele pe baza de apa, datorita filtratiei, influenta nefavorabila a acesteia in anumite cazuri fiind cu atit mai mare cu cit valoarea ei este mai mare. La presiuni si temperaturi ridicate filtratia noroiului creste. Intervine insa crusta de colmataj, formata pe pereti, care, fiind compresibila, prin comprimare devine mai putin permeabila si reduce, intr-o anumita masura, filtratia noroiului. Cu cit noroiul are proprietati coloidale mai bune, filtratia este mai mica, iar crusta de colmataj este de calitate (subtire, compacta si impermeabila). Cele mai bune rezultate se obtin la tratarea noroiului cu CMC. Noroaiele slabe au filtratie mare si formeaza o crusta groasa si permeabila care poate fi cu usurinta distrusa partial de catre prajini si de catre curentul ascensional de noroi.

Influenta nefavorabila asupra unor roci exercita si actiunea de spalare a noroiului de foraj. Aceasta este cu atat mai puternica cu cit noroiul este mai fluid si se deplaseaza cu viteze ascensionale mari (peste 1,5 m/s).

Se prezinta pe scurt modul cum sint influentate unele din principalele roci intalnite in timpul forajului sondelor de titei si gaze. .

Pietrisurile, fiind putin stabile, pot fi spalate cu usurinta de noroi. In acest caz se surpa, putind provoca prinderea la put a garniturii de foraj. In pietrisuri pot aparea de asemenea - datorita permeabilitatiilor foarte mari - pierderi de circulatie. De aceea, la traversarea pietrisurilor se folosesc noroaie viscoase (mai ales cu adaos de var).

Nisipurile pot provoca de asemenea surpari atunci cand sint invadate de apa filtrata din noroi, sau pierderi de circulatie, cand au permeabilitati mari. In asemenea cazuri se reduce filtratia noroiului prin tratare chimica sau se aplica metode de oprire a pierderilor de circulatie.

Gresiile nu sint influentate in general insa cind sint intercalate cu argile sau cand se intalneste o brecie de gresie cu matrita de argila (eocenul unor regiuni din Moldova), pot aparea darimari.

Calcarele nu sint influentate. In multe cazuri provoaca insa pierderi mari de circulatie prin diaclaze.

Gipsurile se dizolva partial, putind provoca surpari. Efectul lor de contaminare a noroiului este insa dezastruos.

Anhidritele se hidrateaza in contact cu apa filtrata (cu o marire corespunzatoare de volum), provocand surpari sau stringeri de gaura (insotite de pericolul prinderii garnituri).

Sarea este dizolvata de apa filtrata din noroi, formindu-se caverne si raminind fara sustinere, stratele superioare se pot surpa provocind arderea garniturii, pierderea gaurii, turtirea coloanelor tubate. Pentru prevenire trebuie folosite fie noroaie speciale, fie noroaie saturate cu sare.

Carbunii se umfla in contact cu apa filtrata, putind provoca stringeri de gaura si prinderi la put, care se pot preveni prin folosirea unor noroaie cu filtratii mici si prin corectarea repetata cu sapa acestor portiuni.

39

Marnele si argilele bentonitice sint cel mai mult influentate de filtratia noroiului. In contact cu apa filtrata isi maresc volumul (dand stringeri de gaura) sau se darima si curg in sonda, in ambele cazuri putind provoca prinderea garniturii la put. Uneori marnele contin filme subtiri de nisip, in care se afla gaze sub presiune. Prin destindere, acestea provoaca exfolierea si surparea marnelor (oligocenul de tip Pucioasa). Cind marnele contin intercalatii subtiri de sare sau brecii, complicatiile sint si mai mari (o combinatie a tuturor acestor fenomene se intilneste in pontianul de la Tintea-Seninul, care a produs foarte mari dificultati la forajele ce s-au efectuat in aceasta zona). In cazuri usoare se folosesc noroaie cu filtratie redusa. In cazuri dificile se folosesc fluide speciale (negre, emulsie, cu val, cu amidon etc.). La traversarea unor asemenea strate, daca acestea au si inclinari mari sau contin gaze oeluse, trebuie marita si greutatea specifica a noroiului (pina la 1,8 kg/dm3).

Nisipurile petrolifere sint influentate adesea de noroiul de foraj, care poate bloca porii (chiar noroiul insasi la permeabilitati mari ale rocii sau filtratul ). Fenomenul de bloc este cu atit mai puternic cu cit stratele se afla la adincimi mai mari sau au permeabilitati mari si presiuni mici. Blocarea porilor cu apa produce dificultati foarte mari la punerea sondelor in productie si o reducere considerabila a debitului de titei.

Probleme

Între ce limite poate varia densitatea pastei de ciment S1 ştiind că - mmin = 0,45- mmax = 0,65

Va +Vc =Vec

Va ρa + Vcρc = Vecρec

Va ρa = mVcρc

ρec =

(1 + m) ρaρc

ρa + m ρc

ρe

c.min =(1 + 0,45) . 1 .

3,15 = 1,889 kgf / dm3

1 + 0,45 . 3,15

ρe

c.max =(1 + 0,65) . 1 .

3,15 = 1,705 kgf / dm3

1 + 0,65 . 3,15

40

Pentru cimentul S2 – mmin = 0,4 - mmax = 0,55

Să se calculeze cantitatea de materiale (Va şi mc) necesare preparării unui 1m3 de pastă cu ρec = 1,85 kgf / dm3

- Va – volum de apă- mc – masa de ciment

Va + Vc =1 Va ρa + Vcρc = 1 . ρec

1 . Va + 3,15 . Vc = 1,85Va = 1 - Vc

1 - Vc + 3,15 . Vc = 1,85

Vc =

1,85 - 1

= 0,85 = 0,395 m3

3,15 - 1

2,15

mc = Vcρc = 0,395 . 3,15 = 1,245 To Va = 1 - Vc = 1-0,395 = 0,605 m3

ρ

ec =Va ρa +

mc

= 0,605 . 1 + 1,245

= 1,85

Va + Vc 0,605 + 0,395

Să se afle cantitatea de materiale ( Va , mc, mb) necesare preparării unui volum de 30 m3 lapte ciment cu ρec = 2,15 t/ m3

mb – masa bariteiρa= 1 t/ m3

ρc = 3,15 t / m 3

ρb = 4,2 t /m3

ms = 0,35 ( factorul apă solide)Va + Vb + Vc = Vec = 1 m3

Va ρa + Vcρc + Vbρb = Vec . ρec

Va

= msVcρc + Vbρb

Va =

ms (Vc ρc + Vb

ρb)= 0,35(3,15Vc + 4,2

Vb) = 1,025 Vc +

1,47 Vb

41

ρa 1

1,025 Vc + 1,47 Vb + Vb = 12,1025 Vc + 2,47 Vb = 11,1025 Vc + 3,15 Vc + 1,47 Vb + 4,2Vb = 2,154,2525Vec + 5,67Vb = 2,152,1025 Vc + 2,47 Vb = 1Vc = 0,254 m3

mc = 0,254 . 2,15 = 0,8 to cimentVb = 0,1890 m3

mb = 0,189 . 4,2 = 0,794 to barităVc = 1 – (0,254 + 0,189) = 0,557 m3

Verificare

ρec =

0,557 . 1 + 0,8 + 0,794

= 2,15

0,557 + 0,254 +0,189

1

7 Totul se înmulţeşte cu 30.

Să se afle cantitatea de materiale necesare preparării a 40 m3 de pastă ρec = 1,5 t /m3 şi fluiditate iniţială R = 220 mm (răspândire => m = 0,55 m3 apă/ to ciment şi m1 = 2,45 m3 / to diatomită)

