1

EXTRACŢIA PETROLULUI

OPERAŢII DE STIMULARE

INTERVENŢII ŞI REPARAŢII

2

INFLUENŢA ZONEI DE STRAT

DIN JURUL GĂURII DE SONDĂ

ASUPRA EXPLOATĂRII SONDELOR

1.1. Cauzele care conduc la blocarea curgerii fluidelor

din stratele productive spre sonde

Pe întreaga durată de exploatare a unui zăcământ de hidrocarburi de la

deschidere, punere în producţie şi apoi pe parcursul exploatării până la stadiul

de epuizare a sa din punct de vedere energetic, pot interveni o serie de factori şi

de fenomene, care prin natura, frecvenţa şi intensitatea lor, au ca efect crearea

unei bariere în calea curgerii libere a fluidelor din sistemului strat - sondă în

ambele sensuri

Schimbaea condiţiilor naturale de echilibru în care se află rocile şi

fluidele conţinute în zona din vecinătatea găurii de sondă. conduce la o

diminuare a afluxului de fluide din strat în sondă pentru sondele de extracţie şi

o scădere a influxului de fluide care sunt introduse din sondă în strat în cazul

sondelor de injecţie.

Rezistenţa la curgere întâmpinată de fluide în zona de strat din jurul

găurii de sondă poate avea cauze multipleGradul de blocare al curgerii

fluidelor în această zonă depinde de caracteristicile fizico-geologice ale

zăcământului deschis pentru exploatare (compoziţia mineralogică a rocilor

colectoare, proprietăţile fizice ale rocilor colectoare şi ale fluidelor conţinute),

dar şi de modul de deschidere prin foraj, respectiv de modul de punere în

producţie şi exploatare a sondelor.

Rezultatul final al creării acestor rezistenţe la curgere îl constituie

pierderea parţială sau totală a capacităţii de producţie a stratului care impune ca

necesitate imediată aplicarea operaţiilor specifice de intervenţie în vederea

diminuării deteriorărilor produse şi refacerii condiţiilor de curgere a fluidelor

din formaţiunea respectivă.

Principalele cauze care duc la frânarea şi uneori chiar la blocarea curgerii

fluidelor, afectând capacitatea de producţie a formaţiunilor exploatate şi

implicit productivitatea sondelor, sunt:

a) neuniformitatea colectorului;

b) imperfecţiunea hidrodinamică;

c) reducerea permeabilităţii formaţiunii productive din jurul peretelui

sondei provocată de:

- fluidele utilizate în etapa de pregătire a sondei pentru exploatare:

• fluide de foraj;

• paste de ciment;

• fluide de perforare;

• fluide de punere în producţie;

- fluidele utilizate în perioada de exploatare a sondei:

• apa introdusă pentru curăţirea prin circulaţie a nisipului din talpă

• fluide introduse în sonde pentru efectuarea operaţiilor de stimulare sau

de recuperare secundară (soluţii alcaline, abur, dioxid de carbon);

d) schimbarea condiţiilor de zăcământ;

e) aplicarea metodelor de prevenire şi combatere a viiturilor de nisip;

f) aplicarea incorectă a unor metode de intensificare a afluxului de fluide

3

Efectele filtratului pătruns în stratele productive în timpul forajului şi

punerii sondelor în producţie, ale apei introduse în strat în perioada de

exploatare şi ale schimbării condiţiilor de zăcământ sunt:

- blocarea cu apă;

- umflarea şi dispersarea argilei;

- depunerea crustelor;

- formarea emulsiilor;

- blocarea cu bacterii;

- modificarea proprietăţilor rocii colectoare;

- depunerea unor fracţii grele de ţiţei în porii rocii;

- formarea unei zone cu saturaţie mare în gaze.

De cele mai multe ori, mecanismele de deteriorare a curgerii fluidelor în

zăcământ se suprapun şi generează efecte complexe. Aproape fiecare operaţie

realizată într-o sondă (de foraj, pregătire pentru punerea în producţie,

intervenţii şi stimulare) poate constitui o potenţială sursă de contaminare.

De aceea, în practică este foarte important ca specialiştii care se ocupă de

exploatarea zăcămintelor de petrol şi gaze să cunoască cu precizie tipul blocării

precum şi condiţiile termodinamice, care au generat sau au influenţat separarea

şi depunerea materialului de blocare pentru a putea proiecta şi realiza operaţiile

de modificare în sens favorabil şi eficient a procesului de exploatare şi

respectiv a estima efectele acestor operaţii.

Ca rezultat al eforturilor întreprinse în domeniul cercetării, în ultimii ani

s-au făcut importante progrese privind identificarea factorilor cauzali şi de

întreţinere a contaminării şi în perfecţionarea tehnicilor şi tehnologiilor de

tratare aplicate în scopul diminuării sau prevenirii contaminării şi stimulării

curgerii fluidelor în stratul productiv.

a. Neuniformitatea colectorului

Această însuşire a unui zăcământ de hidrocarburi, des întâlnită, apare ca

evidentă în cazul în care o sondă produce cu un debit sensibil mai mic decât al

sondelor din jur, care produc din aceeaşi formaţiune, ca urmare a

permeabilităţii naturale reduse în zona de drenaj a acestei sonde, în comparaţie

cu cea din zonele de drenaj ale sondelor vecine. Variaţia de permeabilitate

poate fi consecinţa diferenţei majore dintre compoziţiile mineralogice ale

rocilor care intră în alcătuirea formaţiunii respective.

Curgerea fluidelor prin medii poroase are loc în spaţii mici şi cu

intercomunicaţii multiple, cu frecare interioară a fluidului în spaţii mărginite de

pereţi impermeabili. Permeabilitatea unui strat productiv variază în diferite

puncte ale stratului. Întrucât, în general, permeabilitatea variază cu direcţia de

stratificaţie, mediul poros prin care se deplasează fluidele este un mediu

anizotrop din punct de vedere al permeabilităţii. De regulă, permeabilitatea pe

direcţia de stratificaţie este mai mare decât cea perpendiculară pe direcţia de

stratificaţie

Într-o sondă, în care deschiderea prin foraj a stratului anizotrop se realize-

ază complet, curgerea fluidului se poate considera ca plan - radială, iar dacă

forajul sondei nu se realizează până la culcuşul stratului, curgerea este

considerată radial - sferică.

În curgerea plan - radială a fluidelor din stratul productiv spre sonde,

suprafaţa de filtrare scade pe măsură ce se micşorează distanţa (raza) până la

sondă, iar vitezele de curgere cresc corespunzător şi ca urmare rezistenţa la

4

curgere a fluidelor în zona din jurul găurii de sondă se măreşte. În cazul unor

strate cu permeabilitate mare, această rezistenţă la curgere nu împiedică

obţinerea unor debite convenabile ale sondelor. La stratele cu permeabilitate

mică, rezistenţa la curgere poate determina obţinerea unor debite scăzute ale

sondelor, mai ales când nu se dispune de presiuni de zăcământ, care să permită

crearea unei presiuni diferenţiale suficient de mare între strat şi sondă. În astfel

de cazuri, în vederea măririi permeabilităţii stratului în zona din jurul sondei se

pot aplica metode de tratare corespunzătoare, cum ar fi fisurare hidraulică

neutră sau acidă.

b. Imperfecţiunea hidrodinamică

În procesul de pregătire a unei sondei pentru exploatare, efectele

penetrării parţiale a stratului productiv şi ale echipării sondei în dreptul

acestuia, privite din punct de vedere hidrodinamic, introduc în sistem unele

modificări cu implicaţii nefavorabile asupra curgerii fluidelorApariţia

rezistenţelor suplimentare conduce la o diminuare a capacităţii de producţie a

formaţiunii.

Printr-o sondă hidrodinamic perfectă se înţelege o sondă care îndeplineş-

te următoarele condiţii:

- traversează complet stratul productiv pe întreaga grosime;

- gaura de sondă rămâne netubată şi neutilată cu vreun dispozitiv de

construcţie specială (filtru) în dreptul stratului productiv.

Prin imperfecţiune hidrodinamică se înţelege nerespectarea uneia din

aceste condiţii. În această situaţie, sonda poate deveni din punct de vedere

hidrodinamic:

• imperfectă după grad;

• imperfectă după mod.

b1.O sondă este imperfectă după gradul de deschidere, când stratul

productiv este penetrat numai parţial în procesul de foraj.

În cazul în care stratul ar fi penetrat complet, ar exista tendinţa de

formare a conurilor de apă la talpa sondei sau s-ar putea realiza o zonă de

tranziţie la contactul apă – ţiţei, care prezintă o anumită distribuţie a saturaţiei

cu fluide;

b2. O sondă este imperfectă după modul de deschidere, când accesul

fluidelor din strat în sondă se face numai printr-o porţiune din suprafaţa

deschisă a stratului productiv.

Utilarea sondei, în dreptul formaţiunii productive se realizează cu scopul

de a asigura stabilitatea scheletului mineral solid al stratelor productive slab

consolidate sau neconsolidate, pentru ca în perioada de exploatare să se

limiteze sau chiar să se opreas- că deplasarea particulelor solide din strat în

sondă, odată cu fluidele. Prezenţa în dreptul pereţilor stratului productiv a unei

coloane tubate, cimentate şi perforate sau a unui dispozitiv de construcţie

specială, realizează o suprafaţă de curgere mai mică decât suprafaţa stratului

deschis şi produce unele schimbări ale curgerii prin introducerea în sistemul

strat - sondă a unor elemente cu efect de frânare a deplasării fluidelor.

Debitul unei sonde perfecte din punct de vedere hidrodinamic Q0p, spre

care are loc o curgere plan - radială, a unui lichid omogen şi incompresibil, în

regim de filtrare liniar şi staţionar, printr-o zonă de drenaj de formă cilindrică

5

cu secţiune inelară, alcătuită dintr-un mediu poros uniform (izotrop), se expri-

mă prin relaţia:

s

ctt

dcp

r

Rb

)pkh(pQ

ln

20 , (1.1)

unde: Q0p este debitul unei sonde perfecte din punct de vedere hidrodinamic, în

condiţii de suprafaţă;

k - permeabilitatea stratului productiv;

h - grosimea stratului productiv;

pc - presiunea de contur;

pd - presiunea dinamică a fluidului în dreptul stratului productiv;

Rc - raza conturului de alimentare;

rs - raza sondei;

bt - factorul de volum al lichidului;

t - vâscozitatea fluidului, în condiţii de zăcământ.

Debitul unei sonde imperfecte din punct de vedere hidrodinamic Q0i într-o

formă generală, se poate exprima cu relaţia:

s

ctt

dci

r

Rsb

ppkhQ

ln

2

1

0 . (1.2)

Coeficientul de corecţie s1 caracterizează rezistenţa opusă curgerii

datorită imperfecţiunii sondei (factor al efectului pseudoskin sau skin aparent,

pentru compensarea căruia este necesară o cădere de presiune suplimentară

pentru a obţine acelaşi debit ca în cazul când nu ar fi survenit modificările

respective):

hp sss1 , (1.3)

unde: ps este coeficientul care caracterizează rezistenţa opusă curgerii libere a

fluidelor din strat în sondă, datorită imperfecţiunii sondei după

modul de deschidere;

hs - coeficientul care caracterizează rezistenţa opusă curgerii, datorită

imperfecţiunii sondei după gradul de deschidere al stratului.

Coeficienţii ps şi hs sunt factori care caracterizează pseudoskinurile de

origine mecanică şi fizică, ce sunt atribuite sondei în sine şi care se menţin

după echiparea ei.

Pentru determinarea coeficienţilor ps şi hs se pot utiliza relaţii analitice

sau diagrame prezentate în lucrările de specialitate.

Pentru a estima valoarea factorului efectului pseudoskin, în cazul instală-

rii în sondă a unui filtru metalic simplu (cu şliţuri sau cu orificii), pot fi

utilizate relaţii analitice adaptate de Sciurov şi Muskat.

V.I. Sciurov, în urma cercetărilor făcute pe modelele electrice, a construit

diagrame mai complete pentru obţinerea valorilor factorului pseudoskin sp.

6

Aceste valori sunt funcţie de: diametrul coloanei de exploatare D, adâncimea

de pătrundere în strat a unui glonţ l, diametrul glonţului, dp, şi de numărul de

perforaturi, n. Cu cât numărul de perforaturi, diametrul perforaturilor şi

adâncimea de penetrare a gloanţelor sunt mai mari, se pot obţine valori sp < 0.

Acest lucru se explică prin mărimea suprafeţei de filtrare în strat, create de

canalele practicate de gloanţele care pătrund în mediul poros.

Pseudoskinurile au o importantă influenţă asupra condiţiilor de producţie,

deoarece ele induc căderi suplimentare de presiune:

12

0 skh

bQp tti

supl . (1.4)

Debitul Q0i al unei sonde imperfecte hidrodinamic se poate scrie şi sub

forma:

r

ctt

dc

r

Rb

)pkh(pQ i

ln

20 . (1.5)

În modul acesta se vede că debitul unei sonde hidrodinamic imperfecte

este egal cu cel al unei sonde hidrodinamic perfecte (relaţia 1.1) ce produce în

aceleaşi condiţii, dar care ar avea raza redusă rr , obţinută cu relaţia:

1s

sr

e

rr . (1.6)

Evident că dacă s1 0 (cazul existenţei unei rezistenţe suplimentare în

calea curentului de fluid, la intrarea din strat în sondă), atunci rr rs.

c1. Pătrunderea în stratul productiv a fluidelor utilizate în etapa

de pregătire a sondei pentru exploatare

În timpul traversării prin foraj a stratelor cu acumulări de hidrocarburi, în

urma expunerii mediului poros la acţiunea fluidului de foraj pe bază de apă, în

acest mediu poate avea loc invazia separată sau simultană a:

- fluidului de foraj;

- particulelor solide, neumectabile din fluidul de foraj;

- filtratului, provenit din apa liberă sau de constituţie din fluidul de foraj.

Deteriorarea formaţiunii productive în timpul forajului este o problemă

frecventă şi greu de evitat, în mod deosebit pentru sondele care deschid

zăcăminte cu permeabilitate foarte mică.

În formaţiunile productive, care conţin minerale argiloase de tip

expandabil, pătrunderea fluidelor pe bază de apă conduce la dificultăţi serioase

atât în ceea ce priveşte forajul cât şi în ce priveşte exploatarea.

Destabilizarea argilei în timpul forajului stratelor marnoase poate să

producă prinderea garniturii de prăjini de foraj, instabilitatea găurii de sondă

şi concentrarea sub formă de solide nedorite a sfărâmăturilor detritice,

antrenate şi dispersate în fluidul de foraj. Când un astfel de fluid (pe bază de

apă) invadează o zonă productivă ce conţine minerale argiloase, se poate

7

realiza o puternică şi permanentă scădere a permeabilităţii efective faţă de ţiţei,

ca rezultat al umflării argilei, migrării particulelor argiloase şi astupării de către

aceste particule a constricţiilor porilor. Acest fenomen poate avea loc şi în

timpul operaţiilor de tratare a stratelor productive, realizate înainte de punerea

în producţie.

Toate fluidele străine, pătrunse în mediul poros, se găsesc într-un

dezechilibru fizic şi electrochimic cu roca colectoare şi fluidele conţinute

datorită incompatibilităţii dintre proprietăţile lor fizico – chimice.

Adâncimea de pătrundere a fluidelor de foraj sau a filtratului şi cantitatea

de particule solide care rămân în porii rocii depind de susceptibilitatea stratului,

care este în funcţie de presiunea diferenţială dintre sondă şi strat, de conţinutul

şi natura mineralelor componente ale rocii, de permeabilitatea şi porozitatea

mediului solid şi de caracteristicile fluidelor introduse în sondă.

Depunerea particulelor solide în porii interiori ai rocilor colectoare are ca

rezultat o micşorare a permeabilităţii absolute a acestora, în timp ce invazia

fluidelor şi a filtratului din fluide are ca rezultat o micşorare a permeabilităţii

efective a mediului poros faţă de ţiţei.

Ca urmare a efectelor solvato – peliculare şi/sau adsorbţie – solvatare

care se produc în strat prin pătrunderea fazelor de constituţie a fluidului de

foraj, a fluidului de stimulare, se ajunge la o reducere semnificativă a secţiunii

libere de curgere a mediului poros, în special în rocile cu porozitate mică.

Aceste efecte tind să se realizeze ca urmare a fixării mai mult sau mai

puţin rigide, pe suprafaţa canalelor, a uneia sau mai multor specii de atomi sau

molecule prin fenomenul de atracţie. Forţele care au ca efect fixarea

menţionată pot fi forţe de atracţie atomică şi moleculară (de tip Van der Waals)

ori legături de valenţe libere. Alte forţe care mai intervin între atomii cu sarcini

electrice neechilibrate sunt cele ionice, electrostatice, invers proporţionale cu

pătratul distanţei, atractive între ionii cu sarcini de sens contrar, repulsive între

ionii de acelaşi semn.

Tensiunile care apar la suprafaţa de contact dintre atomi şi/sau molecule

care determină puterea de fixare a acestora sunt dependente de natura atomilor

şi/sau moleculelor respective. Astfel pe suprafaţa de contact dintre atomii

(moleculele) aceleiaşi faze se dezvoltă tensiuni interfaciale, iar pe suprafaţa de

contact dintre atomii (moleculele) a două faze diferite sunt iniţiate tensiuni

superficiale

. c2. Pătrunderea în stratul productiv a fluidelor utilizate în perioada

de exploatare a sondei

În prezent procesele de injecţie de apă, sub diferite variante, au o pondere

importantă în cadrul metodelor de recuperare secundară aplicate în ţara noastră.

Apele folosite în procesul de injecţie provin din zăcăminte cu caracteristici

diferite şi variabile în timp. Caracteristicile fizico – chimice ale apelor de

injecţie trebuie cunoscute şi corelate, pentru ca aceste ape injectate să nu

blocheze canalele de curgere din strat prin impurităţile pe care le conţin şi prin

produşii rezultaţi din reacţiile cu unele mineralele din rocile colectoare şi cu

diferite componente ale fluidelor din zăcământ la temperatura respectivă.

