Forajul Sondelor - Devierea Si Dirijarea Sondelor

UNIVERSITATEA “PETROL-GAZE” PLOIESTIFACULTATEA: INGINERIE DE PETROL SI GAZE

TEMĂ DE PROIECT LA

FORAJUL SONDELOR

(DEVIEREA ȘI DIRIJAREA SONDELOR)

STUDENT: ANUL: IV, GRUPA: 2 I. F. R.

ANUL 2011

1

DEVIEREA ŞI DIRIJAREA SONDELOR

În general,sondele sunt proiectate să fie forate vertical.însă,din diverse cauze ,in procesul

de forare sondele se abat de la traiectul vertical, abaterea respectivă fiind cunoscută sub denumirea

de deviere.

În unele situaţii sondele sunt conduse pe un traiect diferit de cel vertical, realizîndu-se aşa

numitul foraj dirijat sau direcţional.

Deoarece abaterile de la verticală ale sondei cu unghiuri de până la 3 grade nu crează

probleme deosebite în desfăsurarea normală a procesului de foraj,sondele care,pe întreg traiectul nu

prezintă înclinări mai mari decât cea menţionată se consideră sonde verticale.Sondele cu înclinări

mai mari sunt fie sonde deviate,fie sonde dirijate.

Într-un punct al traiectului său direcţia sondei este determinată de două unghiuri(fig.1):

Traiectul sondei

Tangent V

M

NORD

H

0

-unghiul de înclinare sau înclinarea ,α,care reprezintă unghiul dintre tangenta la axa sondei în

punctul considerat şi verticala locului, acest unghi este unghi zenital.

-unghiul de orientare sau orientarea sau azimutul ,ω,care reprezintă unghiul dintre proiecţia

tangentei pe plan orizontal şi o direcţie de referinţă din acelaşi plan;de regulă direcţia de referinţă

corespunde nordului magnetic sau a nordului geografic.

2

Pentru un punct de pe suprafaţa globului terestru ,unghiul dintre direcţia nordului

magnetic şi cea a nordului geografic reprezintă declinaţia magnetică a punctului

considerat.Deci,declinaţia este determinată de poziţia geografică a punctului.Datorită schimbării

poziţiei nordului magnetic declinaţia magnetică a punctului se schimbă şi ea în timp.

Planul vertical format de verticala şi tangenta punctului considerat de pe traiectul sondei

se numeşte plan apsidal.În fig.1 planul V este plan absidal.

1. Proiecţiile sondei

În scopul stabilirii cât mai exate a traiectului unei sonde se efectuează măsurători ale

înclinărilor şi azimuturilor punctelor de pe traiect.Obişnuit,asemenea măsurători se fac ,cu aparate

adecvate denumite înclinometre,în puncte sau staţii de pe traseul sondei.Cu cât distanţele dintre

punctele succesive de măsurare sunt mai mici cu atât traiectul obţinut prin calcul este apropiat de cel

real.

Există şi metode de determinare continuă a traiectului sondei chiar în timpul procesului

de forare,fapt care permite luarea de măsuri de corectare,în caz că sonda s-a abătut de la traiectul

stabilit.

Reprezentarea proiecţiilor punctelor sondei pe un plan vertical ce conţine gura sondei

se numeşte „proiecţie verticală”.În cazul unei sonde la care azimuturile punctelor au aceiaşi valoare

sau prezintă mici variaţii proiecţia verticală pe azimutul punctelor exprimă complet poziţia

sondei.Talpa sondei se va afla în această proiecţie verticală.

Pentru o sondă cu traiect spaţial,deci cu puncte având azimuturi diferite,se pot face o

multitudine de proiecţii verticale.În asemenea situaţie nici o proiecţie verticală nu va reflecta

traiectul real al sondei.Este recomandat ca drept plan vertical de proiecţie să se aleagă unul în care

sonda să apară cât mai puţin deformată.

Ca urmare a proiecţiei punctelor traiectului sondei pe un plan orizontal se obţine

proiecţia orizontală sau înclinograma sondei.

În figura 2 sunt reprezentate cele două proiecţii caracteristice ale sondei.

3

Distanţa măsurată între gura sondei ţi talpa sondei este lungimea sondei,L,iar distanţa

dintre gura sondei şi proiecţia pe verticală ce cuprinde gura sondei reprezintă adâncimea

sondei,H.Numai în cazul unei sonde perfect verticale lungimea şi adâncimea sunt egale.

Distanţa măsurată pe orizontală între un punct al traiectului şi verticala ce cuprinde gura

sondei se numeşte deplasare,A.Pentru talpă această distanţă reprezintă deplasarea tălpii,Az.

Proiecţia deplasării unui punct al traiectului pe un azimut dat se numeşte deplasare pe

direcţia dată.Dacă azimutul în discuţie corespunde cu azimutul urmărit în cazul forajului

dirijat,deplasarearespectivă se numeşte deplasarea pe direcţia ţintei.

2. Gradul de deviere

Între două puncte ale traseului unei sonde,situate la o distanţă relativ redusă între

ele,intervalul respectiv se poate prezenta sub mai multe forme:

rectiliniu vertical,cu α=0 şi ω=0;

rectiliniu înclinat,cu α=ct. şi ω=ct.;

4

curbiliniu în plan vertical, α≠ct. şi ω=ct.;

curbiliniu într-un plan oarecare,diferit de planul vertical sau de cel

orizontal,cu α≠ct. şi ω≠ct.;

rectiliniu în plan orizontal,cu α=900 şi ω=ct.;

curbiliniu în plan orizontal, cu α=900 şi ω≠ct.;

cu schimbare bruscă de înclinare sau de azimut; sonda este cu deviere bruscă

sau în formă de genunchi.

Pentru o caracterizare cât mai completă a intervalului se folosesc două mărimi:unghiul

total de deviere ”θ” şi intensitatea de deviere”i”.

5

2.1. Unghiul total de deviere

Dacă pe un interval al sondei are loc modificarea ambelor unghiuri

caracteristice,înclinarea α şi azimutul ω, s-a produs aşa numita deviere spaţială, caracterizată prin

unghiul total sau spaţial de deviere,θ.Acest unghi reprezintă unghiul dintre vectorii unitari ce

caracterizează direcţia sondei în punctul 1,respectiv in punctul 2,două puncte succesive de măsurare.

Unghiurile de înclinare ale sondei în cele două puncte sunt α1 şi α2,azimuturile sunt ω1 şi

ω2 iar vectorii unitari sunt v1 şi v2.(fig.3)

Unghiul total de deviere se determină cu relaţia:

θ= arcos[ cos α1*cos α2 + sin α1*sin α2*cos(ω1-ω2)]

care,după unele transformări poate fi scrisă sub forma :

θ= 2 arcsin

în care Δα=|α1-α2|

6

Δω=|ω1-ω2|

În condiţia unor variaţii mici ale unghiurilor de înclinare şi de azimut se poate utiliza relaţia:

θ= .

2.2. Intensităţi de deviere

Intensitatea de deviere,i,semnifică ritmul de schimbare a direcţiei sondei pe o lungime

L.Ea este exprimată prin relaţia :

i=

Intensitatea de deviere defineşte şi curbura sondei, c

Intre cele două mărimi există relaţia:

i=

Pe baza intensităţii de deviere,respective curburii se poate exprima raza de curbură,R,prin

relaţia :

R=

Intensitatea de deviere se exprimă în grade/m,grade/10m,grade/30m sau,în practica

americană,grade/100ft.

Obişnuit,în ţara noastră se utilizează forma grade/10m.

Există şi unele forme particulare de exprimare a intensităţii de deviere:

-intensitatea de deviere privind înclinarea,iα,care evidenţiază variaţia ănclinării cu

lungimea

iα=

-intensitatea de deviere privind orientarea,iω,care evidenţiază variaţia azimutului cu

lungimea.

iω=

-intensitatea de deviere în plan orizontal sau rotirea sondei,i 0,care se determină prin

relaţia

7

i0=

unde dα este proiecţia segmentului dL în plan orizontal iar α unghiul mediu de înclinare.

În condiţia a două puncte 1 şi 2, situate la distanţa ΔL şi cu unghiurile respective

α1,α2,ω1,ω2, relaţiile intensităţilor devin

i=

iα=

iω=

i0=

3. Stabilirea traseului sondelor

Este absolut necesară cunoaşterea cât mai exactă a traseului unei sonde.Determinarea

lui se face pe măsura adâncirii sondei pentru a fi eventual corectat sau modificat ,dacă este necesar,

după finalizarea sondei.

În mod obişnuit măsurarea celor trei mărimi ce determină poziţia

sondei ,înclinarea,azimutul şi lungimea,se face în puncte situate la anumite distanţe între

ele.Evaluarea înclinării şi azimutului în oricare alte puncte decât cele de măsurare impune:

Existenţa unui sistem de referinţă,anumite ipoteze privind forma traseului şi a metodei de

calcul adecvată acestei ipoteze.

În prezent există aparatură care măsoară în mod continuu cei trei parametrii menţionaţi

şi care calculează coordonatele sondei în orice punct al acestuia.De asemenea, aparatura furnizează

la suprafaţă profilul sondei în planele de proiecţie dorite sau chiar în viziune grafică spaţială.

