Devierea si directionarea sondelor

Devierea si directionarea sondelor

1. Pozitia gaurii de sonda

Sondele sunt proiectate pentru a fi forate vertical. Din diferite cauze in timpul forajului sondele sunt deviate, respectiv se abat de la traiectul vertical. Exista si situatii cand forajele se executa pe alte directii, decat cea verticala, realizandu-se forajul directional sau dirijat.

Sondele a caror inclinare nu depaseste 2s, sunt considerate verticale. Pozitia in spatiu a unui tronson al gaurii de sonda este data de doua unghiuri: unghiul zenital, sau de inclinare (intre directia tronsonului deviat si verticala) si unghiul azimutal sau directia inclinarii (intre planul vertical al sondei si planul vertical al directiei nordului magnetic).

Reprezentarea traiectului unei sonde in plan vertical se numeste proiectie verticala. Proiectia sondei in plan orizontal, cu indicarea nordului se numeste proiectie orizontala sau inclinograma. Masurarea inclinarii se face cu inclinometre, in puncte sau statii, situate de obicei la 25 sau 50m.

2. Cauzele si consecintele devierii

Gaurile de sonda pot fi deviate din cauza a trei categorii de factori: geologici, tehnici si tehnologici.

Factorii geologici (naturali)

anizotropia rocilor caracterizeaza un comportament diferit al rocilor la actiunea elementelor active ale sapei.

Stratificatia rocilor, specifica rocilor sedimentare, influenteaza gradul de deviere al sondei. Cu cat stratele sunt inclinate sub un unghi mai mare, cu atat tendinta de deviere va fi mai mare. Devierea se produce pe directia liniei de coborare a stratelor, producandu-se asa numita alunecare. Devierea depinde si de diferentele de duritate la limita stratelor.

Discontinuitatile naturale sunt discontinuitati geologice: discordante stratigrafice, falii, fisuri, caverne, blocuri cu duritate mai mare decat a rocii in care se gasesc.

Factorii tehnici

Neconcordanta intre axele verticale ale turlei si mesei rotative, lipsa de orizontalitate a mesei rotative;

Situarea prajinii de antrenare in pozitie inclinata datorita greutatii furtunului de foraj, la inceputul forajului;

Existenta unor prajini de foraj strambe, sau a unor imbinari cu filete necoaxiale;

Tipul de sapa.

Factorii tehnologici

Apasarile incorecte pe sapa provoaca flambarea partii inferioare a garniturii. Axa prajinilor grele nu coincide cu axa sondei. La apasari mari, prajinile grele se sprijina pe peretele sondei.

Necorespondenta dintre diametrele gaurii de sonda si prajinilor grele. Daca exista un joc prea mare se produce devierea.

Utilizarea jeturilor de fluid cu viteza mare in roci slab consolidate;

Degajarea incompleta de detritus a sondei.

Consecintele devierii:

Uzura prajinilor si a racordurilor;

Solicitari suplimentare de incovoiere si presiune laterala asupra garniturii;

Complicarea operatiilor de manevra, respectiv la extragere apar intinderi suplimentare, iar la introducerea garniturii, aceasta se sprijina in perete;

Uzura coloanei de tubare prin frecare cu garnitura;

Se formeaza gauri de cheie si largiri ale sondei;

Se consuma mai multa energie;

Se complica operatia de tubare si creste pericolul turtirii coloanei prin sprijinire pe peretele sondei;

Se complica cimentarea coloanelor, prin formare de inel neuniform de ciment;

Creste pericolul prinderii garniturii de foraj si a coloanelor de tubare;

Dificultatea operatiilor de instrumentatie;

Dificultati la investigarea gaurii de sonda;

Procesul de forare este mai lung, cu costuri ridicate.

La sondele de exploatare:

Se introduce greu echipamentul de extractie si se produc uzuri ale acestuia prin frecare;

Se exploateaza incorect zacamantul, talpa sondei fiind deviata fata de pozitia proiectata.

3. Prevenirea devierii sondelor

Forarea unor sonde cu devieri mici se poate realiza inlaturandu-se cauzele tehnice si tehnologice ale devierii, mai putin cele naturale (geologice). Astfel pentru prevenirea devierii, sau obtinerea unor gauri de sonda cu deviere in limite admisibile, se pot aplica urmatoarele metode:

Utilizarea de prajini grele cu diametru mare, sau prajini grele speciale, reduce jocul radial intre peretele sondei si prajini.

Ghidarea prajinilor grele cu dispozitive de ghidaj sau stabilizatori. Aceste dispozitive sunt cuprinse in ansamblul prajinilor grele.

