UNIVERSITATEA “PETROL – GAZE” – GAZE” DIN PLOIEŞTI FACULTATEA “INGINERIA PETROLULUI ŞI GAZELOR”
Șef Department: Prof.Dr.Ing. LAZĂR AVRAM
PROIECT DE
DIPLOMĂ
Tema: „Proiectarea construcției unei sonde în foraj pe
structura Țicleni”
Conducător științific Conducător științific: Conf. univ. dr. ing. Maria PETRE Absolvent:
Frîncu Mihai - Cătălin
-2012-
CUPRINS
CAPITOLUL 1 – Geologia structurii
4
1.1. Situare geografică 1.2. Litologia
4 13
CAPITOLUL 2 – Calculul – Calculul diametrelor coloanelor și al
sapelor
20
2.1. Comanda geologo – tehnică – tehnică 2.2. Variația gradienților de presiune din pori, de noroi și de fisurare 2.3. Calculul propriu – zis 2.3.1. Proiectarea coloanei de exploatare 2.3.2. Proiectarea coloanei intermediare 2.3.3. Proiectarea coloanei de ancoraj
20 21 22 26 27 28
CAPITOLUL 3 – Fluide de foraj
30
3.1. Tipuri de fluide de foraj 3.2. Proprietățile fluidelor de foraj 3.3. Calculul volumelor de noroi 3.3.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj 3.3.2. Intervalul corespunzător coloanei intermediare 3.3.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare 3.4. Calculul cantităților de materiale 3.4.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj 3.4.2. Intervalul corespunzător coloanei intermedia re 3.4.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare
30 32 36 36 37 38 39 39 40 41
CAPITOLUL 4 – Tubarea coloanelor
42
4.1. Dimensionarea coloanei de ancoraj 4.2. Dimensionarea coloanei intermediare 4.3. Dimensionarea coloanei de exploatare
42 49 63
CAPITOLUL 5 – Cimentarea coloanelor
72
5.1. Cimentarea coloanei de ancoraj prin metoda duratei operației 5.2. Cimentarea coloanei intermediare 5.3. Cimentarea coloanei de exploatare în regim turbulent
72 76 80
CAPITOLUL 6 – Programe de invest igare geofizică
108
Concluzii
109
3
CAPITOLUL 1 – Geologia structurii
1.1.
Situarea geografică
Zăcământul comercial comercial Țicleni este situat în partea de Sud – Est – Est a României, în județ ul Gorj, la aproximativ 20 km Sud de municipiul Tg. Jiu (25 km pe șosea). #2011 Țicleni se va săpa în partea central – vestică a structurii. Structura se prezintă sub for ma ma unui anticlinal orientat Est – Vest, faliat pe flancul sudic. Litologia este reprezentată în general prin roci clastice : microconglomerate, nisipuri, gresii cu conținut variabil de argilă, argile intercalate i ntercalate și rare episoade carbonatice. Sonda
În sonda 2010 Țicleni s -a efectuat o analiză amănunțită asupra probelor de sită. Deformarea structurii a avut loc în principal în Miocenul timpuriu, cu falii de încălecare sau de tip strike – slip. – slip. Aceste falii sunt mai vizibile la nivelul Helvețianului superior. Sonda #2011 Țicleni va avea următoarele coordonate de suprafață: X (N) = 378098 / Y (E) = 372581 / Z = 240
verifica după ridicare instalației de foraj)
– elevația la masă, valoare care se v a ( Z – elevația
Coordonatele la talpa sondei sunt: X (N) = 378088,19 / Y (E) ( E) = 372768,02 / Z = -2441,83
Adâncimea totală a sondei este 2700 m. Deplasarea totală proiectată de la suprafață la talpa sondei este de 187 m pe un azimut de 93 .
Sonda se va săpa deviat pentru a intercepta obiectivele secundare în poziții structural favorabile. Planul de deviere este prezentat in figura si planul de mai jos .
4
Sonda #2011 Țicleni – Plan de deviere
5
Sonda #2011 Țicleni – Proiecția Proiecția verticală și orizontală
6
Devierea se va efectua cu dispozitive specializate care permit monitorizarea în timp real (tip MWD – Measurement – Measurement While Drilling). Toleranța aplicabilă devierii este de 10 m în plan vertical și 25 m în plan orizontal (radial). (radial). Aceste restricții sunt dictate dictate de traiectul sondelor existente.
Din puncte de vedere geologic, amplasarea sondei est prezentată într -o secțiune geologică și o corelare de diagrafii geofizice (anexele 2a si 2b)
Anexa 2a
7
Anexa 2b
Sonda, deviată față de poziția de suprafață, a fost proiectată la Helvețian III pentru a fi pusă în injecție tehnologică tehnologică de apă apă (obiectivul principal principal al sondei – anexa 2d), asa cum s-a menționat în documentația pentru injecția experimental de apă și să se intercepteze Helvețianul VII și VIII în poziții structural favorabile identificării saturației în țiței (obiectivul secundar al sondei – anexele 2e si 2f)
8
Anexa 2d
9
Anexa 2e
10
Anexa 2f
11
Limitele geologice (intrările în obiectiv) principale sunt prezentate în tabelul de mai jos:
Coordonatele sondei la nivelul Helvețianului III prezentată în anexa 2a sunt : X (N) = 378097,38 / Y (E) = 372592,9 / Z = -1571
12
1.2.
Litologia
Acumulările de țiței au fost descoperite în 1953 când s -a înregistrat prima producție la nivelul Sarmațianului. Un an mai târziu și Helvețianul s -a dovedit ca purtător de hidrocarburi și a fost pus în producție. Meoțianul a fost pus în exploatare în 1960. Cercetările din această zonă au fost continue încă de la începutul explorării și dezvoltării câmpului. Multe investigații și analize au fost efectuate de -a lungul timpului pentru zăcămintele de aici. Ultimul studiu întocmit pentru zăcământul comercial Țicleni a fost efectuat de către PETROM în 2004. ANRM (Agenția Națională pentru Resurse Minerale) a aprobat resursele r esursele și rezervele estimate, precum și programele de lucrări menționate în î n acest studiu. În 2007 a fost efectuată o prospecțiune seismic 3D pentru o mai bună înțelegere a caracteristicilor geologice a formațiunilor Terțiare din zona Țicleni. În ultimii ani OMV-PETROM, actualul deținător al licenței de exploatare, a utilizat în principal metode primare de recuperare al petrolului.
În decursul timpului însă, câteva procese tehnologice au fost aplicate sau testate aici. Din 1955 au fost inițiate procese de injecție apă pentru Helvețian VII, Helvețian VI, Helvețian V, Helvețian IV, Helvețian III, Helvețian II, Helvețian I și Helvețian Tranziție. La Helvețian Tranziție și Helvețian I, concomitent s -a aplicat și un proces de injecție gaze începând cu anul 1964. În 1989 ambele procese au fost sistate. Între 1993 și 1995 a fost experimentat un proces de injecție cu soluții micelare pentru Helvețian I, folosind un panou cu o sondă de injecție și 5 sonde de reacție. Începând cu data de 01.11.2010, PETROFAC ROMANIA va opera pentru OMVPETROM zăcămintele de pe structura Țicleni, având ca principală țintă implementarea unui proces de injecție injecție apă pentru creșterea creșterea recuperării recuperării de petrol la nivelul Helvețianului. Helvețianului. Pentru început s -a inițiat un pilot de injecție i njecție la Helvețian III cu sondele 166 B, 141 și 370 ca sonde de reacție și 540 ca sondă de injecție. Se află în lucru sonda 378 care urmează a fi convertită în sondă de injecție. Înainte punerii în injecție se va efectua un test de producție. În anul 2011, PETROFAC a săpat ultima ult ima sondă pe structură. Sonda 2010 Țicleni a avut obiectiv echiparea pentru injecție de apă tehnologică la Helvețian III. Înaintea echipării pentru injecție, sonda a fost testată pentru producție, testele fiind pozitive. Această lucrare reprezintă proiectul geologic de săpare al sondei #2011 Țicleni, cu o adâncime totală proiectată de 2700 m. Sonda #2011 Țicleni va avea ca obiectiv injecția de apă tehnologica la Helvețian III. Sonda va avea și un obiectiv secundar: secundar: evaluarea formațiunilor geologice aflate sub Helvețianul III, în special verificarea stării de saturație în țiței la obiectivele Helvețian VII și Helvețian VIII inferior, obiective la care exploatarea a fost finalizată în 2010 respectiv 1992. Partea de evaluare geologică a sondei sondei #2011 Țicleni (pentru Helvețian VII ți VIII) are două elemente care o susțin: 1.
