Fluide de foraj

Fluide de foraj

Pentru a realiza o sonda in conditii cat mai bune si sa fie pusa in productie fara probleme pentru a da o productivitate maxima e necesar ca fluidul de foraj sa indeplineasca unele conditii:

- fluidul ales nu trebuie sa afecteze,fizic sau chimic rocile traversate, sa nu umfle si sa nu disperseze argilele si marnele hidratabile, sa nu dizolve rocile solubile, sa nu erodeze roci le slab consolidate iar detritusul pe cat posibil sa nu fie hidratat sau dispersat.

- acesta trebuie sa isi pastreze proprietatile in limitele impuse in cazul in care este contaminat cu gaze, ape subterane, minerale solubile sau cu detritus argilos.

- sa mentina in suspensie particulele de detritus in cazul in care circulatia este intrerupta.

- sa nu afecteze permeabilitatea stratelor productive deschise.

- sa fie usor de preparat, manipulat, curatat de detritus sau de gaze.

- sa nu fie coroziv si sa permita investigarea geofizica.

- sa fie cat mai ieftin.

Datorita faptului ca toate aceste conditii nu pot fi realizate simultan se recurge la o solutie de compromis in realizarea acestui fluid de foraj.

primele sonde au fost sapate cu noroaie naturale dispersate ,o data cu avansarea tehnologiei fluidelor de foraj sau folosit si fluide inhibitive in special pe baza de sare pentru traversarea miocenului cu sare iar la ultimele sonde s-au folosit si noroaie pe baza de polimeri, fluide ce au dat rezultate bune mai ales la deschiderea stratelor productive datorita inhibarii argilelor.

Proprietatile fluidelor de foraj

Densitatea.

Reprezinta masa unitatii de volum si se exprima in kg/m³ sau kg/dm³.

Densitatea fluidului de foraj trebuie aleasa in asa fel incat presiunea hidrostatica a coloanei de fluid sa fie mai mare decat presiunea exercitata de fluidele din pori dar in acelasi timp sa fie mai mica decat presiunea de fisurare a formatiunii pentru a nu crea fisuri care ar putea duce la pierderea noroiului.

O densitate prea mare a noroiului produce o patrundere mai adanca in strat a filtratului care poate duce la surparea peretilor gaurii de sonda dar si o reducere a vitezei de avansare a sapei iar o densitate prea mica poate duce la manifestari eruptive.

Densitatile fluidelor de foraj folosite la proiectarea sondei pe structura Frasin vor fi:

- pentru coloana de ghidare

folosim un fluid natural dispersat alcatuit din apa si argila cu o densitate de 1150 kg/m³

- pentru coloana de ancoraj

vom folosi acelasi noroi dar ingreunat cu barita pana la atingerea densitatii de 1200 kg/m³.

- pentru coloana intermediara

se foloseste noroi inhibitiv pe baza de KCl cu o densitate de 1300 kg/m³.

- pentru lainer

se va folosi acelasi noroi ingreunat cu barita pana la 1400 kg/m³ si sarat pana la o salinitate de 400 kg/vagon.

- pentru coloana de exploatare

vom folosi un fluid de tip Glaydrill cu o densitate de 1100 kg/m³.

Viscozitatea aparenta.

Reprezinta proprietatea unui fluid de a opune rezistenta la curgere si este o proprietate calitativa influentata de densitatea fluidului si proprietatile lui tixotropice.

Este folosita in practica de santier si se masoara cu ajutorul viscozimetrului palnie de tip Marsh si se masoara cronometrand timpul in care se scurge din palnie 1 dm³ de noroi dintr-o cantitate de 1,5 dm³

Proprietati reologice.

Comportarea la curgere a fluidelor de foraj a fost descrisa de o serie de modele matematice numite modele reologice, acestea exprima relatia dintre tensiunile tangentiale τ, si vitezele de deformare in regim laminar de curgere.

Fluidele Newtoniene (apa,produsele petroliere, solutiile de electroliti )au urmatoarea ecuatie constitutiva:

unde:

τ - tensiunea de forfecare,

η_d - viscozitatea dinamica

Reogramele acestor fluide sunt drepte ce trec prin origine.

