PROIECT LA FORAJUL SONDELOR
Cuprins CAPITOLUL I- Date si informatii generale despre sonda proiectata............................................. ................................................. .... 3
1.1. Tema proiectului .......................................................................................................... .......................................................................................................................... ................ 3 1.2.Adancimea celor 3 intervale ce vor urma sa fie sapate ........................................................... ................................................................ ..... 3 i ntervale............................................................ ............................................................ 3 1.3.Densitatea fluidului folosit la saparea celor trei intervale 1.4.Apăsarea 1.4.Apăsarea pe sapa .......................................................................................................................... ..................................................................................................................... ..... 3 1.5.Turatia sapei de foraj .................................................................................................................. .................................................................................................................... .. 3 1.6.Presiunea 1.6.Presiunea la incărcător ............................................................... ................................................................................................................. .................................................. 3 ............................................................................................................ .. 4 1.7.Schema sondei proiectate .......................................................................................................... CAPITOLUL II - GARNITURA GARNITURA DE FORAJ .............................................. .................................................................... ............................................ ........................ 6
2.1.Prajini de antrenare ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... 6 2.2.Prajinile de foraj ........................................................................... ............................................................................................................................ ................................................. 7 2.3.Prajinile grele ..................................................................................................... ................................................................................................................................ ........................... 8 2.4.Stabilire diametre standard si lungimile prajinilor de foraj si a prajinilor grele ........................... 8 III SOLICITARILE SOLICITARILE GARNITURII GARNITURII DE FORAJ ....................................................... ............................................................................. ................................ .......... 12
3.1.Solicitarile in timpul forajului .................................................................. ...................................................................................................... .................................... 12 3.1.1.Intindere si compresiune ................................................................................................... ................................................................................................... 12 3.1.2.Calculul solicitarii la torsiunea garniturii de foraj .............................................................. .............................................................. 14 3.1.3.Incovoierea garniturii de foraj: .......................................................................................... 16 3.1.4.Presiunea interioara si exterioara a garniturii de foraj ...................................................... 17 3.1.5.Calculul
........................................................................................................... ........................................................... ................................................1 8
3.2.Calculul solicitarilor care apar a par in timpul extragerii garniturii de foraj fara circulatie ................. 19 3.2.2.Presiunea interioara si exterioara ............................................................. ...................................................................................... ......................... 20 3.2.3.Calculul
..................................................................................................... ................................................................. .................................... 220 0
3.3.Dimensionarea garniturii de foraj ........................................................... ............................................................................................... .................................... 20 3.4.Proceduri..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... 21 Capitolul IV - FLUIDE DE FORAJ .................................. ........................................................ ............................................ ........................................... ..................... 23
4.1. Proprietăţile fluidelor de foraj .............................................................. ................................................................................................... ..................................... 25 4.2.Volume de noroi necesare ......................................................... ......................................................................................................... ................................................ 25 4.3.Tratamente si cantitati de maateriale ........................................................................................ ........................................................................................ 26 CAPITOLUL V - ARHITECTURA ARHITECTURA SONDEI.......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 29
1
5.1.Tubarea sondei. ............................................................... .......................................................................................................................... ........................................................... 29 5.1.1.Tipuri de coloane ............................................................................................................... 29 5.1.2. Stabilirea programului de constructie ................................................................... .............................................................................. ........... 30 5.2.Calculul gradientilor de presiune: ............................................................................................... ............................................................................................... 31 5.3. Diametrul coloanelor si al sapelor. ............................................................................................ 33 5.3.1.Stabilirea jocurilor radiale si verificarea diametrelor sapelor ........................................... 34 5.4. Calculul de rezistenta al coloanelor de tubare .......................................................................... 37 5.4.1. Calculul de rezistenta al coloanei de ancoraj .................................................................... 37 5.4.1.1. Presiuni in coloana de ancoraj .................................................................................. ..................................................................................... ... 39 5.4.2 Calculul de rezistenta al coloanei intermediare. ............................................................ ............................................................... ... 41 5.4.2.1. Verificarea coloanei la solicitarea de intindere ........................................................... 44 5.4.2.2. Presiuni in coloana intermediara ................................................................................. ................................................................................. 45 5.4.3. Calculul de rezistenta al coloanei de exploatare .............................................................. 46 5.4.3.1.Verificarea la solicitarea sol icitarea de intindere ............................................................. ........................................................................... .............. 48 5.4.3.2 Presiuni in i n coloana de exploatare ................................................................................. ................................................................................. 49 5.4.3.3.Proceduri....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 49 5.5. Cimentarea coloanelor de tubare .............................................................................................. .............................................................................................. 51 5.5.1.Cimentarea coloanei de ancoraj ........................................................................................ ........................................................................................ 52 5.5.2.Cimentarea coloanei intermediare ................................................................................. .................................................................................... ... 57 5.5.3 Calculul cimentarii coloanei de exploatare in regim turbulent ......................................... 63 CAPITOLUL VI - Echipamentul Echipamentul de foraj ........................................................ .............................................................................. ................................ .......... 76
6.1. Alegerea garniturii de foraj ................................................................... ....................................................................................................... .................................... 76 6.2. Alegerea echipamentului de suprafata............................................................. ...................................................................................... ......................... 76
2
CAPITOLUL I- Date si informatii generale despre sonda proiectata 1.1. Tema proiectului
Să se proiecteze o sondă în foraj cunoscanducunoscandu-se datele următoare: N=21 1.2. Adancimea celor 3 intervale 1.2. Adancimea intervale ce vor urma sa fie fie sapate
Adancimea săpată pentru coloana de ancoraj este: Ha =500+25·N=500+25·21=1025m Adancimea săpată pentru coloana intermediară: intermediară: Hi=1600+35·N=1600+35·21=2355m Adancimea săpată pentru coloana de exploatare: He=2300+20·N=2300+20·21=2720m 1.3. Densitatea fluidului folosit la saparea celor trei intervale
(0-1025m) coloana de ancoraj: Ρa=1150+2·N=1150+2·21=1192Kg/m3 (1025-2335) coloana intermediara: Ρi=1250+5·N=1250+5·21=1355Kg/m3 (2335-2720) coloana de exploatare: Ρe=1400+20·N=1400+10·21=1610 Kg/m 3 sapa 1.4. Apăsarea pe sapa
Gs=125+N=125+21=146 =125+N=125+21=146 KN 1.5.Turatia sapei de foraj n=80+N=80+21=101 n=80+N=80+21=101 rot/min
1.6.Presiunea la incărcător Pi=110+N=110+21=131 bar
3
1.7.Schema sondei proiectate
Coloana de ancoraj (Da, Ha ,Dsa ρn)
Coloana intermediara (Di, Hi ,Dsi ρn)
Coloana de exploatare (De, He ,Dseρn)
Coloana de ancoraj:
Coloana de ancoraj este destinata d estinata consolidarii formatiunilor de suprafata , lungimea sa este cuprinsa de obicei intre 100-1000 m , in cazul nostru 1025m .Ea serveste, intre altele ca support pentru celelalte coloane si pentru instalatia de prevenire a eruptiilor. Coloana intermediara:
Este nenecesara pentru izolarea stratelor stratelor sau a fluidelor f luidelor continute in ele care pun probleme la continuarea forajului in conditii normale. Spre exemplu prezenta prezenta unor roci in profilul sondei , cu stabilitate redusa ori prezenta unor strate slab consolidate sau care contin fluide cu presiuni anormale (mari sau mici).
4
Coloana de exploatare:
Permite izolarea stratelor productive in interiorul acesteia se introduce tubincul care permite aducerea fluidelor din stratul productiv la suprafata. Coloanele sunt cimentate cu o pasta de ciment plasata in spatial inelar dintre gaura de sonda si coloana respective. respective. Inaintea inceperi forajului se va plasa o coloana conductor.
5
CAPITOLUL II - GARNITURA DE FORAJ
In cazul de fata folosindu-se forajul cu masa rotativa garniture de prajini va reprezenta arborele de transmisie a miscarii de rotatie, provenita de la masa rotativa , la sapa, prin intermediul ei se transmite energia necesara dislocarii rocii din talpa sondei. Garnitura de foraj este alcatuita din prajina de antrenare ,prajini de foraj, prajini intermediare, prajini grele si sapa. Miscarea de rotatie a masei rotative se va transmite la sapa in ordinea urmatoare prajina de antrenare cu profil hexagonal va primi miscarea de rotatie de la masa rotativa care o va transmite mai departe prajinilor de foraj. De la prajinile de foraj va fi transmisa la prajinile intermediare iar apoi la cele grele iar la randui sapei de foraj . Actiunea combinata combinata a apasarii pe sapa Gs si a turatiei n permite sapelor sa disloce roca in cazul sapelor cu role roca va fi dislocate prin sfarmare , in cazul salapelor cu diamante impregnate prin erodare, iar in cazul celor cu diamante insertate prin erodare si aschiere. Garnitura de foraj este folosita inafara forajului propriu zis si la alte operatiuni cum ar fi omorarea sondei in situatiile eruptive , instrumentatii, instrumentatii, probarea stratelor presupuse productive, efectuarea operatiilor de carotaj,cimentarea linerelor, formarea dopurilor de ciment etc. La forarea acestei sonde se vor folosi: 2.1.Prajini de antrenare
Prin forma ei profilata prajina de antrenare preia miscarea de rotatie de la masa roatativa si o transmite spre sapa prin intermediul restului garniturii de foraj. Pe masura ce sapa avanseaza prajina de antrenare va culisa prin masa rotativa. La saparea celor 3 intervale se vor folosi prajini de antrenare dupa cum urmeaza : - pentru primul interval 0 – 0 – 1025 m se utilizeaza prajini de antrenare cu profil hexagonal cu : - diametrul nominal
- Imbinarea superioara de tipul: 6 5/8 REG
- Imbinarea inferioara (cepul) de tipul 5 ½ FH
S-a optat pentru prajini cu profil hexagonal deoarece se uzeaza uniform, momentul de torsiune se transmite pe o suprafata mai mare , sunt mai rezistente .