Pentru a stabili traseul unei sonde este necesar un sistem de referinţă. Obişnuit se

alege un sistem de referinţă rectangular legat de direcţia meridianului magnetic sau geografic şi de

direcţia forţei de greutate verticală.se consideră ca axă N direcţia nordului magnetic,cu sensul pozitiv

spre nord,ca axă E o perpendiculară pe prima direcţie,cu sensul pozitiv spre est şi ca axă V

verticala,cu sensul pozitiv spre jos.Originea sistemului se consideră situată în centrul găurii

sondei,fie la nivelul solului,fie la nivelul mesei rotative.Pentru sondele marine originea se consideră

8

la nivelul mării.Traseul sondei se consideră pe axa sa.Un asemenea sistem rectangular este prezentat

în fig.4.

Variaţiile elementare ale coordonatelor corespunzătoare unei variaţii elementare de

lungime,dL,de-a lungul traseului axei sondei sunt:

dN=dA*cosω=dL*sinαcosω

dE=dA*sinω=dL*sinωsinα

dV=dLcosα

S-a notat cu A deplasarea orizontală spre a nu se face confuzie cu adâncimea,notată obişnuit

cu H.

Între două puncte succesive ale traseului,notate cu 1şi 2 variaţiile finite se obţin

prin integrarea variaţiilor elementare pe lungimea intervalului ΔL=L2-L1

ΔN=N2-N1=∫ sinα(L)*cosω(L)dL

ΔE=E2-E1=∫ sinα(L)*sinω(L)dL

9

ΔV=V2-V1=∫ cosα(L)dL

ΔA=

unde:L1 este lungimea sondei de la gaură până la punctul 1 şi L2 lungimea corespunzătoare

până la punctul 2.

Prin măsurătorile efectuate în sondă se cunosc valorile mărimilor α,ω şi L în punctele

respective.Pentru a avea imaginea traseului sondei se admite o anumită variaţie a mărimilor între

cele două puncte succesive.Uneori se foloseşte o metodă de netezire a funcţiilor α(L) şi ω(L).

Metode mai simple utilizează în calculul variaţiilor ΔN,ΔE,ΔV măsurătorile de înclinare şi

azimut în două puncte succesive.Forma curbei sau modelul geometric admise determină metoda de

stabilire a traseului sondei.Asemenea metode permit şi posibilitatea de interpretare,ceea ce înseamnă

posibilitatea determinării coordonatelor unor puncte altele decât cele în care s-au efectuat

măsurătorile de deviere.

Dintre multitudinea de metode de stabilirea prin calcul a traseului unei sonde ,la care s-au

efectuat măsurători în puncte sau staţii, se menţionează:

metoda unghiului mediu,UM;

metoda tangentelor sau a tangentelor la echilibru,TE;

metoda arcelor de cerc sau a curburii minime,CM;

metoda razei de curbură sau a curburii constante,RC;

metoda intensităţiilor de deviere constante,IC.

3.1. Metoda unghiului mediu, UM

Arcul de curbă sau segmentul de sondă dintre două puncte de măsurare succesive se

asimilează cu un segment de dreaptă de lungime egală cu cel al arcului de curbă,ΔL,având înclinarea

şi azimutul egale,fiecare,cu media unghiurilor respective măsurate în cele două puncte α1,α2,ω1,ω2.

La această metodă relaţiile de calcul sunt următoarele:

ΔN=ΔLsin

ΔE=ΔL

ΔV=ΔL

10

ΔA=

Metoda este relativ simplă şi conduce la rezultate relativ corecte când înclinările sunt

mari şi variaţiile azimutului sunt mici (azimutul este aproximativ constant).

3.2. Metoda tangentelor sau a tangentelor la echilibru,TE

Metoda este mai cunoscută şi sub numele de metoda tangentelor simetrice,metoda

trapezelor sau metoda acceleraţiei.

În cadrul acestei metode arcul de curbă dintre două puncte de măsurare ,1 şi 2,se

asimilează cu două segmente de dreaptă,fiecare segment de dreaptă fiind egal cu jumătatea lungimii

arcului de curbă.Deci,segmentele de dreaptă sunt egale.Primul segment are înclinarea şi azimutul din

punctul 1,iat al doilea segment înclinarea şi azimutul din punctul 2. Cele două segmente care de fapt

sunt două semitangente se află în general în plane diferite.Aceasta face ca pentru punctul calculat 2 '

coordonatele să nu coincidă cu cele ale punctului real 2.

În cadrul acestei metode relaţiile de calcul sunt următoarele :

Metoda conduce la rezultate satisfăcătoare în cazul schimbărilor dese de azimut.

3.3. Metoda arcelor de cerc sau a curburii minime,CM

La această metodă arcul de curbă dintre două puncte succesive,1 şi 2,se aproximează cu un

arc de cerc care are lungimea egală cu cea a arcului de curbă reală,ΔL şi cu raza R egală cu raportul

dintre lungimea arcului total de deviere,θ,acesta fiind unghiul dintre cele două puncte de măsurare.

Unghiul total de deviere se determină cu relaţia:

θ=arc cos[cosα1cosα2+sinα1sinα2cos(ω2-ω1)]

sau

11

θ=2arc cos

Pe baza cunoaşterii lungimii arcului,ΔL şi a unghiului total de deviere,θ,se calculează

factorul F.

F= pentru θ în radiani

sau

F= pentru θ în grade

În cadrul acestei metode relaţiile de calcul sunt următoarele :

Metoda mai este cunoscută şi sub numele de metoda razei maxime.Ea conduce la rezultate

bune la înclinări mici,α≤100 şi când au loc schimbări mari de azimut.

3.4. Metoda razei de curbură sau a curburii constante,RC

Metoda mai este denumită şi metoda spiralei cilindrice.la această metodă segmentul de sondă

dintre două puncte de măsurare,1 şi 2,se asimilează cu o curbă spaţială ale cărei proiecţii pe planul

apsidal (planul format de tangenta la un punct şi verticala punctului respectiv) şi planul orizontal cu

raza de curbură constantă(deci sunt arce de cerc) şi ale cărei tangente la capete au înclinările şi

azimuturile măsurate în acele puncte.

În metoda respectivă relaţiile de calcul sunt următoarele:

12

sau

În relaţiile de mai sus unghiurile α şi ω sunt exprimate în radiani.

3.5. Metoda intensităţilor de deviere constante,IC

Pentru această metodă,cunoscută şi sub denumirile : metoda variaţiei liniare a parametrilor de

deviere şi metoda parametrului natural,se presupune că între cele două puncte de măsurare,1 şi

2,variaţiile înclinării,α,şi cele ale azimutului,ω, de-a lungul segmentului respectiv sunt constante şi

definite cu ajutorul înclinărilor,respectiv ale azimuturilor din cele două puncte.

Iniţial se calculează intensităţile de deviere ale celor două unghiuri,α şi ω ,cu luarea în

consideraţie a valorilor măsurate la capetele segmentului.Astfel

intensitatea de variaţie a înclinării

intensitatea de variaţie a azimutului

Relaţiile de calcul ale variaţiilor coordonatelor între cele două puncte sunt următoarele:

În relaţiile de mai sus L2 şi L1 sunt distanţele (lungimile) măsurate de la punctul de origine

(gura sondei) până la punctele de la capetele segmentului. Unghiurile sunt în radiani.

13

3.6. Specificaţii privind stabilirea traseului sondei

a. Pentru metoda unghiului mediu,UM.

Punctele în care α=0 nu au azimut 0,se va considera un azimut mediu al

azimuturilor din punctele vecine.

La gaura sondei,unde α=0,se consideră ca azimut valoarea azimutului primului

punct de măsurare,ω0=ω1.

La trecerea de la cadranul 1(00-900) la cadranul 4 (2700-3600) media azimuturilor

punctelor de la capetele segmentului se face între azimutul primului punct

(cadranul 1)şi diferenţa până la 3600 a azimutului celui de al doilea punct

( cadranul 4 ).Astfel dacă ω1=200 şi ω2=3000 media nu este ωm= ci

ωm=

b. Pentru toate metodele de stabilire

Coordonatele de la capătul inferior al unui interval se obţine prin însumarea

algebrică a valorilor ΔN,ΔE şi ΔV de la gura sondei până la punctul considerat.

Astfel pentru un segment de traseu situat între punctele n-1 şi n corespund următoarele relaţii

Nn=

En=

Vn=

La gaura sondei (punctul 0 ) se consideră ω0-ω1

Proiecţia orizontală a segmentului se determină cu relaţia cunoscută

Deplasarea unui punct al traseului, care reprezintă distanţa măsurată în plan orizontal dintre

punctul respectiv şi verticala ce trece prin punctul de origine al sondei ( gura sondei), se determină

cu relaţia

14

Unghiul de orientare sau azimutul al unui punct al traseului,n . conform fig.5 se

determină cu relaţia

N

n

Nn

0 En E

Figura nr.5 Azimutul punctului „n”

Pentru cele patru coloane în care se poate situa punctul n relaţia de calcul a azimutului este

în cadranul I(0,90)

ωn=γn

în cadranul II(900,1800)

ωn=1800-γn

în cadranul III (1800,2700)

ωn=1800+γn

în cadranul IV (2700,3600)

ωn=3600-γn

Stabilirea traseului unei sonde se începe de la gura sondei (punctul 0 ) şi se

încheie la talpa sondei,trecînduse succesiv prin toate punctele rezultate din

măsurători .Din unirea proiecţiilor punctelor pe un plan orizontal cu un sistem

rectangular nord-sud ,est-vest,rezultă proiecţia orizontală a traseului sau

înclinograma sondei.