ρd = 2 to/m3

Va + Vb + Vc = Vec Va ρa + Vcρc + Vbρb = Vec . ρec

V

a ρa

= m

Vcρc

Va ρa

= m1

Vdρd

Va =

Vac

+ Vad

mc Vc ρc

+ m1Vd ρd

= 0,55.3,15Vc+2,45.2Vd

42

ρa ρa 1

Înlocuind în ecuaţia (1) şi (2)

Va = 0,763 m3 apăVd = 0,119 m3

md = 0,119 . 2 = 0,238 to diatomităVc = 0,118 m3

mc = 0,118 . 3,15 = 0,371 to ciment

verificare

ρec =

0,763 . 1 + 0,238 + 0,371 ≠ 1,50,763 + 0,119 + 0,118

Vad ρad

Vdρd

Va =

Vac

+ Vad

mc Vc ρc

+ m1Vd ρd

= 1,73Vc + 4,92Vd

1 1

2,73Vc + 5,92Vd = 14,88Vc + 6,9Vd = 1

4,88Vc + 10,546Vd = - 1,78753,646 Vd = 0,2875Vd = 0,2875 / 3,646 = 0,079 m3

md = 0,079 . 2 = 0,158 to diatomită

Vc = (1 – 5,9 . 0,079) / 2,73 = 0,195 m3

mc = 0,185 . 3,15 = 0,616 to cimentVc = 1 – (0,185 + 0,079) = 0,726 m3

Verificare

ρec =

0,726 . 1 + 0,616 + 0,158 = 1,50,079 + 0,185 + 0,726

Totul se înmulţeşte cu 40.

0,774 -----------------------1000,158------------------------ xx = 20%

43

Apa ca fluid de foraj

În multe cazuri, apa poate fi folosită ca fluid de foraj. Aplicarea forajului cu apă prezintă următoarele avantaje:

1) Răcirea sapei este mai eficientă (caldura specifică a apei fiind superioară celei a noroiului de foraj).

2) Curăţirea tălpii este mai bună, deoarece scăzând cu cca 25-30% pierderile hidraulice în sistemul de circulaţie (ca urmare a reducerii greutăţii specifice şi a vâscozităţii fluidului), se poate mări considerabil debitul de circulaţie.

3) La forajul cu turbină, mărirea debitului duce la creşterea momentului cuplului turbine. Aceasta permite creşterea apăsării pe sapă şi, ca urmare, creşterea vitezei mecanice de avansare.

4) Prin reducerea presiunii hidrostatice, exercitate de coloana de fluid asupra tălpii, se obţine creşterea vitezei mecanice de avansare, ca urmare a modificării stării de solicitare a rocii din talpă.

5) La efecte1e de mai sus se mai adaugă şi acela al vâscozităţii foarte mici a apei, care face ca viteza mecanică să crească şi mai mult, ca urmare a amplificării efectului jeturilor de fluid ce ies prin orificiile sapei – mai ales în roci moi. Totodată apa, prin efectul de umectare a suprafeţei rocilor argiloase, reduce rezistenţa critică a acestora la dislocare.

Aplicarea metodei este posibilă numai acolo unde aceasta nu produce dificultăţi de foraj: dărâmări (datorită lipsei colmatajului şi contrapresiunii reduse asupra peretilor), strângeri de găurii (în dreptul rocilor care îşi măresc volumul în contact cu apa), dizolvarea unor săruri solubile etc. Rezultate foarte bune se obţin şi în roci dure, mai ales atunci când se produc pierderi totale de circulaţie.

Se evită deschiderea şi traversarea cu apă a orizonturilor productive, deoarece în acest caz operaţiile de punere în producţie ar fi foarte îngreunate, iar productivitatea sondelor mult mai mică.

Sistemul apă-argilă

Mineralele argiloaseArgilele sunt roci sedimentar-detritice, cu dimensiunea particulelor cuprinse între

0,001...0,004 mm. Textura poate fi compactă sau microstratificată.Roca argiloasă apare în straturi sau bancuri, uneori în complexe de strate, frecvent

cu urme mecanoglife sau bioglife şi cu forme fosile şi microfosile, resturi de plante incarbonizate, rar cu conţinut ridicat de substanţe bituminoase, concreţiuni de carbonaţi, silice, oxizi şi hidroxizi de fier şi pirită. Culoarea este variată: albă, cenuşie, verde, albastră, brună sau neagră în diverse nuanţe.

Proprietăţile fizice sunt:- porozitatea foarte mare,- permeabilitatea foarte mică sau nulă,

44

- coeficient de adsorbţie foarte mare, - capacitatea de umflare mare, - capacitatea de schimb ionic ridicată, - plasticitate mare.

În practica forajului, pentru a aprecia coloiditatea argilelor se foloseşte metoda de clasificare după randament, notat R. Prin randament se înţelege cantitatea de noroi, exprimată în m3, cu vâscozitatea aparentă de 15 cP, care poate fi preparată dintr-o tonă de argilă prehidratată. Conform acestui criteriu, argilele se împart astfel:

- argile bentonitice (R > 14); - argile metabentonitice (9 < R < 14);- hume bune (3 < R < 9); - hume slabe (R < 3).Pentru a mări randamentuI unor argile mai slabe, se foloseşte în practică

procedeul de activare prin tratamente chimice. Se pot prepara şi argile modificate prin tratare cu polimeri.

Pentru a putea fi utilizate şi la prepararea fluidelor pe bază de petrol s-au creat argilele organofile, la care s-au înlocuit cationii anorganici cu cationi organici, devenind astfel dispersabile în hidrocarburi şi capabile să creeze un minim de proprietăţi de agregativitate şi de colmatare.

