Densitatea fluidelor de foraj Densitatea fluidelor de foraj reprezint un parametru esenial n procesul de foraj. n timpul realizrii sondei, valoarea densitii se regleaz astfel nct, prin mrimea presiunii hidrostatice, fluidul de foraj ales s previn ptrunderea fluidelor din formaiunile traversate, surparea i strngerea pereilor, evitarea fisurrii stratelor, pierderea parial sau total a circulaiei, manifestri eruptive, sigurana lucrului n sond etc. Presiunea hidrostatic, ph, ntr-un punct aflat la adncimea H ntr-un fluid, cu densitatea n, se scrie sub forma: Ph=Hngn masivul de roci ntr-un punct aflat la adncimea H, apa coninut n pori, dac nu este izolat de condiiile de la suprafa, se va gsi la o presiune ce poate fi determinat cu aceeai relaie. Pentru densitatea apei din porii rocilor, a, se admit valorile: a= 1027 kg/m3, care este densitatea apei de mare cu salinitatea total de 3,7g/l; a= 10701073 kg/m3, care este densitatea unei ape de zcmnt tipice, cu salinitatea n NaCl de 80 g/l; a= 1150 kg/m3, care este densitatea apei srate saturate, ntre 50 i 100oC. Presiunea de stat (din pori) egal cu presiunea hidrostatic, calculat n limitele acestor valori, este considerat presiune de strat normal. n aceste situaii fluidele de foraj utilizate au densiti n domeniul, n = 11001200 kg/m3 i pot fi preparate numai din ap i argil. Dac presiunea de strat are valori mai mari, pp ph , se consider presiune anormal de mare, stratul este suprapresurizat i n aceste cazuri se utilizeaz fluide de foraj ngreuiate cu densitatea n = 2000 2300 kg/m3. Dac se nregistreaz valori mai mici, pp< ph , stratul este subpresurizat i presiunea este considerat anormal de mic. Traversarea acestor formaiuni necesit utilizarea unor fluide cu densitate redus sau chiar schimbarea tehnologiei de foraj. n sonda plin cu fluid de foraj aflat n repaus (cu densitatea n), presiunea la adncimea H se determin cu relaia: Ps=Ph + p0 = Hng + p0 unde p0 este presiunea la gura sondei, dac exist.Presiunile reale din sond difer de cele calculate cu densitatea noroiului determinat la suprafa, cu pn la 3-7%, n plus sau n minus, din diferite motive, cum ar fi: dependena densitii de temperatur, de presiune, de starea de lsare n repaus, de compresibilitatea lui etc. Densitatea fluidelor de foraj influeneaz, de asemenea, cumulativul de filtrat ptruns n formaiunile permeabile traversate, viteza de avansare a sapei (viteza mecanic de foraj), valoarea cderilor de presiune n sistemul de circulaie, flotabilitatea echipamentului din sond.Densitatea fluidelor de foraj se msoar n laborator prin cntrire direct cu ajutorul cilindrilor gradai sau a picnometrelor, iar n antier cu ajutorul densimetrelor de construcie special.Viscozitatea aparent i gelaia fluidelor de foraj Viscozitatea aparent a unui fluid reprezint proprietatea lui de a opune rezisten la curgere. Cantitativ, viscozitatea (notat cu ) este o msur a acestei rezistene i se definete ca raport ntre tensiunea de forfecare i viteza de forfecare dv/dx i este constant pentru fluidele newtoniene. Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene: curgerea lor nu poate fi descris prin intermediul unui singur coeficient de viscozitate. Ele posed proprieti structural-mecanice mai complexe, iar comportare la curgere este descris de doi sau mai muli parametrii sau constante reologice. n practica de antier se folosete nc pe scar larg o viscozitate convenional (aparent) pentru fluidele de foraj, care se msoar cu viscozimetrul plnie tip Marsh (VM); aceast viscozitate Marsh este calitativ, este influenat de densitatea fluidului i proprietile lui tixotropice i nu poate fi utilizat n calculele hidraulice. Plnia Marsh are dimensiuni standard, capacitate 1,5 dm3 (prevzut la partea inferioar cu un tub calibrat, iar la partea superioar cu o sit metalic) i cu ajutorul unei cni cu volumul de 1 dm3 se msoar timpul n care se scurge 1 l de noroi din 1,5 l; timpul de scurgere a apei este de 28 s, iar noroaiele uzuale au viscozitatea 3070 s.Coninutul de lichide i solide Pentru fluidele de foraj pe baz de ap i argil, faza continu este alctuit din argil (pentru crearea suportului coloidal) i materiale de ngreuiere, iar faza lichid din ap i, eventual, motorin, n cazul n care noroiul a fost emulsionat. La fluidele de foraj fr motorin sau alt produs petrolier, coninutul de particule solide se poate determina prin uscarea complet ntr-o etuv, la 1050C, a unui anumit volum msurat de noroi i cntrirea solidelor rmase. Se accept c detritusul a fost separat n sistemul de curire al instalaiei de foraj, fraciunile fine de argil nglobate n noroi, intrnd n categoria argil. Fluidele care conin ap i petrol sunt analizate cu ajutorul a diferite retorte, prin distilarea unui volum cunoscut (10-100 cm3) de noroi i msurarea lichidelor condensate. La fluidele pe baz de produse petroliere faza lichid este alctuit din motorin i ap, iar faza solid din materiale de ngreuiere i cele folosite pentru controlul proprietilor colmatante i structurale (asfalt oxidat, argil organofil). Analiza coninutului de solide i lichide prin metoda retortei se face pentru a stabili compoziia oricrui fluid, dar mai ales la cele cu coninut redus de solide argiloase, unde intereseaz n mod deosebit procentul de argil (Vag n % volum/volum) i cele pe baz de produse petroliere, la care raportul motorin/ap i coninutul de solide au influen direct asupra proprietilor reologico-coloidale i stabilitii noroiului. n, a i m sunt densitile noroiului, apei i motorinei (a=1g/cm3, iar m=0,85 g/cm3). Valorile gsite (vs i ms) sunt necesare pentru calcularea coninutului de argil i barit din proba de noroi. ag < s < b, n care: ag este densitatea argilei 2500(kg/m3); b, densitatea baritei cu care s-a ngreuiat noroiul 36004500(kg/m3). Coninutul de argil i barit din noroiul analizat se afl rezolvnd sistemul de ecuaii: Vag+vb=vsVag ag+vbb=msVag=Vb=vs-vagConinutul echivalent de bentonit n fluidele de foraj pe baz de ap i argil se afl, de regul, minerale argiloase aparinnd tuturor grupelor de argile cunoscute (illite, caolinite, smectite etc.). Dintre acestea, argilele bentonitice sunt cele care confer noroiului proprieti structural-mecanice, de filtrare i colmatare, precum i comportarea lor la diferite tratamente sau n prezena contaminanilor. De asemenea, bentonitele sunt cele care prin proprietile lor de hidratare i umflare se disperseaz la nivel coloidal i au o mare capacitate de schimb cationic. Capacitatea total de schimb cationic d indicaii asupra coninutului de minerale active, fa de restul mineralelor inactive din sistem. Dintre metodele de msurare a capacitii de schimb cationic, cea mai utilizat este metoda albastrului de metilen. Determinarea se bazeaz pe adsorbia mult mai intens a albastrului de metilen de ctre bentonit (aproximativ g albastru de metilen la 1g bentonit) fa de celelalte minerale argiloase (mai puin de 0,05g albastru de metilen la 1g de illite i caolinite). 0,3 0,25... Deoarece albastrul de metilen consumat n timpul msurtorii (i care st la baza calculrii coninutului de bentonit) este adsorbit ntr-o oarecare msur i de mineralele argiloase nebentonitice, ceea ce se determin prin calcul se numete, convenional, coninut echivalent de bentonit (coninutul real de bentonit va fi ceva mai mic). Stabilirea coninutului echivalent de bentonit servete la calcularea unui indicator important, mai ales la aa-zisele fluide cu coninut redus de solide argiloase. Metoda este ns aplicabil i pentru determinarea capacitii de schimb cationic a unei roci argiloase oarecare Proprietile reologice ale fluidelor de foraj Comportarea la curgere a fluidelor i a sistemelor disperse cu faza continu fluid este descris printr-o serie de modele matematice, denumite i ecuaii constitutive, legi de curgere sau modele reologice. Ele exprim relaia dintre tensiunile tangeniale , care iau natere ntr-un fluid n micare i vitezele de deformare (forfecare) dv/dx, n regim laminar de curgere. Mrimile i dv/dx reprezint variabilele reologice, iar parametrii scalari sunt constantele reologice ale respectivelor ecuaii. Valorile acestora se obin prin prelucrarea mrimilor msurabile, specifice fiecrui tip de viscozimetru cum sunt, de exemplu, debitul i cderea de presiune (pentru cele tubulare) sau turaie i momentul de torsiune (pentru viscozimetru cu cilindri coaxiali). Diagramele =f(dv/dx) se numesc reograme. Pentru fluide simple, omogene (n categoria crora intr apa, gazele, produsele petroliere, soluiile de electrolii i alte lichide monofazice cu mas molecular redus), viteza de forfecare este proporional cu tensiunea de forfecare: = d dv/dxFluidele de foraj, avnd o structur eterogen, nu se supun legii de curgere newtoniene, iar viscozitatea nu mai este o constant. Ea depinde de viteza de forfecare la care a fost efectuat determinarea, se numete viscozitate aparent, iar fluidele-nenewtoniene. Ecuaia constitutiv a fluidelor de foraj i a pastelor de ciment puin tratate este, dup Bingham: = 0+ pldv/dxDe remarcat c pl reprezint chiar panta dreptei i, din punct de vedere fizic, este tot o msur a frecrilor interne din sistem, respectiv dintre moleculele mediului de dispersie, dintre moleculele acestuia i particulele fazelor dispersate, precum i dintre particulele disperse ntre ele. Viscozitatea plastic d indicaii asupra coninutului total de particule solide din sistem. Tensiunea dinamic de forfecare o este o rezisten suplimentar ce trebuie nvins n timpul curgerii, pentru a preveni tendina anumitor particule dispersate din sistem de a forma structur; n cazul noroaielor de foraj o d indicaii asupra coninutului de argil bentonitic (distana dintre particule), proprietile ei de suprafa (gradul de ionizare, grosimea stratului dublu electric, natura ionilor), concentraia i natura ionilor din faza continu, prezena unor substane cu aciune ecranant. Indicele de comportare reologic n este de regul subunitar, pentru majoritatea fluidelor de foraj i a pastelor de ciment avnd valori cuprinse ntre . 