Fluidele Bingamiene (dispersate, cu continut ridicat de argila si cu densitate mare) au urmatoarea ecuatie constitutiva:

unde:

tensiunea dinamica de forfecare_,

η_p - viscozitatea plastica

Fluidele tip Ostwald (fluide cu continut redus de particule argiloase si polimeri, fluide pe baza de produse petroliere) au ecuatia:

unde:

k - indicele de consistenta,

n - indicele de comportare.

Proprietati tixotropice

Prin tixotropie se intelege gelificarea unei solutii cand este lasata repaus si revenirea gelului in solutie prin agitare.

Capacitatea tixotropica a unui fluid de foraj se apreciaza prin valoarea tensiunii statice de forfecare , dupa o anumita perioada de ramanere in repaus si prin viteza cu care aceasta rezistenta creste in timp

Valoarea rezistentei de gel depinde de natura si concentratia argilei din sistem de gradul de dispersare, prezenta electrolitilor si a substantelor protectoare, temperatura si presiune.

Fluidele de foraj cu proprietati tixotropice sunt capabile sa mentina in suspensie materialele inerte de ingreuiere si detritusul, insusire necesara la oprirea circulatiei in sonda.

Indicele pH

Prin indice pH se exprima logaritmul negativ zecimal al concentratiei de ioni de H⁺ la un moment dat. cu ajutorul lui se poate determina aciditatea sau alcalinitatea unui fluid de foraj in functie de care se poate aplica unele tratamente.

In general fluidele de foraj sunt bazice avand pH-ul mai mare ca 7. cele preparate din apa si argila, netratate au pH-ul cuprins intre 7 si 8 iar cele tratate cu pH-ul intre 8 si 13. valoarea optima a pH-ului depinde de tipul noroiului.

Capacitatea de filtrare si colmatare

Datorita diferentei dintre presiunea fluidului din sonda si cea a fluidului din porii formatiunilor traversate o parte din faza libera a noroiului patrunde in porii rocilor iar pe peretii sondei se depun particule solide sub forma unei turte de colmatare.

In faza initiala viteza de filtrare depinde de permeabilitatea rocii iar dupa astuparea acestora de catre turta de colmatare viteza de filtrare va depinde de capacitatea de filtrare a turtei care este mult mai mica decat cea a porilor.

Un bun fluid de foraj trebuie sa posede un filtrat redus si o turta de colmatare cat mai subtire pentru a nu afecta stabilitatea peretilor gaurii de sonda in dreptul formatiunilor slab consolidate ti mai ales sa nu afecteze permeabilitatea stratelor purtatoare de hidrocarburi.

In procesul de foraj, fenomenul de filtrare si colmatare are efecte favorabile dar si nefavorabile:

o viteza ridicata de filtrare in roca din tapa sondei duce la o avansare mai rapida a sapei

turta de colmatare stabilizeaza rocile slab consolidate si diminueaza uzura prajinilor de foraj insa filtratul hidrateaza si umfla rocile argiloase sensibile la apa

patrunderea pe suprafetele fisurilor reduce coeziunea si stabilitatea rocilor,

reduce permeabilitatea stratelor productive si ingreuneaza punerea in productie a sondelor.

In concluzie fluidul de foraj trebuie preparat in asa fel incat capacitatea de filtrare si colmatare a acestuia sa nu afecteze pre mult procesul de foraj si permeabilitatea stratelor productive.

Continutul de solide

La fluidele de foraj pe baza de apa si argila faza solida este alcatuita din argila si materiale de ingreuiere, iar faza lichida din apa si eventual motorina.

Analiza continutului de solide se face pentru a stabili compozitia oricarui fluid in care intereseaza in mod deosebit procentul de argila si continutul de solide care au o influenta directa asupra proprietatilor reologice si a stabilitatii noroiului.

Coloana de ghidare

Caracteristicile fizice ale fluidului utilizat.

Densitatea

ρ= 1150 kg/m³

τ₀=tensiunea dinamica de forfecar

τ₀= 9,5-11,5 N/m²

pH=concentratia ionilor de hidrogen

pH= 8

T=turta de colmatare

T=1-1,5mm

F=filtratul fluidului de foraj

F=8-12 cm³

Cs=continutul de solide

Cs=10-15 %

Calculul cantitatii de noroi utilizate.

