Fluide de Foraj [PDF]

Zitiervorschau

INTRODUCERE Pentru realizarea unei sonde se disting doua categorii de lucrari ce se repeta pana la atingerea obiectivelor constructive finale: etapa dislocarii rocii si adancimea sondei pe un interval de adancime programat si cu obiective geologice proprii, urmata de etapa consolidarii si izolarii formatiunilor geologice traversate cu o coloana din burlane de otel si cimentarea spatiului inelar dintre acesta si peretele sondei. Cea mai folosita tehnologie de realizare a sondelor, forajul rotativhidraulic, presupune ca roca este dislocate si sonda este adancita de sapa de foraj ce se roteste pe talpa, apasata cu o anumita forta, in prezenta circulatiei fluidului sau noroiului de foraj. Circulatia fluidului de foraj, apasarea pe sapa, recuperarea si schimbarea ei in momentul uzarii dar si rotirea acesteia (foraj rotativ-hidraulic cu masa) sau transmiterea puterii necesare motorului hidraulic ce o roteste, plasat deasupra ei (foraj hidraulic rotativ cu motor submersat), se realizeaza prin intermediul garniturii de prajini (tuburi de otel). Instalatia de la suprafata este conceputa sa realizeze acesta principale trei functiuni: extragerea si introducerea garniturii de prajini pentru schimbarea sapei, rotirea garniturii si deci a sapei pentru dislocarea/corectarea, sau cu alte scule si pentru alte operatii, circulatia fluidului de foraj. Sistemul de circulatie a fluidului de foraj are ca principala componenta pompa de noroi. Sunt pompe cu pistoane, duplex (doua pistoane) sau triplex (trei pistoane), cu puteri hidraulice de 700…1600CP functie de performantele maxime asteptate de la instalatie, cel mai des cate doua de acelasi fel, mai rar una sau mai mult de doua in aceeasi instalatie. Pompa trage fluidului de foraj din habele (rezervoare paralelipipedice 50…70 m³) de depozitare si-l pompeaza prin manifold (sistem de ventile pentru control), colector (conducta orizontala pana la baza turlei), incarcator (conducta verticala de 15… 20 m pe o latura a turlei instalatiei), furtun de foraj (element flexibil rezistent la presiune), cap hidraulic (echipament agatat in macara, ce sustine garnitura si ii permite rotirea, dar si circulatia fluidului din furtun in interiorul acestuia). De aici, circuitul fluidului de foraj urmeaza interiorul prajinii de antrenare (prima prajina din garnitura), interiorul garniturii de prajini de foraj si de prajini grele (situate deasupra sapei si mai groase la perete pentru a realiza apasarea), va trece prin duzele sapei, va spala talpa de detritus (fragmentele de roca dislocata) si-l va transporta la suprafata prin spatial inelar format intre garnitura de foraj si peretele sondei. De la gura sondei, prin derivatie si jgheaburi, ajunge in habele de depozitare, si circuitul se inchide, dar nu inainte de a trece printr-un sistem de echipamente ce asigura curatirea fluidului de foraj de detritus transportat, de gazele eventual patrunse (site, denisipatoare, demaluitoare, centrifuge, degazoare etc.). Pe habe si langa habe exista echipamentele si toate cele necesare (pompe auxiliare, palnii, agitatoare, habe de tratament, magazine cu chimicale, macara pentru manevrarea containerelor, aparatura de laborator etc.) prepararii si conditionarii proprietatilor fluidului de foraj.

1

PROPRIETATILE FLUIDULUI DE FORAJ

1. Densitatea materialelor pulverulente Prin definitie, densitatea reprezinta masa unitatii de volum. Se noteaza cu ρ si se exprima in kg/m³, kg/dm³, g/cm³. Densitatea materialelor pulverulente hidrofile (argila betonitica, diatomita, barita, ciment, nisip, cenusa de termocentrala etc.) este necesar a fi cunoscuta, deoarece serveste la calculul cantitatilor de materiale necesare prepararii fluidelor de foraj. Densitatea materialelor pulverulente hidrofile se poate determina cu volumetrul tip Le Chatelier, cu picnometrul cu volum fix sau cu un simplu cilindru gradat. In toate situatiile se foloseste ca lichid ajutator petrolul lampant.

2. Densitatea fluidului de foraj Densitatea fluidelor de foraj reprezinta un parametru esential in procesul de foraj. In timpul realizarii sondei, valoare densitatii se regleaza astfel incat, prin marimea preasiunii hidrostatice, fluidul de foraj ales sa previna patrunderea fluidelor din formatiunile traversate, surparea si strangerea peretilor, evitarea fisurarii stratelor, pierderea totala sau partiala a circulatie, manifestari eruptive, siguranta lucrului in sonda etc.. Presiunea hidrostatica, ph , intr-un punct aflat la adancimea de H intr-un fluid, cu densitatea ρn , se scrie sub forma: Ph=H ρn g In masivul de roci intr-un punct aflat la adancimea H, apa continuta in pori, daca nu este izolata de conditiile de la suprafata, se va gasi la o presiune ce poate fi determinate cu aceeasi relatie. Pentru densitatea apei din porii rocilor, ρa, se admit valorile: ρa=1027kg/m3, care este densitatea apei de mare cu salinitatea totala de 3,7g/l; ρa=1070…1073 kg/m3, care este densitatea unei ape de zacamant tipice, cu salinitatea in NaCl de 80g/l; ρa=1150 kg/m3, care este densitatea apei sarate saturate, intre 50 si 100oC. Presiunea de strat (din pori) egala cu presiunea hidrostatica, calculate in limitele acestor valori, este considerata presiune de strat normala. In aceste situatii fluidele de foraj utilizate au densitati in domeniul, ρn=1100…1200kg/m3 si pot fi preparate numai din apa si argila. Daca presiunea de strat are valori mai mari, pp ≥ ph, se considera presiune anormal de mare, stratul este suprapresurizat si in aceste cazuri se utilizeaza fluide de foraj ingreunate cu densitatea ρn=2000…2300kg/m3.

2

Daca se inregistreaza valori mai mici, pp < ph, stratul este subpresurizat si presiunea este considerate anormal de mica. Traversarea acestor formatiuni necesita utilizarea unor fluide cu densitate redusa sau chiar schimbarea tehnologiei de foraj. In sonda plina cu fluid de foraj aflat in repaus (cu densitatea ρn), presiunea la adancimea H se determina cu ajutorul relatiei: Ps = ph + p0 = H ρng + p0 unde p0 este presiunea la gura sondei, daca exista. Presiunile reale din sonda difera de cele calculate cu densitatea noroiului determinata la suprafata, cu pana la 3-7%, in plus sau in minus, din diferite motive, cum ar fi: dependenta densitatii de temperatura, de presiune, de starea de lasare in repaus, de compresibilitatea lui etc.. Densitatea fluidelor de foraj influenteaza, de asemenea, cumulativul de filtrat patruns in formatiunile permeabile traversate, viteza de avansare a sapei (viteza mecanica de foraj), valoarea caderilor de presiune in sistemul de circulatie, flotabilitatea echipamentului din sonda etc.. Densitatea fluidelor de foraj se masoara in laborator prin cantarire directa cu ajutorul cilindrilor gradati sau a picnometrelor, iar in santier cu ajutorul densimetrelor de constructie speciala.

3. Vascozitatea aparenta si gelatia fluidului de foraj Vascozitatea aparenta a unui fluid reprezinta proprietatea lui de a opune rezistenta la curgere. Cantitativ, vascozitatea (notata cu η) este o masura a acestei rezistente si se defineste ca raport intre tensiunea de forfecare τ si viteza de forfecare dv/dx si este constanta pentru fluidele newtoniene. Fluidele de foraj sunt sisteme eterogene care nu se supun legii de curgere newtoniene: curgerea lor nu poate fi descrisa prin intermediul unui singur coeficient de vascozitate. Ele poseda proprietati structural-mecanice mai complexe, iar comportarea la curgere este descrisa de doi sau mai multi parametrii sau constante reologice. In practica de santier se foloseste inca pe scara larga o vascozitate conventionala (aparenta) pentru fluidele de foraj, care se masoara cu vascozimetrul palnie tip Marsh; aceasta vascozitate Marsh este calitativa, este influentata de densitatea fluidului si proprietatile lui tixotropice si nu poate fi utilizata in calculele hidraulice. Palnia Marsh are dimensiuni standard cu o capacitate 1,5 dm 3 (prevazuta la partea inferioara cu un tub calibrat, iar la partea superioara cu o sita metalica), iar cu ajutorul unei cani cu volumul de 1 dm3 se masoara timpul in care se scurge 1 l de noroi din 1,5 l; timpul de scurgere a apei este de 28 s, iar noroaiele uzuale au vascozitatea 30...70 s.

