Calcul_cimentare_CapSonda

8/19/2019 Calcul_cimentare_CapSonda

1/36


2/36

Cimentarea sondelor

1. Generalităţi

Operaţia de cimentare presupune plasarea în spaţiul inelar al coloanelor de tubare a unei paste liante (amestec apă-ciment praf) care, prin prizare şi ulterior prin întărire,formează un inel de ciment (piatră de ciment), rezistent mecanic, pe cât posibil uniform,etanş şi aderent atât la coloană, cât şi la roca din peretele sondei. Scopul cimentării:

– să împiedice circulaţia nedorită a fluidelor în spaţiul inelar (intercomunicaţiastratelor);

– să solidarizeze coloana de burlane de pereţii sondei; – să protejeze coloana la exterior de acţiunea agresivă a agenţilor corosivi.

Pentru realizarea unei cimentări de calitate fluidul de foraj din spaţiul inelar ce urmeazăa fi cimentat trebuie să fie complet dizlocuit.

2. Clasificarea cimentărilor

Cimentare

După tubare (de coloane)

În gaură netubată (formare de dop)

Primară Secundară (de remediere)

Coloane întregi

Coloane pierdute(linere)

Coloane din maimulte secţii

Coloane cu filtru

Cimentare inversă (prin spatele coloanei)

Combinat (parţialnormal, parţial invers)

Cimentare normală (prin interiorul coloanei)

Într -o treaptă (unietajată)

În două trepte (etajată)

Prin ţevi introduse

În interiorul coloanei

În spstele coloanei

La echilibru Cu dop de reţinere Cu lingura (burlan cu supapă)

Prin spatele coloanei

Prin perforaturi

Sub presiune (cu/fărăreţinător)


3/36

Metode de cimentareCimentarea unei coloane de burlane are ca principiu forţarea pătrunderii laptelui deciment în spaţiul inelar dintre sondă şi coloană (se pompează direct prin interiorulcoloanei sau a prăjinilor de foraj pasta de ciment urmată de fluidul de refulare, pastă

urcă în spatele coloanei până la o înălţime prestabilită). Pasta este preparată la suprafaţăîn flux continuu cu ajutorul unor mixere (ejectoare de apă sub presiune care antreneazăşi hidratează praful de ciment până la o habă tampon în care se controlează densitateaamestecului), este preluată de pompe cu piston de înaltă presiune şi pompată în sondă.

Cimentarea primară unietajată este prezentată în figura 6.8. Etapele operaţiei sunt: pomparea pastei între cele două dopuri de cimentare; lansarea dopului doi; pompareafluidului de refulare.Cimentarea etajată – coloana este echipată cu mufă specială (DV); treapta inferioară secimentează similar cu o cimentare primară, la finele acesteia se deschid orificiile DV,iar circulaţia fluidelor se face de la această cotă (fig. 6.9).

Fig.6.8. Cimentarea unietajată.


4/36

Cimentarea de coloană pierdută (liner) – se realizează pe toată înălţimea (pentruo mai bună susţinere mecanică şi o mai bună etanşeizare a spaţiului dintre

coloane; după modul de instalare sedisting două tipuri de coloane pierdute:sprijinite pe talpa sondei (puţin aplicatăîn practică); coloană suspen-dată încoloana precedentă (fig. 6.10). Cimentarea sub presiune are ca scopcompletare a cu pastă injectată sub

presiune a unei zone cimentate ineficientsau crearea unei noi etanşeităţi; pomparea este urmată de opriri periodice, iar creşterea presiunii se facegradat până se atinge valoarea finală. Cimentarea pentru formarea dedopuri – operaţia se execută cugarnitura de foraj şi constă în plasarea, prin simplă circulaţie, a unei cantităţi de pastă în gaura de sondă; obişnuit,operaţia se realizează la echilibru, înălţimeaacoperită depinde de scopul urmărit (a bandonarea

Fig.6.9. Cimentarea etajată.

Fig.6.10. Cimentarea de coloană pierdută.


5/36

unei sonde prin izolarea stratelor permeabile şi închiderea definitivă la şiul coloanei;închiderea unui strat acvifer etc.).

3. Factorii de eficienţă ai cimentării

Se pot defini trei categorii de factori care influenţează semnificativ calitatea uneicimentări:

– factori geologici (fluidele din porii rocilor traversate de sondă – natura, presiunea şi mineralizaţia acestora; litologia, permeabilitatea, porozitatea şi gradul defisurare al rocilor; temperatura geostatică);

– factori tehnici (geometria spaţiului cimentat – jocul coloană-sondă,excentricitatea coloanei, prezenţa ocnirilor, a găurilor de cheie, a schimbărilor desecţiune, a schimbărilor de direcţie (înclinare, azimut); echiparea coloanei – prezenţacentrorilor, a scarificatorilor , a turbulizorilor, a packerelor exterioare de coloană);

– factori tehnologici (tipul şi proprietăţile fluidelor vehiculate – noroi, pastă deciment, fluid de spălare-separare, regimul de curgere, interacţiunea fizico-chimică afluidelor în contact, durata de contact dinamic, metoda şi tehnologia de cimentare.

4. Dezlocuirea fluidului de foraj de pasta de ciment

Pentru o bună cimentare gradul de dezlocuire joacă un rol determinant. De regulăfactorii tehnologici sunt cei care- l influenţează semnificativ: reologia fluidelor, diferenţade densitate, viteza şi regimul de curgere a fluidelor în contact, geometria secţiunii decurgere, starea de mişcare sau repaus a coloanei de tubare, compatibilitatea şi

miscibilitatea fluidelor.Pentru o bună dezlocuire a fluidului de foraj trebuie ca: – 1. tensiunea la perete să depăşească rezistenţa de gel a fluidului de foraj; – 2. tensiunile create prin circulaţie şi datorită diferenţei de densitate să

învingă rezistenţele la forfecare a straturilor din interiorul fluidelorvehiculate;

– 3. să se asigure o distribuţie uniformă a vitezei relative pe toată secţiuneaspaţiului inelar.

5. Zona de contact – fluide tampon

Pentru evitarea contactului şi amestecului pastei de ciment cu fluidul de foraj metodelemoderne de cimentare pr esupun separarea celor două fluide (cu dopuri separatoaresolide şi cu dopuri lichide în spaţiul inelar). Amestecarea este însoţită de o interacţiunechimică cu consecinţe negative asupra operaţiei de cimentare (contaminare, coagulareelectrolitică, învâscoşare-gelificare a fluidului de foraj; întârziere/accelerare a prizei pastei de ciment; reducere a rezistenţei pietrei, creştere a permeabilităţii acesteia). Fluidele tampon, cu diverse funcţiuni (previn contaminarea, fluidizează/spală noroiulgelificat, a sigură turbulenţă la viteze de forfecare reduse, curăţă/dizolvă turta decolmatare) şi în cantităţi impuse de aceste funcţiuni se găsesc într -o mare varietate: apa,soluţii saline, soluţii acide sau bazice, apă cu detergenţi şi dispersanţi, combinaţii adiverse fluide.


6/36

6. Presiunea în zona cimentată

Prin măsurători în sonde s-a demonstrat că presiunea într -o pastă de ciment scade dupăoprirea pompării. În dreptul stratelor poros- permeabile se egalizează presiunea din poriirocii cu cea din porii scheletul ui de piatră în formare, iar în dreptul rocilor impermeabileşi a coloanelor tubate anterior presiunea scade chiar sub valoarea presiunii hidrostatice. Reducerea presiunii în perioada de priză a pastei de ciment este atribuită fenomenelor:

– 1. de formare a unui schelet solid de particule ce, parţial se autosusţin, parţialse agat de pereţi;

– 2. de filtrare a apei libere în stratele permeabile; – 3. de contracţie internă a cimentului în procesul de hidratare-hidroliză.