Cu cât conţinutul în suspensii mecanice, ţiţei, emulsii, bicarbonat de Ca,

Mg, Fe, sulfaţi de Ca, Mg, substanţe coloidale organice, gaze (O2, H2S),

bacterii este mai ridicat, cu atât creşte gradul de blocare.

8

Depunerile formate în timpul exploatării sondelor se pot întâlni pe

coloană, în perforaturi şi/sai în formaţiune pe o distanţă a cărei mărime este în

funcţie de caracteristicile apei injectate, a rocilor colectoare şi a apei de

zăcământ.

Apa folosită ca fluid de circulaţie pentru spălarea dopurilor de nisip din

sonde poate produce umflarea şi dispersarea mineralelor argiloase. Aceste

efecte de blocare a spaţiilor poroase din formaţiunile productive sunt

dependente de compoziţia mineralogică şi de distribuţia mineralelor argiloase

în rocile colectoare

d. Schimbarea condiţiilor de zăcământ

Studiile efectuate de unii cercetători au arătat că din gama parametrilor

care caracterizează condiţiile de zăcământ, presiunea şi temperatura

îndeplinesc un rol determinant.

Aceşti parametri schimbă proprietăţile fluidelor de foraj utilizate la

săparea sondelor şi a pastelor de ciment folosite la cimentarea coloanelor.

Fluidele din formaţiunile productive, pe parcursul exploatării acestora îşi

schimbă unele propietăţi în timpul aplicării unor operaţii termice de stimulare

sau a unor metode de recuperare secundară cu efect de creştere a temperaturii

(combustie subterană).

S-a stabilit că temperatura influenţează în mod considerabil proprietăţile

reologice, coloidale şi electrochimice ale fluidului de foraj.

Astfel, la creşterea temperaturii pot apare următoarele fenomene:

- se reduce vâscozitatea fazei lichide din fluidul de foraj;

- se intensifică procesele de hidratare şi umflare a argilelor;

- se accelerează reacţiile chimice dintre aditivi şi particulele argiloase;

- unele substanţe se degradează ireversibil;

- majoritatea sărurilor îşi modifică solubilitatea.

La fluidele pe bază de produse petroliere densitatea şi vâscozitatea scad

când temperatura creşte, dar ele cresc când presiunea se măreşte.

Temperatura influenţează hotărâtor procesele de hidratare şi de formare a

structurii pastei de ciment.

Laptele de ciment la temperatura de 40 C poate avea un timp de îngrşare

mai mare de 240 min, iar la temperatura de 90 C timpul de îngroşare poate fi

sub 100 min. Micşorarea timpului de îngroşare, ca urmare a creşterii tempera-

turii, conduce de multe ori la cimentări nereuşite, deoarece devine imposibilă

plasarea pastei de ciment în spatele coloanei la nivelul stabilit.

Presiunea are un efect asemănător cu temperatura, dar mai puţin pregnant

Viteza de hidratare creşte, timpul de priză se reduce cu creşterrea presiunii

Timpul de pompabilitate a laptelui de ciment, determinat de viteza de hi -

dratare a componenţilor minerali din ciment, scade cu temperatura şi presiunea.

Temperaturile şi presiunile de zăcământ ridicate amplifică acţiunea coro-

sivă a unor fluide acide de stimulare, din cauza scăderii eficienţei inhibitorilor

de coroziune.

Temperatura modifică proprietăţile rocilor colectoare prin scăderea

rezistenţei mecanice a acestora, ceea ce conduce la fisurarea şi sfărâmarea lor

sub influenţa presiunii litostatice şi deci la rearanjarea lor într-o structură şi

textură mai compactă, defavorabilă curgerii fluidelor.

În urma unui studiu referitor la comportarea unor gresii silicioase de

vârstă paleozoică, eocenă şi oligocenă s-a constatat că la aceeaşi adâncime şi la

9

compoziţii mineralogice şi texturi asemănătoare, gresiile situate în zone cu

temperaturi ridicate prezintă o scădere evidentă a porozităţii şi permeabilităţii.

Temperatura influenţează procesele de dizolvare şi depunere a sărurilor

din apele de zăcământ, contribuind prin procese diagenetice la modificarea

porozităţii primare prin recimentări şi reprecipitări de minerale şi săruri

dizolvate în timpul circulaţiei apelor.

În timpul exploatării unor zăcăminte de hidrocarburi aflate la adâncimi

până la 1000 m, unde temperatura nu depăşeşte 35 – 40 C, în anumite condiţii

de presiune create în zona de strat din jurul găurii de sondă se produce şi o

schimbare a condiţiilor fizic – chimice. Ca efect se înregistrează frecvent un

proces de separare şi depunere a compuşilor complecşi, natural prezenţi în

hidrocarburile care curg din strat în sondă. Astfel de depuneri de substanţe

organice, constituite din parafină, cerezină, răşini, asfaltene, porfirine, compuşi

macromoleculari ai ţiţeiului şi alte hidrocarburi grele cu punct de topire ridicat

micşorează permeabilitatea în zona respectivă şi conduc la creşterea rezistenţei

la curgere a fluidului care se deplasează din strat spre gaura de sondă.

Zăcămintele de hidrocarburi exploatate în regim de gaze dizolvate se

caracterizează printr-o scădere continuă a presiunii şi a capacităţii de producţie.

Productivitatea sondelor se reduce atunci când presiunea dinamică scade sub

valoarea presiunii iniţiale de saturaţie.Ca urmare a ieşirii gazelor din soluţie în

zona din jurul găurii de sondă are loc o curgere bifazică marcată de o creştere a

saturaţiei în gaze, cu efecte asupra permeabilităţii efective faţă de ţiţei.

e. Aplicarea metodelor de prevenire şi combatere a viiturilor de nisip

Cele mai frecvente dificultăţi întâmpinate în schelele de petrol la punerea

în producţie şi la exploatarea sondelor de ţiţei sunt cauzate de viiturile de nisip

din formaţiunile productive.

Din experienţa de şantier se ştie că în general cu cât formaţiunile

geologice sunt mai tinere, cu atât rocile nisipoase sunt mai puţin consolidate şi

pot să apară viituri de nisip la punerea în exploatare.

Formaţiunile geologice în care apar cele mai mari dificultăţi sunt cele din

Pliocenul superior (Dacian şi Levantin) şi într-o măsură mai mică cele din

Ponţian şi Meoţian (la adâncimi sub 1000 – 1500 m), iar din formaţiunile

miocene numai cele din Sarmaţian şi Helveţian.

Oligocenul din zona Moldovei, dezvoltat sub facies de Kliwa, nu prezintă

dificultăţi cu viiturile de nisip, spre deosebire de cel din Muntenia reprezentat

prin acelaşi facies dar mai puţin consolidat întâlnit la structurile Surani – Căr-

buneşti, Copăceni – Opăriţi, Runcu – Buştenari, Drăgăneasa – Câmpina.

S-au constatat dificultăţi prin apariţia viiturilor de nisip în unele structuri

ce exploatează Meoţianul din cauza accidentelor tectonice în apropierea sării,

unde înclinarea stratelor ajunge la 20 – 35 . Astfel este cazul Meoţianului din

blocul nordic de pe structura Ţintea – Băicoi – Floreşti la 1300 – 1400 m.

Principalele cauze care pot să genereze sau să favorizeze viiturile de nisip

în sondele de extracţie a ţiţeiului sunt:

1) Cauze naturale:

- caracterul neconsolidat sau slab consolidat al rocii magazin;

- neuniformitatea granulelor rocii magazin;

- operaţiile executate la sonde pentru eliminarea blocajelor în stratele

productive în timpul probelor de producţie sau al exploatării;

10

- conţinutul ridicat de pelite din stratele productive, fie sub forma

intercalaţiilor subţiri, fie sub formă de amestec;

- apariţia apei de sinclinal, ce produce o dizolvare parţială a

materialelor de cimentare, conducând la slăbirea coeziunii granulelor

- apariţia apei de sinclinal, ce produce o dizolvare parţială a

materialelor de cimentare, conducând la slăbirea coeziunii granulelor

şi migrarea lor în sondă;

- creşterea presiunii litostatice odată cu scăderea presiunii de

zăcământ, care conduce la forfecarea materialului de cimentare;

- înclinarea mare a stratelor.

2) Cauze tehnice:

- perforări nereuşite şi repetate;

- crearea de presiuni diferenţiale mari în dreptul formaţiunii

productive în timpul probelor de producţie şi în timpexploatării;

- defecţiuni ale coloanei de exploatare;

- regim de lucru neadecvat pentru caracteristicile stratului productiv şi

ale fluidelor conţinute în mediul poros.

Principalele dificultăţi create de viiturile de nisip în timpul exploatării

sondelor de extracţie sunt:

• formarea unor dopuri de nisip în interiorul coloanei de exploatare sau în

ţevile de extracţie, ceea ce conduce la reducerea afluxului de fluide din

formaţiune sau la oprirea sondelor din producţie;

• uzura echipamentelor de adâncime şi de suprafaţă a sondelor prin

acţiunea abrazivă a nisipului;

• formarea de caverne în strat prin extragerea unei cantităţi mari de nisip

care poate conduce la surparea stratelor protectoare superioare, ceea ce

cauzează obturarea parţială sau totală a complexului productiv deschis

sau punerea în comunicaţie a unor strate superioare gazeifere cu cele

exploatate, conducând uneori la păpuşarea coloanei de exploatare.

Metodele de prevenire şi combatere a viiturilor de nisip se pot aplica în

anumite stadii de evoluţie a sondei: în perioada de traversare prin foraj a

stratului productiv, de echipare a sondei pentru exploatare sau în timpul

exploatării.

Pentru prevenirea şi combaterea viiturilor de nisip o pondere mare o au

metodele mecanice: filtre metalice simple (cu orificii circulare, cu fante, cu

înfăşurare de sârmă, cu butoane, inelare) şi filtre cu pietriş.

Prin instalarea unui filtru metalic în sondă în dreptul formaţiunii

productive se obţine un efect pozitiv pentru extracţia fluidelor din strat în

condiţii mai bune. În acelaşi timp prezenţa filtrului în dreptul stratului

productiv atrage după sine şi un efect negativ de diminuare a debitului sondei,

prin introducerea unor modificări din punct de vedere hidrodinamic.

f. Aplicarea incorectă a unor metode de intensificare

a afluxului de fluide

În cursul aplicării unor operaţii de refacere a permeabilităţii stratelor

productive, prin injectarea unor fluide de stimulare necorespunzătoare, se pot

amplifica blocajele în stratul productiv din jurul găurii de sondă, din cauza

necunoaşterii sau ignorării unor aspecte legate de:

- compoziţia mineralogică a complexelor productive;

- condiţiile de zăcământ (temperatură, presiune);

11

- proprietăţile fizico – chimice ale fluidelor injectate;

- modul de interacţiune şi reacţiile primare şi secundare dintre fluidele

de stimulare injectate şi componenţii mineralogici ai rocilor colectoare

tratate.

Efectul benefic al unei operaţii de stimulare se poate transforma într-un

eşec obţinându-se parametri de curgere mai slabi comparativ cu cei din

perioada anterioară tratamentului, ca urmare a unor cauze ce pot fi de origine:

• chimică: reacţii secundare a unor componenţi care vin în contact în

timpul tratamentului;

• organică: depuneri sub formă de gudroane acide, precipitate coloidale;

• fizică: detaşarea particulelor fine solide din formaţiunea productivă;

• fizico - chimică: dispersarea şi umflarea argilelor, formarea emulsiilor.

Dintre principalele cauze ale nereuşitelor operaţiilor de stimulare a co-

lectoarelor alcătuite din roci carbonatice, din gresii sau din nisipuri slab

consolidate, întâlnite în sonde de extracţie şi de injecţie se pot enumera:

- alegerea incorectă a fluidelor de stimulare;

- proiectarea unor volume de tratare insuficiente;

- poziţionarea greşită a garniturii ţevilor de extracţie sau a tubingului

flexibil folosite pentru circularea fluidului de tratare în dreptul stratului

productiv;

- debite de injecţie şi presiuni de pompare necorespunzătoare;

- formarea de precipitate la contactul soluţiei de tratare cu unele

minerale componente ale rocilor colectoare;

- formarea de emulsii sau produşi insolubili la contactul fluidelor de tra-

tare cu fluidele din porii rocilor colectoare;

- adsorbţia pe suprafaţa rocilor formaţiunii productive a unor

componenţi ai fluidului de tratare cu efect de micşorare sau blocare a

canalelor de curgere din strat;

- dirijarea preferenţială a fluidelor de stimulare spre zonele de mare

permeabilitate dintr-un complex productiv alcătuit din alternanţe de roci

fisurate şi roci compacte cu grad diferit de contaminare, dacă nu există

nici o barieră fizică pentru a preveni acest lucru;

- blocarea stratului tratat cu compuşi ai fierului (Fe2O3, FeO2, Fe(OH)3),

ca urmare a desprinderii sau dizolvării ruginii de pe echipamentul metalic

prin care circulă fluidul de tratare.

Separarea tehnologiilor de operare şi a compoziţiilor soluţiilor de

stimulare în funcţie de destinaţia sondelor este obligatorie, deoarece s-a dovedit

că acelaşi fluid de tratare poate avea efecte diferite în funcţie de tipul sondei.

Astfel, dacă se utilizează o emulsie de apă în ţiţei pentru stimularea prin

fisurare hidraulică a stratelor productive de ţiţei, fluidul de stimulare nu

modifică permeabilitatea efectivă faţă de ţiţei a rocii colectoare. Acelaşi fluid

utilizat la o sondă de producţie de gaze sau de injecţie de apă reduce în mod

considerabil permeabilitatea efectivă pentru gaze respectiv pentru apă,

conducând la scăderea debitului de gaze extras şi la creşterea presiunii de

pompare la sondele de injecţie de apă.

La stimularea sondelor de mare adâncime apar probleme deosebit de di-

ficile din cauza presiunilor şi temperaturilor de zăcământ ridicate (vezi Schim-

barea condiţiilor de zăcământ) şi în cazul prezenţei hidrogenului sulfurat (H2S)

şi dioxidului de carbon (CO2).

12

Din practica de şantier s-a constatat că nu se pot elabora reţete de

stimulare pe tipuri de zăcăminte sau tipuri de sonde datorită complexităţii

condiţiilor geologo – tehnice, a cauzelor diverse care produc o diminuare sau

blocare a curgerii fluidelor la nivelul stratului productiv

Trebuie analizate în amănunt condiţiile concrete din fiecare sondă şi

rezultatele testelor de laborator referitoare la proprietăţilor fizico – chimice ale

fluidelor de tratare şi ale aditivilor utilizaţi pentru a proiecta şi a executa o

operaţie de stimulare eficientă la o sondă de producţie sau de injecţie.

1.2. Procedee de stimulare a afluxului de fluide

în zona de strat din jurul găurii de sondă

1.2.1. Aspecte generale

Analiza condiţiilor de funcţionare optimă a sistemului strat – sondă, prin

aplicarea metodelor obişnuite de extracţie, precum şi a rezultatelor care se

desprind în urma cercetării sondelor cu privire la capacitatea de producţie sau

de injecţie, conduc la concluzia că zona din imediata apropiere a găuri de sondă

trebuie să ofere condiţii optime de curgere în ambele sensuri.

Din analiza elementelor ce caracterizează curgerea fluidelor în zona de

strat, rezultă o serie de parametri care au influenţă directă asupra capacităţii de

producţie sau de injecţie a stratului.

Relaţia care exprimă debitul unei formaţiuni productive în cazul unei

curgeri plan – radiale a unui lichid omogen şi incompresibil, în regim staţionar

printr-un mediu poros, uniform, spre o sondă perfectă din punct de vedere

hidrodinamic este:

dc

s

cstrp pp

r

R

khpIQ

ln

2, (1.7)

unde: Ip este caracteristica de productivitate (indicele de productivitate);

Δpstr – caracteristica energetică a sistemului (căderea de presiune între

strat şi sondă).

Din relaţia (1.7) rezultă că pentru a creşte debitul de lichid, fără a

modifica elementele carateristicii energetice a sistemului, ci numai a

caracteristicii de productivitate, se poate mări valoarea permeabilităţii rocilor

din stratul productiv, sau se poate micşora vâscozitatea lichidului ce satureză

aceste roci.

, dacă se ţine seama de fenomenul Condiţiile de curgere a fluidului în

zona de drenaj se pot îmbunătăţi interdependenţei între elementele componente

ale sistemului rocă – fluide conţinute şi se acţionează eficient în sensul

micşorării sau anihilării efectelor capilare, a fenomenelor molecular

superficiale.

Acest lucru se realizează prin iniţierea unor măsuri de reducere a tensiunii

superficiale a fluidelor contaminante din jurul găurii de sondă, cu influenţă

directă asupra tensiunii interfaciale în sistemul considerat.

Din reprezentarea grafică a presiunii fluidelor care se deplasează de-a

lungul zonei de drenaj poate constata că cea mai mare parte a căderii de

13

presiune (Δ pstr = pc – pd) are loc pe o rază R1 relativ mică (de câţiva metri) în

comparaţie cu raza zonei de drenaj Rc.

Fig. 1.1. Distribuţia presiunii în zona de drenaj

şi zona contaminată

În această zonă de rază R1 orice modificare a condiţiilor de curgere

conduce la o modificare simţitoare a debitului stratului, considerând Δpstr

constant.

Dacă se ia în considerare faptul că în procesul de deschidere şi traversare

a stratului productiv prin foraj se produc unele modificări (în sens negativ) a

condiţiilor de curgere în zona de strat din jurul sondei, datorită contaminării,

pentru a obţine acelaşi debit de fluid ca şi când nu s-ar fi produs contaminarea

va fi necesară o cădere suplimentară de presiune Δp’ (fig. 1.1).

Dacă nu se asigură o presiune suplimentară Δp’, debitul de fluid al stra-

tului va fi mai mic decât cel obţinut dacă nu s-ar fi produs contaminarea.

Deteriorarea permeabilităţii stratului productiv se poate produce pe o

distanţă variabilă de la peretele găurii de sondă (de la zeci de centimetri până la

câţiva metri).

Productivitatea unei sondei poate scădea substanţial în funcţie de raza de

contaminare, dar mai ales, în funcţie de gradul de reducere a permeabilităţii

rocilor din formaţiunea productivă adiacentă găurii de sondă.