0,6...1 Toate fluidele care nu respect legea lui Newton se consider n categoria celor nenewtoniene. Caracteristic acestor fluide este faptul c viscozitatea lor aparent (definit ca o viscozitate total) nu mai este o constant, ci se modific funcie de viteza de deformare.Vascozitatea aparent, dei nu se folosete n calculele hidraulice, se msoar de obicei, pentru c d indicaii asupra rezistenei totale pe care fluidul o opune curgerii i permite compararea ntre ele a diferitelor fluide. Pentru a se putea face aceast comparare este necesar ca msurtoarea s se fac la o vitez standard de deformare; pentru viscozimetrele folosite n practic (modelele FANN, Baroid, Stormer), viscozitatea aparent-ap se determin la o vitez de deformare corespunztoare turaiei de 600 rot/minRezistena de gel, numit tensiune static de forfecare i notat , va fi: Rezistena de gel, numit tensiune static de forfecare i notat , va fi: =0.479 Propieti tixotropice n general, prin tixotropie se nelege gelificarea unei soluii cnd este lsat n repaus i revenirea gelului n soluie prin agitare (peptizare). Capacitatea tixotropic a unui fluid de foraj se apreciaz prin valoarea tensiunii statice de forfecare (rezisten de gel sau limit adevrat de curgere), dup o anumit perioad de rmnere n repaus i prin viteza cu care aceast rezisten crete n timp. Valoarea rezistenei de gel depinde de natura i concentraia argilei din sistem, de gradul de dispersare, prezena electroliilor i a substanelor protectoare, ecranante, temperatur i presiune. Iniial, gelificarea se desfoar rapid, apoi ritmul se ncetinete, dar procesul poate continua cteva ore, zile sau chiar luni. Fluidele de foraj cu proprieti tixotropice sunt capabile s menin n suspensie materialele inerte de ngreuiere i detritusul, nsuire necesar mai ales la oprirea circulaiei n sond. Totui, valori ridicate ale tixotropiei (gelaii mari i viteze rapide de gelificare), provoac greuti la curirea fluidului de foraj, presiuni sau depresiuni periculoase la pornirea circulaiei sau manevrarea materialului tubular aflat n sond. Curbe caracteristice de gelificare.

legea lui Hardy, care spune c fenomenul de coagulare electrolitic este produs de acei ioni care au aceeai ncrcare electric cu ionii contrari ai coloidului (ionii de Na+ din sare, pot produce coagularea asupra unui sistem ap-argil bentonitic); legea lui Schultze, care precizeaz c puterea de coagulare depinde de valena ionului coagulant, din acest punct de vedere, existnd urmtoarea ordine: Na+ < Ca2+ < Al3+, iar dac se consider pentru sodiu puterea de coagulare egal cu unitatea, ionul de calciu are o putere de coagulare de 75 ori mai mare dect Na+, iar aluminiul, de 540 ori mai mare dect ionul de Na+. Pierderea stabilitii sistemului ap-argil mai poate fi provocat de temperaturile prea mari, caz n care se produce o coagulare termic, sau de aciunea de nglobare a unor cantiti mari de argile foarte hidratabile i dispersabile, cnd are loc o coagulare de concentraie. n sistemele stabile, cu coninut redus de argil, particulele aglomerate se depun (suspensia se limpezete), dar, la concentraii suficient de mari de argil se formeaz o structur spaial, de gel, cu o oarecare rezisten mecanic i care nu separ n fazele componente ca n cazul coagulrii. Aceast proprietate a soluiilor coloidale de bentonit de a forma structur, se numete gelificare i se aprecieaz pe baza rezistenei mecanice de rupere a gelului dup un anumit timp de rmnere n repaus. La agitare, structura de gel se distruge i sistemul revine la starea iniial (de soluie coloidal). Aceast proprietate reversibil de trecere din soluie n gel se numete tixotropie i este ntlnit la majoritatea fluidelor de foraj pe baz de ap-argil. Pentru interpretarea modificrilor pe care le sufer proprietile fluidelor de foraj (datorit coagulrii, gelificrii, floculrii etc.), este esenial de cunoscut modul de asociere a plcuelor elementare de bentonit, prin muchii i coluri, acolo unde se gsesc sarcini de ruptur nesatisfcute i un exces de energie masic.Capacitatea de filtrare i colmatare La deschiderea prin foraj a formaiunilor, rocile ce le compun (din peretele sondei) vin n contact cu fluidul de foraj. Datorit diferenei pozitive dintre presiunea fluidului din sond i cea a fluidelor din porii rocilor, o parte din faza liber a noroiului va ptrunde n pori (fenomenul de filtrare) i, simultan, pe peretele sondei se depune o parte din particulele solide din noroi, sub forma unei turte (fenomenul de colmatare). n faza iniial, viteza de filtrare este determinat de permeabilitatea rocii, iar dup podirea porilor superficiali cu particule solide (aa-zisul colmataj intern) i iniierea turtei de colmatare propriu-zis, viteza de filtrare scade simitor, fiind dependent n mare parte doar de permeabilitatea turtei, care este mult mai mic (de ordinul 10-6 ), dect cea a rocilor (care poate fi 10-210-1Un bun fluid de foraj trebuie s posede un filtrat redus i o turt de colmatare subire, pentru a nu afecta stabilitatea rocilor slab consolidate i, mai ales, permeabilitatea stratelor purttoare de hidrocarburi.Capacitatea de filtrare a unui fluid de foraj caracterizeaz starea fizico-chimic a sistemului, respectiv : gradul de dispersie i hidrofilitatea particulelor solide, prezena i concentraia coloizilor de protecie, prezena contaminanilor, care provoac fenomenul de coagulare a particulelor argiloase i creterea semnificativ a cantitii de ap liber, a vitezei de filtrare i chiar pierderea stabilitii fluidului. Evaluarea cantitativ a cumulativului de filtrat (Vf,n cm3) i a grosimii turtei de colmatare (t, n mm) se face n condiii statice, n celul standard API (pres-filtru), la o presiune de 7 bar, temperatur ambiant i ntr-un interval de timp de 30 minute. Din cauza dificultilor de determinare a capacitii de filtrare i colmatare a fluidelor de foraj n condiii dinamice, de temperatur i presiune apropiate de condiiile reale, exprimarea cantitativ a cumulativului de filtrat se face n condiii statistice. Conform legii lui Darcy, viteza de filtrare este V=n care: A reprezint aria suprafeei seciunii de filtrare; V -volumul cumulativ de filtrat, dup timpul t; k -permeabilitatea turtei; -viscozitatea fazei lichide; p -diferena de presiune sond-strat; -grosimea turtei. Dac se consider volumul solidelor depuse (volumul turtei) proporional cu volumul de filtrat (de acceptat n condiii statice i n condiiile ipotezelor simplificatoare: perioada iniial este neglijabil, turta este incompresibil, grosimea turtei este relativ mic n raport cu raza sondei), se poate scrie A,= Vb.unde b este o constant ce exprim concentraia de particule solide Cu ct permeabilitatea turtei este mai mic, cu att grosimea turtei depuse i volumul de filtrat sunt mai reduse, la concentraii de particule comparabile. Fluidele bogate n substane coloidale depun turte subiri i au viteze de filtrare sczute, iar cele cu un coninut ridicat de particule inerte vor avea viteze mari de filtrare i vor depune turte groase. Deoarece turta de colmatare este mai mult sau mai puin compresibil, permeabilitatea ei scade cu creterea presiunii. n aceste condiii, volumul de filtrat crete dar cu un ritm mai sczut. Viteza de filtrare crete cu temperatura, deoarece scade viscozitatea fazei lichide, iar la temperaturi ridicate datorit coagulrii fazei argiloase, ceea ce determin creterea ponderii fazei libere din sistem. Rezultatele obinute prin aceste determinri sunt de cele mai multe ori departe de cele obinute n condiiile de circulaie a noroiului de foraj i la temperaturi i presiuni apropiate de cele din sond. n timpul circulaiei (filtrarea dinamic), grosimea turtei se stabilizeaz cnd forele de depunere a particulelor de solide sunt echilibrate de cele de eroziune, dei compactizarea turtei mai continu o perioad, iar viteza de filtrare i volumul cumulativ de filtrat ptruns n formaie depind de viteza de circulaie a fluidului, de viscozitatea noroiului, rezistena la eroziune a turtei.Faza apoas ptruns n formaiunile traversate, n urma fenomenului de filtrare i colmatare, conduce la producerea a diferite efecte nefavorabile: hidrateaz i umfl rocile sensibile la ap (se strng pereii sondei, apar dificulti la manevrarea garniturii de foraj, crete pericolul de prindere a garniturii i a coloanei de burlane); reduce coeziunea i stabilitatea rocilor friabile; n stratele productive se micoreaz permeabilitatea, ceea ce conduce la scderea productivitii sondei. Efectele negative ale ptrunderii filtratului sunt legate de natura rocilor traversate i sunt cu att mai accentuate cu ct presiunea din porii acestora este mai mic. n rocile argiloase, cu excepia celor fisurate, nu are loc invazia filtratului, deoarece acestea sunt impermeabile, dar exist o corelaie indirect filtrare-umflare. n rocile permeabile, cantitatea de ap ptruns sub form de filtrat provoac ns hidratarea i umflarea marnelor i argilelor, intensitatea producerii acestora fiind determinat n mare msur de alte fenomene cum sunt: osmoza, difuzia, schimbul de baz, protecia coloizilor etc. Modul n care filtratul din fluidul de foraj reduce permeabilitatea stratelor productive este complex, iar procesele care au loc depind de o serie de factori, cum sunt: structura reelei de canale capilare, gradul de interconexiune dintre acestea i gradul de accesibilitate, modificarea umidibilitii iniiale a rocilor, prezena particulelor argiloase (care produc clay blocking), a solidelor antrenate de fluid sau desprinse din roc, formarea unor emulsii vscoase de iei-filtrat,Curirea tlpii sondei de detritus i evacuarea acestuia la suprafa Cea mai rspndit tehnologie de foraj este cea a forajului