1

UNIVERSITATEA PETROL GAZE PLOESTI DEPARTAMENTUL DE INVATAMANT LA DISTANTA SI CU FRECVENTA REDUSA

FACULTATEA I.P.G.

SPECIALIZAREA INGINERIE DE PETROL SI GAZE

AN UNIVERSITAR 2014-2015

AN DE STUDIU IV

FORAJ SPECIAL

TITULAR DISCIPLINA,

PROF. DR. ING. LAZAR AVRAM

2

1. APLICAII ALE FORAJELOR DIRIJATE

Dirijarea sondelor este impus de anumite condiii de suprafa sau de anumite condiii tehnice sau economice.

1.1. Zone inaccesibile

Unele zcminte de petrol i gaze se afl sub zone de acces dificile (mri, lacuri, ruri, muni) sau sub zone urbane (fig. 1.1). Punerea n valoare a zcmintelor prin sonde verticale este imposibil, de aceea se utilizeaz forajul dirijat.

a b c

Fig. 1.1. Foraj dirijate ctre inte situate sub zone inaccesibile a sub mare; b sub o zon locuit; c sub un munte

1.2. Foraj n grup (n tuf)

Acest tip de foraj este utilizat in cazul unor foraje de exploatare. Exemplele

semnificative le constituie forajele marine (offshore), unde costul construciei unei platforme fixe nu poate fi amortizat dect printr-un ansamblu de sonde de producie (fig.1.2).

Fig. 1.2. Shema exploatrii unui zcmnt offshore Forajul n grup constituie o soluie optim n cazul forajelor terestre realizate n localiti urbane, industriale sau rezideniale (fig. 1.3.).

TintaTinta Tinta

3

Fig. 1.3. Schema exploatrii unui zcmnt situat sub o zon urban

Utilizndu-se una sau dou instalaii montate pe aceeai platform sau pe platforme vecine se pot fora grupuri cu zeci de sonde dirijate. Construind un singur

drum i o singur platform de foraj pentru mai multe sonde, se vor reduce cheltuielile de amenajare, de montare i demontare a instalaiilor de foraj si se va simplifica infrastructura aferent.

Prin aceast metod este posibil chiar forarea a dou sonde simultan, aa numitele sonde gemene (fig. 1.4.)

a b c

Fig. 1.4. Schema forrii de sonde gemene a foraj n sond; b extragerea garniturii din sonda 2 i introducerea n sonda 1; c

foraj n sonda 1

4

La forajul sondelor gemene n paralel se folosete o mas rotativ dubl, de construcie special, sau dou mese aezate n paralel, cu centrele deschiderilor de 1,52 m. Turla este prevzut la partea superioar cu un geamblac mobil care se deplaseaz pe direcia deschiderilor meselor rotative. Deplasarea se realizeaz printr-un motor electric comandat de la pupitrul sondorului- ef. Forajul se execut cu o singur garnitur de foraj, care lucreaz cnd n prima, cnd n a doua gaur de sond. Prjinile extrase dintr-o sond se introduc n cealalt fr a le mai stivui n turl. Geamblacul se deplaseaz deasupra sondei din care se face extragerea sau deasupra aceleia n care se face introducerea (fig. 1.4).

1.3. Tehnica side-track

Tehnica side-track este ntlnit n cazul abandonrii poriunii inferioare a unei guri de sond ca urmare a ruperii garniturii de foraj (fig. 1.5, a) sau datorit unor probleme de ordin geologic (fig. 1.5, b). Uneori devierea intenionat este impus de unele condiii geologice dificile precum: masive de sare, straturi cu tendin sever de deviere, zone cu pierderi masive de fluide de foraj.

Fig. 1.5. Reluarea forajului n sistem dirijat:

a din raiuni tehnice; b din raiuni geologice

1.4. Sonde de salvare

Dac o sond de petrol sau gaze erupe liber i nu poate fi nchis sau captat, se foreaz n jurul ei una sau mai multe sonde de salvare, dirijate astfel nct s intercepteze sonda scpat i s permit trecerea ei sub control. Aplicaia aceasta este cea mai spectaculoas i mai delicat, deoarece presupune o mare precizie pentru interceptarea sau sosirea n proximitatea puului care erupe.

Partea a putului

abandonata si

reluata in foraj

dirijat

Falie

Obiectivul

forajului dirijat

ba

Side-track

5

Fig. 1.6. Sond de salvare

1.5. Alte aplicaii

a. Dublet geotermic (fig. 1.7). O exploatare geotermal necesit, dou foraje: unul de producie, care permite extragerea apei calde, i unul de injecie, care permite reinjectarea apei uzate n strat. Cel de-al doilea foraj trebuie astfel executat nct extremitatea acestuia s fie plasat la o distan optim fa de primul foraj, pentru a se evita o scdere prea rapid a temperaturii apei exploatate.

Fig 1.7. Dublet geotermic

Cap de

sonda

submarin

Distanta preferabil

sub 30m

Acoperis

Rezervor

Sonda

in eruptie

Directia vantului

1000...1500 m

text

text

text

text

Zona productiva

Sonda de

injectie

(apa rece)

Sonda

productiva

(apa calda)

InjectieProductie

6

b. Carotaj efectuat dup un experiment nuclear (fig. 1.8)

Fig. 1.8. Extragerea unor eantioane dup un experiment nuclear

c. Diferite tipuri de foraje offshore:

Foraje executate de pe platforme fixe care ncorporeaz i instalaia de foraj (compact rig) (fig. 1.9,a);

Foraje executate de pe platforme fixe cu un vas tender (fig. 1.9,b);

Foraje realizate de pe platforme autoelevatoare (fig. 1.9,c).

Fig. 1.9. Foraje offshore dirijate:

a compact rig; b cu tender; c platform autoelevatoare (jack-up platform)

7

Tot n aceast categorie trebuie incluse i toate platformele de producie cu foraje n tuf.

Iniial (faza I) se realizeaz forajul de pe platforme semisubmersibile (fig. 1.10, a) sau submersibile (fig. 1.10, b). Amorsarea lucrrilor de foraj presupune utilizarea unei plci de baz, de o construcie special. In faza a II-a, dup deplasarea platformei de foraj, se monteaz o platform cu utilaje specifice extaciei hidrocarburilor (fig. 1.10, c).

Fig. 1.10 Foraje offshore i platforma de produie:

a foraj de pe o platform semisubmersibil; b foraj de pe o platform autoelevatoare;

c platform de producie

d. Foraj orizontal

Devierile sondelor la 90 se execut mai ales pentru obinerea unor producii mai mari de iei (fig.1.11). n ultimii ani se vorbete tot mai mult de exploatarea gazelor neconvenionale cu precdere a gazelor de ist. Exploatarea acestora presupune realizarea unui foraj orizontal, urmat de fisurarea hidraulic a stratului pe poriunea orizontal.

Fig. 1.11. Foraj orizontal

Fisuri

Titei

Apa

8

2. COORDONATE DE REFERIN N DEVIEREA I DIRIJAREA SONDELOR

Caracteristic pentru o sond dirijat este faptul c verticala liniei care trece prin int (target) este situat la o oarecare distan fa de verticala liniei ce trece prin capul sondei. Distana aceasta se numete deplasarea sondei (tlpii). Drumul urmat de sapa de foraj, spre a se face legtura dintre capul sondei i int se numete traseul sondei. Distana vertical dintre capul sondei (masa rotativ sau un alt reper) i direcia orizontal a intei definete adncimea vertical a sondei iar ungimea traseului realizat de sap se numete adncimea msurat sau lungimea intervalului forat. Pentru a caracteriza pozitia n spaiu a unui punct oarecare, se folosesc aa-numitele coordonate de referin. Cunoaterea acestor coordonate, permit ajungerea cu precizie la int (target). 1. Unghiul de nclinare (nclinarea sau unghiul zenital) reprezint unghiul format de tangenta la axa sondei i vertical (fig. 2.1).

Fig. 2.1. Poziia spaial a gurii de sond

2. Azimutul (unghiul de orientare sau direcia nclinrii) reprezint unghiul msurat n plan orizontal dintre planul vertical (V) determinat de vertical i axa sondei i un plan de referin (cf. fig. 2.1). Altfel spus azimutul este unghiul dintre proiecia tangentei n planul orizontal i o direcie de referin. Ca direcii de referin se consider;

direcia nordului geografic (direcia meridianului);

direcia nordului magnetic (direcia busolei);

direcia nordului Lambert UTM (axa y a sistemului de axe rectangulare sau aa zisul quadrilaj).

Azimuturile (reperate n raport cu direciile aintite) sunt considerate pozitive atunci cnd deplasarea se face n sensul acelor de ceasornic:

de la 0 la 360 grade (meridian); de la 0 la 400 grade (busol).

Coo

rdon

ate re

lativ

e

Nor

d sa

u Su

d (la

titud

ine)

Y

X

T (talpa sondei)

Z

Ver

tica

la

9

Sistemul quadrilajului, utilizat nc la unele aparate de msur, face referin urmnd direcia nordului sau sudului, la un numr X cuprins ntre 0 i 90 grade spre est sau spre vest.

3. Unghiul de declinaie (declinaia D) reprezint unghiul dintre direcia nordului magnetic local i direcia nordului geografic (meridian local) i este considerat pozitiv ctre est. 4. Unghiul de convergen (convergena c) Se numete convergen unghiul dintre meridianul local i nordul Lambert sau UTM (meridianul central al proieciei). n figura 2.2 sunt prezentate relaiile dintre diferite unghiuri. Repere: NG - direcia nordului geografic; NM - direcia nordului magetic; y - direcia nordului quadrilajului kilometric; g - azimutul geografic; m - azimutul magnetic; D - declinaia; d - declinaia raportat la quadriaj; c - convergena.

Fig. 2.2. Relaii ntre diferite unghiuri

Declinaia variaz n funcie de locul si timpul considerat. n fiecare an, declinatia magnetic scade cu 11 minute centezimale. 5. Raza de curbur i intensitatea de deviere n plan vertical

Fie: L - lungimea forat ntre punctele A i B; h - proiecia vertical; a - proiecia orizontal a acestei lungimi; unghiul de nclinare (fig. 2.3).

Intensitatea de deviere n plan vertical (gradientul de deviere) reprezint variaia unghiului de inclinare cu lungimea L:

dL

div

(2.1)

Adesea, intensitatea de deviere se exprim cu ajutorul limitelor finite:

LL

iv

12

(2.2)

unde 1 i 2 sunt nclinrile msurate ntre dou puncte aflate la distana L.