Proprietăţile mineralelor argiloase în apă

Stabilitatea sistemului apă-argilă este influenţată şi de schimbul anionic (redus) care se poate produce, dar mai ales de natura, valenţa şi numărul cationilor schimbabili. Astfel, argilele cu o capacitate mare de schimb cationic se hidratează şi se dispersează uşor, formând suspensii stabile chiar şi la concentraţii reduse de argilă în apă. În practică, proprietatea de schimb cationic este folosită pentru a facilita sau, dimpotrivă, pentru a inhiba umflarea şi dispersarea argilelor în apă.

Capacitatea de hidratare

Mineralele argiloase au proprietatea de a reţine apa prin adsorbţie la reţeaua cristalină, ca şi la suprafaţa particulei şi de a o pierde în anumite condiţii impuse.

Deoarece apa reţinută la reţeaua cristalină poate fi pierdută prin încălzire, funcţie de temperatura necesară îndepărtării ei, apar patru categorii:

a. Apa de cristalizare (de constituţie), care este legată relativ rigid la reţea; temperatura la care se p oate pierde fiind peste 500°C.

b. Apa legaturilor rupte, fixată la periferia reţelei cristaline; începe să fie cedată la temperaturi mai mari de 300°C.

c. Apa adsorbită, fixată la suprafaţa reţelei sau particulei elementare; se pierde la temperaturi sub 300°C.

d. Apa planară, cantitatea de apă reţinută este diferită în funcţie de tipul de mineral şi cu cât raportuI Si/Al este mai mare, cu atât cantitatea de apă reţinută este mai mare.

Când apa este curată, potenţialul unei argile are valoarea maximă. Scăderea potenţialului electrocinetic sub o valoare critică (numită punct izoelectric), duce la

45

pierderea stabilităţii sistemului apă-argilă.Asupra mecanismului de adsorbţie a moleculelor de apă de către argile sunt

avansate mai multe explicaţii:- hidrogenul dipolilor de apă este atras de atomii de oxigen sau hidroxil ai reţelei

cristaline;- apa este antrenată odată cu ionii hidrataţi în procesul de schimb ionic;- moleculele de apă sunt atrase prin forţe masice de tipuI van der Waals, create de

fluctuaţiile norilor electronici din cristalele de argilă;- apa difuzează spre suprafaţa argilei, unde concentraţia de cationi este mai mare;- foiţele de argilă joacă rolul unor "condensatori" care atrag moleculele de apă în

interiorul lor.În cadrul adsorbţiei planare se regăsesc adesea, o hidratare de suprafaţă şi o

hidratare osmotică. Hidratarea de suprafaţă se referă 1a apa adsorbită şi reţinută prin legături de hidrogen la reţeaua cristalină, iar hidratarea osmotică se referă la apa adsorbită ca urmare a diferenţei de concentraţie a cationilor, mai mare în apropierea suprafeţei şi influenţată direct de natura şi concentraţia cationilor din soluţie.

Capacitatea de umflare şi dispersare

Efectul imediat al hidratării este umflarea particulelor de argilă, proprietate cu implicaţii negative asupra productivităţii şi receptivităţii stratului productiv.

Plăcuţele elementare de argilă rămân mai mult sau mai puţin unite, datorită legăturilor de hidrogen ale apei, capacitatea de umflare, măsurând variaţiile liniare sau volumice ale unei probe, reprezintă cantitatea de apă adsorbită, raportată la greutatea unei probe.

Mărirea de volum prin hidratare se mai poate exprima prin coeficientul total de umflare ku, valoarea acestuia fiind dată atât de apa reţinută la reţeaua cristalină a mineralelor argiloase, cât şi de apa reţinută pelicular in jurul particulelor.

Factorii care influenţează procesul de umflare sunt:a. Mediul de contact influenţează coeficientul final de umflare şi dinamica

acestuia.În apa dulce capacitatea de unflare este maximă şi stabilirea echilibrului are loc pe

durate de timp mari. În cazul altor soluţii în funcţie de concentraţia de electrolit, timpul de atingere al echilibrului este cu atât mai scurt cu cât concentraţia este mai mare.

b. Prezenţa ionilor de sodiu. Cu cât concentraţia soluţiei de NaCl este mai mică, cu atât umflarea este mai intensă.

c. Prezenţa ionilor de calciu. Concentraţii mari de CaCl2 (>10%) sau soluţii de CaSO4 în concentraţii mici, duc la reducerea umflării mineralelor.

d. Prezenţa ionilor de magneziu influenţează umflarea intercristalină.e. Prezenţa ionilor de potasiu (în soluţii de KCl sau K2SO4) duce la scăderea

umflării.f. Presiunea influenţează mai puţin umflarea. S-a constatat însă, că în timpul

forajului, datorită reducerii tensiunilor în jurul găurii de sondă, argilele adsorb apa din fluidul de foraj, intensitatea fenomenului fiind proporţională cu scăderea de tensiune

g. Temperatura influenţează umflarea in functie de mediul de contact. Cu cât temperatura creşte, viteza de umflare este mai mare, iar timpul de atingere al echilibrului

46

se micşorează.La introducerea argilelor într-un mediu apos (dulce sau mineralizat), pe lângă

fenomenul de umflare are loc dispersia acestora până la particule elementare.Viteza şi gradul de dispersie depind de natura argilei, mineralizarea soluţiei

apoase, pH, prezenţa altor substante care pot favoriza dispersia (dispersanţii), o pot impiedica (inhibitorii de dispersie) sau chiar o inversează (agentii de agregare, floculanţii). În concentraţii mici, soda caustică (NaOH) are o acţiune dispersantă.

Fenomenele de umflare şi dispersie nu pot fi separate şi acţionează în sensul micşorării permeabilităţii stratului.

Mineralele argiloase din zona stratului productiv, chiar dacă nu-şi măresc volumul prin hidratare, prin deplasarea lor odată cu fluidele din pori se fixează şi blochează porii.

Ulterior, tratamentele care se aplică pentru refacerea permeabilităţii stratului nu îi mai pot reda valorile iniţiale, deoarece umflarea şi dispersarea argilelor sunt fenomene ireversibile. Este bine să se acţioneze în sensul prevenirii apariţiei acestora, prin toate operaţiile care se execută, mai ales la nivelul orizontului productiv.

Fluide de foraj dispersate (clasice)

Noroaiele naturale

Noroaiele naturale au la bază sistemul dispers apă-argilă (soluţie diluată de bentonită în apă, cu ρn = 1040 ... 1060 kg/m3, un filtrat de aproximativ 15 cm3 şi vâscozitatea aparentă la pâlnia Marsh între 40...45 s) şi îndeplinesc cerinţele de stabilitate, colmatare şi gelificare, necesare forajului. Preparate la suprafaţă din argile bentonitice (adesea activate) cu bune proprietăţi coloidale şi de dispersie, aceste fluide se folosesc la forarea unor intervale de suprafaţă sau a zonelor cu pierderi de circulaţie unde se cer de regulă noroaie cu vâscozitate şi gelaţie ridicate, fără alte proprietăţi specifice.