Ultima sondă care a produs la Helvețian VII a fost #557, care în Decembrie 2010 producea în erupție naturală 60 – 100 de lichid cu 96 – 98% – 98% impurități. Pentru
13
acest obiectiv se încearcă găsirea unei poziții structural mai ridicate decât cea a sondei #557 pentru a traversa zona încă saturată cu țiței care să poată fi produs. 2.
Helvețianul VIII inferior a fost produs de sondele #166 B, #170, #465 si #370. Acest obiectiv a fost produs până în 1992. De atunci, nici o sondă nu a mai testat Helvețianul VIII inferior. Din aceste motive, caracterul de evaluare al sondei se justifică prin lipsa de informații suficiente cu privire la parametrii fizici, dar și a probelor de producție efectuate la un număr redus de sonde.
La momentul de față, nu produce nici o sondă la aceste două obiective. La Helvețian VII este de așteptat o comportare similară cu a sondei #557. Pentru Helvețian VIII, se mizează pe un proces de restaurare, în așa fel încât un test de producție în poziția prezentată pe hartă, să fie cu țiței. Poziționarea sondei a fost verificată din punct de vedere structural și pe seismica 3D înregistrată în figurile 1, 2 și 3.
14
Fig. 1. Poziționarea structurală a sondei 2011 Țicleni
15
Fig. 2. Poziționarea structurală a sondei 2011 Țicleni
16
Fig. 3. Hartă structurală (în timp) Burdigalian inferior
17
Există două aspecte legate de incertitudinea reușitei proiectului: primul de ordin structural (să interceptăm obiectivele în poziții structural mai coborâte) și al doilea legat de saturația existentă (aceasta poate fi reziduală). Din cauza acestor incertitudini, se consideră că rezervele aferente acestei sonde pentru cele două obiective pot fi doar probabile. Privitor la imaginea structurală scoasă în evidență de prospecțiunea seismică, aceasta aceasta nu se verifică cu cea obținută obți nută din corelarea sondelor (figura 5)
Ultimele resurse de petrol estimat e și confirmate prin Încheierea nr 81/04 pentru Helvețian VII și VIII sunt : 2662 mii tone țiței cu 551 milioane gaze asociate respectiv 373 mii tone cu 81 .
Se menționează că factorii de recuperare finali pentru țiței corespunzători acestor resurse sunt de 54% respectiv 43%.
Se face precizarea că delimitarea zonelor productive a fost efectuată convențional, iar în situația stabilirii unui contact țiței/apă, situația recuperării ar fi semnificativ diminuată. Sonda #2011 Țicleni va avea un program de investigare geofizică complexă (PEX HRLA-BHC de la Schlumberger), pentru a evalua formațiunile străbătute din punct de vedere al saturației în hidrocarburi.
18
Fig. 5. Hartă structurală (adâncime) Helvețian VIII inferi or
19
CAPITOLUL 2 – Calculul – Calculul diametrelor coloanelor și sapelor 2.1.
Comanda geologo - tehnică
20
2.2.
Variația gradienților de presiune din pori, de noroi și de fisurare
21
2.3.
Calculul propriu-zis
Proiectarea programului de construcție al sondei #2011 Țicleni
Construcția sondei se realizează pe baza unui plan, numit program de construcție. Acesta cuprinde, în primul rând, programul de tubare și anume: adâncimea de introducere a coloanelor de burlane cu care se consolidează pereții găurii de sondă, diametrul și grosimea burlanelor, calitatea oțelului și tipul îmbinărilor dintre ele. La acestea se adaugă, uneori, programul de sape, programul de cimentare și echipamentul de extracție la sondele de exploatare.
Construcția proiectată determină, de regulă, echipamentul și scul ele cu care se va executa sonda : instalația de foraj, diametrul și alcătuirea garniturilor de foraj folosite pe diverse intervale. Schema de construcție determină, indirect, tipul și proprietățile fluidelor folosite, uneori și tehnologia de foraj aplicată. Metodica proiectării programului de construcție al sondei
Construcția unei sonde cuprinde mai multe coloane de tubare, care poartă diverse nume după scopul urmărit. Numărul lor este determinat de adâncimea finală, de dificultățile anticipate ori survenite în timpul forajului, scopul sondei, dar și de alți factori tehnici ori tehnologici.
De obicei, la gura sondei se tubează si se betonează, într -un beci săpat manual, un burlan de ghidare, ghidare, fabricat din tablă sudată, sudată, care nu este considerat considerat o componentă a programului de tubare.
Următoarea coloană de burlane (prima din programul de tubare dacă nu există un conducător) este coloana de suprafață (de ancoraj). De obicei, ea are lungimea de câteva sute de metri. Coloana de suprafață se cimentează pe toată lungimea, până “la zi”. Tubarea acestei coloane este obligatorie la toate sondele de petrol și gaze. Coloana de exploatare (de producție) se tubează până la baza ultimului orizont productiv sau presupus productiv productiv și face posibilă posibilă extracția petrolului sau sau gazelor, prin interiorul tubingului, in condiții de siguranță. Uneori, când zona productivă este bine consolidată, nu conține fluide nedorite și poate fi exploatată simultan, coloana de exploatare se tubează doar până deasupra zonei productive. Dacă între șiul coloanei de suprafață și adâncimea de tubare a coloanei de exploatare sunt traversate formațiuni care îngreunează ori chiar împiedică î mpiedică forajul, se tubează una sau mai multe coloane intermediare. Sunt numite uneori coloane de protecție sau de foraj. Asemenea coloane se intr oduc pentru a izola strate în care se pierde noroiul de foraj, strate st rate cu presiune ridicată, masive de sare, roci argiloase instabile, evitându -se anumite dificultăți la continuarea forajului sub aceste zone.
Unele coloane intermediare și de exploatare nu sunt tubate pana la suprafață, ci numai până la șiul coloanelor coloanelor precedente, precedente, pe intervalul netubat. netubat. Asemenea Asemenea coloane sunt sunt numite linere (coloane pierdute).
Adeseori, lainerele se întregesc până la suprafață, cu o coloană de întregire (de prelungire), cu acel ași diametru sau cu diametru mai mare.
22
Programul de construcție al unei sonde este reprezentat grafic printr -o schemă de construcție. Pe ea sunt precizate, în primul rând, coloanele de burlane, cu lungimea și diametrul lor, și intervalul rămas netubat, dacă există. În acest capitol sunt prezentate câteva reguli pentru stabilirea adâncimilor de tubare și pentru alegerea diametrului coloanelor. o
Numărul și adâncimea adâncimea de tubare a coloanelor
Pe tot parcursul traversării unui anumit interval, în orice punct al lui, atâta timp cât el este liber, netubat, trebuie îndeplinite condițiile:
unde:
– presiunea fluidelor din porii rocilor; – presiunea presiunea noroiului noroiului din sondă; – presiunea de fisurare a rocilor
Dacă prima condiție n-ar fi îndeplinită, fluidele din pori ar pătrunde în sondă și ar avea loc o manifestare eruptivă; dacă n -ar fi îndeplinită a doua condiție, noroiul s -ar pierde în strate.
o
Diametrul coloanelor
De regulă se impune diametrul interior i nterior al coloanei de exploatare. Acesta determină diametrul celorlalte coloane din programul de construcție al unei sonde și implicit, diametrul sapelor folosite pentru fiecare f iecare coloană. Coloana de exploatare se alege în funcție de debitele maxime așteptate, metoda de exploatare preco nizată, diametrul echipamentelor de extracție și a celor de intervenție sau reparație disponibile, eventualitatea adâncirii adâncirii sondei, modul de echipare al zonei productive. Ea trebuie să asigure folosirea optimă a energiei stratelor productive pentru ridicar ea fluidelor la suprafață și transportul lor până la rezervoare, să permită realizarea regimului dorit de exploatare a zăcământului și a sondei. La alcătuirea succesiunii sape -coloane sunt urmărite două condiții. Prima condiție impune ca în exteriorul coloanelor de burlane să existe un joc suficient de mare pentru introducerea lor fără dificultăți și pentru realizarea unor cimentări eficiente a spațiului inelar. Mărimea acestui joc este determinată de rigiditatea burlanelor, tipul îmbinărilor, prezența unor dispozitive unor dispozitive cum sunt centrorii și scarificatorii, lungimea și rectilinitatea intervalului deschis sub șiul coloanei precedente, existenta unor zone ce pot provoca dificultăți dificultăți de tubare, viteza de introducere.