6
- pentru intervalul 1025 – 1025 – 2335 m - diametrul nominal
- Imbinarea superioara superioara de tipul: 6 5/8 REG
- Imbinarea inferioara (cepul) de tipul NC 46 (4 IF) - pentru intervalul 2335 – 2335 – 2720 m - diametrul nominal
- Imbinarea superioara superioara de tipul: 6 5/8 REG
- Imbinarea inferioara (cepul) de tipul NC 50 (4 IF) in continuare se va prezenta o schema a prajinilor de antrenare cu profil hexagonal: 2.2.Prajinile de foraj
O prajina de foraj are in compozitie 3 elemente : corpul sau teava prajinii prevazuta la un capat cu cep iar la celalalt cu cep . Prajinile de foraj se fabrica prin laminare iar capetele fiind ingrosate prin presare ulterioara la cald
Institutul American de Petrol API a definit 4 tipuri de clase de rezistenta E-75, X-95, G-105, S-135. Clasa cea mai folosita este clasa E-75 daca rezistenta acestei acestei clase nu este suficienta atunci se vor folosi prajinile dintr-o clasa superioara.
7
2.3.Prajinile grele
Rolul prajinilor grele este cel de a conditiona utilizarea in vune conditii a intrumentului de dislocare . mai mult ele trebuie sa raspunda si unor constrangeri legate de: -
Diametrul gaurii de sonda Pierderile minimale de sarncina Rezistenta la flambaj rigiditatea
Prajinile grele uzoale sunt cilindrice cu lungimea de 9 m avand la un capat cep si la celalalt mufa ambele taiate din corp.
2.4.Stabilire diametre standard si lungimile prajinilor de foraj si a prajinilor grele
Diametrul prajinilor de foraj Petru intervalul 0-1025m
Acest interval se va sapa cu o sapa cu diametrul D s=15 ½ in (393.7 mm). Deci se va adopta un diametru standard conform tabelului: Diametru sapei(Ds) 135-175 176-200 200-250 250-400 Peste 400 (mm) Diametrul prajinilor (Dp) 3 1/2 4-41/2 41/2-5 5-51/2 51/2-64/8 (in) Diametrul exteterior exteterior al prajinilor de foraj: Dpstas=5 in(127mm), grosimea de perete t=9,15 mm, masa unitara q p=29,02 kg·m, tipul imbinarii 5 1/2 in FH.
8
Lungimea prajinilor de foraj
Lp=H-lg=1025-53=972 m Se vor utiliza 108 bucati prajini de foraj. Diametrul prajinilor grele
Diametrul optim al prajinilor de foraj este aproximativ 75% din diametrul sapei -diametrul maxim al prajinilor grele: Dgmax=Ds-1 in=393,7-25,4=368,3 mm -diametrul calculate al prajinilor grele Dg=0,75·Ds=0,75·393,7=295,27 mm Se va adopta un diametru standard pentru prajinile grele de foraj f oraj : Dstas=11 in (279.4mm) Penreu acest diametru avem : Diametru interior: d g=76,2 mm ,imbinarea NC 77, masa unitara qp=444.5 kg·m Lungimea prajinilor grele
Lungimea intregului ansamblu de prajini grele se determina din conditia ca apasarea pe sapa Gs sa fie reazlizata cu aproximativ 75% din greutatea lor.
Deoarece o prajina grea are 9 m se vor utiliza 6 prajini grele. Pentru intervalul (1025-2335m)- colane intermediara: i ntermediara:
Pentru acest interval se va utiliza o sapa cu diametrul D s=95/8(245mm). Diametrul prajinilor de foraj:
Dp=41/2…..5 in se va allege D pstas=41/2 Pentru acest diametru avem : grosimea de perete t=8,56 mm , q p=24,70 kg·m, tip imbinare NC 385H. Lungimea prajinilor de foraj:
Lpi=2335-136=2199m 9
Diametrul prajinilor grele:
Diametrul maxim la prajinilor de foraj: Dpmax=Ds-1in=245-25,4=219.6mm Diametrul calculate al prajinilor grele: Dg=0,75·Ds=0,75·245=183,75mm Diametru stas al prajinilor grele: Dpstas=71/4in (184,2mm) Pentru acest diametru avem : diametru interior d g=71,5mm, imbinarea NC50, q g=177,6 Kg·m Lungimea prajinilor grele:
Se vor utiliza 16 bucati. bu cati.
Pentru intervalul (2335-2720m)- colanda de exploatare:
Pentru acest interval se va utiliza o sapa cu diametrul D s=63/4(245mm). Diametrul prajinilor de foraj:
Dp=4…41/2 in se va allege D pstas=41/2(114,3mm) Pentru acest diametru avem : grosimea de perete t=8,56 mm , q p=20,83 kg·m, tip imbinare NC 50H.diametru interior d p=97,18 mm Lungimea prajinilor de foraj:
Lpi=2720-203=2517m Diametrul prajinilor grele:
Diametrul maxim la prajinilor de foraj: Dpmax=Ds-1in=171,5-25,4=146,1mm Diametrul calculate al prajinilor grele: Dg=0,75·Ds=0,75·171,5=128,6mm
10
Diametru stas al prajinilor grele: Dpstas=6 in (152,4mm) Pentru acest diametru avem : diametru interior d g=57,2 mm, imbinarea NC44, qg=123,1 Kg/m
Lungimea prajinilor grele:
Se vor utiliza 23 bucati.
11
III SOLICITARILE GARNITURII DE FORAJ
Ca urmare a lucrului neuniform al sapei pe talpa, a rotirii garniturii de foraj f oraj a pulsatiilor pompelor de noroi, in timpul forajului toate solicitarile au practice un character variabil. In general , solicitawrile se accentueaza cu adincimea si sunt mai severe in zonele curbate. Sunt situatii in cand garniture este supusa supusa la solicitari dinamice de soc: degajarea prin bataie cu geala, intepenirea ori desprinderea brusca in timpul rotirii , scaparea pe o anumita inaltime etc. Principalele solicitari la care sunt supuse diferitele elemente ale garniturii de foraj sunt: -
tractiunea torsiunea presiunea exterioara presiunea interioara solicitarile combinate : tractiune-torsiune sau tractiune-presiune
Atunci cand sonda este curbata , ori cand isi pierde , in timpul lucrului, forma rectilinie de echilibru stabil, ca si atunci cand este supusa vibratiilor vibratiilor transversal, garniture garniture de foraj este supusa solicitarii de incovoiere. 3.1.Solicitarile in timpul forajului
3.1.1.Intindere si compresiune
Solicitarea la intindere este create de : greutatea proprie a prajinilor , greutatea ansamblurilor introduce in sonda, fortele de frecare cu peretii si cu noroiul din sonda, fortele de frecare cu peretii si cu noroiul din sonda; fortele de inertie din timpul manevrei; fortele de presiune create de prezentza si circulatia noroiului; forta suplimentara de tractiune in cazul degajarii unei garniture prinse.
12
Greutatea prajinilor de foraj:
Gp=qp·g·lp·(
=408,8 KN
Greutatea prajinilor grele de foraj:
Gg=qg·g·lg·(
=194,6 KN
Aria prajinilor de foraj respective cea a prajinilor grele:
( ) ( ) ( ) ( ) =
=
Calculul solicitarii la intindere
si compresiune
Calculul fortelor care actioneaza pe garnitura de foraj:
13
:
3.1.2.Calculul solicitarii la torsiunea garniturii de foraj
Garnitura de foraj estesolicitata la torsiune in timpul procesului de foraj sau carotaj, in cursulunor instrumentatii etc.
1
1
2
2
3
3
Solicitarea de torsiune in sectiunea sectiunea 3-3:
Calculul momentului la sapa care este egal cu momentul de torsiune in sectiunea 33:
Calculul modulului de rezistenta polar al materialului prajinilor grele in cazul nostru
otel :
14
Solicitarea de torsiune in sectiunea sectiunea 2-2:
Momentul de torsiune in sectiunea 2-2:
Momentul la rotirea garniturii de foraj:
Puterea necesara la rotirea prajinilor grele:
Solicitarea de torsiune in sectiunea sectiunea 1-1:
Momentul in sectiunea 1-1 este egal cu momentul la masa rotativa
:
Momentul de rotire in sectiunea 1-1:
( )
Puterea necesara rotirii garniturii de foraj in sectiunea 1-1:
15
Calculul modulului de rezistenta polar al prajinilor de foraj:
3.1.3.Incovoierea garniturii de foraj
Garnitura de foraj este solicitata la incovoierea atunci cand sonda este curbata, cand isi pierde forma rectilinie de echilibru stabil ori atunci cand este supusa la vibratii transversal. transversal.
Solicitarea la incovoiere
(explicitare ls)
E- modulul de elasticitate elasticitate longitudinal al al materialului:
I – momentul de inertie axial:
16
viteza unghiulara:
3.1.4.Presiunea interioara si exterioara a garniturii de foraj
Exista anumite situatii in timpul forajului cand presiunea din interiorul garniturii de foraj este mai mare decat cea din exterior. Spre exemplu atunci cand se incearca obtinerea circulatiei intr-o sonda cu garniture prinsa sau infundata. Sau la cimentarea sub presiune a unui strat, la probarea unui liner ori a unui strat cu ajutorul prajinilor , presiunea din interiorul aacestora este mai mare decat cea din exterior . Totusi, presiunile interioare intalnite in mod current nu sunt periculoase .Insa in combinatie cu celelalte solicitari efectul lor nu trebuie omis.