4. Aplicarea forajului directional

Forajul directional a fost acceptat ca tehnica noua in foraj dupa 1930, cand s-a reusit "omorarea" unei sonde in eruptie cu ajutorul unui foraj directionat.

Forajul directional sau dirijat se foloseste in anumite situatii impuse de conditiile naturale, sau din motive tehnice sau economice.

1. Explorarea si exploatarea unor zacaminte de hidrocarburi aflate sub zone inaccesibile la suprafata (relief accidentat, bazine cu apa, constructii, centre populate, etc.).

2. Realizarea unui numar mare de sonde pe o suprafata mica de teren

Sonde in grup (in tufa) se aplica la forajul pe uscat si pe mare(offshore). Avantajul sondelor in grup consta in reducerea lucrarilor de suprafata, a operatiilor de montaj-demontaj si transport. Forajul de sonde in grup este foarte important la forajul marin de exploatare. De pe o platforma fixa se foreaza cu aceeasi instalatie pana la 36 sonde, cu distanta la gura intre 1,5-2m.

Sonde gemene este varianta a forajului in grup. Se foreaza cu aceeasi instalatie fara ca instalatia sa fie deplasata de la locul ei. Sondele gemene se foreaza fie succesiv, fie in paralel.

La forajul de sonde gemene in paralel se utilizeaza o masa rotativa dubla, de constructie speciala, sau doua asezate in paralel. Turla este prevazuta cu un geamblac mobil, care se deplaseaza pe directia meselor rotative (printr-un motor electric comandat de la pupitrul sondorului sef). Se lucreaza cu o singura garnitura, care nu mai este stivuita, ci se introduce in sonda a doua. Avantajele acestei metode sunt: reducerea lucrarilor de montaj, demontaj si transport ale instalatiei, reducerea timpului de manevra, executarea operatiilor speciale de investigare, fara intreruperea forajului.

Sonde ramificate. Dintr-o sonda centrala, la o anumita adancime pornesc ramificatii, in acelasi orizont productiv, sau in orizonturi diferite. Avantajul metodei consta in suprafata mare de exploatare acoperita.

3. Evitarea traversarii unor zone cu dificultati de foraj (masive de sare, falii neetanse) (side-track)

Se foloseste pentru situatiile de abandon ale partii inferioare a unei sonde, fie din motive tehnice (ruperea garniturii), sau din motive geologice (masive de sare, zone cu pierderi de fluid, etc.).

4. Marirea intervalului de deschidere la stratele productive-foraj orizontal

5. Sonde de salvare

Se sapa in vecinatatea sondelor de petrol si gaze care erup liber (eruptie necontrolata), la a carei gura nu se poate etansa un dispozitiv de inchidere.

6. Dublet geotermic

La exploatarea apelor geotermale se utilizeaza doua sonde, o sonda de productie prin care se extrage apa calda si o sonda de injectie pentru reinjectarea apei uzate in strat. Acest al doilea foraj se executa astfel incat sa fie plasat optim fata de primul,

Alte aplicatii

a. Readucerea pe traiect a unei sonde deviate;

b. Trecerea pe langa instrumente ramase in sonda;

c. Aerisirea unor galerii

d. Subtraversarea cu conducte a unor fluvii

Sondele deviate pot avea un profil in forma de J, sau un profil in forma de S. Cele in forma de J sunt mai raspandite. Ele au o prima parte verticala, urmata de o portiune in care se realizeaza inclinarea (cu o garnitura de foraj specializata), apoi se revine la forajul rotary, pentru foraj rectiliniu, pana la tinta T.

Profilul in S se aplica la foraje adanci, la care se prefera traversarea orizonturilor productive, vertical. 

Exista situatii cand forajul demareaza inclinat, cu ajutorul unor instalatii de foraj in panta, care au mast inclinat.

5. Metode de directionare a sondelor

Devierea gaurilor de sonda se poate realiza atat la forajul cu masa, cat si la cel cu motor submersat, ultimul fiind cel mai folosit la forajele directionale.

5.1. Forajul directional cu masa

Schimbarea traiectului sondei se poate face cu:

a. dirijarea cu jet excentric

Este o metoda folosita limitat, eficienta in roci slab consolidate, pana la 1200m. Sapele au una din duze cu diametrul marit, calculat pentru o anumita viteza a jetului, tinand cont si de capacitatea pompei.

b. dirijarea cu ajutorul penelor de deviere (whipstock)

Penele sunt dispozitivele de deviere cele mai vechi, mai rar aplicate azi, din cauza operatiilor care dureaza. Exista pene de deviere permanente si amovibile. Sunt formate in general din prajini grele, la care pe o parte se practica un plan inclinat sub forma de jgheab.

c.  dirijarea cu ajutorul stabilizatorilor

Metoda utilizata frecvent astazi. Dupa initierea devierii cu o metoda prezentata anterior, marirea inclinarii se realizeaza cu un ansamblu de fund format din prajini grele(drill collar) sapa si stabilizatori.