Dir

ectia p

roie

ctiei ta

ngente

iNM

NG

y

D

d

c

g

z

m

10

Fig. 2.3. Determinarea razei de curbur i a intensitii de deviere

Intensitatea de deviere reflect de fapt raza de curbura a axei sondei n plan vertical:

vi

LR

1180

2

360

(2.3)

Intensitatea de deviere de exprima n grade/10 m. n general, iv este pstrat constant, ct mai mult posibil n timpul afectat nceperii devierii (raza de curbur constant). De aceea, pentru cazurile practice se accepta relaia:

vv iiR

57310180

(2.4)

n tabelul 2.1 sunt prezentate valori ale razei de curbur pentru diferite intensiti de deviere n plan vertical.

Tabelul 2.1. Valori ale razei de curbur pentru diferite intensiti de deviere

iv, /10 m 0,5 1 1,5 2 2,5

R, m 1146 573 382 286 229

6. Profilul sondei i nclinograma Proiecia axei unei sonde ntr-un plan vertical constituie profilul sondei, iar ntr-

un plan orizontal nclinograma.

Pentru obinerea ct mai exact a traiectului gurii de sond este necesar s se urmreasc nclinarea i azimutul. Acest lucru se realizeaz cu ajutorul unor aparate adecvate, numite nclinometre. Msurtorile se execut n puncte sau staii (distana dintre dou staii consecutive este de 25...50 m). n cazul forajelor dirijate, modern este efectuarea msurtorii continue n timpul forajului (MWD Measurement While Drilling).

7. Unghiul total de deviere

11

Fie d1 direcia sondei ntr-un punct oarecare, d2 direcia sondei n punctul urmtor

de msurare a nclinrii i azimutului, 1 , 2

- unghiurile de nclinare ale sondei n cele dou

puncte, - variaia azimutului i -

unghiul total de deviere (fig. 2.4).

Fig. 2.4. Determinarea unghiului de deviere

n cadrul figurii 2.4 s-a considerat c direciile d1 i d2 sunt coninute n dou plane verticale ce se vor intersecta dup verticala AD, coninut ntr-un plan vertical V. Aplicndu-se teorema lui Pitagora generalizat n triunghiurile ABC i BDC rezult:

BC2 = AB

2 + AC

2-2 AB AC cos ; (3.5)

BC2 = DB

2 + DC

2-2 DB DC cos ; (3.6)

Avndu-se n vedere c triunghiul ADB este dreptunghic, AB

2 = AD

2 + DB

2 (3.7)

Prin scderea relaiilor 3.6 i 3.7 se deduce:

cosAC

DC

AB

DB

AC

AD

AB

ADcos (3.8)

sau:

cossinsincoscoscos 2121 (3.9)

de unde rezult valoarea unghiului total de deviere.

12

3. ELEMENTE DE BAZ PRIVIND ALEGEREA PROFILULUI TEORETIC

3.1. Tipuri de profile

Tipurile de profile (teoretice) se grupeaz n dou modele de baz: n J i n S (se asimileaz ideea c profilul n pant poate fi asimilatprofilului n J).

Traiectoriile n form de J (fig. 3.1) sunt cele mai rspndite i cele mai economice.

Fig. 3.1. Traiectoria n form de J

Ele sunt formate dintr-o prim parte vertical pn la cota de demarare a schimbrii direciei, KOP (kick-off point). Forajul deviat ncepe de la aceast adncime. Faza de foraj, corespunztoare mririi unghiului de nclinare se numete build-up, iar realizarea ei presupune utilizarea unor garnituri de foraj specializate. Dup realizarea curburii prevzute, se revine la o garnitur de foraj rotary, stabilizat, pentru a se fora rectiliniu ctre inta T (target). Exist dou tipuri ale acestui profil, dup cum deplasarea tlpii A este mai mare sau mai mic dect raza de curbur R. Profilul n S (fig. 3.2) este utilizat de obicei n cadrul sondelor relativ adnci, cu deplasri orizontale relativ reduse sau atunci cnd se dorete ca orizonturile productive verticale s fie traversate vertical. Profilul este preferabil i pentru sondele de salvare. n acest caz, faza stabilizat nu mai este faza finala, ci ea este urmat de o curbur care face s se diminueze unghiul de nclinare (drop-off).

13

Fig. 3.2. Profilul n S

Exist dou variante;

R1 + R2 < A

R1 + R2 > A. n cazul ambelor tipuri de profile (n J i n S), punctul de schimbare a direciei,

KOP, se va determina n funcie de natura terenurilor traversate n timpul fazei de cretere a nclinrii, build-up. Trebuie s se in seama i de zona de amorsare a devierii, care este ntotdeauna o etap delicat.

Uneori, din diferite motive, nu se poate realiza, din punct de vedere geometric, o

traiectorie n form de J (punctul KOP este prea jos, gradientul de build-up este prea mic). n aceste situaii, pe mare, se demareaz forajul nclinat (coloana conductor este curbat sau nclinat),cu ajutorul unei instalaii de foraj n pant (slant rig), care posed un mast nclinat n axa coloanei conductor (fig. 3.3).

Fig. 3.3. Foraje demarate nclinat

14

Este preferabil, ca intensitile de deviere s aib valori cuprinse ntre 0,75 i 1/10 m (pentru un drop-off de 0,3...0,4 /10 m).

Gradienii de build-up obinuii sunt compatibili cu programele de foraj i tubaj convenionale. La alegerea unghiului maximal de deviere trebuie avut n vedere faptul c problemele tehnice se multiplic ntotdeauna odat cu creterea acestuia, iar ansele de reuit se diminueaz. Se poate aprecia c pentru nclinri mai mici de 15 este foarte dificil s se controleze azimutul, deci direcia forajului. O nclinare de 30 prezint o plaj de deviere optimal. Deasupra acestei valori apar i cresc, odat cu creterea nclinrii, dificultile datorate frecrilor, curirii gurii etc.

3.2. Intensiti de deviere realizabile i admisibile

Pentru a proiecta o sond dirijat trebuie cunoscute pe de-o parte intensitile de deviere ce pot fi realizate cu anumite ansambluri de dirijare, iar pe de alt parte intensitile sau curburile admisibile din punct de vedere tehnic i tehnologic. Intensitile de deviere realizabile depind i de factori ca:

dimensiunile transversale ale prjinilor grele aflate deasupra ansamblului;

construcia, geometria, greutatea i rigiditatea ansamblului de deviere;

diametrul sapei i capacitatea de dislocare lateral a acesteia;

rezistena, nclinarea, gradul de anizotropie i alternana straturilor;

nclinarea i curbura sondei;

regimul tehnologic aplicat. Intensitile de deviere admisibile (respectiv curburile admisibile) depind de:

rezistena garniturii de foraj;

pericolul de formare a gurilor cheie;

posibilitatea introducerii n sond a diverselor ansambluri rigide;

puterea disponibil pentru rotirea garniturii;

posibilitatea de investigare a gurii de sond;

rezistena coloanelor de burlane;

mijloacele de exploatare a sondei.

15

4. TEHNICI DE DEVIERE

4.1. Metode de iniiere i cretere a devierii

Pentru devierea gurii de sond, trebuie gsit un mijloc de creare a unei fore laterale. Orientarea acestei fore n direcia dorit a traiectoriei va permite s se foreze ctre int. La ora actual se utilizeaz patru metode de iniiere i cretere a devierii:

cu jet;

cu reducie dezaxat i motor de fund;

cu instrumentul rebel;

cu pana de deviere.

4.1.1. Dirijarea cu jet

Metoda const n aciunea orientat a unui jet puternic de fluid de foraj n direcia dorit. Este interesant pentru costul redus i este eficient mai ales n roci slabe i roci slabe medii, pn la adncimi de 1200 m. Sapele utilizate sunt cu una, dou sau trei duze, dintre care una este cu diametrul mrit. Diametrul duzei este calculat n funcie de viteza de jet dorit ( preferabil este ca aceasta s varieze ntre 105 i 120 m/s, situaie n care capacitatea pompei instalate reprezint un element important). Procedura de lucru este urmtoarea:

a) se orienteaz duza principal (mrit) n direcia dorit i se blocheaz masa rotativ n aceast poziie (se marcheaz un reper pe prjina de antrenare);

b) se pornesc pompele, cu debitul maxim, astefel ca la ieirea din duza principal viteza de jet s fie de ordinul a 120 m/s; n acest mod se va realiza o erodare a rocii de ctre jetul de fluid n direcia de orientare a jetului (fig. 4.1 a);

c) odata cu pomparea fluidului de foraj, se las o uoar apsare pe sap; se va evita astfel orice schimbare de azimut n timpul pomprii i sapa va fi forat suplimentar, ctre direcia dorit. Pentru aceast faz, sapa cu dou conuri este preferabil celei cu trei;

d) dac efectul eroziv nu este suficient de intens, se execut o percuie (jarring) pe talpa sondei, prin ridicarea garniturii ( cu aproximativ 1,5 m), urmat de cderea acesteia i oprirea brusc n momentul cnd sapa atinge talpa ( fig. 4.1, b);

e) se reduce debitul pompei la cel puin jumtate i se ncepe rotirea garniturii de foraj pentru ca sapa s calibreze poriunea erodat ( fig. 4.1, c); acum trebuie ca stabilizatorul delng sapa s fie ct mai puin posibil angajat n poriunea erodat;

f) se foreaz obinuit pe lungimea bucii de avansare; apsarea pe sap este maxim, ioar debitul de fluid crete la circa trei sferturi din debitul iniial. Acum stabilizatorul joac rolul unei articulaii: sapa este mpins n direcia excavaiei laterale i nclinarea continu s creasc;

g) Dispozitivul de msurare a devierii indic valorile acesteia:

16

Dac intensitatea de deviere este mai mic dect cea dorit, dirijarea cu jet poate fi repetat de trei - patru ori de-a lungul urmatoarei buci de avansare, evitndu-se reorientrile intermediare (prjina de antrenare pstreaz reperul primei orientri);

Dac intensitatea de deviere este mai mare, se vor fora dou trei lungimi de prjin, inaintea unui nou ciclu de deviere, reajustndu-se apsarea pe sap i turaia.