15

Pentru o sondă care are şiul coloanei de ancoraj de 133/8 tubate la adâncimea de 460m să se

stabilească construcţia dirijată cunoscându-se că azimutul ω=300 este constant,înclinarea este de

40/10m, iar după atingerea înclinării de 340 se sapă pe această valoare pâna la adâncimea de tubare

de 1105m.

Se vor calcula coordonatele ΔN,ΔE,ΔV,ΔA,pentru fiecare interval.

Intervalul 460m-470m

ΔN=Δl

sin

V=Δl*cos20=10*cos20=9,99m

Date la finalul intervalului

Nt1=0,30m ;Et1=0,175m ;Vt1=460+9,99=469,99m ;At1=0,35m


ΔN=Δl sin

ΔV=Δl*cos20=10*cos60=9,95m


Nt1=Nt1+ΔNt2=0,30+0,91=1,21 m ;

Et2= Et1+ΔEt2=0,175+0,52=0,695m

Vt2=Vt1+ΔVt2=469,99+9,95=479,94m

At2=At1+ΔAt2=1,048+0,35=1,398m

16


ΔN=Δl

sin



Nt3=Nt2+ΔNt3=1,21+1,50=2,71 m ;

Et3= Et2+ΔEt3=0,695+0,87=1,565m

Vt3=Vt2+ΔVt3=479,94+9,84=489,78m

At3=At2+ΔAt3=1,398+1,73=3,128m


ΔN=Δl sin



Nt4=Nt3+ΔNt4=2,71+2,095=4,805 m ;

Et4= Et3+ΔEt4=1,565+1,21=2,775m

Vt4=Vt3+ΔVt4=489,78+9,70=499,48m

At4=At3+ΔAt4=3,128+2,42=5,548m

17


ΔN=Δl sin



Nt5=Nt4+ΔNt5=4,805+2,68=7,485 m ;

Et5= Et4+ΔEt5=2,775+1,55=4,325m

Vt5=Vt4+ΔVt5=499,48+9,51=508,99m

At5=At4+ΔAt5=5,548+3,095=8,643m


ΔN=Δl sin



Nt6=Nt5+ΔNt6=7,485+3,24=10,725 m ;

Et6= Et5+ΔEt6=4,325+1,87=6,195m

Vt6=Vt5+ΔVt6=508,99+9,27=518,26m

At6=At5+ΔAt6=8,643+3,74=12,383m


ΔN=Δl sin

18



Nt7=Nt6+ΔNt7=10,725+3,80=14,525 m ;

Et7= Et6+ΔEt7=6,195+2,19=8,385m

Vt7=Vt6+ΔVt7=518,26+8,99=527,25m

At7=At6+ΔAt7=12,383+4,39=16,773m


ΔN=Δl sin



Nt8=Nt7+ΔNt8=14,525+4,33=18,855 m ;

Et8= Et7+ΔEt8=8,385+2,5=10,885m

Vt8=Vt7+ΔVt8=527,25+8,66=535,91m

At8=At7+ΔAt8=16,773+5=21,773m


ΔN=Δl sin


19


Nt9=Nt8+ΔNt9=18,855+2,36=21,215 m ;

Et9= Et8+ΔEt9=10,885+1,36=12,245m

Vt9=Vt8+ΔVt9=535,91+4,19=540,1m

At9=At8+ΔAt9=21,773+2,71=24,483m


ΔN=Δl sin

ΔV=Δl*cos20=560*cos340=464,26m


Nt10=Nt9+ΔNt10=21,215+271,2=292,415 m ;

Et10= Et9+ΔEt10=12,245+156,57=168,815m

Vt10=Vt9+ΔVt10=540,1+464,26=1004,36m

At10=At9+ΔAt10=24,483+313,15=337,633m

Datele obţinute se află în tabelul următor:

Nr staţi

e L α ω ΔN ΔE ΔV ΔA ω i Nt Et Vt=Ht At ωt

- m gr gr m m m m gr gr/10 m m m m grd0 0 0 - 0,00 0 0,00 0 - - 0,00 0,00 0,00 0,00 -1 10 4 30 0,30 0,175 9,99 0,35 30 4 0,30 0,175 469,99 0,35 302 20 8 30 0,91 0,52 9,95 1,05 30 4 1,21 0,695 479,94 1,398 303 30 12 30 1,5 0,87 9,84 1,73 30 4 2,71 1,565 489,78 3,128 304 40 16 30 2,09 1,21 9,70 2,42 30 4 4,81 2,775 499,48 5,548 305 50 18 30 2,68 1,55 9,51 3,09 30 4 7.48 4,325 508,99 8,643 306 60 22 30 3,24 1,87 9,27 3,74 30 4 10,7 6,195 518,26 12,38 307 70 26 30 3,80 2,19 8,99 4,39 30 4 14,5 8,385 527,25 16,77 30

8 80 30 30 4,33 2,5 8,66 5 30 4 18,5 10,8 535,91 21,7 30

20

9 85 34 30 2,36 1,36 4,19 2,71 30 4 21,2 12,2 540,1 24,4 3010 560 34 30 271 156 464 313 30 4 292 168 1004 337 30

Pentru aceaşi sondă ,după tubarea coloanei intermediare,de 95/8, aceasta se va săpa dirija pe

acelaşi azimut,ω=300 până se atinge înclinarea de 900, raza de curbură fiind de 200m.

Calculul coordonatelor ΔN,ΔE,ΔV,ΔA,pe acest interval se va face după aceaşi metodă a

unghiului mediu.

Intrvalul 1105m-1305m

ΔN=Δl sin

ΔV=Δl*cos620=200*cos620=93,9m


Nt11=Nt10+ΔNt11=292,415+152,9= 445,315m ;

Et11= Et10+ΔEt11=168,815+88,3=257,115m

Vt11=Vt10+ΔVt11=1105+93,9=1198,9m

At11=At10+ΔAt11=337,633+176,6=514,233m

După atingerea înclinării de 900 sonda se sapă orizontal până la atingerea adâncimii de

2135m.

Regimul de foraj pentru intervalul dirijat 460m-1105m este:

Qs=0,05l/s/cm2=0,05*As=0,05*760,23=38l/s

Gs=0,5t/cm diametru =0,5*Ds=0,5*311,2=15,56t

Gax=Gs*cos α=Gs*cos340=15,56t*cos340=12,90t

Gax=lg*q*g* ↔lg=

21

Pentru a realiza o apăsare pe sapă Gax=15,56t se va mării lungimea garniturii de prăjini

grele

lg=

Regimul de foraj pentru intervalul dirijat 1105m-2135m este:

Qs=0,05l/s/cm2=0,05*As=0,07*355,14=25l/s

Gs=0,5t/cm diametru =0,5*Ds=0,5*212,7=10,64t

Gax=Gs*cos α=Gs*cos340=10,64t*cos900=0t

Deoarece pe intervalul respectiv apăsarea pe sapă devine 0 atunci apăsarea

Gax=Gs=10,64t ,dar prăjinile grele şi eventual prăjinile de foraj Havy-Whaytese se vor amplasa pe

intervalul vertical.

Gax=lg*q*g* ↔lg=

COMBATEREA MANIFESTĂRILOR ERUPTIVE

Cele mai grave complicaţii ce se pot produce în procesul forării unei sonde sunt erupţiile

libere necontrolate.Se poate ajunge la situaţii catastrofale.

La o sondă în foraj, dacă presiunea hidrostatică a coloanei de fluid de foraj este inferioară

presiunii fluidului existent într-un strat permeabil sau fisurat,sonda respectivă intră în aşa numita

manifestare eruptivă.Fluidul din strat pătrunde în sondă, iar din sondă este expulzat fluid de foraj.

Cât timp din sondă iese numai fluid de foraj se consideră că sonda se află în faza de

manifestare eruptivă.Dacă,din anumite motive ,sonda nu a fost închisă ieşirea de fluid de foraj

devine mai intensă şi cu cantităţi din ce în ce mai mari de fluid provenit din strat .Se ajunge la

situaţia când din sondă iese numai fluid din strat,În această situaţie sonda a intrat în faza de erupţie

liberă.În caz că sonda nu mai poate fi ţinută sub control ea se află în erupţie liberă necontrolată.

O manifestare eruptivă trebuie oprită şi rezolvată în cel mai scurt timp posibil.Se procedează

la închiderea prevenitorului de erupţie montat la gura sondei.După închidere,funcţie de condiţiile

22

specifice situaţiei se operează pentru readucerea sondei sub control prin umplerea acestuia cu un

fluid de foraj de o anumită densitate prin care se crează asupra stratului de aflux o presiune

hidrostatică superioară presiunii de strat.Operaţia de readucere sub control prin introducerea de fluid

de foraj îngreuiat este cunoscută şi sub denumirea de « omorâre de sondă ».

Foarte multe manifestări eruptive se produc în procesul de evacuare a sapei,când se pătrunde

într-un strat cu fluide sub presiune ridicată.Afluxul de fluid din strat în sondă are loc de la talpa

sondei din momentul respectiv.