23
Burlanele cu diametrul mai mare sunt mai rigi de și se înscriu mai dificil de -a lungul
sondei, de accea necesită jocuri mai largi. Asemenea jocuri sunt necesare și când intervalele deschise sunt lungi, cu dese schimbări de direcție, cu tendințe de strângere a pereților sau de fisurare a formațiunilor, ca urmare a suprapresiunilor create la introducerea și în timpul circulației. Burlanele cu diametrul mufei mai apropiat de cel al corpului, cele cu mufa din corp
fără praguri drepte și, bineînțeles cele calibrate permit jocuri mai mici.
În concluzie, dacă se impune jocul radial minim , în dreptul mufelor, diametrul sapelor va fi:
Unde : -
este diametrul sapei este diametrul exterior al mufelor
Jocurile uzuale variază între 7 și 70mm. Ele cresc cu diametrul coloanei și cu lungimea intervalului deschis. Pot fi mai mici pentru burlane calibrate și mai mari în zone cu tendința severă de strângere a pereților.
Fig. 2.1 Modul de stabilire al diametrului sapelor (a) și a diametrului coloanelor de burlane (b)
Uneori se folosește noțiunea rația de tubare, definită astfel:
24
Ea variază în limite mai restrânse: 0,05 … 0,10 A doua condiție implică posibilitatea de trecere a sapelor prin coloanele anterior tubate t ubate
Sau
Unde: -
-
o
reprezintă diametrul coloanei prin care trebuie sa treacă sapele; reprezintă un joc ce ia în considerare toleranțele de la grosimea și diametrul nominal, precum și ovalitatea burlanelor; se admite ; reprezintă diametrul de șablonare a burlanelor, stabilit prin normele de fabricare și care ține seama de toleranțele maxime admise.
Intervale de cimentare
Prin cimentare se urmărește, în primul rând, izolarea tuturor stratelor purtătoare de fluide, fluide care ar putea circul a prin spatele coloanelor de burlane provocând neplăceri. Se izolează stratele cu apă utilizabilă, zonele unde noroiul se poate pierde, masivele de sare, rocile argiloase sensibile la apă. Inelul de ciment mărește într -o oarecare măsura, capacitatea portantă a coloanei, evita flambajul ei când apar forțe de compresiune periculoase și o protejează de acțiunea corozivă a apelor mineralizate. mineralizate. Coloana de suprafață se cimentează pe toată înălțimea. În acest mod, se consolidează formațiunile de suprafață, împreună cu masivul de roci din jur, un suport rezistent pentru instalația de prevenire a erupțiilor și pentru coloanele următoare. Celelalte coloane se cimentează până la cel puțin 200 m, deasupra ultimului strat permeabil. Se evită evită astfel circulația fluidelor fluidelor prin spatele coloanelor de burlane. La sondele de gaze se recomandă ca toate coloanele să fie cimentate până la suprafață, pentru a micșora micșora posibilitățile de migrare a gazelor prin spațiul spațiul inelar și eventualele eventualele scăpări pe la îmbinările filetate. La sondel e de explorare, se obișnuiește ca oglinda cimentului sa
depășească depășească șiul coloanei precedente cu cel puțin 100 m. Adeseori, pentru siguranță, coloanele se cimentează pe toată înălțimea. înălțimea. Compoziția și proprietățile pastei și ale pietrei de ciment se stabilesc în concordanță cu natura rocilor ce trebuie izolate, presiunea și natura fluidelor din pori, rezistența la fisurare a formațiunilor, temperatura geostatică și cea de circulație, dar și cu mijloacele tehnice și tehnologice disponibile.
25
2.3.1. Proiectarea coloanei de exploatare
Pentru determinarea diametrelor coloanelor și al sapelor folosite pentru fiecare coloană din programul de construcție al sondei #2011 Țicleni Țicl eni , se impune diametrul interior i nterior al coloanei de exploatare, de , care are următoarele carac teristici :
-
diametrul exterior : diametrul mufei :
Se stabilește diametrul sapei pentru coloana de exploatare și anume :
Pentru care s-a ales un joc radial
Se alege diametrul sapi pentru coloana de exploatare, și anume :
Se recalculează jocul radial :
Se calculează rația de tubare :
26
2.3.2. Proiectarea coloanei intermediare
Diametrul interior al coloanei intermediare se determină astfel :
Pentru care se alege jocul dintre sapă și interiorul coloanei Se alege diametrul interior al coloanei intermediare
Prin urmare, se alege coloana intermediară de
al cărei diametru exterior este :
Se stabilește diametrul sapei pentru coloana intermediară :
Pentru care se alege jocul radial coloana de
și diametrul exterior al mufei pentru
,
Se alege diametrul sapei pentru coloana intermediară, și anume :
Se recalculează jocul radial :
Se calculează rația de tubare :
27
2.3.3. Proiectarea coloanei de ancoraj
Diametrul interior al coloanei de suprafață se determină astfel :
Pentru care se alege jocul dintre sapă și interiorul coloanei Se alege diametrul interior al coloanei de suprafață :
Prin urmare se alege coloana de suprafață de
, al cărei diametru exterior este :
Se stabilește diametrul sapei pentru coloana de suprafață și anume :
Pentru care se alege jocul radial coloana de
și diametrul exterior al mufei pentru
,
Se alege diametrul sapei pentru coloana de suprafață, și anume :
Se recalculează jocul radial :
Se calculează rația de tubare :
28
Programul de construcție al sondei #2011 Țicleni
29
CAPITOLUL 3 – Fluide de foraj 3.1.
Tipuri de fluide de foraj
Fluide de foraj dispersate
Aceste fluide au la bază sistemul dispers apă -argilă și îndeplinesc cerințele de stabilitate, colmatare și gelificare, necesare forajului, fiind constituite din materiale ieftine și ușor de procurat. Ele sunt preparate la suprafață din argile bentonitice, adesea activate, cu bune proprietăți coloidale, dar înglobează și particule argiloase sau inerte din rocile traversate. traversate. În dreptul stratelor consolidate sau insensibile la apă, la adâncimi moderate, sistemul apă-argilă poate fi utilizat ca atare. Când se traversează roci argiloase care se dispersează ori se umflă, roci solubile, strate productive sau când argila de preparare nu asigură proprietățile structurale dorite, sistemul trebuie ameliorat ori stabilizat. Se introduc, în cantități reduse, diverși aditivi cu rol de fluidizanți sau învâscoșanți, reducători de filtrare, stabilizatori ai proprietăților la temperaturi ridicate ridicate ori la acțiunea contaminanților, contaminanților, lubrifianți, antispumanți, antispumanți, agenți anticorozivi, etc. Fluidele naturale devin tratate. La concentrații de 60…250 kg/m
3
, în funcție de randamentul argilei, se prepară noroaie cu proprietăți structurale și de filtrare satisfăcătoare, având densitatea 1050…1150kg/m3. Dacă se utilizează argile slab bentonitice, este nevoie de concentrații mai ridicate și se ajunge la 1250…1350 kg/m 3 și chiar mai mult. Densități mai mari se obțin adăugând materiale inerte, cu densitate mare, fin măcinate: noroaiele sunt îngreuiate. î ngreuiate. Noroaiele naturale naturale își modifică rapid proprietățile proprietățile în prezența unor contaminanți cum sunt: pachete groase de marne și argile hidratabile, săruri solubile, temperaturi mari, gaze. Pentru sistemul apă -argilă aflat într -un -un echilibru natural, domeniul optim al pH-ului, la care și vâscozitatea este minimă, se situează între 7,5 și 8,5. Pentru noroaiele naturale pH-ul nu trebuie sa depășească valorile 9…10. Fluide de foraj inhibitive
Acestea sunt fluide care previn sau întârzie hidratarea, umflarea și dispersarea rocilor argiloase. Ele manifestă o reactivitate minimă cu pereții argiloși ai sondei și cu de tritusul respectiv. Se utilizează la traversarea intervalelor groase de argile, argilite și marne foarte sensibile la apă, pentru a preîntâmpina unele dificultăți neplăcute – învâșcoșarea – învâșcoșarea exagerată a noroiului, aglomerările de detritus, manșonarea sapei, instabilitatea pereților (strângeri sau excavații). Asemenea fluide sunt recomandabile și la deschiderea stratelor productive “murdare” (cu particule argiloase).
Ca fluide inhibitive sunt desemnate doar acele fluide care au la bază tot sistemul apă argilă pentru crearea proprietăților reologice. Fluidele “fără argilă”, cele “cu conținut redus de argilă” posedă argilă” posedă și ele, ele, de regulă, un caracter caracter inhibitiv, care el el le permite să mențină conținutul conținutul scăzut de particule active. Emulsiile inverse, cu activitatea fazei apoase echilibrată, sunt cele mai eficiente la traversarea rocilor argiloase.