Fig. 4.1. Dirijarea cu jet:

a - eroziune; b - percuie;c - foraj rotativ

n cadrul dirijrii cu jet, un element foarte important l constituie rata de penetrare a sapei. Ca regul general, 30 minute pentru un ciclu de dirijare cu jet nseamn un maxim pentru penetrarea prin percuie de 0,6...0,9 m. Un ciclu de dirijare cu jet mai mare de 45 minute este de dorit a fi de evitat, n favoarea dirijrii cu reducie dezaxat i motor de fund, dac acest lucru este posibil.

4.1.2. Dirijarea cu motoare submersibile i reducie dezaxat (racord stmb)

Principiul dirijrii cu motoare submersibile i reducie dezaxat este simplu, fiind asemntor cu aciunea unei pene de dirijare: trebuie s se acioneze cu o for

17

lateral asupra sapei n direcia de deviere dorit. Reducia dezaxat ( fig. 4.2) plasat deasupra motorului de fund, descentreaz apsarea pe sap, creat de o parte din greutatea prjinilor grele i provoac un moment de ncovoiere la nivelulapsrii sapei pe talpa sonde.

Fig. 4.2. Dirijarea cu motor de fund i reducie dezaxat

Fora lateral este n funcie de: apsarea pe sap; distana dintre sap i reducia dezaxat; reaciunea terenului; diametrul sondei; rigiditatea garniturii de foraj.

Motoarele de fund utilizate la scar industrial sunt de dou tipuri: turbine; motoare elicoidale.

Turbina de foraj

Turbina de foraj este alctuit dintr-un rotor cu palete profilate dispuse radial i un stator, prevzut cu palete profilate. Statorul se nurubeaz la garnitura de foraj, iar la captul inferior al rotorului se nurubeaz sapa de foraj (fig. 4.3). Fluidul de foraj pompat prin interiorul prjinilor intr pe primele palete ale statorului. Acestea fiind curbate, curentul de fluid i schimb direcia i ntlnete primele palete ale rotorului, dispuse n sens contrar, imprimndu-i acestuia o micare de rotaie. Apoi lichidul ntlnete paletele urmtoare ale statorului, care i modific din nou direcia. Prin schimbri succesive de vitez n spaiul dintre palete, ca direcie i mrime, apar nite fore cu care fluidul acioneaz asupra paletelor i prin nsumare pe toate etajele se creeaz un moment de rotaie ce provoac rotirea arborelui i a sapei. Momentul respectiv, egal cu primul, este preluat de paletele statorului i transmis corpului turbinei i prjinilor de foraj. Energia hidrauluic a fluidului de foraj se transform n energie mecanic, disponibil la arborele turbinei. Dup ce a trecut prin toate etajele, lichidul intr prin

18

nite ferestre nclinate ale palierului inferior arborelui i trece prin orificiile sapei n spaiul inelar. Momentul de rotaie, cderea de presiune i puterea turbinei sunt direct proporionale cu numrul dee etaje. Turaia nu depinde de numrul de etaje.

Fig. 4.3. Turbina de foraj

Motoarele elicoidale

Elementele componente de baz sunt:statorul i rotorul.

Fig. 4.4. Motor elicoidal

Statorul const ntr-o manta cilindric metalic n interiorul creia este vulcanizata o cma din cauciuc cu dini elicoidali profilai. Rotorul este constituit din oel inoxidabil sau cromat i prezint dini elicoidali.

19

Cele dou elemente constituie un angrenaj interior planetar, n care rotorul este reprezentat de roata dinat satelit. La o nclinare spre stnga a dinilor angrenrii, rotorul se rotete spredreapta, n jurul axei lui, dar capt i o micare lateral numit mutaie.

Sub aciunea fluidului pompat, p e suprafeele dinilor elicoidali iau natere fore de presiune ale caror componente tangeniale creeaz un moment de rotaie n raport cu axa rotorului. Pe msura creterii numrului de dini, turaia motorului scade, momentul crete, iar randamentul se micoreaz.

Motoarele submersibile volumice sau PDM (positive displacement motor) sunt

preferabile turbinelor, pentru ca se poate schimba mai uor turaia. Principalul dezavantaj al acestor motoare l constituie comportamentul lor necorespunztor la temperaturi ridicate (mai mari de 100C) i sensibilitatea deosebit la gazele coninute n fluidul de foraj.

Plasarea reduciei dezaxate deasupra motorului de fund prezint dou dezavantaje:

sub punctul de dezaxare apare efctul de pendul al greutii de sub acest punct, fapt ce limiteaz intensitatea de deviere;

lungimea mare a ansambului aflat sub dezaxare nu permite folosirea unor reducii cu axul de dezaxare mare.

S-au construit motoare submersibile la care deviatorul este plasat ntre dou seciuni ale motorului sau ntre motor i lagrul principal, aflat la partea inferioar, fie ntre motor i sap.

n aceast categorie se include i sistemul de foraj navigant (fig. 4.5). n componenta lui intr:

sapa de foraj;

un stabilizator- corector plasat deasupra sapei;

lagrul standard;

reducie dublu dezaxat de tip DTU (double-titled universal joint);

un motor de fund Navi-Drill

lagrul principal al motorului;

valc by-pass standard;

un stabilizator deasupra valvei

un sistem de msurare i urmrire a devierii. Specific acestui sistem este faptul c ansamblul su de fund permite lucrul att

n poriuni curbe (de cretere sau reducere a nclinrii), ct i n poriuni drepte. Aceasta pentru c motorul elicoidal de fund prezint o anume particularitate constructiv, n tandem cu un sistem MWD, care permite transmiterea la suprafa a datelor necesare cunoaterii traiectului sondei i reorientarea motorului n cazul n care se dorete modificarea traiectului. Particularitatea constructiv const n faptul c unghiul dintre axa sapei i axa sondei se realizeaz printr-un dispozitiv plasat foarte aproape de sap.

4.1.3. Dirijarea cu instrumentul rebel

Instrumentul rebel este destinat n principal corectrii azimutului. Corpul instrumentului rebel este contruit dintr-o prjin grea, scurt de 3...5 m, care cuprinde (fig. 4.6):

o patin mobil superioar;

o patin mobil inferioar;

20

Fig. 4.5. Sistemul de foraj navigant

o bar de legtur a celor dou patine;

dou lagre aferente celor dou patine. Sistemul se aplic la forajul cu masa rotativ i are efect doar atunci cnd

nclinarea sondei este suficient de mare (8-10).

La rotirea garniturii, cnd patina superioar ajunge ntre corpul instrumentului i peretele inferior al sondei, ea se strnge de corp.

Prin intermediul barei de torsiune, patina de la captul inferior este ndeprtat de corpul instrumentului i mpinge n peretele sondei, spre stnga sau spre dreapta fa

21

de planul apsidal, dup lungimea patinelor. Cu patine scurte, instrumentul este mpins spre dreapta, iar cu patine lungi spre stnga.

Fig. 4.6. Instrumentul rebel

4.1.4. Dirijarea cu pan de deviere

Pana de deviere rmne instrumentul de dirijare cel mai vechi, dar se aplic destul de rar datorit duratei operaiei. Exist dou tipuri de pene: permanente i amovibile. Ele pot fi cu sau fr circulaie, introduse orientat sau neorientat.

4.2. Ansamblul inferior al garniturii de foraj (bottom hole

assembly)

4.2.1 Ansamblul pentru creterea nclinrii

Direcia de foraj este influenat de anizotropia rocilor i de unghiul dintre axa sondei i axa sapei.

22

n fig 4.7. este prezentat simplificat ansamblul forelor ce intervin n realizarea unui foraj dirijat:

Fax reprezint fora axial, component a BHA; Fl fora laterala, component a greutii BHA; Fst fora lateral la stabilizator; Fd fora de deviere la sap; unghiul dintre axa sondei i a sapei; A anizotropia rocii FR fora rezultant.

Fig. 4.7. Ansamblul de fore la un foraj dirijat

Intensitatea de cretere a unghiului de nclinare este dependent de natura rocilor, si se controleaz prin:

diametrul stabilizatorilor i locul de plasare;

diametrul i lungimea prjinilor grele;

apsarea pe sap Gs i tipul sapei;

turaia sapei n;

debitul de circulaie Q.

4.2.2. Ansambul pentru meninerea nclinrii

Pentru pstrarea nclinrii se folosete principiul ghidrii stabilizrii. Se vor utiliza trei stabilizatori, cu diametrele egale cu ale sondei, plasai la extremitile primelor dou prjini grele. Primul stabilizator se plaseaz imediat deasupra sapei, n felul acesta realizndu-se un ansamblu de stabilizare a direciei

23

sondei. Astfel se oprete tendina sapei de a nainta pe o taiectorie curb, fornd-o s nainteze pe o linie dreapt. Distana dintre stabilizatori depinde de rigiditatea prjinilor grele i de solicitrile la care acestea vor fi supuse.

4.2.3. Ansamblul pentru reducerea nclinarii

Pentru reducerea nclinrii se folosete cu precdere principiul pendulului. Plasndu-se un singur stabilizator la o distan de 20...25 m de sap, sonda revine treptat spre vertical, sub aciunea greutii poriunii dein garnitur aflat sub punctul de tangen. Pentru controlul azimutului la sapele cu role este nevoie de un stabilizator plasat imediat deasupra sapei. Pentru ca fora de pendul s aib un efect ct mai mare, prjinile grele dinre sap i stabilizator nu trebuie s atinga peretele sondei. Astfel, lungimea pendulului, respectiv fora de pendul se reduc, deci se reduce eficiena ansamblului n asigurarea necesaruluyi de apsare pe sap. Pentru realizarea unui ansamblu de reducere a nclinrii ct mai eficient:

la nceputul forrii trebuie s se foloseasc o apsare mic pe sap, pn cnd se realizeaz o reducere sigur a nclinrii;

utilizarea de turaii ct mai mari;

evitarea reducerii nclinrii n formaiunile tari.

a b c

Fig. 4.8 Ansambluri utilizate pentru reducerea nclinrii a- reducere puternic; b reducere ponderat; c reducere uoar

24

5. GREUTATEA ANSAMBLULUI DE FUND BHA I APSAREA PE SAP

Stabilirea numrului de prjini grele, respectiv al prjinilor de foraj intermediare care s asigure necesarul de apsare pe sap Gs este un element important n cadrul proiectrii ansamblului de fund. n forajul vertical apsarea pe sap se realizeaz cu 75 % din greutatea prjinilor grle, calculat n fluid ul de foraj, astfel evitndu-se utilizarea prjinilor de foraj n compresiune.

n cadrul forajului dirijat, dar mai ales n cel orizontal, solicitrile la care este supus garnitura sunt datorate i formei sodei n intervalul de schimbare a direciei. n acest sens trebuie avut n vedere solicitarea la ncovoiere provocat n poriunile cu raze medii i mici de ncovoiere. Calculele la ncovoierea simpl atest depirea cu uurin a rezistenei materialului la peretele exterior al prjinii de foraj, fapt care conduce la pariia deformaiilor permanente ale acesteia. n cadrul forajului dirijat cu nclinri mari s-a impus utilizarea unor prjini de foraj special;izate, cum sunt prjinile de foraj folosite n compresiune (compressive service) sau prjinile de fotaj articulate.