Dintre sintomele manifestărilor eruptive ce au loc în timpul procesului de evansare a sapei,ca

mai importante se menţionează :

creşte debitul de fluid la ieşirea din sondă faţă de debitul pompat în

circulaţie ,ca urmare creşte nivelul la habele de fluid de foraj aflate pe circuit;

creşte nejustificat viteza de avansare a sapei deşi regimul de foraj nu s-a

modificat şi nu se aşteaptă pătrunderea într-o rocă mai slabă ;creşterea de viteză se datoreşte

numai scăderii presiunii diferenţiale dintre presiunea din sondă şi presiunea de strat ;

la oprirea pompelor din sondă continuă să iasă fluid de foraj,ieşirea

accetuându-se în timp;

se reduce perioada de pompare,însoţită de o creştere a frecvenţei curselor la

pompe ;fluidul de foraj din spaţiul inelar este împins către suprafaţă de fluidul pătruns din strat,care

are o presiune mai mare;

scade densitatea fluidului din spaţiu inelar,în urma pătrunderii unor

fluide mai uşoare ;ca urmare se reduce şi efectul de flotabilitate la garnitura de foraj şi deci

creşte sarcina la cârligul macaralei.

1. Caracterizarea generală a combaterii manifestărilor eruptive

Majoritatea manifestărilor eruptive se combat prin circulaţie directă,metodele de combatere

aplicate fiind caracterizate prin mai multe elemente comune:

ridicarea garniturii de foraj astfel ca prăjina de antrenare să se afle deasupra

prevenitorului de erupţie;

închiderea sondei atât a interiorului garniturii de foraj,cât şi a spaţiului

inelar;după închidere se notează presiunile de la garnitură şi de la coloană;

23

pomparea pe întreaga durată a operaţiei de combatere a unui debit de fluid de

foraj cu valoare redusă,care reprezintă 25---50% din debitul normal de

lucru,Qr=(0,25---0,50)Qi;

În cele mai multe cazuri se lucrează în condiţia Qr=0,50Qi;debitul redus conduce la presiuni

mici de circulaţie,presiuni necesare învingerii rezistenţelor hidraulice din circuit;

reducerea debitului se obţine prin reducerea corespunzătoare a frecvenţei de

lucru a pompelor;

urmărirea continuă a presiunii la garnitura de foraj,deci la intrarea în sondă,pe

întreaga durată a operaţiei de combatere şi asigurarea, în orice moment a unei

presiuni care să menţină la nivelul stratului de aflux o contrapresiune egală

sau cel puţin superioară presiunii de strat;în operaţia de combatere a

manifestării garnitura de foraj joacă rolul unui tub manometric;

urmărirea presiunii la coloană (la prevenitor),pentru evitarea deteriorării

coloanei la solicitarea de presiune interioară,având în vedere faptul că

burlanele ar putea fi slăbite datorită lucrului în interiorul lor la continuarea

forajului;urmărirea presiunii la coloană mai are drept scop evitarea depăşirii

presiunii admisibile a prevenitoarelor şi evitarea fisurării unor roci deschise

de sondă sub baza coloanei;zona cea în care se pot produce asemenea fisurări

se află,în cele mai multe cazuri,imediat sub baza coloanei;se face remarca

unei cunoaşteri exacte a presiunii de fisurare în această zonă,ea fiind

determinată practic înainte de continuarea forajului;

obţinerea valorilor presiunilor admise corespunzătoare fiecărui moment al

operaţiei de combatere se face prin reglarea presiunii la coloană cu ajutorul

duzelor reglabile ale prevenitorului de erupţie;se face precizarea că la o

schimbare de presiune nu se admite schimbarea debitului;acesta trebuie

menţinut constant,la valoarea stabilită,pe toată durata operaţiei;

urmărirea volumului de fluid de foraj la haba de circulaţie permite

cunoaşterea naturii fluidului pătruns în sondă;dacă fluidul pătruns este lichid

plusul de volum ieşit din sondă,ΔV,rămâne constant,iar dacă fluidul pătruns

este gaz sau amestec gaz-lichid plusul de volum creşte continuu până când

asemenea fluid a ajuns la suprafaţă;în cazul fluidului cu gaz creşterea

volumului este dată de destinderea gazului ca urmare a reducerii presiunii în

deplasarea spre suprafaţă.

24

Trebuie menţionat că indicaţiile manometrelor de la garnitura de foraj şi de la coloană,

împreună cu variaţia volumului de fluid la habă constitue elementele de bază în determinarea

presiunii de strat,Pst,natura fluidului pătruns şi densitatea fluidului de foraj necesar omorârii

sondei.De asemenea mărimile urmărite servesc la conducerea corectă a procesului de readucere a

sondei sub control.

2. Metode de combatere a manifestărilor eruptive

După închiderea unei sonde intrată în manifestare eruptivă situaţia ei trebuie normalizată într-

un timp cât mai scurt posibil.Se îndepărtează fluidele pătrunse din strat şi se umple sonda cu un fluid

de foraj cu densitatea necesară siguranţei sondei.După aceea se continuă lucrările la sonda

respectivă.

Metodele de combatere ale unei manifestări eruptive se aleg în funcţie de mai mulţi factori:

-prezenţa în sondă şi adâncimea la care se află introdusă garnitura de foraj;

posibilitatea de a realiza circulaţie normală în sondă;

disponibilităţile de fluid de foraj îngruiat sau de materiale pentru îngreuiere;

facilităţile de realizare a îngreunării fluidului de foraj;

rezistenţele coloanei,prevenitoarelor şi a rocilor aflate sub baza coloanei;

experienţa personalului.

Mai înainte s-a menţionat că pentru combaterea unei manifestări eruptive se cere menţinerea

unei presiuni constante la nivelul stratului care debitează,la o valoare cel puţin egală cu presiunea

fluidului din strat.

Presiunea asupra stratului se urmăreşte indirect,prin intermediul unor indicaţii de la

suprafaţă.În acest sens se deosebesc două categorii de metode de combatere:

cu urmărirea presiunii la garnitura de foraj în majoritatea cazurilor la încărcător;

cu urmărirea presiunii la coloană (la prevenitor) şi a variaţiei volumului la haba

de circulaţie ;asemenea metode se mai numesc metode volumice.

Metodele din prima categorie sunt cele mai simple ,mai precise.De aceea sunt utilizate în

majoritatea cazurilor.

În ceea ce priveşte combaterea prin circulaţie directă cu urmărirea presiunii la prăjini, se

deosebesc trei metode sau variante :

25

A. Metoda inginerului sau metoda aşteaptă şi îngreuiază(WALT AND WEIGHT METHOD) la

care fluidul contaminat din spaţiul inelar se evacuează simultan cu pomparea fluidului de

foraj îngreuiat la densitatea necesară readucerii sondei sub control;deci,la această metodă

operaţia se efectuează într-o singură etapă sau fază;metoda reclamă un timp de aşteptare cu

gura sondei închisă ,timp în care se prepară fluidul de foraj îngreuiat,însă operaţia propiu-zisă

de omorâre a sondei durează cel mai puţin,iar presiunile din spaţiul inelar au valori mai mici

decât la alte metode;

B. metoda sondorului şef (DRILLR’S METHOD) la care fluidul contaminat din spaţiul inelar

este înlocuit cu cel având densitatea necesară readucerii sondei sub control; la această metodă

se efectuează două etape sau faze: prima,de evacuare a fluidului contaminat şi a doua,de

umplere a sondei cu fluid îngreuiat: se face menţiunea că operaţia dureză mai mult iar

presiunile create în spaţiul inelar sunt mai mari decât la metoda inginerului.

C. metoda concomitentă la care pomparea începe imediat după închiderea sondei cu un fluid

îngreuiat care depinde de disponibilităţile de materiale de îngreuiere şi de pompare în

sondă;metoda este cea mai rapidă dar şi mai dificil de condus:presiunea ce trebuie menţinută

la garnitura de foraj la un anumit moment dat este funcţie de poziţiile ocupate în garnitura de

foraj de diversele „pachete”de fluide de densităţile necesare.

Dintre cele trei metode mai sus menţionate o atenţie mai mare se acordă primelor

două:metoda inginerului şi metoda sondorului şef.În cele mai multe cazuri se utilizează metoda

inginerului ,ea fiind mai uşor de aplicat şi cu riscuri mai mici în ceea ce priveşte presiunile din

spaţiul inelar.

În cele ce urmează se consideră o situaţie simplă:manifestarea are loc în timpul

forajului,dintr-un strat aflat la talpa sondei,fluidul pătruns din strat umple spaţiul inelar pe o anumită

înălţime la partea inferioară a sondei,iar sonda a fost închisă, atât la garnitura de foraj,cât şi la spaţiul

inelar(fig.1)

26

La finele operaţiei de combatere a manifestării eruptive fluidul pătruns din strat în sondă este

complet evacuat.În sondă se află fluid de foraj cu densitatea corespunzătoare menţinerii stratului de

aflux sub control,ρnf(fig.2).

În această situaţie presiunea la coloană este zero,pc=0,Dacă în sondă se continuă circulaţia cu

debit redus,Qr,presiunea la garnitura de foraj este cea necesară învingerii rezistenţelor

hidraulice,pg=pfr;la oprirea circulaţiei presiunea la garnitura de foraj este zero,pg=0.În figurile 1şi 2

notaţiile respective au următoarele semnificaţii:

- H-adâncimea sondei în momentul producerii manifestării eruptive;

- Hc-adâncimea de introducere a ultimei coloane tubate inaintea producerii manifestării;

- lg- lungimea prăjinilor grele din compunerea garniturii de foraj;

- ht-înălţimea de ridicare a fluidului pătruns din strat în sondă în momentul închiderii

sondei;obişnuit se consideră că pe intervalul respectiv se află numai fluid pătruns din strat;

- Dsd-diametrul sondei;

- Dic-diametrul interior mediu al coloanei de tubare;diametrul nominal (exterior) al coloanei

respective se notează cu Dc;

- dg-diametrul nominal al prăjinilor grele;diametrul interior al prăjinilor respective se notează

cu dig;

- dp-diametrul nominal al prăjinilor de foraj;diametrul interior al prăjinilor respective se

notează cu dip;

- ρni-densitatea fluidului de foraj în momentul producerii manifestării(densitatea iniţială)

- ρnf-densitatea fluidului de foraj îngreuiat, necesară pentru aducerea sondei sub

control(densitatea finală)

27

- ρat-densitatea fluidului pătruns în sondă (a afluxului în condiţiile de la talpa sondei)

- pst-presiunea de strat(presiunea fluidului pătruns din strat în sondă)

- pg-presiunea de la partea superioară a garniturii de foraj,după închiderea sondei

- pc-presiunea de la partea superioară a coloanei de tubare(la prevenitoare),după închiderea

sondei.

