Fluide utilizate la forajul sondelor in zone cu ape adanci

Fluide utilizate la forajul sondelor in zone cu ape adanci

In cazul sondelor de foraj la care adancimea pana la fundul marii este mare si la care presiunile de fisurare si cele din pori au valori apropiate, necesita realizarea de coloane multiple, ceea ce implica costuri ridicate ale forajului. Acest lucru atrage dupa sine utilizarea unui fluid de foraj care sa aiba proprietati specifice acestor tipuri de sonde, chiar daca costurile acestuia se justifica doar prin amortizare in timp a cheltuielilor generale de foraj.

In acest scop este necesar ca fluidul de foraj proiectat si ales, sa indeplineasca anumite functii care sa contracareze efectele negative intalnite in timpul forajului, si totodata sa se creeze un echilibru intre factorii cu impact nefavorabil ai fluidului.

Dintre acestia se pot enumera urmatorii factori negativi:

1. prezenta hidratilor - acestia sunt compusii complexi de gaze si apa, cu aspect de gheata, care pot apare in zonele in care fluidul de foraj, in traiectul sau prin spatiul inelar, trece in zona de ape adanci, de la fundul marii pana la suprafata.

Efectul negativ al acestor compusi este acela de obturare si blocare a circuitului fluidului de foraj la partea superioara a sondei de foraj, pe toata lungimea de tubulatura de la fundul marii si pana la suprafata, cu efect de crestere a caderilor de presiune pe burlanele din sonda.

Contracararea acestui neajuns se poate face prin urmatoarele metode:

cresterea salinitatii fluidului de foraj, care are drept scop scaderea temperaturii peste limita de formare a hidratilor si eliminarea partiala sau totala a acestora, dat fiind faptul ca hidratii se formeaza in conditii de presiune si temperatura reduse. Se va tine cont de faptul ca, odata cu cresterea cantitatii de sare utilizata pentru un fluid de foraj dat, se va face corelarea cu presiunea hidrostatica (care va creste, cu efect asupra presiunii de fisurare) si cu temperatura de fund;

utilizarea de fluide pe baza de petrol (motorine, uleiuri minerale si sintetice), in cazul sondelor cu presiuni mari care ar afecta stratele intalnite prin foraj; aceste tipuri de fluide pot tine la respect formarea de hidrati, prin cresterea solubilitatii si a retinerii gazelor in motorine;

monitorizarea obligatorie a controlului eruptiilor ce pot surveni datorita blocajului riserelor si echipamentului prevenitoarelor de eruptie cu hidrati.

2. formatiunile geologice - s-a constatat ca in general la sondele cu adancime mare a apei, in timpul forajului, se regasesc formatiuni geologice mai tinere cu efect reactiv asupra proprietatilor fluidului de foraj utilizat. Se vor regasi:

- formatiuni geologice de tip argiloid: marne, argile, maluri; acestea au aspect lipicios, slab consolidat si creeaza probleme la curgerea fluidului de foraj prin blocaje, aglomerari in gaura de sonda, mansonari ale sapei si ale ansamblului de fund a garniturii de foraj, forabilitate crescuta; se cunoaste faptul ca argilele au capacitate mare de hidratare la nivel structural, ceea ce conduce la umflarea si dispersarea acestora, cu efect de strangeri de gaura, formari de "gauri de cheie", etc.;

- formatiuni geologice de tip nisipos: nisipuri slab consolidate si necompactate; acestea creeaza probleme in procesul de foraj, prin daramari ale gaurii de sonda, creearea de caverne (costuri ridicate la operatiile de cimentare)

Pentru inlaturarea efectelor negative ale impactului adus de catre formatiunile geologice intalnite in procesul de sapare, s-au     pus in evidenta fluide de foraj pe baza de produse petroliere, ce au rolul pe deoparte de a inhiba argilele, de a creea o buna suprafata lubrifianta, si totodata de a creea o turta de colmataj ce trebuie sa mentina stabila gaura de sonda in cazul nisipurilor.