5.1. Sistem de fore n BHA

Fie un element scurt al ansamblului de fund de greutate Ga (fig. 5.1).

Fig. 5.1. Sistem de fore n BHA

25

Dac ansamblu de fund nu este n micare de rotaie, fora de frecare dintre elementul considerat i gaura de sond este dat de expresia: Ff = N (5.1) unde: N este reaciunea normal dintre elementul BHA i peretele sondei; coeficientul de frecare. Dac reaciunea normal N este datorat numai greutii proprii a elementului BHA, atunci:

N = sin' aG (5.2)

unde: 'aG reprezint greutatea ansamblului n fluidul de foraj

(5.3)

unde: f este densitatea fluidului de foraj;

o - densitatea materialului din care sunt confecionate prjinile grele.

n aceste condiii fora de frecare este dat de relaia:

(5.4)

Contribuia net de apsare Gs din acest element BHA este:

sincos1cos'

o

l

afas GFGG (5.5)

Care va fi valoarea apsrii n cazul unui ansamblu rotary? Msurtorile apasrii pe sap Gs realizate cu ajutorul dispozitivelor MWD confirm faptul c, atunci cnd ansamblul de fund este rotit, exist doar o uoar reducere a apsrii Gs datorit unei componente a forelor de frecare ce acioneaz de-a lungul gurii. Efectul acesteia poate fi luat n considerare prin intermediul unui coeficient de siguran:

100

c1c sms (5.6)

unde: csm reprezint coeficientul de siguran marginal, luat n procente, csm = 10 - 15 %. n aceste condiii i atunci cnd nici o prjin de foraj nu este n compresiune,

relaia 5.5 devine:

(5.7)

de unde, greutatea n aer a ansamblului de fund este:

cos1

o

f

ss

a

cGG (5.8)

APLICATIA 1

Se foreaz dirijat ( 30 ) ntr-o gaur de sond de 17 in, cu o sap cu role. Necesarul de apsare pe sap Gs = 20 tf.

Care este greutatea n aer a ansamblului de fund, dac se evit lucrul n compresiune al prjinilor de foraj?

Se mai cunosc:f = 1200 kg/m3, o = 7850 kg/m

3, csm = 10 %.

sin1

o

f

af GF

o

f

aa GG

1'

cos1

o

f

ass GGc

26

REZOLVARE

Conform relaiei 5.6 , coeficientul de siguran este :

1,1100

101 sc

Greutatea n aer a ansamblului de fund, conform relaiei 5.8 este:

NtfGa4103030

30cos7850

12001

1,120

Presupunnd c se va lucra cu prjini grele de 9 in avnd masa unitar qg = 327 kg/m, lungimea acestora va fi:

5,9381,9327

1030 4

gl m

Adic 93,5 :9 10 buci prjini grele. S presupunem c se dispune de 6 buci de prjini grele cu diametrul nominal

Dg = 9 in, lungimea lg = 9 m, masa unitar qg = 327 kg/m i 3 buci de prjini grele cu Dg = 8 in, lg = 9 m, qg = 229 kg/m.

Cte buci de prjini de foraj intermediare (heavy weight drill pipe HWDP) de 5 in sunt necesare?

Se mai cunosc: masa unitar a prjionilor HWDP, qp = 73 kg/m i greutatea dispozitivului MWD, GMWD = 15 000 N.

n aceste condiii, greutatea total n aer a ansamblului de fund aferent prjinilor grele este:

Gag = 6 9 327 9,81 + 15 000 + 3 9 229 9,81 = = 173 224,98 + 15 000 + 60 655,23 = 248 880,21 N

Necesarul de greutate, n aer, cerut pentru prjinile intermediare ca fi de:

300 000 248 880,21 = 51 119,79 N Avem nevoie de un numr

N = 8981,973

79,51119

buci prjini intermediare

APLICATIA 2

Se foreaz dirijat. Necesarul de greutate, n aer, al ansamblului de fund este Ga = 175 776 N. Se dispune de 6 buci prjini grele cu lungimea lg = 9 m, respectiv cu diametrul exterior Dg = 7 in (177,8 mm) i diametrul interior dg = 2 in (50,8). Cte buci de prjini intermediare de 4 in (114,3), qp = 69 kg/m sunt necesare?

REZOLVARE

27

Greutatea n aer a prjinilor grele cu diametrele menionate se poate calcula cu formula clasic:

N4,9477281,9960508,01778,04

7850

64

22

22

gldDgmG gggog

Necesarul de greutate, n aer, pentru prjinile intermediare este:

175 776 94 772,4 = 81 003,6 N adic un numr de:

NHWDP= 13981,969

6,81003

buci

5.2. Posibilitatea utilizrii prjinilor de foraj n regim de compresiune

Rezultatele obinute n cadrul aplicaiilor 1 i 2 , par posibile de aplicat n practic. Se consider un alt exemplu:

Se foreaz dirijat ( 60 ) ntr-o gaur de sond de 12 in, cu o sap cu diamante. Densitatea fluidului de foraj f = 1150 kg/m

3. Apsarea pe sap, necesar, este Gs = 22 tf ( 22 10

4 N).

Care ar trebui s fie greutatea ansamblului de fund, n aer, dac se dorete evitatarea funcionrii n regim de compresiune a prjinilor de foraj?

Se dispune de 8 buci de prjini grele cu cu Dg = 8 in, lg = 9 m, qg = 229 kg/m i de prjini intermediare cu diametrul nominal de 5 in i masa unitar qg = 73 kg/m.

REZOLVARE

Considernd un coeficient de siguran cs = 1,15, conform relaiei 5.8:

N7,592850

60cos7850

11501

15,1104,22 4

aG

Greutatea celor 8 buci prjini grele este de:

8 9 229 9,81 = 161 747,28 N

Deci mai este nevoie de un necesar de greutate , n aer, a prjinilor intermediare de:

592 850,7 161 747,28 = 431 103,42 N

Cu alte cuvinte, este nevoie, teoretic, de un numr de prjini de foraj intermediare:

NHWDP= 66981,973

42,431131

buci

28

Desigur, aceast cifr nu este deloc practic. Este nevoie de un ansamblu de fund cu o alt compoziie. n continuare, ne propunem s analizm posibilitatea utilizrii prjinilor de foraj n compresiune i s estimm fora critica ce ar putea conduce la pierderea stabilitii garniturii de foraj.

Prjinile de foraj utilizate n compresiune CS (compressive service) sunt asemntoare celor intermediare, dar sunt confecionate din materiale mai rezistente ( S 135, S 165) i au pe corp, ntre racorduri, dou sau trei ngrori exterioare (noduri de uzur) echidistante, ncrcate cu material dur, cu diametrul exterior egal cu cel al racordurilor.

Ce se ntmpl n cazul sondelor orizontale cu lungimi mari? Se tie c intervalele orizontale au lungimi curente de 300...1 000 m, dar sunt i unele sonde la care aceste lungimi tind spre 4 000 m. Cum coeficienii de frecare au valori mari, desigur c i forele de frecare ( sunt incluse toate forele care se opun micrii spre talp: fore de rzuire a turtei sau a peretelui sondei, fore pentru nvingerea gravitaiei pe poriunile cu nclinri mai mari de 90 etc) care se opun introducerii sapei sau altor scule la talp, pot lua valori considerabile. Se pune problema dac pe aceste intervale orizontale lungi, forele de frecare nu depesc valoareaforei critice care poate conduce la pierderea stabilitii garniturii de foraj. n funcie de valoarea forei de compresiune axial aplicat, forma garniturii n gaura de sond este fie o sinusoid aplicat pe peretele inferior al sondei, fie o elicoid ce contacteaz peretele sondei de jur mprejurul ei pe lungimea unei bucle, fapt ce oprete, practic, micarea. Dup Dawson i Paslay, fora critic de pierdere a stabilitii garniturii de foraj este:

DD

qIEF

s

p

cr

sin2

2

`

(5.9)

unde: E este modulul de elasticitate longitudinal a lui Young; I momentul axial de inerie:

4464

dDI

(5.10)

qp` - greutatea unitar a prjinilor de foraj, calculat n fluidul de foraj; Ds diametrul gurii de sond D, d diametrele exterior, respectiv interior al prjinilor de foraj.

APLICATIA 3

S se determine fora critic de pierdere a stabilitii pentru o garnitur de prjini de foraj de 4 in (114,3 mm) care lucreaz ntr-o sond su diametrul Ds = 8 in (215,9 mm), nclinat la 50 . Se mai cunosc : E = 2,1 1011 N/m2; d = 97,18 mm, f = 1600 kg/m

3; qp = 267,7 N/m.

REZOLVARE

Conform relaiei 5.10, momentul axial de inerie este:

29

644 10005,409718,01143,064

I m4

Greutatea unitar a prjinilor de foraj n fluid:

1,2317850

160017,2671`

o

f

pp qq

N/m

n aceste condiii , fora critic de pierdere a stabilitii este conform relaiei 8.9:

94,1082761143,02159,0

50sin1,23110005,4101,222

611

crF N

Calculul greutii ansamblului de fund cu prjini de foraj n compresiune

La sondele cu nclinri mari, forate n diametru mic, o parte din apsarea pe sap este asigurat de prjinile de foraj aflate n compresiune. Se accept ideea, ca 90 % din valoarea forei critice Fcr s fie maximum de contribuie la apasarea pe sap a p[rjinilor de foraj.

n aceste condiii, relaia (5.7) devine:

cro

f

ass FGGc

9,0cos1

(5.11)

iar greutatea n aer a ansamblui de fund este:

cos1

9,0

o

f

crss

a

FcGG (5.12)

Relum aplicaia prezentat la nceputul paragrafului 5.2. Pentru prjinile de ofraj cu diametrul nominal Dp = 5 in (127 mm), dp = 104,93 mm, qp = 322,6 N/m, care

lucreaz ntr-o gaur de sond de 12 in (311,15 mm), cu nclinarea = 60 i n condiiile din exemplul amintit, se determin o fr critic Fcr = 116 000 N. Greutatea n aer a BHA, calculat cu relaia 5.12 este:

348213

60cos7850

11501

1160009,015,11022 4

aG N

Cu alte cuvinte, rezult o valoare mult mai fezabil dect cea din exemplul amintit ( 529 850,7 N).