Noroaiele naturale işi modifică rapid proprietăţiile în prezenţa unor contaminanţi cum sunt: pachete groase de marne şi argile hidratabile, săruri solubile, temperaturi mari, gaze etc.

Contaminarea noroaielor naturale cu particule solide

Fragmentele de rocă nedispersabile în apă nu modifică proprietăţiile de bază ale noroaielor naturale şi se elimină uşor în sistemul de curăţire de la suprafaţă. Particulele de argilă care se hidratează şi dispersează uşor în apă, măresc vâscozitatea aparentă a noroiului şi rezistenţa de gel, scăzând în acelşi timp filtratul. În cazul unei contaminări uşoare şi de scurtă durată se recurge la diluare cu apă sau tratamente simple cu fluidizanţi.

La contaminarea intensă cu argile hidratabile şi dispersabile, procesul de foraj se desfăşoară în condiţii mai grele, deoarece, variaţiile de presiune create prin manevrarea gamiturii de prăjini pot deveni excesive, sapa şi talpa sondei se manşonează, viteza de avansare scade.

Pentru reducerea vâscozităţii şi păstrarea unui conţinut optim de argilă în noroiul de bază sunt posibile diverse metode:

47

folosirea fluidizanţiilor; diluarea cu apă şi corectarea densităţii cu barită; utilizarea floculanţilor; reglarea pH- ului; transformarea noroiului dispersiv în unul inhibitiv

(nedispersiv); îndepărtarea particulelor prin metode mecanice.

Fluidizanţii, prin modul lor de acţiune, pot ecrana sarcinile negative de la muchiile foiţelor de argilă, împiedicând unirea lor (flocularea), micşorând astfel tensiunea dinamică de forfecare, crescând uşor vâscozitatea plastică, deoarece creşte numărul de particule din sistem. Se poate apela la utilizarea fluidizanţiilor doar în noroaiele cu densităţi reduse.

Metoda de diluare cu apă, deşi pare cea mai ieftină, poate duce, pe lângă o creştere semnificativă a volumului de noroi din circuit, la un consum exagerat de barită şi de aditivi antifiltranţi.

Floculanţii se utilizează doar la noroaiele cu densitate redusă şi la forajul în roci tari.

Pentru sistemul apă-argilă aflat întrun echilibru natural, domeniul optim al pH--ului, la care şi vâscozitatea este minima, se situează între 7,5 şi 8,5. Dacă se mareşte valoarea pentru a creşte eficienţa fluidizanţilor şi a inhiba coroziunea, se intensifică procesul de dispersare a argilelor din detritus şi pereţi sondei, ceea ce poate duce la o creştere nedorita a vâscozităţii. Din aceste considerente, pentru noroaiele naturale pH-ul nu trebuie sa depăşească valorile 9...10.

Transformarea noroaielor naturale în fluide inhibitive nu este chiar simplu de realizat, şi, în mod practic, acestea sunt mult mai scumpe şi greu de întreţinut. Se recomandă utilizarea lor doar în dreptul unor pachete foarte groase de marne şi argile foarte hidratabile şi dispersabile, care altfel nu pot fi traversate prin foraj.

La oricare dintre metodele amintite trebuie să se dispună şi de un echipament eficient de curăţire mecanică.

Contaminarea cu sarea gemă

Este cea mai frecvent întâlnită sare solubilă în timpul forajului. Poate fi sub formă de masiv, intercalată cu strate argiloase, în apele subterane şi chiar în unii aditivi impuri (CMC-ul tehnic).

La contaminarea cu procente diferite de sare se folosesc următoarele metode:

diluarea cu apă şi adaos de bentonită prehidratată, eventual barită pentru menţinerea densităţii şi mici cantităţi de antifiltranti (amidon, CMC) în cazul contaminărilor uşoare;

adăugarea de fluidizanţi şi reactivi cu efect mixt pentru corectarea vâscozităţii în cazul contaminărilor cu peste 15% NaCl.

corectarea filtratului cu adaos de reactivi antifiltranţi, trecerea la un noroi sărat saturat sau alte noroaie speciale, rezistente la contaminările cu săruri solubile în cazul contaminărilor cu 30% NaCl.

48

Contaminarea cu ioni de calciu

Ionii de calciu pot proveni din strate de de gips şi anhidrit, care se întâlnesc în timpul forajului sub formă de pachete groase sau intercalaţii.

Gipsul şi anhidritul sunt denumirile pentru sulfatul de calciu, cu şi respectiv fără apă de cristalizare. Severitatea contaminărilor pe care le produc a condus la proiectarea unor sisteme de fIuide care pot tolera aceşti contaminanţi şi la apariţia unor reactivi fluidizanţi eficienţi.

Prima indicaţie a contaminării cu gips sau anhidrit este creşterea vâscozităţii şi a gelaţiei. Pentru identificarea corectă a tipului de contaminant trebuie efectuate şi alte teste cantitative, cum sunt:

stabilirea concentraţiei de calciu în filtrate scăderea valorii pH-ului; prezenţa în detritus a unor resturi albe de mineral (datorită

solubilităţii limitate a gipsului şi anhidritului).La contaminările uşoare şi de scurtă durată cu săruri solubile de calciu (până în 50

mg Ca2+/l filtrat) se procedează la precipitarea calciului şi mici adaosuri de fluidizanţi (tananţi, lignosulfonaţi) şi antifiltranţi (CMC, poliacrilaţi etc.). Pentru precipitarea şi îndepărtarea calciului se poate folosi sodă calcinată (Na2C03) şi carbonatul de bariu (BaC03).

Din practică, se ştie că 1 kg de sodă calcinată precipită 1,283 kg sulfat de calciu, iar 1 kg de carbonat de bariu precipită numai 0,691 kg sulfat de calciu, din acest punct de vedere fiind de preferat soda calcinată. Totuşi, în urma reacţiei cu sodă calcinată are loc o creştere a pH-ului noroiului (peste 11,5), rămâne în filtrat sulfatul de sodiu, care, fiind o sare solubilă, contribuie suplimentar la creşterea vâscozităţii şi gelaţiei; sunt necesare tratamente suplimentare pentru corectarea lor; în schimb, la folosirea carbonatului de bariu ambii produşi ai reacţiei sunt insolubili şi precipită, fără a modifica proprietăţiile de bază ale noroiului (există însă şi aici o limitare, tratamentul cu BaC03 nu dă rezultate dacă noroiul a fost condiţionat cu hexametafosfat).

Dacă au loc contaminări intense şi de lungă durată (traversarea unor strate groase de anhidrit sau gips), tratamentele devin ineficiente şi neeconomice, soluţia practică fiind aceea de transformare a fluidului din sondă, în noroi pe bază de gips sau var.