Această reducere de presiune, dacă nu este contrabalansată sau prevenită poate duce lafenomenul de migrare a gazelor prin spaţiile create pe durată procesului de prizare.

7. Calculul cimentării

7.1. Cimenturi de sondă – paste de ciment

Sunt materiale liante, fin măcinate, amestecate sub forma unor suspensii fluide stabile şi pompate în sonde. În repaus acestea prizează şi se întăresc formând piatra de ciment(rezistentă mecanic şi la coroziune, aderentă, impermeabilă). Pastele de ciment trebuiesă răspundă cât mai bine condiţiilor din sondă prin: densitate, stabilitate, pompabilitate,timp de prizare.Există o mare varietate de cimenturi şi de paste datorită diversităţii condiţiilor de mediu, presiune, temperatură, tehnologii de cimentare, exploatare şi din motive economice.

Fabricarea cimenturilor care să răspundă acestor cerinţe au la bază mai multetehnologii: 1. modificarea constituenţilor mineralogici la procesul de calcinare, reglarea procesului de ardere şi răcire; 2. activarea produşilor de calcinare prin adaos desubstanţe la măcinare; 3. adăugarea de substanţe de reglare fie în praful de ciment, fie înapa de preparare.În România se produc la scară industrială două tipuri de ciment de sondă: S1 şi S2-RS.

7.2. Clasificare1. După compoziţie

a. pe bază de ciment portland: fără adausuri ;cu adausuri minerale (nisip, zgură de furnal,

cenuşă de termocentrală, diatomită, tufuri, ghips,var, calcar, cretă, azbest, mică, materiale deîngreuiere, silicat de sodiu, perliră, bentonită,sare);cu adausuri organice (gilsonit, asfalt oxidat,latexuri, polimeri, răşini;

b. pe bază de ciment aluminos: fără adausuri; cu adausuri (anhidrit, ghips, bauxită, var, dolomit,magnezit;

c. fără bază de ciment: pe bază de zgură; cu var şi puzzolane (diatomită, tufuri, cenuşă); cu var-nisip, var- zgură-nisip;


7/36

pe bază de silicaţi solubili (cu zgură, nisip); pe bază de ipsos; cu lianţi organici (răşini epoxidice) sau

organominerali

2. După densitatea pastei: foarte uşoare (< 1400 kg/m3

), uşoare (1400…1700 kg/m3),

normale (1700 …1950 kg/m 3), îngreuiate (1950…2300 kg/m 3), foarte grele(> 2300 kg/m 3);3. După temperatura de lucru: redusă (< 150 C), normală (15…500 C), moderată(50…1000 C), mare (100…1500 C), înaltă (150…2500 C), foarte mare (>250 0 C), cuvariaţii ciclice; 4. După mărimea deformaţiilor de volum: fără condiţii speciale, fără contracţie (dilatareliniară sub 0,1%), expandabile (dilatare peste 0,1%).

7.3. Proprietăţile pastelor Densitatea. Variază în limite foarte largi (1100…2500 kg/m 3) iar, prin spumare, sub1000 kg/m 3. Se recomandă ca pasta să aibă cu 100…300 kg/m 3 mai mare decât afluidului de foraj.

a sas

as sa p

ρ ρr r

ρ ρ ρ 1

(1)

în care ρ reprezintă densitatea cu indicii corespunzători ( p - pentru pastă,a - pentruapă, s - pentru solide) şiasr este raportul masic apă-solide.Densitatea amestecului de solide:

i i

i

ii

s c

c ; (2)

ic reprezintă concentraţia masică a componentului i .Reologia pastelor. Pastele cu ciment curat, cu adaos de barită, nisip, zgură, cenuşă secomportă după modelul Bingham, cele tratate cu reactivi chimici sau cu polimeri secomportă mai aproape de modelul Ostwald-de Waele.Prin pr elucrare statistică s-au obţinut unele dependenţe cu ajutorul cărora se pot estimavalorile mărimilor reologice – viscozitate plastică p şi tensiune dinamică de forfecare

0 pentru paste de ciment de tip apă-cimen t (după 30 min de agitare şi cu densitatea de1740…1900 kg/m 3).

Ciment S 1 Ciment S 2-RSMărimea UM – –

Vâscozitatea plastică

mPa s 26023050900 2 p p p 85,52201,316 p p

Tensiunea dinamicăde forfecare

Pa 54,24444,1460 p 19,37008,12130 p

Pentru pastele de ciment se defineşte o vâscozitate convenţională , consistenţă , cemăsoară momentul creat asupra unui ax cu palete plasat într -o celulă (sub presiune şi latemperatura dorită) rotită cu o viteză de rotaţie cunoscută (de regulă150 rot/min).


8/36

Consistenţa se măsoară în unităţi echivalente de consistentă UEC (consistenţa maximă a pastelor în primele 15…30 min nu trebuie să depăşească 30 UEC).Dependenţa moment la ax M (preluat de arcul elicoidal al consistomet rului şi măsuratîn N cm) – şi consistenţa exprimată în UEC este:

UEC M 1964,0767,0 .Timpul de pompabilitate. Limita peste care pastele de ciment devin nepompabile estede 30…40 UEC. Timpul de îngroşare (după API) este timpul scurs de la preparare pânăcând pasta atinge 100 UEC.

7.4. Prepararea pastelor de ciment cu adausuri (uşoare/îngreuiate)

Dacă se cunosc consumurile specifice de apă – index 1, ciment (material liant) – index 2, adaos – index 3 se pot determina pentru o reţetă de pastă cantităţile din cele treicomponente necesare la preparare. Se notează cu )3...1( imi – masele, )3...1( iV i –

volumele, )3...1( ii – densităţile componenţilor. Cu:2212112 V V r – raportul masic apă/ciment (necesară preparării pastei curate – fără

adaos);

3313113 V V r – raportul masic apă/adaos (reclamat de adaos); 223332 V V r – raportul masic adaos/ciment;

)(; 131212211'

12 V V V V V r – raportul masic apă/ciment (în pasta cu adaos); )( 3322111 V V V r s – raportul masic apă/solide.

3212'

123121113313113 )()( r r r mV V V V r . Această relaţie permite să se

determine consumul de apă reclamat de adaos (dacă nu este cunoscut), prin prepararea adouă paste, una numai cu ciment, cealaltă cu adaos (ambele având aceiaşi fluiditate – cea dorită).