30
Mediul apos al noroaielor capătă însușiri inhibitive prin adaos de electroliți, p olimeri de protecție, substanțe tensioactive, anumiți fluidizanți, substanțe hidrofobizante și prin reglarea pH-ului.
Fluide de foraj sărate
Fluidele sărate pot lua naștere prin contaminarea noroaielor dulci cu sarea dizolvată din rocile traversate ori cu apa pătrunsă din strate în sondă, prin utilizarea apei de mare la preparare sau prin adăugarea intenționată a sării. Sunt considerate noroaie sărate, cele care au peste 1 g
Fluidele sărate au o oarecare acțiune inhibitivă, în funcție de concentrația de sare și de prezența fluidizanților fluidizanților defloculanți. Dar, în general, general, se evită evită folosirea lor în acest acest scop, deoarece sunt corozive, iar sarea diminuează efectul fluidizanților, antifiltranților și emulsionanților, spumează și afectează carotaju l electric de rezistivitate.
31
3.2.
Proprietățile fluidelor de foraj
Compoziția, calitățile sau carențele unui fluid de foraj sunt definite printr -o -o serie de proprietăți, unele dintre ele comune tuturor tipurilor de fluide, altele specifice doar anumitor categorii.
Densitatea fluidelor de foraj
Această proprietate reprezintă masa unității de volum. Densitatea fluidului de foraj se alege astfel încât presiunea exercitată de coloana de fluid să prevină surparea rocilor neconsolidate din pereți și afluxul nedorit al fluidelor din porii rocilor traversate de sondă. Fluidele cu densitate ridicată diminuează viteza de avansare a sapei, sunt scumpe și dificil de menținut pompabile și stabile
Vâscozitatea aparentă aparentă si gelația fluidelor de foraj
Vâscozitatea aparentă aparentă a unui fluid reprezintă proprietatea lui de a opune rezistență la curgere. Cantitativ, vâscozitatea, notată cu , este o masură a acestei rezistențe și se definește ca raport între tensiunea de forfecare și viteza de forfecare și este constantă pentru fluidele newtoniene.
Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene:
curgerea lor nu poate fi descrisă prin intermediul unui singur coeficient de vâscozitate.
Proprietățile reologice ale f luidelor luidelor de foraj
Aceste proprietăți caracterizează comportarea la curgere a fluidelor de foraj, inclusiv rezistența la deplasare a unor corpuri în masa fluidelor. Proprietățile reologice permit să se evalueze presiunea și energia de pompare a fluidelor de foraj, condițiile de spălare și evacuare a detritusului, presiunile efective în dreptul unor strate instabile ori purtătoare de fluide, pericolul de eroziune eroziune al pereților.
Proprietățile tixotropice ale fluidelor de foraj
În general, prin tixotropie se înțelege gelificarea unei soluții când este lăsată in repaus și revenirea gelului în soluție prin agitare. Fenomenul este specific soluțiilor coloidale, în care particulele dispersate sunt ionizate.
Fluidele de foraj cu proprietăți tixotropice sunt capabile să mențină în suspensie materialele inerte de îngreuiere și detritusul, însușire necesară mai ales atunci când se întrerupe circulația.
32
Capacitatea de filtrare și colmatare
Datorită diferenței dintre presiunea fluidului din sondă si cea a fluidelor din porii formațiunilor traversate, o parte din faza liberă a noroiului pătrunde în porii rocilor. Simultan, pe pereții sondei sondei se depun particule particule solide, sub forma forma unei turte de colmatare. colmatare. Cu cât permeabilitatea turtei este mai scăzută, cu atât grosimea turtei depuse și volumul de filtrat sunt mai reduse. Turtele de colmatare sunt, în general, compresibile; permeabilitatea lor lor scade odată cu cu presiunea. Viteza de filtrare crește cu cu temperatura, deoarece scade vâscozitatea fazei lichide.
Conținutul de particule solide , apă și petrol
Pentru fluidele de foraj pe bază de apă și argilă, faza continuă este alcătuită din argile și materiale de îngreuiere, iar faza lichidă din apă si, eventual, motorină, în cazul în care noroiul a fost emulsionat.
La fluidele pe bază de produse petroliere faza lichidă este alcătuită din motorină și apă, iar faza solidă din materiale de îngreuiere și cele folosite pentru controlul proprietăților colmatate si structurale.
Conținutul de nisip
Nisipul imprimă fluidului de foraj proprietăți abrazive și erozive, erozive, reducând reducând durata de lucru a echipamentului de foraj. În concentrații excesive, el creează pericol de prindere a garniturii la oprirea circulației. De aceea, pe cât posibil, el trebuie eliminat din noroi.
Conținutul de gaze Gazele pătrund în noroi din stratele gazeifere traversate, iar aerul prin spumare, în
timpul îngreuierii și al tratamentelor chimice
Capacitatea de schimb cationic
Proprietățile noroaielor de foraj și comportarea lor la contaminări sau tratamente tr atamente sunt determinate, în cea mai mare măsură, de conținutul de argile active, hidratabile și dispersabile, de tipul bentonitelor.
Dintre diversele metode de măsurare a capacității de schimb cationic, cea mai operativă și mai utilizată este metoda albastrului de met ilen.
33
Stabilitatea
Fluidele de foraj sunt sisteme de disperse, eterogene; lăsate în repaus, în sonda sau în habe, dar și in prezenta unor contaminanți, au tendința să -și separe fazele: particulele solide se depun, faza lichidă se separă la suprafață, emulsiile și spumele se sparg.
Indicele
Aciditatea sau alcalinitatea unui fluid de foraj, în care se află disociați diverși electroliți, este exprimată de indicele – logaritmul – logaritmul zecimal negativ al concentrației momentane de ioni de
.
În gener al, al, fluidele de foraj sunt bazice: . Cele naturale, preparate din apă și argilă, netratate, au -ul cuprins între 7 și 8, iar cele tratate au -ul între 8 și 13. Valoarea optimă a -ului depinde de tipul noroiului.
Conținutul de cloruri Un fluid de foraj
poate conține clorură de sodiu, de potasiu, calciu și magneziu. Interesează mai ales conținutul de sare, deoarece ea constituie un contaminant frecvent al noroaielor de foraj.
Alcalinitatea și conținutul de var
Alcalinitatea unei soluții exprimă excesul de anioni în raport cu cel de cationi. Deoarece scara -ului este logaritmică, la valori mari alcalinitatea poate varia considerabil fără ca -ul să se modifice sensibil. În plus, la concentrații ridicate, o parte din substanțele substanțele bazice sunt nedisociate nedisociate și nu influențează influențează -ul. De aceea, pentru fluidele cu bazicitate ridicată, cum sunt noroaiele cu var sau gips, alcalinitatea este o proprietate mai relevanta decât -ul.
34
Proprietățile fluidelor de foraj ale sondei #2011 Țicleni
Parameters
U.M.
Mud system Hole size / Bit diameter Mud weight Plastic viscosity Yield point Fluid loss Filter cake
mm
cP Pa
mm -
Chlorides LGS MBT
% vol
SCE Efficiency
%
Section / Interval
0-580 Spud Mud 444,5 1150-1200
580-1580 /Polymer /Polymer 311,2 1150-1300
1580-2700 /Polymer /Polymer 215,9 1250-1400
ALAP 12-18 12-15 1,5-2,0 8,0-9,0 Max 5000 < 12 < 77
14-30 14-28 7-8 0,5-1,0 8,5-9,5 23000-350000 23000-350000 <8 < 56
20-32 20-32 4-5 0,5-1,0 8,5-9,5 230000-350000 230000-350000 <6 < 42
70
80
80
Produse folosite
Product
Caustic Soda Soda Ash M-I Gel Desco CF CMC – HV Duovis Polypac UL Polypac R Conqor 404 M-I Bar Potassium Chloride Lube Calcium Carbonate
Pack
Section I 0-580 m 13 7 72000 12,3 13
Section II 580-1580 m 12 8
Section III 1580-2700 m 23 21
24 106 43 7,6 45000 422 19
29 197 78 11,4 73000 374 395
35
TOTAL 48 36 72000 12,3 13 53 303 121 19 118000 796 19 395
3.3. Calculul volumelor de noroi 3.3.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj
Volumul de noroi necesar forării acestui interval este:
36
3.3.2. Intervalul corespunzător coloanei intermediare
37
3.3.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare ( lainer )
38
3.4. Calculul cantităților de materiale 3.4.1. Intervalul corespunzător coloanei de ancoraj
Pentru forajul corespunzător coloanei de ancoraj s -a optat pentru un fluid de foraj natural, alcătuit din apă și argilă. Cantitățile necesare pentru preparar ea ea acestui fluid se calculează astfel:
{ Din acest sistem rezultă că volumul de argilă necesar este:
Masa de argilă este:
Volumul de apă este:
39
3.4.2. Intervalul corespunzător coloanei intermediare
Pentru forarea acestui interval, s-a optat pentru un fluid de foraj inhibitor, Îngreuierea se va face pe fluidul de foraj utilizat la forarea intervalului anterior.