Sectiunea 1-1
Raza interioara a prajinilor de foraj:
17
Raza exterioara a prajinilor de foraj:
Presiunea exterioara este egala cu presiunea interioara si cu cea la incarcator:
Sectiunea 2-2
Raza interioara a prajinilor grele:
Raza exterioara a prajinilor grele:
Presiunea exterioara este egala cu presiunea interioara si cu cea la incarcator:
3.1.5.Calculul
In vederea stabilirii clasei mateliarului din care va fi realizata garnitura de foraj se va calcula
18
3.2.Calculul solicitarilor care apar in timpul extragerii garniturii de foraj fara circulatie
( ) 3.2.1.Tractiune
s – coeficientul de frecare al lui Poisson, s= 0,15 a – acceleratia la extragere extragere a garniturii de foraj , a=0,4 m/s
– densitatea otelului ,
– densiteatea fluidului de foraj,
19
3.2.2.Presiunea interioara si exterioara
3.2.3.Calculul
3.3.Dimensionarea garniturii de foraj
Se va compara :
cu
adica :
Petru dimensionare se va allege
20
Rp,02 – limita la curgere a matarialului
Se va adopta pentru fabricarea garniturii de foraj otelul din clasa E-75
In timpul forajului
In timpul extragerii
1-1
2-2
3-3
1-1
2-2
3-3
13,69
-40,18
-52,33
208,31
-
0
σi
12,75
-
-
0
0
0
σax
13,69
-40,18
-52,33
208,31
-
0
σt
-131
-131
-131
-42,959
-42,959
-42,959
τ
12,75
25,81
16,20
0
0
0
σz
σech
174
251,26
3.4.Proceduri
Dupa stabilirea garniturilor de foraj necesare saparii intervalelor celor trei intervale se va da comanda comanda de la fabricant fabricant la timpul folosirii folosirii lor. Transportul garniturii de foraj se va transporta de la fabricant la locul unde se va spa sonda cu peridocul sau platform in functie de mijlocul de transport pus la l a dispozitie de benificiar. Cand aceasta va ajunge la sonda se verifica buletinul care contine informatii despre garniture de foraj ( diameter nominale lungimi gradul materialului etc) , se masoara apoi lungimea prajinilor de foraj si a celor grele dupa care ca re se sabloneaza . Sablonarea consta in introducerea unui dispozitiv special in interiorul prajinilor pentru a se verifica daca prajinile de foraj au venit cu defecte din fabrica ( turtite , denivelari etc) . Dupa aceste verificari se va mai face si o verificare la presiune interioara in cazul in care aceasta nu s-a s -a realizat la fabricant. Dupa incheierea tuturor testelor prajinile se vor aseza pe rampa special amenajata cu ajutorul unei macarale dpa care se vor pune tot cu ajutorul ajutorul macaralei la “ deget “ la 21
podul podarului urmand apoi sa fie introduse bucata cu bucata in timpul forajului. Inainte de a introduce garnitua in sonda se vor trece intr-un tabl serioa si numarul componentei introduce in sonda. Daca apare vreo defectiune ( ruperea unei prajini, spargerea, spiruirea etc) sau daca este necesar sa se inlocuiasca sapa de foraj prajinile de foraj se vor scoate afara in pas ( 3 bucati) si se desfileteaza dupa care se aseaza la “deget” la podul podarului.
22
Capitolul IV - FLUIDE DE FORAJ
Fluidului de foraj i se atribuie, în prezent, următoarele roluri principale:
Hidrodinamic. După ieşirea din duzele sapei, fluidul curăţă particulele de rocă dislocată de pe talpa sondei şi le transportă la suprafaţă, unde sunt îndepărtate. Hidrostatic. Prin contrapresiunea creată asupra pereţilor, el împiedică surparea rocilor slab consolidate şi pătrunderea nedorită în sondă a fluidelor din formaţiunile traversate. traversate. De colmatare. Datorită diferenţei de presiune sondă -straturi, în dreptul rocilor permeabile se depune prin filtrare o turtă din particule solide, care consolidează pietrişurile, nisipurile şi alte roci slab cimentate sau fisurate. Totodată, turta de colmatare reduce frecările dintre garnitura de foraj sau coloana de burlane şi rocile din pereţi, diminuează uzura prăjinilor şi a racordurilor.
De răcire şi lubrifiere. Fluidul de circulaţie răceşte şi lubrifiază elementele active ale elementului de dislocare, dis locare, prăjinile, lagărele sapelor cu role şi lagărele motoarelor de fund. Motrice. Când se forează cu motoare de fund, hidraulice sau pneumatice, fluidul de foraj constituie agentul de transmitere a energiei de la suprafaţă la motorul aflat deasupra sapei. Informativ. Urmărind fluidul de circulaţie la ieşirea din sondă şi detritusul adus la suprafaţă, se obţin informaţii asupra rocilor interceptate şi asupra fluidelor din porii lor. În anumite situaţii, fluidul de foraj poate îndeplinii şi alte atribuţii: plasarea pastei de ciment în spaţiul ce urmează să fie cimentat, antrenarea unor scule de instrumentaţie, degajarea garniturilor de foraj prinse, asigurarea presiunii necesare între coloana de exploatare exploatare şi tubingul suspendat în packer, omorârea sondei. Fluidul de foraj trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:
fluidul ales nu trebuie să afecteze, fizic sau chimic, rocile traversate;
săsă-şi păstreze proprietăţile, în limite acceptabile, la contaminare;
săsă-şi menţină însuşirile tehnologice la temperaturile şi presiunile ridicate ce vor fi întâlnite în sonde şi la variaţiile lor din circuit; să permită investigarea geofizică a rocilor şi fluidelor conţinute în porii lor; să prevină coroziunea şi eroziunea echipamentului de sondă; să menţină în suspensie particulele de rocă neevacuate, în timpul întreruperilor de circulaţie; 23
să conserve permeabilitatea straturilor productive deschise; să nu fie toxic sau inflamabil şi să nu polueze mediul înconjurător şi apele freatice; să fie uşor de preparat, manipulat, întreţinut şi curăţat de gaze sau detritus; să permită sau chiar să favorizeze obţinerea de viteze de avansare a sapei cât mai mari; să fie ieftin, să nu reclame aditivi deficitari şi greu de pr ocurat, iar pomparea lui să aibă loc cu cheltuieli minime.
Este nerealist să se încerce prepararea unui fluid care să răspundă la toate aceste condiţii şi atribuţii. Pentru o anumită situaţie concretă se alege fluidul cel mai convenabil. 3.2. Tipuri de fluide :
Pentru adancimea forata la această sondă până la 2720 m avem nevoie de un noroi natural pentru primul interval, de un noroi inhibitiv pentru al doilea interval si al treilea. Fluidele de foraj dispersate au la bază sistemul dispersat apă -argilă. Constituite din materiale ieftine şi uşor de procurat, ele posedă practic toate însuşirile necesare forajului. De aceea, sunt cele mai răspândite fluide de circulaţie. Ele sunt preparate la suprafaţă din argile bentonitice, uneori activate, cu bune proprietăţi proprietăţi coloidale, dar înglobează şi particule argiloase sau inerte din rocile traversate. Prin urmare, aceste fluide, nu sunt doar dispersate, ci şi dispersive.
Interval forat Gradientul de presiune presiune Tip fluid Densitatea fluidului fluidului m
bar/10m
------
Kg/m3
0-1025
0,11
Dispersat
1192
1025-2335
0,13
Inhibitiv
1355
2335-2720
0,19
Inhibitiv
1610
24
4.1. Proprietăţile fluidelor de foraj :
Compoziţia, calităţile sau carenţele unui fluid de foraj sunt definite printr -o serie de proprietăţi, unele dintre ele comune tuturor tipurilor de fluide, altele specifice numai anumitor categorii. O parte (densitatea, conţinutul de gaze, rezistivitatea ş.a.) se măsoară şi se înregistrează la sondă şi în mod continuu; celelalte sunt măsurate numai intermitent, la sondă ori în laborator. Proprietatile reologice ale fluidelor de foraj Pentru primul interval 2335 – 2720 m
- vascozitatea plastica.
- tensiunea dinamica de forfecare.
Pentru intervalul 1025 – 2335 m
- vascozitatea plastica.
- tensiunea dinamica de forfecare.
Pentru intervalul 0 – 1025 m
- vascozitatea plastica.
- tensiunea dinamica de forfecare.
4.2.Volume de noroi necesare : a. Intervalul 0-1025 m :
K = 2....3
25
b. Intervalul 1025 - 2335 m :
c. Intervalul 2335 - 2720m :
4.3.Tratamente si cantitati de maateriale:
Densitatile componentel componentelor or fluidului de foraj
- Densitatea apei ,
;
- Densitatea argilei,
;
- Densitatea baritei,
Pentru cele 3 intervale vom aveava urmatoarele cantitati de maateriale
Volumele de argila pentru cele trei intervale sunt:
26
Masa de barita necesara prepararii fluidului de foraj necesar la forarea celor trei intervale este:
Volumele de barita pentru cele trei intervale sunt:
Volumul de apa necesar prepararii noroaielor pentru cele 3 intervale:
() () () Dupa cum s-a aratat mai sus in tabel pentru saparea clor trei intervale se va utiliza tei tipuri de noroaie pentru primul interval sapat (0 - 1025 m) , intervalul sapat pentru coloana de ancoraj, la saparea lui se va folosi un fluid dispersat. Pentru celelalte intervle (1025-2355 m ) si (2355 - 2720m) sapate pentru fixarea coloanei intermediare respectiv de exploatare se va utiliza fluide de foraj inhibitive pe baza de ioni de de K . Aceste fluide au la baza sistemul apa-argila care asigura in plus stabilitate sistemului si imprimarea unui puternic caracterinhibitiv mediului apos , acest rol este indeplinit de adaosul de electroliti, polimeri de protectie , substante tensioactive, anumiti fluidizanti, substante hidrofobizante. 27
Se va utiliza o varianta de fluid cu clorura de potasiu si fluidizanti inhibatori, denumit INHIBKCl. Acesta este un amestec de lignosulfonati, humati si dicromati, care amplifica efectul inhibitiv al ionului de potasiu; rezultatele procesului sunt : - provenirea dispersarii detritusului argilos ( prin adsorbtie la suprafata acestuia); - scaderea vascozitatii si gelatiei, datorita fixarii pe particulele elementare de argila, reducand fortele de atractie dintre aceastea; - micsorarea filtratului fluidului de foraj prin impermeabilizarea turtei de colmatare; - marirea stabi;itatii termicie pana la 180...200 ° C. la preparearea fluidelor pentru cele doua intervale se pleaca de la solutia diluata de argila
bentonitica prehidratata
- 45
INHIB; 120
9,5...11; un coloid organic 10
KCl; 4 NaOH; pnetru a mentine pH-ul sistemului intre
carboximetilceluloza; o substanta tensioactiva nenionica pentru
reducearea tenisunii interfaciale 10 ; si motorina 25
la care se adauga :
EGOP-glicoli oxipropilati0; un antispumant CSF-1,7
pentru imbuntatatirea proprietatilor de filtarare si lubrifiere .