3. Date necesare combaterii manifestărilor eruptive

Pentru aplicarea unei metode de combatere prin circulaţie a unei manifestări eruptive

se impune cunoaşterea unei multitudini de date ,divizate în trei categorii:

-caracteristica procesului normal de foraj;

-obţinute după închiderea sondei în cazul apariţiei manifestării eruptive ;

-calculate înaintea începerii operaţiei de combatere şi urmărite în timpul acestei

operaţii.

3.1. Date caracteristice procesului normal de foraj

În fiecare moment al procesului de foraj se impune cunoaşterea şi ţinerea în evidenţă a

următoarelor date:

- adâncimea de lucru,H;

- -construcţia (arhitectura) sondei realizată :coloanele introduse în sondă

(diametrele,componenţa şi caracteristicile de rezistenţă ale burlanelor ;interesează ,în

deosebi, datele referitoare la ultima coloană introdusă în sondă deoarece aceasta va fi

supusă la solicitări suplimentare pe durata operaţiei de combatere;

- componenţa ansamblului de foraj:sapă(ca diametru),prăjini grele (ca diametru şi

lungime) prăjini de foraj şi eventual prăjini de foraj intermediare (ca diametru şi

lungime) şi prăjină de antrenare ;

- componenţa şi caracteristicile funcţionale şi de rezistenţă ale instalaţiei de

prevenitoare de erupţie;

- volumele caracteristice din sondă :interiorul garniturii de foraj şi spaţiile inelare din

diferitele zone ale spaţiului inelar;

- densitatea fluidului de foraj în circulaţie ,ρni;

28

- debitul normal de fluid în circulaţie ,Qi şi condiţiile de lucru ale pompelor

corespunzătoare realizării acestui debit :tip şi număr de pompe active ,diametre de

pistoane şi frecvenţă de lucru,fi;

- timpii necesari de circulaţie şi numerele de curse duble la pompe pentru fiecare din

volumele caracteristice menţionate ,în condiţiile debitului normal de fluid de foraj ;

- presiunea de lucru a pompelor ,corespunzătoare învingerii rezistenţelor hidrodinamice

la circulaţia fluidului de foraj în sondă ,pfri;

- nivelul normal al fluidului de foraj în haba de circulaţie aflată pe traiectul fluidului la

ieşirea din sondă ;

- temperaturile de la talpa sondei,în condiţia unui gradient geotermic dat,T t şi ale

fluidului de foraj la suprafaţă,la ieşirea din sondă,Ts..

3.2. Date înregistrate după închiderea sondei

La sesizarea apariţiei unei manifestări eruptive se opreşte circulaţia,se inchide sonda,atât la

interiorul garniturii de foraj,cât şi la spaţiul inelar şi se notează datele :

- presiunea la garnitura de foraj,pgi;obişnuit,această presiune se obţine la

încărcător,dacă garnitura de foraj este echipată la interior cu un ventil de

reţinere,presiunea la garnitură se obţine prin pomparea cu pompa pornită

uşor,fapt care permite deschiderea ventilului de reţinere şi obţinerea presiunii la

garnitura de foraj ;

- presiunea la coloană ,la gura sondei în spaţiul inelar,pci,după închiderea

prevenitorului pe exteriorul prăjinilor de foraj şi a duzei reglabile de pe

manifoldul de erupţie al instalaţiei de prevenitoare ;

- volumul de fluid de foraj deversat din sondă ,ΔV,considerat egal cu volumul de

fluid pătruns din strat în sondă ;acest volum este determinat de creşterea

nivelului fluidului de foraj la haba de circulaţie.

29

3.3. Date stabilite prin calcul înainte de începerea operaţiei de combatere

Pe baza datelor cunoscute se calculează :

- debitul redus de circulaţie a fluidului de foraj,care se păstrează constant pe

întreaga operaţie de readucere a sondei sub control,Qr ;

Qr=(0,25-----0,50)Qi ;

- frecvenţa de lucru a pompelor corespunzătoare debitului redus,fr

fr=(0,25------0,50)fi;

- timpii de circulaţie corespunzătoare debitului redus pentru volumele de fluid

caracteristice,precum şi numerele de curse ale pistoanelor pompelor, pentru

fiecare din timpii calculaţi;

- presiunea fluidului pătruns în sondă(presiunea de strat),pst,deoarece garnitura de

foraj joacă rolul unui tub manometric, presiunea de strat este egală cu suma

presiunii citită la manometrul de la intrarea în sondă,pgi,presiunea hidrostatică a

coloanei de fluid din interiorul garniturii de foraj (v.fig.1)

pst=pgi + ρnigH

înălţimea coloanei de fluid pătruns din strat în spaţiul inelar până în momentul

închiderii sondei,ht,pentru aceasta se compară volumul de fluid deversat din

sondă,ΔV,cu volumul spaţiului inelar din zona prăjinilor grele ,Vepg=

;rezultă două posibilităţi:

dacă ΔV<Vepg înălţimea coloanei de fluid pătruns nu depăşeşte

lungimea prăjinilor grele,ht<hg,atunci

ht=

dacă ΔV>Vepg înălţimea coloanei de fluid pătruns este mai mare

decât lungimea prăjinilor grele;fluidul pătruns a ajuns şi în spaţiul

inelar din zona prăjinilor de foraj şi deci

ht= ;

30

densitatea fluidului de foraj îngreuiat cu care trebuie să se umple sonda pentru

readucerea acesteia sub control,ρnf ; la limită această densitate este

ρnf = ;

uneori se ia în considerare şi un plus de presiune pentru siguranţă şi atunci

ρnf=

luându-se ca siguranţă o presiune de 3----6bar. pentru fiecare mie de metrii adâncime ;de

asemenea,pentru siguranţă se mai poate admite un plus de densitata la fluidul de foraj de 50kg/m3 ;

În cele mai multe cazuri se lucrează fără considerarea unei presiuni de siguranţă. Presiunea

hidrostatică a coloanei de fluid pătruns în sondă, în condiţiile de la baza sondei, după închiderea

prevenitorului de erupţie ;conform fig.1,din relaţia presiunilor statice din spaţiul inelar rezultă

pst=pci+ρnig(H-ht) +paf

de unde rezultă presiunea dată de fluidul pătruns(de aflux)

paf=pst-ρnig(H-ht)-pci=pgi-pci+ρnight

pci reprezintă presiunea de la coloană cu sonda închisă.

În cazul unui fluid gazos,la deplasarea în sus prin spaţiul inelar înălţimea dopului creşte

datorită scăderii densităţii ca urmare a scăderii presiunii.Se consideră că presiunea de aflux rămâne

constantă pe toată durata de combatere a manifestării,în condiţia păstrării constante sau cu variaţii

mici ale ariei secţiunii transversale a spaţiului inelar,paf=ct.Se face precizarea că presiunea de aflux

reprezintă diferenţa dintre presiunile de la capetele dopului de fluid pătruns.

Densitatea medie a fluidului pătruns în condiţia de la baza sondei,ρaft, care permite aprecierea

naturii fluidului

Ρaft=

Dacă ρaft≤ 400---500kg/m3 fluidul este gazos sau predominant gazos,în amestec cu cantităţi

reduse de lichid.Dacă ρaft>750---800 kg/m3 fluidul este predominant lichid,iar dacă ρaft>1000 kg/m3

fluidul este în mod sigur apă de zăcământ.

În cazul unui fluid gazos,fapt care se constată în cele mai multe cazuri şi considerând că

gazul respectiv poate fi considerat gaz perfect,deci cu un coeficient de neidealitate Z=1,indiferent de

presiune şi temperatură,la o presiune standard pn=p0=1bar. Şi o temperatură, ts=200C(Ts=20+2730K),

fapt care corespunde condiţiilor de la suprafaţă fluidul gazos are densitatea

31

Ρafs=ρaft

unde Tt reprezintă temperatura la talpa sondei

Tt=ΓtH+2730C ,0K

- presiunea de circulaţie în sondă la debit redus a fluidului de foraj existent în sondă,cu

densitatea ρni

pfrcr= pfri

pfri fiind presiunea corespunzătoare debitului normal,Qi

- presiunea de circulaţie în sondă la debitul redus a fluidului de foraj îngreuiat

pfrfr= pfrir

3.4. Date rezultate din urmărirea sondei în desfăşurarea operaţiei de combatere a

manifestării

Pe întreaga durată a operaţiei de readucere sub control a unei sonde în manifestare eruptivă

se urmăresc următoarele mărimi:

- presiunea la garnitura de foraj,respectiv la intrarea în sondă,pg;

- presiunea la coloană,respectiv la ieţirea din sondă pc

- volumul de fluid de foraj ieşit din sondă,ΔV.