rotativ-hidraulic, cu circulaie direct a fluidului de foraj. n urma lucrului sapei pe talpa sondei se formeaz fragmente de roc, care trebuie ndeprtate nainte de aciunea urmtorului dinte al sapei n acelai loc, astfel nct toate elementele active ale instrumentului de dislocare s lucreze permanent n roc vie (deci s se realizeze o splare perfect prin degajarea imediat i complet a detritusului rezultat n urma interaciunii sap-roc). ntr-o astfel de situaie, viteza de avansare va fi maxim pentru o apsare pe sap i turaie date. Dac ns achiile de roc nu sunt ndeprtate de pe talpa sondei, are loc o acumulare de detritus, iar adncimea de ptrundere a dinilor sapei n roc vie se reduce, avnd loc un consum inutil de energie i o scdere a vitezei de avansare a sapei. Fenomenul este cunoscut sub numele de manonarea tlpii sondei. La forajul n roci permeabile, mai ales n cazul unor presiuni hidrostatice mari, are loc formarea aproape instantaneu pe talpa sondei a unei turte de colmatare, alctuit din particule solide din fluid sau roc, ceea ce va determina scderea vitezei mecanice. n formaiunile cu roci plastice, datorit lipirii detritusului de elementele active ale sapei, are loc o ncrcare sau manonare a sapei, efectul de reducere a vitezei de avansare fiind cu att mai accentuat cu ct apsarea i turaia sunt mai mari (deci volumul de roc dislocat i nendeprtat din talp este mai mare). La forajul n roci dure, eventual impermeabile, prin aciunea elementelor active ale sapei se pot forma, la nivelul fragmentelor de roc din talpa sondei, fisuri insuficient dezvoltate pentru ca roca s fie uor expulzat de la locul ei, lucru care, de asemenea, va determina o reducere a vitezei de avansare a sapei. Se poate spune c o splare perfect a tlpii i a sapei, precum i ndeprtarea imediat i n totalitate a detritusului din talpa sondei pot fi realizate printr-o circulaie corespunztoare i eficient a fluidului de foraj. Factorii care determin eficiena acestei circulaii sunt: debitul fluidului; viteza jeturilor; geometria sistemului de splare al sapei (numrul i forma orificiilor de ieire a noroiului, poziia i distana lor fa de talp); natura i proprietile fluidului de foraj (densitatea, viscozitatea, capacitatea de filtrare, coninutul de solide, capacitatea de umectare etc.); diametrul i forma sapei; natura formaiunilor traversate (rezistena, gradul de consolidare, permeabilitatea, presiunea i natura fluidelor din pori). Pentru a pune totui n eviden modul n care are loc ndeprtarea particulelor de roc de la talpa sondei, trebuie analizate separat influena proprietilor fluidului i a factorilor tehnologici (debitul i viteza jeturilor). Influena debitului de circulaie Debitul de fluid care ajunge la talpa sondei are rolul principal n splarea detritusului format ca urmare a lucrului sapei (dar i n rcirea i lubrefierea elementelor active). odat cu mrirea debitului de circulaie are loc i creterea vitezei de avansare a sapei. Experiena practic a pus totui n eviden c, la valori suficient de mari ale debitului, ritmul de cretere a vitezei devine nesemnificativ sau chiar zero, n condiiile n care, pentru o apsare i turaie date, splarea tlpii este realizat.V= unde a i b sunt dou constante ale cror valori depind de proprietile rocilor, tipul i dimensiunile sapei, apsare, turaie, proprietile fluidului Qsp=0.0450.065/sdar ele depind de viteza jeturilor, proprietile fluidului i ndeosebi de diferena de presiune sond-strat. Cu ct aceste condiii sunt mai favorabile, cu att debitul pn la care viteza continu s creasc este mai mare. ca urmare a creterii debitului peste valorile optime care asigur splarea tlpii, viteza poate chiar s scad, urmare a creterii cderii de presiune din spaiul inelarInfluena vitezei jeturilor de fluid Impactul fluidului de foraj pe talpa sondei are ca urmare ndeprtarea fragmentelor de roc. Un studiu al jeturilor unei sape n timpul forajului este ns destul de dificil i nici nu constituie un obiectiv al acestui curs. De aceea, efectul vitezei jeturilor asupra vitezei de avansare a sapei va fi strict prezentat referitor la curirea tlpii sondei de detritus. Impactul perpendicular al jeturilor cu talpa are loc la o vitez axial relativ mare, 70150 m/s, n raport cu cea circumferenial provocat de rotirea sapei, 0,53,0 m/s. Deoarece suprafaa de impact este relativ mic (o coroan circular cu limea de aproximativ trei ori diametrul duzelor), restul tlpii sondei este splat de aceast micare paralel cu talpa, numit i curgere ncruciat, fluidul rspndit prin impactul unuia din jeturi, ncrucindu-se cu cel mprtiat de celelalte jeturi. Prin aceast mprtiere radial are loc ndeprtarea fragmentelor de roc din talp, care, nglobate ca detritus n fluidul de foraj, se ridic fie prin gurile de ntoarcere din flcile sapei, fie pe lng pereii sondei, prin spaiul inelar, ctre suprafa. Forele care rein particula pe talp sunt: greutatea proprie i fora de inerie a particulei,Gp fora de presiune Fp=A1(pn-pp) creat de diferena dintre presiunea noroiului i cea a fluidelor de sub particul (din porii rocilor), unde este aria proieciei particulei pe un plan paralel cu talpa sondei; nppp1A fora de frecare i adeziune fa de talp Fad=Forele care tind s ndeprteze particula de detritus din talpa sondei sunt: fora de impact lateral (de antrenare lateral i numai dac particula depete planul tlpii), care, n regim turbulent, este: Fi=cA2 nunde: c este un coeficient de rezisten hidraulic, care depinde de forma particulei i regimul de curgere; A2-aria proieciei particulei pe un plan perpendicular pe direcia de curgere; vp-viteza curentului de fluid paralel cu talpa sondei; n-densitatea fluidului; fora ascensional, provocat de diferena de vitez de deasupra i de sub particulInfluena compoziiei i proprietilor fluidelor de foraj. Proprietile unui fluid de foraj sunt funcie de compoziia i natura lui, de aceea orice modificare a unui parametru este nsoit de schimbri ale valorilor altor parametrii Densitatea Pentru a pune n eviden efectul densitii fluidului de foraj asupra vitezei de avansare, se impune mai nti precizarea presiunilor ce acioneaz la talpa sondei asupra unui fragment de roc: presiunea lateral (de confinare) pc a rocilor nconjurtoare, creat de presiunea litostatic pl ; presiunea de strat, sau, cnd exist, presiunea fluidelor din pori pp; aceast presiune se consider normal dac corespunde unei coloane de ap de zcmnt cu densitatea 10301070 kg/m3; presiunea fluidului de foraj pn, care este dat de coloana hidrostatic de lichid, gHn, la care se adaug cderea de presiune din spaiul inelar, ambele constante pe ntreaga talp a sondei i peste care se suprapun i presiunile dinamice. s-a constatat c viteza de avansare a sapei scade, pe msur ce crete presiunea pe talp, sau mai exact, viteza mecanic este influenat de diferena dintre presiunea fluidului de foraj i cea a fluidelor din porii rocii, la nivelul suprafeelor fisurate (pn-pp,) Aceast diferen de presiune are un rol principal n procesul de ndeprtare a fragmentelor de roc din talpa sondei i cu ct aceasta este mai mic la nivelul de ptrundere a dinilor sapei, cu att va fi mai mare viteza de avansare a sapei. Ca urmare, se pot obine viteze ridicate de foraj chiar cu fluide cu densitate ridicat, dac diferena de presiune de deasupra i de sub particula de roc este redus (ndeprtarea fragmentelor este cu att mai uoar cu ct presiunile pe feele lor sunt mai apropiate). Efectul acestei presiuni difereniale pn-pp, se manifest mai pronunat la valori mici i n roci slabe sau permeabile, dar nu lipsete nici n rocile impermeabile sau n rocile tari. n plus, s-a constatat c viteza mecanic crete substanial atunci cnd densitatea fluidului scade sub cea a fluidelor din pori. n ultimii ani se practica tot mai mult forajul la echilibru i chiar forajul la subechilibru. Viscozitatea fluidului de foraj Viscozitate () i tensiunea dinamic de forfecare (o) reprezint proprietile reologice ale fluidului de foraj Din experiena de antier s-a constatat c reducerea viscozitii fluidului de foraj poate conduce la viteze de avansare mai mari, dei uneori efectul se pune pe seama modificrii altor proprieti. Explicaia care se d este legat de reducerea grosimii stratului limit i apropierea vitezei maxime de suprafaa tlpii. Conform teoriei turbulenei i a stratului limit, ntr-un un fluid vscos care curge cu o vitez foarte mare n raport cu o suprafa, regimul de curgere este turbulent, cu excepia unui strat foarte subire n care curgerea este n regim laminar. n acest strat, numit strat limit, se presupune c viteza variaz liniar, de la zero la viteza maxim.Capacitatea de filtrare i colmatare Procesul de reducere a presiunii la nivelul fragmentelor de roc din talpa sondei este o consecin a ptrunderii fluidului de foraj sau a filtratului. Filtrarea fluidului prin talpa sondei favorizeaz avansarea sapei datorit egalizrii presiunilor de deasupra i de sub particul, dar procesul de ndeprtare a fragmentelor de roc este destul de complex. Efectul acestei proprieti nu poate fi separat de coninutul de particule solide din fluid i mai ales de permeabilitatea rocii. Viteza de avansare crete pentru fluidele cu vitez iniial de filtrare mare, dar, cu un cumulativ total de filtrat ct mai mic. Formarea turtei de colmatare are loc n acelai timp cu ptrunderea filtratului prin talpa sondei. De grosimea ei depinde ca dintele sapei s loveasc n roc vie sau fragmentele de roc desprinse din talp s rmn prinse sub turta de colmatare ca ntr-o capcan. n astfel de situaii se produce o acumulare de detritus pe talpa sondei, porii rocilor se nfund i viteza de avansare a sapei scade. Practic, pentru a folosi efectul pozitiv al filtrrii i a reduce efectul negativ al acumulrii de detritus pe talpa sondei, au fost realizate fluide cu vitez iniial de filtrare mare, cum sunt cele cu polimeri i coninut