Pentru fiecare metru forat se adauga 1....2 kg KCl deoarece in filtrat trebuie sa existe permanent un exces exces de ioni ioni de K+ .
28
CAPITOLUL V - ARHITECTURA SONDEI
5.1.Tubarea sondei.
Gaura de sonda forata in scoarta terestra perturba echilibrul natural al acesteia din urma.In cazul unor roci precum petrisurilor, nisipurile rocile fisurate, mmarnele si argilele hidratabile, sarea gema, anhidritele etc. apar fenomene de instabilitate instabilitate a gaurii g aurii de sonda chiar in timpul forajului. Din acest motiv este nevoie de un program de constructie care sa-i ofere acesteia conditii conditii si siguranta siguranta in exploatare. exploatare. Programul de constructie cuprinde: -
programul de tubare -adancimea de introducere a coloanelor de tubare; - diametrul si grosimea burlanelor, -calitatea otelului -tipul imbinarilor etc.
- programul de sape: - tipuri; - diametre - programul de cimentare - tipul pastei - intervalul cimentarii etc. 5.1.1.Tipuri de coloane
Inainte de inceperea forajului propriu-zis se realizeaza manual sau mecanic o deschidere de sectiune circular sau patrata de 0,8 - 1 m cu adancimea de 3 – 6 m in care se introduce un burlan burlan de table din otel cu diametrul diametrul de 500 – 500 – 700 mm care constituie coloana de ghidare. Se stabileste o coloana de ghidare de 444 mm. Apoi vor urma coloanele : Coloanele de ancoraj adancimea de fixare a coloanei de ancoraj este de 1025 m .
Functiile principale ale acestei coloane sunt: -
consolideaza gaura de sonda in zonele de suprafata constituie un support pentru instalatiile de prevenire a eruptiilor constituie un support pentru coloanele urmatoare 29
Coloanele intermediare adancimea de fiaxare a coloanelor intermediare este de
2335 m aceste coloane sunt introduce pentru: -
izolarea stratelor in care se produc pierderi de flui de foraj izolarea stratelor cu presiuni ridicate izolarea masivelor de sare izolarea sondelor care contin roci cu stabilitate redusa
Coloanele de exploatare adancimea de introducere este de 2720 m si indeplineste
urmatoarele functii: -
premite deplasarea fluidelor exploatate de la nivelul stratului productive pana la suprafata
prin intermediul coloanei de extractive; -
-
asigura realizarea unor operatii operatii privind imbunatatirea imbunatatirea procesului de exploatare fisuri, acidizari, interventii etc. previne surparea stratului in cazul in care acesta este alcatuit din roci instabile.
Diametrul acestei coloane a fost stabilit in functie de debitul de f luide ce urmeaza sa fie extrase, diametrul stabilit stabilit in cazul nostru este 5 in deci debitul de fluid asteptat este mai mare mare de 150 .
5.1.2. Stabilirea programului de constructie
La stabilirea programului de constructie a acestei sonde se are in vedere mai multi factori geologici geologici si tehnologici : Adancimea proiectata. Sonda proiectata este de adancimie medie (2720 m) cu o
constructive nu prea complexa cu un numar redus de coloane cu diametrul si grosimea burlanelor mici. Conditiile gelologice. Programul de constructive al sondei este influentat in mod
hotarator de : natura si proprietatile proprietatile fizico-mecanice ale rocilor rocilor traversate de sonda sonda prezenta si natura fluidelor din porii rocii presiunea din pori si presiunea de fisurare.
30
Preofilul spatial al sondei. Adancimea de tubare a coloanelor , marimea jocurlor
radiale burlane – burlane – pretii sondei, grosimea de prete a burlanelor sunt influentate in mod essential de traiectul gaurii de sonda : in acest caz sonda este verticala fara problem. Alcatuirea programului de constructive incepe cu: determinarea numarului de coloane care se va stabili stabili in functie de gradul de rezistenta rezistenta al matarialul ales; ales; si a adancimilor de introducere ( deja cunoscute prin tema de proiect). O prima regula care trebuie respectata de-a lungul intervalelor intervalelor netubate este :
5.2.Calculul gradientilor de presiune:
Pentru adancimea 1025 m (adancimea de introducere a coloanelor de
ancoraj): Gradientul presinii fluidului din porii rocii:
Gradientul presiunii create de fluidul de foraj:
Gradientul presiunii de fisurare:
Impus prin tema de proiect se va calcula:
31
Deci se respecta conditia : ; 0.10 < 0.11 <0.18
Pentru adancimea 2335 m (adancimea de introducere a coloanelor intermediare):
Gradientul presinii fluidului din porii rocii:
Gradientul presiunii create de fluidul de foraj:
Gradientul presiunii de fisurare:
Impus prin tema de proiect se va calcula:
Deci se respecta conditia : ; 0.12 < 0.13 <0.17
Pentru adancimea 2720 m (adancimea de introducere a coloanelor de exploatare):
Gradientul presinii fluidului din porii rocii:
Gradientul presiunii create de fluidul de foraj:
32
Gradientul presiunii de fisurare: Impus prin tema de proiect se va calcula:
Deci se respecta conditia : ; 0.15 < 0.16 <0.19
5.3. Diametrul coloanelor si al sapelor.
In functie de marimea debitului asteptat diametrele echipamentelor echipamentelor de extractive si celor de interventie, modul de echipare al zonei productive etc. , se impune diametrul nominal al coloanei de exploatare . Orientativ valorile diametrului nominal al coloanei de exploatare pentru sondele de petrol in fuctie de debit: Pentru sondele de petrol
Q, m3/24h Dc mm (in)
40 - 100 114,3 (4 1/2 )
100 150 127…..141,3 (5…..5 1/2 )
> 150 152,4….168,3 (5…..6 5/8 )
Diametrele celorlalte coloane si ale sapelor aferente se stabiliesc, intr-un process unic, prin utilizarea metodei “ de jos in sus”. Intre peretii sondei si cei cei ai coloanelor de burlane, burlane, trebuie sa existe un joc radial , respective o ratie de tubare R suficient de mari pentru introducerea introducerea fara dificultati a coloanei si pentru o cimentare eficienta a spatiului inelar.
33
5.3.1.Stabilirea jocurilor radiale si verificarea diametrelor sapelor
Conform metodei metodei “ de jos in sus “: Pentru coloana de exploatare:
Se cunoaste diametrul exterior al coloanei:
Se va alege diametrul diametrul Stas al mufei se va utiliza mufa tip Buttress: Buttress: Diametrul coloanei
In (mm) 5 (127)
Diametrul mufei (imbinare normala si Buttress) In (mm) 5,563 (141,3)
Diametrul mufei (imbinare Extreme Line) In (mm) 5,36 (136,1)
Diametrul sapei
in 6¼ 6 3/8 6½ 6¾
mm 158,8 161,9 165,1 171,5
Deci s-a ales diametrul mufei ( imbinare normal normal si Buttress) Buttress) de 141,3 mm
Alegerea jocului radial: Dc , in
, mm
S-a ales
4½6 5/8 7 - 10
5½6 5/8 10 – 10 – 15
7 – 7 5/8 15 - 20
8 5/8 – 5/8 – 9 5/8 20 - 25
10 ¾ 11 ¾ 25 – 25 – 35
Diametrul sapei:
Diametrul Stas al sapei:
Ratia de tubare:
34
12 ¾ 14 ¾ 35 – 35 – 40
16 – 16 – 20 40 - 60
Pentru coloana intermediara: i ntermediara:
Se cunoaste diametrul exterior al coloanei:
Se va alege diametrul diametrul Stas al mufei se va utiliza mufa tip But Buttress: tress: Diametrul coloanei
In (mm) 7 5/8 (193,7)
Diametrul mufei (imbinare normala si Buttress) In (mm) 8½ (215,9)
Diametrul mufei (imbinare Extreme Line) In (mm) 8,01 (203,5)
Diametrul sapei
in 8¾ 9 5/8 9 7/8 10 5/8
mm 222,3 244,5 250,8 269,9
Deci s-a ales diametrul diametrul mufei ( imbinare normal si Buttress) Buttress) de 215,9 mm
Alegerea jocului radial: Dc , in
, mm
S-a ales
4½6 5/8 7 - 10
5½6 5/8 10 – 10 – 15
7 – 7 5/8 15 - 20
8 5/8 – 5/8 – 9 5/8 20 - 25
10 ¾ 11 ¾ 25 – 25 – 35
Diametrul sapei:
Diametrul Stas al sapei:
Ratia de tubare:
35
12 ¾ 14 ¾ 35 – 35 – 40
16 – 16 – 20 40 - 60
Pentru coloana de ancoraj:
Se cunoaste diametrul exterior al coloanei:
Se va alege diametrul diametrul Stas al mufei se va utiliza mufa tip But Buttress: tress: Diametrul coloanei
In (mm) 11 ¾ (298,5)
Diametrul mufei (imbinare normala si Buttress) In (mm) 12 ¾ (323,9)
Diametrul mufei (imbinare Extreme Line) In (mm) -
Diametrul sapei
in 14 ¾ 15 ½
mm 371,4 393,7
Deci s-a ales diametrul diametrul mufei ( imbinare normal si Buttress) Buttress) de 323,9 mm
Alegerea jocului radial: Dc , in
, mm
S-a ales
4½6 5/8 7 - 10
5½6 5/8 10 – 10 – 15
7 – 7 5/8 15 - 20
8 5/8 – 5/8 – 9 5/8 20 - 25
10 ¾ 11 ¾ 25 – 25 – 35
Diametrul sapei:
Diametrul Stas al sapei:
Ratia de tubare:
36
12 ¾ 14 ¾ 35 – 35 – 40
16 – 16 – 20 40 - 60
5.4. Calculul de rezistenta al coloanelor de tubare