4. Proprietatile reologice ale fluidului de foraj Comportarea la curgere a fluidelor si a sistemelor disperse cu faza continua fluida este descrisa printr-o serie de modele matematice, denumite si ecuatii constitutive, legi de

3

curgere sau modele reologice. Ele exprima relatia dintre tensiunile tangentiale τ, care iau nastere intr-un fluid in miscare si vitezele de deformare (forfecare) dv/dx , in regim laminar de curgere. Marimile τ si dv/dx reprezinta variabilitatea reologica, iar parametrii scalari sunt constantele reologice ale respectivelor ecuatii. Valorile acestora se obtin prin prelucrarea marimilor masurabile specifice fiecarui tip de vascozimetru, cum sunt de exemplu, debitul si caderea de presiune (pentru vascozimetrele tubulare) sau turatia si momentul de tensiune (pentru vascozimetrul cu cilindrii coaxiali). Diagramele τ=f(dv/dx) se numesc reograme. Fluidul de foraj poate fi descris cu suficienta precizie de urmatoarele modele relogice: Newton, Bingham şi Ostwald de Waele.

5. Proprietatile tixotropice Prin tixotropie se intelege gelificarea unei solutii cand este lasata in repaus si revenirea gelului in solutie prin agitare. Capacitatea tixotropica a unui fluid se apreciaza prin valoarea tensiunii statice de forfecare (rezistenta de gel sau limita adevarata de curgere) a gelului care se formeaza dupa o anumita perioada de ramanere in repaus a fluidului 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, ecranante, temperatura si presiune. Initial, gelificarea se desfasoara rapid, apoi ritmul se incetineste, dar procesul poate continua cateva ore, zile sau chiar luni. Limita inferioara a tensiunii statice de forfecare, corespunzatoare gelurilor foarte slabe, este de 1,5…2 N/m2, in timp ce limita superioara, specifica gelurilor puternice, se situeaza intre 15…20 N/m2 . Fluidele de foraj cu proprietati tixotropice sunt capabile sa mentina in suspensie materialele inerte de ingreunare si detritusul, insusire necesara mai ales la oprirea circulatiei in sonda. Totusi, valorile ridicate ale tixotropiei (gelatii mari si viteze rapide de galificare), provoaca greutati la curatirea fluidului de foraj, presiuni sau depresiuni periculoase la pornirea circulatiei sau manevrarea materialului tubular aflat in sonda.

6. Continutul de lichide solide Pentru fluidele de foraj pe baza de apa si argila, faza continua este solida din argila (pentru crearea suportului coloidal) si materiale de ingreunare, iar faza lichida din apa si, eventual, motorina, in cazul in care noroiul a fost emulsionat. Se accepta ca detritusul a fost separat in sistemul de curatire al instalatiei de foraj, fractiunile fine de argola inglobate in noroi, intrand in categoria argila. Fluidele care contin apa si petrol sunt analizate cu ajutorul a diferite retorte, prin distilarea unui volum cunoscut de noroi sa masurarea lichidelor condensate.

4

La fluidele pe baza de produse petroliere faza lichida este alcatuita din apa si motorina, iar faza solida din materiale de ingreunare si cele folosite pentru controlul proprietatilor colmatante si structurale. Analiza continutului de solide si lichide prin metoda retortei se face pentru a stabili compozitia oricarui fluid, dar mai ales la cele cu continut redus de solide argiloase, unde intereseaza in mod deosebit procesul de argila(Vag in % volum/volum) si cele pe baza de produse petroliere, la care raportul motorina/apa si continutul de solide au influenta directa asupra proprietatilor reologico-coloidale si stabilitatii noroiului.

7. Continutul echivalent de betonita In fluidele de foraj pe baza de apa si argila se afla, de regula, minerala argiloase apartinand tuturor grupelor de argile cunoscute. Dintre acestea, argilele betonitice sunt cele care confera nororiului proprietati structural-mecanice, de filtrare si colmatare, precum si comportarea lor la diferite tratamente sau in prezenta contaminantilor. De asemenea, betonitele sunt cele care prin proprietatile lor de hidratare si umflare se dispersa la nivel colloidal si au o mare capacitate de schimb cationic. Capacitatea totala de schimb cationic da indicatii asupra continutului de minerale active, fata de restul mineralelor inactive din sistem. Dintre metodele de masurare a capacitatii de schimb cationic, cea mai utilizata este metoda albastrului de metilen. Determinarea se bazeaza pe adsorbtia mult mai intense a albastrului de metilen de catre betonita (aproximativ 0,25…0,3g albastru de metilen la 1g betonita) fata de celelalte minerale argiloase. Deoarece albastrul de metilen cansumat in timpul masuratorii, care sta la baza calcularii continutului de betonita, este adsorbit intr-o oarecare masura si de minerale argiloase nebetonitice, ceea ce se determina prin calcul se numeste, conventional, continutul echivalent de betonita (continutul real de betonita va fi ceva mai mic). Stabilirea continutului echivalent de betonita serveste la calcularea unui indicator important, mai ales la asa-zisele fluide cu continut redus de solide argiloase. Metoda este insa aplicabila si pentru determinarea capacitatii de schimb cationic a unei roci argiloase oarecare (din detritus sau dintr-o carota).

8. Continutul de nisip Continutul de nisip dintr-un fluid de foraj se exprima prin concentratia volumica, procentuala, de particule solide cu diametrul, dp>74m si se masoara, de regula, dupa ce fluidul a trecut prin sistemul de curatire de la suprafata (site vibratoare, hidrocicloane etc.). Prin nisip se intelege totalitatea particulelor solide din fluidul de foraj, provenite din rocile traversate (intercalatii nisipoase, gresii slab consolidate etc.), cu diametrul cuprins intre 75 si 150 m,care, de regula, nu influenteaza sensibil proprietatile utile ale fluidului de foraj (densitate,vascozitate), in schimb, aceste particule grosiere provoaca uzura echipamentului prin care circula fluidul de foraj.

5

Nisipul imprima fluidului de foraj proprietati abrasive si erosive, reducand durata de functionare a pompelor, a lagarelor, duzelor sapei etc., iar atunci cand este in concentratii excessive creaza pericolul de prindere a garniturii de foraj la oprirea circulatiei. Se determina prin diluarea si cernerea unui volum masurat de noroi pe o sita de 74m, prin elutriere (antrenarea intr-un curent ascensional a particulelor mai mici de 74 m) sau prin sedimentare intr-un decantor. Se exprima procentual, fata de volumul de fluid analizat.

9. Continutul de gaze In timpul forajului, la traversarea unor formatiuni gazeifere, acestea pot patrunde in noroi, scazand densitatea lui si provocand o crestere a vascozitatii. Acelasi fenomen se poate produce si in timpul ingreunarii sau a altor tratamente chimice. In laborator, continutul de gaze se poate determina prin diluarea noroiului: vascozitatea lui scade si gazele se elimina la o simpla agitare. In mod practice se procedeaza astfel: se toarna 100 cm 3 noroi intr-un cilindru gradat cu dop rodat de 250 cm3. se completeaza cu apa si se agita intens timp de un minut. Se lasa apoi un timp sufficient in repaus, dupa care se citeste volumul de amestec. Diferenta fata de 250 cm3 constituie tocmai concentratia de gaze, in procente. Continutul de gaze se poate determina cu mai multa precizie prin distilare in vacuum. Vaporii de apa sunt condensati, iar gazelle trec printr-un tub gradat, unde li se poate masura volumul pe care il ocupa.