redus de particule solide (sub 1%), soluiile de electroliiConinutul de particule solide i natura fluidului n fluidele de foraj pe baz de ap se gsesc, sub form dispersat la nivel coloidal, particule de argil, iar n diferite forme i dimensiuni alte materiale solide (barit, nisip, fragmente din roca dislocat). S-a constatat n practic reducerea vitezei de avansare a sapei datorit concentraiei ridicate de particule solide. Explicaia care se d acestui comportament este atribuit modificrii densitii fluidului de foraj, dar mai ales blocrii porilor rocii i reducerii vitezei de filtrare prin talpa sondei. De fapt, performanele sapelor sunt influenate negativ, nu att de creterea coninutului de particule solide, ct mai ales de mrimea acestora. Efectul negativ, de reducere a vitezei mecanice chiar la concentraii reduse de particule solide este accentuat de particulele coloidale, cu dimensiuni apropiate de cele ale porilor rocii. A aprut astfel ideea utilizrii unor aditivi (floculani) care s mpiedice dispersarea detritusului argilos i marnos, sau chiar a fluidelor de foraj fr solide argiloase (cu electrolii sau polimeri). Natura n sine a fluidului de foraj influeneaz de asemenea performanele unei sape, att prin valoarea presiunii create pe talp, a viscozitii i capacitii de filtrare, dar i prin alte fenomene fizico-chimice. Cu fluidele pe baz de ap, n care se introduce un anumit procent de motorin, se obin performane mult mai bune dect cu ap. Fluidul capt proprieti lubrifiante, se mpiedic dispersarea detritusului i manonarea n roci hidratabile i dispersabile (roci plastice), cu fluide pe baz de produse petroliere se obin viteze mecanice mai bune i este crete durata de funcionare a sapei. n roci tari, performanele nu se mbuntesc semnificativ, iar uneori chiar se micoreaz. Explicaia care se d este n primul rnd legat de absena manonrii sapei, iar n rocile permeabile de scderea vitezei de filtrare n faa dinilor sapei, prin nfundarea porilor rocii. Prezena n fluidele de foraj a motorinei sau a unor substane tensioactive modific umectabilitatea rocii. Faza apoas poate ptrunde mai uor pe suprafeele de fisurare, duritatea rocii poate s scad, iar viteza de avansare a sapei poate crete n mod semnificativ. toate aceste modificri ale proprietilor fluidului de foraj (interdependente i greu de individualizat), dar i mecanismele i fenomenele fizico-chimice la nivelul rocii, pun n eviden complexitatea n sine a procesului de foraj i faptul c sunt greu de modelat n condiii de laborator. Evacuarea detritusului la suprafa n metoda forajului rotativ-hidraulic cu circulaie direct a fluidului de foraj, evacuarea detritusului de la talp se realizeaz n curent ascendent, prin spaiul inelar format de garnitura de foraj i pereii sondei. Particulele fine de argil, marn sau chiar nisip (roc dislocat cu dimensiuni ale particulelor sub 0,5 mm), se nglobeaz n fluidul de foraj i evacuarea lor la suprafa nu ridic probleme. Restul de particule solide, cu dimensiuni mai mari, sunt evacuate prin antrenarea lor de ctre curentul ascendent de fluid. Capacitatea de transport a fluidului de foraj este ns determinat de: viteza ascensional, densitatea i proprietile reologice ale fluidului de foraj, regimul de curgere, forma, dimensiunile i densitatea particulelor evacuate, diferena dintre densitatea fluidului i cea a particulelor de detritus. n plus, dimensiunile transversale ale spaiului inelar, nclinarea sondei, rotirea garniturii de foraj, concentraia neuniform a particulelor de detritus sunt elemente care influeneaz evacuarea detritusului la suprafa. Viteza de ridicare a particulei de detritus (vr) prin spaiul inelar al sondei este efectul vitezei ascensionale a fluidului (vsi) i lunecrii particulei sub greutate proprie (u):Vr = vsi-un general, debitele de circulaie necesare splrii tlpii asigur o vitez ascensional suficient evacurii detritusului. Pentru fluidele de foraj obinuite se realizeaz viteze medii ale curentului ascensional de 0,31,3 m/s, iar la forajul cu aer de 1020 m/s. Evacuarea detritusului la suprafa poate constitui o problem doar n zona superioar a sondelor, la traversarea rocilor cu forabilitate ridicat (cantitate mare de roc dislocat), n prezena unor strate neconsolidate (predispuse la surpare) i atunci cnd fluidele de foraj au densitatea i viscozitatea reduse. n general ns, debitele necesare pentru splarea perfect a tlpii sunt superioare celor de evacuare a detritusului, iar vitezele ascensionale uzuale sunt acoperitoare. Pentru a evita pericolul depunerii detritusului, concentraia de particule solide trebuie limitat la 5 %, n fluidele de foraj obinuite, iar n cazul apei sau a fluidelor cu capacitate redus de suspendare sub 2 %. n ceea ce privete micarea particulelor solide ntr-un fluid (viteza de lunecare), se tie c aceasta depinde de forma i dimensiunile particulei, densitatea rocii i a fluidului, viscozitatea fluidului i regimul de curgere. Aceast vitez de cdere este exprimat prin diverse formule dar ntr-un fluid de foraj nu depete n mod obinuit 2030 cm/s, valori mai mari realizndu-se pentru particule cu dimensiuni apreciabile, n fluide cu densitatea i viscozitatea sczute. Pentru a evita cderea particulelor de detritus la talp la ntreruperea circulaiei, sunt necesare fluide de foraj cu tensiune static corespunztoare meninerii acestora n suspensie. Majoritatea fluidelor de foraj au capacitatea de a forma structuri la rmnerea n repaus, iar n cazul utilizrii apei sau aerului este necesar evacuarea detritusului din spaiul inelar, printr-o circulaie intens i abia dup aceea se poate ntrerupe circulaia fluidului de foraj. Mineralele argiloase Argilele sunt roci sedimentar-detritice, cu dimensiunea particulelor componente n domeniul 0,001...0,004mm. Textura este compact sau cu microstratificaie. Roca argiloas apare n straturi sau bancuri, uneori n complexe de strate, frecvent cu urme mecanoglife sau bioglife i cu forme fosile i microfosile, resturi de plante incarbonizate, rar cu coninut ridicat de substane bituminoase, concreiuni de carbonai, silice, oxizi i hidroxizi de fier i pirit. Culoarea este variat: alb, cenuie, verde, albastr, brun sau neagr n diverse nuane Dintre proprietile fizice se pot aminti: porozitatea foarte mare, permeabilitatea foarte mic sau nul, coeficient de adsorbie foarte mare, Indiferent de originea lor (argile detritice - derivate din sedimente preexistente care au fost transportate la locul de depunere sau argile antigene, care au precipitat din soluie i sunt crescute in-situ, n timpul diagenezei), din punct de vedere chimic, mineralele argiloase sunt aluminosilicai hidratai, dispui n reele cristalineDispunerea spaial a atomilor, gradul de substituire a atomilor de Si, Al i Mg cu ali cationi, natura i cantitatea de cationi interplanari, determin modul diferit de a se comporta al mineralelor argiloase i gama foarte divers pe care o formeaz. Este unul din motivele ce determin i dificultile de identificare i de separare. Majoritatea argilelor au o structur stratificat, format din folii elementare, care se desfac mai mult sau mai puin uor. O unitate elementar este alctuit din unul sau dou strate de tetraedre (T- un atom de siliciu ntre patru atomi de oxigen), cu o mpachetare foarte stabil, i unul sau dou strate de octaedre (O - un atom de aluminiu n centru i atomi de oxigen sau hidroxil n colurile octaedrului), mai puin stabili, atomul de Al fiind relativ uor nlocuit cu ioni de Ca, Mg, Na, K, Fe.Stratele tetraedrice sunt asociate cu cele octaedrice prin legturi covalente, de aceea folia elementar este stabil. Cnd unitatea elementar de argil este format din trei strate, cel octaedric fiind ntre dou strate de tetraedri, acestea sunt unite prin fore mai slabe, de tipul Van der Waals. Mineralele argiloase existente n natur se deosebesc unele de altele prin: tipul combinaiei planelor tetraedrice/octaedric (1 : 1 sau 2 : 1, respectiv T-O sau T-O-T); coninutul n cationi al planului octaedric; sarcinile structurale i de suprafa (datorate reaciilor ce au loc la suprafaa mineralului i n lungul muchiilor planelor tetraedrice i octaedrice, substituiei ionilor sau imperfeciunilor structurale); tipul de material interplanar; tipul de aranjament al stratelor i mrimea ariei suprafeelor interne i externe ale reelei cristaline (ca rezultat al acestor ntinse arii de suprafa apare o adsorbie ridicat i o mai mare reactivitate a argilelor respective); compoziia chimic. a. Illite (mice hidratate), din care fac parte mineralele: illit, muscovit, celadonit, glauconit, fengit. Sunt minerale cu structura tristratificat a reelei (T-O-T) i cu fore de legtur relativ puternice ntre unitaile elementare, deoarece o parte din Si4+ este nlocuit cu Al3+ , iar acesta este substituit de Mg2+ , Fe3+ sau Fe2+. Sarcinile negative rmase n exces sunt compensate, n general, de K+ , care, avnd o raz ionic mic, se nscrie n golurile reelei formate din OH- i O2- ale tetraedrilor de siliciu i asigur o mpachetare puternic. Ca urmare, apa ptrunde greu printre ele i capacitatea de hidratare, umflare i dispersare este mic. Totui, K+ este adeseori nlocuit de Ca2+ , Mg2+ sau Na+ i illitele devin mult mai hidratabile. Cnd sunt ntlnite n timpul forajului, provoac excavri ale gurii de sond i creterea viscozitii noroiului. b. Smectitele cuprind minerale ca: montmorillonit, beidelit, nontronit, hectorit, saponit i vermiculit. Acestea au tot o structur elementar tristratificat (T-O-T), dar au fost substituii doar o parte din atomii de Al3+ octaedrici (cu Mg2+ , Fe2+ , Fe3+), mai puin cei de siliciu tetraedrici, iar atomii de oxigen de pe suprafaa exterioar a stratelor tetraedrice a dou unitai elementare asigur legturi stabile ntre ele. De asemenea, deficitul de sarcin negativ este compensat de diferii cationi (Na+, H+, Ca2+, Mg2+), care menin