Pe intreaga durta de existent existent a sondei incepand cu procesul procesul de foraj si continuand cu cel de exploatare si incheind cu abandonarea , coloanele de tubare tubare ale sondei sunt supuse uni complex de solicitari . Acestea actioneaza actioneaza independent sau in interdependenta interdependenta , accidental sau permanent , static sau dynamic, cu valoarea constanta sau variabila . De-a lungul unei coloane solicitarile solicitarile solicitarile sunt variabile si valorile valorile lor se modifica in timp . Ele au un caracter static sau accidental. accidental. Principalele solicitari mecanice statice sunt: - intinderea data de propria greutate , incercarilor de desprindere desprindere din sonda , cresterilor presiunii interioare si reducerilor de temperetura - compresiunea si respective flambajul flambajul date de greutatea proprie la rezemarea rezemarea coloanei pe talpa sondei - incovoierea produsa la inscrierea coloanei coloanei in sonda in caz ca aceasta este deviate - presiunea exterioara de natura hidrostatica sau geostatica - presiunea interioara create in timpul unor operatii de cimentare circulatie. Dintre solicitarile mecanice cu caracter dinamic sunt: - forte de inertie la coborarea in sonda a burlanelor - socuile hidraulice hidraulice la pornirea circulatiei circulatiei in sonda - socurile hidraulice hidraulice la modificarea brusca a debitului debitului de fluid extras din sonda sau a presiunii din coloana. Calculul de rezistenta al coloanelor de tubare are drept scop stabilirea componentei acesteia din punc de vedere al materialelor , grosimilor de perete, si gradul de rezistenta al imbinarilor 5.4.1. Calculul de rezistenta al coloanei de ancoraj
Pentru calculul coloanei de ancoraj la intindere se se considera fortele axiale existente la finalul operatiei de cimentare cu dopuri : - forta de greutate proprie , cu considerearea considerearea efectului de flotabilitate; - forta axiala de la finalul cimentarii , urmarea a cresterii presiunii in coloana in moementul asezarii celui celui de al doilea dop de cimentare pe inelul de retinere retinere de la baza 37
coloanei, aparitia acestei presiuni presiuni suplimentare se datoreaza datoreaza unei anumite intarzaierii a opririi pomparii de fluid in coloana. In contiunuare pentru coloana avand componenta rezultata se determina adancimea maxima de golire in scopul evitarii turtirii burlanelor la presiune exterioara. Pentru coloana de ancoraj sunt cunoscute urmatoarele date:
- diametrul coloanei
;
- adancimea de introducere in sonda - adancimea finala a sondei
- densitatea densitatea fluidului de foraj
- presiunea suplimentara la finalul cimentarii
;
- coloana este formata din burlane burlane de otel J – 55 cu imbinari cu filet rotund, mufa Urmeaza sa se stabileasca alcatuirea coloanei in conditia solocitarii la intindere si determinarea adancimii admisibile la golire a coloanei. Pentru otelul J – J – 55 coeficientul de siguranta la turtire este c t=1,1 , iar pentru adancimea sondei cuprinsa intre 1500-3000 m coeficientul de siguranta la smulegere din filet este cs=1,6. Datele privind caracteristicile burlanelor sunt prezentate in tabelul urmator: Grosimea de perete, t
Diametrul interior Di
Masa unitara q
mm 9,52 11,05
mm 279,36 276,3
Kg/m 70 80,43
Presiunea admisibila de turtire Padt bar 104 143
Forta de smulgere Fs max KN 2122 2527
Fads KN 1325 1579
La partea inferioara a coloanei pe o lungime l a=100 m se prevad burlane cu grosimea de perete maxima 11,05 , avand diametrul interior D ia= 276,3 mm . Forta axiala suplimentara datorata creterii presiunii interioare:
38
Primul tronson aflat deasuprea celui cu grosime maxima de perete este compus din burlane cu cea mai mica grosime de perete t=9,52 mm la care F ads= 1325 KN, q n=70 kg/m. Lungimea tronsonului va fi:
Deoarece lungimea tronsonului rezultat din calcul depaseste necesarul de 925 m tronsonul de burlane cu grosimea peretelui t=9,52, va avea lungimea l 1=925 m . Ca urmare , din punctual de vedere al solicitarii la intindere coloana de ancoraj va avea component: 0……..925 m 925….1025 m
l1=925 m l2=100 m
t1=9,52 mm
J - 55
t2= 11.05 mm
J – 55
Adancimea de golire pentru pentru burlanele cu grosimea ceea mai mica de pererte t1=9,52 mm si cu P adt1=104 bar.
5.4.1.1. Presiuni in coloana de ancoraj
Presiunea interioara (sonda inchisa si plina cu gaze) :
- La gura sondei
39
- La siul coloanei :
Graficul variariei presiunii interioare :
Graficul variatiei presiunii exterioare :
40
5.4.2 Calculul de rezistenta al coloanei intermediare. intermediare.
Functie de conditiile specific coloana intermediara a unei sonde poate fi supusa la diverse solicitari din aceastea mai importante si frecvent intalnite sunt solicitarile de presiune interioara si de intindere. In mod obojnuit se stabilete compunerea compunerea coloanelor din punctual de vedere al presiunii interioare si apoi se face verificarea la intindere facandu-se corectiile necesare. Referitor la solicitarea de presiune interioara se mentioneaza doua situatii mai des intalnite: - executarea unei operatii de probare a etaensitatii coloanei si implicit verificarea cimentarii aceastea si testarea la fisurare a rocilor aflate mai jos de baza coloanei , dupa reincepera forajului in aceste cazuri se inchide gaura sondei si se pompeaza in coloana fluid sub presiune ; - producerea unei manifestari eruptive cu aruncarea din coloana a fluidului de foraj si cu inchiderea la gura sondei a prevenitorului de eruptie ; se considera situatia cea mai dezavantajoasa pentru coloana fluidul patruns in coloana este un fluid gazos care umple complet coloana el provenind dintr-un strat aflat imediat sub baza coloanei; se ajunge la asa numita situatie sonda inchisa plina cu gaze. - dupa cum s-a mentionat coloana rezultata din calculul de presiune interioara este verificata la solicitarea de intindere data de propria greutate. uneori se tine seama si de forta axiala suplimentara produsa de cresterea presiunii interioare de la finalul cimentarii. In cazul de fata se considera situatia solicitarii solicitarii la presiune interioara la sonda inchisa plina cu gaza si la intindere sub propria greutate. In acest caz pentru p entru coloana intermediara sunt cunoscute urmatoarele: - diametrul coloanei,
( 193,67 mm )
- adancimea de introducere , - adancimea finala a sondei,
- densitatea apei mineralizate
- gradientul presiunii presiunii fluidului din roca roca de sub baza coloanei ( zona coloanei coloanei de exploatare) exploatare)
- gradientul geotermic din zona
41
- temperatura medie la suprafata - densitatea relativa a gazelor
- coeficientul de neidelitate al gazelor la partea de joss i la aprtea de sus a coloanei se considera aceasta valoare corespunde gazelor perfecte
- constanta generala a gazelor R=287 J/Kg °K Urmeaza sa se stabileasca alcatuirea coloanei de tubare la solicitarea de presiune in conditia sonda inchisa plina cu gaze si verificarea coloanei la solicitarea de intindere de intindere sub propria greutate. Densitatea fluidului de foraj este
Datele burlanelor necesare calculului sunt urmatoarele. Otel J - 55 N - 80 N - 80
t mm 8,33 8,33 9,52
q Kg/m 39,32 39,32 44,23
bar 286 415 475
bar 260 377,2 413
KN 1401 2180 2558
Deoarece H= 1500-3000 m coeficentul coeficentu l de siguranta la smulgere c s=1,6 iar coeficientul de siguranta la spargere este c sp=1,1 a) Presiuni la partea inferioara a coloanei este egala cu presiunea de strat, strat , P i
Temperaturi - la partea inferioara a coloanei
°C
- la suprafata ( la partea superioara a coloanei)
°K
- temperature medie
°K
Coeficentul de neidealitate al gazelor
42
KN 875 1362,5 1598,75
Presiunea la partea superioara a coloanei.
Densitatea medie a gazelor
b) Presiunea la exterioarul coloanei P e la siul coloanei Presiunea la partea superioara superioara a coloanei
c) Diferenta de presiune ce solicita coloana La partea superioara a coloanei :
La partea inferioara a coloanei :
d) Compunera coloanei la solicitarea de presiune interioara
Din datele referiotare la presiunile ce solicita coloana de tubare (
:
si din valorile presiunilor admisibile de spargere ale burlanelor prezentate in table rezulta ca in componenta coloanei vor intra burlane din otel J – 55 si N - 80 , t= 8,33 mm . Pentru calculul de compunere se va utiliza varianta analitica de jos in sus Pimul tronson de la partea inferioara a coloanei va fi din otel J – 55 cu grosimea de perete t=8,33 mm care are presiunea admisibila la spargere .
Lungimea primului tronson va fi :
43
Tronsonul al doilea va fi compus compus din burlane din otel N- 80 t= 8,33 mm cu
acest tronson va fi:
Deoarece lungimea celor 2 tronsoane rezista in mod normal la o adancime mai mare decat adancimea de introducere a burlanelor ( 2335 m ) atunci lungimea ultimului tronson va fi:
In consecinta compunearea coloanei va fi:
J – 55
2335……..576 m
N – 80
576……..0 m
5.4.2.1. Verificarea coloanei la solicitarea de intindere:
Dupa cum s-a aratat calculul de verificare la solicitarea de intindere se face de jos in sus de la baza coloanei la suprafata . Se are in vedere punctual de trecere de la un tronson la urmatorul.