10. Capacitatea de filtrare si colmatare La deschiderea prin foraj a formatiunilor, rocilor ce la compun (din peretele sondei) vin in contact cu fluidul de foraj. Datorita diferentei pozitivedintre presiunea fluidului din sonda si cea a fluidelor din porii rocilor, o parte din faza libera a noroiului va patrunde in pori (fenomenul de filtrare) si, simultan, pe peretele sondei se depun o parte din particulele solide din noroi, sub forma unei turte (fenomenul de colmatare). In faza initiala, viteza de filtrare este determinata de permeabilitatea rocii, iar dupa podirea porilor superficiali cu particule solide (asa-zisul colmataj intern) si initierea turtei de colmatare propiu-zisa, viteza de filtrare scade simtitor, fiind dependenta in mare parte doar de permeabilitatea turtei, care este mult mai mica decat cea a rocilor. Un bun fluid de foraj trebuie sa posede un filtrat redus si o turta de colmatare subtire, pentru a nu afecta stabilitatea rocilor slab consolidate si, mai ales, permeabilitatea stratelor purtatoare de hidrocarburi. Capacitatea de filtrare a unui fluid de foraj caracterizeaza starea fizico-chimica a sistemului, respective: gradul de dispersie si hidrofilitatea particulelor solide, prezenta si concentratia coloizilor de protectie, prezenta contaminantilor, care provoaca fenomenul

6

de coagulare a particulelor argiloase si cresterea semnificativa a cantiatii de apa libera, a vitezei de filtrare si chiar pierderea stabilitatii fluidului.

11. Indicela pH Prin indicele pH (sau exponent de hidrogen) se exprima logaritmul negativ zecimal al concentratiei momentane de ioni de H+ dintr-o solutie. Cu ajutorul lui se determină aciditatea sau alcalinitatea unei solutii sau fluid de foraj, in care se afla disociati diversi electroliti, cunoscut fiind ca: intre 0–7 solutii sunt acide ; la pH=7 sunt neutre ; intre 7–14 solutiile sunt bazice. Cunoasterea concentratiei ionilor de hidrogen (H+) este necesara pentru controlul si reglarea unor proprietati ale fluidelor de foraj, dar poate sa indice si prezenta unei contaminari cu sare, anhidrit, ciment etc. In general se impune ca fluidul de foraj sa nu prezinte reactie acidă pH m = 0,55 m 3 apă/ to ciment şi m1 = 2,45 m3 / to diatomită) ρd = 2 to/m3 Va + Vb + Vc = Vec Va ρa + Vcρc + Vbρb = Vec . ρec V

=m

a ρa

V cρc

V a

= m1

ρa V ρ

d d

V a

=

Vac + Vad

m c

+

Vc ρc

m Vd ρd

1

42

=

0,55.3,15Vc+2,45. 2Vd

ρa

ρa

1

Înlocuind în ecuaţia (1) şi (2) Va = 0,763 m3 apă Vd = 0,119 m3 md = 0,119 . 2 = 0,238 to diatomită Vc = 0,118 m3 mc = 0,118 . 3,15 = 0,371 to ciment verificare ρ

0,763 . 1 + 0,238 + 0,371 0,763 + 0,119 + 0,118

=

ec

≠

1 ,5

V ad

ρad V

ρ

d d

V a

=

Vac + Vad

m c

+

Vc ρc

m

=

Vd ρd

4,92Vd

1

1

1,73Vc

1

2,73Vc + 5,92Vd = 1 4,88Vc + 6,9Vd = 1 4,88Vc + 10,546Vd = - 1,7875 3,646 Vd = 0,2875 Vd = 0,2875 / 3,646 = 0,079 m3 md = 0,079 . 2 = 0,158 to diatomită Vc = (1 – 5,9 . 0,079) / 2,73 = 0,195 m3 mc = 0,185 . 3,15 = 0,616 to ciment Vc = 1 – (0,185 + 0,079) = 0,726 m3 Verificare ρ ec =

0,726 . 1 + 0,616 + 0,158 0,079 + 0,185 + 0,726

Totul se înmulţeşte cu 40. 0,774 -----------------------100 0,158------------------------ x x = 20%

43

=

1 ,5

+

Apa ca fluid de foraj În multe cazuri, apa poate fi folosită ca fluid de foraj. Aplicarea forajului cu apă prezintă următoarele avantaje: 1) Răcirea sapei este mai eficientă (caldura specifică a apei fiind superioară celei a noroiului de foraj). 2) Curăţirea tălpii este mai bună, deoarece scăzând cu cca 25-30% pierderile hidraulice în sistemul de circulaţie (ca urmare a reducerii greutăţii specifice şi a vâscozităţii fluidului), se poate mări considerabil debitul de circulaţie. 3) La forajul cu turbină, mărirea debitului duce la creşterea momentului cuplului turbine. Aceasta permite creşterea apăsării pe sapă şi, ca urmare, creşterea vitezei mecanice de avansare. 4) Prin reducerea presiunii hidrostatice, exercitate de coloana de fluid asupra tălpii, se obţine creşterea vitezei mecanice de avansare, ca urmare a modificării stării de solicitare a rocii din talpă. 5) La efecte1e de mai sus se mai adaugă şi acela al vâscozităţii foarte mici a apei, care face ca viteza mecanică să crească şi mai mult, ca urmare a amplificării efectului jeturilor de fluid ce ies prin orificiile sapei – mai ales în roci moi. Totodată apa, prin efectul de umectare a suprafeţei rocilor argiloase, reduce rezistenţa critică a acestora la dislocare. Aplicarea metodei este posibilă numai acolo unde aceasta nu produce dificultăţi de foraj: dărâmări (datorită lipsei colmatajului şi contrapresiunii reduse asupra peretilor), strângeri de găurii (în dreptul rocilor care îşi măresc volumul în contact cu apa), dizolvarea unor săruri solubile etc. Rezultate foarte bune se obţin şi în roci dure, mai ales atunci când se produc pierderi totale de circulaţie. Se evită deschiderea şi traversarea cu apă a orizonturilor productive, deoarece în acest caz operaţiile de punere în producţie ar fi foarte îngreunate, iar productivitatea sondelor mult mai mică.

Sistemul apă-argilă Mineralele argiloase Argilele sunt roci sedimentar-detritice, cu dimensiunea particulelor cuprinse între 0,001...0,004 mm. Textura poate fi compactă sau microstratificată. Roca argiloasă apare în straturi sau bancuri, uneori în complexe de strate, frecvent cu urme mecanoglife sau bioglife şi cu forme fosile şi microfosile, resturi de plante incarbonizate, rar cu conţinut ridicat de substanţe bituminoase, concreţiuni de carbonaţi, silice, oxizi şi hidroxizi de fier şi pirită. Culoarea este variată: albă, cenuşie, verde, albastră, brună sau neagră în diverse nuanţe. Proprietăţile fizice sunt: porozitatea foarte mare, permeabilitatea foarte mică sau nulă, coeficient de adsorbţie foarte mare, 44

capacitatea de umflare mare, capacitatea de schimb ionic ridicată, plasticitate mare. În practica forajului, pentru a aprecia coloiditatea argilelor se foloseşte metoda de clasificare după randament, notat R. Prin randament se înţelege cantitatea de noroi, exprimată în m3, cu vâscozitatea aparentă de 15 cP, care poate fi preparată dintr-o tonă de argilă prehidratată. Conform acestui criteriu, argilele se împart astfel: - argile bentonitice (R > 14); - argile metabentonitice (9 < R < 14); - hume bune (3 < R < 9); - hume slabe (R < 3). Pentru a mări randamentuI unor argile mai slabe, se foloseşte în practică procedeul de activare prin tratamente chimice. Se pot prepara şi argile modificate prin tratare cu polimeri. Pentru a putea fi utilizate şi la prepararea fluidelor pe bază de petrol s-au creat argilele organofile, la care s-au înlocuit cationii anorganici cu cationi organici, devenind astfel dispersabile în hidrocarburi şi capabile să creeze un minim de proprietăţi de agregativitate şi de colmatare.