30

Aplicaiile practice prezentate pot induce ideea folosirii prjinilor de foraj cu fore critice ct mai mari, pentru realizarea intervalelor orizontale lungi. Aceste prjini pot avea i greuti mari, fapt ce necesit fore mari de mpingere a lor spre talp. Din acest motiv operatorul de foraj va trebui s aleag pentru poriunea orizontal prjinile de foraj cele mai uoare. La nceputul forajului aferent intervalelor orizontale lungi se vor folosi prjini cu o for critic mai mare ( prjini grele intermediare). Dac intensitile de deviere sunt mai mari, atunci se impune utilizarea prjinilor CS, adic prjinile cu perei groi se vor muta din poriunea final a intervalului curbat spre nceputul lui, unde pot ocupa o poziie mai aproape de vertical. O cale important de cretere a lungimii de lucru n poriunea orizontal o constituie reducerea coeficientului de frecare, , prin utilizarea fluidelor pe baz de petrol (oil base), n locul celor pe baz de ap (water base). n felul acesta se obin reduceri ale lui de la 0,17...0,28 la 0,10...0,16 n poriunile tubate, respectiv de la 0,23...0,44 la 0.13...0,26 pentru poriunile de gaur liber.

31

6. DIFICULTATI SI ACCIDENTE TEHNICE IN FORAJ

In timpul desfasurarii activitatii de foraj, chiar si in conditiile existentei unui program de

lucru bine construit, este posibil sa apara o serie de dificultati si/sau aciidente tehnice,

care pot complica foarte mult finalizarea lucrarilor de foraj, sau, in unele cazuri, pot

conduce chiar la abandonarea forajului.

A. Dificultati in foraj

Prin dificultati in foraj intelegem acele probleme care pot sa apara, de regula, ca urmare

a unor cauze de natura geologica si uneori de natura geologo-tehnica. Cu toate

acestea, factorul subiectiv reprezinta, de cele mai multe ori, cauza principala a aparitiei

dificultatilor in foraj, multe dintre acestea putand fi evitata printr-o pregatire

profesionala buna, dar si prin respectarea si aplicare prevederilor ce tin de tehnologia de

foraj, cu alte cuvinte printr-o disciplina corect inteleasa si implementata la locul de

munca.

In cazul dificultatilor, accesul la talpa forajului este posibil, in timp ce in cazul

accidentelor tehnice de foraj, accesul la talpa forajului nu este posibil.

Intre dificultatile in foraj vom mentiona pe cele care pot aparea in modul cel mai

frecvent.

1. Surparea rocilor din peretii gaurii de sonda

Prin activitatea de foraj se deranjeaza echilibrul si stabilitatea rocilor traversate. In cazul

rocilor necoezive (nisipuri, pietrisuri, etc.) fenomenul de surpare poate aparea relativ

usor, indeosebi la adancimi mici unde presiunea coloanei de fluid de foraj nu este

suficient de mare pentru a mentine peretii gaurii de sonda. Prin surparea peretilor gaurii

de sonda apare pericolul prinderii garniturii de foraj, ceea ce poate conduce la

complicatii tehnice, dar si la cheltuieli suplimentare. Aparitia surparii se poate identifica

prin urmarirea cantitatii de detritus care vine la site. In momentul in care aceasta

cantitate creste semnificativ, este necesar sa se ia imediat masurile tehnice necesare

pentru prevenirea amplificarii fenomenului de surpare si mentinerii gaurii de sonda, sub

control. Intre aceste masuri mentionam: retragerea garniturii de foraj deasupra zonei in

care apare fenomenul surparii; conditionarea fluidului de foraj astfel incat acesta sa aiba

proprietati reologice optime; reglarea debitului de circulatie la un nivel la care sa

permita evacuarea detritusului, dar sa nu amplifice fenomenul de spalare a peretilor

gaurii de sonda.

2. Strangerea peretilor gaurii de sonda

Dupa traversarea prin foraj, datorita naturii lor (de regula generata de compozitia

mineralogica), unele roci manifesta deformatii radiale semnificative. Ca urmare a

acestor deformatii, gaura de sonda isi micsoreaza diametrul, ceea ce poate avea efecte

grave asupra continuarii activitatii de foraj.

32

Deformatiile radiale imbraca doua aspecte:

unul mecanic, provocat de curgerea vascoplastica a rocilor la depasirea limitei de curgere, sau de actiunea fluidului de foraj;

unul fizico chimic, asociat interactiunii dintre fluidul de foraj si de rocile traversate.

Rocile cu caracter vascoplastic pronuntat sunt: argilele, marnele, creta si sarea.

Pentru prevenirea si combaterea fenomenului de strangere a gaurii de sonda datorata umflarii (cresterii volumului) rocilor traversate se impune luarea unor masuri, intre care

mentionam:

reducerea filtratului fluidului de foraj;

imbunatatirea caracteristicilor reologice ale fluidului de foraj, prin micsorarea viscozitatii si cresterea gelatiei;

utilizarea de fluide de foraj inhibante sau pe baza de produse petroliere;

corectarea gaurii de sonda pe intervalul cu roca cu proprietati vascoplastice accentuate;

in cazul in care pachetele de strate predispuse la umflare se gasesc pe intervale mari de adancime se poate prevedea tubarea unei coloane tehnice de burlane.

3. Dizolvarea rocilor din peretii gaurii de sonda

Stratele formate din clorura de sodiu (NaCl), clorura de calciu (CaCl2), clorura de

potasiu (KCl), sau clorura de magneziu (MgCl2), in contact cu apa dulce din fluidul de

foraj se dizolva, iar gaura de sonda se largeste sau se ocneste (se formeaza caverne). In

astfel de cazuri se va utiliza fluid de foraj saturat cu sarea respectiva, sau noroaie pe

baza de emulsie inversa.

4. Mansonarea sapei si a garniturii

Argilele vascoase si unele marne argiloase hidratabile, traversate cu fluide apoase

(fluide utilizate pe scara larga in cazul forajelor pentru apa potabila), se lipesc de

suprafata sapei, provocand mansonarea acesteia.

Se incearca descarcarea sapei prin scuturare, constand in manevre energice de ridicare si coborare, cu opriri bruste ale garniturii de foraj, cresterea turatiei si/sau a debitului de

circulatie. Cele mai bune rezultate se obtin prin utilizarea unor fluide de foraj tip

emulsie inversa.

5. Devieri nedorite. Gauri de cheie

Gaura de cheie reprezinta un jgheab longitudinal format in peretele dinspre centrul de curbura al sondei in care se poate intepeni garnitura de foraj. In general, gaurile de

cheie sunt create de racordurile speciale prin frecarea de peretii unei gauri de sonda

curbate si ca urmare, prin dislocarea rocii din perete in timpul manevrei materialului

tubular (fig. 1).

33

Fig. 6.1. Formarea de gaura de cheie

Pentru prevenirea formarii gaurilor de cheie se recomanda folosirea unui ansamblu de

prajini grele suficient de rigid, sau plasarea deasupra prajinilor gerle a unui corector cu

lame spirale.

6. Manifestari eruptive

O manifestare eruptiva corespunde unei patrunderi in sonda a unui volum de fluid din formatiune care, daca nu este controlat, va da nastere unei eruptii.

Manifestarea eruptiva poate fi semnalata prin anumite semne, dintre care mentionam:

a. in timpul forajului: cresterea vitezei de avansare, cresterea debitului de iesire, cresterea nivelului la habe, reducerea presiunii de pompare, simultan cu

cresterea frecventei curselor la pompe (datorita reducerii densitatii fluidului din

spatiul inelar); fluid de foraj gazeificat, diminuarea densitatii fluidului de foraj,

etc.

b. in timpul manevrei: anomalii de umplere a batalelor de noroi la extragerea garniturii; anomalii la retur, in timpul manevrei de introducere a garniturii de

foraj; iesirea noroiului de foraj la derivatie atunci cand pompele sunt oprite;

c. gazeificarea fluidului de foraj in urmatoarele situatii: difuzie (diferenta de concentratie); foraj intr-o formatiune permeabila ce contine gaze (chiar daca

ph>pp); foraj intr-o formatiune argiloasa care contine gaz la presiune ridicata;

pistonaj; foraj intr-o formatiune putin permeabila care contine gaze in conditiile

ph

34

Simplificat, se poate accepta ca expansiunea gazului poate fi reprezentata de legea (fig.

2)

pV = ct. (1)

Fig. 6.2. Legea expansiunii gazului (schema)

Pentru punctele extreme talpa si suprafata putem scrie relatia

p1V1 = p2V2 (2)

Reducerea de presiune asupra talpii sondei este data de realtia lui Strong:

h

f

fipp log

(3)

in care:

fi , reprezinta densitatile fluidului de foraj la intrare, respectiv la iesirea din gaura de

sonda;

Ph presiunea hidrostatica a fluidului de foraj fara gaze.

In tabelul nr. 1 sunt prezentate valori ale reducerii presiunii de fund p pentru diferite

densitati fi si respectiv diverse adancimi de foraj Hi.