reelele cristaline ndeprtate. Apa poate ptrunde astfel cu uurin ntre ele i de aceea argilele de acest tip se umfl i se disperseaz mult mai bine dect illitele. Mineralul cel mai rspndit din aceast grup este montmorillonitul Dup natura cationului schimbabil se disting: montmorillonitul de sodiu, montmorillonitul de calciu etc. Montmorillonitul de sodiu este de baz n argilele comerciale, numite bentonite, care sunt folosite la prepararea noroaielor de foraj. El poate fi ntlnit i n formaiunile argiloase traversate de sonde. c. Cloritele cuprind specii minerale de aluminosilicai bogate n magneziu (ortoclorite: penninul, clinoclorul, procloritul) sau fier (leptoclorite: bertieritul, thuringitul). Sunt alctuite dintr-o alternan de strate de tip mic (T-O-T) cu strate hidroxilice, substituiile de atomi de siliciu tetraedrici cu aluminiu i de magneziu octaedric cu mangan, aluminiu, fier, fiind nsemnate. Ca urmare, unitatea elementar posed un exces de sarcin negativ, care va fi echilibarat de sarcinile pozitive ale startului hidroxilic. Acestor legturi electrostatice se adaug cele dintre atomii de oxigen i hidroxil din foie alturate, mpiedicnd ptrunderea apei. Din aceste cauze ele sunt slab hidratate, au o capacitate redus de schimb cationic i nu sunt folosite la prepararea fluidelor de foraj. d. Caolinitele cuprind mineralele: dickit, nacrit, haloisit, endelit, caolinit, ce au foia elementar alctuit dintr-un tetraedru de siliciu i un octaedru de aluminiu (T-O). Atomii de O2- i OH- formeaz strate comune, cu puternice legturi de hidrogen ntre ele, mpiedicnd ptrunderea apei. Datorit slabelor substituiri n reea a Al3+ de ctre Fe2+, caolinitele prezint o capacitate mic de schimb ionic, se disperseaz greu, iar hidratarea i umflarea sunt reduse.e.Attapulgitul se ntlnete rar n natur i se caracterizeaz printr-o structur fibroas (uniti octaedrice ntre lanuri duble de tetraedri), n care unii atomi de aluminiu au fost nlocuii cu magneziu, moleculele de ap fiind incluse n interiorul reelei cristaline. Are o capacitate redus de schimb cationic i este puternic dispersabil att n ap dulce ct i srat. f. Sepiolitul este o argil ce se caracterizeaz tot printr-o structur fibroas, dar are un coninut foarte redus de aluminiu (substituit de magneziu). Datorit acestui fapt are o termorezisten de pn la 4000 C n noroaiele mineralizate. nlocuirea siliciului tetraedric cu aluminiul i confer o capacitate medie de schimb cationic. g. Minerale argiloase mixte. Aceste minerale sunt formate prin alternarea regulat sau ntmpltoare a foliilor a dou sau mai multe tipuri de minerale argiloase. Mineralele mixte, cu structur neregulat, sunt foarte numeroase, greu de identificat i separat. Cele mai multe sunt compuse din folii de minerale expandabile (purttoare de molecule de ap) i folii de minerale neexpandabile. n multe dintre ele are loc scoaterea parial a ionului de K sau Mg(OH)2 (mai ales n illite i clorite) i adsorbia incomplet a K sau Mg(OH)2 n reeaua montmorillonitului sau vermiculitului. Astfel, cel mai abundent mineral argilos mixt ntlnit este illit-montmorillonit (n toate proporiile posibile), dar i alte tipuri, cum ar fi: clorit-montmorillonit, illit-clorit-montmorillonit, clorit-vermiculit etc. n practica forajului, pentru a aprecia coloiditatea argilelor se folosete metoda de clasificare dup aa-numitul randament, notat R. Prin randament se nelege cantitatea de noroi, exprimat n m3, cu viscozitatea aparent de 15 cP, care poate fi preparat dintr-o ton de argil prehidratat. Conform acestui criteriu, argilele se mpart astfel: argile bentonitice (R > 14); argile metabentonitice (9 < R < 14); hume bune (3 < R < 9); hume slabe (R < 3).

Se poate remarca faptul c din bentonitele de bun calitate (cele care conin peste 70 % montmorillonit de sodiu) se obin cantiti de 1020 m3/t, cu proprieti structurale i de colmatare satisfctoare la un coninut redus de particule solide. Pentru a mri randamentul unor argile mai slabe, se folosete n practic procedeul de activare prin tratamente chimice, care au la baz capacitatea de schimb ionic a argilelor. Astfel, prin adaos de sod calcinat (Na2CO3), n proporie de 24 %, se transform bentonita calcic n bentonit sodic, obinndu-se argil mbuntit sau activat. Se pot prepara i argile modificate prin tratare cu polimeri (copolimeri acrilici, anhidrid maleic-acetat de vinil), tot pentru a le mri randamentul. Pentru a putea fi utilizate i la prepararea fluidelor pe baz de petrol s-au creat argilele organofile, la care s-au nlocuit cationii anorganici cu cationi organici (de obicei amine), devenind astfel dispersabile n hidrocarburi i capabile s creeze un minim de proprieti de agregativitate (proprieti structurale) i de colmatare. Proprietile mineralelor argiloase n ap Capacitatea de schimb ionicAtunci cnd o argil este n soluie apoas, cationii mai slab legai pot fi nlocuii de alii cu o afinitate mai mare, fenomen cunoscut sub denumirea de schimb cationic -specific argilelor i care influeneaz hidratarea i dispersarea lor. Ionii polivaleni de Ca2+ i pot substitui pe cei monovaleni de Na+, din acest punct de vedere fiind cunoscut urmtoarea ordine: H+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+ . Dac se asigur n soluie o concentraie mare de ioni din dreapta seriei, datorit efectului de mas, ionii majoritari i nlocuiesc pe ceilali, chiar dac acetia au valen mai mare i sunt mai strns legai la particula elementar de argil. Cunoscnd capacitatea de schimb cationic a unui tip de argil, atunci cnd numai ea se afl ntr-o soluie apoas, se poate stabili concentraia ei. Dac n soluie exist un amestec de argile, pentru c ele nu pot fi separate, se msoar capacitatea total de schimb cationic. Montmorillonitele, din componena bentonitelor, posed o capacitate de schimb cationic mult mai mare (70 ... 150 meq/100g) comparativ cu celelalte minerale (illitele: 10 ... 40 meq/100g, cloritele: 10 ... 40 meq/100g; caolinitele: 3 ... 15 meq/100g, attapulgit: 10 ... 35 meq/100g). Deci, capacitatea total de schimb cationic d indicaii asupra coninutului de minerale active, fa de restul mineralelor inactive din sistem. Capacitatea total de schimb cationic este mult mai mare la argilele montmorillonitice (chiar i illite) deoarece 80% din schimbul cationic are loc pe feele plcuelor elementare i doar 20% pe muchii, spre deosebire de clorite, caolinite, attapulgit unde schimbul cationic se produce mai ales pe muchii. Stabilitatea sistemului ap-argil este influenat i de schimbul anionic (redus) care se poate produce (Cl-, SO42-, CO32-), dar mai ales de natura, valena i numrul cationilor schimbabili. Astfel, argilele cu o capacitate mare de schimb cationic se hidrateaz i se disperseaz uor, formnd suspensii stabile chiar i la concentraii reduse de argil n ap. n practic, proprietatea de schimb cationic este folosit pentru a facilita sau, dimpotriv, pentru a inhiba umflarea i dispersarea argilelor n ap. Astfel, prin activare cu sod calcinat, bentonitele calcice se transform n bentonite sodice, cu un randament mult mai mare, iar prin existena unei cantiti de calciu ntr-un noroi, bentonitele sodice din pereii gurii de sond se transform n bentonite calcice, mai puin hidratabile i dispersabile (pereii argiloi ai sondei devin mai stabili, detritusul nu se mai disperseaz i se ndeprteaz mai uor la suprafa). Contaminarea noroaielor naturale cu sarea gem NaClCea mai frecvent ntlnit sare solubil n timpul forajului este sarea gem (NaCl), care poate fi sub form de masiv de sare, intercalat cu strate argiloase, n apele subterane i chiar n unii aditivi impuri (CMC-ul tehnic). Efectul clorurii de sodiu asupra soluiilor coloidale de bentonit este pus n eviden n fig 6.5., care prezint influena srii asupra bentonitei prehidratate (curbele notate cu indicele 1) i asupra bentonitei n stare uscat, introdus n soluii cu diverse concentraii de sare.crete numrul de ioni de sodiu din sistem, o parte dintre ei se apropie de suprafaa plcuelor de argil, mai aproape dect cationul iniial asociat acesteia, se micoreaz sarcina negativ a foiei elementare de argil i se reduc forele de respingere ntre ele. Se d astfel posibilitatea ca foiele elementare de argil s floculeze (muchie la muchie sau muchie la fa) sau s coaguleze n agregate mai mari, care se deplaseaz mai greu dect foiele individuale de argil, ceea ce se manifest printr-o viscozitate i gelaie mrit. n plus, odat ce plcuele elementare de argil nu se mai afl n starea lor iniial pentru a putea nfunda porii turtei de colmatare, se va produce i o cretere uoar a filtratului. La concentraii mai mari de sare, sarcinile negative de pe suprafeele foielor de argil sunt neutralizate i ele se unesc n pachete, avnd loc agregarea acestora. Se reduce astfel tensiunea dinamic de forfecare i pe seama ei are loc i reducerea viscozitii aparente, care atinge un minim la 510 g NaCl/100 cm3. Apa fiind eliberat n urma acestui proces de agregare a plcuelor elementare de argil se va produce i o cretere semnificativ a vitezei de filtrare. La concentraiile i mai mari de sare (ntre 1525 g NaCl/100 cm3), nsui agregatele sunt floculate, ceea ce conduce din nou la creterea viscozitii aparente. Spre saturaie (30 g/100 cm3), datorit procesului avansat de coagulare electrolitic, viscozitatea are tendin de scdere, iar filtratul atinge valori excesiv de mari, datorit apei separat n sistem. O alt proprietate care se modific este pH-ul. Dei H+ este cationul care se adsoarbe cel mai puternic, la contaminarea cu clorur de sodiu, pH-ul scade uor, deoarece cationii de Na+, aflai n concentraie mai mare, i nlocuiesc pe cei de H+, care trec n soluie. Aceste modificri ale proprietilor s-au observat la suspensiile diluate de bentonit sodic (aproximativ 6 g bentonit la 100 cm3 ap). Din grafic, se mai poate remarca modul diferit n aciunea