Contaminarea cu calciu mai poate apărea în timpul operaţiilor de cimentare sau la frezarea unor dopuri de ciment insuficient întărite. Severitatea contaminării cu ciment depinde de tipul fluidului şi concentraţia solidelor din acesta, de tratamentele chimice anterior efectuate, de cantitatea de ciment frezată, de lungimea zonei de amestec dintre fluid şi pasta de ciment etc.

Măsurile practice care se iau sunt de precipitare a ionilor de calciu şi reducerea pH-ului.

TratamentuI este eficient nurnai dacă în momentul frezării dopului de ciment, pH-ul noroiului este cel puţin de 8,3.

Humaţii, lignosulfonaţii, fosfaţii au de asemenea un efect precipitant şi în acelşi timp acţionează ca fluidizanţi (defloculanţi). Soda calcinată este mai puţin recomandabilă, deoarece, menţine pH-ul ridicat şi nu neutralizează nici o grupare de OH. Pentru reducerea vitezei de filtrare se pot folosi amidonul, celuloza polianionica, humaţii.

49

Contaminarea provocată de gaze

Pătrunderea gazelor într-un fluid de foraj poate conduce la scăderea densităţii, creşterea vâscozităţii plastice şi aparente, degradarea noroiului.

Gazele pot proveni din: formaţiunile traversate (hidrocarburi, C02, H2S); atmosferă, prin spumare (aer); noroi, prin degradarea termică, chimică sau bacteriană a

unor aditivi.Gazeificarea unui noroi de foraj constituie întodeauna un inconvenient şi primele

semne ale acesteia sunt creşterea nivelului la habe sau creşterea debitului la derivaţie.Pătrunderea gazelor în sondă este mult diminuată prin reglarea corespunzătoare a

densităţii noroiului, prin scăderea gelaţiei la un minimum acceptabil, prin utilizarea degazeificatoarelor în sistemul de circulaţie de la suprafaţă.

Un alt aspect, negativ, legat de prezenţa intr-un fluid a gazelor îl constituie acţiunea corozivă a acestora. Pentru a diminua coroziunea, se adaugă în fluid substanţe de neutralizare specifice (aşa-numiţii consumatori de oxigen, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat), inhibitori de coroziune sau amine dizolvate în motorină.

Hidrogenul sulfurat, care are şi un miros specific, este la fel de toxic în fluidele pe bază de apă, cât şi în cele pe bază de ţiţei (datorită solubilităţii H2S în ţiţei). Prezenţa lui, datorită faptului că este un gaz acid, conduce la scăderea rapidă a pH-ului. În scopul limitării pericolului prezentat de acest gaz, pH-ul fluidului trebuie ridicat la valori de 11... 12, prin adăugarea de sodă caustică sau var, iar în alte situaţii, hidrogenul sulfurat se poate precipita cu magnetit spongios.

Influenţa temperaturii

Temperatura are un efect relativ complex asupra proprietăţiilor unui fluid. La creşterea temperaturii, se micşorează vâscozitatea fazei lichide din noroi, dar se intensifică hidratarea şi umflarea argilelor, sunt accelerate reacţiile chimice dintre aditivi şi particulele argiloase, unele substanţe îşi pierd eficacitatea, iar altele se degradează ireversibil, se modifică solubilitatea sărurilor etc.

Până la 120...150°C, scăderea vâscozităţii apei în sistemele apă-argilă are un rol determinant în comportarea lor reologico-coloidală; vâscozitatea plastică şi tensiunea dinamică de forfecare scad, iar viteza de filtrare creşte semnificativ. Pentru temperaturi mai mari, datorită fenomenului de coagulare termică a particulelor argiloase, vâscozitatea şi gelaţia cresc brusc.

Din modul de comportare a noroaielor naturale în prezenţa diferiţilor contaminanţi, se poate concluziona că acestea au o aplicabilitate restrânsă, pot fi folosite în condiţii geologice simple şi la adâncimi relativ reduse. La adâncimi mai mari şi în condiţii geologice complicate se impun limite mult mai severe pentru parametrii fluidului de foraj, lucru care a condus la utilizarea unor sisteme cu argilă foarte puţină sau chiar deloc.

Noroaie tratate

50

Când se traversează roci argiloase care se dispersează ori se umflă, roci solubile, strate productive sau când argila de preparare nu asigură proprietăţiile structurale dorite, aceste noroaie se trateaza cu cantitati reduse de fluidizanţi (de tipul fosfaţiilor complecşi şi humaţiilor de sodiu în prezenţa sodei caustice), reducători de filtrare, stabilizatori ai proprietăţiilor la temperaturi ridicate sau la acţiunea contaminanţiilor, lubrifianţi, antispumanţi etc., devenind noroaie tratate.

Noroaie tratate cu CMC

Pentru forajul de mică şi medie adâncime, prin formaţiuni nisipoase sau calcaroase şi slab consolidate, unde este necesar un fluid cu proprietăţi reologice ridicate şi un filtrat scăzut, se poate utiliza un fluid care se prepară dintr-o soluţie diluată de bentonită la care se adaugă 1...10kg/m3 CMC de mare vâscozitate, pentru a realiza un filtrat mic şi o vâscozitate aparentă mare.

În cazul traversarii unor intercalaţii argiloase, care produc contaminări uşoare şi de scurtă durată cu material argilos, se pot folosi tratamente simple cu fluidizanţi din grupa fosfaţilor, tananţilor sau humaţilor, pentru controlul proprietăţiilor reologice. Tratamentul se face în asociaţie cu NaOH, pentru a îmbunătăţi dispersarea materialului argilos şi a asigura pH-ul la care fluidizanţii au eficienţa maximă.

Totuşi, eficienţa fluidizanţilor scade simţitor, dacă creşte prea mult cantitatea de argilă înglobată sub formă de detritus. Se impune diluarea cu apă (pentru a reduce conţinutul de argilă din noroiul de bază) şi un sistem de curăţire la suprafaţă cât mai eficient. Doza optimă de reactiv fluidizant se consideră cea la care, dublând procentul de reactiv, nu se mai obţine nici un efect de scădere a vâscozităţii.

În funcţie de condiţiile specifice din timpul forajului se face şi alegerea tipului de fluidizant şi a cantităţii de sodă caustică cu care se tratează noroiul. Dacă se traversează intercalaţii de argile foarte hidratabile şi dispersabile, noroiul răspunde la tratamentul cu hexametafosfaţi şi un conţinut redus de sodă caustică. La adâncimi mai mari, datorită termostabilităţii mai ridicate, se pot folosi tananţii şi humaţii, care au efecte favorabile şi asupra capacităţii de filtrare a noroiului. De asemenea, la traversarea argilelor slab coloidale, se poate folosi în prezenţa lor, un tratament cu NaOH în exces.