În urma aplicării unui tratament de stimulare, în zona din jurul găurii de

sondă se vor îmbunătăţi condiţiile de curgere.

14

Distanţa până la care este necesar să fie tratat stratul productiv pentru

refacerea sau îmbunătăţirea permeabilităţii are o influenţă hotărâtoare asupra

alegerii procedeului de tratare, adecvat fiecărei sonde.

1.2.2. Clasificarea metodelor de intensificare a afluxului de fluide

Prin metode de mărire a productivităţii sondelor (de intensificare a

afluxului de fluide) se înţelege efectuarea unor operaţii la sondele de extracţie

în scopul anulării sau reducerii la minim a rezistenţelor, care împiedică

curgerea fluidelor din strat în sondă.

Metodele de mărire a productivităţii sondelor numite şi metode de

stimulare se pot grupa în funcţie de:

- raza de acţiune asupra mediului poros;

- efectul pe care îl produc asupra caracteristicilor fizice ale sistemului

rocă – fluide.

1. Metode de intensificare a afluxului de fluide după raza de acţiune:

a) procedee cu rază mică de acţiune;

b) procedee cu rază mare de acţiune.

a. Procedee de stimulare cu rază mică de acţiune.

a1.Procedee bazate pe utilizarea unor substanţe explozive cum ar fi:

reperforarea cu perforatorul cu gloanţe sau cu perforatorul cu jet exploziv,

perforarea cu proiectile explozive sau torpilarea stratelor.

a2. Procedee bazate pe curăţirea găurii de sondă şi a zonei perforaturilor • tratamente cu substanţe tensioactive;

• băi acide.

Utilizarea soluţiilor tensioactive pentru spălarea sondelor sau pentru

introducerea în strat pe raze mici permite dispersarea şi curăţirea particulelor

solide, depuse pe pereţii sondei sau în strat, din fluidele de foraj. De asemenea

permite eliminarea blocajelor cu apă provenită din filtrantul fluidului de foraj,

sau din zăcământ, precum şi a blocajelor create de emulsiile apă – ţiţei.

Utilizarea băilor acide permite eliminarea blocajelor cu fluide de foraj la

sondele noi sau ieşite din reparaţii capitale sau a blocajelor datorate sărurilor

depuse din apa de zăcământ, în decursul exploatării la sondele vechi.

a3. Procedee termice – bazate pe creşterea temperaturii în gaura de sondă

în dreptul stratului productiv.

Încălzirea zonei perforaturilor sondei se realizează prin diferite metode ca

- circulaţia de fluide fierbinţi în sondă;

- utilizarea unor procese termochimice;

- utilizarea unor procese termoelectrice.

De obicei aceste procedee termice se efectuează pe durate relativ scurte:

(câteva ore), obţinându-se lichefierea depunerilor solide de hidrocarburi din

dreptul perforaturilor sondei (parafine, ceruri, asfaltene) care sunt apoi

eliminate prin repunerea sondei în producţie.

Tratarea termochimică se bazează pe dezvoltarea de căldură la talpa

sondei printr-o reacţie chimică ce are loc între soluţia acidă de 15% HCl şi

15

magneziu.Acest reactiv este utilizat sub formă de bare introduse într-un

dispozitiv special ce se aduce în dreptl stratului productiv cu ţevile de extracţie.

Tratarea termoelectrică constă în utilizarea unor încălzitoare electrice, ce

folosesc un sistem de rezistenţe electrice montate într-un tub care se fixează la

şiul ţevilor de extracţie, alimentate cu energie electrică de la suprafaţă.

b. Procedee de stimulare cu rază mare de acţiune

b1. Procedee bazate pe acidizarea stratelor productive.

Aceste procedee de tratare chimică constau în introducerea în strat a unor

acizi cum sunt: acidul clorhidric (HCl), acidul fluorhidric (HF) şi diferiţi acizi

organici (sub formă de soluţii) aleşi în funcţie de compoziţia chimico –

mineralogică a rocilor colectoare. Pomparea soluţiilor acide în strat se face cu o

presiune mai mică decât presiunea de fisurare şi se obţine curăţirea şi lărgirea

canalelor de curgere din zona de strat din jurul sondei.

b2. Procedee bazate pe fisurarea hidraulică a stratelor productive se

aplică la zăcămintele constituite din roci consolidate, compacte cu

permeabilitate scăzută.

Fisurarea hidraulică constă în pomparea în sondă a unui lichid cu o

presiune mare, care să învingă rezistenţa rocilor din stratul productiv, care

permite crearea unor fisuri la nivelul acestui strat ce pot rămâne deschise prin

introducerea în lichidul de fisurare a unui material de susţinere (nisip de cuarţ,

coji de nucă, bile de sticlă etc.) putându-se îmbunătăţi substanţial comunicaţia

hidrodinamică strat (zonă necontaminată) – sondă.

b3. Procedee termice bazate pe creşterea temperaturii în zona de strat din

jurul găurii de sondă se aplică la zăcămintele cu ţiţei vâscos sau cu conţinut

mare de parafină.

Se poate utiliza căldura degajată de reacţia acidului clorhidric 15%, cu

magneziu sub formă de bare introduse într-un dispozitiv şi pomparea în conti-

nuare în strat a acidului încălzit (acidizare termochimică), fie introducerea

periodică în strat a unei cantităţi limitate de abur (injecţia ciclică de abur), sau

realizarea unui front circular de ardere subterană în jurul sondei productive şi

întreţinerea acestuia un timp determinat (combustia subterană de scurtă durtă).

2. Metode de stimulare după efectul produs asupra caracteristicilor fizice

ale sistemului rocă – fluide:

A. Metode de tratare cu efect asupra rocii colectoare şi asupra unor

materiale depuse în canalele de curgere.

Din această grupă de metode de tratare se pot enumera:

• tratamente chimice (acidizări);

• tratamente prin crearea unor canale de pătrundere în strat

(perforarea cu jet abraziv);

• tratamente prin aplicarea de şocuri asupra formaţiunii productive;

• torpilarea stratelor;

• fisurarea hidraulică;

B. Metode de tratare cu efect asupra sistemului rocă – fluide conţinute şi

asupra depunerilor din reţeaua de canale de curgere din strat.

B1. Metode de tratare fizico – chimice:

• tratamente cu substanţe tensioactive;

16

• tratamente cu agenţi de dizolvare.

B2. Metode de tratare termică:

• tratamente bazate pe utilizarea unei surse de căldură în dreptul

stratului.

• tratamente bazate pe injecţia unui agent termic în strat (apă cal

caldă, abur);

Teste şi întrebări

1.Care sunt cauzele care conduc la scăderea capacităţii de producţie a

formaţiunilor productive, respectiv la micşorarea productivităţii sondelor?

2. În general permeabilitatea unui strat productiv

a. este mai mică pe direcţia de stratificaţie decât cea perpendiculară

pe direcţia de stratificaţie;

b. este mai mare pe direcţia de stratificaţie decât cea perpendiculară

pe direcţia de stratificaţi;e

c. nu variază cu direcţia de stratificaţie.

3. Ce înseamnă o sondă imperfectă din punct de vedere hidrodinamic şi ce

influenţă are asupra capacităţii de producţie a formaţiunilor productive?

4. O sondă este imperfectă după modul de deschidere

a. când stratul productiv este penetrat numai parţial în procesul de

foraj;

b. când accesul fluidelor din strat în sondă se face numai printr-o

porţiune din suprafaţa deschisă a stratului productiv;

c. cănd gaura de sondă rămâne netubată şi neutilată cu vreun

dispozitiv de construcţie specială (filtru) în dreptul stratului

productiv.

5. Care sunt efectele pătrunderii unui fluid de foraj pe bază de apă într-o

formaţiune productivă ce cpnţine minerale argiloase?

6. Pătrunderea şi depunera particulelor solide în porii interiori ai rocilor

colectoare are ca rezultat

a. o micşorare a permeabilităţii absolute a acestora,

b. o micşorare a permeabilităţii efective a mediului poros faţă de ţiţei.

c. o reducere semnificativă a secţiunii libere de curgere a mediului

poros, în special în rocile cu porozitate mică.

7. Care din afirmaţii este corectă?

a. la creşterea temperaturii se reduce vâscozitatea fazei lichide din

fluidul de foraj;

b. la creşterea temperaturii se intensifică procesele de hidratare şi

umflare a argilelor;

c. la micşorarea temperaturii se intensifică procesele de hidratare şi

umflare a argilelor;

d. la creşterea temperaturii scade eficienţa inhibitorilor de coroziune;

8. La fluidele de foraj pe bază de produse petroliere:

a. densitatea şi vâscozitatea scad când temperatura creşte;

b. densitatea şi vâscozitatea cres când temperatura creşte;

c. densitatea şi vâscozitatea cresc când presiunea se măreşte.

9. Care sunt principalele cauze care pot să genereze sau să favorizeze

viiturile de nisip în sondele de extracţie a ţiţeiului?

17

10. Care sunt efectele instalării unui filtru metalic în sondă în dreptul

formaţiunii productive?

11. Care sunt principalele cauze ale nereuşitelor operaţiilor de stimulare,

aplicate în sonde de extracţie şi de injecţie, prin injectarea unor

soluţii de tratare în strate alcătuite din roci carbonatice, din gresii

sau din nisipuri?

12. Ce se înţelege prin operaţii de mărire a productivităţii sondelor (de

intensificare a afluxului de fluide) ?

1. Pentru combaterea emulsiilor formate în strat, în timpul injecţiei de abur, se introduc:

a. intermitent substanţe tensioactive rezistente la temperaturi mari; b. surfactanţi neionici (amine oxialchilate) stabile până la 250°C;

c. un surfactant anionic (alchilsulfonat) stabil din punct de vedere

termic, care modifică profilul de injecţie.

2. Ce înseamnă o sondă imperfectă din punct de vedere hidrodinamic şi ce influenţă are asupra capacităţii de producţie a

formaţiunilor productive?

3. Prezenţa mineralelor argiloase în formaţiunile productive la care se aplică injecţia ciclică de aburi pot avea ca efecte:

a. scăderea presiunii de injecţie; b. creşterea presiunii de injecţie;

c. creşterea calităţii aburului;

d. scăderea cantităţii de ţiţei obţinută în urma injecţiei de abur.

4. Care sunt dezavantajele injecţiei de CO2 în strat şi cum pot fi combătute fenomenele de blocaj al canalelor de curgere?

5. Pentru combaterea emulsiilor formate în strat, în timpul injecţiei de abur, se introduc:

a. intermitent substanţe tensioactive rezistente la temperaturi mari;

b. surfactanţi neionici (amine oxialchilate) stabile până la 250°C; c. un surfactant anionic (alchilsulfonat) stabil din punct de vedere

termic, care modifică profilul de injecţie.

2

18

2. METODE DE TRATARE BAZATE PE ACŢIUNEA ASUPRA ROCII COLECTOARE

2.1. Metode de tratare chimică – Acidizări

2.1.1. Principii generale

Acidizarea matricei este definită ca operaţia de injectare a unei soluţii

acide în stratul degradat (contaminat) la o presiune mai mică decât presiunea de

fisurare a rocilor colectoare.

Rolul soluţiei acide este acela de a dizolva produsele solide de invazie

sau de precipitare depuse în sistemul poros al rocii (particule solide din fluidul

de foraj sau din pasta de ciment, particule fine de nisip sau de argile, săruri) şi

de a lărgi canalele de curgere existente sau de a crea altele noi prin dizolvarea

unor minerale din rocile colectoare.

Compatibilitatea fluidului de tratare cu roca şi fluidele conţinute de

aceasta este un factor important în realizarea unui tratament de stimulare

eficient. Sensibilitatea rocii la acţiunea fluidului de tratare este determinată de

compoziţia chimică şi constituţia petrografică a acesteia.

Acidizarea se practică în formaţiunile cu permeabilitate de la valori medii

până la valori mari, alcătuite din calcare, dolomite, gresii cu conţinut de

carbonaţi peste 20%, sau nisipuri consolidate al căror ciment este constituit din

carbonaţi de calciu şi magneziu.

Prin stimularea stratelor prin acidizare se poate realiza:

- anularea efectului pelicular rezultat din depunerea turtei din fluidele de

foraj, din depunerea de săruri sau a crustelor de ciment de pe pereţii

găurii de sondă în dreptul stratului productiv:

- lărgirea şi extinderea canalelor de curgere existente:

- formarea de noi canale de curgere în stratele productive, care asigură o

curgere mai activă a fluidelor din strat în sondă;

- mărirea diametrului găurii de sondă, când stratul productiv este netubat

- asigurarea reuşitei operaţiei de cimentare sub presiune (a stratelor cu

apă intercalate între stratele praductive), prin curăţirea şi lărgirea

canalelor existente în rocă înaintea injectării laptelui de ciment sau a

gelurilor de cimentare;

- spălarea feţei stratelor care urmează să fie cimentate, pentru realizarea

unei aderenţe mai bune a laptelui de ciment cu roca.

Pentru tratarea chimică a rocilor colectoare calcaroase se utilizează

frecvent soluţii de acid clorhidric (în mod obişnuit 12%, 15% sau 28% HCl).

Reacţiile ce au loc între acidul clorhidric şi rocile calcaroase sau

dolomitice sunt următoarele:

2HCl + CaCO3 = CaCl2 + H2O + CO2, (2.1)

4HCl + CaMg(CO3)2 = CaCl2 + 2H2O + 2CO2 + MgCl2. (2.2)

Pentru calcularea cantităţii de acid clorhidric necesară să dizolve o

anumită cantitate de carbonat de calciu (CaCO3) se aplică relaţii

stoechiometrice. Se calculează masa moleculară M a reactanţilor şi a

produşilor de reacţie, dacă se cunosc masele atomice ale elementelor chimice şi

se realizează evaluări cantitative ale reacţiilor chimice.

19

Între rezultatele stimulării formaţiunilor de nisipuri, de gresie şi de calcar

există diferenţe semnificative.

Acidizarea se efectuează în mod diferit de la un zăcământ la altul şi chiar

de la o sondă la alta datorită:

• diversităţii litologice a zăcămintelor;

• proprietăţilor fizice diferite ale zăcămintelor (presiune şi temperatură);

• compoziţiei chimico – mineralogice şi distribuţiei variate a mineralelor

în rocile colectoare;

• anizotropiei permeabilităţii rocii magazin;

• naturii şi compoziţiei fluidelor acumulate în porii rocilor.

Obiectivul tehnic al stimulării formaţiunii productive îl reprezintă

obţinerea unui factor skin post operatoriu neglijabil sau negativ, ce corespunde

cazului îndepărtării eficiente a modificărilor survenite în sistem.

Obiectivul economic se consideră că a fost atins atunci când s-a

îmbunătăţit afluxul de fluide din strat în sondă şi productivitatea sondei a

crescut. Totodată, scurtarea timpului necesar realizării operaţiei de stimulare

proiectate şi implicit reducerea timpului aferent întreruperii din producţie sunt

elemente primordiale importante din punct de vedere economic.

2.1.2. Fluide pentru operaţiile de acidizare

Soluţii acide şi neacide

Pentru stimularea prin acidizare a rocilor carbonatice se folosesc soluţii

de acid clorhidric, acid acetic sau amestecuri acide: acid cluorhidric şi acizi

organici, acid clorhidric şi alcooli, acid clorhidric şi tenside.

Din cercetările de laborator s-a constatat că, în condiţii asemănătoare,

acizii organici reacţionează mult mai încet decât acidul clorhidric.

În funcţie de natura blocajului creat la nivelul formaţiunilor productive

pot fi folosite diverse soluţii acide sau solvenţi şi dezemulsionanţi.

Pentru tratarea prin acidizare a rocilor carbonatice, în funcţie de

compoziţia mineralogică a acestora, de distribuţia mineralelor în rocă, de

proporţia mineralelor carbonatice, de natura depunerilor din porii rocilor şi de

temperatură, în afara acidului clorhidric de concentraţii diferite (8% HCl, 12%

HCl, 15% HCl, 28% HCl) se pot folosi şi alte sisteme acide:

- acid clorhidric, sau amestec acid clorhidric – acid fluorhidric într-o so-

ţie de alcool, recomandat pentru ameliorarea colmatării şi punerea

rapidă în producţie a sondelor de gaze;

- acid acetic cu ţiţei pentru eliminarea blocajelor cu apă din sondele de

ţiţei la temperaturi ≥ 120º C;

- acid sulfamic (HSO3NH2) sub formă de soluţie de concentraţie 8 – 17%

pentru tratarea sondelor greu accesibile, unde este mai uşor de realizat

transportul acidului sulfamic solid decât transportul acidului clorhidric

lichid de concentraţie industrială şi pentru obţinerea unei raze de tratare

mai mari la sondele la care s-au relizat tratamente repetate cu soluţii de

acid clorhidric;

- amestec de acid clorhidric şi acizi organici (acid acetic şi acid formic)

pentru încetinirea reacţiei soluţiei acide cu rocile carbonatice şi care are

ca efect obţinerea unei zone mai mare cu permeabilitate îmbunătăţită în

jurul sondei;

20

- amestecuri de acizi şi solvenţi aromatici pentru dizolvarea unor

depozite organice insolubile în apă şi a mineralelor carbonatice;

- acizi spumanţi, recomandaţi în formaţiunile cu porozitate mare, pentru

o extracţie mai rapidă şi eficientă a produşilor de reacţie sau pentru

tratare zăcămintelor ;de gaze cu presiuni şi permeabilităţi scăzute;

- acizi gelificaţi, emulsii acide sau neutre cu contrast de densitate pentru

tratarea formaţiunilor cu fisuri naturale.

La tratamentele de stimulare prin acidizare a zăcămintelor de gresii se

recomandă următoarele amestecuri acide:

- amestec de acid clorhidric şi acid fluorhidric de concentraţii diferite în

funcţie de permeabilitatea şi de temperatura formaţiunii productive, de

natura mineralelor componente din gresii şi de proporţia acestora;

- amestec din metilen şi biflorură de amoniu pentru tratamentul în

profunzime a formaţiunilor alcătuite din gresii;

- acid tetrafluoroboric pentru tratarea gresiilor care conţin minerale

potasice (feldspaţi) pentru evitarea precipitatelor contaminante;

- amestec acid clorhidric, acid fluorhidric şi alcool pentru matricea

grezoasă ce conţine un procent mic de carbonaţi;

- amestec de 9% acid formic (HCOOH) şi 3% acid fluorhidric (HF)

pentru strate cu temperaturi mari (93 – 150°C) cu scopul de a întârzia

consumarea acidului fluorhidric.