Proprietăţile mineralelor argiloase în apă Stabilitatea sistemului apă-argilă este influenţată şi de schimbul anionic (redus) care se poate produce, dar mai ales de natura, valenţa şi numărul cationilor schimbabili. Astfel, argilele cu o capacitate mare de schimb cationic se hidratează şi se dispersează uşor, formând suspensii stabile chiar şi la concentraţii reduse de argilă în apă. În practică, proprietatea de schimb cationic este folosită pentru a facilita sau, dimpotrivă, pentru a inhiba umflarea şi dispersarea argilelor în apă. Capacitatea de hidratare Mineralele argiloase au proprietatea de a reţine apa prin adsorbţie la reţeaua cristalină, ca şi la suprafaţa particulei şi de a o pierde în anumite condiţii impuse. Deoarece apa reţinută la reţeaua cristalină poate fi pierdută prin încălzire, funcţie de temperatura necesară îndepărtării ei, apar patru categorii: a. Apa de cristalizare (de constituţie), care este legată relativ rigid la reţea; temperatura la care se p oate pierde fiind peste 500°C. b. Apa legaturilor rupte, fixată la periferia reţelei cristaline; începe să fie cedată la temperaturi mai mari de 300°C. c. Apa adsorbită, fixată la suprafaţa reţelei sau particulei elementare; se pierde la temperaturi sub 300°C. d. Apa planară, cantitatea de apă reţinută este diferită în funcţie de tipul de mineral şi cu cât raportuI Si/Al este mai mare, cu atât cantitatea de apă reţinută este mai mare. Când apa este curată, potenţialul unei argile are valoarea maximă. Scăderea potenţialului electrocinetic sub o valoare critică (numită punct izoelectric), duce la pierderea stabilităţii sistemului apă-argilă. 45

Asupra mecanismului de adsorbţie a moleculelor de apă de către argile sunt avansate mai multe explicaţii: - hidrogenul dipolilor de apă este atras de atomii de oxigen sau hidroxil ai reţelei cristaline; - apa este antrenată odată cu ionii hidrataţi în procesul de schimb ionic; - moleculele de apă sunt atrase prin forţe masice de tipuI van der Waals, create de fluctuaţiile norilor electronici din cristalele de argilă; - apa difuzează spre suprafaţa argilei, unde concentraţia de cationi este mai mare; - foiţele de argilă joacă rolul unor "condensatori" care atrag moleculele de apă în interiorul lor. În cadrul adsorbţiei planare se regăsesc adesea, o hidratare de suprafaţă şi o hidratare osmotică. Hidratarea de suprafaţă se referă 1a apa adsorbită şi reţinută prin legături de hidrogen la reţeaua cristalină, iar hidratarea osmotică se referă la apa adsorbită ca urmare a diferenţei de concentraţie a cationilor, mai mare în apropierea suprafeţei şi influenţată direct de natura şi concentraţia cationilor din soluţie. Capacitatea de umflare şi dispersare Efectul imediat al hidratării este umflarea particulelor de argilă, proprietate cu implicaţii negative asupra productivităţii şi receptivităţii stratului productiv. Plăcuţele elementare de argilă rămân mai mult sau mai puţin unite, datorită legăturilor de hidrogen ale apei, capacitatea de umflare, măsurând variaţiile liniare sau volumice ale unei probe, reprezintă cantitatea de apă adsorbită, raportată la greutatea unei probe. Mărirea de volum prin hidratare se mai poate exprima prin coeficientul total de umflare ku, valoarea acestuia fiind dată atât de apa reţinută la reţeaua cristalină a mineralelor argiloase, cât şi de apa reţinută pelicular in jurul particulelor. Factorii care influenţează procesul de umflare sunt: a. Mediul de contact influenţează coeficientul final de umflare şi dinamica acestuia. În apa dulce capacitatea de unflare este maximă şi stabilirea echilibrului are loc pe durate de timp mari. În cazul altor soluţii în funcţie de concentraţia de electrolit, timpul de atingere al echilibrului este cu atât mai scurt cu cât concentraţia este mai mare. b. Prezenţa ionilor de sodiu. Cu cât concentraţia soluţiei de NaCl este mai mică, cu atât umflarea este mai intensă. c. Prezenţa ionilor de calciu. Concentraţii mari de CaCl2 (>10%) sau soluţii de CaSO4 în concentraţii mici, duc la reducerea umflării mineralelor. d. Prezenţa ionilor de magneziu influenţează umflarea intercristalină. e. Prezenţa ionilor de potasiu (în soluţii de KCl sau K2SO4) duce la scăderea umflării. f. Presiunea influenţează mai puţin umflarea. S-a constatat însă, că în timpul forajului, datorită reducerii tensiunilor în jurul găurii de sondă, argilele adsorb apa din fluidul de foraj, intensitatea fenomenului fiind proporţională cu scăderea de tensiune g. Temperatura influenţează umflarea in functie de mediul de contact. Cu cât temperatura creşte, viteza de umflare este mai mare, iar timpul de atingere al echilibrului se micşorează.

46

La introducerea argilelor într-un mediu apos (dulce sau mineralizat), pe lângă fenomenul de umflare are loc dispersia acestora până la particule elementare. Viteza şi gradul de dispersie depind de natura argilei, mineralizarea soluţiei apoase, pH, prezenţa altor substante care pot favoriza dispersia (dispersanţii), o pot impiedica (inhibitorii de dispersie) sau chiar o inversează (agentii de agregare, floculanţii). În concentraţii mici, soda caustică (NaOH) are o acţiune dispersantă. Fenomenele de umflare şi dispersie nu pot fi separate şi acţionează în sensul micşorării permeabilităţii stratului. Mineralele argiloase din zona stratului productiv, chiar dacă nu-şi măresc volumul prin hidratare, prin deplasarea lor odată cu fluidele din pori se fixează şi blochează porii. Ulterior, tratamentele care se aplică pentru refacerea permeabilităţii stratului nu îi mai pot reda valorile iniţiale, deoarece umflarea şi dispersarea argilelor sunt fenomene ireversibile. Este bine să se acţioneze în sensul prevenirii apariţiei acestora, prin toate operaţiile care se execută, mai ales la nivelul orizontului productiv.

Fluide de foraj dispersate (clasice) Noroaiele naturale Noroaiele naturale au la bază sistemul dispers apă-argilă (soluţie diluată de bentonită în apă, cu ρn = 1040 ... 1060 kg/m3, un filtrat de aproximativ 15 cm3 şi vâscozitatea aparentă la pâlnia Marsh între 40...45 s) şi îndeplinesc cerinţele de stabilitate, colmatare şi gelificare, necesare forajului. Preparate la suprafaţă din argile bentonitice (adesea activate) cu bune proprietăţi coloidale şi de dispersie, aceste fluide se folosesc la forarea unor intervale de suprafaţă sau a zonelor cu pierderi de circulaţie unde se cer de regulă noroaie cu vâscozitate şi gelaţie ridicate, fără alte proprietăţi specifice. Noroaiele naturale işi modifică rapid proprietăţiile în prezenţa unor contaminanţi cum sunt: pachete groase de marne şi argile hidratabile, săruri solubile, temperaturi mari, gaze etc. Contaminarea noroaielor naturale cu particule solide Fragmentele de rocă nedispersabile în apă nu modifică proprietăţiile de bază ale noroaielor naturale şi se elimină uşor în sistemul de curăţire de la suprafaţă. Particulele de argilă care se hidratează şi dispersează uşor în apă, măresc vâscozitatea aparentă a noroiului şi rezistenţa de gel, scăzând în acelşi timp filtratul. În cazul unei contaminări uşoare şi de scurtă durată se recurge la diluare cu apă sau tratamente simple cu fluidizanţi. La contaminarea intensă cu argile hidratabile şi dispersabile, procesul de foraj se desfăşoară în condiţii mai grele, deoarece, variaţiile de presiune create prin manevrarea gamiturii de prăjini pot deveni excesive, sapa şi talpa sondei se manşonează, viteza de avansare scade. Pentru reducerea vâscozităţii şi păstrarea unui conţinut optim de argilă în noroiul de bază sunt posibile diverse metode:  folosirea fluidizanţiilor;