3. presiunea din pori - din experientele intalnite in forajul sondelor in zone cu ape adanci, gradientii presiunilor de fisurare sunt apropiati ca valoare de gradientii presiunii din pori, si scad odata cu cresterea adancimii apei. Acest lucru impune crearea unui fluid de foraj cu o densitate care sa asigure caderi de presiune pe tubulatura (risere, burlane) pana la limitele de rezistenta suportate de materialul din care sunt confectionate, cu dezavantajul ca va scadea controlul asupra unei eruptii ce poate apare pentru o sonda data.

In acest fel, este de preferat ca zonele cu gradienti de fisurare redusi si frecvente pierderi de circulatie, sa fie inchise cu coloane de tubare astfel dimensionate sa inlature problema unei eruptii necontrolate.

4. volumul gaurii de sonda si a tubulaturii aferente acesteia - pentru realizarea unui foraj intr-o zona cu ape adanci, este necesar sa se proiecteze un profil de burlane si de risere de dimensiuni ridicate, ceea ce atrage dupa sine un volum mare de fluid de foraj utilizat in procesul de sapare, deci in speta cantitati mari de materiale si echipament de intretinere pe o suprafata extinsa.

Se impune astfel necesitatea unui management al inventarului de aditivi de tipul: trebuie avut in vedere faptul ca la volume mari ale gaurii de sonda, sunt necesare cantitati mari de aditivi si materiale pentru prepararea fluidului de foraj, aceste cantitati atrag dupa sine ca dezavantaj spatii mari de depozitare si incarcari de sarcina, la nivelul intregii structuri de rezistenta a platformei de foraj.

Este necesar sa se aiba in vedere livrarea de materiale si aditivi, in stransa corelatie cu programele si prevederile ce se fac la studiul forajului, pentru a se limita numarul de transporturi de la tarm la platforma (costuri reduse) si pentru a nu dezavantaja ca spatiu platforma de foraj.

Ca metode de optimizare a managementului prepararii si intretinerii fluidului de foraj se pot enumera:

programe de prevedere ale forajului gaurii de sonda;

planificarea transporturilor de materiale in raport cu punctul enumerat mai sus;

monitorizarea parametrilor fluidului de foraj in timp real cu echipament computerizat.

5. pierderile de circulatie -     prin pierdere de circulatie se intelege scaderea volumului total vehiculat de fluid de foraj prin gaura de sonda prin filtrare, datorata presiunii hidrostatice creata de fluid, mai mare decat presiunea de fisurare a stratelor intalnite.

Este cunoscul faptul ca in urma piederilor de circulatie pot aparea eruptii necontrolate. Ca exemplu, presupunand ca in procesul de foraj, la o anumita adancime, fluidul de foraj utilizat creaza o presiune hidrostatica mai mare decat cea de fisurare pe strat, o parte din fluid filtreaza prin acesta, scazand astfel volumul total de fluid utilizat (acest fapt se va reflecta prin nivelul scazut la tancurile de stocare cu noroi de foraj); continuarea forajului impune astfel prepararea de fluid de foraj pe deoparte cu densitate mai mica, si pe de alta parte, cresterea costurilor.

In cazul in care, procesul de foraj continua, cu circulatie partial pierduta, cu fluidul de densitate mai mica, exista riscul ca la intalnirea unui strat cu presiunea din pori mai mare decat presiunea hidrostatica, sa se aiba loc o manifestare eruptiva necontrolata, cu efect nociv asupra platformei marine.

Deci, trebuie avut in vedere ca, pierderile de circulatie pot fi un semnal pentru o manifestare eruptiva.

In cazul sondelor cu adancimi mari ale apei, se poate intampla urmatorul fenomen: daca are loc o pierdere de circulatie, volumul (nivelul) de fluid de foraj in interiorul gaurii de sonda va scadea , si va atrage dupa sine o presiune hidrostatica mai mica.

Pe langa fenomenul de indicator de manifestare eruptiva, odata cu scaderea nivelului de fluid de foraj sub pragul fundului de mare, materialul tubular (risere, burlane) va fi solicitat la actiunea exterioara a apei, existand riscul turtirii acestuia si imposibilitatii manevrarii garniturii de foraj in gaura de sonda.

Se impune astfel ca realizarea forajului sa se realizeze prin optimizare si monitorizarea permanenta in timp real a parametrilor fluidului de foraj (vascozitatea, densitatea, tixotropia, etc.), pe de o parte, si a parametrilor de avansare (viteza de mars, debit de fluid, avansare pe sapa, presiune de circulatie) pe de alta parte.