La partea superioara a primului tronson t=8,33 mm
Deci
si coloana rezista
La partea superioara a coloanei t=9,52 mm , otel N – N – 80
Deci
si coloana rezista
44
5.4.2.2. Presiuni in coloana intermediara Variatia presiunii in exteriorul coloanei :
Variatia presiunii in interiorul coloanei
45
5.4.3. Calculul de rezistenta al coloanei de exploatare
Coloana de exploatare trebuie sa prezinte siguranta pe o perioada lunga de timp ea fiind elemental prin care se realizeaza procesul de exploatare a diferitelor fluide. Un prim element caruia trebuie sa I se acorde o atentie deosebita este stabilirea stabilirea condiitiilor si starilor de solictare. Frecvent pentru calculul de rezistenta al coloanei de exploatare se considera solicitarea la presiune exterioara cu coloana complet goala. Presiunea este create de coloana hidrostatica a fluidului de foraj utilizat la forajul fo rajul sondei in momentul terminarii procesului de adancire. Se neglijeaza existenta cimetarii coloanei. Dupa stabilirea compunerii la presiune exterioara se procedeaza p rocedeaza la verificarea la intindere sub propria greutate. Pentru coloana de exploatare se cunoaste - diametrul coloanei
(127 mm);
- adancimea de introducere
;
- densitatea fluidului de foraj
;
Urmeaza sa se stabileasca compunearea la solicitarea de presiune exterioara cu coloana goala. Considerand burlane din otelurile J – J – 55 si N – N – 88 pentru un coefficient de siguranta la turtire ct=1,1 si un coefficient de siguranta la smulgere c s=1,6 deoarece H s=1500-3000 m , caracteristicile de rezistenta ale burlanelor sunt prezentate in tabelul urmator.
Otel
t q mm Kg/m bar bar KN KN 6,43 19,96 286 260 752 470 J – 55 7,52 22,34 383 348 921 575 N - 80 7,52 22,34 500 454 1382 863 Presiunile la interiorul coloanei sunt nule iar la axteriorul acesteia acesteia sunt date de coloana hidrostatica a fluidului de foraj, Astfel:
- la partea de sus a coloanei ;
- la partea inferioara a coloanei
46
Din compunerea coloanei vor face parte burlanele: - la partea superioara cu presiunea admisibila de turtire cea mai mica Otel J – J – 55, t=6,43 mm si
=260 bar.
- la partea inferioara cu presiunea presiunea admisibila de turtire turtire imediat mai mae de 429,3 bar otel : N – 80 , t2=7,53 ,
.
Pentru calculul de compunere la presiunea exterioara se va folosi variant analitica de jos in sus. Primul tronson este format din burlane otel J – 55 cu t1=6, 43 mm si cu
este:
Lungimea celui de al doilea tronson , format din burlane otel JJ – – 55 , t2=7,52 mm si
Lungimea celui de al trei-lea tronson, format din burlane din otel N – N – 80 , t3=7,52 mm si
557,17=2874,48 m
Deoarece se depaseste necesarul de burlane atunci ultimul tronson va fi:
In concluzie profilul coloanei de exploatare supusa solicitarii de presiune exterioara va fi urmatorul:
0……..1646,18 m 1646,18…..2203,31 1646,18…..2203,31 m 2203,31…..2720 m
47
J – 55 J – 55 N – 80
5.4.3.1.Verificarea la solicitarea de intindere
Ca in toate cazurle de calcul la solicitarea la intindre calculul se face de jos in sus de la baza coloanei la suprafata. suprafata. Se are in vedere punctele punctele de trecere intre tronsoane, tronsoane, considerand capacitatea capacitatea de rezistenta a burlanelor cu forta admisibila la smulgere mai redusa. Pentru usurinta calculelor se vor nota numerele tronsoanelor in ordine inversa : tronsonul 3 va deveni 1, tronsonul 2 , tronsonul 1 va deveni 3.
La partea superioara a primului tronson din otel N – N – 80, t1=7,52 mm si KN t2=7,52 si , unde unde
Deci
si
si coloana rezista
La partea superioara celui de-al doilea tronson din otel N – 80, t2=7,52 mm KN si t3=6,43 mm si , unde
186,76 KN
Deci
si coloana rezista
48
5.4.3.2 Presiuni in coloana de exploatare
Variatia presiunii exterioare
5.4.3.3.Proceduri
Dupa stabilirea diametrlor stas ale colanelor, a gradului de otel si al grosimii de perete se comanda burlanele de la fabricant care vor fi transportate pe “sea” (platforma) catre sonda. In moemntul in care ajug la sonda burlanelor li se vor verifica buletinul care contine informatii despre ele ( grad otel, lungime , grosime de perete presiune admisibila la turtire etc). Dupa incheierea verificarilor primare burlanele vor fi sablonate . Sablonarea burlanelor consta in introducera unui dispozitiv special in interiorul lor cu ajutorul caroruia se observa daca burlanele nu au defecte de fabricatie sau au suferit diferite accidente in timpul transportului sau in timpul diferitelor manevre de incarcare etc. Defectele burlanelor pot fi: sunt turtite, au denivelari, grosimea de perete nu este uniforma etc. Dupa incheierea tuturor verificarilor burlanele vor fi ridicate cu ajutorul elevatorilor ( cioara in termenii sondorilor) si vor fi asezate pe o rampa special amenajata. La masa rotativa se va monta “ broasca cu pene ” care serveste la suspendarea suspendare a burlanelor. Acestora inainte de a fi introduse in sonda li se monteaza la primul introdus siul coloanei iar la un interval de aproximativ 30 de m adica 3 burlane a cate 9 m se va monta inelul de retinere ,valva, aceste accesorii sunt formate din materiale usor frezabile acestor 49
trei coloane li se vor suda imbinarile imbinarile , pe langa aceste accesorii accesorii burlanelor li se vor monta centrori pentru a asigura o introducere cat mai sigura in sonda si in conditii optime. Burlanele se introduc rand pe rand in sonda infiletandu-se la moment cu ajutorul dinamometrului
50
5.5. Cimentarea coloanelor de tubare
Prin operatia de cimentare la sonda se realizeaza plasarea intr-o anumita zona a unui amestec fluid denumit pasta de ciment. In timp pasta de ciment se intareste fformand piatra de ciment. Cimentarile se pot divisa in mai multe categorii: cimentari primare, secundare si speciale Cimentarile primare sunt cimentari de coloane ea se efectueaza imediat dupa operatia de tubare. Operatia de cimentare se executa , cu foarte mici exceptii la toate coloanele din constructia sondei. La cimentarile primare de coloana pasta de ciment se plaseaza in saptiul inelar dintre coloana si peretele sondei, operatia respectiva facandu-se in marea majoritate a cazurilor prin circulatie directa. Dupa pasta de ciment se pompeaza in coloana fluid de refulare ca de obicei este fluidul de foraj existent in sonda . Separarea celor doua fluide mentionate se realizeaza prin dopuri de d e cimentare confectionati din cauciuc. Prin cimeantarea in saptiul inelar se asigura izolarea stratelor respectiv respectiv impedicarea circulatiei nedorite a fluidelor prin saptele coloanei dintr-un strat in altul spre suprafata sai in interiorul coloanei prin perforaturi sau pe la siu. In acelasi timp piatra p iatra de ciment formata creaza o legatura sigura intre coloana si rocile din peretele sodei si protejeaza coloana de actiunea coroziva a unor fluide aflate in anumite formatii geologice sau chiar a fluidelor de foraj patrunse in deschiderea rocilor traversate de sonda. Prin indepartarea fluidului de foraj din zona cimentata se evita si actiunea de durata a fluidului de foraj sau a filtratului acesta asupra unor roci ce-si pierd stabilitatea in timp ( marne care-si maresc volumul , nisipuri necoiezive, sare etc. Pentru o cimientare de coloana trebuie sa se cunoasca cantitatile de matariale neceasre , utilaje ce urmeaza a fi folosite si durata operatiei respective respective care nu trebuie sa depaseasca timpul admisibil in care pasta de ciment permite deplasarea ei fara dificultati.
Principalele elemente care trebuie luate in atentie la calculul unei cimentari de coloana sunt: - stabilirea intervalului de cimentat , respectiv inaltimea de cimentare; - proprietatile fizice ale pastei de ciment , (densitate si caracteristicile reologice), funcitie de tipul de pasta corespunzatoare conditiilor date. 51
- volumul de pasta de ciment si respectiv , cantitatile de materiale necesare necesare prepararii acesteia; - volumul fluidului de refulare pompat dupa pasta de ciment - inaltimea in spatiul inelar si volumul fluidului separator (fluid tampon) pompat inaintea pastei de ciment - Tipurile si numarul de echipamente necesare efectuarii operatiei de cimentare : autocontainare si agregate de cimentare . - unele marimi specifice efecturarii operatiei debite , presiuni de pompare presiuni in zonele deosebite ale sondei si durata operatiei. 5.5.1.Cimentarea coloanei de ancoraj
Fixarea coloanei la suprafata se face sub o forta de intindere egala cu greutatea proprie a partii de coloana ramasa necimentata necimentata . Este posibil ca ulterior cimentarii si fixarii colanei sa apara o situtatie situtatie de crestere crestere a presiunii presiunii in interiorul coloanei P i care creaza o forta suplimentara de intidere., F pi , sau o scadere a temperaturii temperaturii in coloana si deci o forta suplimentara de intindere .
In calculul de cimentare a coloanei a coloanei se va determina : - inaltimea de cimentare - proprietatile fizice ale pastei de ciment ; - volumele de fluid pompate in sonda la cimentare; - cantitatile de materiale necesare prepararii pastei; - echipementele necesare prepararii si pomparii pastei; - presiunea finala de cimentare. Pentru cimentarea coloanei de ancoraj se cunosc: - diametrul coloanei ,
- adancimea de introducere a coloanei - Diametrul sapei de foraj,
- Distanta de la siu la inelul de retinere , h=20 m ; - Compunerea coloanei de tubare
52
0.......925 m
t1=9,52 mm
l1=925 m
925...1025 m
t2=11,05 mm
l2=100 m
- gradientul de fisurare al rocilor , - denisitatea denisitatea fluidului de foraj ,
;
;
- vascozitatea vascozitatea plastica a fluidului fluidului de foraj ,
- tensiunea dinamica de forfecare a fluidului de foraj , - coeficientul de cavernometrie , k 1=1,20 ;
- coeficientul de pierderi prin manipulare si amestecare a pastei cu fluidul de foraj in zona de cantact , k 2=1,0 ; - coeficientul de compresibilitate al fluidului de foraj datorita aerarii , k 3=1,03. 1) Inaltimea de cimentare
Pentru coloanele de ancoraj se prevede cimentarea pe intreaga inaltime
2) Caracteristicile fizice ale pastei de ciment 2.1. Densitaeta
Densitatea minima:
Densitatea maxima pentru evitarea fisurarii rocilor:
53
Pentru cimentare se va folosi pasta de ciment cu
. Aceasta pasta
se incadreaza in categoria pastelor de ciment usoare. La prepararea pastei de ciment se va folosi un amestec de ciment cu un material inert cu densitatea scazuta. In cazul de fata se va folosi cenusa de termocentrala , un material existent in catitati mari si la un cost redus. Se considera densitatea cenusei de termocentrala
.