îngreuiat.
{
Din acest sistem rezultă că masa de barită necesară îngreuierii noroiului este:
este volumul noroiului natural pe care s- a făcut îngreuierea
{ Din acest sistem rezultă volumul și masa de argilă necesară preparării noroiului precum și volumul volumul de apă:
40
3.4.3. Intervalul corespunzător coloanei de exploatare ( lainer ) Pentru forarea acestui interval, s- a optat pentru un fluid de foraj inhibitor, i nhibitor, îngreuiat. Îngreuierea se va face pe fluidul de foraj utilizat la forarea intervalului anterior.
{ Din acest sistem rezultă masa de barită necesară îngreuierii noroiului, precum și în greuierea: volumul noroiului natural pe care s- a făcut îngreuierea:
este volumul noroiului natural pe care s- a făcut îngreuierea
Pentru determinarea volum ului de argilă și de apă necesar preparării fluidului de foraj,
se rezolvă cu următorul sistem:
{ 41
CAPITOLUL 4 – Tubarea coloanelor 4.1.
Dimensionarea coloanei de ancoraj
Adâncimea de fixare a coloanei de ancoraj este de 580 m . Funcțiile principale ale acestei coloane sunt: -
consolidează gaura de sonda în zonele de suprafață constituie un suport pentru instalațiile de prevenire a erupțiilor constituie un suport pentru coloanele următoare
⁄⁄ ⁄
Diametrul Grosime coloanei erete
in
mm
Masa Oţelul unitară
---
resiunea de Presiunea de ria spargere ecțiunii turtire transversale
2
kg/m
cm
bar
Forta la smulgere in filet
bar
kN
9,65
J-55
81,10
100,05
188
78
2286
10,92
J55
90,78
112,8
213
106
2647
12,19
J55
101,2
125,43
238
134
3003
42
Calculul presiunii fluidelor din pori
Calculul presiunii de fisurare la șiu
43
Calculul la presiune interioară (sonda închisă și plină cu gaze)
⁄ ⁄
La gura sondei
La șiul coloanei
44
-
se alege :
pentru oțel clasa J -55 cu grosimea peretelui pentru oțel clasa J -55 cu grosimea peretelui
0
50
100
150
2 00
250
0
100
200
Presiunea 300
400
interioară
Presiunea interioară admisibilă
500
1
600
700
45
Profilul coloanei va fi:
Calculul la presiune exterioară (sonda este goală la interior)
Presiunea în punctul 1
46
Presiunea în punctul 2
-
se alege
pentru oțel clasa J-55 cu grosimea peretelui
pentru oțel clasa J-55 cu grosimea peretelui
0
20
40
60
80
100
12 0
0
100
Presiunea exterioară 200
300
Presiunea exterioară admisibilă 1
400
Presiunea exterioară admisibilă 2
500
600
700
47
Profilul coloanei va fi :
Calculul la tracțiune
Greutatea totală a coloanei
coloana a fost dimensionată corect
va fi alcătuită în întregime din burlane de îmbinare cu filet “rotund” scurt (SC – Short Connection)
oțel J-55,
Coloana de
48
4.2.
Dimensionarea coloanei intermediare
Adâncimea de fixare a coloanei de exploatare este de 1580 m .
⁄⁄ ⁄
Diametrul Grosime coloanei erete
in
mm
Masa Oţelul unitară
---
resiunea de Presiunea de ria spargere ecțiunii turtire transversale
2
kg/m
cm
bar
Forta la smulgere in filet
bar
kN
8,94
J-55
53,57
66,15
243
139
2015
10,03
J-55
59,53
73,88
272
177
2313
11,94
J-55
69,94
87,23
325
269
2850
13,84
J-55
79,62
100,5
376
354
3340
49
Calculul presiunii fluidelor din pori
Calculul presiunii de fisurare
50
Calculul la presiune interioară (sonda închisă și plină cu gaze)
⁄ ⁄
La gura sondei
51
La șiul coloanei
-
se alege
pentru oțel clasa J -55 cu grosimea peretelui pentru oțel clasa J -55 cu grosimea peretelui
0
50
100
150
200
250
3 00
0 200 400
Presiunea interioară 600 800
Presiunea interioară admisibilă 1
1000 1200
Presiunea interioară admisibilă 2
1400 1600 1800
52
Profilul coloanei va fi :
Calculul la presiune interioară (dop de gaze la talpă)
Se limitează presiunea maximă la gura sondei la
53
Înălțimea coloanei de noroi în timpul evacuării unui aflux de gaze se determină astfel :
Presiunea în punctul 1
Presiunea în punctul 2
Presiunea în punctul 3
54
-
se alege
pentru oțel clasa J -55 cu grosimea peretelui pentru oțel clasa J -55 cu grosimea peretelui
0
50
100
150
200
250
300
0 200 400
Presiunea interioară 600
Presiunea interioară
800
admisibilă 1 1000
Presiunea interioară admisibilă 2
1200 1400 1600 1800
Se observă că de la o anumită adâncime, se pot folosii burlane cu grosimea peretelui, mai mică decât cea de , pe următoarele intervale : - 0 – 347,47 m 1259,16 – 1580 m
55
Profilul coloanei va fi :
56
Calculul la presiune exterioară (golire parțială)
Adâncimea de golire
Presiunea în punctul 1
Presiunea în punctul 2
57
Presiunea în punctul 3
( ) -
se alege
pentru oțel clasa J-55 cu grosimea peretelui pentru oțel clasa J-55 cu grosimea peretelui
0
50
100
150
200
0 200 400
Presiunea exterioară 600 800
Presiunea exterioară admisibilă 1
1000 1200
Presiunea exterioară admisibilă 2
1400 1600 1800
58
Profilul coloanei va fi :
Calculul la tracțiune
Trecerea de la compresiune la tracțiune, provocată de flotabilitate, are loc la adâncimea:
Greutatea totală a coloanei
59
coloana a fost dimensionată corect
Verificarea la tracțiune
60
Verificarea la presiune interioară
Tronsonul 1
Tronsonul 2
Tronsonul 3
61
Coloana de
va fi alcătuită alcătuită din 3 tronsoane :
alcătuit din burlane de îmbinare cu filet “rotund” lung (LC – Long Connection)
-
tronsonul 1 cu lungimea de
-
tronsonul 2 cu lungimea de
-
tronsonul 3 cu lungimea de alcătuit din burlane de îmbinare cu filet “rotund” lung (LC – Long Connection)
alcătuit din burlane de îmbinare cu filet “rotund” lung (LC – Long Connection)
oțel J-55, oțel J-55,
oțel J-55,
Profilul coloanei va fi:
62
4.3.
Dimensionarea coloanei de exploatare (lainer)
Adâncimea de fixare a coloanei de exploatare este de 2700 m .
⁄⁄ ⁄
Diametrul Grosime coloanei erete
in
Oţelul
Masa unitară
resiunea de Presiunea de ria spargere turtire ecțiunii transversale
2
mm
---
kg/m
cm
7
8,05
N-80
34,23
42,92
7
9,19
N-80
38,69
7
10,36
N-80
7
11,51
7 7
bar
Forta la smulgere in filet
bar
kN
437
264
1966
48,67
499
373
2309
43,16
54,49
563
484
2656
N-80
47,62
60,13
625
593
2989
12,65
N-80
52,09
65,63
687
702
3318
13,72
N-80
56,55
70,72
745
785
3621
63
Calculul presiunii din pori
Calculul la presiune interioară (sonda închisă și plină cu gaze)
64
⁄ ⁄
La gura sondei
-
La șiul coloanei
se alege
pentru oțel clasa clasa N-80 cu grosimea peretelui pentru oțel clasa clasa N-80 cu grosimea peretelui
65
0
100
200
300
400
500
0
500
Presiunea interioară 1000
Presiunea interioară 1500
admisibilă 1 Presiunea interioară
2000
admisibilă 2
2500
3000
Profilul coloanei va fi :
66
Calculul la presiune exterioară (golire parțială)
Presiunea în punctul 1
Presiunea în punctul 2
67
-
se alege
pentru oțel clasa N-80 cu grosimea peretelui pentru oțel clasa N-80 cu grosimea peretelui
0
100
200
300
400
0
500
Presiunea exterioară 1000
Presiunea exterioară admisibilă 1
1500
Presiunea exterioară admisibilă 2
2000
2500
3000
Se observă că de la adâncimea mică
, se pot folosii burlane care a u grosimea pereților mai
Unde:
-
reprezintă lungimea lainerului
68
Profilul coloanei va fi :
Calculul la tracțiune Trecerea de la
adâncimea :
compresiune, provocată de flotabilitate, la tracţiune are loc la
Burlanele din primul tronson de lungimea de:
, N-80, sunt solicitate la tracțiune pe
Greutatea totală a coloanei
69
Verificarea la presiune interioară:
Verificarea la tracțiune
70
Coloana de
va fi alcătuită din 2 tronsoane tronsoane :
alcătuit din burlane de îmbinare cu filet “rotund” lung (LC – Long Connection)
-
tronsonul 1 cu lungimea de
-
tronsonul 2 cu lungimea de
alcătuit din burlane de îmbinare cu filet “rotund” lung (LC – Long Connection)
71
oțel N-80, oțel N-80,
CAPITOLUL 5 – Cimentarea coloanelor 5.1.