Pentru tratarea prin acidizare a gresiilor fisurate se recomandă un

amestec de acid clorhidric şi acid fluorhidric cu alcool sau acid

tetrafluoroboric.

Pentru gresiile fisurate cu o mare cantitate de carbonaţi ca material de ci-

mentare (solubilitate în HCl ≥ 20%), contaminarea poate fi produsă de şlam

sau particule fine de argilă. La temperaturi mai mari de 150° C sunt

recomandate fluide neacide de suspensie sau fluide neacide floculante. La

temperaturi mai mici de 150°C se utilizează acidul tetrafluoroboric

. Aditivi

Soluţiile acide ce urmează să se injecteze în stratul productiv, în afară de

acizii necesari (clorhidric, fluorhidric, acetic, etc.) mai conţin diferiţi aditivi

cum ar fi: inhibitori de coroziune, stabilizatori pentru controlul metalului,

stabilizatori ai argilei, întârzietori de reacţie, intensificatori, solvenţi, alcooli,

agenţi termici, gaze energizante care au rolul de a anihila efectele negative ale

soluţiilor acide din sondă şi strat.

Cunoaşterea structurii şi a mecanismului de acţionare a fiecărui aditiv

utilizat contribuie la selectarea şi dozarea corectă a acestora pe baza testelor de

laborator.

Inhibitori de coroziune

Scopul inhibitorilor este să prevină sau să reducă reacţiile de coroziune a

materialului metalic prin care circulă soluţia acidă

Inhibitori de coroziune româneşti pentru combaterea coroziunii acide:

♦ Formaldehida CH2O (aldehida formică) se adaugă în soluţia de tratare

• în proporţie de 1–2% din volumul soluţiei acide cu

concentraţie ≤15% HCl;

• în sinergism cu ACOR – 21 în soluţii de 15% HCl, la

temperaturi până la 100°C;

21

• în sinergism cu ACOR – 42 în soluţii de 28% HCl la

temperaturi până la 90°C.

♦ ACOR – 21 • singur;

• în sinergism pentru soluţiile de 8 – 15% HCl în cantităţi

varabile funcţie de temperatură (tabelul 2.1) .

Tabelul 2.1. Cantitatea de ACOR – 21 în funcţie de temperatură

I nh ib i to ru l

sau s ine rg imul

re coma nda t

Cantitatea de inhibitor

(kg/m3) la temperaturile:

25–50 C 50–70 C 70–100 C

ACOR – 21 3 – 5 - -

ACOR – 21

Cu formaldehidă (CH2O)

- 5 – 7

3 – 4

7 – 10

7 – 10

♦ ACOR – 22 în amestec cu agentul tensioactiv S2 – 350, sau nonilfenol

polietoxilat, acid acetic şi butanol.

♦ ACOR – 42 • singur;

• în sinergism cu produşi organici şi anorganici, utilizat

în cantităţi variabile în funcţie de temperatura de

zăcământ şi de concentraţia acidului utilizat (tabelul2.2).

♦ CORED – 22 înlocuieşte produsul ACOR – 22.

Tabelul 2.2. Cantitatea de inhibitor ACOR – 21 necesară în funcţie

de temperatură şi concentraţia acidului

Concentaţia

acidului

inhibat

Inhibitorul

sau sinergismul

recomandat

Cantitatea de inhibitor (kg/m3)

la temperaturile:

<100 C 100 -120 C 120 -150 C

15% HCl

ACOR – 42 3 – 5 - -

ACOR-42 cu 1% CH2O

sau HMTA

şi 0,1– 0,2% CuSO4

- 5 – 7 7 – 10

- 3 – 4 7 – 10

28% HCl ACOR – 42 7 – 10 - -

ACOR – 42

cu 1 – 2% CH2O

şi 0,1 – 0,3% CuSO4

- 7 – 10 15 – 20

- 7 – 10 10 – 15

♦ CORED – 95 un produs multifuncţional: inhibitor de coroziune,

mode rator de reacţie între acid şi rocă, reducător al

tensiunii superficiale, fluidizant, antiemulsionant.

♦ COSINTAM – 86 pentru combaterea coroziunii creată de acidul fluor-

hidric, sau de amestecul de acid fluorhidric, acid

clorhidric şi acid acetic.

Stabilizatori (sechestranţi)

Rolul stabilizatorilor este de a împiedica depunerea unor compuşi ai

fierului şi aluminiului (hidroxizi) care precipită sub forma unui sediment

voluminos şi de a menţine pH-ul soluţiei acide consumate între 4 – 4,5.

22

Tipuri de stabilizatori:

• Acid acetic în proporţie de 0,8 – 3% din volumul soluţiei de tratare, ef-

cient până la temperatura de 70°C;

• Acid citric în cantitate de 20 kg/m3 soluţie 15% HCl, eficient până la

temperatura de 90°C;

• Amestec de acid citric (6 kg/m3) şi acid acetic (11kg/m

3), foarte eficient

până la temperatura de 65°C;

• Acid gluconic în cantitate de 42 kg/m3 soluţie 15% HCl, eficient până la

temperatura de 65 °C. cost ridicat;

• Acid lactic în cantitate de 23 kg/m3

soluţie 15 % HCl, efi- cienţă

moderată la temperatura de 40°C;

• Acid etilendiaminotetraacetic (EDTA) în cantitate de 36 kg/m3, eficient

la temperatura de 90°C, cost ridicat;

• Acid nitriloacetic (NTA) în cantitate de 30 kg/m3 soluţie 15 % HCl,

eficient la temperatura de 90°C, cost ridicat.

Stabilizatorii pentru argile sunt substanţe tensioactive capabile să fixeze

şi să protejeze mineralele argiloase sau să crească viteza de curgere a fluidului

necesară să antreneze particulele de argilă.

Sunt utilizate frecvent următoarele cloruri: clorura de amoniu NH4 Cl, clorura

de potasiu KCl, clorura de calciu CaCl2, clorura de aluminiu AlCl3.

NaCl evită hidratarea argilelor numai la concentraţie > 15%.

Intensificatori (dezemulsionanţi)

Sunt substanţe tensioactive, care se adaugă în soluţia acidă în proporţie

de 0,5 – 1% (uneori 2 –3%) din volumul acesteia cu scopul:

- de a micşora tensiunea superficială;

- de a asigura o pătrundere mai uşoară a soluţiei acide în canalele fine ale

stratului productiv.

Substanţele tensioactive cu rol de intensificatori pot fi:

• de tip anionic (alchilarilsulfonat) D5, RAG – 27;

• de tip neionic (alchili, fenoli polietoxilaţi, acizi graşi etoxilaţi E– 96,

S2– 350, STN – 7;

• de tip cationic (amine organice).

Întârzietori de reacţie

Scopul întârzietorilor de reacţie este încetinirea reacţiei soluţiei acide cu

roca, astfel ca acidul neconsumat să pătrundă pe o distanţă mai mare în stratul

productiv.

Tipuri de întârzietori de reacţie:

• surfactanţi anionici de tip alchilarilsulfonaţi;

• surfactanţi cationici care au şi propietăţi de inhibitori de coroziune;

• surfactanţi neionici.

Alcoolii sunt fluide cu tensiune superficială scăzută datorită proprietăţilor

de vaporizare rapidă.

Rolul alcoolilor este de a recupera integral fluidele uzate şi de a

îmbunătăţi permeabilitatea faţă de gaze prin reducerea saturaţiei în apă.

Tipuri de alcooli utilizaţi în amestecurile acide de tratare:

- izopropanol CH3 - CHOHCH3 folosit în concentraţie 20%;

- metanol CH3OH folosit în concentraţie 30 – 40%.

23

Gaze energizante

Gazele energizante sunt azotul şi dioxidul de carbon comprimate sau în

stare lichidă. Datorită caracterului lor miscibil cu hidrocarburile sunt folosite

pentru mărirea eficienţei operaţiilor de acidizare a formaţiunilor care conţin

ţiţei remanent bogat în fracţii grele.

Variantele de injecţie a gazelor energizante la operaţia de acidizare:

• înaintea efectuării tratamentului acid de stimulare;

• simultan cu soluţia acidă;

• după introducerea soluţiei acide;

• odată cu soluţia acidă complexă sub formă de spumă.

2.1.3. Tehnologia de tratare cu soluţii de acid clorhidric a rocilor

carbonatice

La programarea operaţiei de stimulare prin acidizare se ţine seama de

obiectivul urmărit: baie acidă pentru deblocare şi/sau acidizare convenţională.

În funcţie de aceste obiective variază cantitatea şi compoziţia soluţiei ca şi

programul hidraulic.

La sondele echipate cu packer de coloană de ţip permanent nu se pot

executa băi acide pentru deblocarea formaţiunii; se pot executa numai acidizări

şi fisurări acide.

Pentru a realiza o acidizare cu soluţie de acid clorhidric la o sondă fără

packer trebuie să se execute următoarele operaţii:

a. pregătirea sondei;

b. prepararea soluţiei acide;

c. introducerea soluţiei acide în strat.

a. Pregătirea sondei

Această pregătire constă îndeosebi în curăţarea zonei tălpii sondei şi a

filtrului sondei de orice depuneri (fluid de foraj, oxizi, parafină) printr-o baie

de acid. Operaţia constă în introducerea în sondă a unei soluţii de acid

clorhidric de concentraţie 8 – 12%, la care se adaugă un inhibitor de coroziune

şi după caz o soluţie de concentraţie 2 – 5% acid fluorhidric. În unele cazuri se

utilizează compoziţii mixte de acizi şi substanţe tensioactive. Scopul acestei băi

este de a preveni neutralizarea soluţiei acide la trecerea ei prin zona cu

depuneri, fapt care ar provoca scăderea eficienţei acidizării propriu – zise.

b. Prepararea soluţiei acide

Prepararea soluţiei acide se face prin amestecarea acidului tehnic de

concentraţie 32 – 35% HCl cu apă şi o serie de aditivi, aceştia din urmă cu rol

de a anihila efectele nedorite ale soluţiei acide în sondă şi strat.

La alegerea concentraţiei soluţiei acide se ţine seama de faptul că o

concentraţie mai mică presupune injectarea unui volum mai mare de soluţie

pentru dizolvarea unei cantităţi date de rocă şi necesită apoi extragerea din

sondă a unei cantităţi mai mari de soluţie uzată. Utilizarea unei soluţii acide de

concentraţie mare conduce la creşterea cantităţii de CaCl2 şi MgCl2, ceea ce

măreşte densitatea şi vâscozitatea soluţiei uzate, creând dificultăţi la eliminarea

acesteia din strat şi în plus cresc costurile pentru protecţia echipamentului din

sondă.

24

Orientativ, se pot face următoarele recomandări pentru tratarea stratelor

cu soluţii de acid clorhidric:

!- pentru strate cu permeabilitate absolută mică şi presiune de strat mare

se va injecta un volum de soluţie de 0,5 – 0,6 m3/m strat, cu o

concentraţie de 15% HCl.

- pentru strate cu permeabilitate absolută medie şi presiune de strat medie

se va injecta un volum de soluţie de 0,8 – 1,0 m3/m strat, cu o

concentraţie de 12% HCl.

- pentru strate cu permeabilitate absolută mare şi presiune de strat mică

se va injecta un volum de soluţie de 1,0 – 1,5 m3/m strat, cu o

concentraţie de 8 – 10% HCl.

Tabelul 2.3. Densitatea HCl în funcţie de concentraţie

După stabilirea cantităţii de acid ce revine pe metru perforat şi a

concentraţiei soluţiei acide, se trece la prepararea în habe a soluţiei acide

necesare pentru tratare.

O soluţie acidă de o concentraţie doriră se poate prepara din apă şi acid

tehnic sau dintr-o soluţie de o concentraţie mai slabă decât cea aleasă pentru

tratare şi acid tehnic. Valoarea concentraţiei acidului tehnic este trecută în

buletinul de analiză ce însoţeşte acidul.

Dacă se cunosc densităţile soluţiilor acide s se poate determina

cantitatea de acid pur Gs conţinută de 1 m3 soluţie de concentraţie dată Cs

conform relaţiei:

Gs = Vs s Cs. (2.3)

Pentru a obţine 1 m3 soluţie acidă de tratare de concentraţie dorită trebuie

cunoscută cantitatea de acid clorhidric pur conţinută de 1 m3 acid tehnic (con-

centrat) Gsc şi cantitatea de acid clorhidric pur conţinută de 1 m3 soluţie de

diluare, Gsd. Notând cu X fracţia zecimală de soluţie acidă concentrată dintr-un

m3 de soluţie de tratare Vsc = X, şi cunoscând:

Concentraţia, % Densitatea, kg/m3 Concentraţia, % Densitatea, kg/m

3

1 1004,8 19 1095,2

2 1009,7 20 1100,2

3 1014,7 21 1105,7 4 1019,7 22 1110,8

5 1024,8 23 1115,9

6 1029,9 24 1121,4 7 1035,0 25 1126,1

8 1040,2 26 1131,0

9 1047,7 27 1136,8

10 1050,0 28 1142,2 11 1055,0 29 1147,1

12 1060,0 30 1152,6

13 1064,6 31 1157,7 14 1070,2 32 1162,8

15 1074,9 33 1168,0

16 1080,1 34 1172,7 17 1084,9 35 1177,9

18 1090,2 - -

25

Vst = Vsc + Vsd,

Vst = 1 m3,

Vsd = 1 – X,

se pot determina cantităţile de acid tehnic concentrat şi apă exprimate

volumetric pentru a prepara 1 m3 soluţie de tratare cu relaţia:

X∙Gsc + (1–X)Gsd = Gst∙ (2.4)

sdsc

sdst

GG

GGX , (2.5)

unde: Gst este cantitatea de acid clorhidric pur conţinută într-un m

3 soluţie acidă

de tratare;

Gsd – cantitatea de acid clorhidric pur conţinută într-un m3 soluţie acidă

de diluare;

Gsc – cantitatea de acid clorhidric pur conţinută într-un m3 soluţie acidă

concentrată (acid tehnic).

Există şi alte modalităţi de determinare aproximativă a cantităţilor de

acid tehnic şi apă (exprimate în litri pentru a obţine 1 m3 soluţie de tratare de

concentraţie dată), când nu se cunoaşte densitatea soluţiilor acide şi anume:

- metoda analitică;

- metoda grafică – regula paralelogramului.

Metoda analitică estimativă constă în aplicarea următoarei relaţii:

scC

stC

BA , (2.6)

unde: A este cantitatea de acid tehnic;

B – cantitatea de soluţie acidă de tratare;

Cst – concentraţia soluţiei de tratare;

Csc – concentraţia acidului tehnic

Pentru aplicarea metodei grafice (regula paralelogramului) se va

utiliza figura 2.1.

a. b.

Fig.2.1. Regula paralelogramului pentru determinarea cantităţii

de acid tehnic şi apă.

În colţul din stânga sus se trece concentraţia acidului tehnic, în colţul din

stânga jos se trece concentraţia agentului de diluare (apa), iar la intersecţia

diagonalelor paralelogramului se trece concentraţia soluţiei de tratare. În

26

colţurile din dreapta sus şi jos se trec diferenţele de concentraţie socotite pe

diagonală (fig.2.1.a).

Pentru a înţelege aplicarea acestei metode se consideră că trebuie să se

prepare 1 m3 12% HCl din acid tehnic 30% HCl şi apă.

Se completează colţurile paralelogramului cu concentraţiile soluţiilor

acide aşa cum s-a menţionat şi rezultă figura 2.1.b. Conform acestei figuri

rezultă că pentru a obţine 30 l soluţie 12% HCl sunt necesari 12 l soluţie 30%

HCl şi 18 l apă.

30 l soluţie 12% HCl ..…… 18 l apă

1000 l soluţie 12% HCl ……… x

60030

181000x l apă.

Deci 1 m3 soluţie 12% HCl se prepară din 600 l apă şi 400 l 30% HCl.

În mod frecvent, se utilizează concentraţii ale soluţiilor de tratare de 12 –

15% HCl. Aceste soluţii nu sunt eficiente atunci când conţinutul în carbonaţi al

rocilor este peste 30 – 50%, dar se pot utiliza cu rezultate favorabile la un

conţinut de carbonaţi în roci de 15 – 30% şi chiar mai mici (peste 5%).

Concentraţii mici de 8 – 12% HCl se utilizează în cazurile când stratul

productiv este constituit din nisipuri slab cimentate cu material calcaros, de-

oarece utilizarea unor soluţii acide mai concentrate în asemenea situaţii poate

conduce la intensificarea viiturilor de nisip cu toate dificultăţile ce decurg din

acestea

Acidul clorhidric tehnic utilizat la prepararea soluţiei acide de tratare a

stratelor productive este livrat cu un conţinut de aproximativ 0,4% H2SO4. În

urma reacţiei impurităţilor de acid sulfuric (din soluţia de acid clorhidric) cu

roca ce conţine carbonaţi se formează gipsul, care se depune în sistemul poros

al rocii.

Pentru anihilarea acestui efect nedorit al acidului sulfuric, înainte de

introducerea sa în strat, soluţia acidă preparată într-o habă se tratează cu

clorură de bariu, care reacţionează cu acidul sulfuric. Sulfatul de bariu rezultat

din reacţie, fiind insolubil, se sedimentează. După limpezire soluţia acidă se

poate pompa în strat.

Soluţia de tratare se prepară la sondă sau la o bază specială, acolo unde se

justifică acest lucru (când mai multe sonde sunt supuse frecvent la tratamente

cu soluţii acide).

În majoritatea cazurilor, ordinea de adăugare a componentelor soluţiei

acide în habă este următoarea:

- apă în cantitatea necesară pentru obţinerea volumului de soluţie acidă de

concentraţia dorită;

- inhibitorul de coroziune adecvat;

- acidul clorhidric tehnic în cantitatea stabilită;

- stabilizatorul în proporţia stabilită;

- clorură de bariu, dacă este cazul;

- intensificatorul şi se agită.