Noroaie tratate cu FCLS şi sodă caustică

Atunci când nu se impune trecerea la un fluid de foraj inhibitiv, se poate opta pentru tratarea noroiului din sonda cu FCLS, în prezenţa sodei caustice, pentru a-i menţine proprietăţile în limite acceptabile.

Acţiunea FCLS asupra noroiului natural este complexă şi poate fi evidenţiată prin: fluidizarea puternică, în special în cazul noroaielor

contaminate cu electroliţi şi la temperaturi ridicate; protejarea particulei elementare de bentonită de acţiunea

altor contaminanţi; inhibă hidratarea şi dispersarea argilelor din pereţii sondei

dar şi a celor pătrunse în noroi; îmbunătăţeşte proprietăţile filtrante ale noroiului de bază.

După caz, cantităţile de FCLS utilizate sunt între 20...60 kg/m3 noroi, în prezenţa

51

sodei caustice, care să asigure un pH = 9,5...11, domeniu în care reactivul are eficienţă maximă. Pentru evitarea spumării pe care o produce FCLS, noroiul se tratează suplimentar cu 1...3% antispumant.

Fluide pe bază de Spersene

Sunt cele mai folosite în foraj. Spersene este un cromlignosulfonat care se utilizează în toate fluidele pe bază de apă ca defloculant, inhibitor, reducător de gelaţie, stabilizator de temperatură şi agent de control al filtrării.

Spersene poate fi folosit în fluide pe bază de apă de mare, saramură, precum şi în sistemele pe bază de var, gips sau potasiu. Folosit în concentraţii adecvate este un bun inhibitor pentru solidele argiloase săpate.

Având o compoziţie acidă, Spersene necesită pentru solubilizare un mediu alcalin, de aceea se adaugă în sistem sodă caustică sau var, pentru a crea un pH = 9,0...11,5. Fluidele preparate cu acest lignosulfonat au un grad ridicat de rezistenţă la contaminările chimice şi cu solide.

Fluide de foraj inhibitive

Au la bază tot sistemul apă-argilă, dar rolul principal în asigurarea stabilităţii sistemului şi imprimarea unui puternic caracter inhibitiv mediului apos este îndeplinit de adaosul de electroliţi, polimeri de protecţie, substanţe tensioactive, anumiţi fluidizanţi, etc.

Fluidele de foraj inhibitive previn sau intârzie hidratarea, umflarea şi dispersarea rocilor argiloase şi în acelşi timp prezintă inerţie mare la contaminanţii clasici de tipul argilelor, electroliţilor şi temperaturilor ridicate. Se folosesc la traversarea intervalelor groase de marne şi argile sensibile la apă, pentru reducerea dificultăţilor de foraj generate de contactul rocă-fluid, la deschiderea stratelor productive cu intercalaţii argiloase (murdare).

Fluide inhibitive pe bază de ioni de K

Sunt cunoscute şi sub denumirea K-plus şi s-au dovedit a fi cele mai inhibitive noroaie din seria fluidelor pe bază de apă şi argilă. Concentraţia de potasiu în noroi trebuie să fie cu atât mai mare cu cât argilele traversate sunt mai hidratabile şi mai dispersabile (concentraţia variază între 30 ... 200 kg/m3). Noroaiele pe bază de potasiu au un conţinut mare de apă liberă şi o viteză de filtrare mărită, de aceea este necesar un antifiltrant, de obicei un polimer cu acţiune inhibantă.

În România se utilizează o variantă de fluid cu clorură de potasiu şi fluidizanţi inhibitori, denumit INHIB-KCl. Acesta este un amestec de lignosulfonaţi, humaţi şi dicromaţi, care amplifică efectul inhibant al ionului de potasiu.

Rezultatele procesului sunt: prevenirea dispersării detritusului argilos (prin adsorbţie la

suprafaţa acestuia); scăderea vâscozităţii şi gelaţiei, datorită fixării pe

52

particulele elementare de argilă, reducând forţele de atracţie dintre acestea; micşorarea filtratului fluidului de foraj prin

impermeabilizarea turtei de colmatare; mărirea stabilităţii termice până la 180... 2000C.

Caracterul puternic inhibitiv a1 acestui noroi îl recomandă ca un bun fluid de foraj pentru deschiderea stratelor productive care conţin fracţiuni argiloase, fiind în acelşi timp rezistent la contaminarea cu sare, gips, anhidrit.

O variant a acestui tip de fluid se prepară cu amoniu, care poate fi furnizat de fosfatul acid de amoniu sau de clorura de amoniu.

Fluide pe bază de sare (NaCl)

Fluidele cu clorură de sodiu au capacitate de inhibare, prin efectul lor floculant şi de agregare. Fluidele sărate sunt cele care au peste 1g NaCl100 cm3 filtrat şi ele pot lua naştere prin contaminarea noroaielor dulci cu sarea dizolvată din rocile traversate sau cu apa pătrunsă din strate în sondă, prin utilizarea apei de mare la prepararea acestora sau prin adăugarea intenţionată a sării. Capacitatea inhibitivă a fluidelor pe bază de sare este în funcţie de concentraţia de NaCl şi prezenţa fluidizanţilor defloculanţi, dar, în general, acestea sunt corozive, spumează, afectează carotajul electric de rezistivitate, iar sarea diminuează efectul aditivilor fluidizanti, antifiltranţi şi emulsionanţi. Iniţial, fluidele cu NaCl sau folosit la traversarea prin foraj a pachetelor groase de sare şi argilă, dar în timp s-a constatat că noroaiele sărate au o bună capacitate inhibitivă pentru multe categorii de argile intâlnite în timpul forajului.

În practica forării sondelor, fluidele cu NaCl se prepară în următoarele variante: fluide sărate nesaturate (1...5% NaCl); fluide cu apă de mare; fluide sărate-saturate.

Fluide sarate nesaturate

Se folosesc atunci când contaminarea cu sare este moderată, dar prelungită, respectiv la traversarea intercalaţiilor subţiri de sare, a breciilor de sare şi a viiturilor de apă sărată.

Pentru a micşora vâscozitatea şi efectul de hidratare a intercalaţiilor de argilă, se adaugă la fiecare m3 de noroi: FCLS 10...30 kg; amidon sau CMC 10 ... 30 kg; extract bazic de lignit 10...25 kg;NaOH 4…6 kg.

Fluide preparate cu apă de mare

Sunt folosite (din motive economice) la forajul în largul mării. La prepararea noroiului se foloseşte bentonită prehidratată în apă dulce sau attapulgit.

Pentru reglarea celorlalte proprietăţi, se utilizează ca aditivi suplimentari la fiecare m3 de noroi: FCLS 5...10 kg; CMC sau amidon 5...10 kg; extract bazic de lignit 10...20 kg; iar la temperaturi ridicate se adaugă cromlignit (CL) sau cromlignosulfonat 3...5 kg.