Cimentarea coloanei de ancoraj prin metoda duratei operației
Se cunosc următoarele date:
⁄ ⁄
Diametrul exterior al coloanei: Diametrul interior al coloanei:
Adâncimea de tubare: Densitatea noroiului: Diametrul sapei:
Adâncimea de montare a niplului de la șiu:
Coeficientul de cavernometrie: Coeficientul de pierderi de ciment: Coeficientul de compresibilitate al noroiului: Densitatea pastei de ciment:
Adâncimea de cimentare
Densitatea pastei de ciment și proprietățile reologice
⁄
Proprietățile reologice se apreciază în raport cu caracteristicile fluidelor:
⁄
Ciment
Ciment
:
:
72
Volumul pastei de ciment
Unde: -
( )
– reprezintă – reprezintă diametrul mediu al găurii de sondă – reprezintă – reprezintă diametrul exterior al coloanei – reprezintă – reprezintă diametrul interior al burlanelor de sub inelul de reținere - înălțimea inelului de reținere a dopurile față de șiul coloanei
√ √
Cantitatea de materiale pentru pasta de ciment
Pentru prepararea a
de pastă se folosesc :
Cantități de materiale unitare
{ 73
Factorul apă-ciment:
Cantități de materiale totale
Volumul noroiului de refulare
Numărul de autocontainere APC -10 cu capacitatea de
Numărul de agregate de cimentare ci mentare
74
Presiunea finală de cimentare
Presiunea finală este presiunea maximă în operaţia de cimentare.
Unde: -
– reprezintă – reprezintă presiunea de circulație – reprezintă – reprezintă presiunea datorată diferenței de densitate a fluidelor
( ) )
75
5.2.
Cimentarea coloanei intermediare
Se cunosc următoarele date:
⁄ ⁄ ⁄
Diametrul exterior al coloanei: Diametrul interior al coloanei:
Adâncimea de tubare: Diametrul sapei:
Adâncimea de montare a niplului de la șiu: Înălțimea de cimentare:
Densitatea noroiului: Densitatea cimentului: Densitatea pastei de ciment: Coeficientul de cavernometrie: Coeficientul de pierderi de ciment: Coeficientul de compresibilitate al noroiului:
Adâncimea de cimentare
Densitatea pastei de ciment și proprietățile reologice
⁄
Proprietățile reologice se apreciază în raport cu caracteristicile fluidelor:
⁄
Ciment
Ciment
:
:
76
Volumul pastei de ciment
Unde: -
( )
– reprezintă – reprezintă diametrul mediu al găurii de sondă – reprezintă – reprezintă diametrul exterior al coloanei – reprezintă – reprezintă diametrul interior al burlanelor de sub inelul de reținere - înălțimea inelului de reținere a dopurile față de șiul coloanei
√ √
Cantitatea de materiale pentru pasta de ciment
Pentru prepararea a
de pastă se folosesc:
Cantități de materiale unitare
{ 77
Factorul apă-ciment:
Cantități de materiale totale
Numărul de autocontainere APC -10 cu capacitatea de
Numărul de agregate de cimentare
78
Volumul noroiului de refulare
∑ ∑ Presiunea finală de cimentare
Presiunea finală este presiunea maximă în operaţia de cimentare.
Unde: -
– reprezintă – reprezintă presiunea de circulație – reprezintă – reprezintă presiunea datorată diferenței de densitate a fluidelor
( ) )
79
5.3.
Cimentarea coloanei de exploatare în regim r egim turbulent
Cerinţele privind calitatea cimentărilor coloanelor de exploatare sunt mult mai severe decât pentru celelalte coloane. Se cere o cât mai bună izolare între strate, fapt asigurat în primul rând de îndepărtarea îndepărtarea fluidului de foraj şi de o bună aderenţă aderenţă a pietrei pietrei de ciment de peretele sondei sondei şi de peretele exterior exterior al coloanei. Unul dintre principalii factori de natură tehnologică cu influenţă mare asupra îndepărtării fluidului de foraj este regimul de curgere al pastei de ciment în spaţiul inelar dintre peretele sondei şi coloană. Prin regimul turbulent se asigură, la curgerea pastei, o distribuţie uniformă a vitezei de curgere pe întreaga secţiune transversală a spaţiului inelar. Acest fapt contribuie în bună măsură şi la îndepărtarea turtei de colmatare de pe peretele sondei, fapt ce asigură un contact direct piatră de ciment – rocă. În realizarea curgerii turbulente un factor de bază este viteza de curgere. Valoare acesteia trebuie să fie cel puţin egală cu aşa numita viteză critică. La rândul său această viteză depinde în foarte mare măsură de caracteristicile fizice ale fluidului care curge, în cazul de faţă pasta de ciment şi de configuraţia spaţiului de curgere. cel puţin pe un interval în spaţiul inelar de la baza coloanei coloanei până deasupra deasupra zonei productive. productive. Obişnuit, pentru pentru siguranţă se asigură asigură regimul turbulent pe întregul interval de înălţime de cimentare a coloanei de exploatare. Cu alte cuvinte se doreşte realizarea de regim turbulent din di n momentul începerii ridicării pastei de ciment în spaţiul inelar până la sfârşitul operaţiei de cimentare. Se impune realizarea regimului turbulent
La o cimentare de coloană în regim turbulent primele probleme ale calculului cimentării: înălţimea de cimentare, caracteri sticile fizice ale pastei de ciment, volumele de fluide pompate în sondă, cantităţile de materiale necesare preparării pastei şi numărul de echipamente sunt aceleaşi ca şi la calculele de coloane de ancoraj şi intermediară. Ele nu vor mai fi repetate la acest calcul de cimentare. Vor fi prezentate elementele s pecifice cimentării turbulente.