- debitul de fluid la ieşirea din sondă.

Urmărirea celor două presiuni este necesară deoarece;

-valoarea presiunii la garnitura de foraj permite cunoaşterea presiunii

exercitată asupra stratului de aflux;această presiune este dată de însumarea

presiunii de pompare,presiunii hidrostatice a coloanei de fluid de foraj şi

eventual ,presiunii de siguranţă;

valoarea presiunii la coloană permite cunoaşterea stării de solicitare a

coloanei,a prevenitoarelor şi a stratelor de roci aflate sub baza coloanei.

Din urmărirea volumului şi a debitului la ieşirea din sondă se obţin date suplimentare privind

desfăşurarea operaţiei.32

În cele ce urmează sunt prezentate datele de bază ale unui combateri de manifestare şi

variaţia normală a mărimilor caracteristice pentru două metode de combatere : a inginerului şi a

sondorului şef.

4. Combaterea manifestării eruptive într-o etapă (metoda inginerului )

După inchiderea sondei se începe îngreuierea fluidului de foraj la densitatea necesară

readucerii sondei sub control ρnf. Operaţia de combatere prin pomparea de fluid de foraj îngreuiat

începe după ce s-a realizat un volum de fluid îngreuiat egal cu cel al sondei.

Momentele caracteristice în operaţia de combatere a manifestărilor eruptive prin metoda

inginerului sunt date în fig.3

momentul de început al operaţiei;sonda este închisă şi în spaţiul inelar la partea inferioară se

află fluid pătruns din strat pe înălţimea ht;volumul de fluid pompat,Va=0 ;

momentul în care fluidul de foraj îngreuiat a ajuns la partea de jos a garniturii de foraj;fluidul

de foraj existent iniţial în interiorul garniturii de foraj se află în spaţiul inelar pe înălţimea

H2,fluidul gazos pătruns în sondă s-a deplasat spre partea de sus a sondei şi datorită

destinderii ocupă o înălţime hg>ht,iar deasupra fluidului gazos se află fluid de foraj cu

densitatea iniţială,ρni,pe o înălţime H-H2-h;volumul de fluid pompat în sondă,Vb=Vig.

momentul în care fluidul pătruns din strat a ajuns la partea superioară a sondei şi are

înălţimea hs;sub el se află fluid de foraj cu densitatea iniţială,ρni pe înălţimea H2,volumul lui

fiind egal cu volumul interior al garniturii de foraj,iar la partea inferioară a spaţiului inelar se

află fluid îngreuiat,pe înălţimea H1=H-H2-hs ;volumul de fluid pompat în sondă până în acest

moment Vc=Vigf+H1Asi ; Asi fiind aria secţiunii transversale a spaţiului inelar;

momentul evacuării fluidului pătruns din strat în sondă;în spaţiul inelar se află fluid de foraj

cu densitatea iniţială,ρni,pe înălţimea H2 şi fluid de foraj îngreuiat,cu densitatea finală,ρnf,pe

înălţimea H1=H-H2 ;volumul de fluid pompat în sondă până în acest moment este egal cu

volumul fluidului îngreuiat pompat Va=Vig+H1Ae=Vig+(H-H2)Ae ;

33

momentul finalului operaţiei ;sonda este plină cu fluid îngreuiat,ρnf;volumul de fluid pompat

este egal cu suma volumului interiorului garniturii de foraj şi spaţiului inelar Ve=Vig+Vsi.

4.1. Presiunile la garnitura de foraj

Momentul 1

Volumul pompat Va=0

Presiuni la garnitura de foraj

- în condiţii statice (fără circulaţie) –punctul 1

pg1=pgi

pgi fiind presiunea citită la garnitură după înghiderea sondei.

- in condiţii dinamice (cu circulaţie) ;la presiunea statică se adaugă presiunea de

circulaţie, pentru învingerea rezistenţelor hidraulice,corespunzătoare debitului

redus,Qr şi eventual,presiunea de siguranţă,psig,acestei situaţii îi corespunde

punctul 3.

pgs=pgi+pfriv+psig.

Momentul 2

Volumul pompat Vb=Vigf

Presiunile la garnitura de foraj :

- în condiţii statice-punctul 2 deoarece garnitura de foraj este plină cu fluid de foraj

cu densitatea finală,ρnf,presiunea la garnitura de foraj este zero.

Pg2=0

- în condiţii dinamice există numai presiunea de circulaţie,deoarece căderile de

presiune în spaţiul inelar sunt mici ele se neglijeajă,acestei situaţii îi corespunde

punctul 4,fluidul pompat fiind fluid îngreuiat,ρnf

Pg4=pfrfr+psig

Momentul 3,4 şi 5

Volumele pompate sunt respectiv Vc,Vd şi Ve.Din punctul de vedere al presiunii la garnitura

de foraj semnificaţie are numai Ve.

Ve=Vipf+Vsi

Presiunile la garnitura de foraj

- în condiţiile statice presiunile sunt egale cu zero,ca şi în momentul b,punctul 3

34

p3=0

- în condiţii dinamice presiunea la garniture de foraj se menţine la valoarea

corespunzătoare aceluiaşi moment b

p5=p4=pfrfr+psig

4.2. Presiunile la coloana de tubare

Deoarece căderea de presiune în spaţiul inelar se neglijeajă presiunile statică şi dinamică la

coloană sunt considerate egale.

Variaţia presiunii la coloană,presiune citită la manometrul aflat în înaintea duzei reglabile de

manevră,nu serveşte la conducerea operaţiei de combatere a manifestării eruptive.Variaţia respectivă

are un caracter complex,ea depinzând de :volumul şi natura fluidului pătruns din strat în

sondă,densităţile fluidului de foraj dinainte şi după îngreuiere,mărimile spaţiilor inelare în diferite

zone ale sondei,fenomenul de migrare a gazelor prin fluidul de foraj etc.

Datorită faptului că presiunea pe talpă rămâne constantă tot timpul operaţiei şi că înălţimea

coloanei de fluid de foraj aflat sub dopul de fluid pătruns în sondă este cunoscută din volumul de

fluid de foraj pompat în sondă,presiunea existentă la baza dopului poate fi calculată.Înălţimea

dopului se poate determina din creşterea de volum la habe şi din relaţii de comportament,când în

sondă au pătruns gaze.În final se determină presiunea la coloană,pc şi dacă este cazul,în zona de sub

baza coloanei,unde se pot produce fisurări de roci.

Momentul 1-punctul 1

Volumul de fluid pompat,Va=0

Presiunea la coloană este cea indicată de manometrul de la prevenitor,cu duza închisă,la care

se adaugă dacă este cazul presiunea de siguranţă

pca=pci+psig=pst+psig-ρsig(H-ht)-ρat*g*ht


Volumul de fluid pompat este egal cu volumul interior al garniturii de foraj,Vb=Vigf

În ceea ce priveşte presiunea la coloană între momentul a şi b ,în care se pompează fluid de

foraj îngreuiat iar fluidul pătruns în sondă se ridică în spaţiul inelar,se face precizarea că pentru un

fluid gazos înălţimea lui,h ,creşte continuu în timp ce înălţimea ocupată de fluidul de foraj cu

35

densitatea ρni scade.Ca urmare,pentru asigurarea condiţiei de bază,de menţinere constantă a presiunii

la talpă, presiunea coloanei,pc,creşte continuu.Astfel pcb>pca.

Cu o oarecare aproximaţie ,pentru aprecierea creşterii înălţimii dopului de gaze în deplasarea

sa spre suprafaţă se consideră o situaţie simplificată;gazul pătruns este asimilat cu un gaz perfect,

influenţa schimbării temperaturii este nesemnificativă iar aria spaţiului inelar dintre sondă şi

garnitura de foraj este constantă.În aceste condiţii volumul ocupat de gaze şi ca urmare,înălţimea

dopului de fluid gazos cresc proporţional cu scăderea presiunii hidrostatice a coloanei de fluid de

foraj deasupra dopului,respectiv cu scăderea înălţimii coloanei de fluid de foraj dintre dop şi gura

sondei.

Deci,creşterea pe unitatea de înălţime a sondei este dată de relaţia

Δh=

Unde hs şi ht sunt înălţimile dopului de gaze în punctele extreme ale sondei.

Pentru momentul b se poate scrie

Hgb=ht+ΔH*Hb=ht+

Unde Hb=H-H2-hgb

În aceste condiţii relaţia presiunii de strat devine

pst=pcb+paf+ρni*g*(H2+Hb)-psig

de unde relaţia

pcb=pst-paf-ρni*g*(H-hgb)+psig

care în final .poate fi scrisă

pcb=pst-paf-ρni*g*H+ρni*g*[ht(1+ +psig]

Se poate observa că pcb depinde de înălţimea dopului de gaze când acesta a ajuns cu capătul

superior la suprafaţă (momentul c);valoarea lui hseste funcţie de presiunea la coloană în momentul c.


Volumul de fluid de foraj pompat în sondă este

Vc=Vsi-Asi*hs=Vigf+Asip*H1=Vig+Asip*(H-H2-hg)=Vsi-ΔV

unde Vigf este volumul interior al garniturii de foraj şi Asip aria secţiunii transversale a

spaţiului inelar în zona prăjinilor.

36

Valoarea presiunii la coloană depinde de natura fluidului pătruns din strat în sondă.

