Cursul 4

A. Caracteristicile fluidelor de foraj Determinri n laborator Pentru sparea diferitelor roci, fluidul de foraj trebuie s ndeplineasc anumite caliti, adic anumite caracteristici care se pot corecta n timpul forajului. Aceste caracteristici sunt: greutatea specific, viscozitatea, tixotropia, filtraia, coninutul de nisip, stabilitatea, indicile pH, salinitatea.Fluidele de Foraj i Impactul lor n MediuCORNELIU HORAICU

1. Greutatea specific Greutatea specific greutatea unitii de volum se noteaz cu Presiunea hidrostatic a coloanei de fluid de foraj trebuia s fie cu (10...15) 105N/m2 mai maredect presiunea fluidelor din strat. Astfel greutatea specific necesar este dat de relaia:

= [Ps+(10...15)105] x 10 / Hn care: H este adncimea stratului.Ps presiunea stratului. n antiere, greutatea specific a noroiuluise face cu ajutorul cntarelor de noroi (figura alturat) Reglarea cntarului se face n felul urmtor: - se umple cu ap vasul 3 i se aga n crlig; - se mic contragreutatea 5 pn cnd acul6 ajunge n dreptul braului reper 7; - se fixeaz contragreutatea 5; Pentru determinarea greutii specifice: - se umple cu noroi vasul 3 i se aga de crlig; - se deplaseaz cursorul 2 pn cnd indicatorul ajunge n dreptul braului reper 7. - diviziunea de pe prghie indicat de cursorul 2 reprezint greutatea specifica noroiului.

2. Viscozitatea Viscozitatea sau rezistena pe care o opune un fluid la curgere, alturi de tensiunea de frecare a fluidului i tixotropia, caracterizeaz comportarea lui la scurgere; numite i proprieti reologice. Viscozitatea (viscozitatea plastic i tensiunea dinamic de forfecare) se determin cu viscozimetre sau reometre. n mod curect se utilizeaz viscozimetru cu cilindri coaxiali, tip FANN.Fluidul de cercetat se afl ntre doi cilindri, unul interior fix 2, legat de un arc spiral de torsiune 3 i altul exterior 1, mobil, acionat n micare de rotaie de un motor 5, printr-o cutie de viteze 6.

La o turaie n a cilindrului mobil, cilidrul fix se rotete cu unghiul , dat de rsucirea arcului spiral. Acest unghi depinde de caracteristicile reologice ale fluidului. Viscozimetrul dispune de ase viteze de rotaie: 3,6,100,200,300 i 600 rot/min. Pentru fluidele newtoniene (la care tensiunea de forfecare) este propoional cu viteza de deformare) p = 300 (cP), reprezint unghiul de rsucire pentru 300 rot/min. Pentru fluidele bingamiene (la care tensiunea de forfecare nu este proporionala cu viteza de deformare, datorit structurii lor eterogene majoritatea fluidelor de foraj sunt suprinse aici)p = 600 - 300 (cP). cP este unitate de msur pentru viscozitate numit contipoise egal cu (10 -2 x N x a) / m2. n antier, pentru apreciere viscozitii fluidului de foraj se folosete noiunea de viscozitate convenional sau relativ V, exprimat ca timpul de curgere a unui dm3 de fluid dintr-o plnie standard (plnia Marsh), cu capacitatea de 1,5 dm3, prevzut la partea inferioar cu un tub calibrat, avnd deschiderea de 3,175 mm. Pentru ap, la 20C, timpul de scurgere este 28s, iar pentru un fluid de foraj obinut 40...60s.

3. Tixotropia Fenomenul de gelificare a fluidelor de foraj cnd sunt lsate n repaus i de revenire n stare fluid (sol) cnd sunt agitate, se numete tixotropie.Fenomenele de transformare sol-gel si gel-sol se repet de o infinitate de ori. Gelaia este capacitatea fluidelor de foraj de a forma o structur.Ca urmare a tixotropiei, la ntreruperea circulaiei, fragmentele de detritus sunt prinse n structura format i nu se mai depun, evideniindu-se inconvienienele ce ara putea s apar datorit sedimentrii. Gelaia se determin prin variaia forei tangeniale statistice de forfecare la un interval de timp stabilit i se efectueaz n laborator cu aparatul SMS-2 sau cu vscozimetrul tip FANN. Pentru fluidele binghamiene (tensiunea dinamic de forfecare) = 4,88 10 la 7 N/cm ptrat. 4.. FiltraiaPrin filtraie se nelege fenomenul de cedare a unei pri din faza lichid, liber, de obicei ap, coninut n fluidul de foraj, prin pereii poroi ai gurii de sond, sub influena diferenei dintre presiunea de foraj i presiunea din stratele traversate.Ca urmare a fenomenului de filtrare a apei libere din fluidul de foraj pe pereii sondei se depune o crust de argil (turt de colmatare) de grosime i permeabilitate variabil. Pentru fluidele de foraj ap argil, relaia general a filtrrii este:

