Fluide de foraj

Fluide de foraj

Forajul rotativ se caracterizeaza prin circulatia continua a fluidului de foraj (fluid de circulatie). Sistemul care asigura circulatia fluidului are o parte exterioara (elementele de suprafata) si una interioara (elementele din sonda).

Elementele de suprafata sunt: habe sau batale, pompe, manifold, incarcator, furtun de foraj, cap hidraulic, echipament de curatire a fluidului de foraj. In sonda sistemul cuprinde garnitura de foraj, sapa, spatiu inelar (garnitura-peretele sondei).

Circuitul normal al fluidului de foraj (circulatie directa) este: habe-pompa-manifold-incarcator-furtun-cap hidraulic-garnitura de foraj-sapa-spatiu inelar-echipament de curatire-haba. Circuitul invers, cu intrarea prin spatiul inelar si iesirea prin garnitura de foraj, poarta numele de circulatie inversa.

1. Functiile noroiului de foraj

Fluidul de foraj indeplineste urmatoarele functii:

Curata talpa sondei de detritus si il transporta la suprafata;

Mentine detritusul in suspensie cand sonda este oprita;

Asigura contrapresiunea pe peretele gaurii de sonda, impiedicand surparea rocilor friabile, deformarea celor plastice si impiedica patrunderea fluidelor din strate in sonda;

Colmateaza peretele sondei, izoland sonda de rocile traversate;

Raceste si lubrifiaza sapa si garnitura de foraj;

Reduce rezistenta rocilor prin umectare si adsorbtie.

Fluidele de foraj trebuie sa indeplineasca anumite conditii:

Sa nu influenteze rocile traversate, respectiv sa nu produca umflarea argilelor, sa nu contamineze apele freatice si sa nu blocheze formatiunile productive;

Sa reziste presiunilor si temperaturilor din sonda;

Sa nu fie afectate de mineralele solubile (sare, gips), sau de gaze;

Sa nu erodeze si corodeze echipamentul de foraj;

Sa nu fie toxic si sa nu prezinte pericol de incendiu;

Sa fie usor de preparat si de intretinut;

Sa fie ieftine.

Aceste conditii sunt indeplinite in mare masura de noroaiele de foraj de calitate buna si de unele fluide de compozitie speciala.

2. Clasificarea si caracterizarea fluidelor de foraj

Functie de compozitie si starea fizica, fluidele de foraj se impart in:

fluide lichide - sunt pe baza de apa si pe baza de produse petroliere;

fluide gazoase - aer, gaze naturale, sau gaze de esapament;

amestecuri lichid-gaz- noroi aerat, petrol gazat, spuma si ceata.

Fluidele pe baza de apa se impart in: apa (dulce, salina sau cu polimeri) si noroi de foraj.

2.1. Fluide lichide

2.1.1. Apa -fluid de foraj

Apa a fost primul fluid de foraj. Folosirea ei este limitata, din cauza depozitelor traversate. Prezenta argilelor bentonitice, a unor roci friabile (nisip, siltit), sau a unor saruri, fac imposibila utilizarea ei. Avantajele apei sunt date de debitele mari cu care se poate lucra si de curatirea eficienta a talpii si a sapei, ceea ce duce la viteze mari de sapare.

2.1.2. Noroaie de foraj

Noroaiele de foraj sunt cele mai utilizate fluide de foraj. Dupa compozitie se impart in: noroaie naturale sau netratate, noroaie tratate, noroaie emulsionate.

a. noroiul natural se formeaza in timpul forajului din apa si argila dislocata, sau se prepara la suprafata din apa si argile hidratabile si dispersabile (grupa bentonitelor cu mineral principal montmorillonitul, alaturi de care mai sunt nontranitul, hectoritul, saponitul). In amestec cu apa, se produce umflarea si dispersarea particulelor argiloase.

b. noroaiele tratate se obtin din cele naturale prin adaugare de reactivi de reducere a vascozitatii si filtratiei si materiale de ingreuiere. Si aceste noroaie sunt sensibile la saruri, dar mult mai putin.

Reducerea densitatii acestor noroaie se face prin adaugare de apa, dar in acest caz, noroiului ii creste capacitatea de filtratie. Este necesar ca noroiul sa se imbogateasca in material coloidal si se adauga argila bentonitica, activata cu carbonat de calciu (trassgel).

Cresterea densitatii noroiului se face prin adaugare de materiale cu densitati ridicate (barit, hematit, magnetit, galena).