clorurii de sodiu, asupra bentonitei sodice, dup cum ea este hidratat sau nu n momentul contaminrii cu sare. Pn la o concentraie de 1 %, are loc hidratarea i dispersia bentonitei uscate, iar filtrarea nu crete ntr-un mod pronunat. Dincolo de aceast limit, bentonita sodic devine fr valoare pentru funciile ei obinuite i rmne inhibitat (nu se ionizeaz, nu se hidrateaz i nu se disperseaz). n ceea ce privete comportarea noroaielor naturale la contaminarea cu procente diferite de sare, tiut fiind c sarea nu poate fi precipitat, se pot face urmtoarele recomandri, pentru combaterea efectelor ei nefavorabile: la contaminrile uoare i de scurt durat, se recurge la diluare cu ap i adaos de bentonit prehidratat (pentru a menine noroiul dulce, adic sub 1 % NaCl), eventual barit, pentru meninerea densitii i mici cantiti de antifiltrani (amidon, CMC); la contaminrile cu peste 15 % NaCl, cnd trebuie corectat viscozitatea, se apeleaz la adaos de fluidizani (defloculani) i reactivi cu efect mixt (fluidizani i antifiltrani), dar trebuie inut seam c efectul lor scade la creterea concentraiei de sare; la contaminrile cu 30 % NaCl (intense i de lung durat) se impune corectarea filtratului cu adaos de reactivi antifiltrani, trecerea la un noroi srat saturat sau alte noroaie speciale, rezistente la contaminrile cu sruri solubile. Noroaie tratate cu CMC Pentru forajul de mic i medie adncime, prin formaiuni nisipoase sau calcaroase i slab consolidate, unde este necesar un fluid cu proprieti reologice ridicate i un filtrat sczut, se poate utiliza un fluid care se prepar dintr-o soluie diluat de bentonit (bentonit cu randament mare, care s permit obinerea unei densiti iniiale de 10401060kg/m3), la care se adaug 110kg/m3 CMC de mare viscozitate, pentru a realiza un filtrat mic (Vf < 5 cm3) i o viscozitate aparent mare (VM = 6070 s). Noroaie tratate cu fluidizani i sod caustic n cazul traversrii unor intercalaii argiloase, care produc contaminri uoare i de scurt durat cu material argilos, se pot folosi tratamente simple cu fluidizani din grupa fosfailor, tananilor sau humailor, pentru controlul proprietilor reologice. Tratamentul se face n asociaie cu NaOH, pentru a mbunti dispersarea materialului argilos i a asigura pH- ul la care fluidizanii au eficien maxim. Prin modul lor de aciune, fluidizanii neutralizeaz sau ecraneaz sarcinile electrice de ruptur de la marginile plcuelor elementare de bentonit, reducnd tendina noroiului de a forma structuri i, n acelai timp, viscozitatea aparent i gelaia, chiar i n cazul unor concentraii mai mari de argil ptruns n noroi. Totui, eficiena fluidizanilor scade simitor, dac crete prea mult cantitatea de argil nglobat sub form de detritus (se folosete expresia de otrvire a noroiului). Se impune diluarea cu ap (pentru a reduce coninutul de argil din noroiul de baz) i un sistem de curire la suprafa ct mai eficient. Doza optim de reactiv fluidizant se consider cea la care, dublnd procentul de reactiv, nu se mai obine nici un efect de scdere a viscozitii. n funcie de condiiile specifice din timpul forajului se face i alegerea tipului de fluidizant i a cantitii de sod caustic cu care se trateaz noroiul. Dac se traverseaz intercalaii de argile foarte hidratabile i dispersabile, noroiul rspunde la tratamentul cu hexametafosfai i un coninut redus de sod caustic (la adncimi pn n 2 000 m, tiut fiind c la temperaturi mai mari de 600 C, HMF se transform n ortofosfat inert). La adncimi mai mari, datorit termostabilitii mai ridicate, se pot folosi tananii i humaii, care au efecte favorabile i asupra capacitii de filtrare a noroiului. D traversarea argilelor slab coloidale, se poate folosi n prezena lor, un tratament cu NaOH n exces. Noroaie tratate cu FCLS i sod caustic Atunci cnd nc nu se impune trecerea la un fluid de foraj inhibitiv, se poate opta pentru tratarea noroiului din sond cu FCLS, n prezena sodei caustice, pentru a-i menine proprietile n limite acceptabile. Datorit compoziiei sale chimice, structurii moleculare tridimensionale i prezenei cationilor trivaleni de Fe i Cr, aciunea FCLS asupra noroiului natural este complex i evideniat prin: fluidizarea puternic, n special n cazul noroaielor contaminate cu electrolii i la temperaturi ridicate; protejarea particulei elementare de bentonit de aciunea altor contaminani; inhib hidratarea i dispersarea argilelor din pereii sondei dar i a celor ptrunse n noroi; mbuntete proprietile filtrante ale noroiului de baz.

Dup caz, cantitile de FCLS utilizate sunt ntre 2060kg/m3 noroi, n prezena sodei caustice, care s asigure un pH = 9,511, domeniu n care reactivul are eficien maxim. Pentru evitarea spumrii pe care o produce FCLS, noroiul se trateaz suplimentar cu 13 % antispumant. Fluide inhibitive pe baz de ioni de K Acestea sunt cunoscute i sub denumirea K-plus i s-au dovedit a fi cele mai inhibitive noroaie din seria fluidelor pe baz de ap i argil. Mecanismul prin care ionul de potasiu previne hidratarea i/sau dispersarea solidelor argiloase se explic prin faptul c ionul de K+ intr n schimb cationic cu ionii de Na+ i Ca+ de pe suprafaa particulelor de argil, el nscriindu-se (ncastrarea ionului K+) aproape perfect n golurile hexagonale ale tetraedrilor de siliciu i oxigen de la suprafaa plcuelor de bentonit. De asemenea, ionul de potasiu este fixat de argil cu o energie de legtur mult mai mare dect ali cationi schimbabili, ceea ce imprim o mai mare rigiditate argilei, mpiedicnd astfel hidratarea i dispersarea agregatelor argiloase. Concentraia de potasiu n noroi trebuie s fie cu att mai mare cu ct argilele traversate sunt mai hidratabile i mai dispersabile (concentraia variaz ntre 30 ... 200kg/m3). Noroaiele pe baz de potasiu au un coninut mare de ap liber i o vitez de filtrare mrit, de aceea este necesar un antifiltrant, de obicei un polimer cu aciune inhibant. n Romania se utilizeaz o variant de fluid cu clorur de potasiu i fluidizani inhibitori, denumit INHIB-KCl. Acesta este un amestec de lignosulfonai, humai i dicromai, care amplific efectul inhibant al ionului de potasiu; rezultatele procesului sunt: prevenirea dispersrii detritusului argilos (prin adsorbie la suprafaa acestuia) scderea viscozitii i gelaiei, datorit fixrii pe particulele elementare de argil, reducnd forele de atracie dintre acestea; micorarea filtratului fluidului de foraj prin impermeabilizarea turtei de colmatare; mrirea stabilitii termice pn la 180 ... 200oC . La prepararea unui astfel de fluid se pleac de la o soluie diluat de argil bentonitic prehidratat (n =1040 ... 1060kg/m3) la care se adaug: 30...60kg/m3 INHIB; 30...200kg/m3 KCl; 3...5kg/m3 NaOH pentru a menine pH-ul sistemului ntre 9,5...11; un coloid organic (5...20kg/m3 carboximetilceluloz); o substan tensioactiv neionic pentru reducerea tensiunii interfaciale (5...20kg/m3 EGOP-glicoli oxipropilai); un antispumant (CSF-1,5...2kg/m3) i motorin (20...30 l/m3) pentru mbuntirea proprietilor de filtrare i lubrifiere. Aceleai substane se adaug i pentru ntreinerea noroiului, iar la fiecare metru forat se adaug 1...2kg KCl, pentru c n filtrat trebuie s existe permanent un exces de ioni dek+ (minimum 30kg/m3 KCl). Caracterul puternic inhibitiv al acestui noroi l recomand ca un bun fluid de foraj pentru deschiderea stratelor productive care conin fraciuni argiloase, fiind n acelai timp rezistent la contaminarea cu sare, gips, anhidrit. O variant a acestui tip de fluid se prepar cu amoniu, care poate fi furnizat de fosfatul acid de amoniu sau de clorura de amoniu. Cationul de amoniu inhib, de asemenea, umflarea i dispersarea argilelor, aciunea fiind asemntoare cu cea a potasiului i se folosete mpreun cu celuloza polianionic (5...20kg/m3). Fluide pe baz de sare (NaCl) Fluidele cu clorur de sodiu au capacitate de inhibare, prin efectul lor floculant i de agregare. Fluidele srate sunt cele care au peste 1g NaCl/100 cm3 filtrat i ele pot lua natere prin contaminarea noroaielor dulci cu sarea dizolvat din rocile traversate sau cu apa ptruns din strate n sond, prin utilizarea apei de mare la prepararea acestora sau prin adugarea intenionat a srii. Capacitatea inhibitiv a fluidelor pe baz de sare este n funcie de concentraia de NaCl i prezena fluidizanilor defloculani, dar, n general, acestea sunt corozive, spumeaz, afecteaz carotajul electric de rezistivitate, iar sarea diminueaz efectul aditivilor fluidizani, antifiltrani i emulsionani. Iniial, fluidele cu NaCl s-au folosit la traversarea prin foraj a pachetelor groase de sare i argil, dar n timp s-a constatat c noroaiele srate au o bun capacitate inhibitiv pentru multe categorii de argile ntlnite n timpul forajului. nsuirile inhibitive ale acestor noroaie se explic prin prezena electrolitului n filtrat, care mpiedic astfel ionizarea, hidratarea i umflarea mineralelor bentonitice din rocile argiloase cu care sunt n contact. n practica forrii sondelor, fluidele cu NaCl se prepar n urmatoarele variante: fluide srate nesaturate (1...5% NaCl), fluide cu ap de mare, fluide srate-saturate. Fluide srate nesaturate Acestea se folosesc atunci cnd contaminarea cu sare este moderat, dar prelungit, respectiv la traversarea intercalaiilor subiri de sare, a breciilor de sare i a viiturilor de ap srat. Prin mprosptarea noroiului din sond cu soluie diluat de bentonit se menine concentraia sub 510g NaCl/100cm3 filtrat, adic n domeniul viscozitilor reduse. Pentru a micora viscozitatea i efectul de hidratare a intercalaiilor de argil, se adaug la fiecare m3 de noroi: FCLS 1030kg; amidon sau CMC 10 30kg; extract bazic de lignit 10 25kg; NaOH 4 6kg, pentru a ridica pHul peste 9 i a activa aciunea FCLS. Fluide preparate cu ap de mare Acestea sunt folosite din motive economice la forajul n largul mrii. Coninutul de sruri n apa de mare este 3035g/l i const n cloruri i sulfai