21323132'1232

'12321

'123132

'122111

'12132

'1211

22322211

23221

321

321

)1(r r

r r r mr r mm

r mr r mm

mr mmmr mm

V V V mmm

p

. (3)

,)()(

)()(

311313

121221

2

332

p p

p p

r

r r (4)

32

'12

32

11 1 r

r mm

mr s . (5)

7.5. Calcule specifice operaţiei de cimentare

1. Densitatea pastei :)/300...100( 3min, mkg n p , (6)


9/36

)(

])()([max, H H H g

h H H g p H

c fis

fsn fscn H fis fis p

fis . (7)

2. Volume de fluide pompate :

a. Volumul de pastă ( 5,2...1,1,22 cav scav g k cu Dk D ),

hd H D DV c g p222

4)(

4. (8)

b. Volumul de fluid separator,

fs g fs h D DV )(422 . (9)

c. Volumul de fluid de refulare (se multiplică cu factorul 03,1 fr k ),

mf m fr V h H d V )(42 . (10)

3. Cantităţile de materiale :a. pastă curată – apă/ciment,

acac

acca p

ρ ρr r

ρ ρ ρ 1

; (11)

dacă se cunoaşte raportul apă/ciment;sau

ac

a pcc

ρ ρ ρq ;

ac

pca

ρ ρv (12)

dacă se cunoaşte densitatea pastei; paa pcc V vV V qm ; (13)

(se pot multiplica cu un coeficient de pierderi de 0…10 %) b. paste cu adausuri, se cunosc de regulă 1312 ,, r r p ; se determină:

,)()(

)()(

311313

121221

2

332

p p

p p

r

r r (14)

321312'

12 r r r r , (15)randamentul cimentului (m 3 de pastă/t de ciment) – suma volumelor celor treicomponenţi:

'12

3

232

2

2 r mr m

c ; (16)

cu kg t m 100012 ;

pc

c V q1000

; pad V r q 32 ; pa V r V '

12 . (17)

4. Numărul de autocontainere :

con

ccon q

mn . (18)

5. D ebitul de circulaţie :Se iau în discuţie mai multe aspecte (o cât mai bună deslocuire a fluidului de foraj înspaţiul ce urmează a fi cimentat; încadrarea în limita admisibilă de pompabilitate;


10/36

evitarea fisurării stratelor cu rezistenţă mică; disponibilităţile legate de echipamentele de preparare şi pompare a fluidelor pentru cimentare). O bună dezlocuire se realizează în regim turbulent de curgere (pasta să aibă o viteză decurgere cât mai mare).

Se impune determinarea vitezei la care se realizează turbulenţa: – pentru fluide de tip Bingham se calculează numărul Hedstrom în spaţiul inelar,

2,

2,0 )(

p p

pg p DDHe , (19)

se defineşte numărul Reynolds de tranziţie la regimul turbulentcr Re pe baza prelucrăriiintersecţiei curbelor de curgere laminară cu linia de turbulenţă (de regulă afişat subforma unor diagrame, v.fig.1), iar din definiţia acestuia se deduce viteza critică decurgere a pastei în spaţiul inelar,

pg

cr p pcr

DDv

)(

Re, ; (20)

– pentru fluide de tip Ostwald-de Waele, vit eza critică de curgere a pastei în spaţiulinelar rezultă din egalarea expresiilor:

K

DDv

nn p

ng

nnn

21

123

12Re , (21)

cu

nncr

nn

n

1

2

2

21

21

4848Re , (22)

de unde rezultă:

Fig.1. Stabilirea limitei de tranziţie – curgere laminară/turbulentă – pentru fluidede tip Bingham şi în spaţii inelare concentrice.


11/36

png n

nn

n

ncr

DDn

nn

n

K nv

123

21

2112

4848

12

21

2 . (23)

Pentru pastele normale sau îngreunate şi vâscoase, în spaţii inelare înguste, turbulenţa serealizează, de regulă la viteze de curgere mari (2…5 m/s). Dacă se folosesc fluideseparatoare cu vâscozitate redusă, turbulenţa se obţine la viteze moderate (0,5…1 m/s).Probabilitatea maximă de reuşită a unei cimentări, după Avetisov, se obţine la ungradient de viteză înspaţiul inelar 11590

)(6 s

DDv

g .

Debitul ales trebuie să asigure o durată a operaţiei de cimentare sub limita admisibilă de pompabilitate şi stabilitate a pastei şi să nu se depăşască 3…4 h indifer ent de situaţie.

6. Presiunea în sistemul de circulaţie : – pentru spaţii inelare şi interioare de coloane cu dimensiuni apreciabile se pot aplicarelaţii empirice (presiunea de circulaţie se admite constantă şi independentă de tipul defluid),

25 /10801,0 mN H pc , pentru cazul pompării cu unul sau două agregate decimentare;

25 /101602,0 mN H pc pentru cazul pompării cu mai multe agregate de cimentare; La presiunea de circulaţie se scade presiunea diferenţială n p pd g l p , când pastase află în interiorul coloanei de tubare, respectiv, se adaugă presiunea diferenţială

n p pd g h p , când pasta se află pe o diferenţă de înălţime în spaţiul inelar; – în cazul spaţiilor mici şi a vitezelor de curgere ce asigură turbulenţa, reologia

fluidelor pompate influenţează semnificativ variaţia presiunii de pompare: mhehi ceci md c p p p p p p p p p p , (24)

unde: presiunea din manifold,

bar Q pm 2107,0 ; (25)cu densitatea în kg/m3, şi debitul în m3/s; presiunea de circulaţie (pentru învingerea rezistenţelor hidraulice) în interiorul coloanei,

i i

n

i i ci l Q p 2

1; (26)


12/36

F i g

. 2 .

C o e

f i c i e n

t u l d e r e z

i s t e n ţ ă

h i d r a u

l i c ă l a c u r g e r e a

f l u

i d e

l o r b i n g

h a m

i e n e

p r

i n c

o n

d u c

t e c

i r c u

l a r e

.


13/36

F i g

. 3 .

C o e

f i c i e n

t u l d e r e z i s

t e n

ţ ă h i d r a u

l i c ă l a c u r g e r e a

f l u i d e

l o r

b i n g

h a m

i e n e p r i n s p a

ţ i i i n e

l a r e

.


14/36

presiunea de circulaţie (pentru învingerea rezistenţelor hidraulice) în exteriorul coloanei,

j j

n

j j ce hQ p 2

1; (27)

presiunea datorită diferenţei de densitate în interiorul coloanei,

i i n

i di l g p

1; (28)

presiunea datorită diferenţei de densitate în exteriorul coloanei,

j j

n

j de hg p

1; (29)

Presiunea de pompare are expresia,

m j j

n

j i i i

n

i i p phg Ql g Q p )()( 2

1

2

1. (30)

Presiunea maximă (la finalul operaţiei de cimentare) are expresia: mc n pc nn

c p p p pnn p

pg hH H H Q

H QhQhH Q p2

222max,

(31)S-au folosit indicii n – pentru noroi, p – pentru pastă de ciment.

Coeficienţii i i , depind de dimensiunile transversale ale secţiunilor de curgere, de

reologia fluidelor p ompate, de regimul şi viteza de cirgere.

Fig.5. Coeficientul de rezistenţă hidraulică în spaţii inelarepentru fluide Ostwald- de Waele şi Metzner -Reed.


15/36

;8

52int

imi

d

;

8232 DDDD g g

ext i (32)

cu ;Re,Re, ,0, i pi ec i pi ec i v d Bi si d v undeBi i i pentru fluide de tip

Bingham;Valorile coeficienţilor de rezistenţă hidraulică se citesc din nomograme specifice pentruspaţii interioare/inelare (v.fig2/3).Pentru fluidele de tip Ostwald- de Waele şi Metzner -Reed coeficienţii de rezistenţăhidraulică se citesc din nomogramele din figurile 4/5. Pentru calculul presiunii de pompare pe durata operaţiei de cimentare se delimiteazădouă cazuri:

1. Volumul de pastă de ciment este mai mic decât volumul interior al coloanei; 2. Volumul de pastă de ciment este mai mare decât volumul interior al coloanei;

Se stabilesc momentele când apar schimbări în diagrama de pompare (de secţiune, deviteză de curgere, de regim de curgere). Între aceste momente variaţia de presiune este

aproximativ liniară (se consideră fluidele pompate incompresibile). Se trasează diagrama de pompare şi se verifică dacă pe durata operaţiei sunt îndeplinitecondiţiile: fisext spag p p p p p p p ;, min,int .