După o pauză de limpezire a soluţiei acide, prin sedimentarea sulfatului

de bariu, se va începe pomparea acesteia în sondă. În situaţia în care soluţia

27

acidă nu se tratează cu clorură de bariu, după adăugarea tuturor aditivilor se

începe pomparea acesteia în strat într-un timp cât mai scurt, mai ales în cazul

sondelor la care se întâlnesc temperaturi ridicate, fiindcă eficienţa aditivilor se

micşorează sub acţiunea acestui factor.

c. Pomparea soluţiei acide în strat

Soluţia acidă, preparată de obicei la sondă, într-o habă (cum s-a

menţionat) se pompează cu ajutorul agregatelor prin interiorul ţevilor de

extracţie în stratul productiv.

Operaţia de acidizare propriu-zisă a stratelor, în cazul în care nu se

utilizează pachere pentru izolarea acestora constă din următoarele faze ce pot fi

urmărite în figura 2.2:

Fig.2.2. Schema de introducere a soluţiei acide în strat.

- Realizarea unei circulaţii de ţiţei în sondă, cu ţevile de extracţie cât

mai aproape de baza perforaturilor (fig. 2.2, a).

- Introducerea soluţiei acide prin interiorul ţevilor de extracţie, până când

nivelul soluţiei se ridică în spaţiul inelar deasupra perforaturilor cu cca

2 m urmată de închiderea ventilului la coloană (fig. 2.2, b).

- Pomparea restului de soluţie acidă cu ventilul la coloana de exploatare

închis. Sub acţiunea presiunii, soluţia acidă începe să pătrundă în strat

(fig. 2.2, c).

- Pomparea unui volum de ţiţei necesar pentru înlocuirea completă a

soluţiei acide din ţevile de extracţie şi coloana sondei pe înălţimea

stratului productiv pentru împingerea acesteia în strat (fig. 2.2, d)

Dacă distanţa între baza perforaturilor şi talpa sondei este de câţiva metri,

această zonă numită sacul sondei se va izola cu o soluţie de clorură de calciu,

pentru a nu consuma o cantitate mai mare de soluţie acidă decât cea necesară

introducerii în strat.

Fazele operaţiei de tratare cu soluţie de acid clorhidric în cazul izolării

sacului sondei, pot fi urmărite în figura 2.3.

a b c d

28

Fig. 2.3. Fazele unei operaţii de acidizare cu izolarea sacului sondei

După realizarea circulaţiei de ţiţei în sondă (fig. 2.3, a) se fixează ţevile

de extracţie cu 1– 2 m deasupra tălpii.

- Se pompează în sacul sondei un volum corespunzător de soluţie de

clorură de calciu ( sachDV 2

2CaCl 4) (fig. 2.3, b).

- Se pompează un volum de ţiţei (B+C) pentru aducerea soluţiei

izolatoare în sac.

- Se ridică ţevile de extracţie puţin deasupra bazei perforaturilor şi se

pompează un volum de soluţie acidă de tratare (A+B+C) astfel încât

nivelul acesteia poate depăşii numai cu 2 m capul perforaturilor.

- Se închide ventilul la coloana de exploatare (fig. 2.3, c) şi se introduce

în continuare sub presiune restul de soluţie acidă.

- Se pompează o cantitate de ţiţei ce corespunde cu volumul A+B pentru

a asigura introducerea soluţiei acide în strat (fig. 2.3, d).

- Se lasă sonda închisă pentru reacţie câteva ore (nu mai mult de 12 ore)

şi apoi se procedează la extragerea soluţiei din strat, respectiv la

repunerea sondei în funcţiune.

2.1.4. Distanţa de pătrundere a soluţiei acide în strat.

Presupunând formaţiunea productivă omogenă şi penetrarea în strat a

soluţiei acide uniformă şi radială rezultă adâncimea de pătrundere a soluţiei

acide în strat dintr-o relaţie de egalitate între volumul de soluţie acidă injectată

şi volumul de pori invadat de această soluţie:

22

sri rRhmtq , (2.7)

unde: qi este debitul de injecţie al soluţiei acide;

tr – timpul de reacţie al soluţiei acide;

R – raza de pătrundere a soluţiei acide în strat cu efect de dizolvare;

rs – raza sondei;

A Volumul

coloanei

în dreptul

stratului

B Volumul

ţevilor

de extracţie

C Volumul

conductei

de amestec

Ţiţei

Ventil

închis

Soluţie

HCl

a b c d

29

h – grosimea stratului productiv;

m – coeficientul de porozitate al rocii.

Din relaţia (2.7) rezultă raza de pătrundere a soluţiei acide în strat, cu

efect de dizolvare:

2s

ria r

mh

tqR . (2.8)

Calcularea razei de invazie a soluţiei acide în strat:

2s

iii r

mh

tqR , (2.9)

unde: ti este timpul de injecţie a soluţiei acide de tratare.

i

sti

q

Vt . (2.10)

Dacă t i tr înseamnă că nu tot

volumul de soluţie acidă de tratare

pompat în strat are efect de dizolvare,

ci numai volumul pompat în timpul

echivalent timpului de reacţie (fig. 2.4

Ri > Ra).

Pentru a realiza Ri = Ra, adică

întreaga cantitate de soluţie acidă de

tratare să aibă efect de dizolvare în

strat, se poate acţiona pe două căi:

• adăugarea de întârzietori de reacţie

pentru a încetini viteza de reacţie a

acidului cu roca;

• mărirea debitului de injecţie.

Fig.2.4 Distanţa de pătrundere

rt

stV

iq

'. (2.11)

2.1.5. Metodologia de proiectare a unei operaţii de acidizare

cu soluţii de acid clorhidric

a.Parametrii necesari peniru efectuarea unei operaţii de acidizare

Pentru acidizarea unui strat productiv în care predomină rocile carbonati-

ice trebuie cunoscute următoarele date:sunt:

▪ caracteristicile de echipare ale sondei de producţie la care se aplică

operaţia de acidizare:

– diametrul coloanei de exploatare D;

– diametrul ţevilor de extracţie d:

Fig. 1.6. Distanţa de pătrundere a

soluţiei acide în formaţiune.

30

◦ diametrul interior al ţevilor de extracţie di;

◦ diametrul exterior al ţevilor de extracţie d e.

d di de At

in mm mm cm2

2 7/8 62,0 73,0 30,18

3 1/2 76,0 88,9 45,34

▪ caracteristicile stratului productiv:

– presiunea stratului (presiunea statică în dreptul formaţiunii pro

ductive pst = pc );

– grosimea stratului productiv ce va fi acidizat h;

– adâncimea sondei până la capul perforaturilor Hp;

– înălţimea de la talpa sondei la baza perforaturilor, hsac

– coeficientul de porozitate al rocilor stratului productiv, m;

▪ proprietăţile soluţiei de tratare:

– densitatea soluţiei acide de tratare, st;

– densitatea soluţiei acide concentrate (acid tehnic), sc;

– densitatea soluţiei acide de diluare sau a apei ad;

– vâscozitatea soluţiei de tratare, st ;

▪ proprietăţile fluidului ales pentru împingerea soluţiei acide în strat:

– densitatea ţiţeiului (în cazul sondelor de producţie), ţ ;

– vâscozitatea ţiţeiului, ţ;

▪ alte caracteristici:

– volumul soluţiei acide pe metru perforat, a;

– debitul de injecţie, qinj;

– timpul de reacţie, tr .

b. Metodologia de proiectare

Pent bru a stabili volumul de apă şi de acid tehnic pentru prepararea

volumului de soluţie acidă de tratare şi pentru a determina numărul de agregate

necesar pentru pomparea acestui volum de soluţie de tratare în strat se vor

parcurge următoarele etape:

Determinarea volumului soluţiei acide de tratare:

Vst = a h. ( 2.12)

Determinarea volumelor de soluţie acidă concentrată (acid tehnic) şi de

apă necesare pentru prepararea soluţiei de tratare.

Pentru a prepara 1 m3 soluţie acidă de tratare (de concentraţie dorită se va

determina cantitatea de acid tehnic concentrat şi cantitatea de apă exprimate

volumetric aplicând relaţia (2.4):

XGsc + (1–X)Gsd = Gst∙1,

unde: X este fracţia zecimală de soluţie acidă concentrată dintr-un m3 de

soluţie acidă de tratare;

G – cantitatea de acid clorhidric pur conţinută de 1 m3 soluţie acidă:

concentrată Gsc = Vsc sc Csc, (2.13)

de diluare Gsd = Vsd sd Csd, (2.14)

de tratare Gst = Vst st Cst. (2.15)

31

Se poate obţine o valoare aproximativă a volumelor de soluţie acidă

concentrată şi de apă necesare, lauând în considerare numai concentraţiile

soluţiilor acide, prin utilizarea relaţiei (2.6) sau aplicând regula

paralelogamului.

Calcularea razei de pătrundere a soluţiei acide în strat cu efect de

dizolvare cu relaţia (2.8) :

2

sri

a rmh

tqR ,

Calcularea razei de invazie a soluţiei acide în strat curelaţia (2.9):

2s

iii r

mh

tqR .

Dacă Ri > Ra ,respectiv t i > tr pentru ca întreaga cantitate de soluţie acidă

injectată în strat să aibă efect de dizolvare se poate acţiona pe două căi:

- adăugarea de întârzietori de reacţie pentru a încetini viteza de reacţie a

acidului cu roca, deci efectul este de mărire a timpului de reacţie;

- mărirea debitului de injecţie.

Determinarea presiunii de pompare:

• în condiţiile pompării în sondă a soluţiei acide de tratare;

• în condiţiile pompării ţiţeiului prin ţevile de extracţie pentru

împingerea soluţiei acide în strat.

hfrinjp pppp , (2.16)

unde: pp este presiunea de pompare la suprafaţă;

pinj– presiunea de injecţie la nivelul stratului productiv, a cărei valoa

re trebuie să fie mai mică decât presiunea de fisurare;

pfr – pierderile de presiune prin frecare în ţevile de extracţie a fluidelor

pompate în timpul operaţiei de tratare prin acidizare;

ph – presiunea hidrostatică a coloanei de fluid din ţevile de extracţie.

d

Lvp fr 2

2

, (2.17)

ph = L g. (2.18)

λ – coeficientul de frecarecalculat cu relaţia (2.20) în funcţie de numărul

Reynolds

vd

Re , (2.19)

32

pentru regim turbulent : 4 Re

31640,. (2.20)

– densitatea fluidului circulat prin ţevile de extracţie ( HCl, ţiţei)

v – viteza de deplasare a fluidului în ţevile de extracţie;

L – lungimea ţevilor de extracţie;

d – diametrul interior al ţevilor de extracţie

μ – vâscozitatea fluidului care circulă prin ţevile de extracţie.

Alegerea agregatlore de pompare.

În funcţie de presiunea de pompare pp, calculată cu relaţia (2.16), se alege

din tabelele cu performanţele agregatelor de cimentare şi perforare (anexa 1)

valoarea presiunii maxime de lucru, care corespunde unui diametru de plunger.

Din coloana de debite teoretice, corespunzător acestui diametru de plunger se

alege o valoare a debitului teoretic, care poate fi realizată cu o turaţie a

motorului de antrenare, nm şi un număr de curse duble pe minut la pompă np.

Calcularea numărului de agregate necesar unei operaţii de acidizare:

1

a

inj

aq

qn , (2.21)

unde: na este numărul de agregate de pompare;

qa– debitul teoretic al agregatului de pompare.

2.1.6. Tratarea gresiilor cu amestec de acid clorhidric

şi acid fluorhidric

Alegerea amestecului acid de tratare, optim, se bazează pe un principiu

simplu, şi anume: soluţia acidă trebuie să îndepărteze în mod eficient

contaminarea produsă şi să crească permeabilitatea rocii colectoare.

Criteriul de alegere a amestecului acid adecvat trebuie să ţină seama atât

de proprietăţile fizice şi chimico –mineralogice ale formaţiunii productive, de

proprietăţile fizico – chimice ale fl uidelor conţinute de aceasta, cât şi de tipul

de contaminare.

Efectele amestecului de acid clorhidric şi acid fluorhidric

asupra gresiilor

Pentru tratarea zăcămintelor productive constituite din roci silicioase cu

conţinut mic de carbonaţi (sub 15%) se utilizează soluţii formate din

amestecuri de acid clorhidric şi acid fluorhidric.

În mod obişnuit colectoarele grezoase pot conţine 50 – 85% dioxid de

siliciu sub formă de granule de cuarţ împreună cu argile, feldspaţi, zeoliţi şi

mici cantităţi de carbonat de calciu.

Gresiile conţin uneori uneori oxizi metalici, sulfaţi, sulfiţi sau clorite şi

siliciu amorf. Cimentarea reţelelor de granule se poate datora prezenţei

depozitelor secundare de cuarţ, carbonaţi şi/sau minerale argiloase autigenice.

Argilele reacţionează mult mai repede decât feldspaţii şi feldspaţii

reacţionează mult mai repede decât cuarţul (considerat aproape inert), în

33

special în prezenţa concentraţiilor mari de protoni (H+) care provin fie de la

HCl, fie de la HF din amestec şi care pot să producă dizolvarea.

În materialul de cimentare conţinutul de feldspaţi trebuie să fie mai mic

de 20% din volumul total deoarece ei pot fi o sursă de Na+, K

+ şi/sau Al

+3 chiar

dacă ei sunt silicaţi de schimb neionic.

Calcitul şi dolomitul care vor reacţiona cu HF formând un precipitat de

CaF2 ar trebui să reprezinte mai puţin de 15% din volumul de rocă tratată,

deoarece aceasta este cantitatea maximă care poate fi practic îndepărtată.

Mineralele argiloase prezente în anumite proporţii, pot fi îndepărtate

încât să conducă la o creştere a permeabilităţii fără pierderea consolidării.

Din amestecul de acizi, acidul clorhidric are o acţiune de dizolvare a

cimentului calcaros şi a oxizilor de fier şi aluminiu din rocă, iar acidul

fluorhidric dizolvă elementele argiloase (silicaţi simpli şi dubli de aluminiu) şi

feldspatice precum şi nisipul cuarţos, componente ale gresiilor.

Trăsătura esenţială a unui tratament de acidizare a gresiilor, bine

proiectat, constă în dizolvarea aluminosilicaţilor cu precipitarea mecanică

concomitentă a câtorva elemente de acid monosilicic.

Principalele reacţii chimice care au loc la acidizarea gresiei cu HF sunt:

2HF + CaCO3 = CaF2 + H2O + CO2, (2.22)

Fluorură

de calciu

4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O, (2.23)

Silicat Fluorură

(nisip cuarţos) de siliciu

2HF + SiF4 = H2SiF6, (2.24)

Acid

fluorosilicic

36HF + Al2(Si4O10)(OH)2 = 4H2SiF6 + 2H3AlF6 + 12H2O, (2.25)

Bentonită Acid Acid

(argilă) fluorosilicic fluoroaluminic

H2SiF6 + 2(Na+, K

+) = Na2SiF6 + 2H

+, (2.26)

H2SiF6 + 6Al3+

+ 4H2O = 6AlF+2

+ Si(OH)4 + 6H+. (2.27)

Hidroxid de siliciu

Acidul fluorhidric nu se utilizează decât în amestec cu acidul clorhidric

datorită, pe de o parte, costului mai ridicat şi, pe de altă parte, probabilităţii de

precipitare a fluorurii de calciu, în contact cu rocile cu un conţinut mai mare în

carbonaţi de calciu.

Acidul florhidric activ reacţionează cu orice minerale sau soluţii care

conţin calciu şi formează un precipitat alb solid, fluorura de calciu (CaF2), care

este capabil să reducă permeabilitatea stratului.

Ecuaţia (2.22) prezintă o reacţie caracteristică gresiilor al căror material

de cimentare este format din carbonaţi. Această reacţie se mai poate realiza în

strat datorită prezenţei apei sărate care conţine ioni de Ca2+

.

34

Când un astfel de precipitat s-a format, dar nu a blocat complet mediul

poros al formaţiunii, el poate parţial să se redizolve când acidul florhidric este

aproape neutralizat spre sfârşitul operaţiei de acidizare. În acest timp,

concentraţia anionilor de fluorură din soluţie este aşa de mică, încât aluminiul

din gresii, care apare în special ca ioni liberi (Al+3

), este capabil să extragă

fluorul din precipitatul CaF2 pe care-l redizolvă parţial, conform reacţiei:

CaF2 + 2Al+3

= Ca+2

+ 2AlF+2

. (2.28)

În experimentele efectuate în laborator nu s-a observat însă o depunere

excesivă de CaF2. De aceea se consideră că în rocile cu conţinut moderat de

calcar nu există pericolul de obturare a porilor datorită fluorurii de calciu.

Tetrafluorura de siliciu (SiF4) este un gaz solubil în apă, care se elimină

uşor la repunerea sondei în producţie.

De asemenea, acidul florhidric poate reacţiona în continuare cu

tetrafluorura de siliciu (SiF4) când aceasta este în cantitate mare, formând

acidul fluorosilicic 8H2SiF6), care ionizează parţial în H+ şi SiF6

2-.

Soluţia de HF se prepară numai cu apă dulce, al cărui conţinut în săruri

fiind mic nu duce la precipitarea hexafluorosilicatului de potasiu şi natriu

(K2SiF6, Na2SiF6).

Pentru a favoriza formarea de fluorosilicat de calciu (CaSiF6), parţial

solubil în apă, se adaugă în soluţia de acidizare aditivi pe bază de boraţi, deşi în

acest caz se reduce puţin activitatea acidului fluorhidric.

Dintre principalele componente mineralogice care se întâlnesc într-un

strat de gresii, acidul fluorhidric are viteze foarte mari de reacţie cu carbonaţii,

viteze de reacţie moderate cu argila şi viteze mai mici de reacţie cu cuarţul.

Aceste viteze diferite de reacţie ale acidului fluorhidric cu mineralele

menţionate au condus la utilizarea încă din 1935 a amestecului de HCl şi HF

sub denumirea de "noroi acid", pentru stimularea în timpul probelor de

producţie a sondelor blocate cu fluid de foraj (pe bază de argilă), datorită

reacţiilor favorabile ale acidului fluorhidric cu argila.