35

Tabelul nr. 6.1

Adancimea

Hi

i = 1,2 kg/l i = 1,6 i = 2

Ph bar

Reducerea p pentru o densitate

a fluidului la iesire

de:

Ph

bar

p Ph bar

p

1 0,80 0,60 1,40 1,20 1,00 1,80 1,50 1,20

500 60 0,82 2 4,1 80 0,62 1,4 2,6 100 0,51 1,5 3

1000 120 0,96 2,4 4,8 160 0,72 1,7 3 200 0,59 1,8 3,5

2000 240 1,1 2,7 5,5 320 0,82 1,9 3,45 400 0,66 2 4

3000 360 1,2 2,9 5,9 480 0,88 2,1 3,7 600 0,71 2,1 4,3

4000 480 1,23 3,1 6,2 640 0,92 2,15 3,9 800 0,74 2,2 4,4

5000 600 1,28 3,2 6,4 800 0,95 2,2 4 1000 0,76 2,3 4,6

6000 720 1,31 3,3 6,6 960 0,98 2,3 4,1 1200 0,79 2,36 4,7

7000 840 1,34 3,36 6,7 1120 1 2,34 4,2 1400 0,8 2,4 4,8

6.1. Prevenirea manifestarilor eruptive

Metodele de prevenire a manifestarilor eruptive rezulta din analiza cauzelor care le

produc. Astfel, trebuie avute in vedere urmatoarele:

a. densitatea fluidului de foraj se regleaza de asa maniera incat sa se respecte regula + 5 puncte sau + 10 bar:

05,0 pf (regula + 5 puncte) (4)

gH

pphf

(regula +10 bar) (5)

b. proprietatile reologice se mentin la valorile minime reclamate de evacuarea detritusului;

c. la manevra de introducere a garniturii de foraj RIH (run in hole), volumul de fluid deversat se compara cu cel dizlocuit de prajini;

d. la manevra de extragere a garniturii, gaura de sonda se umple permanent cu un volum egal cu volumul dizlocuit de materialul tubular respectiv;

e. trebuie prevenite si remediate pierderile de circulatie; f. pentru a minimiza presiunile hidrodinamice suplimentare aferente manevrei

ascendente se va micsora, in primul rand, viteza de extragere a materialului

tubular;

g. se va evita mansonarea sapei; h. se monitorizeaza continutul si natura gazelor din fluidul de foraj, precum si

salinitatea acestuia;

i. daca s-a intalnit o formatiune gazeifera, inainte de extragerea sapei, se circula noroiul pana la eliminarea gazelor din acesta;

j. in cazul unoir intreruperi prelungite ale procesului de foraj, garnitura de foraj se va introduce cu circulatie inermediara, eliminandu-se astfel fluidul de foraj

gazeificat.

36

6.2. Instalatii pentru prevenirea eruptiilor (BOP)

Simplificat, o astfel de instalatie are doua sau mai multe prevenitoare, un manifold (cu

ventile si duze reglabile), un sistem de actionare si mai multe manometre.

Intr-o dotare minima, este nevoie de un prevenitor cu inchidere totala (pe nimic) si de un prevenitor pentru inchidere pe prajini sau pe burlane. De obicei, acestor doua

prevenitoare se adauga un prevenitor universal, care poate inchide gaura de sonda pe orice fel de prajina, racord, burlan, cablu, etc., permitand totdata manevrarea si rotirea

garniturii de foraj, evitandu-se astfel, prinderea ei. I cazul forajului marin, exista in plus

un prevenitor cu bacuri de forfecare a prajinilor si inchidere a sondei.

Eruptia pe interiorul prajinii se previne cu:

o cana cu cep sferic montata la partea superioara sau cea inferioara a prajinii de antrenare;

un ventil de siguranta intre capul hidraulic si furtunul de foraj;

un ventil de retinere, cu sens unic de circulatie, montat de-a lungul garniturii, cel mai adesea deasupra sapei.

In fig. 3 este prezentata, simplificat, o schema clasica: doua prevenitoare orizontale

simple, un prevenitor cu bac inelar (universal) si manifoldul de eruptie.

Fig.6. 3. Schema unei instalatii de prevenire a eruptiilor

I.C. instalatie de comanda (acumulator + rezervor de ulei + pompe) P.V. prevenitor vertical; P.O. prevenitor orizontal

37

Prevenitoarele se clasifica dupa urmatoarele criterii:

a. dupa directia de deplasare a elementelor de inchidere: orizontale (cu sertare) si verticale (cu bac inelar);

b. dupa numarul inchiderilor intr-un prevenitor: simple, duble sau triple; c. dupa forma bacurilor: plate, ovale, cilindrice, inelare, tubulare; d. dupa modul de actionare a bacurilor: manuale, mecanice, hidraulice, automate

(actionate de presiunea fluidului din sonda) si combinate;

e. dupa destinatia bacurilor: pentru prajini, burlane, pentru inchidere totala, de forfecare sau cu pene de sustinere.

In plus prevenitoarele de eruptie se diferentiaza si printr-o serie de parametri construcivi

sau functionali: dimensiunea nominala, presiunea de lucru, diametrul sectiunii interioare

de trecere, etc.

7. Pierderi de circulatie

In anumite situatii, fluidul de foraj patrunde in fisurile naturale sau provocate, in porii si

golurile rocilor traversate, provocandu-se asa numitele pierderi de circulatie.

S-au identificat trei tipuri de canale prin care are loc pierderea fluidului de foraj:

a. porii formatiunilor grosiere: pietrisuri, nisipuri, grohotisuri; b. fisuri naturale sau artificiale; c. goluri de dizolvare (cazul rocilor carbonatice: calcare, dolomite, etc.).

In principiu, pot avea loc pierderi de circulatie atunci cand conditia:

pp

38

7.2. Prevenirea si combaterea pierderilor de circulatie

7.2.1. Prevenirea pierderilor de circulatie are in vedere urmatoarele aspecte:

1. densitatea fluidului de foraj trebuie sa fie minima pentru conditiile date; 2. proprietatile reologice ale fluidului de foraj (viscozitatea, tensiunea dinamica de

forfecare, rezistenta de gel) se regleaza la valori minime;

3. debiltul de pompare se reduce la minim, la valori care sa asigure spalarea sapei si a talpii forajului;

4. viteza de introducere a materialului tubular trebuie limitata; 5. se iau masuri preventive de mansonare a sapei de foraj.

7.2.2. Combaterea pierderilor de circulatie se face, in general, prin trei metode:

1. bazate pe conditionarea fluidului de foraj (vezi prezentarea de la prevenire); 2. de blocare a canalelor rocii si de etansare a zonei de influx; 3. metode speciale de foraj.

Metoda blocarii

In cele mai multe cazuri, problema pierderilor de circulatie se rezolva prin blocare,

utilizand, in acest scop, materiale de blocare, care se introduc in gaura de foraj ca

adausuri in fluidul de foraj, sau prin inlocuirea totala a acestuia.

Materialele de blocare pot fi clasificate in doua mari grupe: materiale realizate printr-un

proces de fabricatie si sunt destinate blocarii pierderilor de circulatie, sau materiale

naturale care pot fi utilizate in acest scop.

Din punctul de vedere al formei, materialele de blocare, care sunt foarte diverse in

natura, se pot imparti in trei categorii:

fibroase: fibre de lemn, azbest, deseuri de piele, rumegus, etc.;

lamelare: mica sub forma de fulgi, deseuri de calofan, material plastic, etc.;

granulare: nisip, granule de perlita, glisonita, etc.

In numeroase cazuri, pentru combaterea pierderilor de circulatie prin metoda blocarii, se

foloseste cimentul. Utilizarea cimentului presupune mai multe metode de lucru, in

functie de conditiile specifice fiecarei situatii in parte (conditii geologice, de adancime,

de grosime a stratului in care se produce pierderea de circulatie, etc.), intre care

mentionam:

1. utilizarea de paste de ciment cu priza rapida, care se pompeaza prin garnitura de prajini de foraj, in intervalul pe care se produc pierderi de circulatie;

2. utilizarea de diferite amestecuri de pasta de ciment cu adausuri de bentonita (gel-ciment), sau alte substante care sa mareasca viscozitatea pastei de ciment;

3. utilizarea pastei de ciment in amestec cu alte materiale de blocare.

In locul pastei de ciment, pentru blocare, se pot folosi si anumite tipuri de rasini.

In cazul in care in zona de pierdere de circulatie exista o caverna si solutiile prezentate

nu se pot aplica, se poate combate fenomenul de pierdere a fluidului de foraj prin

plasarea unui sac realizat dintr-un material plastic sau textil rezistent, in zona cavernei,

Acest sac se umple, ulterior cu pasta de ciment (fig. 4), care prin intarire (priza)

39

realizeaza un dop, in interiorul cavernei. Ulterior acest dop se frezeaza cu o sapa cu

diametrul egal cu cel al sapei utilizate in programul de sapare al sondei.

Fig. 6.4. Blocarea zonei de pierdere prin cimentare in sac textil

a inaintea cimentarii; b dupa cimentare 1, 2 tuburi concentrice; 3 sac textil pliat

La partea inferioara a garniturii, intre doua tuburi concentrice 1 si 2, se introduce sacul

pliat. Cand pasta de ciment a ajuns la partea inferioara a garniturii, se inchide ventilul

aferent spatiului inelar, de la partea superioara a acestuia, astfel incat, la o presiune

prestabilita, cele doua tuburi sa se desprinda. La terminarea operatiunii de cimentare,

sacul se pliaza pe peretele gaurii de sonda, desprinzandu-se de garnitura de foraj, care se

retrage. Piesele ramase in gaura de sonda, sunt confectionate din materiale care pot fi

frezate cu usurinta.

Metode speciale de blocare a pierderilor de circulatie

In unele cazuri, cand pierderile de circulatie sunt imposibil de blocat prin metodele

obisnuite, se pot aplica o serie de metode speciale de traversare a zonelor cu pierderi.

Dupa traversarea, prin foraj, a acestor zone se poate tuba o coloana tehnica de burlane

de otel, operatiune urmata de cimentare. Intre metodele speciale de lucru, mentionam:

40

1. forajul cu circulatie pierduta; 2. forajul cu aer; 3. forajul cu fluide aerate; 4. forajul cu spuma; 5. forajul cu aer lift; 6. forajul cu circulatie locala

41

7. ACCIDENTE TEHNICE DE FORAJ

1. Prinderi in gaura de sonda

Unele dintre cele mai frecvente accidente tehnice de foraj sunt prinderile in gaura de

sonda.

Elementele care pot fi prinse sunt: sapa, garnitura de foraj, coloana de tubaj, instrumente

si aparate de testare, sau de investigatie geologo geofizica.