7. Tipul şi numărul agregatelor de cimentare La alegerea tipului de agregate se are în vedere, atât presiunea maximă de pomparereclamată de operaţia de cimentare, cât şi canţităţile de fluide pompate (debitele maximede lucru reclamate), în aşa fel încât operaţia să se desfăşoare în limita admisibilă de

pompabilitate.Agregatele de cimentare actuale au posibilitatea variaţiei continue a debitului în limitelargi. Numărul agregatelor se stabileşte în funcţie de metoda de cimentare adoptată. În perioada de preparare şi pomparea a pastei, se utilizează un agregat la două

Fig.4. Coeficientul de rezistenţă hidraulică în conducte pentru fluide

ostwald- de Waele şi Metzner -Reed.


16/36

autocontainere (la cantităţi mari chiar trei autocontainere). Pomparea fluidului derefulare presupune un debit mai mare, astfel că numărul agregatelor în funcţiune este:

;ag

ag qQ

n rotunjit în plus. (33)

În cazul metodei duratei operaţiei (presiunea de circulaţie constantă) se deternină durataoperaţiei cu un singur agregat folosind graficul de pompare, iar numărul agregatelor:

;11,

ap

c ag t

t n (34)

8.Durata operaţiei de cimentare :La debit constant pentru diversele fluide pompate

;min15...101

n

i i

i c

QV

T (35)

Dacă puterea de pompare se menţine constantă:

;min15...101 n

i i

i c Q

V T (36)

9. Pompabilitatea pastei :Timpul de pompabilitate al pastei este mai mare decât durata operaţiei de cimentare,

min,max,min, 5,1;5,1 p pc p T T T T . (37)Se poate lua o siguranţă mai redusă dacă amestecurile sunt testate în prealabil:

.min40...303,1...2,1 c pc T T T (38)


17/36

Capetele de coloane

8.1.Generalităţi Denumirea de capete de c oloane sau capete de sondă este un termen generic care sereferă la ansamblul de echipamente montate la suprafaţă şi care definitivează arhitecturaunei sonde. Configuraţia acestui ansamblu este diferită pe parcursul fazelor de foraj,completare sau în timpul fazei de extracţie (structura definitivă). Partea inferioară (montată în beciul sondei) este alcătuită din sistemul de suspendare alcoloanelor şi accesoriile sale; în timpul forajului capul de sondă va evolua în funcţie dederularea programului de tub are: fiecare coloană se termină la suprafaţă cu echipamentecare permit fixarea, etanşarea şi montarea prevenitoarelor de erupţie impuse de

programul de foraj.

8.2. Evoluţia unui cap de sondă în foraj

Operaţiile de montaj şi de testare necesare pentru programul de construcţie prezentat înfigura 6.1 sunt:Demarajul forajului – foraj în gaură de 17 1/2" – arhitectura sondei inexistentă sau alcătuită dintr -un tub d e ghidare (sau conductor); încazul riscurilor de traversare a unor strate de suprafaţă presurizate (shallow gas) seimpune instalarea unui echipament de securitate (diverter) – în fapt este un obturator despaţiu inelar de joasă presiune (2000 psi/140 bar) cu rolul de canalizare a erupţiei cătreo torţă şi de protejare a instalaţiei de foraj împotriva incendiilor; după tubarea şicimentarea coloanei de suprafaţă se montează primul element al capului de sondădenumit cap de coloană (casing head housing ); co loana de suprafaţă şi capul de coloanăva suporta greutatea celorlalte coloane şi prevenitoarele de

erupţie (BOP); la sondele de mare adâncime coloanele sesuspendă în tensiune de aceea pentru mărireacapacităţii portante se utilizează o flanşă cu placă de bază circulară; – montarea prevenitoarelor de erupţie – finalizareamontajului capului de coloană pentru prima fază deforaj se realizează prin adăugarea unei cruci decirculaţie (un mosor cu flanşe şi două braţe laterale)şi ancorarea prevenitoarelor corespunzătoare; pentru protecţia interiorului capului de coloană împotrivauzurii se plasează o cămaşe anti-uzură; – testarea în presiune a etanşeităţii montajului – pelângă proba funcţionalităţii prevenitoarelor capul desondă va fi probat la presiune: la fiecare montaj; laorice demontaj pentru modificare (chiar parţial); periodic conform unei planificări impuse deoperator; există două proceduri de testare: cu testerde tip ventuză (fig.7.1) pentru etanşeitatea coloaneişi cu dop de obturator pentru prevenitoare şiflanşele capului de sondă; Faza de foraj : 12 1/4"" – se realizează prin capul de

sondă precedent montat;

Mandrină

Manşon de cauciuc

Racord

Garnitură de etanşare

Fig.7.1. Dispozitiv de testare acapului de sondă


18/36

– se tubează coloana intermediară de 9 5/8", se cimentează pe o anumită înălţime, seîndepărtează cămaşa de protecţie, se ancorează în tensiune în capul de coloană (ordineaoperaţiilor este: suspendarea greutăţii coloanei în masa rotativă; demontarea flanşelor dedeasupra capului de coloană; îndepărtarea ansamblului BOP; intercalarea penelor de

suspendare între coloană şi locaşul conic al capului de coloană – fig.7.2); – penele de ancorare alcătuiesc un dispozitiv articulat zimţat la interior şi conic laexterior; acesta îmbracă coloana ce urmează să fie suspendată, iar prin alunecare înlocaşul conic al flanşei cu mufă se agaţă cu penele zimţate de coloană; există o marevarietate constructivă (de reţinut că pentru fiecare marcă există o singură corespondenţăîntre tipul capului de coloană şi cel al penelor de ancorare) dar se disting trei tehnologiide fabricaţie: pene cu etanşare separată (fig.7.2, a); pene cu garnitură integrată (fig. 7.2,

b); pene cu auto- etanşare (fig.7.3); – după suspendarea coloanei de 9 5/8" setaie tubul de deasupra suspendării; semontează capul de coloană pentru tubajulde 7" (o flanşă dublă redusă – X bushing )care se protejază şi testează în acelaşi mod precum flanşa cu mufă; – flanşa dublă redusă (casing head spool)se compune din: d ouă flanşe dedimensiuni şi serii diferite; un alezaj conicsau cilindric la partea superioară pentrufixarea penelor de suspendare ale coloaneiurmătoare (7"); un alezaj cilindric la partea inferioară pentru ghidajulsapei şi sistemul de etanşare (suplimentar); – montajul capului de sondă este completat cu o cruce de circulaţie, racordările liniei deomorâre (kill-line) şi de control a erupţiei (choke-line); ansamblul prevenitoarelor deerupţie (cu presiune de serviciu superioară celui precedent); creşterea adâncimii de forajmăreşte riscul interceptării presiunilor ridicate; Faza de foraj : 8 1/2"

a. b.Fig.7.2. Sisteme de suspendare a coloanelor de tubare.

Pene deprindere

Şurub

Şurub

Inel superior

Garnitură Inel inferiorPiuliţă

Pene de ancorareEta nşa re

Penesuperioare

Inel suport

Garnitură Inel suportInel de reţinere SuportPene inferioare

Ghidaj

Fig.7.3. Pene cu auto- etanşare.