de Mg sau Ca i n NaCl. Ionii de Ca2+ pot fi eventual precipitai cu hidroxid de sodiu (13kg/m3), iar cei de Mg2+ cu var (35kg/m3). La prepararea noroiului se folosete bentonit prehidratat n ap dulce sau attapulgit. Pentru reglarea celorlalte proprieti, se utilizeaz ca aditivi suplimentari la fiecare metru cub de noroi: FCLS 510kg; CMC sau amidon 510kg; extract bazic de lignit 1020kg; iar la temperaturi ridicate se adaug cromlignit (CL) sau cromlignosulfonat 35kg. Fluide srate saturate Acestea se utilizeaz la traversarea pachetelor groase de sare, pentru a preveni ocnirea gurii de sond. Fie se transform noroiul dulce (sau nesaturat) existent n sond, fie se prepar un noroi srat din bentonit prehidratat sau attapulgit (5070kg/m3). Solubilitatea srii la 200C este de 31,68g/100cm3 filtrat i ea crete uor cu temperatura, atingnd 32,76g/100cm3 filtrat la 1000C. Avnd n vedere viscozitile mari ce apar la concentraiile mici (13g/100cm3), transformarea noroiului dulce n noroi srat se execut n trane limitate, eventual n habe. Noroaiele srate au vitez mare de filtrare. Dac se traverseaz i alte formaiuni n afara srii, noroiul se trateaz cu: amidon 1030kg/m3; Apa srat saturat are densitatea de 1200kg/m3, de aceea, pentru creterea densitii la valori mai mari, se adaug barit. La densiti mari, noroaiele srate sunt vscoase, eficacitatea fluidizanilor este redus, iar ntreinerea acestor noroaie este dificil i costisitoare. Uneori, la adncimi mari, se recomand trecerea la emulsii inverse. Trebuie remarcat faptul c tratarea noroaielor srate cu FCLS mbuntete capacitatea lor inhibitiv, deoarece reactivul se adsoarbe cu gruparea hidrofil ctre argil, producnd hidrofobizarea acesteia. Fluidele inhibitive pe baz de calciu Fluidele inhibitive pe baz de calciu se prepar n diverse variante (fluide cu var, cu gips, cu clorur de calciu, cu humat de calciu i combinaii ale acestora), dar sunt mai puin inhibitive dect cele cu potasiu. Prepararea acestora are la baz schimbul cationic i anume transformarea bentonitelor sodice n bentonite calcice, faza argilos fiind transformat n mare masur ntr-un component mai mult sau mai puin inert, care posed un minim de proprieti liofile i de agregativitate (deoarece procesul de hidrofobizare a particulelor argiloase poate fi dirijat dup dorin, fluidele se mai numesc fluide cu floculare controlat) Indiferent de gradul de floculare a argilelor din noroiul iniial, noroiul final trebuie s conin n faza continu o cantitate nsemnat de ioni de Ca2+. Excesul de Ca2+ previne nvscoarea ulterioar a fluidului cu argilele ptrunse ca detritus, permite transportarea lor la suprafa n agregate mari, o mai bun curire a noroiului, precum i transformarea argilelor sodice din pereii gurii de sond n argile calcice (prin formarea unei cruste rezistente, mai puin hidratabil i care asigur o stabilitate mai bun pereilor sondei Realizarea concomitent a unei concentraii mari de Ca2+ n apa liber a noroiului i transformarea doar parial a argilelor sodice (din noroiul de baz) n argile calcice se realizeaz cu ajutorul sodei caustice (NaOH) n cantiti diferite, funcie de varianta de fluid, aceasta are rolul de a controla solubilitatea electrolitului (cu ct crete concentraia de NaOH din soluie cu att se reduce solubilitatea electrolitului), de a controla cantitatea de argil sodic rmas netransformat, iar prin reglarea pH-ului mrete eficiena fluidizantului. In noroiul iniial, tratat n prealabil cu NaOH se poate introduce sare solubil de calciu n exces, deoarece numai o parte din aceasta se va solubiliza (att ct i permite concentraia de Ca2+ din apa liber), surplusul de sare de calciu constituind o rezerv ce se va consuma numai pe msur ce noi cantiti de argil sodic ptrund ca detritus n fluid . n acest mod, noroiul i pstreaz timp ndelungat proprietile reologice i are capacitate de autoreglare.). Fluide pe baz de polimeri Din multele observaii practice i numeroasele studii de laborator s-a constatat c natura i proprietile fluidelor de foraj afecteaz n mare msur viteza de avansare a sapei i metrajul realizat de sap. Dei efectele proprietilor fluidului sunt dificil de individualizat coninutul i mrimea particulelor solide i mai ales a celor dispersabile la nivel coloidal, influenez n mod semnificativ performanele sapelor. De aceea, utilizarea unor fluide cu coninut redus de solide argiloase, precum i a polimerilor cu efect floculant, au artat practic superioritatea fluidelor inhibitive cu polmeri i cu coninut foarte sczut de faz argiloas (denumite i fluide nedispersate), att pentru realizarea unor viteze mecanice de avansare a sapei mai mari, precum i la deschiderea n mai bune condiii a stratelor productive. Aditivii floculani care se utilizeaz n aceste noroaie au capacitatea de a limita hidratarea i dispersarea argilelor din detritus i pereii sondei, prin formarea unui film protector pe suprafaa acestora i, de asemenea, provoac agregarea solidelor nedorite din fluid, care pot fi astfel mai uor ndeprtate la suprafa.n general, se folosesc polimeri - compui organici cu lanul moleculei mare i greutate molecular ridicat, dar i floculani anorganici (NaCl, var, gips). Polimerii pot fi de tip cationic, acionnd prin catena lor hidrofil puternic ncrcat pozitiv (se adsorb ireversibil pe feele i muchiile negative ale foielor de argil) sau de tip anionic sau neionic, nsoii de un electrolit, care s neutralizeze sarcinile electrice ale plcuelor de argil, polimerii adsorbindu-se la suprafaa acestora cu gruparea hidrofil. In sond, efectul inhibant al polimerilor se datorete formrii unei pelicule protectoare ce mpiedic ptrunderea apei, umflarea i dispersarea argilelor. Dup funciile pe care le realizeaz n fluid, polimerii pot fi clasificai astfel: floculani compleci- floculeaz att particulele de bentonit ct i pe cele de detritus; se folosesc la forajul cu ap, unde se urmrete ndeprtarea tuturor solidelor; floculani selectivi- floculeaz doar solidele forate; floculani cu aciune dubl- care floculeaz solidele forate, dar mbuntete i randamentul bentonitei. Pentru fiecare tip de fluid cu polimeri, concentraia n care ei se utilizeaz depinde de natura acestuia. Se disting dou categorii de fluide cu polimeri: cu coninut redus de argil (20...50kg/m3 bentonit) i un polimer macromolecular (0,2...5kg/m3), mpreun contribuind la crearea structurii noroiului i reglarea vitezei de filtrare; fr argil la preparare, proprietile structurale i de filtrare fiind asigurate numai de polimeri. Fluidul tip polimer-calcar granular Este utilizat n dou variante: nemineralizat i mineralizat cu clorur de potasiu, fr bentonit sau cu un coninut foarte redus (10...30kg/m3). Polimerii (poliacrilamida parial hidrolizat, copolimeri acrilici, rin de xanthan) n concentraie de 0,5...3kg/m3, asigur capacitatea de suspendare a detritusului i a baritei, iar mpreun cu KCl formeaz un mediu inhibitiv (cantitatea de KCl se stabilete funcie de gradul de instabilitate a pereilor, densitatea noroiului i cantitatea de detritus). Filtrarea acestui fluid se controleaz cu CMC, amidon sau celuloz polianionic. Fluidele astfel preparate pot fi i emulsionate cu 5...10% motorin. Sisteme de fluide Flo-Pro Sistemele de fluide Flo-Pro (promovat de firma M-I Drilling Fluids) sunt noroaie pe baz de ap, cu caracteristici reologice deosebite, un filtrat redus i comportament optim n sonde deviate, orizontale, cu gradientul presiunii din pori sczut. Fluidele de tip Flo-Pro cuprind un numr minim de compui, fiecare dintre acetia avnd funcii bine definite. Proiectarea unui sistem Flo-Pro se face n funcie de cerinele specifice fiecrei sonde, aditivii utilizai dizolvndu-se bine n ap dulce, ap de mare sau saramuri. n mod obinuit se prepar cu densiti pn la 1400kg/m3 i pot fi folosite pn la temperaturi de 120oC. Reetele speciale se pot extinde i peste aceste limite. Cei mai uzuali componeni dintr-un sistem Flo-Pro sunt: Flo-Vis, biopolimer (gum xanthanic) care confer fluidului proprieti reologice deosebite i de suspendare a solidelor. Concentraiile de Flo-Vis variaz ntre 3...7,2kg/m3, iar n cazuri speciale, pentru crearea unor dopuri de fluid cu viscozitate ridicat, ntre 8,6...11,5kg/m3. Pentru a obine performane optime, valoarea concentraiei de Flo-Vis trebuie s fie mai mare dect concentraia minim de biopolimer necesar pentru a conferi capacitate de suspensie i transport a solidelor (numit i concentraie critic de polimer, care este o funcie relativ de valoarea viscozitii la viteze de forfecare sczute). NaCl i/saukCl, confer sistemului proprieti inhibitive i mresc densitatea fr creterea coninutului de solide. n plus, prezena srurilor contribuie la creterea stabilitii biopolimerului la temperaturi ridicate i accentueaz proprietile de viscozitate la viteze de forfecare reduse. Flo-Trol, un derivat al amidonului, utilizat pentru a reduce cumulativul de filtrat i care contribuie la formarea unei turte de colmatare subire i elastic; de asemenea, prin aciunea sinergetic cu Flo-Vis contribuie la accentuarea proprietii sistemului de a prezenta viscozitate la viteze de forfecare sczute. Concentraia recomandat este 3...11,5kg/m3. CaCO3 (Lo-wate), sub form de particule de anumite dimensiuni, cu rolul de agent de podire, meninnd particulele coloidale n turta format la suprafaa formaiunii forate. Particulele sunt solubile n acizi i pot fi uor ndeprtate n timpul operaiilor de ntreinere sau reparaii. Concentraia de carbonat de calciu utilizat pentru controlul filtratului i obinerea unei turte de calitate poate varia ntre 28,5...85,6kg/m3, majornd n acest fel i densitatea fluidului pn la 1370kg/m3.Caracteristica distinctiv a sistemelor Flo-Pro este comportamentul vscoelastic: sunt caracterizate de viscoziti ridicate la viteze de forfecare sczute i gelaii constante, cu valori moderate, la viteze de forfecare