Cauzele prinderilor sunt (majoritatea sunt prezentate si la dificultati in foraj):

surparea peretilor gaurii de sonda (in mod deosebit in cazul rocilor necoezive);

strangerile peretilor gaurii de sonda (in cazul traversarii, prin foraj, a unor roci cum ar fi: argile, marne, marnocalcare, creta, etc.);

mansonarea sapei si a garniturii de foraj;

depunerea detritusului si a materialului de ingreuiere;

intepenirea garniturii sau a sapei: se produce in cazul traversarii unor roci cu abrazivitate ridicata (pe masura avansarii sapei, diametrul acesteia se reduce;

se formeaza astfel o gaura de sonda tronconica si, la introducerea unei sape noi,

apare pericolul prinderii sapei) sau in zonele deviate ale gaurii (indeosebi in

cazul gaurilor cheie);

prinderi in ciment (in cazul formarii unor dopuri de ciment sau in cazul cimentarii lainerelor);

lipirea garniturii sau a coloanei. Doua sunt cauzele prinderii in acest caz: existenta unei presiuni diferentiale mari gaura de sonda strat si existenta unei turte de colmatare pe peretele sondei cu adezivitate mare.

Forta laterala de impingere a materialului tubular pe epretii gaurii de sonda (deoarece

presiunea din gaura de sonda pgs este mai mare decat presiunea formatiunii pp) este data

de relatia (conform prezentarii din fig. nr. 5).

Fig. 7.1 Lipirea materialului tubular

42

Fl = Ac (pgs - pp) e , (1)

in care:

Fl este forta de impingere laterala a materialului tubular;

Ac este aria de contact dintr materialul tubular si peretele sondei (formula 2);

e eficacitatea turtei de colmataj;

coeficient de frecare.

Ac = Dlc; (2)

unde:

lc lungimea de contact

D dimetrul exterior al materialului tubular;

procentul din suprafata tubului aflat in contact cu roca.

Pentru prevenirea prinderilor datorate presiunii diferentiale si adezivitatii turtei de

colmatare se recomanda utilizarea unui fluid de foraj cu densitate redusa, filtratie mica

si tratat cu substante care reduc adezivitatea si frecarea (un adaos de 8 .... 10 % motorina

si 1 .... 2 % grafit praf).

1.1. Rezolvarea prinderii

In cazul in care se prinde garnitura de foraj, primele operatiuni care trebuie intreprinse

constau in incercarea de lasare a garniturii sub actiunea propriei greutati, reluarea

circulatiei si incercarea de rotire. In cazul in care se incearca degajarea prin tragere, se

pot crea complicatii: accentuarea prinderii, astuparea spatiului inelar cu consecinte

negative asupra reluarii circulatiei, ruperi sau smulgeri din zonele filetate, etc.

Asa cum s-a aratat reluarea circulatiei este de prima importanta, in cazul in care s-a

produs o prindere.

1.2. Stabilirea adancimii de prindere

Procedeul cel mai rapid si mai comod consta in masurarea alungirii produsa de o forta

de tractiune sau a rasucirii produse de un moment de torsiune cunoscut (acest din urma

procedeu este aplicabil numai in cazul garniturii de foraj, nu si in cazul coloanei de

burlane).

In primul caz, conform legii lui Hooke, deformatia

,pL

L (3)

de unde adancimea de prindere

.

LLp

(4)

43

Pe de alta parte,

,E

(5)

,A

F (6)

unde

,LF

EAL

t

P (7)

in care:

A este aria sectiunii transversale a corpului prajinii;

L alungirea elastica sub actiunea fortei de tractiune Ft.

In scopul maririi preciziei, se repeta operatia pentru mai multe valori ale fortei de

tractiune Fti, obtinandu-se mai multe alungiri iL , iar alungirea medie mL si forta de

tractiune medie Ftm, se introduc in relatia (7). Cel mai adesea se calculeaza doua alungiri

1L si 2L , obtinandu-se astfel:

21

21

tt

pFF

LLEAL

. (8)

In mod similar, daca se masoara unghiurile de rasucire 1 si 2 la doua momente de

torsiune Mt1 si Mt2, lungimea portiunii libere (adancimea de prindere)

,21

21

tt

ppMM

GIL

(9)

unde:

G este modulul de elasticitate transversal;

Ip modulul de inertie polar.

Cu o precizie mult mai mare se determina adancimea de prindere prin utilizarea unor

aparate indicatoare de prindere, introduse prin garnitura de foraj cu cablu (aparatul

indicator de eforturi, aparatul ed masurare a proprietatilor magnetice ale garniturii de

foraj, etc.). Se foloseste, indeosebi, aparatul indicator de eforturi (fig. nr. 2).

44

Fig. 7. 2 Aparatul indicator de eforturi

1 prajini de foraj; 2 aparat de masura; 3 blocaj inferior; 4 blocaj superior; 5 cablu; 6 peretele gaurii de sonda.

Dupa efectuarea blocarii, se solicita suplimentar garnitura de foraj. Daca dispozitivul se

afla deasupra zonei de prindere, el va sesiza deformatia prajinii dintre cele doua

elemente de blocare: departare in cazul tractiunii, apropiere in cazul compresiunii, rotire in cazul aplicarii unui moment de rasucire. Aceste deformatii schimba caracteristicile electrice ale dispozitivului, schimbare care se va transmite aparatelor

inregistratoare de la suprafata.

Metodele de rezolvare a prinderilor, in functie de situatia existenta in gaura de sonda se

pot diviza in:

desprinderi in cazul existentei circulatiei;

desprinderi in cazul inexistentei circulatiei;

desprinderi din gauri cheie. 1.3. Desprinderi in cazul existentei circulatiei

Daca prin manevrarea atenta in jos si in sus a garniturii, ori prin rotatie nu se obtine

degajarea, atunci se poate aplica una din urmatoarele metode:

baia de petrol;

producerea de vibratii in zona de prindere;

producerea de socuri longitudinale prin lovire;

reducerea presiunii din gaura de sonda (reducerea si chiar inversarea presiunii diferentiale).

Baia de petrol (titei)

Pentru realizarea unei bai de petrol, cu ajutorul unor agregate de cimentare se pompeaza

in gaura de sonda un volum de petrol

45

hDDV PSP )(4

22

(10)

unde

h = L Lp + (50 ...... 100) m . (11)

Sau se considera ca volumul de titei pompat este cu 30 .... 50 % mai mare decat volumul

spatiului inelar dintre partea inferioara a garniturii de foraj si partea superioara de

prindere.

Presiunea de pompare in timpul efectuarii operatiei are valoarea maxima in momentul

cand titeiul a ajuns la talpa sondei:

Pmax = pc + lt (f p) g, (12)

in care:

pc este presiunea necesara invingerii frecarilor din sistemul de circulatie;

lt lungimea coloanei de titei din interiorul prajinilor; p densitatea petrolului (titeiului).

Diagrama presiune volum este conforma cu cea prezentata in fig. nr. 3.

Fig. 7.3. Diagrama p V, pentru o baie de petrol

Dupa refularea petrolului in spatiul inelar, se tine garnitura de foraj in tensiune, la o

forta cu 10 ..... 20 tf mai amre decat forta provenita din greutatea proprie a acesteia. La

intervale de timp de circa 30 min. se misca pachetul de petrol prin pomparea cu debit redus, prin garnitura, a unei cantitati reduse de fluid de foraj. Inceputul degajarii este

marcat prin diminuarea sarcinii de intindere aratatade indicatorul de greutate. Daca,

dupa 12 ..... 18 ore nu s-a obtinut desprinderea, baia de petrol se poate repeta de doua trei ori.

46

Nota. In afara petrolului se pot utiliza, cu bune rezultate, alte produse precum: fluide pe

baza de produse petroliere, apa dulce cu sau fara substante tensioactive, solutii acide (acid clorhidric, sau acid fluorhidric), etc.

Producerea de vibratii in zona de prindere (fara aplicarea unei bai de titei sau

concomitent cu aceasta) se realizeaza prin explozie. In dreptul zonei de prindere se vor

detona una sau mai multe incarcaturi explozive. Trebuie acordata o atentie deosebita

cantitatii de explozibil, pentru a nu distruge garnitura.

Producerea de socuri longitudinale (aplicabil cu sau fara baie). In acest caz, in

garnitura de foraj, deasupra zonei de prindere se monteaza o geala mecanica sau

hidraulica (in acest sens se va proceda la desurubarea prajinilor cat mai aproape de zona

de prindere). Dispozitivul (geala) se va introduce cu cateva bucati de prajini grele.

1.4. Desprinderi in cazul inexistentei circulatiei

Metoda este valabila si in cazul in care avem circulatie, dar metodele prezentate mai

inainte au fost fara rezultat. In acest caz se va proceda astfel:

se detaseaza partea libera a garniturii de foraj;

se degajeaza spatiul din exteriorul garniturii de foraj;

se detaseaza si se extrag partile din garnitura degajata.

Detasarea partii libere a garniturii de foraj se poate realiza prin desurubare, taiere

sau rupere. Pentru a se asigura o desurubare cat mai sigura, se intinde garnitura de

foraj cu o forta egala cu greutatea portiunii libere. Totodata, este recomandabila

detonarea unei mici cantitati de exploziv in interiorul garniturii, in dreptul racordului ce

urmeaza a fi desurubat. Taierea prajinilor se realizeaza cu ajutorul unui cutit circular,

actionat prin intermediul tevilor de extractie de diametru unic sau al prajinilor de

pompaj de adancime. Ruperea se realizeaza printr-o explozie concentrata (metoda mai

putin sigura).

Degajarea spatiului din spatele prajinilor se realizeaza cu ajutorul unui sper sau

burlan de spalare. Acesta este format din mai multe burlane asamblate intre ele (120 ...

150 m), avand la partea inferioara un cap de degajare, de forma unei freze cu dinti,

armati cu material dur.

In vederea detasarii portiunii de garnitura degajata, se reintroduce sperul impreuna

cu un dorn (garnitura de foraj va avea, in acest caz, filet stanga).

Nota: acest procedeu este costisitor si anevoios. Exista si posibilitatea imbracarii si

recuperarii portiunii degajate intr-un singur mars. In acest sens, in partea superioara a

sperului se va monta un cep sau dorn de intregire. Detonatorul trebuie sa treaca prin ele.

1.5. Desprinderi din gaura de cheie

Prinderile in gaurile de cheie se produc de jos in sus, in timpul manevrelor de extragere

a garniturii de foraj.

47

De aceea desprinderile se vor face prin bataie de sus in jos sau prin vibratii produse

simultan cu impingerea in jos.

2. Rezolvarea ruperilor si smulgerilor de prajini

Pentru stabilirea cu precizie a capatului precum si a pozitiei acestuia in gaura de sonda

se foloseste un model cu plumb. Pentru rezolvarea acestui tip de accident tehnic se

folosesc instrumente amovibile (mobile) sau neamovibile (fixe). Din categoria

instrumentelor neamovibile fac parte dornul (taie filet la interior) si tuta (taie filet la

exterior).