19/36

– principiul este acelaşi ca la faza precedentă: suspendarea coloanei de 7" dupăîndepărtarea cămăşii de protecţie; tăierea burlanului în funcţie de elementele careurmează să fie montate la extremitatea coloanei; montarea unei flanşe de testare(testing/pack-off flange ) şi etanşare suplimentară (fig.7.4); montarea capului de tubing(tubing head spool -dispozitivul de suspendare şi etanşare a ţevilor de extracţie);

– dispozitivul de fixare şi etanşare a tubingului este similar cu flanşa dublăredusă cu deosebirea că tubingul suspendat poate fi extras în caz denecesitate (fig.7.5); dispozitivul de suspendare este relativ simplu pentru

Ghidaj pentru sapă Inel de reţinere Inel superior

Garnituri de etanşare

Inel central

Inel inferior

Fig.7.4. Etanşare suplimentară pentru coloane.

Inele defixare

Packer deetanşare

ScaunInel de reţinere

Fig.7.6. Dispozitive de suspendare a ţevilor de extracţie (tubingului),

Fig.7.5. Dispozitiv de suspendare a tubingului.


20/36

completare simplă (un singur rând de ţevi de extracţie) (fig.7.6); în cazul completăriiduble capul de tubing are construcţie specială (fig.7.7); – montajul ansamblului de prevenire (BOP) pentru faza de fo raj de 6"; în funcţie denatura şi presiunea fluidelor cantonate în stratele productive crucea de circulaţie poate fi

eliminată, iar liniile de omorâre şi de control vor fi conectate la ieşirile laterale ale prevenitoarelor orizontale;Faza de foraj : 6"

Filet pentru supapa de reţinere

Fig.7.7. Racord şi dispozitiv pentru dublă suspendare de tubing.

Fig.7.8. Capete de suspendare pentru coloane cu trei etaje tip WKM şi Cameron

Linie de control

Legături metalice

Orificii de test

Etanşare a spaţiului inelar

Suspendare dublă

Cap de tubing

Inel S

Inel D


21/36

– în ipoteza că se tubează şi cimentează coloana de 7" la nivelul intrării în stratul productiv, se traversează zăcământul şi se tubează un liner de 5" ancorat în coloana de7", operaţiile de completare sunt: perforarea, introducerea şi armarea packerului de producţie, introducerea coloanei de ţevi de extracţie şi suspendarea acestora,

demontarea BOP, finalizarea capului de sondă prin montarea unei flanşe de reducereadaptată capului de tubing şi pe care se montează partea inferioară a robinetelor decontrol (capul de erupţie-Christmas tree ).Un caz particular de cap de sondă îl constituie capetele compacte (formate din unul saudouă elemente care reunesc funcţiunile de cap de coloană de bază, cap de coloană şi capde tubing; aceste sisteme au avantajul că se reduce înălţimea de şi se câştigă timp lamontaj, dar impun o precizie superioară la poziţionarea coloanelor, sisteme sofisticatede etanşare, costuri superioare (fig.7.8).

8.3. Dispozitivele de obturare a capului de sondă Prevenitoarele de erupţie (obturatoarele coloanelor) şi accesoriile acestora asigură:închiderea sondei în cazul unei presiuni de strat superioară presiunii hidrostaticeexercitată de coloana de noroi; circulaţia controlată a fluidelor pentru recondiţionareanoroiului, ajustarea densităţii în funcţie de presiunea stratului, evacuarea fluidelor pătrunse în sondă (operaţiile amintite se efectuează sub presiune). Un prevenitor este definit prin: marca sa (principalii producători suntCameron, Shaffer,

Hydril ); tipul de prevenitor ; dimensiunea nominală (7 1/16, 11, 13 5/8, 16 3/4, 18 3/4,20 3/4, 21 1/4, 29, 30"); seria sau presiunea de serviciu – aceeaşi cu cea a flanşelor deracordare de tip API (1000, 2000, 3000, 5000, 10 000, 15 000, 20 000 psi). Încataloagele firmelor producătoare sunt consemnate şi:deschiderea maximă (diametrulmaxim de trecere pentru sapa de foraj); raportul închidere/deschidere (raportul între

presiunea din sondă la Î/D şi presiunea hidraulică ce trebuie aplicată pe pistoanele deoperare a prevenitorului pentru Î/D);volumul de fluid necesar pentru Î/D; gabaritul (înălţime, lungime, lărgime, greutate).

Tipuri de prevenitoarePrevenitoare cu bacuri de tip sertar (rams ): pentru închidere totală (blind rams ) – laforajul off- shore una din închiderile totale este prevăzută cu lame de tăiere ( shearrams ); pentru închidere pe prăjini, coloanăsau tubing ( pipe rams ).


22/36

Prevenitoare cu manşon inelar de cauciuc (cu mem brană – fig.7.10) – sunt prevenitoare pentru spaţii inelare, închid pe orice secţiune (chiarşi totală); permitemanevra garniturii sub presiune ( stripping – fig.7.11).

Corpul

Etanşare laterală

manşonului

Armătura cuţitelor

Etanşare superioară

Etanşare superioară

Corpul pistonului Packer

Fig.7.9. Prevenitor dublu cu bacuri de tăiere şi cu bacuri cu secţiune variabilă.

1. Detalii constructive alebacurilor de spaţiu inelar (prăjini);

2. Construcţia bacurilor detăiere a materialului tubular (shearrams);

3. Construcţia bacurilorpentru etanşarea pe diametrevariabile (variable rams).

Placă de uzură

Bac inelarCapac defixare/etanşare Cameră dedeschidere

Piston

Camer ă de închidere

Etanşare superioară Packer (bac tip sertar) Fig.7.10. Prevenitor cu bac inelar.

Fig.7.11. Introducerea subpresiune a garniturii de foraj

(stripping)


23/36

Prevenitoare rotative – permit rotirea şi manevra garniturii sub presiune (fig.7.12); semontează peste prevenitoarele normale şi servesc la forajul sub-echilibrat, forajul cu aersau cu gaze.Prevenitoare de alezaj (care închid interiorul garniturii de foraj) – sunt supape sauclapete anti- retur montate în interiorul garniturii de foraj: supape de fund de tip Baker pentru forajul cu aer sau cu noroi în formaţiuni nisipoase; supape tip

Patrat de antrenare

Rulmenţi

Ieşire noroi

Garnitură de etanşare Orificii de umplere

Fig.7.12. Prevenitor rotativ ( NL Schaffer ).

Legătură rotor

Corp rotitor

Garnituri de asamblare

Sistem demontabil

Deşurubare rapidă

Corpul prevenitorului

Condiţii de lucru Presiune de serviciu(psi)

Montaj

Uşoare 2000 2 BOP* cu sertar sau1 prevenitor cu bac inelar

Joasă/Medie presiune 3000/5000 2 BOP cu sertar de bază şi1 prevenitor cu bac inelar

Înaltă presiune 10 000 3 BOP cu serta re şi1 prevenitor de 5000 psi cu

bac inelarFoarte înaltă presiune 15 000 3 BOP cu sertare şi

1 prevenitor de minimum10 000 psi cu bac inelar


24/36

Gray Valve plasată la partea superioară a garniturii în momentul unui aflux cu garnituraîn manevră (permite coborârea garniturii în sondă în presiune); supapă de reţinerelansată de la suprafaţă şi pompată prin garnitură până în locaşul prevăzut la partea inferioară a garniturii de foraj (fig.7.13).

Montajul prevenitoarelor de erupţie – IADC ( International Association of Drilling Contractor ) recomandă cinci clase decapete de sondă în funcţie de condiţiile de lucru şi de seria BOP:

* BOP – Blow Out Preventer (prevenitoare de erupţie)

Nu există o regulă general valabilă în ceea ce priveşte ordinea prevenitoarelor cusertare, iar ieşirile laterale ale BOP se pot folosi în locul unui mosor cu flanşe şiderivaţii laterale.