ridicate. Acest comportament confer o capacitate deosebit de curire a gurii de detritus, calitate esenial mai ales n sondele cu nclinare mare, pn la orizontal. Sistemele Flo-Pro sunt preferabile i pentru c protejeaz stratele productive la traversarea acestora prin foraj. Alctuite cu aditivii prezentai, din acest punct de vedere sunt de subliniat: lipsa solidelor chimic inerte (bentonit, barit etc), filtrat redus i cu raz de ptrundere mic datorit viscozitii, turt uor de ndeprtat cu soluii acide sau cu soluii de hipoclorit ce dizolv biopolimerul. Sisteme Glydril Sistemul Glydril este un sistem activat cu poliglicol pentru a obine un fluid de foraj comparabil cu emulsiile inverse ca eficien a inhibrii argilelor. Glydril, n proporie de 35 % (volum/volum), n stare solubil neutralizeaz sarcinile libere de pe suprafaa argilelor, inhib hidratarea i dispersarea lor; dup caz se folosesc i ali aditivi suplimentari pentru controlul filtrrii i a capacitii de lubrifiere. Caracteristica esenial a acestui sistem este temperatura la care poliglicolul se schimb de la totala solubilitate n ap la insolubilitate (temperatura respectiv se numete Cloud-Point i poate fi msurat i proiectat pentru condiiile concrete ale fiecrei sonde). Prin schimbarea mediului chimic i creterea temperaturii, poliglicolul devine insolubil, blocheaz porii i microfisurile formaiunii traversate, mpiedicnd ptrunderea n profunzime a filtratului i/sau a fluidului de foraj. Se obin astfel performane mai bune de avansare a sapelor, crete stabilitatea pereilor sondei, crete integritatea i gradul de inhibare a detritusului, se reduce contaminarea formaiunilor productive i creteri substaniale ale productivitii sondelor.Fluide pe baz de produse petroliere Definire, utilizare, avantaje, dezavantaje Aceste fluide sunt sisteme disperse a cror faz continu este un produs petrolier, n care se afl dispersai i dizolvai aditivii necesari pentru crearea structurii i a proprietilor colmatante, dar i o cantitate de ap emulsionat, adugat pentru a regla anumite proprieti. Cele dou variante de fluide pe baz de produse petroliere sunt: cu coninut redus de ap (pe baz de petrol i asfalt) numite i fluide negre (OIL FLUID) cu 3...10 % ap; emulsii inverse (10...60 % ap). Proprietile specifice ale acestor fluide sunt: filtrat redus i constituit numai din petrol; inerie la contaminanii de tipul marne, argile, sare, gips, anhidrit, ciment; rezisten la temperaturi mari; stabilitate sporit n condiii de temperatur i chiar la stocaj ndelungat; capacitate ridicat de lubrifiere . Datorit acestor nsuiri, fluidele pe baz de produse petroliere se pot utiliza la: traversarea rocilor cu minerale argiloase sensibile la ap, a masivelor de sare, gips, anhidrit, sruri potasice, formaiuni cu hidrogen sulfurat i bioxid de carbon; forajul unor sonde adnci i fierbini; deschiderea stratelor productive, mai ales a celor cu presiune sczut, pentru c filtratul lor este mic i format din motorin i permit, din punctul de vedere al densitii, un foraj mai apropiat de echilibrul strat-sond; forajul i carotajul unor nisipuri neconsolidate i a stratelor productive cu particule argiloase (murdare);, reactivarea unor sonde vechi; degajarea unor garnituri prinse, ca fluide de paker i de perforare. Fluidele pe baz de produse petroliere au ns i unele dezavantaje i restricii de utilizare: nu permit efectuarea carotajului electric standard i a celui de potenial spontan, petrolul fiind un electroizolant (se pot efectua alte tipuri de carotaj, cum sunt: sonic, radioactiv, inductiv, gama, neutronic etc.); sunt relativ scumpe, dificil de preparat, ntreinut i curat; contaminarea cu ap de ploaie are consecine nefavorabile asupra viscozitii, de aceea ntreg sistemul de circulaie exterioar trebuie acoperit; degradeaz piesele de cauciuc; ngreuiaz munca personalului (sunt murdare, relativ toxice, iritante) i necesit faciliti speciale de splare i ventilaie; prezint n permanen pericol de incendiu; afecteaz mediul nconjurtor, iar ndeprtarea detritusului constituie o problem dificil (trebuie evitate orice fel de scurgeri); nu pot fi utilizate n zone cu pierderi de circulaie datorit costului ridicat. De regul, fluidele pe baz de produse petroliere sunt recuperate, stocate i folosite, dup condiionarea unor proprieti, la mai multe sonde. Compoziia general a fluidelor pe baz de produse petroliere Faza continu sau de dispersie, poate fi petrolul brut sau un produs rafinat (motorin, petrol lampant). Se folosete de regul motorina, cu densitatea 840850kg/m3, de viscozitate redus, cu punct de anilin (coninut de aromate) peste 600C, cu punct de inflamabilitate peste 800C i punct de aprindere peste 900C. S-a ncercat nlocuirea motorinei cu uleiuri minerale, mai puin toxice i poluante (care ns s-au dovedit periculoase pentru fauna marin), iar n ultimul timp, se ncearc prepararea unor emulsii inverse n care faza de dispersie o constituie unele hidrocarburi sintetice netoxice (polialfaolefinele, unii esteri compleci degradabili, att aerobic, ct i anaerobic). Proprietile de lubrifiere, inhibitive i anticorozive ale acestor emulsii sunt comparabile cu cele ale unui fluid preparat cu motorin. Faza apoas se afl sub form de picturi foarte fine, dispersat n produsul petrolier, formnd o emulsie ap n ulei. Cantitatea de ap este limitat de pericolul spargerii emulsiei i de creterea exagerat a viscozitii. n ap se dizolv diverse cloruri (de calciu, sodiu, potasiu, magneziu etc.), pentru a avea activitatea chimic n concordan cu apa coninut de formaiunile traversate. Emulsionanii sunt aditivi care stabilizeaz emulsia i ajut la dispersarea apei ptrunse din formaiunile traversate. Se folosesc spunurile de calciu (sau sodiu) ale acizilor grai, nesaturai i cu mas molecular mare, diveri esteri, gudroane, amide i poliamide, fosfolipide. De regul, saponificarea acizilor are loc n timpul procesului de emulsionare; acizii grai adugai i acizii naftenici din compoziia petrolului reacioneaz cu hidroxidul de calciu, sau de sodiu, obinute prin dizolvarea varului, sau a sodei caustice, n apa de preparare. Naftenatul de calciu, solubil n petrol, stabilizeaz emulsia ap n ulei, iar spunul de sodiu formeaz puni de legtur ntre cele dou faze. La temperaturi mai mari, unde stabilitatea emulsiei scade, i la concentraii ridicate de solide, care de regul sunt hidrofile, pentru a nu se sparge emulsia (sau s se formeze emulsia ulei n ap), se adaug emulsionani secundari, numii stabilizatori. Ageni de umectare n ulei au rol de stabilizatori, reductori de viscozitate, inhibitori de umflare i dispersare a detritusului argilos. Particulele solide, barita i detritusul, sunt de obicei materiale hidrofile, care, prin umectarea cu ap, scad stabilitatea emulsiei i i mresc viscozitatea. Prin hidrofobizarea lor cu diverse substane tensioactive (sulfonai, amid-amine, fosfolipide, alchilfenoli), care se adsorb pe suprafaa particulelor i a pereilor sondei, astfel nct gruparea nepolar (liofil) s rmn spre exterior, se menine caracterul inhibitiv al fluidului n dreptul rocilor argiloase. Faza solid este cea care se disperseaz la dimensiuni coloidale, asigur proprieti structurale (viscozitate i gelaie) i regleaz capacitatea de filtrare a fazei continue (acelai rol pe care l are argila n noroaiele pe baz de ap). Se folosesc asfaltul oxidat sau suflat cu aer, argilele organofile, diverse substane tensioactive i polimeri. Pentru a crete densitatea fluidelor pe baz de produse petroliere se adaug barit sau alte materiale similare, care pot fi mcinate i nu modific stabilitatea emulsiei sau alte proprieti. Proprieti Fluidele pe baz de produse petroliere sunt emulsii de tipul ap n ulei. Proprietile lor sunt influenate de gradienii de temperatur i presiune de-a lungul sondei i se modific ntre limite destul de largi n timpul circulaiei din sond, funcie de intensitatea i durata circulaiei. Densitatea i viscozitatea scad cnd temperatura crete, dar se mresc cnd presiunea crete efectul lor cumulativ asupra comportrii acestora fiind determinat i de natura i concentraia constituenilor. Pentru stabilitatea fluidelor i sigurana forajului, este necesar ca acestea s fie preparate potrivit condiiilor din sond, iar temperatura i presiunea la care sunt determinate proprietile s fie precizate. n condiii de temperatur ambiant, la aceeai densitate, viscozitatea fluidelor pe baz de produse petroliere este mai mare dect a celor pe baz de ap-argil. De obicei, ea se determin la 450C sau la temperatura de ieire din sond.Aspecte privind deschiderea stratelor productive Mecanismele prin care se produce deteriorarea stratelor productive n procesul de deschidere prin foraj sunt aceleai, fie c sonda este vertical, nclinat sau chiar orizontal. Schimbarea echilibrului fizico-chimic existent n roca colectoare i fluidele coninute, st, de cele mai multe ori, la baza acestor mecanisme i deci a consecinelor legate de productivitatea sondelor. Dimensiunile zonei din jurul sondei, n care proprietile iniiale pot fi afectate n aceast faz de lucrri, depind de tipul i caracteristicile rocei colectoare, de tipul i proprietile fluidelor de deschidere folosite, de diferena de presiune sond-strat, de durata lucrrilor pn la punerea acesteia n producie. Aprecierea gradului de blocare a zonei din jurul sondei Estimarea valorii parametrilor fizico-hidrodinamici ai unui zcmnt, la un moment dat, se face pornind de la informaiile geofizice msurate cu metode fizico-chimice, n laborator, i/sau din date de producie corelate cu informaiile obinute n urma cercetrii sondelor. Aprecierea gradului de blocare a unei formaiuni productive se face prin raia de productivitate i coeficientul de skin-effect. Raia de productivitate, Rp, se exprim ca raport ntre debitul (Qm) cu care produce sonda care are n jur zon contaminat (permeabilitatea k1