Dornul este recomandat in cazul ruperilor prajinilor de foraj din zona de imbinare si in

cazul ruperii prajinilor grele.

Tuta este recomandata in cazul ruperii prajinilor de foraj din corp.

Intre dorn sau tuta si garnitura de foraj se intercaleaza un racord de siguranta (in caz

ca nu este posibila extragerea, acesta da posibilitatea extragerii garniturii de

instrumentatie).

Din categoria instrumentelor amovibile face parte corunca. Elementele de prindere

ale coruncii sunt niste bacuri cu dinti inclinati care culiseaza pe o suprafata tronconica

din interiorul corpului.

Daca, in urma investigarii efectuate, se constata existenta prajinii in afara perimetrului

normal al gaurii (gaura de sonda ocnita sau prajina impinsa in peretele sondei) este

necesara aducera capatului prajinii coaxial cu gaura de sonda. In acest sens se utilizeaza

un carlig de indreptat.

Fig. 7.4. Dispozitive de instrumentatie

a,b,c dornuri (a normal, b prindere prin racord, c prindere in mufa) d - tuta

48

3. Rezolvarea accidentelor tehnice ale coloanelor de burlane

In cazul unei coloane de tubare prinse, se incearca degajarea prin circulatie si manevra

(atentie! Ft < Fadm).

La smulgerea coloanei din filet si scapata in sonda se incearca intregirea prin

insurubare.

In cazul unei coloane deformate transversal, inainte de rezolvare, este necesar sa se

determine forma coloanei in zona respectiva. Pentru acesta se utilizeaza un sablon

tubular. Daca este vorba despre o ovalizare a coloanei, turtire sau papusare se incearca indepartarea coloanei cu o birna de bataie (fig. nr. 5) sau o birna de rotatie care se introduc cu ajutorul garniturii de prajini.

Fig.7.5. Birna de bataie Fig. 7.6 Paianjen

1 corp; 2 canal de circulatie; 3 sant exterior

4. Extragerea pieselor metalice de la talpa sondei

In cazul ramanerii la talpa a sapei, ca urmare a desurubarii, se incearca intregirea prin

insurubare, urmata de extragere. Daca sapa s-a rupt de la imbinare, se incearca prinderea

cu ajutorul unui dorn scurt. In situatiile in care sapa nu mai poate fi extrasa intreaga, se

procedeaza la distrugerea ei prin frezare (tocare).

Piesele metalice aflate pe talpa sondei (role de sapa, rulmenti, piese scapate de la

suprafata, s.a.) pot fi impinse in peretele sondei cu ajutorul unei sape coada de peste, in

cazul unor roci slab consolidate.

49

Daca operatia nu este posibila, se procedeaza la extragerea acestor piese. Din categoria

dispozitivelor de extragere, cele mai utilizate sunt paianjenul si freza magnetica.

Paianjenul este confectionat dintr-o bucata de burlan care este prevazut la capatul

inferior cu dinti inalti, cu varfurile indoite cate putin catre interior (fig. nr. 6). Freza

magnetica are la partea inferioara o freza cu dinti, iar in interior un magnet permanent.

5. Colajul prin presiune diferentiala. Studiu de caz

S-a produs prinderea unei garnituri de foraj la adancimea de 1900 m (dimensiunile

aferente figurilor nr. 7, 8 si 9 sunt date in metri).

Fig.7. 7 Colajul prin presiune diferentiala (aplicatie)

Alte date (conform figura 7.7):

H = 2000 m; ho = 10 m; lg = 120 m; lp = 1870 m; Dg = 241,3 mm (9 inch);

intre 1450 m si 1500 m exista aparitia gazelor in rezervorul grezos;

densitatea noroiului, respectiv a apei sarate de zacamant sunt egale: f = as = 1150 kg/m

3;

50

procentul de suprafata a prajinilor grele aflata in contact cu roca ;2,0

eficacitatea turtei de colmataj e = 0,25;

presiunea hidrodinamica in timpul circulatiei phd = 7 bar;

coeficientul de frecare ;5,o

forta provenita din greutatea garniturii Fg = 90 tf;

forta provenita din greutatea prajinilor grele de sub punctul de prindere Fgg = 15 tf (deci forta provenita din greutatea portiunii libere Fp = 90 =-15 75 tf);

forta admisibila la carlig Fad = 190 tf;

densitatea petrolului p = 890 kg/m3;

densitatea gazelor la adancime, g = 105 kg/m3;

volumul interior unitar al prajinilor de foraj Vip = 9,27 l/m;

volumul interior unitar al prajinilor grele Vig = 4,56 l/m;

volumul unitar al spatiului inelar in dreptul prajinilor de foraj Vsip = 62,7 l.m;

volumul unitar al spatiului inelar in dreptul prajinilor grele Vsig = 30,3 l.m;

volumul unitar al spatiului inelar in dreptul coloanei de ancoraj Vsia = 66,1 l.m.

Intrebari

1. Ce tractiune (compresiune) va trebui aplicata catre 1925 m pentru a deplasa garnitura de foraj catre suprafata (sau catre talpa)?

2. Ce masura imediata poate fi luata spre a reduce colajul (lipirea) garniturii de foraj?

3. Se va proceda la o tentativa de degajare spre suprafata sau spre talpa? De ce? 4. Ce tractiune, respectiv compresiune se vor realiza la adancimea de 1925 m? 5. Sa se determine volumul de petrol necesar pentru cazul aplicarii unei bai. 6. Volumul fluidului de refulare. 7. Ce se va intampla cand volumul de titei va ajunge deasupra acoperisului

rezervorului grezos? (rezervor grezos: 1450 1500 m).

Solutie

1. Aria de contact dintre prajinile grele si peretele sondei, conform relatiei 2 (conform si figurii nr. 7)

Ac = gD lc = 0,2 0,241 50 = 7,571 m2

Forta laterala de impingere a materialului tubular pe peretele gaurii de sonda este data

de relatia 1:

Fl = Ac (pgs pp) e

Presiunea din gaura de sonda in conditii dinamice, la adancimea HP = 1900 m

Pgs = f g Hp + phd = 1150 9,81 1900 + 7 105 = 221,34 bar

(aici se cunoaste cu precizie pp = 190 bar).

51

Deci

barppp pgs 34,3119034,221

In aceste conditii

Fl = 7,571 31,34 105 0,25 0,5 = 296,59 104 N = 296,59 tf

Cum forta provenita din greutatea portiunii libere a garniturii de foraj Fp = 75 tf, rezulta

ca forta de tractiune necesara pentru a deplasa garnitura catre suprafata ar fi:

Ft = Fp + Fl = 75 + 269,59 = 371,59 tf > Fad = 190 tf (?)

Pentru a realiza o compresiune, forta provenita din greutatea portiunii libere a garniturii

de foraj

Fp = 75 tf

52

Adica

1150 9,81 (1925 x) + x 890 9,81 = 192,8 105,

De unde rezulta x = 949 m

Volumul de petrol va fi

Vt = (1925 1870) 30,3 + 894 62,7 = 57 720 l 58 m3

Fig. 7.8 Volumul de petrol necesar aplicarii baii (schema)

6. Volumul de fluid de refulare

Vr = Vip + Vig + Vsi (1990 1925) =

= 9,27 1870 + 4,56 120 + 30,3 (1990 1925) = 19,825 m3. Evident, creandu-se un dezechilibru intre interiorul garniturii si spatiului inelar,

va trebui inchis ventilul aferent spatiului inelar, in momentul cand petrolul a ajuns la

destinatie. Spre a nu exista acest dezechilibru, atunci este nevoie sa se injecteze

suplimentar un volum de petrol (conform fig. nr. 8)

Vsupl = (1990 1925) 30,3 + 120 4,56 + 894 9,27 = 10 804 l = 10,8 m3

53

Deci, in acest caz, volumul total de titei va fi:

V = Vt + Vsupl = 58 + 10,8 = 68,8 m3 ,

iar volumul fluidului de refulare

Vr = 976 9,27 = 9,05 m3.

Observatii

Dezechilibrul creat intre interiorul garniturii si spatiul inelar, in cazul utilizarii unui volum de petrol de numai 58 m

3, ar fi de 949 (1150 890)

8,81 = 24,2 bar.

Fluidele usoare se aplica, asa cum s-a mai specificat, pentru a reduce adezivitatea si frecarile dintre prajini si turta de colmatare (prin actiuni fizice

sau chimice se reduce forta laterala Fl). Drept fluide usoare se recomanda:

petrol, emulsii inverse, gaz-oil cu lubrifianti, etc.

7. Situatia din gaura de sonda, in momentul in care coloana de petrol a ajuns deasupra acoperisului rezervorului grezos, este prezentata in fig. nr. 9.

Fig.7.9. Volumul de titei deaupra acoperisului

rezervorului grezos (schema)

54

Presiunea formatiunii la adancimea de 1450 m este

pp = 148 105 (1500 1450) 105 9,81 = 147,48 bar

Cand coloana de titei ajunge deasupra acoperisului stratului grezos gazeifer, se poate

scrie:

68,8 103 = (1450 1000) 62,7 + x 450) 66,1, de unde x

= 1064 m

Pentru cazul static, presiunea din gaura de sonda va fi

pgs = 1064 890 9,81 + 386 1150 9,81 = 136,44 bar,

deci pgs < pp = 147,48 bar ( barp 11 ).

Pentru cazul dinamic, corespunzator manevrei ascendente, pentru phd = 7 bar, rezulta un

dezechilibru strat sonda de 11 + 7 = 18 bar, deci pericolul imediat pentru o manifestare eruptiva.

Ce vom face?

Trebuie sa utilizam, in primul rand, un volum de titei mai putin ambitios. De exemplu, pentru cazul static

147, 48 105 = 890 9,81 x + (1450 x) 9,81 1150, De unde rezulta x = 631,22 m.

Cu alte cuvinte, trebuie redusa inaltimea coloanei de titei de la 1064 m la 631 m; pentru

cazul dinamic, trebuie determinata, in primul rand, valoarea exacta a presiunii

suplimentare hidrodinamice phd.

Cu o oarecare aproximatie, un volum de titei de 30 40 m3, adica o inaltime a coloanei acestuia in spatiul inelar de 300 400 m, este de bun augur.