8.4. Unitatea hidraulică de comandă a prevenitoarelor Principii de comandă: toate BOP şi robinetele principale ale capului de sondă suntcomandate hidraulic pe principiul pistoanelor hidraulice cu dublu efect (aceasta reclamăexistenţa unor circuite hidraulice duble, unul pe cota de deschidere, altul pe cota deînchidere); existenţa în permanenţă a unei rezerve de fluid hidraulic sub presiunecapabil să asigure închiderea sau deschiderea prevenitoarelor. Pentru un cap de sondădat se va ţine cont la dimensionarea unităţii de presiune: de volumul de fluid necesar pentru realizarea unui anumit număr de funcţii în caz de urgenţă (secvenţă impusă deşeful de sondă); de presiunea necesară pentru realizarea unei bune etanşări; de durataînchiderii tuturot prevenitoarelor.

Model ''F'' Model ''G'' Model ''GC'' Gray valveFig.7.13. Supape de fund/suprafaţă pentru închiderea interiorului garniturii de foraj.


25/36

Instalaţia se compune din: butelii acumulatoare de presiune (numărul depinde devarianta constructivă); ansamblu de pompaj hidraulic; manifold de comandă directă;unul sau mai multe manifolduri de comandă la distanţă (fig.7.14). Acumulatoarele dinfabricaţia curentă au presiune maximă de 3000 psi (210 bar); prevenitoarele

funcţionează la 1500 psi (inclusiv bacurile de tăiere); ajustarea presiunii de închidere a prevenitorului cu bac inelar (hydrill) se face cu un regulator hidraulic telecomandat.Funcţionarea centralei hidraulice: fluidul hidraulic este refulat de pompă înacumulatoarele prevăzute la interior cu un manşon gonflabil în care se găseşte un gaz(azot) – lichidul şi gazul se găsesc în echilibru de presiune; gazul joacă rol de resort

(expulzeazăfluidul hidraulic din butelie la deschiderea circuitului prin intermediul uneivane "sfert de tură" – distribuitor cu patru căi/3 poziţii); aceste vane sunt operabiledirect sau telec omandate pneumatic de la postul sondorului şef. Pompa hidraulică(pneumatică sau electrică) se pune în funcţiune sau se opreşte automat în funcţie de

presiunea din acumulatoare. Circuitul principal este reglat la 1500 psi, însă există uncircuit special pentru prevenitorul inelar (vertical hidraulic) prevăzut cu un regulator de presiune (presiunea se reglează în funcţie de necesitate). Montajul standard al uneiunităţi de control este prezentat în figura 7.15, iar componentele principale în figura7.16.

Fig.7.14. Unitatea de comandă a acţionării prevenitoarelor.


26/36

Instalaţia standard de tip Koomey (fig.7.16) se compune din: 1-alimentare cu aer;2-filtru de ulei; 3- supapă de by-pass (pentru canaua de admisie hidro- pneumatică 4);4-cana hidro-pneuma tică automată (închide intrarea aerului dacă presiunea hidraulicăeste de 2900-3000 psi şi se deschide automat când presiunea scade la 2600-2700 psi;5, 7-canale manuale de izolare a pompei hidro-pneumatice 6 (deschise în mod normal);8-filtru de aspiraţie; 9, 15, 21, 43-clapete anti-retur; 10- pompă triplex (duplex)antrenată electric; 11-monometru cu contacte de min-max; 12-sistem de demaraj cu trei poziţii (oprit-automat-manual) normal pe automat; 13- cana manuală de izolare aaspiraţiei pompei triplex; 14-filtru pe aspiraţie; 16-cana de izolare a bateriei deacumulatoare de presiune (normal deschisă); 17-acumulator (butelie) preîncărcat cu azotla 1000 psi; 18,- supapă de siguranţă calibrată la 3300…3500 psi (cu retur în rezervorulde ulei; 19-filtru de ul ei pe circuitul de înaltă presiune (HP); 20-regulator de presiune(reduce presiunea de la 3000 psi la 1500 psi pentru circuitele de operare ale BOP);22, 42- canale cu patru căi/trei poziţii: sunt distribuitoare hidraulice pilotate pneumaticcu ajutorul unor verine manevrate prin distribuitoare pneumatice aflate pe panoul decomandă de la pupitrul sondorului şef; 23-cana de by-pass (permite ocolirearegulatorului şi accesul direct la presiunea din acumulatoare – închis normal) ce poate ficomandată de la distanţă; 24, 44- supape de siguranţă; 25- cana de scurgere pentrucircuitul HP (închisă normal); 26-selector cu două poziţii (local-comandă la distanţă), permite alegerea punctului de comandă a regulatorului; 27-regulator de presiune pentruspaţiul inelar (reglează presiunea de închidere a BOP hydrill de la 0…3000 psi, permiteoperaţia de stripping) pilotat pneumatic de la panoul de telecomandă; 28-manometru

pentru presiunea din acumulator; 29-manometru pentru presiunea din manifold;

Fig.7.15. Schema de montaj a unităţii de comandă pentru prevenitoare.


27/36

30-manometru presiunii din circuitul prevenitorului de serviciu; 31…33-transmiţătoare pneumatice de presiune către panoul de comandă la distanţă; 34-filtru de aer; 35…38-regulatoare de aer; 39- placă de conexiune a fascicolului de tuburi pentru telecomanda pneumatică; 40-indicator de nivel pentru uleiul din rezervor; 41- buşon de umplere;45, 46-linii auxiliare; 47- retur în rezervor după folosirea liniilor auxiliare; 48- buşon deinspecţie.

Circuitul de control al unei manifestări eruptive (manifoldul de erupţie )Combaterea unei man ifestări eruptive presupune pomparea unui noroi cu densitatesuficientă pentru menţinerea contra- presiunii pe formaţie (supra- presiunea va fi uşorsuperioară presiunii fluidelor din porii rocilor); la suprafaţă există (în zona de sub

prevenitoare sau inter calată între acestea) un circuit (choke line) care leagă spaţiul inelargarnitură-coloană cu un manifold de erupţie; aceste permite dirijarea controlată aefluentului (în funcţie de natura sa) către: rezervoare (habe), degazeificatoare, torţă,separatoare; debitul de ieşire nu poate fi reglat sensibil cu robinete obişnuite (ventile cusertar sau cu clapetă) de aceea, la intrarea în manifold sunt montate un ansamblu deduze reglabile cu ajutorul cărora se ajustează contra- presiunea necesară. Manifoldurilemoderne de erupţie (fig.7.17) sunt echipate cu duze comandate hidraulic de la distanţă(prin intermediul unui dulap şi un panou de comandă utilate cu: un rezervor de fluid decomandă, o pompă acţionată cu aer, una sau două manete de comandă a duzelor, douămanometre indicatoare pentru presiunea la prăjini şi presiunea la coloană, un indicatorşi un totalizator pentru numărul de curse la pompă, un indicator de poziţie al duzei).

Fig.7.16. Elementele componente ale unităţii de comandă .