În cazul unui fluid lichid,incompresibil,volumul afluxului se păstrează constant pe întreg

traiectul de la talpă până la suprafaţă.Densitatea fluidului rămâne neschimbată.Presiunea afluxului

paf=ρaf*g*h

Dacă hs=ht=h,conform fig.3 pentru momentul c presiunea la coloană va fi

pcc=pst-ρnf*g*H1-ρni*g*H2-ρaf+psig

În cazul unui fluid gazos,în momentul în care fluidul respectiv a ajuns la suprafaţă el este

supus celei mai mici presiuni şi ca urmare,ajunge la înălţimea maximă hs=hmax.În

consecinţă,înălţimea coloanei de fluid de foraj aflată sub dopul de gaze ajunge la valoarea sa

minimă.

Pentru a asigura pe strat o presiune care să nu permită aflux de fluid în sondă la partea

superioară a sondei,la coloană,se menţine o presiune ce atinge valoarea maximă,respectiv cea mai

mare valoare din timpul operaţiei de combatere a manifestării,pcmax.

Deci în momentul c, pcc=pcmax.

Relaţia presiunii în coloană în situaţia de mai sus devine(fig. 3)

pcmax=pst-ρnf*g*H1-ρni*g*H2-paf-psig

şi ţinând seama că H1=H-H2-hs

pcmax=pst-(ρnf-ρni)*g*H+(ρnf-ρni)*g*H2+ρnf*g*hs-paf+psig

Dacă se consideră un gaz perfect şi condiţia neglijării influenţei temperaturii se poate scrie

pst*ht=pcmax*hs

de unde rezultă

hs=

În această situaţie relaţia presiunii la alarmă devine

pcmax=pst-ρnf*g*H+(ρnf-ρni)*g*H2-paf+psig+

care este o ecuaţie de gradul doi având forma

p2cmax-[pst-ρnf*g*H+(ρnf-ρni)*g*H2-paf+psig]*pcmax-ρnf*g*ht*pst=0

Din rezolvarea ecuaţiei rezultă

Pcmax=

unde

B=pst-ρnf*g*H+(ρnf-ρni)*g*H2-paf+psig

37

Dacă nu se consideră presiunea de siguranţă(psig=0),atunci pst=ρnf*g*H şi se neglijeajă

paf,fiind în general cu valoare redusă,atunci expresia lui B se simplifică

B=(ρnf-ρni)*g*H2

Fapt care conduce la simplificarea relaţiei lui pcmax

Se reaminteşte faptul că

H2= şi ht=

De aici rezultă că presiunea maximă la coloană creşte cu volumul afluxului,ΔV,cu presiunea

de strat,pst şi scade cu aria secţiunii spaţiului inelar,Asi.

Se face remarca unei scăderi de presiune la coloană imediat după momentul b datorită trecerii

fluidului de foraj ingreuiat în spaţiul inelar.După atingerea unei presiuni minime aceasta începe să

crească şi atinge maximul mai sus menţionat în momentul când dopul de gaze a ajuns la suprafaţă

(momentul c).


În conformitate cu fig.3,pentru momentul d volumul de fluid de foraj pompat în sondă este

Vd=Vig+Asip*H1=Vig+Asi*(H-H2)=Vig+Asi*H-Asi*

Deci, volumul pompat este egal cu volumul spaţiului inelar

Vd=Asip*H

În conformitate cu fig.3 din relaţia presiunii de strat rezultă

pst+psig=pcd+ρni*g*H2+ρnf*g*H1=pcd+ρni*g*H2+ρnf*(H-H2)=pcd-(ρnf-ρni)*g*H2+ρnf*g*H

Deoarece ρnf*g*H=pst se obţine

pcd=(ρnf-ρni)*g*H2-psig


Volumul de fluid de foraj pompat în sondă este egal cu volumul sondei

Ve=Vs+Vigf+Vsi

Presiunea la coloană este zero,pce=0,deoarece sonda este plină cu fluid de foraj îngreuiat.

Variaţia presiunii la coloană funcţie de volumul de fluid de foraj îngreuiat pompat în sondă

este reprezentată în fig.5

38

4.3. Variaţia volumului de fluid de foraj la habă

În condiţia folosirii aceleiaşi habe de circulaţie se obţine o variaţie a volumului de fluid la

habă,care permite urmărirea desfăşurării operaţiei de combatere a manifestării.


La închiderea sondei volumul de fluid deversat este cel măsurat

ΔV1=ΔV


Pe măsură ce se pompează fluid de foraj în sondă dopul de fluid pătruns se deplasează spre

suprafaţă.

Dacă fluidul pătruns în sondă este lichid,volumul deversat rămâne acelaşi

ΔV2=ΔV

În cazul pătrunderii de fluid de fluid gazos,datorită creşterii înălţimii dopului,volumul de

fluid deversat creşte.


Când dopul de gaze a ajuns la suprafaţă înălţimea lui a Atins valoarea maximă,h s.În această

situaţie volumul de fluide de foraj deversat atinge valoarea sa maximă.

ΔV3=ΔVmax=Asi*hs

Momentul d-punctul 4

Când dopul de gaze a ajuns la suprafaţă înălţimea lui a atins valoarea maximă,h s.În

această situaţie volumul de fluide de foraj deversat atinge valoarea sa maximă

ΔV3=ΔVmax=Asi*hs

39

Momentul 5-punctul 5.

Din momentul în care gazele au ajuns la suprafaă şipână la completa lor evacuare volumul de

fluid din habă se reduce deoarece pompa este alimentată cu fluid de foraj din haba respectivă.La

finele evacuării gazelor volumul total de fluid din habă ajunge la valoarea normală.Deci,nu mai

există o creştere de volum

ΔV4=0

Variaţia volumului de fluid de foraj la habă funcţie de volumul de fluid pompat în sondă este

reprezentată în fig.6

4.4. Variaţia debitelor de fluid

Se deosebesc două debite:de intrare şi de ieşire din sondă .

Debitul de intrare este constant şi egal cu debitul redus

Qint=Qr

Debitul de ieşire din sondă creşte continuu între începutul operaţiei şi momentul când dopul

de fluid pătruns în sondă a ajuns la suprafaţă.În acest moment debitul de fluide de foraj scade la

zero.Pe toată durata ieşirii fluidului pătruns debitul fluidului de foraj la ieşire se păstrează la valoarea

zero.După ieşirea fluidului pătruns începe să iasă fluid de foraj şi debitul de ieşire este egal cu cel de

intrare.

Se realizează combaterea unei manifestări eruptive în timpul forajului,prin aplicarea metodei

inginerului pentru o sondă cu coloana intermediară tubată la 1105 m.

5.1. Date caracteristice procesului de foraj

40

adâncimea sondei,respectiv a stratului de aflux, H=2100m.

ultima coloană tubată şi cimentată,la care se află ansamblul prevenitorului de erupţie,are

diametrul nominal(exterior) Dc=9 5/8 in (244,5mm) şi diametrul interior mediu

Dic=226,62mm.

adâncimea de introducere a coloanei,Hc=1105m

diametrul prăjinilor de foraj,dp=5in.(127/108,6mm)

diametrul prăjinilor grele,dg= 6 1/2 in(165,1/71,4mm)

lungimea prăjinilor grele lg=110m

densitatea fluidului de foraj (iniţială),ρni=1230kg/m3

debitul de circulaţie în timpul forajului,Qi=32dm3/s

frecvenţa de lucru la pompa de foraj,fi=60cd/min

presiunea de circulaţie ,necesară învingerii rezistenţelor hidraulice din circuitul fluidului de

foraj, înregistrată la partea superioară a garniturii de foraj (la manometrul de la

încărcător),pfri=140bar.

temperatura la suprafaţă,ts=200C

gradientul geotermic în zonă,Γt=10C/30m

diametrul sapei de foraj,Ds=212,7mm(8 3/8in)

5.2. Date obţinute după închiderea sondei

-presiunea citită la manometrul de la partea superioară a garniturii de foraj,pgi=19bar,această

presiune se citeşte după ce a fost închisă duza reglabilă existentă la prevenitorul de erupţie.

-presiunea la partea superioară a coloanei de tubare( la manifoldul prevenitorului),pci=34bar.

-volumul de fluid de foraj deversat de sondă,egal cu creşterea de volum de fluid înregistrată

la haba de circulaţie,ΔV=8m3.

REZOLVARE

5.3. Calcule preliminare

debitul redus (de control)

41

Qr=

frecvenţa de lucru a pompei la debitul redus

fr=

volumul interior al prăjinilor grele

Vipg=

volumul interior al prăjinilor de foraj

Vipf=

volumul interior al garniturii de foraj

Vigf=Vipg+Vipf=0,44+18,42=18,86m3

Pentru zona netubată, aflată sub baza coloanei de 9 5/8 ca urmare a lărgirii rezultată din

procesul de foraj,diametrul sondei este mai mare ca diametrul sapei,Dsd>Ds. Se va considera

diametrul sondei în zona netubată, egal cu diametrul interior al coloanei,Dsd=Dic=226,62mm, aceasta

înseamnă o lărgire a sondei de la diametrul sapei (Ds=212,7) la diametrul luat în calcul

(Dic=226,62mm),de 13,92mm.