47

 diluarea cu apă şi corectarea densităţii cu barită;  utilizarea floculanţilor;  reglarea pH- ului;  transformarea noroiului dispersiv în unul inhibitiv (nedispersiv);  îndepărtarea particulelor prin metode mecanice. Fluidizanţii, prin modul lor de acţiune, pot ecrana sarcinile negative de la muchiile foiţelor de argilă, împiedicând unirea lor (flocularea), micşorând astfel tensiunea dinamică de forfecare, crescând uşor vâscozitatea plastică, deoarece creşte numărul de particule din sistem. Se poate apela la utilizarea fluidizanţiilor doar în noroaiele cu densităţi reduse. Metoda de diluare cu apă, deşi pare cea mai ieftină, poate duce, pe lângă o creştere semnificativă a volumului de noroi din circuit, la un consum exagerat de barită şi de aditivi antifiltranţi. Floculanţii se utilizează doar la noroaiele cu densitate redusă şi la forajul în roci tari. Pentru sistemul apă-argilă aflat întrun echilibru natural, domeniul optim al pH-ului, la care şi vâscozitatea este minima, se situează între 7,5 şi 8,5. Dacă se mareşte valoarea pentru a creşte eficienţa fluidizanţilor şi a inhiba coroziunea, se intensifică procesul de dispersare a argilelor din detritus şi pereţi sondei, ceea ce poate duce la o creştere nedorita a vâscozităţii. Din aceste considerente, pentru noroaiele naturale pH-ul nu trebuie sa depăşească valorile 9...10. Transformarea noroaielor naturale în fluide inhibitive nu este chiar simplu de realizat, şi, în mod practic, acestea sunt mult mai scumpe şi greu de întreţinut. Se recomandă utilizarea lor doar în dreptul unor pachete foarte groase de marne şi argile foarte hidratabile şi dispersabile, care altfel nu pot fi traversate prin foraj. La oricare dintre metodele amintite trebuie să se dispună şi de un echipament eficient de curăţire mecanică. Contaminarea cu sarea gemă Este cea mai frecvent întâlnită sare solubilă în timpul forajului. Poate fi sub formă de masiv, intercalată cu strate argiloase, în apele subterane şi chiar în unii aditivi impuri (CMC-ul tehnic). La contaminarea cu procente diferite de sare se folosesc următoarele metode:  diluarea cu apă şi adaos de bentonită prehidratată, eventual barită pentru menţinerea densităţii şi mici cantităţi de antifiltranti (amidon, CMC) în cazul contaminărilor uşoare;  adăugarea de fluidizanţi şi reactivi cu efect mixt pentru corectarea vâscozităţii în cazul contaminărilor cu peste 15% NaCl.  corectarea filtratului cu adaos de reactivi antifiltranţi, trecerea la un noroi sărat saturat sau alte noroaie speciale, rezistente la contaminările cu săruri solubile în cazul contaminărilor cu 30% NaCl. Contaminarea cu ioni de calciu 48

Ionii de calciu pot proveni din strate de de gips şi anhidrit, care se întâlnesc în timpul forajului sub formă de pachete groase sau intercalaţii. Gipsul şi anhidritul sunt denumirile pentru sulfatul de calciu, cu şi respectiv fără apă de cristalizare. Severitatea contaminărilor pe care le produc a condus la proiectarea unor sisteme de fIuide care pot tolera aceşti contaminanţi şi la apariţia unor reactivi fluidizanţi eficienţi. Prima indicaţie a contaminării cu gips sau anhidrit este creşterea vâscozităţii şi a gelaţiei. Pentru identificarea corectă a tipului de contaminant trebuie efectuate şi alte teste cantitative, cum sunt:  stabilirea concentraţiei de calciu în filtrate  scăderea valorii pH-ului;  prezenţa în detritus a unor resturi albe de mineral (datorită solubilităţii limitate a gipsului şi anhidritului). La contaminările uşoare şi de scurtă durată cu săruri solubile de calciu (până în 50 mg Ca2+/l filtrat) se procedează la precipitarea calciului şi mici adaosuri de fluidizanţi (tananţi, lignosulfonaţi) şi antifiltranţi (CMC, poliacrilaţi etc.). Pentru precipitarea şi îndepărtarea calciului se poate folosi sodă calcinată (Na2C03) şi carbonatul de bariu (BaC03). Din practică, se ştie că 1 kg de sodă calcinată precipită 1,283 kg sulfat de calciu, iar 1 kg de carbonat de bariu precipită numai 0,691 kg sulfat de calciu, din acest punct de vedere fiind de preferat soda calcinată. Totuşi, în urma reacţiei cu sodă calcinată are loc o creştere a pH-ului noroiului (peste 11,5), rămâne în filtrat sulfatul de sodiu, care, fiind o sare solubilă, contribuie suplimentar la creşterea vâscozităţii şi gelaţiei; sunt necesare tratamente suplimentare pentru corectarea lor; în schimb, la folosirea carbonatului de bariu ambii produşi ai reacţiei sunt insolubili şi precipită, fără a modifica proprietăţiile de bază ale noroiului (există însă şi aici o limitare, tratamentul cu BaC03 nu dă rezultate dacă noroiul a fost condiţionat cu hexametafosfat). Dacă au loc contaminări intense şi de lungă durată (traversarea unor strate groase de anhidrit sau gips), tratamentele devin ineficiente şi neeconomice, soluţia practică fiind aceea de transformare a fluidului din sondă, în noroi pe bază de gips sau var. Contaminarea cu calciu mai poate apărea în timpul operaţiilor de cimentare sau la frezarea unor dopuri de ciment insuficient întărite. Severitatea contaminării cu ciment depinde de tipul fluidului şi concentraţia solidelor din acesta, de tratamentele chimice anterior efectuate, de cantitatea de ciment frezată, de lungimea zonei de amestec dintre fluid şi pasta de ciment etc. Măsurile practice care se iau sunt de precipitare a ionilor de calciu şi reducerea pH-ului. TratamentuI este eficient nurnai dacă în momentul frezării dopului de ciment, pHul noroiului este cel puţin de 8,3. Humaţii, lignosulfonaţii, fosfaţii au de asemenea un efect precipitant şi în acelşi timp acţionează ca fluidizanţi (defloculanţi). Soda calcinată este mai puţin recomandabilă, deoarece, menţine pH-ul ridicat şi nu neutralizează nici o grupare de OH. Pentru reducerea vitezei de filtrare se pot folosi amidonul, celuloza polianionica, humaţii. Contaminarea provocată de gaze