n care:F volumul filtrat n timpul t;R raportul dintre volumul de filtrat i volumul de solide depuse ca turt;K permeabilitatea turtei formate;P diferena de presiune la care are loc filtrarea;a vscozitatea filtrantului.Odat cu creterea temperaturii, vscozitatea scade i volumul de filtrat crete.Determinarea capacitii de filtrare i colmatare se face curent, n condiii statice, cu aparate denumite prese-filtru, se utilizeaz ca mediu permeabil, hrtie de filtru. Cea mai larg utilizare o are presa filtru tip Baroid; determinarea se face la o diferen de presiune p= 7 . 10 la 5 N/m ptrat i dureaz 30 min.Filtratul este colectat ntr-un cilindru gradat; pe hrtia de filtru rmne turta de colmatare, a crei grosime se msoar.

Presa filtru tip BaroidUn fluid de foraj care, la presa-filtru Baroid, filtreaz maximum 10 cm cubi i depune o turt cu grosimea de cel mult 2 mm, se consider a fi bun. Dac filtratul este sub 5 cm cubi, iar grosimea turtei sub 1 mm, fluidul respectiv este foarte bun.Valorile determinate cu ajutorul unei prese-filtru sunt indicative.

5. Coninutul de nisip.Coninutul de nisip reprezint concentraia procentual, n volum, de particule solide n fluidul de foraj, cu diametrul cuprins ntre 0,074 mm i 3 mm, care nu au putut fi separate prin sistemul de curire existent la sond.Particulele provin din impuritile argilei i din roca forat, au un caracter abraziv i produc uzura unor piese aflate pe traiectul de circulaie. Coninutul de nisip pentru forajul cu mas nu trebuie s fie mai mare de 2 ... 3 %, iar pentru forajul cu turbin, maximul 1 %.Determinarea coninutului de nisip se face prin elutriere (splare) folosindu-se aparatul denumit elutriator sau prin centrifugare.La elutriator viteza curentului ascendent de ap, n spaiul dintre eprubet i tubul de splare , este de 49 mm/s, capabil s antreneze toate particulele solide cu diametrul sub 0,074.Pentru efectuarea msurtorii prin centrifugare, se ia o prob de noroi, ce se introduce n dou eprobete de cte 50 cm cubi, introducndu-se numai cte 10 cmc, n fiecare , apoi se completeaz cu ap i se supun centrifugrii 5 min. Se citete volumul nisipului depus pe fundul eprubetelor i se nmulete cu 5 obinndu-se procentul de nisip volumetric.n cazul noroaielor cu barit, nisipul se depune ntre stratul de barit i cel de argil.

6. StabilitateaPrin stabilitate se nelege proprietatea sitemelor disperse de a nu se separa. Proba de stabilitate a noroiului de foraj se folosete pentru a pune n eviden variaia greutii specifice la diferite niveluri ale noroiului, lsat s sedimenteze, fapt ce constituie un indiciu al stabilitii acestuia. Practic se procedeaz astfel: un cilindru de sticl cu dop lefuit se umple cu noroi pn la marc, dup care se las la repaus 24 h, la temperatura de 20 grd. C. Dup trecerea acestui interval de timp, cu ajutorul unei pipete sau a unui sifon se extrage jumtatea de sus a noroiului, cruia dup agitare i se determin greutatea specific. Partea rmas n cilindru se agit i apoi i se determin greutatea specific. Un noroi normal nu trebuie s prezinte o diferen de greutate specific mai mare dect 0,02, iar un noroi ngreuiat, o diferen mai mare de 0,05.7. Indicele pHIndicele pH arat gradul de aciditate sau de alcalinitate al fluidului de foraj. Noroaiele naturale au pH = 7-8, 8, iar cele tratate pH = 8 ... 13.Msurarea pH-ului se face prin metoda calorimetric (la filtratul fluidului) sau prin metoda electrometric.8. Salinitatean fluidul de foraj se dizolv o serie de sruri coninute n detritus. Determinarea acestor sruri se face att pentru a cunoate agenii contaminatori ct i pentru corelarea cu datele de zcmnt. n mod obinuit este necesar s se cunoasc coninutul n cloruri i coninutul n ioni de calciu. Determinarea acestora se face prin analize chimice cantitative.