6. temperatura scazuta in zona de ape adanci - temperatura, este un factor care influenteaza fizic fluidul de foraj prin aceea ca, odata cu cresterea acesteia (datorita gradientului geotermic), fluidizeaza si scade vascozitatea, realizandu-se astfel o buna curgere in zona de talpa a gaurii de sonda.

Realizand un profil al temperaturii in functie de adancime la o sonda in zona cu ape adanci, se constata ca: la circulatia fluidului de foraj pentru un debit de circulatie dat, prin interiorul garniturii de prajini, temperatura creste conform gradientului geotermic normal, atingand o valoare maxima la talpa sondei, ea se mentine relativ constanta in spatiul inelar pana in zona fundului marii. Pentru sonde cu ape adanci (peste 3000 m si in zona arctica), temperatura fluidului de foraj scade brusc, sub valoarea cu care a avut-o la suprafata, creand astfel neajunsuri de tipul: blocaje (datorate gelificarii si cresterii vascozitatii), caderi de presiune suplimentare in spatiul inelar (ce necesita presiuni de pompare mai mari).

Pentru a diminua efectul temperaturii scazute in zona de ape adanci, se pot utiliza metode cum ar fi:

cresterea debitului de pompare cu o pompa suplimentara;

manevrarea garniturii de prajini in timpul forajului mai des, pentru curatirea burlanelor de etansare.

7. curatirea gaurii de sonda -     un factor important in procesul saparii sondelor de foraj marin, il reprezinta curatirea gaurii de sonda, care se realizeaza cu destula dificultate la sondele din zonele cu ape adanci, datorita efectelor negative care au fost prezentate mai sus.

Factorii negativi ce influenteaza buna curatire a gaurii de sonda sunt:

scaderea debitului de curgere a fluidului de foraj pe talpa sondei;

slaba mentinere a detritusului in suspensie si a materialului de ingreuiere a fluidului de foraj;

continutul de nisip din fluidul de foraj;

neechiparea garniturilor de prajini cu stabilizatori (curatitori de gaura).

Un blocaj al materialului tubular datorata necuratirii corespunzatoare a gaurii de sonda, atrage dupa sine infundari ale coloanelor de risere, ceea ce inseamna extragerea acestora la suprafata pentru reparatii si curatiri.

8. controlul gaurii de sonda - in cazul in care pot avea loc manifestari eruptive, coloana de risere este astfel conceputa cu linie de by-pass ocolitoare cu ansablu de prevenire pe fundul marii, astfel ca circulatia fluidului de foraj se va realiza astfel: prin interiorul prajinilor pana la talpa sondei, mai departe prin spatiul inelar pana la fundul marii unde regasim ansamblul de fund, ca mai apoi acesta sa treaca prin linia manifoldului practicata de-a lungul riserelor, pana la derivatia de la nivelul platformei de foraj (BOP).

Dezavantajul liniei manifoldului marin ar fi acela ca la un diametru mic de conducta, are loc pierderi de presiune, care conduc la presiuni suplimentare pe peretii si talpa sondei. Pentru aceasta, este necesara scaderea presiunii pe gaura de sonda prin practicarea de-a lungul riserelor a mai multor linii de manifold, pentru a preveni si reduce posibilele manifestari eruptive in adancime.

Daca totusi, are loc o manifestare eruptiva, trebuie avut in vedere ca presiunea hidrostatica in gaura de sonda sa invinga presiunea datorata eruptiei, acest lucru realizandu-se prin preparea si pomparea de fluid de foraj ingreunat prin linia de omorare, pana la obtinerea controlului sondei.

Dezlocuirea fluid ingreunat, se va face prin interiorul prajinilor de foraj, prin pompare cu debit redus, pana ce dopul de gaze din spatiul inelar ajunge la baza manifoldului montat pe coloana de riser (la BOP). Acest moment este critic, deoarece presiunea hidrostatica din spatiul inelar creat de risere are o valoare mica, fapt ce ar putea determina degradarea prin turtirea acestora; se va continua pomparea de fluid de omorare cu debit redus pana ce coloana de risere se va umple pana la ansamblul de la suprafata al platformei marine.