53

Fluide sarate saturate

Se utilizează la traversarea pachetelor groase de sare, pentru a preveni ocnirea găurii de sondă.

Fie se transformă noroiul dulce (sau nesaturat) existent în sondă, fie se prepară un noroi sărat din bentonită prehidratată sau attapulgit (50... 70 kg/m3).

Având în vedere vâscozităţile mari ce apar la concentraţiile mici, transformarea noroiului dulce în noroi sărat se execută în tranşe limitate, eventual în habe.

Noroaiele sărate au viteză mare de filtrare. Apa sărată saturată are densitatea de 1200 kg/m3, de aceea, pentru creşterea densităţii la valori mai mari, se adaugă barită.

La densităţi mari, noroaiele sărate sunt vâscoase, eficacitatea fluidizanţilor este redus iar întreţinerea acestor noroaie este dificilă şi costisitoare. Uneori, la adâncimi mari, se recomandă trecerea la emulsii inverse.

Fluidele inhibitive pe bază de calciu

Fluidele inhibitive pe bază de calciu se prepară în diverse variante (fluide cu var, cu gips, cu clorură de calciu, cu humat de calciu şi combinaţii ale acestora), dar sunt mai puţin inhibitive decât cele cu potasiu.

Excesul de Ca2+ previne învâscoşarea ulterioară a fluidului cu argilele pătrunse ca detritus, permite transportarea lor la suprafaţă în agregate mari, o mai bună curăţire a noroiului, precum şi transformarea argilelor sodice din pereţii găurii de sondă în argile calcice (prin formarea unei cruste rezistente, mai puţin hidratabilă şi care asigură o stabilitate mai bună pereţilor sondei).

Noroiul cu var

Este o primă variantă a fluidelor pe bază de calciu, care s-a folosit în practică.Se prepară dintr-o argilă cu randament ridicat la care se adaugă un fluidizant

clasic şi un antifiltrat.Noroiul cu var suportă contaminări cu argilă, cu ciment, cu gips (până la 1%) şi

cu NaCl (până la 5%), dar la temperaturi mai mari de 1200C poate atinge gelaţii excesive, mai ales după perioade îndelungate de repaus.

Pentru deschiderea unor strate productive, noroiul inhibitiv cu var este superior noroaielor sărate cu NaCl, datorită reducerii blocajului cauzat de hidratarea, umflarea şi dispersarea mineralelor argiloase din strat.

Noroiul cu gips

La adancimi şi temperaturi mari noroiul cu var prezintă o gelaţie puternică, dar pentru a putea folosi avantajele acestor noroaie inhibitive s-au preparat noroaiele cu gips care au o compozitie asemănătoare celor cu var.

Poate fi utilizat la deschiderea unor strate productive în condiţii mai severe de temperatură (l50...1600C), precum şi la traversarea pachetelor groase de argile sodice şi zone salifere.

Noroaie pentru marne (noroi pe bazî de clorură de calciu, cu concentraţie foarte

54

mare de ioni de calciu, cu pH mai scăzut şi o termostabilitate ridicată), au o mare capacitate de inhibare a argilelor hidratabile, asigurând în felul acesta stabilitatea pereţilor argiloşi ai găurii de sondă şi protejarea stratelor productive care conţin fracţiuni argiloase.

Fluide pe bază de polimeri

Din multele observaţii practice şi studii de laborator s-a constatat că natura şi proprietăţile fluidelor de foraj afectează în mare măsura viteza de avansare a sapei şi metrajul realizat de ea.

În sondă, efectul inhibant al polimerilor se datorează formării unei pelicule protectoare ce împiedică pătrunderea apei, umflarea şi dispersarea argilelor.

După funcţiile pe care le realizează în fluid, polimerii pot fi: floculanţi complecşi, seleclivi sau cu acţiune dublă.

Fluide pe bază de ţiţei

Un fluid pe bază de ţiţei este mult mai bun ca fluid de completare decât un fluid pe bază de apă. Ţiţeiul fiind un produs natural al formaţiunilor productive, el nu poate afecta marnele sau solidele solubile din formaţiuni aşa cum nu deteriorează nici formaţiunea dacă intră în zona productivă sub forma de filtrate.

Fluidul tip PARAN (cu polimeri şi electroliţi)

La acest tip de fluid poliacrilamidă nehidrolizată (neionică) este folosită în concentraţie de 1...2%, cu rolul de a flocula solidele argiloase forate, de a contribui la realizarea suportului coloidal şi reducerea filtrării, iar ceilalţi aditivi utilizaţi la prepararea acestui noroi sunt: RAG-27, un produs tensioactiv, neionic, în cantităţi de 0,025...0.1%; CMC – purificat 0,5...1,5%; motorină 5...8%; AAS-9, produs tensioactiv neionic, solubil în apă şi în produse petroliere 0.25...0,5%; gips 1...2%.

Fluide cu anbidridă maleică-acetat de vinil

Acest tip de fluid se prepară atât cu apă dulce cât şi sărată.Apa dulce se amestecă cu 0,15 kg/m3 polimer, apoi se adaugă aproximativ 3%

bentonită. Se ridică vâscozitatea la 35...45 s cu sodă calcinată în proporţie de 0,7...1,5 kg/m3.

În apă sărată se adaugă 0,2 kg/m3 polimer şi bentonită prehidratată.

Fluidul tip polimer-calcar granular

Este utilizat în două variante: nemineralizat şi mineralizat cu clorură de potasiu, fără bentonită sau cu un conţinut foarte redus. Polimerii în concentraţie de 0,5…3 kg/m3, asigură capacitatea de suspendare a detritusului şi a baritei, iar împreună cu KCl formează un mediu inhibitiv

Filtrarea acestui fluid se controlează cu CMC, amidon sau celuloză polianionică.

55

Fluidele astfel preparate pot fi şi emulsionate cu 5…10% motorină.

Fluidul tip TENSROM

Componentul principal TENSROMUL, este un amestec de produşi tensioactivi neionici de tip blocopolimeri, cu proprietăţi de control al hidratării şi dispersării argilelor forate, utilizat în cantităţi de 10…25 kg/m3. Proprietăţiile noroiului se îmbunătăţesc prin adăugarea de 5…15kg/m3 CMC, 100…200 1/m3 motorină în prezenţa unui emulgator de tip AAS-9 (2,5...5 kg/m3), 10...25kg/m3 gips sau 1...5kg/m3 var, pentru realizarea unui conţinut de calciu infiltrat de 600...1200 mg/l. Acest fluid asigură o bună protecţie stratelor productive, datorită volomului redus de filtrat, capacităţii de inhibare a hidratării argilelor şi a unei tensiuni superficiale reduse.