Date de bază necesare calculului
-
diametrul coloanei:
⁄ ⁄ ⁄ ;
adâncimea de introducere a coloanei:
;
diametrul sapei pentru coloane de exploatare:
;
diametrul coloanei anterioare ( intermediară): adâncimea de introducere a coloanei intermediare: i ntermediare: m; coeficientul de cavernă pentru intervalul de sub coloana intermediară:
;
densitatea fluidului de foraj:
;
;
viscozitatea plastică a fluidului de foraj: ; tensiunea dinamică de forfecare a fluidului de foraj: distanţa dintre inelul de reţinere r eţinere şi şiul coloanei de exploatare: înălţimea de cimentare a coloanei de exploatare:
;
;
;
-
densitatea cimentului praf:
;
80
Date suplimentare necesare calculului cimentării
-
grosimea medie a peretului burlanelor coloanei de exploatare:
∑ -
diametrul interior mediu al coloanei de exploatare:
-
diametrul sapei in zona de sub coloana intermediară:
√ √
-
diametrul interior al coloanei intermediare:
-
aria secţiunilor de curgere în sondă:
;
aria interioară a coloanei de exploatare:
-
aria exterioară ( a spaţiului inelar):
⁄
factorul de compresibilitate a fluidului de foraj: factorul de pierderi: ;
;
Densitatea pastei de ciment
Se admite
81
Proprietăţile reologice ale pastei
-
viscozitatea plastică:
-
tensiunea dinamică de forfecare:
⁄
Volumele de fluide pompate în sondă
Volumul de pastă de ciment
Volumul de fluide de refulare
Cantităţile de materiale necesare pentru prepararea prepararea pastei
⁄ ⁄ ⁄
pasta de ciment ciment se încadrează încadrează în categoria pastelor normale, care se prepară din ciment şi apă. La densitatea
Pentru prepararea a
-
ciment:
-
apă:
de pastă se folosesc:
82
Factorul apă – ciment este:
Pentru prepararea întregului volum de pastă se vor folosi: -
ciment:
-
apă:
Echipamentele necesare
Se vor utiliza autocontainere APC – 10, – 10, numărul necesar de autocontainere fiind:
Pentru o utilizare succesivă a câte două autocontainere la un agregat de cimentare numărul necesar de agregate este:
Debitele de fluide utilizate la cimentare Debitul de preparare şi pompare în sondă a pastei de ciment,
Agregatele de cimentare efectuează concomitent prepararea şi pomparea pastei de ciment, în condiţia menţionată de folosire succesivă a câte două autocontainere la un agregat. Durata de preparare a pastei din cimentul transportat de un autocontainer este de 15..20
minute, funcţie de capacitatea acestuia. Ca urmare, durata de preparare a pastei din cele 4 autocontainere ce alimentează un agregat . Deci, acesta este timpul de pompare în sondă sondă a pastei de ciment la cimentarea cimentarea coloanei de exploatare. exploatare. Cunoscând Cunoscând volumul de pastă şi timpul t impul de preparare se poate determina debitul mediu de pompare a pastei astfel:
83
⁄ Debitul necesar realizării regimului turbulent de curgere a pastei în spaţiul inelar
Este necesar ca regimul turbulent de curgere a pastei de ciment în spaţiul inelar dintre coloană şi peretele sondei să fie asigurat din momentul în care pasta a ajuns la baza coloanei şi a început să treacă în spatele coloanei. În majoritatea cazurilor acest regim se menţine pe întreaga perioadă de ridicare a pastei. Deci, până la l a finalul cimentării. Debitul de pompare pentru realizarea regimului turbulent trebuie să fie cel puţin egal cu aşa numitul debit cr itic. itic. Considerând pasta de ciment un fluid de tip binghamian, viteza critică se determină cu următoarea relaţie:
⁄ Debitul corespunzător acestei viteze:
⁄ ⁄
Volumele de fluide pompate în sondă cu debitele
şi
Volumul pompat cu debitul
După cum s-a menţionat este necesar realizarea unei curgeri turbulente a pastei de ciment numai în spaţiul inelar dintre coloană şi peretele sondei. Cât timp pasta se află în interiorul coloanei nu interesează regimul de curgere a fluidelor aflate în sondă. s ondă. Se pompează cu debitul Q p până când când pasta a ajuns la baza coloanei coloanei şi urmează să să treacă în spaţiul inelar. Deci volumul vol umul pompat cu acest debit este egal cu volumul interior al coloanei:
84
Volumul pompat cu debitul
Cu debitul Qn se pompează un
volum de fluid ce reprezintă diferenţa dintre volumul total ce se pompează la operaţia de cimentare şi volumul pompat iniţial cu debitul Q p. Volumul respectiv este egal cu volumul de pastă ce se ridică în spaţiul inelar:
Deoarece volumul de pastă, , este mai mic decât volumul interior al coloanei, rezultă că după pasta de ciment se pompează cu debitul un volum de fluid de refulare:
Vitezele de curgere ale fluidelor în sondă Vitezele la pomparea cu debitul
-
în interiorul coloanei:
-
în exteriorul coloanei:
⁄
⁄ ⁄ ⁄
Vitezele la pomparea cu debitul
-
în interiorul coloanei:
⁄ 85
-
în exteriorul coloanei:
⁄
Presiunile de pompare în sondă
În orice moment al operaţiei de cimentare presiunea de la agregate, p a, este determinată de: caracteristicile fizice ale fluidelor în circulaţie, poziţiile ocupate de aceste fluide, configuraţia spaţiilor de curgere şi vitezele de deplasare ale fluidelor. Presiunea de pompare este exprim ată prin relaţia generală:
în care:
este presiunea dată de coloanele hidrostatice ale fluidelor;
– presiunea presiunea de circulaţie pentru învingerea învingerea rezistenţelor hidraulice( hidraulice( cădere de presiune în circulaţie; circulaţie; – căderea – căderea de presiune in manifold, de la l a ieşirea din pompele agregatelor până la intrarea în coloană şi presiunile necesare circulaţiei prin capul de cimentare, dechiderea primului dop de cimentare cimentare şi şiul coloanei; coloanei; în valoarea lui p m este cuprinsă şi presiunea necesară învingerii frecărilor dopurilor de cimentare de peretele coloanei.
La rândul lor:
Valorile pentru pρ depind de densităţile fluidelor şi de înălţimile ocupate de acestea în
sondă.
86
În ceea ce priveşte ce priveşte presiunile de circulaţie, ele se determină cu relaţiile generale: generale:
în care și relațiile:
și şi Bingham
se referă la interiorul și respectiv, la exteriorul coloanei. Ele se stabilesc cu
sunt coeficienţi ai rezistenţelor hidraulice şi sunt funcţie de numerele Reynolds
Numerele Reynolds Reynolds şi Bingham Bingham sunt date de relaţiile: relaţiile: -
pentru interiorul coloanei:
-
pentru exteriorul coloanei:
87
Toate valorile mărimilor necesare calculelor căderilor de presiune sunt prezentate in tabelul următor. Cu aceste valori se pot calcula presiunile de circulaţie în orice moment al desfăşurării operaţiei de cimentare.
În continuare se prezintă algoritmul de calcul. 1)
Curgerea fluidului de foraj în interiorul coloanei la debitul
⁄⁄ ⁄
Se cunosc:
⁄
;
;
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin conducte rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
Ca urmare rezultă:
88
2)
Curgerea fluidului de foraj în spaţiul inelar la debitul
⁄ ⁄ Se cunosc:
;
⁄
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
89
3) Curgerea fluidului de foraj în interiorul coloanei la debitul Se cunosc:
⁄ ⁄ ⁄
⁄
;
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin conducte rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
Ca urmare rezultă:
90
4)
Curgerea fluidului de foraj in spaţiul inelar la debitul Se cunosc:
⁄ ⁄ ⁄
⁄
;
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
91
5)
Curgerea pastei de ciment în interiorul coloanei la debitul Se cunosc:
⁄ ⁄ ⁄
⁄
;
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin conducte rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
Ca urmare rezultă:
92
6)
Curgerea pastei de ciment în interiorul coloanei la debitul Se cunosc:
⁄ ⁄ ⁄
⁄
;
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin conducte rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
Ca urmare rezultă:
93
7)
Curgerea pastei de ciment în spaţiul inelar la debitul Se cunosc:
⁄ ⁄ ⁄
⁄
;
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
94
8)
Curgerea pastei de ciment în spaţiul inelar la debitul Se cunosc:
⁄ ⁄ ⁄
⁄
;
Se calculează:
Din graficul corespunzător curgerii prin spaţii inelare rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:
95
Toate aceste valori sunt sintetizate în tabelul următor. Faza cimentării
Coborâre pastă in coloană
Interior coloană ,
Volumul pompat ,
Debit de pompare,
/s /s
Interior coloană
Zona de curgere
Aria de curgere,
=0,02021
Viteza de curgere, m/s
Fluid de foraj
Pasta de ciment
Cadere de presiune in manifold,
Fl.foraj
Pastă
=0,333
=54,56
Ridicare pastă in spaţiul inelar
Pastă in spațiul inelar,
=6,74
Spaţiu inelar
=0,0191 =0,352
=23,86
=24,8
Interior coloană
Spaţiu inelar
=0,02021
=0,0191
=1,227
=1,298
-
1949,1 56 0,3 139,97 2110,14
747,47 19,21 0,43 617,92 809,23
7181,82 15,2 0,03 190,04 7775,2
2756,32 5,21 0,06 1172,41 2984
-
51,67
17,73
14,02
4,81
-
0,27
0,36
0,028
0,04
-
177,30
-
249,63
-
-
-
728,09
-
1101,93
1,31 1,56
1,31 1,56
9 9.866
9 9.866
Urmează să se calculeze valorile şi variaţia presiunii de pompare în sondă în timpul operaţiei, trasându -se graficul de variaţie a presiunii la agregatele de cimentare funcţie de volumul de fluid pompat.
În cazul de faţă volumul pastei de ciment este mai mic decât volumul interior al coloanei şi, ca urmare, se foloseşte fig. fi g. următoare pentru care s -au precizat cinci momente de calcul. Pentru fiecare din aceste momente se va calcula presiunea de lucru şi se va preciza şi volumul de fluide pompate până în momentul re spectiv.
96
Momentul a
Începutul pompării pastei de ciment.
⁄ ⁄
-
debitul de pompare:
-
volum pompat:
-
căderea de presiune în manifold:
-
presiunea coloanelor de fluide:
(
)
- presiunea de circulaţie în sondă ( în sondă există doar doar fluid de foraj):
97
-
presiunea la agregate:
Deci punctul corespunzător acestul moment al operaţiei de cimentare va avea coordonatele: a ( 0; 26)
Momentul b
Terminarea pompării pastei de ciment.