2.2. Caracteristicile reologice
Se apreciaza in raport cu caracteristicile fluidului de foraj : -
Vascozitatea plastica :
- Vascozitatea dinamica de forfecare :
3) Volumul de fluide pompate in sonda 3.1. Volumul de pasta de ciment
Volumul de pasta de ciment umple intreg spatiul inelar si si interioarul cooanei cooanei pe inaltimea de h=10 m de la baza baza
3.2. Volumul de fluid de refulare:
Fluidul de refulare se introduce in coloana pe intervalul de retinere pana la suparafata:
54
4 Cantitatile de materiale pentru pasta de ciment
La pastele de ciment cu cenusa raportul numeric cenusa ciment este
Densitatea amestecului ciment - cenusa :
Cantitatea de amestec solid ciment cenusa pentru prepararea a unui m 3 de pasta
pentru apa cu
Cantitatea de apa pentru un m 3 de pasta
Factorul masic apa-solide
Cantitatile separate de materiale solide pentru 1 m 3 pasta:
- ciment -
- cenusa -
55
Cantitatile totale de materiale pentru pasta de ciment : - amestec ciment cenusa :
- ciment :
- cenusa :
- apa :
5) Echipamente necesare pomparii pastei de ciment
Numarul de autocontainare pentru amestecul ciment-cenusa in cazul unor autocontaianre tip APC-10.
Numarul de agregate de cimentare :
6) Presiunea finala de cimentare
Presiunea finala este presiunea maxima in operatia de cimentare. Ea este data de relatia:
( ) Presiunea de circulatie se determina cu realatia :
Presiunea torita diferentei de densitate a fluidelor:
Deci presiunea maxima va fi
56
5.5.2.Cimentarea coloanei intermediare
Pentru cimentarea coloanei intermediare se cunosc :
- Diametrul coloanei
.
- Adancimea de introducere a coloanei
- adancimea de introducere a coloanei de ancoraj : - diametrul sapei
- Compunera coloanei de tubare :
J – 55
2335……..576 m
N – 80
576……..0 m
- distanta de la baza b aza coloanei la inelul de retinere h=20 m; - diametrul coloanei precedente
- grosimea medie a peretelui burlanelor coloanei precedente - diametrul interior al coloanei de ancoraj
- gradientul de fisurare la baza coloanei intermediare intermediare :
- densitatea fluidului de foraj :
- coeficientul de cavaernitate cavaernitate k 1=1,20 ; - coeficientul de acoperire a pierderilor de pasta k 2=1,05 - coeficientul de compresibilitate al fluidului de foraj k 3=1,03 ; -cresterea posibila de presiune interioara in coloana intermediara ulterior fixarii
- reducerea de temperatura posibila in coloana
57
;
1) Inaltimea de cimentare:
Se stabilesc doua inaltimi de cimentare : o inaltime din punc de vedere geologic H cg si o inaltime de cimentare din punct de vedere tehnic H ct se va lua in considerare cea mai mare dintre ele . Pentru cazul de fata inaltimea H cg satisface conditia izolarii complete a zonei de sub baza coloanei de ancoraj; pasta de ciment urmeaza sa se ridice in interiorul coloanei precedente pe o distanta de 100 m ca urmare :
Inaltimea de cimentare tehnica previne cedarea coloane la solocitarea de intindere cand , pe langa greutatea proprie a portiunii necimentate apar forte suplimentare suplimentare axiale produse de cresterea presiunii in interiorul si reducerea temperaturii . Valoarea inaltimii de cimentare din punct de vederea tehnic este data de relatia :
unde qm este masa medie pe unitatea de lungime a burlanelor coloanei
tm - grosimea medie a peretelui burlanelor:
- Dim diametrul interior mediu al burlanelor :
Fpi - forta suplimentara produsa prin cresterea cresterea peresiunii interioare interioare :
coeficentul lui Poisson, pentru otel
Abm - aria sectiunii transversale a burlanelor
58
- E- modulul de elasticitate al otelului ,
Atunci adancimea tehnica de cimentare va fi :
Deoarece Hcg
Densitatea minima :
Densitatea maxima
Se admite densitatea pastei de ciment
Dupa densitatea rezultata pasta de cimetn este o pasta normala preparata din ciment praf si apa denistatea cimentului
si a apei
3) Volumele de fluide pompate in sonda 3.1. Volumul de pasta de ciment
Volumul de pasta de ciment este :
59
.
In care :
√
- Dsd- diametrul sondei :
- Dia - diametrul interior al coloanei de ancoraj :
- Di - Diametrul exterior al coloanei intermediare :
- Dii - diametrul interior al coloanei intermediare la partea de jos tronsonul 3:
- Hc- inaltimea de cimetare : H c=1544 m
- Diim - diametrul interior mediu al coloanei intermediare, D iim= 176,46 mm - h- distanta de la baza coloa coloanei nei la inelul de retinere retinere , h=200 m; - h' - inaltimea de ridicare a pastei de ciment in interiorul coloanei de ancoraj , h '=100 m Din calcule se obtine volumul total al pastei pastei de ciment :
3.2. Volumul de fluid de refulare :
4) Cantitatile de materiale necesare prepararii pastei
Pasta de ciment de tipul normal se prepara din ciment si apa. Cantitatile corespunzatoare de ciment si apa pentru prepararea a unui m 3 de pasta sunt :
In aceste conditii se foloseste un factor apa-ciment:
Cantitatile totale de materiale necesare :
60
- ciment :
- apa :
5) Echipamente necesare prepararii si pomparii pastei de ciment
Numarul de autocontainare necesare necesare transportarii transportarii si alimentarii agregatelor agregatelor cu ciment este dat de relatia :
Numarul de agregate de cimentare :
6) Variatia presiunii de cimentare
In orice moment al operatiei de cimentare presiunea presiunea de pompare data de agregate este:
Pc - presiunea de circulatie, de invingere a rezistentelor hidraulice si de coloanele de fluid .
este presiunea data
Se determina corelatia dintre volumul de pasta si volumul interior al coloanei : - volumul de pasta :
- volumul interior al coloanei :
Deoarece Vp
61
Inaltimea ocupata de fluidul de foraj in acest moment este :
Presiunea de cimentare este :
Presiunile de pompare in diferite momente caracteristice ale operatiei si volumele pompate pana in aceste momente sunt urmatoarele: 1. la inceputul operatiei :
2. La terminarea pomparii pastei de ciment dupa care incepe pomparea fluidului de refulare :
[ ( ) ] ( ) [ ( ) ] ( )
3. In momentul in care pasta de ciment a ajuns la baza coloanei :
4. La finalul operatiei de cimentare :
62
[ ( ) ] ( ) Variatia presiunii de cimentare 80 60 40 20 0 -20
0
50
100
150
Variatia presiunii de cimentare
-40 -60 -80
5.5.3 Calculul cimentarii coloanei de exploatare in regim turbulent
Cerintele privind calitatea cimentarilor coloanelor de exploatare sunt mult mai severe decat pentru pentru celelalte coloane . Se cere o cat mai buna izolare intre strate, fapt asigurat in primul rand de indepartarea fluidului de foraj si de o buna aderenta apastei de ciment de peretele sondei si de peretele exterior al coloanei . Unul dintre principalii factori de natura tehnologica cu influenta mare asupra indepartarii fluidului de foraj este regimul de curgere al pastei de ciment in spatiul inelar dintre peretele sondei si al coloanei. Prin regimul turbulent se asigura la curgerea pastei o distributie uniforma a vitezei de curgere pe intreaga actiune transversala a spatiului inelar. Acest fapt contribuie in buna masura si la indepartarea turtei de colmatare de pe peretele sondei, fapt ce asigura un contact dintre piatra ciment roca. In realizarea curgerii turbulente un factor de baza este viteza de curgere. Valoarea acesteia trbuie sa fie cel putin egala cu viteza critica . La randul sau aceasta viteza depinde in foarte mare masura de caracteristicile caracteristicile fizice ale fluidului care curge in cazul de fata pasta de ciment si de configuratia spatiului de curgere. Se impune realizarea regimului turbulent ce putin pe un interval in spatiul inelar de la baza coloanei pana la deasupra zonei productive. Obisnuit Obisnuit pentru siguranta se realizeaza regimul turbulent pe intreg intervalul de inaltime de cimentare a coloanei de exploatare. 63
La o cimentare de coloana in regim turbulent primele probleme ale calculului cimentarii sunt : inaltimea de cimentare, caracteristicile caracteristicile fizice ale pastei de ciment , volume de fluid pompate in sonda, cantitatile demateriale necesare necesare prepararii pastei si numarul de echipamente necesare necesare cimentarii. Acestea in acest calcul de cimentare nu vor mai fi repetate in continuare vor fi prezentate elementele elementele specifice cimentarii turbulente. Pentru cimentarea coloanei de exploatare in regim turbulent se cunosc : - diametrul coloanei ,
- adancimea de introducere a coloanei
-diametrul sapei pentru coloana de exploatare
(171,5 mm)
-adancimea de introducere a coloanei intermediare
- coeficientul de caverna pentru intervalul de sub coloana intermediara , - densitatea fluidului de foraj ,
;
- vascozitatea plastica a fluidului
- tensiunea dinamica de forfecare a fluidului de foraj f oraj
- distanta dintre inelul de retinere simsiul coloanei de exploatare h=30 m; - inaltimea de cimentare a coloanei de exploatare, ridica in interiorul coloanei pe o inaltime de 200 m;
; pasta de ciment se
- compunerea coloanei de exploatare rezultata din calculul de rezistenta:
∑
- densitatea cimentului praf :
- grosimea medie a peretelui burlanelor burlanelor coloanei de exploatare exploatare
- diametrul interior mediu al coloanei de exploatare :
64
- diametrul sondei in zona de sub coloana intermediara:
- acelasi diametru se considera si la interiorul coloanei intermediare intermediare
- aria sectiunilor de curgere in sonda: - aria interioara a coloanei de exploatare :
- aria exterioara ( a spatiului inelar)
- factorul de copresibilitate copresibilitate a fluidului de foraj : - factorul de pierderi
a) Densitatea pastei de ciment
Se adopta pasta de ciment cu
b) Caracteristicile reologice ale pastei de ciment :
- vascozitatea plastica :
- tensiunea dinamica de forfecare:
65
c) Volumul de fluide pompate in sonda c1 Volumul de pasta de ciment
c2 Volumul de fluid de refulare
d) Cantitatile de materiale pentru prepararea pastei
La densitatea
pasta de ciment se incadreaza in categoria pastelor
normale, care se prepara din ciment si apa (
si
Pentru prepararea a unui m 3 de pasta se folosesc:
In aceste conditii se foloseste un factor apa-ciment:
Cantitatile totale de materiale necesare : - ciment :
- apa :
e) Echipamente necesare pomparii pastei de ciment
Numarul de autocontainare pentru amestecul ciment-cenusa in cazul unor autocontaianre tip APC-10.