Pentru cresterea inclinarii se utilizeaza un ansamblu de fund format din sapa, un stabilizator -cu diametrul exterior egal cu al sapei si plasat imediat deasupra sapei- si prajini grele. La apasarea pe sapa creste unghiul de inclinare al sondei (principiul parghiei).

Pentru cresterea inclinarii se aplica principiul pivotului (parghiei), iar pentru mentinerea inclinarii se aplica principiul ghidarii stabilizarii. In acest din urma caz, ansamblul de fund trebuie sa fie rigid si rectiliniu pe cat posibil. El este format din trei stabilizatori, cu diametre egale cu ale sondei, plasati altern cu primele doua prajini grele de deasupra sapei. Acest ansamblu rigid impiedica devierea de la traseul stabilit.

Se folosesc astazi in forajul dirijat stabilizatori reglabili, al caror diametru se poate regla de la suprafata prin telecomanda, reducand astfel timpii utilizati pentru operatiuni de inlocuire a diferitelor componente ale ansamblului de fund.

5.2. Forajul directional cu motor submersat

In acest caz ansamblul de fund este format din sapa, motor de fund, plasat deasupra sapei si dispozitiv pentru deviere.

Dispozitivele utilizate pentru devierea sondei sunt: prajina indoita, reductia dezaxata, reductia dublu dezaxata, turbina cu niplu cu patina, turbina cu patina pe corp, motor cu corp dezaxat sau curb.

Exista mai multe metode de orientare in sonda a dispozitivelor de deviere.

Motoarele utilizate pot fi turbine de foraj si motoare elicoidale. Acestea transforma energia hidraulica a fluidului de foraj in energie mecanica.

Turbinele de foraj sunt alcatuite dintr-un rotor cu palete profilate, dispuse radial si un stator care are si el palete profilate. Statorul se insurubeaza la garnitura de foraj, iar la partea inferioara a rotorului se insurubeaza sapa de foraj. Fluidul de foraj intra pe paletele statorului si datorita formei lor isi schimba directia si ajunge pe paletele rotorului, dispuse in sens contrar, imprimandu-i acestuia o miscare de rotatie.

Motoarele elicoidale componentele de baza sunt statorul si rotorul. Statorul este format dintr-o manta cilindrica metalica, cu o camasa din elastomeri (cauciuc vulcanizat) in interior, cu lobi elicoidali special profilati. Rotorul este construit din otel inoxidabil avand si el lobi elicoidali (cu unul mai putin decat statorul).

6. Metode de urmarire a traiectoriei sapei

Tehnicile de urmarire a traiectului sondei pot fi:

prin intreruperea procesului de foraj- caz in care in interiorul garniturii se introduce aparatul de inregistrare cu cablu, se fac masuratorile si apoi dupa extragerea lui se reia forajul. In aceasta categorie intra fotoinclinometre magnetice monopunct (single shot) si multipunct (drop multi-shot), dispozitive magnetice cu cablu (wireline steering tool). Acest din urma dispozitiv se lanseaza dupa introducerea garniturii si permite o masurare instantanee a inclinarii, azimutului si directiei de atac. Se foloseste la forajul cu motoare submersibile si reductie dezaxata.

masurarea in timpul forajului (MWD-measurement while drilling)- este cea mai eficienta metoda de dirijare a sondelor. Utilizeaza telemetria cu impulsuri de presiune de noroi sau undele electromagnetice. Se reduce timpul de control si dirijare, se evita marsurile suplimentare, sonda fiind condusa pe un traseu apropiat celui proiectat. Dirijarea in timpul forajului presupune o aparatura speciala (senzori, surse de energie, sisteme de amplificare, codificare si transmitere a semnalelor masurate) deasupra deviatorului si un canal de transmitere a datelor masurate (inclinare, azimut, directia de atac, informatii tehnologice-presiunea hidraulica, temperatura, apasarea, turatia, uzura sapei si geofizice-porozitatea, saturatia in apa, tip de fluide continute). Aceasta aparatura se monteaza intr-o prajina grea, amagnetica, deasupra deviatorului.

Motoarele de fund performante asociate cu posibilitatea masuratorilor continue in timpul forajului (MWD) au permis crearea sistemului de foraj navigant, cu viteze mai mari de forare si de mai mare precizie.