B. Prepararea fluidelor de forajCei doi componeni de baz ai noroiului de foraj: apa i argila, se pot amesteca fie pe cale natural (n sond) fie la suprafa cu un echipament adecvat.n cazul traversrii unor roci argiloase , cu coninut mare de bentonit, prepararea fluidului de foraj se poate face direct n gaura de sond. O parte din roca dislocat se disperseaz n fluidul de circulaie, formndu-se un noroi de foraj corespunztor. Fluidul de circulaie este apa sau un noroi foarte diluat.

CaracteristiciFluide pe baz de apFluide negreCu ap i argilCu emulsie de produse petroliereCu amidonCu baz de silicat de sodiuCu baz de varGreutate specific(Kgr/dm3)1,15-1,201,001,15-1,201,451,15-1,200,9-0,95Vscozitate (S)30-3554-5580mare35-4060Filtraie (cm3)sub 2010520-305maximTurta (mm)32121urmepH8-99-10Sub 111312-

Amestecul la suprafa se face cu ajutorul unui amestector hidraulic (mixer sau plnie de amestec). Se utilizeaz argil de calitate, sub form de praf. Apa este pompat prin conducta de alimentare 3, prevzut cu duza 4, iar argila prin plnia 1. Contactul dintre ap i argil se face n camera de amestec 5. Cantitatea de argil necesar preparrii unui volum de noroi se determin cu relaia:n care: Gag cantitatea de argil; Vn volumul de noroi; n densitatea noroiului; a densitatea apei; ag densitatea argilei

Sita vibratoare este compus dintr-o ram 1, pe care se afl prins o plas metalic i care se sprijin pe un batin (cutie) 2, prin intermediul unei suspensii elastice 3 (arcuri de oel lamelare sau spirale, blocuri de cauciuc). La ram sunt fixate dou lagre 4, pe care se sprijin un ax cu masa excentric, acionat n micarea de rotaie de un motor electric 5, cu puterea de 4-5 Kw. Rama sitei este nclinat cu 10-15 grade n direcia de curgere a fluidului. Plasa are 16-50 ochiuri /cmp.Vibraia sitei de 750-2000 oscilaii pe minut i amplitudinea de 1,5 4,5 mm.i celelalte substane solide pulverulente, necesare tratrii fluidelor de foraj, se pot aduga tot prin amestecul hidraulic.C. Curirea fluidelor de forajFluidul de foraj preia detritusul din talpa gurii de sond, ajuns la suprafa, el trebuie curat. n mod obinuit acest lucru se face pe cale mecanic, cu ajutorul unor echipamente speciale: site vibratoare, hidrocicloane, centrifuge, etc.

Fluidul de foraj, ce iese din sond curge pe sit separndu-se n fluid curat ce este dirijat spre habe i detritisul se coboar i cade n faa sitei datorit vibraiilor. Pentru debite de fluid peste 35 dmc/s se folosesc site duble sau dou site montate n paralel.Hidrocicloanele sunt dispozitive de separare a particulelor solide , n mod special a celor ce nu se separ prin site vibratoare (1 mm).

n hidrociclon (figura alturat), fluidul de foraj intr tangenial, prin conducta 1; fluidul curat este evacuat prin ieirea superioar 2, iar fluidul cu particule solide, prin ieirea inferioar, prevzut cu duza 3.Fluidul se introduce cu o pomp centrifugal, la presiunea de 0,5 3,5 . 10 la 5 N/mp. Viteza de intrare este de 3-9 m/s. Hidrocicloanele se folosesc n general, montate n baterii de 3-12 buci.Degazeificarea fluidelor, dac este cazul, se face cel mai eficient prin metoda degazeificrii cu vaccum.De asemenea la tratarea unor fluide de foraj cu substane cu grad de toxicitate se vor lua msuri corespunztoare de protecie