28/36

Dimensionarea unităţii de acumulare – exemplu numeric :Pentru calculul de dimensionare se impun ca date de plecare: componenţa ansambluluide BOP ; secvenţa de funcţii alese (calculul volumului de fluid hidraulic VH , calcululvolumului total al unei butelii V b, calculul numărului de buteliiN b, calculul capacităţiirezervorului atmosferic V R , calculul debitului fiecărei pompeQ p ).Ipoteze : – componenţa ansamblului BOP

Tipul prevenitorului Dimensiunenominală

Presiune deserviciu

Volumul deînchidere

Volumul dedeschidere

- in psi* l (dm 3) l (dm 3)Hydril (annular) 13 5/8 5000 73,55 54,87

Camerun (pipe rams) 13 5/8 10 000 22,48 20,93Camerun (blind rams) 13 5/8 10 000 42,24 40,70Camerun (pipe rams) 13 5/8 10 000 22,48 20,93

Volumul total 160,75 137,42* 1 psi = 6894 Pa; (100 psi 7 bar – psi ~ lbf/square in).

– secvenţa de funcţiuni (se alege cazul cel mai sever): {închidere; deschidere – pentruîntreg ansamblul (cu pompele oprite); închidere}. Ventilul de control lateral va fi operatde fiecare dată (volumul de fluid de închidere şi deschidere este de 4 dm 3. – restricţiile minime impuse de API RP16E – cu pompele izolate, buteliile de presiuneasigură: închiderea tuturor prevenitoarelor (presiunea sub prevenitoare este nulă) şi cuun volum de siguranţă de 50 %; cu prevenitoarele închise, presiunea reziduală trebuie săfie superi oară presiunii minime calculate pentru închiderea prevenitoarelor cu bacuri

Fig.7.17. Manifoldul de control al unei manifestări erupţii (choke manifold).


29/36

(excepţie cele de tăiere); exemplu: 1400 psi pentru o presiune de serviciu de 10 000 psişi un raport de închidere de 7/1. Calcule specifice – calculul volumului necesar de fluid h idraulic pentru realizarea secvenţei impuse(î -d- î ): VH = 2 V î + V d + 3 V rc = 322 + 138 + 12 = 472 dm

3 (480 l) . – calculul volumului total al buteliilor: volumul util V u al unei butelii este limitat de

existenţa pernei de azot care ocupă în condiţii de preîncărcare la presiunea p 3 = 1000 psi ( 10 %) volumul V 3; la presiunea de lucru a unităţii p 1 (în general3000 psi ) volumul membranei se reduce la valoarea V 1; la presiunea minimă de lucru

p 2 , volumul corespunzător esteV 2 (API recomandă ca presiunea să nu scadă sub1200 psi – este presiunea minimă reziduală la finalul secvenţei impuse): cum

pV = const . şi V u = V 2 – V 1 pentru presiunile considerate ( p 1 = 1000 psi , p 2 = 1200 psi , p 3 = 3000 psi ) V u = V 3 [( p 3 /p 2 ) – ( p 3 /p 1)] = V 3/2 , corespunde cu jumătate din volumul ocupat de gaz în condiţii de preîncărcare. Pentru o buteliestandard de 44 l (11 galoane) volumul ocupat de gaz este de 40 l , iar volumul util estede 20 l ; – calculul numărului de butelii:N b = VH/V u = 480/20 = 24 butelii de 44 l . (OBS: APIimpun e ca în caz de incident la o butelie sau pe o rampă să nu se piardă mai mult de25 % din capacitatea totală a sistemului); – calculul capacităţii rezervorului atmosferic: regula API impune un volum dublu faţăde volumul necesar de fluid hidraulic (să poată primi sau ceda volumul necesar pentrudescărcarea buteliilor de la 3000 la 1200 psi, respectiv pentru reumplerea acestora)V R = 960 l ; – dimensionarea pompelor – ansamblul sistemului de pompare este capabil să ridice presiunea în butelii de la 1000 la 3000 psi în maxim 15 minute (se va pompa 2/3 dinvolumul total al buteliilor): debitul Q p = (2/3) V 3 N b/15 ; pentru exemplul datQ p = 42,7 l/min ; (fiecare sistem de pompare trebuie să fie capabil, cu buteliile izolate,să închidă orice dimensiune de spaţiu inelar şi să deschidă ventilul central de control înmaxim 2 minute cu asigurarea unei presiuni reziduale suficiente pentru asigurareaetanşeităţii spaţiului inelar – pentru prevenitoarele alese debitul minim al unui sistem de

pompare Q min = (74 + 4)/2 = 78/2 = 39 l/min ; acelaşi calcul se face pentrudimensiunea maximă de prevenitor – hydril 20 3/4 MPS pentru spaţiul inelar de 20" – Q max = (120 + 4)/2 = 124/2 = 62 l/min ).Controlul unităţii de presiune. Se verifică: – durata încărcării buteliilor : cele două grupuri de pompare împreună în maxim15 minute trebuie să crească presiunea în butelii de la 1000 la 3000 psi;

– presiunea de demaraj şi de oprire a pompelor : pompele pornesc când presiunea înacumulator scade cu 10 % (sub 2700 psi) şi se opresc când se atinge presiunea deserviciu (3000 psi); – nivelul de ulei din rezervor : să fie suficient astfel ca unitatea să poată lucra fără probleme în domeniul 1000…3000 psi; – presiunea de preîncărcare a buteliilor : se măsoară volumul recuperat după o purjarede la 3000 psi la 2000 psi şi se compară cu volumul teoretic ce s-ar recupera la presiunea de preîncărcare de 1000 psi; acest volum este V 3/6 (dacă volumul recuperateste inferior volumului teoretic se poate estima presiunea p 3 = 1000 V rec/(V 3/6); această

presiune se verifică cel puţin la începerea fiecărei sonde înainte de conectarea BOP launitatea de presiune;


30/36

– durată închiderii sondei cu fiecare sistem de pompare (cu buteliile izolate): API RP53 impune timpul de maxim 2 minute (închidere pe prăjini a BOP hydril, deschidereventil de control central, presiune reziduală în linii de minim 1200 psi); – capacitatea de închidere a prevenitoarelor numai cu buteliile (v. restricţiiAPI RP16E); – durata închiderii prevenitoarelor : timpul de închidere completă – sub 30 s pentrutoate dimensiunile de prevenitoare cu bacuri şi pentru cele hydril cu diametrul inferiorla 18 3/4, respectiv sub 45 s pentru BOP hydril de dimensiune superioară.


31/36

1

Capitolul 9Testarea formaţiunilor productive (DST – drill steam test)

Tehnicile de investigare prin explorarea în gaura de sondă (carotaj mecanic, carotajeelectrice şi diagrafii instantanee) dau numai informaţii ipotetice asupra naturii fluidelorconţinute în porii rocilor poros permeabile traversate prin foraj. Este imperios necesar să secunoască, cu certitudine, dacă indiciile relevate prin tehnicile amintite provin din orizonturice conţin petrol, gaze sau apă şi să se estimeze debitele şi presiunea statică a acestora.Aceste informaţii sunt foarte utile în cursul forajului (nu la finele construcţiei sondei),deoarece prezenţa ori, absenţa hidrocarburilor într -un orizont ce va fi traversat ducefrecvent la modificarea programului de foraj. În situaţia unui rezultat pozitiv se decidecarotajul mecanic continuu a stratului respectiv în vederea stabilirii profilului de porozitate,de permeabilitate şi de saturaţie; dacă rezultatul este negativ se avansează către obiectivesituate în profunzime sau se abandonează sonda.

Prin DST , practic se pune sonda provizoriu în producţie, fără modif icarea echipamentuluidin sondă şi cu posibilitatea colectării unei probe de fluide conţinute în porii rocii, estimăriigroso- modo a debitului şi presiunii zăcământului. Testele se pot efectua: în cursul forajului;după terminarea forajului; după tubarea şi cimentarea unei coloane.