49

Pătrunderea gazelor într-un fluid de foraj poate conduce la scăderea densităţii, creşterea vâscozităţii plastice şi aparente, degradarea noroiului. Gazele pot proveni din:  formaţiunile traversate (hidrocarburi, C02, H2S);  atmosferă, prin spumare (aer);  noroi, prin degradarea termică, chimică sau bacteriană a unor aditivi. Gazeificarea unui noroi de foraj constituie întodeauna un inconvenient şi primele semne ale acesteia sunt creşterea nivelului la habe sau creşterea debitului la derivaţie. Pătrunderea gazelor în sondă este mult diminuată prin reglarea corespunzătoare a densităţii noroiului, prin scăderea gelaţiei la un minimum acceptabil, prin utilizarea degazeificatoarelor în sistemul de circulaţie de la suprafaţă. Un alt aspect, negativ, legat de prezenţa intr-un fluid a gazelor îl constituie acţiunea corozivă a acestora. Pentru a diminua coroziunea, se adaugă în fluid substanţe de neutralizare specifice (aşa-numiţii consumatori de oxigen, dioxid de carbon, hidrogen sulfurat), inhibitori de coroziune sau amine dizolvate în motorină. Hidrogenul sulfurat, care are şi un miros specific, este la fel de toxic în fluidele pe bază de apă, cât şi în cele pe bază de ţiţei (datorită solubilităţii H 2S în ţiţei). Prezenţa lui, datorită faptului că este un gaz acid, conduce la scăderea rapidă a pH-ului. În scopul limitării pericolului prezentat de acest gaz, pH-ul fluidului trebuie ridicat la valori de 11... 12, prin adăugarea de sodă caustică sau var, iar în alte situaţii, hidrogenul sulfurat se poate precipita cu magnetit spongios. Influenţa temperaturii Temperatura are un efect relativ complex asupra proprietăţiilor unui fluid. La creşterea temperaturii, se micşorează vâscozitatea fazei lichide din noroi, dar se intensifică hidratarea şi umflarea argilelor, sunt accelerate reacţiile chimice dintre aditivi şi particulele argiloase, unele substanţe îşi pierd eficacitatea, iar altele se degradează ireversibil, se modifică solubilitatea sărurilor etc. Până la 120...150°C, scăderea vâscozităţii apei în sistemele apă-argilă are un rol determinant în comportarea lor reologico-coloidală; vâscozitatea plastică şi tensiunea dinamică de forfecare scad, iar viteza de filtrare creşte semnificativ. Pentru temperaturi mai mari, datorită fenomenului de coagulare termică a particulelor argiloase, vâscozitatea şi gelaţia cresc brusc. Din modul de comportare a noroaielor naturale în prezenţa diferiţilor contaminanţi, se poate concluziona că acestea au o aplicabilitate restrânsă, pot fi folosite în condiţii geologice simple şi la adâncimi relativ reduse. La adâncimi mai mari şi în condiţii geologice complicate se impun limite mult mai severe pentru parametrii fluidului de foraj, lucru care a condus la utilizarea unor sisteme cu argilă foarte puţină sau chiar deloc.

Noroaie tratate Când se traversează roci argiloase care se dispersează ori se umflă, roci solubile,

50

strate productive sau când argila de preparare nu asigură proprietăţiile structurale dorite, aceste noroaie se trateaza cu cantitati reduse de fluidizanţi (de tipul fosfaţiilor complecşi şi humaţiilor de sodiu în prezenţa sodei caustice), reducători de filtrare, stabilizatori ai proprietăţiilor la temperaturi ridicate sau la acţiunea contaminanţiilor, lubrifianţi, antispumanţi etc., devenind noroaie tratate. Noroaie tratate cu CMC Pentru forajul de mică şi medie adâncime, prin formaţiuni nisipoase sau calcaroase şi slab consolidate, unde este necesar un fluid cu proprietăţi reologice ridicate şi un filtrat scăzut, se poate utiliza un fluid care se prepară dintr-o soluţie diluată de bentonită la care se adaugă 1...10kg/m3 CMC de mare vâscozitate, pentru a realiza un filtrat mic şi o vâscozitate aparentă mare. În cazul traversarii unor intercalaţii argiloase, care produc contaminări uşoare şi de scurtă durată cu material argilos, se pot folosi tratamente simple cu fluidizanţi din grupa fosfaţilor, tananţilor sau humaţilor, pentru controlul proprietăţiilor reologice. Tratamentul se face în asociaţie cu NaOH, pentru a îmbunătăţi dispersarea materialului argilos şi a asigura pH-ul la care fluidizanţii au eficienţa maximă. Totuşi, eficienţa fluidizanţilor scade simţitor, dacă creşte prea mult cantitatea de argilă înglobată sub formă de detritus. Se impune diluarea cu apă (pentru a reduce conţinutul de argilă din noroiul de bază) şi un sistem de curăţire la suprafaţă cât mai eficient. Doza optimă de reactiv fluidizant se consideră cea la care, dublând procentul de reactiv, nu se mai obţine nici un efect de scădere a vâscozităţii. În funcţie de condiţiile specifice din timpul forajului se face şi alegerea tipului de fluidizant şi a cantităţii de sodă caustică cu care se tratează noroiul. Dacă se traversează intercalaţii de argile foarte hidratabile şi dispersabile, noroiul răspunde la tratamentul cu hexametafosfaţi şi un conţinut redus de sodă caustică. La adâncimi mai mari, datorită termostabilităţii mai ridicate, se pot folosi tananţii şi humaţii, care au efecte favorabile şi asupra capacităţii de filtrare a noroiului. De asemenea, la traversarea argilelor slab coloidale, se poate folosi în prezenţa lor, un tratament cu NaOH în exces. Noroaie tratate cu FCLS şi sodă caustică Atunci când nu se impune trecerea la un fluid de foraj inhibitiv, se poate opta pentru tratarea noroiului din sonda cu FCLS, în prezenţa sodei caustice, pentru a-i menţine proprietăţile în limite acceptabile. Acţiunea FCLS asupra noroiului natural este complexă şi poate fi evidenţiată prin:  fluidizarea puternică, în special în cazul noroaielor contaminate cu electroliţi şi la temperaturi ridicate;  protejarea particulei elementare de bentonită de acţiunea altor contaminanţi;  inhibă hidratarea şi dispersarea argilelor din pereţii sondei dar şi a celor pătrunse în noroi;  îmbunătăţeşte proprietăţile filtrante ale noroiului de bază. După caz, cantităţile de FCLS utilizate sunt între 20...60 kg/m3 noroi, în prezenţa sodei caustice, care să asigure un pH = 9,5...11, domeniu în care reactivul are eficienţă

51

maximă. Pentru evitarea spumării pe care o produce FCLS, noroiul se tratează suplimentar cu 1...3% antispumant. Fluide pe bază de Spersene Sunt cele mai folosite în foraj. Spersene este un cromlignosulfonat care se utilizează în toate fluidele pe bază de apă ca defloculant, inhibitor, reducător de gelaţie, stabilizator de temperatură şi agent de control al filtrării. Spersene poate fi folosit în fluide pe bază de apă de mare, saramură, precum şi în sistemele pe bază de var, gips sau potasiu. Folosit în concentraţii adecvate este un bun inhibitor pentru solidele argiloase săpate. Având o compoziţie acidă, Spersene necesită pentru solubilizare un mediu alcalin, de aceea se adaugă în sistem sodă caustică sau var, pentru a crea un pH = 9,0...11,5. Fluidele preparate cu acest lignosulfonat au un grad ridicat de rezistenţă la contaminările chimice şi cu solide.

Fluide de foraj inhibitive Au la bază tot sistemul apă-argilă, dar rolul principal în asigurarea stabilităţii sistemului şi imprimarea unui puternic caracter inhibitiv mediului apos este îndeplinit de adaosul de electroliţi, polimeri de protecţie, substanţe tensioactive, anumiţi fluidizanţi, etc. Fluidele de foraj inhibitive previn sau intârzie hidratarea, umflarea şi dispersarea rocilor argiloase şi în acelşi timp prezintă inerţie mare la contaminanţii clasici de tipul argilelor, electroliţilor şi temperaturilor ridicate. Se folosesc la traversarea intervalelor groase de marne şi argile sensibile la apă, pentru reducerea dificultăţilor de foraj generate de contactul rocă-fluid, la deschiderea stratelor productive cu intercalaţii argiloase (murdare).

Fluide inhibitive pe bază de ioni de K Sunt cunoscute şi sub denumirea K-plus şi s-au dovedit a fi cele mai inhibitive noroaie din seria fluidelor pe bază de apă şi argilă. Concentraţia de potasiu în noroi trebuie să fie cu atât mai mare cu cât argilele traversate sunt mai hidratabile şi mai dispersabile (concentraţia variază între 30 ... 200 kg/m3). Noroaiele pe bază de potasiu au un conţinut mare de apă liberă şi o viteză de filtrare mărită, de aceea este necesar un antifiltrant, de obicei un polimer cu acţiune inhibantă. În România se utilizează o variantă de fluid cu clorură de potasiu şi fluidizanţi inhibitori, denumit INHIB-KCl. Acesta este un amestec de lignosulfonaţi, humaţi şi dicromaţi, care amplifică efectul inhibant al ionului de potasiu. Rezultatele procesului sunt:  prevenirea dispersării detritusului argilos (prin adsorbţie la suprafaţa acestuia);  scăderea vâscozităţii şi gelaţiei, datorită fixării pe particulele elementare de argilă, reducând forţele de atracţie dintre acestea;  micşorarea filtratului fluidului de foraj prin 52

impermeabilizarea turtei de colmatare;  mărirea stabilităţii termice până la 180... 2000C. Caracterul puternic inhibitiv a1 acestui noroi îl recomandă ca un bun fluid de foraj pentru deschiderea stratelor productive care conţin fracţiuni argiloase, fiind în acelşi timp rezistent la contaminarea cu sare, gips, anhidrit. O variant a acestui tip de fluid se prepară cu amoniu, care poate fi furnizat de fosfatul acid de amoniu sau de clorura de amoniu.