Un parametru care influenţează variaţia permeabilităţii este debitul de

injecţie şi anume, la debite mari apare o puternică reducere temporară a

permeabilităţii, deoarece tendinţa de desprindere şi antrenare a particulelor de

argilă este mai mare, iar timpul de dizolvare a lor de către acid este mai mic..

Se recomandă, deci, introducerea în strat a soluţiei acide cu debite cât

mai mici pentru acidizarea matricei. Prin urmare, este necesar să se folosească

presiuni diferenţiale mici asupra stratului tratat.

Tehnologia de tratare a gresiilor cu amestec de acidc clorhidric

şi acid fluorhidric,

Acidizarea matricei grezoase a unui strat productiv cu amestec de acid

clorhidric HCl şi acid fluorhidric HF se efectuează în trei etape succesive:

- prespălarea;

- tratarea propriu – zisă;

- spălarea în exces.

Între aceste etape nu se realizează pauză de reacţie, întrucât reacţia

acidului fluorhidric din amestecul acid este foarte rapdă.

35

Prespălarea constă în tratarea stratului productiv contaminat în mod

preventiv, pentru a elimina precipitatele rezultate în urma reacţiei unor

minerale componente ale rocii colectoare cu soluţia de tratare.

Prin operaţia de prespălare se realizează răcirea preliminară a formaţiunii

înainte de injectarea amestecului acid, prevenindu-se reacţia acidului fluorosi-

licic (H2SiF6) cu argilele sau feldspaţii şi precipitarea silicagelului [Si(OH)4] în

zona din imediata vecinătate a sondei.

Pentru răcirea garniturii de ţevi de extracţie şi a peretelui formaţiunii se

pompează iniţial cu debit mic o parte din volumul soluţiei de prespălare,

urmată apoi de pomparea restului volumului de soluţie de prespălare cu debitul

de injecţie proiectat.

Se recomadă de regulă pentru operaţia de prespălare o soluţie de acid

clorhidric, pentru că ea previne contaminarea “suplimentară" a gresiilor, cu

conţinut de 5% până la 15% carbonaţi, prin dezlocuirea apei interstiţiale şi

îndepărtarea carbonaţilor.

Se efectuează o acidizare obişnuită introducându-se în strat un volum de

soluţie de acid clorhidric de concentraţie 5 – 15%, încât să revină o cantitate de

500 - 1000 l/m perforat. Soluţia acidă va conţine şi aditivi specifici: inhibitori

de coroziune, agenţi sechestranţi, solvenţi, agenţi tensioactivi.

Volumul soluţiei de acid clorhidric reprezintă între 50 – 70% din volu-

mul total de HCl şi HF care urmează să fie introdus în strat.

Acidul clorhidric pătruns în strat creează o zonă cu pH scăzut în urma

reacţiei, în general foarte rapide, cu mineralele carbonatice prezente în compo-

ziţia rocii colectoare grezoase. Prin îndepărtarea acestor minerale se împiedică

reacţia acidul fluorhidric activ cu carbonaţii, evitându-se formarea fluorurii de

calciu (CaF2) care este un precipitat insolubil şi care ar putea ridica gradul de

contaminare al formaţiunii productive.

Acidul clorhidric utilizat la prespălare dizolvă parţial oxizii, sulfurile şi

cloritele din argilele prezente în gresii şi creşte puterea de dizolvare a acidului

fluorhidric. De asemenea dezlocuieşte apa sărată din sondă şi din zona de strat

înconjurătoare, împiedicând contactul dintre ionii de calciu, sodiu şi potasiu din

apa sărată şi combinarea lor ulterioară cu acidul fluorhidric , spre a nu se forma

compuşi de precipitare precum fluorosilicaţii de calciu, de sodiu sau de potasiu.

Fluorosilicatul de calciu (CaSiF4) este parţial solubil în apă (10,6 g/100

cm3 apă) şi are o solubilitate mărită în mediu acid.

Hexafluorosilicatul de sodiu (Na2SiF4) şi cel de potasiu (K2SiF6) sunt

insolubiili şi rezultă, sub forma unor precipitate cu structură gelatinoasă, din

reacţia acidului fluorhidric cu apele de zăcământ care conţin săruri de sodiu şi

de potasiu. Aceste precipitate gelatinoase înfundă spaţiul poros al rocii şi pot să

micşoreze efectul tratamentului sau chiar să blocheze zona de strat tratată.

Se recomandă ca volumul de acid clorhidric necesar pentru prespălare să

fie suficient, ca niciodată frontul de acid fluorhidric să nu depăşească pe cel de

acid clorhidric activ. O prespălare abundentă scade mult dimensiunea zonei în

care este foarte posibilă precipitarea.

În general, concentraţia soluţiei de acid clorhidric folosită la prespălare

trebuie să fie mai mare decât concentraţia de acid clorhidric din amestecul

acid (HCl şi HF) care urmează să se injecteze în etapa următoare.

Distanţa de pătrundere efectivă a acidului activ în formaţiunea contami-

nată este de circa 0,3 – 0,7 m, şi ea depinde de următorii factori:

- commpoziţia mineralogică a rocii;

36

- temperatura la nivelul stratului productiv;

- concentraţia acidului;

- debitul de injecţie al soluţiei acide.

Solvenţii aromatici precum toluenul sau xilenul, cu sau fără acid

clorhidric, pot fi folosiţi pentru îndepărtarea particulelor de parafină şi

asfaltene în etapa de prespălare.

În această etapă sunt, de asemenea, folosiţi solvenţii mutuali (cum este

etilenglicolmonobutileter-EGMBE).

Aceşti solvenţi trebuie să fie testaţi în detaliu pentru a determina

compatibilitatea cu ţiţeiul din formaţiunea respectivă. În mod normal ei sunt

utilizaţi în combinaţie cu HCl sau apă sărată cu amoniu. Trebuie să fie luate

măsuri speciale când se folosesc solvenţii mutuali, deoarece s-a constatat din

cercetările efectuate că în sistemele de ţiţei şi apă aceşti solvenţi pot mobiliza

particulele fine şi contribuie la migrarea lor conducând la blocarea formaţiunii.

Acidul acetic (CH3COOH) poate înlocui acidul clorhidricl în etapa de

prespălare. Acest acid în concentraţie de 5 – 10%. îndepărtează carbonaţii din

formaţiunile sensibile la actd clorhidric.

Acidul acetic, ca toţi acizii organici, are acelaşi efect de umflare a argile-

lor, ca şi apa dulce. De aceea se recomandă o soluţie de 2 – 5% clorură de

amoniu (NH4Cl) amestecată cu 5 – 10% acid acetic (CH3COOH) care menţine

compatibilitatea cu formaţiunea şi ajută la prevenirea umflării argilei.

Tratarea propriu – zisă (etapa a doua) constă în introducerea în strat a

mestecului de HCl şi HF, utilizându-se volume relativ mari de soluţie acidă şi

anume 1500 – 2500 l/m perforat. În unele cazuri aceste volume pot ajunge

până la 5000 l/m perforat.

Se folosesc volume mai mici de soluţie acidă atunci când se tratează un

nisip slab consolidat şi există pericolul apariţiei unor viituri de nisip, iar pentru

tratarea gresiilor consolidate se folosesc volume mai mari de soluţie acidă, mai

ales când există un blocaj puternic cu fluid de foraj, sau când stratul conţine un

procent mai mare de argile.

Pentru creşterea eficienţei operaţiilor de acidizare a gresilori este

important de ştiut faptul că distanţa de la peretele sondei pe care tratamentul cu

HCl şi HF este foarte evident, variază între 25 – 35 cm.

Utilizarea unor volume mari de soluţie acidă nu va mări distanţa de

pătrundere cu efect de dizolvare a amestecului acid decât nesemnificativ din

punct de vedere al permeabilităţii, dar poate duce la slăbirea gradului de

cimentare al rocii rezervor, cu efecte negative asupra productivităţii la

repunerea sondei în producţie.

Acidul fluorhidric, din amestecul acid, va reacţiona cu argilele, feldspaţii,

nisipul, fluidul de foraj şi filtratul pastei de ciment, rezultând o îmbunătăţire a

permeabilităţii zonei de strat din jurul sondei.

Acidul clorhidric din acest amestec reacţionează doar parţial, rămânând

în mare parte neconsumat, şi are rolul de a menţine pH-ul soluţiei la valori

mici, împiedicând astfel depunerea în porii rocilor colectoare a unor produşi

rezultaţi din reacţiile acidului fluorhidric. De asemenea favorizează menţinerea

în soluţie a majorităţii produşilor de reacţie (inclusiv a fluorosilicatului de

calciu) care pot fi în acest mod eliminaţi la repunerea sondei în producţie.

Soluţia de acid clorhidric din amestecul acid împinge mai departe în

formaţiune soluţia de acid clorhidric injectată în etapa de prespălare, prin

urmare se extinde zona de îndepărtare a carbonaţilor şi de pH scăzut.

37

Ulterior, în timpul injecţiei amestecului acid, întreaga cantitate de acid

clorhidric injectat în etapa de prespălare se consumă.

Acidul fluorhidric activ din amestecul acid se neutralizează lângă sondă,

întrucât reacţionează rapid cu cantităţi relativ mari de argile şi particule de

feldspaţi. Între timp, frontul de acidul fluorhidric consumat se va propaga încet

în formaţiune, prin zona de pH scăzut.

Modificările proporţiei acizilor în amestecul acid, folosit pentru tratare,

pot ajuta la eliminarea precipitării fluorosilicaţilor.

Cercetătorii au realizat teste de laborator prin care au constatat cum

reacţionează amestecurile acide în diferite formaţiuni, la diferite temperaturi.

Rezultatele obţinute indică faptul că proporţia minimă a amestecului acid (HCl

şi HF) este de 6 la 1 şi proporţia optimă este de 9 la 1.

Amestecul acid obişnuit (12% HCl – 3% HF) a fost utilizat ani de-a

rândul, pentru creşterea producţiei din formaţiunile de gresii.

Din 1980, specialiştii au început să folosească diverse concentraţii de

HCl şi HF în amestecul acid, pentru a soluţiona importante probleme legate de

blocare.

La introducerea amestecului acid în strat, în urma contactului HF cu roca

grezoasă se produc trei tipuri de reacţii: primară, secundară şi terţiară.

Reacţia primară conduce la formarea de fluoruri de siliciu şi de

aluminiu.În timpul acestei reacţii, produşii rezultaţi vor conţine o mare

cantitate de cid activ, deoarece din amestecul acid se consumă numai o mică

parte de acid clorhidric.

19HF + NaAlSi3O8 + 3HCl → 3H2SiF6 + AlF2+

+ Na+ + 8H2O + 3Cl

-, (2.29)

19HF + KAlSi3O8 + 3HCl → 3H2SiF6 + AlF2+

+ K+ + 8H2O + 3Cl

-. ( 2.30)

Reacţia secundară justifică rezultatele obţinerii produşilor de reacţie în

formaţiunile productive supuse tratamentelor cu amestec acid. Fluorurile de

siliciu continuă să reacţioneze cu argila şi silicatul suplimentar (feldspatul),

eliberând o mare cantitate de aluminiu în soluţie şi consumând cea mai mare

parte din HCl rămas.

Cantitatea de acid remanent depinde de proporţia HCl / HF din

amestecul acid

H2SiF6 + 6NaAlSi3O8 + 18HCl + 10H2O → 6Na+ + 6AlF

2+ + 18Cl

- + 18H2SiO3 +

SiO2 2H2O, (2.31)

H2SiF6 + 6KAlSi3O8 + 18HCl + 10H2O → 6K+ + 6AlF

2+ + 18Cl

- + 18H2SiO3 +

SiO2 2H2O. (2.32)

În timpul reacţiei secundare, concentraţia sodiului (potasiului) rămas în

soluţie la sfârşitul reacţiei primare poate să crească până la punctul în care

acidul fluorosilicic, ce nu a reacţionat, poate să precipite din soluţie sub formă

de fluorosilicat de sodiu sau fluorosilicat de potasiu.

Reacţia secundară este o reacţie rapidă, care. poate fi controlată.

Problema este că fluorosilicatul poate precipita în porii rocii foarte

aproape de sondă, prin aceasta producând o contaminare mai accentuată decât

precipitarea siliciului hidratat pe suprafeţele argilelor.

38

Deşi precipitarea siliciului nu poate fi oprită, precipitarea fluorurilor de

siliciu poate fi împiedicată prin creşterea concentraţiei HCl la care are loc

scăderea solubilităţii sărurilor de sodiu şi potasiu..

Reacţia terţiară este aceea în care se produce crusta de aluminosilicat.

Aluminosilicatul este crusta amorfă care conţine atât aluminiu cât şi siliciu.

Un factor favorizant pentru depunerea crustei îl constituie apa sărată care

duce la mărirea pH-ului soluţiei acide. Crusta poate să creeze probleme grave

de blocare.

Fluorurile de aluminiu, care rămân în soluţie, continuă să reacţioneze

până se consumă tot acidul. După ce acidul s-a consumat, din soluţia rezultată

se poate produce depunerea alumino – silicatului.

În funcţie de permeabilitatea rocii, de cantitatea de minerale din constitu-

ţia rocii care pot crea probleme de blocare în urma reacţiei cu acizii şi în func-

ţie de temperatura zăcământului, specialiştii recomandă diferite soluţii de

amestec de HCl şi HF pentru tratarea cu succes a formaţiunilor slab cimentate

şi cu posibilă mobilitate a particulelor solide fine sau a celor de gresii. Aceste

recomandări pot fi urmărite în tabelul 2.4.

Tabelul 2.4. Linii orientative de utilizare a amestecului de HCl şi HF

C o n d i ţ i i Soluţii

de prespălare Soluţie acidă

de tratare

Solubilitate HCl 20% Se foloseşte numai HCl

Permeabilitate mare ( 100 mD)

Cuarţ (80%), argilă ( 5%) 15% HCl 12,0% HCl – 3,0% HF

Feldspat ( 20%) 15% HCl 13,5% HCl – 1,5% HF

Argilă ( 10%) 5% HCl 6,5% HCl – 1,0% HF

Argilă clorito-feruginoasă 5% HCl 3,0% HCl – 0,5% HF

Permeabilitate mică ( 10 mD)

Argilă ( 5%) 7,5% HCl sau 10% CH3COOH

6,0% HCl – 1,5% HF

Clorit mult 5% CH3COOH 3,0% HCl – 0,5% HF

În tabelul 2.5 sunt prezentate amestecuri de HCl şi HF care pot fi

utilizate, la diferite temperaturi, pentru formaţiunile cu un conţinut mai mare de

feldspat de sodiu, feldspat de potasiu sau ilit.

Tabelu 2.5. Amestecul acid în funcţie de temperatură

M i n e r a l e C o n cen t r a ţ i e Temperatura

% HCl % HF °C

Feldspat de sodiu 13,5 1,5 ≥ 79 9,0 1,0 < 79

Feldspat de potasiu 13,5 1,5 ≥ 121 9,0 1,0 93-121

7,0 0,75 79-93

6,0 0,5 52-79

6,0 0,4 38-52

Illit 13,5 1,5 ≥ 93 9,0 1,0 52-93 7,0 0,75 38-52

39

Peste 79 C amestecul 13,5% HCl – 1% HF nu provoacă precipitarea în

formaţiunile productive cu mult feldspat de sodiu.

Sub 79 C amestecul 9% HCl - 1% HF previne precipitarea fluorosilicatu-

lui de sodiu.

Tabelul 2.6 conţine volumele necesare pentru diferite concentraţii ale

amestecului acid.

Tabelul 2.6. Volumele echivalente de soluţie acidă

A m e s t e c u l a c i d V o l u m u l

m3/m

12,0% HCl - 3,0% HF 1,242 13,5% HCl - 1,5% HF 1,863 9,0% HCl - 1,0% HF 2,484

Din rezultatele experimentelor de laborator şi a celor obţinute în schelă

s-a constatat că adăugarea unei cantităţi de acid acetic în fluidele de tratare

(amestecul HCl şi HF) ajută la prevenirea precipitării şi depunerii în

formaţiunea productivă a hidrogelurilor formate din aluminosilicaţi şi

silicageluri.

Concentraţia de 3% (procente volumetrice) acid acetic s-a dovedit

eficientă când s-a folosit amestecul de acizi cu 1,5% HF.

Concentraţiile scăzute ale HF din amestecurile acide folosite reduc

eventualitatea depunerii substanţelor contaminante prin limitarea cantităţii de

HCl consumat în reacţiile secundare, în mod deosebit când cantităţi mari de

argile, feldspaţi şi/sau zeoliţi sunt prezente.

La concentraţii ale HF mai mari de 1,5% trebuie să se utulizeze concen-

traţii mai mari de acid acetic dacă minerale menţionate sunt prezente.

Spălarea în exces sau postspălarea (etapa a treia) este destinată evacuării

soluţiei acide uzate şi a produşilor de reacţie rezultaţi în etapa anterioară, din

stratul productiv contaminat supus tratamentului cu amestec de acizi.

Scopul postspălării este şi acela de a forţa excesul de H2SiF6 să intre în

formaţiune acolo unde îi va fi permis să reacţioneze.

Fluidele recomandate pentru spălarea în exces sunt:

• clorura de amoniu NH4Cl, sau soluţie de 5 – 7,5% HCl, sau motorină

pentru sondele de ţiţei;

• clorura de amoniu NH4Cl, sau soluţie de 5 – 7,5% HCl pentru sondele

de gaze.

Se injectează în strat, după amestecul de HCl şi HF, un volum de soluţie

de postspălare egal cu volumul soluţiei introduse în etapa a doua. În această

soluţie se adaugă aditivi pentru combaterea coroziunii, pentru refacerea

umectabilităţii faţă de apă a rocilor, pentru împiedicarea formării de emulsie şi

pentru uşurarea eliminării din stratul productiv a soluţiei uzate împreună cu

produşii de reacţie.

Experienţa pe plan mondial a arătat că o eficienţă sporită se obţine dacă

se adaugă soluţiei din etapa a treia un glicol eter, care are calităţi de agent

antiadsorbant.

S-a constatat că rezultate foarte bune se pot obţine prin utilizarea de

etilenglicolmonobutileter (EGMBE), care înlătură particulele fine umectate cu

ţiţei de pe suprafaţa rocilor şi redă acestora un caracter hidrofil reducând

tensiunea interfacială între ţiţei şi apă.