Intervalul 0-50 m

K= coeficient de siguranta

K=(23)  se alege K=2,5

Adancimea coloanei de ghidare

Volumul de noroi necesar pentru forarea coloanei de ghidare va fi

Calculul cantitatilor de materiale.

Pe intervalul 0-50m se foloseste noroi dispersat

- densitatea noroiului

ρ_n=1150 kg/m³

- densitatea argilei bentonitice

ρ_bent=2300 kg/m³

- densitatea apei

ρ_apa=1000 kg/m³

- densitatea baritei

ρ_barita=4300 kg/m³

Volumul de bentonita folosita la prepararea noroiului

Masa de bentonita folosita la prepararea noroiului.

Coloana de ancoraj

Caracteristicile fizice ale fluidului utilizat.

kg/m³

η_p=10-25 cP

τ₀=9,5-11,5 N/m²

pH=8

T=1-1,5mm

F=8-12 cm³

Cs=10-15 %

Calculul cantitatii de noroi utilizate.

Intervalul 0-500 m

Adancimea coloanei de ancoraj

Volumul de noroi necesar pentru forarea coloanei de ancoraj

Calculul cantitatilor de materiale

Pe intervalul 50-500 m se foloseste acelasi noroi ingreunat cu barita pana la densitatea de 1200 kg/m³.

Volumul de barita necesar ingreuierii

Masa de barita necesara

Volumul de noroi supus ingreunarii

Volumul de bentonita de adaos necesar

Masa de bentonita

Volumul de apa

Coloana intermediara.

Caracteristicile fizice ale fluidului utilizat.

ρ= 1300 kg/m³

η_p=15-25 cP

τ₀=9,5-11,5 N/m²

pH=9

T=0,5-1mm

F=4-6 cm³

Cs=10-15 %

Calculul cantitatii de noroi utilizate.

Intervalul 0-2900 m

Adancimea coloanei intermediare

Volumul de noroi necesar pentru forarea coloanei intermediare

Calculul cantitatilor de materiale

Pe intervalul 500-2900 m se foloseste un noroi de tip INHIB-KCl de densitate 1300 kg/m³ si preparat din noroiul precedent tratat cu aditivi corespunzatori si ingreunat.

Volumul de barita

Masa de barita

Volumul de noroi supus ingreunarii si tratarii

Volumul de bentonita de adaos necesar

Masa de bentonita

Volumul de apa

Lainerul

Caracteristicile fizice ale fluidului utilizat.

ρ= 1400 kg/m³

η_p=20-45 cP

τ₀=9,5-11,5 N/m²

pH=9

T=1-1,5mm

F=4-6 cm³

Cs=10-20 %

Calculul cantitatilor de noroi

Intervalul 2800-3800 m

Adancimea lainerului

Volumul de noroi necesar pentru forarea lainerului

Calculul cantitatilor de materiale

Pe intervalul 2900-3800m folosim un noroi semisarat cu o cantitate de sare de pana la 10kg/m³ si cu o densitate de 1400kg/m³ .Intrucat noroiul precedent nu poate fi transformat se prepara un nou noroi.

Volumul de barita

Masa de barita

Volumul de bentonita necesar prepararii noroiului initial cu o densitate de 1050kg/m³ folosit pentru ingreuiere pana la densitatea de 14000kg/m³.

Masa de bentonita

Volumul de apa

Coloana de exploatare

Caracteristicile fizice ale fluidului folosit

ρ= 1100 kg/m³

η_p=10-20 cP

τ₀=8,5-9,5 N/m²

pH=9

T=0,5-1mm

F=3-5 cm³

Cs=3-10%

Calculul volumului de noroi

Intervalul 3800-4250 m

Adancimea coloanei de exploatare

Volumul de noroi necesar pentru forarea coloanei de exploatare

Calculul cantitatilor de materiale

Pentru intervalul 3800-4250 preparam un noroi de tip GLAYDRILL de densitate 1100 kg/m³

Volumul de bentonita folosit la prepararea noroiului

Masa de bentonita folosita la prepararea noroiului

Tratamente aplicate fluidelor de foraj