66
)
Numarul de agregate de cimentare :
f) Debitele de fluide utilizate la cimentare
f1 Debitul de preparare si pompare a pastei Q p
Daca se considera timpul de descarcare a cimentului dintr-un autocontainer de 15 minute rezulta ca pentru prepararea pastei este necesar un timp
Pentru prepararea si pomparea intregului volum de pastade ciment rezulta un debit:
f2 Debitul necesar realizarii regimului turbulent de curgere a pastei in spatiul inelar
Viteza critica de trecere la regimul turbulent
⁄ Debitul necesar realizarii vitezei critice si deci a regimului turbulentpentru pasta in spatiul inelar :
g Volumelede fluide pompate cu debitul Q p si Q n g1 Volumul pompat cu debitul Q p
Se pompeaza cu debitul Q p pana cand pasta a ajuns la baza coloanei urmeaza sa treaca in spatiulinelar. Deci volumul pompat cu acest debit este egal cu volumul interior al coloanei:
g2 Volumul pompat cu debitul Q n
Volumul respectiv este egal cu volumul de pasta ce se ridica in spatiul inelar
67
Deoarece volumul de pasta , este mai mic decat volumul interior al coloanei rezulta ca dupa pasta de ciment se pompeaza po mpeaza cu debitul un volum de fluid de refulare :
h Vitezele de curgere ale fluidelor prin sonda h1 Vitezele la pomparea cu debitul
- in interiorul coloanei
⁄ ⁄
- in exteriorul coloanei ( spatiul inelar)
h2 Vitezele la pomparea cu debitul
- in interiorul coloanei
⁄ ⁄
- in exteriorul coloanei ( spatiul inelar)
i) presiunile de pompare in sonda
Toate valorile marimilor necesare calculelor caderilor de presiune sunt prezentate in tabel . Cu aceste valori se pot calcula presiunile de circulatie in orice moment al desfasurarii operatiei de cimentare. In continuare sunt date doua exemple de determinare a valorilor cuprinse in tabel. 1) Curgerea fluidului de foraj in interiorul coloanei la debitul
68
⁄ ⁄
Se cunosc
.
Se calculeaza numarul Reinolds pentru stabilirea regimului de gurgere :
Conform figurii 1 (curgerea prin conducte) pentru Re i=5093 si Bii=27,58 corespunde un coeficient de rezistenta hidraulica ca urmare rezulta :
2 Curgerea pastei de ciment in spatiul inelar in regim turbulent la debitul
Se calculeaza numarul Reinolds pentru stabilirea regimului de gurgere :
Conform figurii 1 (curgerea prin spatiul inelar) pentru Re e=4136 si Bii=7,23 corespunde un coeficient de rezistenta hidraulica ca urmare rezulta:
In acest mod se calculeaza toate valorile Re , Bi, cu ajutorul carora se determina valorile caderilor de presiune la circulatia fluidelor in sonda. Se precizeaza ca refera la interiorul coloanei iar la exteriorul acesteia ( spatiul inelar). 69
se
Faza cimentarii Volumul pompat
Coborare pasta in coloana Interior coloana
Ridicare pasta in spatiu inelar Pasta in spatiu inelar
⁄
Debit de pompare
8,77
Interior coloana
Zona de curgere
20,08
Spatiu inelar
Interior coloana
Spatiu inelar
Fluid foraj
5093 27,58 0,065 462,01 4649 25,46 0,065 415 1,93
1971 18 0,157 0 ,157 997 1799 16,62 0,125 941,78 1,93
11709 6,03 0,025 711,13 10687 5,56 0,025 843 7,19
4682 7,83 0,04 1342 4136 7,23 0.03 1194 7,19
Pasta
2,16
2,16
8,40
8,40
Aria de curgere Viteza de curgere
Fluid de foraj
Pasta de ciment Caderi de presiune in manifold
-
-
70
Urmeaza sa se calculeze valorile si variatia presiunii de pompare in sonda in timpul operatiei, trasandu-se graficul de variatie presiunii la agregatele de cimentare functie de volumul de fluid pompat. In cazul de fata volumul pastei de d e ciment este mai mic decat volumul interior al coloanei si ca urmare se foloseste figura 3 pentru care s-au precizat cinci momente de calcul. Pentru fiecare din acestea se va calcula presiunea de lucru si se va preciza si volumul de fluide pompate pana in momentul respectiv. respectiv.
Momentul a
Inceptul pomparii pastei de ciment
- debitul de pompare
;
- volumul de fluid pompat
- caderea de presiune in manifold , - presiunea de circulatie in sonda :
- presiunea la agregate :
Deci a (0 ; 41,61 ). Momentul b
Terminarea pomparea pastei de ciment in coloana: - debitul de pompare,
- volumul de fluid pompat ,
- caderea de presiunea la manifold - presiunea coloanelor de fluid
- la exteriorul coloanei :
71
;
- la interiorul coloanei :
= 452,84 bar
Deci:
- presiunea de circulatie in sonda
- presiunea la agregate
Deci b (7,9 ; 17,69 ). Momentul c
pasta de ciment a ajuns la partea de jos a coloanei :
- debitul de pompare
- volumul de fluid pompat ,
- caderea de presiune in manifold
- presiunea coloanelor de de fluide este aceiasi aceiasi ca in momentul b
- presiunea de circulatie in sonda este aceiasi ca in momentul b - presiunea la agregate :
Deci : c (27,2 ; 17,69 ). 72
Momentul d
pasta de ciment a inceput sa treaca in spatiul inelar ; incepe regimul de curgere turbulent pentru pasta :
- debitul de pompare
- volumul de fluid pompat este acelasi ca in momentul c - caderea de presiune in manifold
- presiunea coloanelor de de fluide este aceiasi aceiasi ca in momentul b si c
- presiunea de circulatie in sonda :
- presiunea la agregate :
Deci c (27,2 ; 36,5 ). Momentul e
Finalul operatiei de cimentare in regim turbulent : - debitul de pompare,
- volumul de fluid pompat in sonda
- caderea de presiune la manifold - presiunea coloanelor de fluide : - presiunea coloanelor de fluid
- la exteriorul coloanei :
73
- la interiorul coloanei :
Deci
- presiunea de circulatie in sonda
- presiunea la agregate :
Deci : e (35,7; 76,24) In figura urmatoareeste reprezentatgraficul de variatie al presiunii la agregate functie de volumul de fluide pompat in sonda :
74
h Durata operatiei de cimentare
Durata cimentarii este data de suma timpurilor necesari pomparii de fluide in sonda si de efectuarea operatiei de lansare a celui de al doilea dop de cimentare:
Timpul de pompare este compus din timpul necesar ajungerii pastei la baza coloanei, in care debitul de pompare este si de ridicarea a pastei in regim turbulent in spatiul inelar, in care debitul de pompare este . Pomparea cu debitul se face pana in momentul " c " . Deci volumul pompat este volumul interior al coloanei , . Pomparea debitului se face din momentul " d " pana in momentul " e " . Deci volumul pompat este
Ca urmare
Timpul de lansare a dopului este
Deci durata totala a operatiei de cimentare :
Deoarece limita de pompabilitate a unei paste de ciment normale fara adaosuri este de 100...120 minute rezulta ca operatia de cimentare poate fi efectuata fara dificultati legate de pasta de ciment.
75
CAPITOLUL VI - Echipamentul de foraj
6.1. Alegerea garniturii de foraj :
Interv al forat m 01025 10252335 23352720
Diame trul sapei
Prăjini de foraj Prăjini grele Densita tea Masa Masa noroiul Diam Lung unitar Diame Lung unitar etrul ime trul ime ui ă ă
Greutate
in
Kg/m3
in
m
Kg/m
in
m
Kg/m
kN
În nor oi kN
15 1/2
1192
5
972
29,02
11
53
444,5
495
419
9 5/8
1355
4 1/2 2199
24,70
7 1/4
136
177,6
769
636
6 3/4
1610
41/2
20,83
6
203
123,1
758
603
2517
În aer
6.2. Alegerea echipamentului de suprafata
Dupa ce se va sapa gaura de sonda pentru montarea coloanei de ancoraj intervalul 01025 m la ultimul u ltimul burlan introdus intrucat la suprafata vom avea o presiune de lucru de 163,4 bar se va monta o flansa cu cu mufa tip UMC-C care va rezista rezista la o presiune de lucru de 3/4 210 bar cu o dimensiune nominala de 11 in care se insurubeaza in coloana de ancoraj. Dimensiunile penelor ce se monteaza in flansa vor fi 7 -7 5/8 - 8 5/8 - 95/8 - 10 3/4 in.
76
Figura 1
77
Figura 2
78