40

Pentru prevenirea depunerii silicatului şi pentru creşterea eficienţei

tratamentului de acidizare a gresiilor argiloase este necesar să se utilizeze o

compoziţie specială pentru postspălare (motorină, azot, soluţie de 5 – 10%

HCl, soluţie de 3% acid acetic sau soluţie de 2 – 3% clorură de amoniu), iar

punerea în producţie a sondei trebuie realizată fără pauză de reacţie.

Pentru stratele neomogene şi pentru cele alcătuite din roci cu conţinut

ridicat de minerale argiloide şi cu valori reduse de permeabilitate, se

recomandă utilizarea soluţiilor acide alcoolice care ajută atât la pătrunderea

mai uşoară a soluţiei acide în formaţiune, cât şi la extragerea rapidă a soluţiei

acide consumate, datorită tensiunilor interfaciale scăzute.

Spre deosebire de substanţele tensioactive, alcoolul nu se adsoarbe pe

rocă şi tensiunea superficială a soluţiei acide rămâne neschimbată după trecerea

ei pe roci cu procente mari de argile.

Cei mai utilizaţi alcooli sunt: metanolul, izopropanolul, etanolul şi

butanolul. La alegerea alcoolului trebuie să se aibă în vedere compatibilitatea

acestuia cu acizii şi aditivii folosiţi la prepararea soluţiei acide de tratare.

La sondele noi, săpate pentru exploatarea zăcămintelor de ţiţei la care s-a

constatat lipsă de aflux, se recomandă introducerea în dreptul stratului produc-

tiv a unui amestec de HCl şi HF şi apoi efectuarea perforării în acest mediu

acid, pentru ca primul lichid care pătrunde din sondă în perforaturi să fie solu -

ţia acidă, obţinându-se astfel o bună comunicaţie între strat şi sondă.

Perforarea sondelor în mediu acid se recomandă până la temperaturi în

strat de circa 95 C şi numai în prezenţa unui inhibitor de coroziune cu eficienţă

ridicată, astfel ca soluţia acidă să poată staţiona în sondă mai mult timp fără a

coroda coloana de exploatare.

Tratamentul de stimulare cu amestec de HCl şi HF nu se aplică în orice

situaţie în trei etape în succesiunea normală prezentată..

În sondele de exploatare a căror formaţiuni productive sunt alcătuite din

gresii cu un conţinut între 5% până la 15% carbonaţi, ce au fost foarte puternic

deteriorate (s 100), tratarea acestora în faza iniţială cu soluţie de 3% HF în

cantitate de 0,125 – 0,5 m3/m, pentru reducerea factorului skin, a asigurat

succesul tratamentului cu amestec acid.Circulaţia inversă trebuie realizată

imediat după tratamentul propriu – zis pentru reducerea la minim a şansei

precipitatelor secundare de a reacţiona cu HF neutralizat.

În situaţia în care degradarea formaţiunii productive a fost generată de

migrarea particulelor solide fine, utilizarea acidului tetrafluoroboric (HBF4), cu

rol determinant în stabilizarea acestui tip de particule. a condus la un efect

pozitiv al tratamentului efectuat.

2.1.7. Tratarea stratelor productive cu soluţii de acid clorhidric

cu concentraţie ridicată

Cercetările de laborator şi experimentele de şantier au arătat că folosirea

soluţiiei de acid clorhidric de concentraţie ridicată 28% HCl măreşte eficienţa

operaţiilor de stimulare a sondelor ce deschid strate productive cu un conţinut

de carbonaţi peste 30 – 40%, întrucât această soluţie are o durată mai mare de

consum şi atacă roca pe o rază mai mare în jurul sondei.

Pe baza rezultatelor cercetărilor efectuate s-a constatat că soluţiile de

15% HCl realizează o reţea mai eficientă de canale de curgere în rocile

41

calcaroase moi, în timp ce pentru tratarea rocilor calcaroase mai dure şi dense,

care au permeabilitate iniţială mică este mai eficientă utilizarea soluţiilor de

acid clorhidric cu concentraţie ridicată (28% HCl).

Viteza de reacţie a HCl creşte aproximativ direct proporţional cu

concentraţia acidului până la valoarea de 20% HCl. La valori ale concentraţiei

acidului clorhidric cuprinse între 20% şi 24% viteza de reacţie creşte într-un

ritm mai intens atingând valoarea maximă, iar peste concentraţia de 24% HCl,

viteza de reacţie a acestuia se reduce..

S-a ales pentru operaţiile de tratare soluţia 28% HCl, deoarece s-a

constatat din cercetările de laborator efectuate că viteza de reacţie a acestei

soluţii este aproximativ aceeaşi cu viteza de reacţie a soluţiei 17% HCl (fig.

2.5). Datorită acestei variaţii a vitezei de reacţie, în general, se evită utilizarea

pentru tratarea sondelor a soluţiilor de (20 – 24)% HCl şi se preferă

concentraţii de circa 28% care asigură pătrunderea pe o rază mai mare, în

stratul productiv, a acidului neconsumat.

Fig. 2.5. Viteza de reacţie a soluţiilor de HCl.

Din examinarea figurii 2.5 rezultă că viteza de reacţie a unei soluţii cu o

concentraţie iniţială de 15% este de aproape două ori mai mare decât a unei

soluţii echivalente (cu o concentraţie tot de 15%) obţinută prin consumarea

acidului pur din soluţia acidă cu o concentraţie iniţială de 28%. Această

descreştere a vitezei de reacţie, în funcţie de concentraţia iniţială a soluţiei de

HCl, este cauzată de creşterea concentraţiei ionilor din produşii de reacţie care

intră în soluţie pe măsură ce acidul concentrat se consumă. Datorită acestui

fenomen, cât şi a cantităţii mai mari de HCl pur conţinută într-un litru de

soluţie concentrată, durata de consum a unei soluţii 28% HCl este de 2,5 ori

mai mare decât a aceluiaşi volum de soluţie 15% HCl.

O soluţie concentrată de 28% HCl va pătrunde mai adânc în strat decât

cea de 15% întrucât, pe de o parte, fiecare litru de soluţie conţine de două ori

42

mai mult acid clorhidric pur, iar pe de altă parte, canalele se lărgesc mai

repede, reducând raportul suprafaţă rocă / volum acid din sistemul poros.

Soluţia de 28% HCl prezintă următoarele avantaje (în comparaţie cu

soluţia de 15% HCl):

- viteza de reacţie mai mică, ceea ce înseamnă o pătrundere a soluţiei

acide pe o distanţă de 2 - 3 ori mai mare în rocă înainte de consumare;

- durata de consum este de circa 3 ori mai mare;

- cantitate mai mare de rocă dizolvată şi implicit o creştere a

permeabilităţii efective a matricei;

- degajarea în timpul reacţiei dintre acid şi rocă a unei cantităţi duble de

dioxid de carbon, care antrenează mai uşor produşii de reacţie la

repunerea sondei în producţie şi contribuie la scăderea vâscozităţii

ţiţeiului;

- prezenţa unei cantităţi sporite de clorură de calciu în soluţia acidă

consumată măreşte capacitatea de menţinere în suspensie a particulelor

desprinse din formaţiune în timpul acidizării.

Acidizarea de matrice cu soluţie de acid clorhidric cu concentraţie mărită

se aplică în cazul calcarelor organogene masive nefisurate, dar cu valori mari

de porozitate.

Dacă în compoziţia mineralogică a rocii se află carbonatul de magneziu,

în compoziţia soluţiei 28% HCl se introduc acizi organici (formic, acetic) şi se

exclude acidul fluorhidric, atât pentru evitarea blocării formaţiunii cu produşi

de reacţie cât şi pentru îmbunătăţirea capacităţii de dizolvare a dolomitului,

concomitent cu mărirea distanţei de pătrundere a soluţiei acide în formaţiune

înainte de consumare.

Trebuie menţionat faptul că pe lângă efectele pozitive menţionate,

acidizarea cu acid clorhidric de concentraţie 28% poate provoca şi dificultăţi în

cazul în care nu se iau măsuri corespunzătoare.

Dificultăţile ce pot apare la folosirea soluţiei de 28% HCl:

- viteze de coroziune extrem de ridicate, care în lipsa inhibitorilor de

coroziune adecvaţi pot conduce la accidente(ruperea ţevilor de

extracţie);

- pericol de formare a gudroanelor acide la contactul soluţiei de HCl cu

unele ţiţeiuri din zăcământ;

- posibile incompatibilităţi cu unii aditivi care se adaugă la soluţia acidă:

substanţe tensioactive, inhibitori de coroziune, agenţi de blocare

temporară;

- formarea unor precipitate cu unele ape de zăcământ cu conţinut mare în

săruri;

- reacţie intensă cu rocile colectorului care poate conduce la formarea

unor precipitate şi în final la micşorarea permeabilităţii.

Pentru combaterea coroziunii în cazul folosirii soluţiei de 28% HCl s-au

sintetizat inhibitori de coroziune care asigură reducerea, sub limita admisă, a

vitezelor de coroziune şi s-au elaborat o serie de reţete sinergetice, care asigură

protecţia echipamentelor metalice cu un grad comparabil cu cei mai buni

inhibitori de pe piaţa mondială.

În tabelul 2.7 se prezintă eficienţa inhibitorilor de coroziune româneşti de

tip ACOR în sinergism în soluţii de 28% HCl la diferite temperaturi, (prin

măsurarea vitezei de coroziune a unor eşantioane de oţel tip J-55 menţinute în

soluţii 28% HCl neinhibate şi inhibate cu ACOR în sinergism)

43

Tabelul 2.7. Protecţia anticorosivă în soluţii de 28% HCl

T i p d e i n h i b i t o r

Viteza de coroziune

g/m2/h

65 C 90 C

Fără inhibitor 1500 4600

1% ACOR 42 + 1% CH2O 3,2 18,70 0,3% ACOR 22 + 1% CH2O (sau HMTA) 3,3 19,07

0,3% ACOR 22 + 1% CH2O (sau HMTA) + 0,1% CuSO4 2,5 15,30

2.1.8 Tratarea stratelor productive cu soluţii acide şi neacide

Tratarea cu acid sulfamic

Acidul sulfamic (HSO3NH2) se utilizează la tratarea stratelor productive

carbonatice sub formă de soluţie cu concentraţii între 8 - 17%.

Din reacţia acidului sulfamic cu carbonatul de calciu rezultă o sare de

calciu - Ca(SO3NH2)2, solubilă în apă. Nu există pericolul depunerii în strat a

produşilor de reacţie după consumarea acidului.

Viteza de reacţie a soluţiei de acid sulfamic cu rocile carbonatice este de

circa 5 ori mai mică decât a soluţiei de acid clorhidric.

Viteza de coroziune a oţelului este de circa 4 ori mai mică în soluţie de

acid sulfamic, comparativ cu cea din soluţia de HCl. Cantitatea specifică de

rocă dizolvată de acidul sulfamic este însă, de circa 2,5 ori mai mică decât cea

dizolvată de acidul clorhidric.

Compoziţia de stimulare pe bază de acid sulfamic se utilizează:

• la sondele greu accesibile, unde este mai uşor de realizat transportul

acidului sulfamic solid (de concentraţie circa 100%), decât transportul

acidului clorhidric lichid (de concentraţie circa 30%);

• pentru obţinerea unei raze de tratare cu efect de dizolvare cât mai mare,

mai ales la sondele care au fost deja tratate cu soluţie de HCl.

Tratarea cu amestec de acid clorhidric şi acid organic

Soluţiile pe bază de HCl şi acizi organici (acetic, formic etc.)

reacţionează cu calcarele din roci generând clorură de calciu, dioxid de carbon

şi sare de calciu a acidului organic. Toate aceste substanţe, dar în special

ultima, au efect de întârziere a reacţiei. Un efect de încetinire a reacţiei acid -

rocă are loc şi la scăderea temperaturii.

Tratarea cu compoziţie pe bază de acid acetic

Acidul acetic este primul acid organic folosit în cantităţi mari în

operaţiile de acidizare a sondelor. Cel mai frecvent se foloseşte în concentraţii

de 10%.

Pentru stratele productive cu intercalaţii de argile se recomandă tratarea

sondei cu o soluţie fără apă, constituită dintr-un amestec de 2 – 10% acid

acetic şi 90 – 98% hidrocarbură lichidă (motorină, petrol lampant sau ţiţei

brut).

La întâlnirea cu apa din stratul productiv, acidul acetic se diluează şi

începe să reacţioneze cu rocile carbonatice. Produşii de reacţie – acetatul de

calciu şi magneziu – sunt solubili în acidul uzat. Totodată, acidul înglobează

apa din argilele hidratate şi umflate şi determină contractarea lor.

44

Amestecul de acid acetic şi hidrocarbura lichidă este necorosiv până la

întâlnirea cu apa, când coroziunea începe să se manifeste, dar cu o intensitate

mult mai mică decât la alţi acizi (cum ar fi HCl sau HF). Acest amestec nu

atacă suprafeţele cromate, tratate termic, nici aliajele cu aluminiu. şi nu

generează coroziune fisurantă de hidrogen.

În cazul când presiunile de zăcământ nu sunt mari, amestecul de ţiţei cu

acid acetic poate fi utilizat, eficient ca fluid de umplere a sondei în timpul

operaţiei de perforare.

Acidul acetic 3% (procente volumetrice) s-a dovedit eficient, pentru

tratare în soluţii cu 1,5% HF. La concentraţii mai mari de 1,5% HF se vor

utiliza concentraţii mai mari de acid acetic şi în mod deosebit când sunt

prezente cantităţi mari de argile, feldspaţi şi/sau zeoliţi.

Tratarea cu acid tetrafluoroboric

Acidul tetrafluoroboric a fost recomandat pentru acidizarea gresiilor, în

1981, ca o alternativă de înlocuire a tratamentului cu amestec HCl şi HF.

Reacţia acidului tetrafluoroboric cu gresiile sunt complexe: reacţia de

hidroliză, reacţiile clasice de generare a acidului fluorhidric şi reacţiile lente

legate de ionii fluoroborat în faza lichidă.

Avantajul unic al acidului tetrafluoroboric îl reprezintă acela că el oferă

stabilitate particulelor fine de argilă , pe care le menţine pe suprafaţa

scheletului mineral printr-un fel de fuziune chimică şi acestea nu mai migrează.

Soluţia de acid tetrafluoroboric se recomandă pentru:

- prespălarea formaţiunilor tratate cu amestec acid (HCl şi HF);

- tratarea gresiilor care conţin minerale potasice (feldspaţi) pentru

evitarea formării precipitatelor contaminante;

- operaţiile de spălare în exces după un tratament convenţional cu

amestesc acid (HCl şi HF).

Tratarea cu amestec acid şi alcool

La acidizarea matricei grezoase ce conţine un procent mic de carbonaţi,

când se utilizează soluţie de amestec HCl şi HF, eficienţa tratamentului creşte

dacă în compoziţia soluţiei acide se adaugă alcool (peste 50%).

Diluarea cu alcool a soluţiei de amestec acid asigură un efect întârziat

prin scăderea viteza de reacţie acid – mineral.

Alcoolul reduce tensiunea interfacială şi măreşte presiunea de vapori a

compoziţiei de tratare, creând premise favorabile pentru intrarea mai uşoară a

soluţiei în strat (ceea ce este de mare importanţă la unele stratele care nu au

receptivitate) şi pentru eliminarea mai completă a soluţiei uzate din strat.

Efectul prezenţei alcoolului este mai mare la stratele neomogene, cu

permeabilitate mică şi la cele cu conţinut de argile care pot migra sub formă de

particule fine (creând pericolul înfundării canalelor din mediul poros).

Utilizarea alcoolului să fie eficientă atât la tratarea sondelor de petrol, cât

mai ales a celor de gaze. Volatilitatea ridicată a alcoolului favorizează

evaporarea şi eliminarea fazei lichide din porii stratului. În modul acesta scade

saturaţia în lichide a zonei de strat tratate, lichide care provin fie dintr-un blocaj

anterior, fie chiar din soluţia de tratare. Ca urmare, permeabilitatea relativă

pentru gaze creşte, ceea ce conduce la îmbunătăţirea rapidă a afluxului de gaze

din strat în sondă Datorită faptului că nu se adsoarbe pe suprafaţa rocilor,

alcoolul nu micşorează secţiunea de trecere prin microcanale şi nu rămâne fixat

45

în strat, aşa cum pot rămâne substanţele tensioactive. Prin urmare, alcoolul

circulă împreună cu soluţia de tratare favorizând eliminarea din formaţiunea

productivă a soluţiei uzate împreună cu produşii de reacţie.

Cercetările efectuate au arătat însă că introducerea alcoolului în soluţia

de acidizare a sondelor are şi unele dezavantaje, cum sunt::

- micşorarează protecţia anticorosivă a unor inhibitori;

reacţionează cu acizii din soluţia de tratare şi îi consumă parţial.

Cercetările de laborator au demonstrat, că în urma reacţiei acidului

clorhidric cu diferiţi alcooli, consumul în timp al acidului clorhidric este în

funcţie de tipul de alcool, de concentraţia acestuia în soluţia de tratare, de

temperatura din formaţiunea tratată şi de timpul de injecţie a soluţiei de tratare

în strat).

Tratarea cu acizi organici

La acidizarea gresiilor, amestecul convenţional HCl şi HF poate fi

înlocuit cu un amestec de acid organic slab, parţial disociat şi HF.

Scopul acidului organic este de a întârzia consumarea acidului fluorhidric.

Din experienţele de laborator şi de şantier se recomandă utilizarea unui

amestec de 9% acid formic (HCOOH) şi 3% acid fluorhidric (HF).

Tratarea cu microemulsii

Microemulsiile sau soluţiile micelare sunt dispersii stabile de picături

sferice cu diametrul mai mic de 0,14 m ale unui lichid în alt lichid (de obicei

dispersii de hidrocarburi în apa stabilizată cu un surfactant şi eventual un

stabilizator tip alcool).

Deci o soluţie micelară este o dispersie microscopică alcătuită în general

din patru componente principale în diferite proporţii medii, cum ar fi: 10%

surfactant, 1 – 4% cosurfactant, 25 – 70% hidrocarbură lichidă, 20 – 60% apă

sărată, dar care împreună formează o singură fază lichidă.