Fluidul uşor tip AAS - 9

Este o substanţă tensioactivă neionică, care reduce tensiunea interfacială ţiţei-apă, îmbunătăţeşte capacitatea inhibitivă a filtratului, spumează intens noroiul, reducând astfel şi densitatea şi asigura alături de CMC stabilitatea emulsiei de tipul ţiţei în apă. Se utilizează în cantităţi de 5... 15 l/m3, împreună cu 2,5...10 kg/m3 CMC şi 50...300 l/m3

motorină.

Fluide pe bază de Poly-Plus

Este un copolimer acrilic, cu caracter anionic, cu masa moleculară mare, rapid dispersabil, cu rol de a îmbrăca detritusul argilos, de a stabiliza argilele traversate în timpul forajului şi de a conferi vâscozitate sistemului în care este utilizat.

În fluidele fără bentonită (soluţii limpezi), Poly-Plus se comportă ca un floculant total, asigurând transportul detritusului la suprafată, viteze de avansare mărite şi o bună stabilitate găurii de sondă.

În fluidele cu conţinut redus de solide, concentraţia de polimer activ se păstrează în domeniul 3...5,7 kg/m3. Această concentraţie duce la încapsularea argilelor reactive în interiorul noroiului şi pe pereţii sondei.

Acţiunea polirnerului Poly-Plus este eficientă şi în fluidele dispersate, de tipul Spersene/XP-20. Utilizarea acestuia îmbunătăţeşte proprietăţiile reologice ale sistemului, reduce filtratul şi grosimea turtei şi uşurează eliminarea solidelor forate (măreşte eficienţa sistemului de curăţire).

Poly-Plus poate fi adaugat în orice fluid cu pH scăzut, pe bază de apă dulce sau tratat cu KCl, pentru a reduce umflarea argilelor.

Datorită acţiunii pe care o are asupra detritusului şi capacităţii de a menţine în suspensie chiar şi particulele de dimensiuni mari, prin utilizarea polimerului Poly-Plus se realizează viteze de avansare mărite, se reduc ţinerile pe gaură şi manşonarea sapei şi stabilizatorilor.

Sisteme de fluide Fla-Pro

Sistemele de fluide Flo-Pro sunt noroaie pe bază de apă, cu caracteristici

56

reologice deosebite, un filtrat redus şi comportament optim în sonde deviate, orizontale, cu gradientul presiunii din pori scăzut. Fluidele de tip Flo-Pro cuprind un număr minim de compuşi, fiecare dintre aceştia având funcţii bine definite. Aditivii utilizaţi dizolvă în apă dulce, apă de mare sau saramuri.

Cei mai uzuali componenţi dintr-un sistem Flo-Pro sunt:Flo-Vis, biopolimer care conferă fluidului proprietăţi reologice deosebite

şi de suspendare a solidelor.NaCl şi/sau KCl, conferă sistemului proprietăţi inhibitive şi măresc densitatea fără

creşterea conţinutului de solide. În plus, prezenţa sărurilor contribuie la creşterea stabilităţii biopolimerului. La temperaturi ridicate sei accentuează proprietăţile de vâscozitate la viteze de forfecare reduse.

Flo-Trol, un derivat al amidonului, utilizat pentru a reduce cumulativul de filtrate şi care contribuie la formarea unei turte de colmatare subţire şi elastic şi la accentuarea proprietăţii sistemului de a prezenta vâscozitate la viteze de forfecare scăzute.

CaCO3 (Lo-wate), sub formă de particule de anumite dimensiuni, cu rolul de agent de podire, menţinând particulele coloidale în turta formată la suprafaţa formaţiunii forate. Particulele sunt solubile în acizi şi pot fi uşor îndepărtate în timpul operaţiilor de întreţinere sau reparaţii.

Kla-Cure, compus chimic cu masă moleculară mică, solubil în apă, compatibil cu biopolimerul Flo-Vis căruia îi accentuează funcţiile.

Datorită caracterului amfoter produsul Kla-Cure se leagă de argile şi marne, împiedicând hidratarea acestora la contactul cu fluidul de foraj sau filtratul lui.

NaO, KOH sau MgO, conferă alcalinitate sistemului, asigurând un pH=8,5...9,5 şi contribuie la mărirea randamentului biopolimerului Flo-Vis. Sistemului i se pot adăuga şi alţi aditivi cum este Lube-167, un lubrifiant eficient.

Caracteristica distinctivă a sistemelor Flo-Pro este comportamentul vâscoelastic: sunt caracterizate de vâscozităţi ridicate la viteze de forfecare scăzute şi gelaţii constante, cu valori moderate, la viteze de forfecare ridicate. Acest comportament conferă o capacitate deosebită de curăţire a găurii de detritus, calitate esentială mai ales în sondele cu înclinare mare, pană la orizontală.

Sistemele Flo-Pro sunt preferabile şi pentru că protejează stratele productive la traversarea acestora prin foraj.

Sisteme Glydril

Sistemul Glydril este un sistem activat cu poliglicol pentru a obţine un fluid de foraj comparabil cu emulsiile inverse ca eficienţă a inhibării argilelor.

Pentru realizarea unui astfel de sistem se utilizează următorii componenti: XCD sau Flo-Vis pentru crearea de vâscozitate, în cantităţi de

0...6,0 kg/m3; POLYP AC pentru controlul suplimentar al vâscozităţii, dar şi cu

rol antifiltrant, în cantităţi de 8,0...14,0 kg/m3; POLY-PLUS, 2,0...5,0 kg/m3, cu rol de încapsulare a detritusului

argilos; NaOH şi/sau KOH, 0,1...1,0 kg/m3, pentru reglarea pH-ului; NaC/ şi/sau KCl, pentru inhibarea argilelor, în cantităţi necesare,

57

putând ajunge până la saturatie; Glydril, în proporţie de 3...5%, în stare solubilă neutralizează

sarcinile libere de pe suprafaţa argilelor, inhibă hidratarea şi dispersarea lor;Caracteristica esenţială a acestui sistem este temperatura la care poliglicolul se

schimbă de la totală solubilitate în apă la insolubilitate (temperatura respectivă se numeşte Cloud-Point şi poate fi măsurată şi proiectată pentru condiţiile concrete ale fiecărei sonde). Prin schimbarea mediului chimic şi creşterea temperaturii, poliglicolul devine insolubil, blochează porii şi microfisurile formaţiunii traversate, împiedicând pătrunderea în profunzime a filtratului şi/sau a fluidului de foraj.

Se obţin astfel performanţe mai bune de avansare a sapelor, creşte stabilitatea pereţilor sondei, creşte integritatea şi gradul de inhibare a detritusului, se reduce contaminarea formaţiunilor productive şi creşteri substanţiale ale productivităţii sondelor.

58