Corectarea vascozitatii se face prin adaugare de argila coloidala, sau substante macromoleculare hidrofile (cresterea vascozitatii). Adaugarea de fluidizanti duce la scaderea vascozitatii.

c. noroaiele speciale se folosesc atunci cand noroaiele tratate nu mai pot fi folosite, datorita contaminarii puternice. Acestea pot fi:noroaie inhibitate (inhibate) si fluide cu continut redus de solide argiloase. Din categoria noroaielor inhibate noroiul salin saturat se foloseste la traversarea masivelor de sare.

d. noroaiele emulsionate se obtin din primele trei tipuri prin adaugare de petrol brut sau motorina, obtinandu-se o emulsie de tipul ulei in apa. Sunt rezistente la sarurile contaminante, rezista bine la temperaturi ridicate si suporta o incarcare mare cu argila.

2.1.3.Fluide pe baza de produse petroliere

Din aceasta categorie fac parte fluidele negre, care contin foarte putina apa, sau chiar deloc. Fluidul este petrolul brut sau motorina, iar coloidul este asfaltul oxidat natural, sau suflat cu aer. Filtratia fluidului este aproape nula, este inert la contaminanti, rezistent la temperatura si cu capacitate mare de lubrifiere.

Aceste fluide sunt recomandate la traversarea formatiunilor argiloase, a celor cu saruri contaminante, la forajul de mare adancime, la rezolvarea unor accidente tehnice, etc. Dezavantajele constau in: pretul ridicat, pericolul de incendiu si intretinerea lor dificila (masuri de prevenire a patrunderii apei).

2.2. Fluide de foraj gazoase

Cel mai folosit fluid gazos este aerul, dar siguranta mai mare, o dau gazele de la esapamentul motoarelor cu ardere interna (numai la instalatiile care functioneaza cu astfel de motoare). La forajul cu gaze se obtin viteze mari de foraj. Ele asigura evacuarea eficienta a detritusului, precum si racirea sapei. Forajul cu gaze se aplica in roci stabile, fara fluide sub presiune si fara acvifere.

Fluide de foraj amestec lichid-gaz

Pentru forarea in prin acvifere, roci permeabile sau fisurate, se folosesc noroaiele aerate, care se obtin prin injectarea in noroiul de foraj, a aerului comprimat, obtinandu-se densitati diferite ale noroiului. La iesirea din sonda aerul se separa de noroi.

3. Proprietatile fluidelor de foraj

Proprietatile fluidelor de foraj sunt cele care dau calitatea unui fluid de foraj.

densitatea creaza contrapresiunea asupra depozitelor traversate. Se determina prin cantarire cu cantare specifice.

proprietatile reologice (vascozitatea, tensiunea de forfecare, tixotropia) caracterizeaza comportarea fluidului la curgere. Vascozitatea si tensiunea de forfecare contribuie la evacuarea detritusului, la colmatarea peretelui sondei, impiedica depunerea detritusului in sonda si patrunderea fluidului in roci cu permeabilitate mare. Tixotropia este proprietatea noroaielor de foraj de a forma o structura cu aspect de gel, atunci cand este in repaos. Prin agitare structura se distruge si noroiul devine fluid (sol). Transformarea sol-gel si gel-sol se poate repeta de o infinitate de ori. La oprirea circulatiei, fragmentele de detritus sunt prinse in structura gelului, fara sa se sedimenteze.

capacitatea de filtrare si de colmatare este proprietatea fluidelor de foraj de a depune pe peretele sondei (colmatare) o crusta solida (turta de colmatare), ca urmare a patrunderii fazei lichide din fluidul de foraj, in rocile traversate (filtrare). Fluidul de calitate are filtrare redusa, iar turta de colmatare este subtire, impermeabila si cu mare aderenta la peretele sondei.

continutul de nisip se refera la continutul in particule solide, care nu a putut fi separat cu mijloacele existente in sonda. Un fluid cu mult nisip are proprietati abrazive si produce uzura componentelor cu care vine in contact.

4. Prepararea fluidelor de foraj

Amestecul apei si argilei se face fie in sonda, pe cale naturala, fie la suprafata cu ajutorul unui mixer. Prima metoda se utilizeaza atunci cand sunt traversate roci cu continut mare de bentonita, si parte din roca dislocata se disperseaza in fluid, care apoi este tratat corespunzator. La metoda a doua argila si apa se amesteca la suprafata in amestecatorul hidraulic (mixer).

Curatirea fluidelor de foraj

Curatirea fluidelor de foraj incarcate cu detritus se face cu echipamente speciale: site vibratoare, hidrocicloane, centrifuge, etc. Sitele vibratoare sunt cele mai utilizate dispozitive de curatire.