- volumul spaţiului inelar în zona prăjinilor grele

Vsig=Asig*lg=

- volumul spaţiului inelar în zona prăjinilor de foraj

Vsip=Asip(H- lg)=

- volumul spaţiului inelar al sondei

Vsi=Vsig+Vsip=3,26m3+55,03m3=58,29m3

- volumul total al sondei,excusiv volumul ocupat de materialul garniturii de

foraj

Vs=Vigf+Vip=18,86m3+58,29m3=77,159m3

- durata pompării unui volum de fluid egal cu volumul interior al garniturii de

foraj,pentru debitul redus,Qr

tigf=

- durata pompării unui volum de fluid egal cu volumul spaţiului inelar al

sondei,pentru debitul redus,Qr

42

tsi=

- durata pompării unui volum de fluid egal cu volumul sondei

ts=tigf+tsi=20+61=81min=1 oră şi 21min

- numărul de curse duble la pompă pentru pomparea unui volum de fluid de

foraj egal cu volumul interior al garniturii de foraj

nigf=fr*tigf=30*20=600 curse duble

- numărul de curse duble la pompă pentru pomparea unui volum de fluid egal

cu volumul spaţiului inelar al sondei

nsi= fr*tsi=30*61=1830 curse duble

- numărul de curse duble pentru pomparea unui volum egal cu volumul

sondei,acest număr de curse duble reprezintă totalul de curse pentru

încheierea operaţiei de readucere a sondei sub control

ns=nifg+nsi=600+1830=2430 curse duble

- temperatura la suprafaţă

Ts=ts+2730C=20+273=2930C

- temperatura la baza sondei(la talpă)

Tt=Γt*H+2730C=

5.4. Date stabilite după închiderea sondei

După închiderea sondei efectuarea calculelor preliminare se stabilesc unele date,necesare

urmăririi operaţiei de readucere a sondei sub control.

- presiunea fluidului pătruns în sondă(presiunea de strat)

pst=pgi+ρni*g*H=19+1230*9,81*2100*10-5=272 bar

- densitatea fluidului de foraj pentru readucerea sondei sub control,nu se

consideră presiune suplimentară de siguranţă,psig=0

- înălţimea coloanei de fluid pătruns în spaţiul inelar al sondei;deoarece

volumul fluidului pătruns ,ΔV=8m3,este mai mare decât volumul spaţiului

43

inelar din zona prăjinilor grele,Vsig=3,26m3,rezultă că acest fluid s-a ridicat şi

în spaţiul inelar al prăjinilor de foraj,în această situaţie înălţimea fluidului

pătruns în sondă va fi (în condiţii de talpă)

- la partea de sus a sondei înălţimea coloanei (dopul de fluid pătruns se

determină cu relaţia)

- presiunea coloanei de fluid pătruns(a afluxului)

paf=pst-ρni*g*(H-ht)-pci=272-1230*9,81*(2100-281)*10-5- 34bar=19bar

- densitatea medie a afluxului pătruns,pentru condiţiile de la talpa sondei

ρaft=

Densitatea stabilită corespunde unui fluid gazos sau în amestec cu cantităţi reduse de lichid.

- densitatea fluidului pătruns, corespunzătoare unei presiuni standard

ps=p0=1bar şi unei temperaturi tn=200C considerând gazele ca perfecte

ρafs=ρaft

- presiunea de circulaţie în sondă la debit redus a fluidului de foraj existent în

sondă, cu densitatea ρni

pfrir=pfri

- presiunea de circulaţie în sondă cu fluidul de foraj îngreuiat(ρnf=1320kg/m3),

pentru debitul redus

pfrfr=

5.5. Presiuni la garnitura de foraj

a) La începutul operaţiei –momentul a

Volumul de fluid de foraj pompat,Va=0

44

Presiunile la pomparea fluidului de foraj

- în condiţii statice-punctul 1

pg1=pgi=19 bar

- în condiţii dinamice-punctul 3

pg3=pgi+pfrir= 19+35=54 bar.

b) Când fluidul de foraj îngreuiat a ajuns la talpă-momentul b

Volumul de fluid de foraj pompat

Vb=Vigf=18,86 m3

Presiunile la pomparea fluidului de foraj

- în condiţii dinamice-punctul 2

pg2 =0

- în condiţii dinamice –punctul 4

pg4=pfrfr=37,6 bar

c) Când fluidul de foraj pătruns în sondă a ajuns la sprafaţă -momentul c

Volumul de fluid pompat în sondă

Vc=Vigf+H1*Asip=Vigf+(H-H2-hs)*Asip

Acest volum,care nu joacă un rol semnificativ în desfăşurarea operaţiei de combatere a

manifestării,poate fi determinat după stabilirea înălţimii dopului de gaze în momentul ajungerii la

suprafaţă.

Presiunile la garnitura de foraj

- în condiţii statice-identic cu momentul b

pg3=0

- în condiţii dinamice-identic cu momentul b

pgc=pfrfr=37,6 bar

d) Când fluidul pătruns a fost evacuat –momentul d


Vd=Vs-Asip*H2

Deoarece

45

H2=

Rezultă că

Vd=Vs-Vigf=77,159-18,86=58,3m3

Presiunile statică ţi dinamică la garnitura de foraj cu valorile respective egale cu cele din

momentele b şi c

- static pgd=0

- dinamic pgd=pfrfr=37,6 bar

e) La finalul operaţiei de combatere –momentul e

Volumul de fluid pompat este egal cu volumul sondei

Ve=Vs=77,159 m3

Presiunile la garnitura de foraj cu valorile respective egale cu pres. din momentele b,c şi d

- static pge=0

- dinamic pge=pfrfr=37,6 bar

f) Presiuni la coloana de tubare

La începutul operaţiei –momentul a

Volumul de fluid pompat,Va=0

Presiunea la coloană este cea indicată de manometrul de la prevenitor,nu se consideră

siguranţă,psig=0

pca=pci=34 bar

Când fluidul de foraj îngreuiat a ajuns la talpă –momentul b

Volumul de fluid pompat

Vb=Vigf=18,86 m3

Presiunea la coloană

Poate fi utilizată numai după calcularea lui hs,care se determină în momentul următor

(c),când se cunoaşte valoarea presiunii maxime la coloană,pcmax.

46

Când fluidul pătruns în sondă a fost evacuat -momentul c

Volumul de fluid pompat în sondă se poate calcula după determinarea lui hs

Presiunea la coloană se determină cu relaţia

Unde

B=pst-ρnf*g*H+(ρnf-ρni)*g*H2-paf

Valoarea lui H2 se determină cu relaţia

Ca urmare

B=272-1320*9,81*2100*10-5+(1320-1230)*9,81*683,3*10-5-19=14

Deci

p cmax=

Ca urmare înălţimea maximă a dopului de gaze

hs

De aici rezultă că:

-volumul de fluid de foraj îngreuiat pompat în sondă până când fluidul pătruns a ajuns la

suprafaţă –momentul c

Vc=Vigf+(H-H2-hs)*Asip=18,86+(2100-683,3-716,3)*0,0276=38,19m3

Când fluidul pătruns în sondă a fost evacuat -momentul d

Vd=Asip*H=0,0276*2100=57,96m3

Presiunea la coloană

Pcd=(ρnf-ρni)*g*H2=(1320-1230)*9,81*683,3*10-5=6bar.

La finalul operaţiei de combatere –momentul e


Ve=Vs=77,159m3

47

Presiunea la coloană este nulă

pce=0

În tabelul 1 sunt prezentate mărimile caracteristice operaţiei de combatere a

manifestărilor eruptive prin metoda inginerului.

Momentul

La garnitura de foraj La coloană

Pg.......barVg.........m3 Pc.......bar Vc.......m3

static dinamic

a 19 54 0 34 0

b 0 37,6 18,86 10 18,86

c 0 37,6 24,6 112,2 38,19

d 0 37,6 58,3 6 57,96

e 0 37,6 77,159 0 77,159

Presiunea la coloană când fluidul îngreuiat a ajuns la talpa sondei-momentul b se calculează

cu relaţia :

=

10bar

5.6. Volumul de fluid de foraj la habă

a) La începutul operaţiei de combatere a manifestării- momentul a

Volumul de fluid de foraj deversat din sondă este ΔV

ΔVa=ΔV

b) Când fluidul de foraj îngreuiat a ajuns la talpă

48

Volumul de fluid deversat ΔVb>ΔVa

ΔVb=hg*Asip

Acest volum ar putea să fie determinat dacă se calculează valoarea lui hg în momentul

respectiv.Dar acest volum nu are semnificaţie în desfăşurarea operaţiei.

c) Când fluidul pătruns a ajuns la suprafaţă –momentul c

Volumul de fluid de foraj deversat este maxim

ΔVc=ΔVmax=hs*Asip=716,3*0,0276=19,7m3

d) Când fluidul pătruns a fost evacuat -momentul d

Nivelul de fluid de foraj la habă a ajuns la normal şi ca urmare

ΔVd=0

e) La finalul operaţiei de combatere -momentul e

Se păstrează situaţia din momentul anterior

ΔVe=0

În ceea ce priveşte debitul de fluid de foraj la ieşirea din sondă se menţionează că el creşte

continuu între momentele a şi c, devine 0 între momentele c şi d şi revine la normal, la valoarea

Qr=16 dm3/s din momentul d până la finalul operaţiei.

În fig 7,8 şi 9 sunt reprezentate variaţiile presiunilor la garnitura de foraj şi la coloană,precum

şi variaţiile volumului de fluide la ieşire.

49

Forajul Sondelor - Devierea Si Dirijarea Sondelor

Documents

Transcript of Forajul Sondelor - Devierea Si Dirijarea Sondelor