⁄ ⁄
-
debitul de pompare:
-
volumul de fluid pompat:
-
căderea de presiune în manifold:
98
-
presiunea coloanelor de fluide:
în exteriorul coloanei:
la interiorul coloanei:
Deci:
- presiunea de circulaţie în sondă: sondă:
-
[ ]
presiunea la agregate:
Deci punctul corespunzător acestui moment al operaţiei de cimentare va avea coordonatele: b (24,27; -42,11)
99
Momentul c Pasta de ciment a ajuns la partea de jos a coloanei:
⁄ ⁄
-
debitul de pompare:
-
volumul de fluid pompat:
-
căderea de presiune în manifold:
- presiunea de circulaţie în sondă este aceeaşi aceeaşi ca în momentul b:
100
[ ] - presiunea coloanelor coloanelor de fluide este este aceaşi ca ca în momentul b:
-
presiunea la agregate:
Deci punctul corespunzător acestui moment al operaţiei de cimentare va avea coordonatele: c ( 54,56; -42,36)
101
Momentul d
Pasta de ciment a început să treacă în spaţiul inelar; începe regimul de curgere turbulent pentru pastă.
⁄ ⁄
-
debitul de pompare:
-
volumul de fluid pompat este acelaşi ca în momentul c:
-
căderea de presiune în manifold
- presiunea coloanelor coloanelor de fluide este este aceeaşi aceeaşi ca în momentele b şi c:
- presiunea de circulaţie în sondă: sondă:
102
-
presiunea la agregate:
Deci punctul corespunzător acestui moment al operaţiei de cimentare va avea coordonatele: d ( 54,56; -18,08)
103
Momentul e
Finalul operaţiei de cimentare în regim turbulent.
⁄ ⁄
-
debitul de pompare:
-
volumul de fluid pompat în sondă:
-
căderea de presiune la manifold:
104
-
Deci:
presiunea coloanelor de fluide:
la exteriorul coloanei:
la interiorul coloanei:
- presiunea de circulaţie în sondă: sondă:
-
presiunea la agregate:
Deci punctul corespunzător acestui moment al operaţiei de cimentare va avea coordonatele: e ( 81,14; 111,27)
105
În continuare se trasează graficul de variaţie al presiunii la agregate funcţie de volumul de fluide pompate în sondă.
106
Durata operaţiei de cimentare
Durata cimentării este dată de suma timpilor necesari pompării de fluide în sondă şi de efectuarea operaţiei de lansare a celui de -al doilea dop de cimentare:
Timpul de pompare este compus din timpul necesar ajungerii pastei la baza coloanei, în şi de ridicare a pastei în regim r egim turbulent în spaţiul inelar, în care debitul de pompare este care debitul de pompare este . Pomparea cu debitul se face până în momentul c. Deci
volumul pompat este volumul interior al coloanei,
. Pomparea cu debitul
se face din momentul d până în momentul e. Deci volumul pompat va fi:
Ca urmare:
107
CAPITOLUL 6 – Programe – Programe de investigare geofizică
Pentru intervalul 0 – 580
geofizică sau carotaj mecanic.
(coloana de ancoraj) nu se prevede program de investigare in vestigare
Pentru intervalul 580 – 1580 investigare geofizică ce include :
-
(coloana intermediară) se prevede un program de
carotaj electric standard carotaj gamma natural
carotaj acustic de cimentare pentru coloana de se execută Mud Logging cu prelevare pr obe la fiecare 5
Pentru intervalul 0 – 2700 investigare geofizică ce include :
(1580 – 2700
gaura liberă) se prevede un program de
- carotaj electric focalizat - carotaj neutronic - carotaj acustic de viteza - carotaj de densitate și litologic - microcarotaj focalizat - înclinometrie - presiuni în gaura gaura liberă - carotaj acustic de cimentare pentru coloana de - se execută Mud Logging cu prelevare probe la fiecare 5
Section
I II III
Hole size
Wireline log type
GR, SP, RES, CBL – VDL GR, SP, HRLA, HGNS, MCFL, BHC, CBL – VDL
108
Concluzii
În primul capitolul s -au prezentat amplasarea sondei , litologia și tectonica
În capitolul 2 s -au prezentat:
-
Comanda geologo- tehnică
Variația gradienților de presiune di n pori, de noroi și de fisurare Calculul diametrelor si sapelor din care au rezultat următoarele diametre: pentru coloana de ancoraj: diametrul sapei și diametrul coloanei
- pentru coloana coloana intermediară: diametrul diametrul sapei -
și diametrul coloanei
pentru coloana de exploatare (lainer): diametrul sapei coloanei
și diametrul
La sfârșitul capitolului 2 s -a prezentat și programul de construcție al sondei
În capitolul 3 s -au prezentat:
Tipurile de fluide de foraj
Proprietățile fluidelor de foraj Calculul volumelor de noroi din care au rezultat următoarele volume:
- pentru coloana de ancoraj: - pentru coloana coloana intermediară: - pentru coloana de exploatare:
Calculul cantităților de materiale
În capitolul 4 s -au prezentat:
Calculul pentru dimensionarea coloanei coloanei de ancoraj din care au rezultat următoarele:
- pentru coloana de burlane s-a ales un oțel tip J -55 cu grosimea de perete - pentru întreaga coloana de suprafață suprafață avem un singur singur tronson - îmbinarea se face cu filet “rotund” scurt (SC- Short Connection)
109
Calculul pentru dimensionarea coloanei coloanei intermediară din care au rezultat următoarele:
-
pentru coloana de burlane s- a ales un oțel tip J -55
-
coloana va fi formată din 3
o
o
o
tronsoane:
primul tronson cu lungimea de 320,84 va avea grosimea de perete îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection) al doilea tronson cu lungimea de 911,69 va avea grosimea de perete cu îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection) ultimul tronson cu lungimea de 347,47 va avea grosimea de perete îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection)
cu
cu
Calculul pentru dimensionarea coloanei coloanei de exploatare (lainer) (l ainer) din care au rezultat
următoarele: o
o
pentru coloana de burlane s- a ales un oțel tip N -80
coloana va fi formată din 2 tronsoane:
primul tronson cu lungimea de 706,53 va avea grosimea de perete îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection) al doilea tronson cu lungimea de 543,47 va avea grosimea de perete cu îmbinare cu filet “rotund” lung (LG- Long Connection)
cu
În capitolul 5 s -au prezentat:
-
calculul cimentării coloanei de ancoraj prin metoda duratei duratei operației:
cantitatea de ciment necesară pentru cimentare este de volumul de apă necesar pentru cimentare este de
volumul de noroi de refulare este de numărul de autocontainere APC -10 cu capacitatea de 10
este de 8 autocontainere
numărul de agregate de cimentare este de 5 agregate coloana se va cimenta până la “zi” (TOC = 0 ) calculul
cimentării coloanei intermediare:
cantitatea de ciment necesară pentru cimentare este de volumul de apă necesar pentru cimentare este de
volumul de noroi de refulare este de numărul de autocontainere APC -10 cu capacitatea de 10
este de 10 autocontainere
numărul de agregate de cimentare este de 6 agregate coloana se va cimenta până la “zi” (TOC = 0 )
110
-
calculul cimentării coloanei de exploatare (lainer):
cantitatea de cimen t necesară pentru cimentare este de
volumul de apă necesar pentru cimentare este de
volumul de noroi de refulare este de numărul de autocontainere APC -10 cu capacitatea de 10
este de 4 autocontainere
numărul de agregate de cimentare este de 2 agregate coloana se va cimenta pe o înălțime de 1250 1250 (TOC = 1450 durata operației de cimentare este de 161,2
)
În capitolul 6 s -au prezentat programele de investigare geofizică
111
Bibliografie tehnologi a forării sondelor , Editura Universităţii Petrol-Gaze 1. Avram, L.: Elemente L.: Elemente de tehnologia
din Ploieşti, 2011. cimentur i de sondă, Editura Universităţii din Ploieşti, 2. Macovei, N.: Fluide N.: Fluide de foraj şi cimenturi 1993. sondelor (seria Forajul Sondelor), Editura 3. Macovei, N.: Tubarea şi cimentarea sondelor (seria
Universităţii din Ploieşti, 1998. sondă ), Editura 4. Popescu, M.G.: Fluide M.G.: Fluide de foraj şi flui de de izolare (cimenturi de sondă) Universităţii Petrol-Gaze din Ploieşti, 2002
112