Fluide pe bază de sare (NaCl) Fluidele cu clorură de sodiu au capacitate de inhibare, prin efectul lor floculant şi de agregare. Fluidele sărate sunt cele care au peste 1g NaCl100 cm3 filtrat şi ele pot lua naştere prin contaminarea noroaielor dulci cu sarea dizolvată din rocile traversate sau cu apa pătrunsă din strate în sondă, prin utilizarea apei de mare la prepararea acestora sau prin adăugarea intenţionată a sării. Capacitatea inhibitivă a fluidelor pe bază de sare este în funcţie de concentraţia de NaCl şi prezenţa fluidizanţilor defloculanţi, dar, în general, acestea sunt corozive, spumează, afectează carotajul electric de rezistivitate, iar sarea diminuează efectul aditivilor fluidizanti, antifiltranţi şi emulsionanţi. Iniţial, fluidele cu NaCl sau folosit la traversarea prin foraj a pachetelor groase de sare şi argilă, dar în timp s-a constatat că noroaiele sărate au o bună capacitate inhibitivă pentru multe categorii de argile intâlnite în timpul forajului. În practica forării sondelor, fluidele cu NaCl se prepară în următoarele variante:  fluide sărate nesaturate (1...5% NaCl);  fluide cu apă de mare;  fluide sărate-saturate. Fluide sarate nesaturate Se folosesc atunci când contaminarea cu sare este moderată, dar prelungită, respectiv la traversarea intercalaţiilor subţiri de sare, a breciilor de sare şi a viiturilor de apă sărată. Pentru a micşora vâscozitatea şi efectul de hidratare a intercalaţiilor de argilă, se adaugă la fiecare m3 de noroi: FCLS 10...30 kg; amidon sau CMC 10 ... 30 kg; extract bazic de lignit 10...25 kg;NaOH 4…6 kg. Fluide preparate cu apă de mare Sunt folosite (din motive economice) la forajul în largul mării. La prepararea noroiului se foloseşte bentonită prehidratată în apă dulce sau attapulgit. Pentru reglarea celorlalte proprietăţi, se utilizează ca aditivi suplimentari la fiecare m3 de noroi: FCLS 5...10 kg; CMC sau amidon 5...10 kg; extract bazic de lignit 10...20 kg; iar la temperaturi ridicate se adaugă cromlignit (CL) sau cromlignosulfonat 3...5 kg. Fluide sarate saturate

53

Se utilizează la traversarea pachetelor groase de sare, pentru a preveni ocnirea găurii de sondă. Fie se transformă noroiul dulce (sau nesaturat) existent în sondă, fie se prepară un noroi sărat din bentonită prehidratată sau attapulgit (50... 70 kg/m3). Având în vedere vâscozităţile mari ce apar la concentraţiile mici, transformarea noroiului dulce în noroi sărat se execută în tranşe limitate, eventual în habe. Noroaiele sărate au viteză mare de filtrare. Apa sărată saturată are densitatea de 1200 kg/m3, de aceea, pentru creşterea densităţii la valori mai mari, se adaugă barită. La densităţi mari, noroaiele sărate sunt vâscoase, eficacitatea fluidizanţilor este redus iar întreţinerea acestor noroaie este dificilă şi costisitoare. Uneori, la adâncimi mari, se recomandă trecerea la emulsii inverse. Fluidele inhibitive pe bază de calciu Fluidele inhibitive pe bază de calciu se prepară în diverse variante (fluide cu var, cu gips, cu clorură de calciu, cu humat de calciu şi combinaţii ale acestora), dar sunt mai puţin inhibitive decât cele cu potasiu. Excesul de Ca2+ previne învâscoşarea ulterioară a fluidului cu argilele pătrunse ca detritus, permite transportarea lor la suprafaţă în agregate mari, o mai bună curăţire a noroiului, precum şi transformarea argilelor sodice din pereţii găurii de sondă în argile calcice (prin formarea unei cruste rezistente, mai puţin hidratabilă şi care asigură o stabilitate mai bună pereţilor sondei). Noroiul cu var Este o primă variantă a fluidelor pe bază de calciu, care s-a folosit în practică. Se prepară dintr-o argilă cu randament ridicat la care se adaugă un fluidizant clasic şi un antifiltrat. Noroiul cu var suportă contaminări cu argilă, cu ciment, cu gips (până la 1%) şi cu NaCl (până la 5%), dar la temperaturi mai mari de 1200C poate atinge gelaţii excesive, mai ales după perioade îndelungate de repaus. Pentru deschiderea unor strate productive, noroiul inhibitiv cu var este superior noroaielor sărate cu NaCl, datorită reducerii blocajului cauzat de hidratarea, umflarea şi dispersarea mineralelor argiloase din strat. Noroiul cu gips La adancimi şi temperaturi mari noroiul cu var prezintă o gelaţie puternică, dar pentru a putea folosi avantajele acestor noroaie inhibitive s-au preparat noroaiele cu gips care au o compozitie asemănătoare celor cu var. Poate fi utilizat la deschiderea unor strate productive în condiţii mai severe de temperatură (l50...1600C), precum şi la traversarea pachetelor groase de argile sodice şi zone salifere. Noroaie pentru marne (noroi pe bazî de clorură de calciu, cu concentraţie foarte mare de ioni de calciu, cu pH mai scăzut şi o termostabilitate ridicată), au o mare capacitate de inhibare a argilelor hidratabile, asigurând în felul acesta stabilitatea pereţilor

54

argiloşi ai găurii de sondă şi protejarea stratelor productive care conţin fracţiuni argiloase.

Fluide pe bază de polimeri Din multele observaţii practice şi studii de laborator s-a constatat că natura şi proprietăţile fluidelor de foraj afectează în mare măsura viteza de avansare a sapei şi metrajul realizat de ea. În sondă, efectul inhibant al polimerilor se datorează formării unei pelicule protectoare ce împiedică pătrunderea apei, umflarea şi dispersarea argilelor. După funcţiile pe care le realizează în fluid, polimerii pot fi: floculanţi complecşi, seleclivi sau cu acţiune dublă.

Fluide pe bază de ţiţei Un fluid pe bază de ţiţei este mult mai bun ca fluid de completare decât un fluid pe bază de apă. Ţiţeiul fiind un produs natural al formaţiunilor productive, el nu poate afecta marnele sau solidele solubile din formaţiuni aşa cum nu deteriorează nici formaţiunea dacă intră în zona productivă sub forma de filtrate. Fluidul tip PARAN (cu polimeri şi electroliţi) La acest tip de fluid poliacrilamidă nehidrolizată (neionică) este folosită în concentraţie de 1...2%, cu rolul de a flocula solidele argiloase forate, de a contribui la realizarea suportului coloidal şi reducerea filtrării, iar ceilalţi aditivi utilizaţi la prepararea acestui noroi sunt: RAG-27, un produs tensioactiv, neionic, în cantităţi de 0,025...0.1%; CMC – purificat 0,5...1,5%; motorină 5...8%; AAS-9, produs tensioactiv neionic, solubil în apă şi în produse petroliere 0.25...0,5%; gips 1...2%. Fluide cu anbidridă maleică-acetat de vinil Acest tip de fluid se prepară atât cu apă dulce cât şi sărată. Apa dulce se amestecă cu 0,15 kg/m3 polimer, apoi se adaugă aproximativ 3% bentonită. Se ridică vâscozitatea la 35...45 s cu sodă calcinată în proporţie de 0,7...1,5 kg/m3. În apă sărată se adaugă 0,2 kg/m3 polimer şi bentonită prehidratată. Fluidul tip polimer-calcar granular Este utilizat în două variante: nemineralizat şi mineralizat cu clorură de potasiu, fără bentonită sau cu un conţinut foarte redus. Polimerii în concentraţie de 0,5…3 kg/m3, asigură capacitatea de suspendare a detritusului şi a baritei, iar împreună cu KCl formează un mediu inhibitiv Filtrarea acestui fluid se controlează cu CMC, amidon sau celuloză polianionică. Fluidele astfel preparate pot fi şi emulsionate cu 5…10% motorină. Fluidul tip TENSROM 55