9.1. Prin cip ii generaleÎn timpul forajului presiunea coloanei hidrostatice de fluid din sondă controlează fluideleconţinute în formaţie. Realizarea unui test impune: suprimarea sau diminuarea presiuniicoloanei de noroi astfel ca presiunea fluidelor de formaţie să fie superioară presiunii dinsondă; canalizarea acestor fluide către suprafaţă fără riscul de contaminare a noroiului saude erupţie; menţinerea, pe durata testului, asupra orizonturilor netestate a unei presiunihidro statice care să evite instabilitatea pereţilor sau afluxul de fluide; posibilitatea opririiinstantanee a afluxului de fluide fără folosirea presiunii hidrostatice a noroiului; o instalaţiela suprafaţă adaptată diverselor situaţii şi tipuri de fluide care se produc.Principiul instalaţiei de probare a stratului productiv este prezentat schematizat în figura9.1.


32/36

2

9.2. Garn itur a de testÎn gaură netubată, precum şi în gaură tubată, alcătuirea clasică a unui tren de test pentruinstalaţiile de foraj fixe este prezentată în figura 9.2. Rolul şi funcţionarea diferitelordispozitive din compunerea părţii inferioare a garniturii de test este prezentat sumar în cele

ce urmează: – şiul (sabotul) este un racord care permite apăsarea pe talpa sondei şi compresiuneatrenului de test; – filtrul – tuburi perforate pentru pasajul fluidelor din strat; – packerul – etanşază spaţiul inelar sondă- prăjini de foraj; este de tip cu picior de armare;după test se dezarmează şi se extrage la suprafaţă; – racordul de siguranţă permite detaşarea în caz de prindere a packerului; – geala de bătaie – înainte de desprindere de la racordul de siguranţă se încearcădesprinderea prin şocuri longitudinale; – manometrul înregistrator – informaţia aşteptată în cursul unei operaţiiDST este diagramade variaţie a presiunii (permite interpretarea rezultatelor testului);

Fig.9.1. Principiul de funcţionare al unei instalaţii de test.


33/36

3

– supapa de egalizare a presiunii – pentru dezarmare trebuie restabilitechilibrul presiunilor de deasupra şide sub packer;

– supapa de test – permite realizareade cicluri de deschidere/închidere aleinteriorului garniturii (la parteainferioară) pentru antrenareaafluxurilor de fluide din strat;supapele de test pot fi: cu şicane(orificiile unei mandrine mobile vinsă se plaseze în faţa orificiilor unuicorp fix); de tip cana sfericăcomandată prin deplasarea unui piston (acest sistem prezintă avantajulunui pasaj continuu la interiorultrenului de test când acesta estedeschis şi permite introducereaînregistratorului de presiune cuajutorul unui cablu electric pentrutransmiterea informaţiilor lasuprafaţă); deschiderea şi închidereaacestei supape se efectuează printranslaţie obţinută prin greutatea prăjinilor grele (MFE – fig.9.3, a),sau prin pres iune în spaţiul inelar(PCT, rezervat în special la forajul de

pe suporturi flotante/forajul puternicdeviat unde greutatea este utilă numai

pentru ancorarea packerului – fig.9.3, b); în cazul sistemului MFEdeschiderea este temporizatăhidraulic; – supap a de circulaţie inversă – lafinele testului, dacă sonda produce, este periculosă extragerea garniturii plină cu un fluidinflamabil; la o distanţă de 9…30 m deasupra testerului este plasată o supapă decomunicaţie care permite recuperarea afluxului prin circulaţie inversă;

a. b.

Fig.9.2. Garnitură de test: a – în gaură tubată; b – testare selectivă.


34/36

4

– echipamentul de suprafaţă trebuie: să suporte presiunea în capul de sondă; să creeze ocontrapresiune pentru modificarea presiunii de fund în cursul debitării cu ajutorul duzelor;să permită recuperarea probelor; să măsoare debitul de aer conţinut de garnitură la debutultestului; să separe afluxul dacă acesta iese la suprafaţă pentru măsurarea fazelor (petrol,

gaze, apă); să permită stocarea/arderea afluxului. a. Supapă MFE b. Supapă PCT Fig.9.3. Supape de test – tipuri co nstructive; principiul de funcţionare.

9.3. Desfăşurarea testului

9.3.1. Probleme operaţionale în gaură liberă – Riscul de prindere al packerului cauzat de surparea pereţilor sondei, neregularităţilegeometrice ale găurii; – împiedicarea avansării ansamblului de fund de către particolele din sondă; – neetanşeitatea pacherului datorită escavaţiilor; – posibilitate de testare limitată (informaţii insuficiente) dim motivele menţionate anterior; – şanse minime (nule) de a obţine un eşantion de probă de fluide r eprezentativ pentruformaţie; – deoarece testul trebuie să fie de scurtă durată, se favorizează timpul de deschidere maidegrabă, decât restabilirea presiunii; se recomandă un timp de producţie dublu faţă detimpul de închidere.


35/36

5

9.3.2. Secvenţa de operare Fazele testării sunt: pregătirea găurii de sondă; pregătirea echipamentului; introducereatesterului în sondă; operarea propriu-zisă a testului (cu deschiderea şi închiderea supapei defund); extragerea trenului de test din sondă; valorificarea datelor şi rezultatelor obţinute

după interpretare. Pregătirea sondei constă în condiţionarea fluidului de foraj (eventual înlocuirea sa), testareaBOP şi a capului de sondă, perforarea coloanei (în caz de test în gaură tubată). Pregătirea materialului presupune verificarea componentelor şi înlocuirea celor defecte,testul de prefuncţionare (echipamentele care lucrează prin variaţia presiunii sunt verificatela suprafaţă – se simulează deschiderea şi închiderea lor). Se asamblează sculele ce alcătuiesc echipamentul de fund şi se introduc lent în sondăurmărindu-se permanent nivelul fluidului din spaţiul inelar (pentru detectarea pierderilor denoroi, a se vedea dacă sonda debitează, asigurarea că nu există o deschidere prematură asupapei de fund).Testarea propriu-zi să: instalarea capului de test la suprafaţă; realizarea legăturilor la

echipamentul de suprafaţă; ancorarea (armarea) packerului (fig.9.4); deschiderea supapei detest – perioada de predebit (fig.9.5); închiderea supapei de test – perioada de restabilire a presiunii de formaţie; deschiderea supapei de test – perioada de debit principal; închidereasupapei de test – perioada de restabilire a presiunii (fig.9.6); circulaţie inversă (fig.9.6);dezarmarea packerului şi extragerea trenului de test (fig.9.7).

În paralel cu schemele trenului de test au fost prezentate diagramele de variaţie ale presiuniiînregistrate în funcţie de timp. Un test la sondele pe uscat va fi limitat la circa trei ore pentru evitarea prinderii packerului. Pe etape, operaţiile efectuatevor fi: un predebit de3..5 min (testerul deschis); o măsurare a presiunii de strat de 30 min (testerul închis);debitare 1 h (testerul deschis); restabilirea presiunii finale 1 h (testerul închis).

Fig.9.4. Introducerea probatorului şi armarea packerului.


36/36

Fig.9.5. Derularea testului – fazele de măsurare (stratul debitează).

Fig.9.4. Dezarmarea packerului şi extragerea probatorului la suprafaţă.

Date post:	07-Jul-2018
Category:	Documents
Upload:	raluca-petre
View:	214 times
Download:	0 times

Calcul_cimentare_CapSonda

Documents