Componentul principal TENSROMUL, este un amestec de produşi tensioactivi neionici de tip blocopolimeri, cu proprietăţi de control al hidratării şi dispersării argilelor forate, utilizat în cantităţi de 10…25 kg/m3. Proprietăţiile noroiului se îmbunătăţesc prin adăugarea de 5…15kg/m3 CMC, 100…200 1/m3 motorină în prezenţa unui emulgator de tip AAS-9 (2,5...5 kg/m3), 10...25kg/m3 gips sau 1...5kg/m3 var, pentru realizarea unui conţinut de calciu infiltrat de 600...1200 mg/l. Acest fluid asigură o bună protecţie stratelor productive, datorită volomului redus de filtrat, capacităţii de inhibare a hidratării argilelor şi a unei tensiuni superficiale reduse. Fluidul uşor tip AAS - 9 Este o substanţă tensioactivă neionică, care reduce tensiunea interfacială ţiţei-apă, îmbunătăţeşte capacitatea inhibitivă a filtratului, spumează intens noroiul, reducând astfel şi densitatea şi asigura alături de CMC stabilitatea emulsiei de tipul ţiţei în apă. Se utilizează în cantităţi de 5... 15 l/m3, împreună cu 2,5...10 kg/m3 CMC şi 50...300 l/m3 motorină. Fluide pe bază de Poly-Plus Este un copolimer acrilic, cu caracter anionic, cu masa moleculară mare, rapid dispersabil, cu rol de a îmbrăca detritusul argilos, de a stabiliza argilele traversate în timpul forajului şi de a conferi vâscozitate sistemului în care este utilizat. În fluidele fără bentonită (soluţii limpezi), Poly-Plus se comportă ca un floculant total, asigurând transportul detritusului la suprafată, viteze de avansare mărite şi o bună stabilitate găurii de sondă. În fluidele cu conţinut redus de solide, concentraţia de polimer activ se păstrează în domeniul 3...5,7 kg/m3. Această concentraţie duce la încapsularea argilelor reactive în interiorul noroiului şi pe pereţii sondei. Acţiunea polirnerului Poly-Plus este eficientă şi în fluidele dispersate, de tipul Spersene/XP-20. Utilizarea acestuia îmbunătăţeşte proprietăţiile reologice ale sistemului, reduce filtratul şi grosimea turtei şi uşurează eliminarea solidelor forate (măreşte eficienţa sistemului de curăţire). Poly-Plus poate fi adaugat în orice fluid cu pH scăzut, pe bază de apă dulce sau tratat cu KCl, pentru a reduce umflarea argilelor. Datorită acţiunii pe care o are asupra detritusului şi capacităţii de a menţine în suspensie chiar şi particulele de dimensiuni mari, prin utilizarea polimerului Poly-Plus se realizează viteze de avansare mărite, se reduc ţinerile pe gaură şi manşonarea sapei şi stabilizatorilor. Sisteme de fluide Fla-Pro Sistemele de fluide Flo-Pro sunt noroaie pe bază de apă, cu caracteristici reologice deosebite, un filtrat redus şi comportament optim în sonde deviate, orizontale, cu gradientul presiunii din pori scăzut. Fluidele de tip Flo-Pro cuprind un număr minim de compuşi, fiecare dintre aceştia având funcţii bine definite. Aditivii utilizaţi dizolvă în

56

apă dulce, apă de mare sau saramuri. Cei mai uzuali componenţi dintr-un sistem Flo-Pro sunt: Flo-Vis, biopolimer care conferă fluidului proprietăţi reologice deosebite şi de suspendare a solidelor. NaCl şi/sau KCl, conferă sistemului proprietăţi inhibitive şi măresc densitatea fără creşterea conţinutului de solide. În plus, prezenţa sărurilor contribuie la creşterea stabilităţii biopolimerului. La temperaturi ridicate sei accentuează proprietăţile de vâscozitate la viteze de forfecare reduse. Flo-Trol, un derivat al amidonului, utilizat pentru a reduce cumulativul de filtrate şi care contribuie la formarea unei turte de colmatare subţire şi elastic şi la accentuarea proprietăţii sistemului de a prezenta vâscozitate la viteze de forfecare scăzute. CaCO3 (Lo-wate), sub formă de particule de anumite dimensiuni, cu rolul de agent de podire, menţinând particulele coloidale în turta formată la suprafaţa formaţiunii forate. Particulele sunt solubile în acizi şi pot fi uşor îndepărtate în timpul operaţiilor de întreţinere sau reparaţii. Kla-Cure, compus chimic cu masă moleculară mică, solubil în apă, compatibil cu biopolimerul Flo-Vis căruia îi accentuează funcţiile. Datorită caracterului amfoter produsul Kla-Cure se leagă de argile şi marne, împiedicând hidratarea acestora la contactul cu fluidul de foraj sau filtratul lui. NaO, KOH sau MgO, conferă alcalinitate sistemului, asigurând un pH=8,5...9,5 şi contribuie la mărirea randamentului biopolimerului Flo-Vis. Sistemului i se pot adăuga şi alţi aditivi cum este Lube-167, un lubrifiant eficient. Caracteristica distinctivă a sistemelor Flo-Pro este comportamentul vâscoelastic: sunt caracterizate de vâscozităţi ridicate la viteze de forfecare scăzute şi gelaţii constante, cu valori moderate, la viteze de forfecare ridicate. Acest comportament conferă o capacitate deosebită de curăţire a găurii de detritus, calitate esentială mai ales în sondele cu înclinare mare, pană la orizontală. Sistemele Flo-Pro sunt preferabile şi pentru că protejează stratele productive la traversarea acestora prin foraj. Sisteme Glydril Sistemul Glydril este un sistem activat cu poliglicol pentru a obţine un fluid de foraj comparabil cu emulsiile inverse ca eficienţă a inhibării argilelor. Pentru realizarea unui astfel de sistem se utilizează următorii componenti:  XCD sau Flo-Vis pentru crearea de vâscozitate, în cantităţi de 0...6,0 kg/m3;  POLYP AC pentru controlul suplimentar al vâscozităţii, dar şi cu rol antifiltrant, în cantităţi de 8,0...14,0 kg/m3;  POLY-PLUS, 2,0...5,0 kg/m3, cu rol de încapsulare a detritusului argilos;  NaOH şi/sau KOH, 0,1...1,0 kg/m3, pentru reglarea pH-ului;  NaC/ şi/sau KCl, pentru inhibarea argilelor, în cantităţi necesare, putând ajunge până la saturatie;  Glydril, în proporţie de 3...5%, în stare solubilă neutralizează sarcinile libere de pe suprafaţa argilelor, inhibă hidratarea şi dispersarea lor; 57

Caracteristica esenţială a acestui sistem este temperatura la care poliglicolul se schimbă de la totală solubilitate în apă la insolubilitate (temperatura respectivă se numeşte Cloud-Point şi poate fi măsurată şi proiectată pentru condiţiile concrete ale fiecărei sonde). Prin schimbarea mediului chimic şi creşterea temperaturii, poliglicolul devine insolubil, blochează porii şi microfisurile formaţiunii traversate, împiedicând pătrunderea în profunzime a filtratului şi/sau a fluidului de foraj. Se obţin astfel performanţe mai bune de avansare a sapelor, creşte stabilitatea pereţilor sondei, creşte integritatea şi gradul de inhibare a detritusului, se reduce contaminarea formaţiunilor productive şi creşteri substanţiale ale productivităţii sondelor.

58