Cele patru componente se amestecă în diferite proporţii, după reţeta

rezultată din testele de laborator corespunzătoare caracteristicilor rocii magazin

şi a fluidelor conţinute.

Soluţiile micelare (microemulsiile) sunt omogene, stabile, transparente,

în timp ce emulsiile sunt instabile, opace şi neomogene.

Temperaturile maxime la care microemulsiile, în concentraţie de până la

5% în diferite soluţii acide rămân stabile, respectiv până la care se inversează

într-o macroemulsie opacă sunt:

• peste 100 C în soluţii 15% HCl;

• 80 C în soluţia HCl uzată (neutralizată în formaţiune);

• peste 100 C în soluţii HF şi apă sărată;

• 50 C când se injectează azot.

În acid uzat, la temperatura ambiantă soluţiile apar opace, dar la

temperaturi peste 33 C devin clare, transparente până la atingerea temperaturii

de inversare.

Rolul componenţilor unei microemulsii:

- Surfactantul (tensida), respectiv sulfonatul de petrol acţionează ca un

săpun, care are rolul de reducere a tensiunii interfaciale dintre fluidul

deplasant şi cel deplasat.

46

- Cosurfactantul (cotensida), respectiv alcoolul are capacitatea de a

îngloba o cantitate mai mare de apă sau de ţiţei.

- Electrolitul dizolvat în apă, format din săruri sau baze (de obicei cloru-

ră de sodiu sau hidroxid de sodiu), măreşte vâscozitatea soluţiei.

Concentraţii mai mari de sare pot cauza precipitarea surfactantului din

microemulsie, dar în schimb reduc cantitatea de alcool necesară.

Efectul tratamentelor cu microemulsii

Efectele avantajoase ale soluţiei acide cu microemulsie, preparată în

funcţie de caracteristicile formaţiunii şi de natura blocajului, constau în

refacerea permeabilităţii cu o eficienţă de patru ori mai mare decât a unei

soluţii acide simple.

Soluţiile acide micelare, având o tensiune interfacială redusă, pătrund

rapid şi mai adânc în formaţiunile compacte, cu permeabilitate mică.

Tratamentele cu microemulsii se aplică:

- la sondele de producţie noi, cât şi la cele vechi, pentru eliminarea

degradării permeabilităţii;

- la sondele de injecţie a căror receptivitate poate fi mărită considerabil

prin capacitatea soluţiei micelare de curăţare a spaţiului poros, de

micşorare a tensiunilor interfaciale şi de creştere a permeabilităţii

efective pentru ap;.

- în cazul transformării sondelor de producţie în sonde de injecţie,

situaţie în care existenţa unei saturaţii remanente în ţiţei în zona de

filtru a sondelor scade receptivitatea sondelor.

Dacă ţiţeiul din zăcământul respectiv este foarte parafinos sau asfaltos şi

prezintă valori apreciabile de vâscozitate în condiţii standard, se propune ca

soluţia micelară să fie pregătită cu condens şi tricloretilenă, în loc de ţiţei din

zăcământ.

Programul de stimulare se stabileşte în funcţie de diagrama ternară a

soluţiei micelare acide utilizate, luând în considerare compoziţia apei de

zăcământ şi structura mineralogică a rocii.

Se va ţine seama de faptul că instabilitatea soluţiei micelare şi deci

posibilitatea formării de emulsii blocante apare la adsorbţia surfactantului pe

rocă, ca şi la contactul îndelungat al soluţiei micelare acide cu roci bogate în

sulfaţi de calciu.

Soluţia micelară acidă poate dizolva gipsul, punând în libertate ionul de

calciu care micşorează mult stabilitatea soluţiei micelare. În aceste situaţii se

vor executa tratamente cu volume mari de soluţii alcoolice şi dezemulsionanţi

neionici, acestea având rolul de a distruge blocajele cu emulsii apărute prin

degradarea soluţiilor micelare acide.

Tratarea cu amestec de acid clorhidric şi acid sulfonic

Cercetările efectuate pentru înlăturarea efectelor dăunătoare ale

pătrunderii particulelor solide din fluidul de foraj în porii formaţiunii au condus

la aplicarea unei metode chimice de tratare care constă în injectarea în strat a

unui amestec de acid clorhidric diluat şi un acid sulfonic aromatic(D5).

Efectele acestui amestec acid sunt următoarele:

- dispersarea fluidul de foraj depus pe pereţii stratului productiv ;

- reducerea dimensiunii particulelor de bentonită umflate de apă ;

- distrugerea emulsiilor formate în prezenţa particulelor de bentonită..

47

Acest amestec de acizi are un efect puternic asupra proprietăţilor

superficiale ale bentonitei. Ionul de hidrogen din acidul clorhidric înlocuieşte

ionul de sodiu ataşat la particulele de bentonită umflată, ducând la formarea

unei bentonite acide a cărei afinitate pentru apă este mult redusă (de 5 ori mai

mică decât a unei bentonite bazice). Apa va fi eliberată din fiecare nucleu.

S-a observat, şi o neutralizare parţială a sarcinilor electrice, cauzată de

excesul de acid clorhidric şi de sarea rezultată din reacţia schimbului de ioni.

Prezenţa acidului sulfonic aromatic în amestecul chimic are multe

avantaje în legătură cu schimbul ionic. Acesta este un agent tensioactiv şi un

spărgător de emulsie foarte activ.

Amestecul chimic pătrunde prin turta de noroi în nisipurile bentonitice

mărind în modul acesta schimbul ionic. Apa eliberată, care are o tensiune

superficială redusă, este uşor recuperată din stratul tratat.

Proprietăţile de dispersie ale amestecului chimic sunt foarte importante,

întrucât indiferent dacă s-a pierdut o cantitate oarecare de fluid de foraj în strat,

sau dacă trebuie să se îndepărteze numai turta de pe pereţii sondei, în urma

schimbului de ioni se formează un amestec fluid, care poate fi uşor evacuat.

Rezultatele experimentale efectuate pe carote consolidate luate de la

sonde (în care s-a injectat fluid de foraj preparat din apă şi bentonită şi apoi

s-au tratat aceste carote cu soluţii acide) au dovedit superioritatea amestecului

chimic (acid clorhidric 3% şi acid sulfonic aromatic) faţă de soluţia de acid

clorhidric. Rezultatele comparative pot fi urmărite în tabelul 2.8.

Tabelul 2.8.. Efectele soluţiilor de tratare

Soluţia de tratare a carotei

Permeabilitatea efectivă

faţă de ţiţei

înainte de tratare

Permeabilitatea efectivă

F faţă de ţiţei

după tratare

mD mD

10% Acid clorhidric 46

116

73 157

3% Acid clorhidric +

acid sulfonic aromatic

9

13

35

185

Amestecul chimic de acid clorhidric şi acid sulfonic se recomandă la

- sondele de producţie noi în scopul facilităţii punerii acestora în

producţie sau a măririi productivităţii după ce sonda a fost pusă în

producţie;

- sondele de producţie vechi pentru a trata un nisip bentonitic sau pentru a

îndepărta acumulările de apă;

- sondele de injecţie pentru mărirea indicelui de receptivitate şi reduce-

rea presiunii de injecţie.

La sondelede producţie noi se recomandă să se injectaeze 500 – 700 l

amestec acid pentru fiecare metru de strat deschis..

Dacă există dovezi că s-a pierdut o cantitate mare de fluid de foraj în

strat, se vor aplica tratări succesive. Nu este indicat să se injecteze o cantitate

mai mare de amestec chimic în strat o singură dată, deoarece particulele solide

din fluidul de foraj pot fi împinse la o distanţă mare de peretele sondei, de unde

cu greu vor fi îndepărtate.

48

Pentru sondele vechi, cantitatea de amestec chimic este mai mică,

revenind circa 300 – 400 l pe metru de strat.

Soluţia de acid sulfonic aromatic şi acid clorhidric, necesară pentru

tratament, se prepară într-o habă. Întâi se dizolvă în apă cantitatea necesară de

acid sulfonic aromatic (D5). Soluţia de acid clorhidric se adaugă numai când

toate pregătirile pentru introducerea în sondă au fost terminate.

Procentul de acid clorhidric fiind mic (2 – 3%) nu este necesar să se

adauge inhibitori de coroziune pentru protejarea instalaţiilor de suprafaţă şi a

echipamentului de adâncime.

La sondele care au presiunea de strat scăzută, tratarea se poate face prin

introducerea soluţiei chimice în spaţiul inelar, după care se pompează o

cantitate de ţiţei necesară pentru împingerea soluţiei în strat. După o pauză de

reacţie de 3 – 4 ore, sonda se repune în producţie.

.Tratarea cu compoziţie de stimulare pe bază de acid fosforic

Pentru stimularea colectoarelor constituite din gresii, nisipuri cu conţinut

ridicat de marne şi minerale argiloide, calcare marnoase şi grezoase, în general

pentru rocile colectoare din Dacian şi Meoţian. a fost realizată soluţia de

tratare tip TENSAL

Această soluţie reprezintă un complex sinergetic de acizi organici şi

anorganici cu substanţe tensioactive neionice, anionice, alcooli, inhibitori de

coroziune şi moderatori de reacţie. Componentul principal este acidul fosforic

(H3PO4), care este un acid tribazic, solid.

Soluţia tip TENSAL se prepară într-o habă de capacitate corespunzătoare

volumului de soluţie necesar tratamentului, adăugându-se în apă componenţii

necesari în ordinea în care se indică în reţeta de preparare:

Apă dulce................................................. 670 l

Aldehidă formică ....................................... 10 l

Acid acetic ................................................. 10 l

Metanol ........................................ 20 l

E-96 (D5) ................................................... 10 l

S2-350 ....................................................... 10 l

Acid fosforic (H3PO4) …………………..250 l

KCl sau NH4Cl ....................................... 10 l

Soluţie TENSAL .................................... 1000 l

Soluţia acidă tip TENSAL reacţionează foarte lent cu roca, cu o viteză de

reacţie şi de coroziune mult mai reduse comparativ cu soluţiile de HCl..

Tehnologia de pompare a acestei soluţii în strat este următoarea:

- se injectează în prima etapă metanol sau butanol în cantitate de 0,5 – 1

m3/m perforat, în scopul deblocării zonei de filtru;

- se pompează soluţia TENSAL în cantitate de 1 – 2 m3/m perforat;

- se injectează un dop de 5 – 10 m3 butanol;

- se pompează un volum corespunzător de ţiţei sau apă de zăcământ

pentru a împinge în strat soluţia de tratare;

- sonda se repune în producţie cu debite restrictive, după o pauză de

reacţie de maximum 6 ore.

Debitele de injecţie recomandate sunt de 300 – 500 l/min.

49

Tratarea cu spume acide

Pe plan mondial practica în domeniul stimulării formaţiunilor productive

a arătat că în cazul zăcămintelor aflate într-un stadiu avansat de exploatare la

care aplicarea tratamentelor acide convenţionale nu mai dau rezultate, tratarea

cu spume acide este cea mai eficientă metodă de stimulare.

Introducerea soluţiei acide complexe, sub formă de spumă acidă, cu gaze

este o variantă tehnologică recomandată atât în cazul stimulării formaţiunilor

depletate, cât şi în cazul stimulării unor intervale dintr-un complex productiv

cu proprietăţi fizice diferite.

Spumele acide sunt fluide bifazice ce constau dintr-o fază internă şi una

externă. În general faza internă este gazoasă, folosindu-se uzual azot (N2), sau

dioxidului de carbon (CO2). Faza externă este constituită din soluţie de HCl,

soluţii de amestecuri de acizi şi un surfactant, sau amestec apă-alcool. Agentul

activ de suprafaţă (surfactantul) are rolul de stabilitate a spumei acide prin

adsorbţia orientată a moleculelor lui la interfaţa gaz-lichid, reducând tensiunea

superfacială a lichidului şi asigurând o bună dispersie a gazului în lichid

Spumele acide sunt cel mai bine caracterizate prin calitatea lor.

Calitatea spumei acide este dată de volumul de gaz conţinut (exprimat

procentual).

Spumele folosite în tratamentele de acidizare au calităţi în general între

60-80%. Spumele de calitate redusă nu sunt recomandate datorită volumelor

mici de gaz şi volumelor mari de lichid care le reduce eficienţa prin scăderea

capacităţii de eliminare a produşilor de reacţie din strat, după operaţia de trtare.

Asigurarea unei eficienţe sporite a tratamentului cu spume acide presupu-

ne alegerea tipului şi a concentraţiei optime de agent de spumare

Printre avantajele utilizării spumelor acide se pot enumera următoarele:

- conţinut mic de lichid, important în special pentru formaţiunile produc-

tive care conţin minerale argiloase sensibile la apă;

- pierderi de fluid reduse, ca urmare a vâscozităţii aparente mari a acidu-

lui spumos ce permite o penetrare a acestuia pe o rază mai mare în strat;

- o curăţare mai bună prin recuperarea mai eficientă a fluidelor după tra-

tare, datorită gazului încorporat în soluţia acidă;

- transport îmbunătăţit de solide, datorită vâscozităţii mai mari a spume-

lor acide, care face ca particulele fine, insolubile (cuarţ, gips, feldspat)

din strat să fie purtate în suspensie şi îndepărtate din canalele de curgere

şi apoi din sondă;

- un control mai bun al curgerii spumei acide prin îmbunătăţirea calităţii,

schimbând densitatea acidului de tratare;

Tratamentele cu spume acide trebuie să aibă un timp redus de închidere a

sondei după pompare, pentru a diminua şansa separării lichidului şi a gazelor.

Cu cât timpul de menţinere a spumei acide în condiţii statice creşte, cu atât

mai uşor se pot separa cele două faze şi particulele fine suspendate se pot sepa-

ra de acidul spumos.

Repunerea în producţie a sondei se va face progresiv în cazul în care

după pauza de reacţie presiunea se menţine la valori relativ ridicate

2.1.7. Eficienţa operaţiei de acidizare

50

În orice operaţie de stimulare este important să se evalueze eficienţa

respectivului tratament aplicat matricei.

Singurul mijloc de evaluare a eficienţei unei tehnici de stimulare este de

a dovedi că obiectivele tehnice şi economice au fost atinse. De fapt scopul

principal al operaţiilor de stimulare a statelor productive îl reprezintă

optimizarea productivităţii (creşterea debitului sondei) prin eliminarea eficientă

a contaminării din strat productiv deschis,

Pentru a evalua efectul acidizării asupra zonei de strat din jurul sondei se

consideră cele două situaţii existente înainte de acidizare şi după acidizare:

22

1

k

k

Q

Q m . (2.33)

În relaţia (2.33) se explicitează debitul sondei înainte de acidizare Q2, în

funcţie de permeabilitatea iniţială k2 din formaţiune şi debitul sondei după

acidizare Q1 în funcţie de o permeabilitate medie km (când stratul devine

neomogen cu două zone concentrice cu permeabilităţi diferite k1 şi k2 cm se

poate urmăr în figura 2.6).

Pentru a stabili permeabilitatea medie se scrie expresia debitului de lichid

pentru întreaga zonă de drenaj şi pentru cele două zone cu permeabilităţi k1 şi

k2. Se consideră debitul constant pe cele trei zone.

s

a

di

a

c

c

s

c

dcm

r

R

pphk

R

R

ppk

r

R

pphkQ

ln

2

ln

2

ln

2 2 (2.34)

51

Fig. 2.6. Zone cu prtmeabilităţi difrrite după acidizare

Se scrie căderea de presiune pentru zona de drenaj a sondei ca o sună a

căderilor de presiune pentru cele două zone concentrice create:

pc – pf = (pc – p) + (p – pf) , (2.35)

şi prin explicitarea acestor căderi de presiune în funcţie de debit şi

permeabilităţi din relaţia 2.34) se obţine:

hk

r

RQ

hk

R

RQ

hk

r

RQ

s

a

a

c

m

s

c

12 2

ln

2

ln

2

ln

. (2.36)

Din relaţia (2.36) se obţine permeabilitatea medie a stratului

km:

52

s

a

a

c

s

c

m

r

Rk

R

Rk

r

Rkk

k

lnln

ln

21

21

,

(2.37)

unde: k1 este permeabilitatea din jurul găurii de sondă în urma tratamentului de

acidizare;

k2 – permeabilitatea iniţială fără contaminare.

Se exprimă debitul sondei după acidizare Q1 în funcţie de

permeabilitatea medie şi debitul sondei înainte de acidizare Q2 în funcţie de

permeabilitatea iniţială , se înlocoiesc în relaţia (2.33) şi se obţine:

s

c

s

c

s

c

s

c

r

Rk

R

Rk

r

Rk

r

R

phk

r

Rk

R

Rk

phkk

Q

Q

12

1

1

1

2

12

1

1

21

2

1

lnln

ln

ln

2

lnln

2

, (2.38)

Dacă se notează raportul permeabilităţilor k1/k2 = α şi se împarte relaţia

(2.38) la k2 se obţine:

s

c

s

c

r

R

R

R

r

R

1

1

lnln

ln

. (2.39)

Din reprezentarea grafică a relaţiei (2.39) se obţine variaţia creşterii

debitului sondei în funcţie de raportul permeabilităţilor α = k1/k2 pentru diferite

raze de extindere în strat a soluţiei acide de tratare cu efect de dizolvare Ra.

53

0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

0 1 2 3 4 5 6

a=k1/k2

0,25m

0,5m

1m

2m

5m

: Fig.2.7.Vaiaţia debitului de lichid al unei sonde în funcţie

de raportul permeabilităţilo rpentru diferite raza de pătrundere a soluţiei acide

Din figura 2.5 se constată următoarele

Dacă α < 1 (k1 < k2), rezultă φ < 1. Aceasta înseamnă că în urma tra-

tamentului de acidizare s-a produs o contaminare suplimentară în zona din

jurul găurii de sondă datorită micşorării permeabilităţii din această zonă, deci

se reduce debitul sondei.

Dacă α = 1 (k1 = k2), rezultă φ = 1.Aceasta înseamnă că tratamentul de

acidizare nu a condus la creşterea debitului sondei.

Dacă α > 1 (k1 > k2), rezultă φ > 1. Aceasta înseamnă că în urma

tratamentului de acidizare s-au îmbunătăţit condiţiile de curgere în strat prin

mărirea permeabilităţii în jurul găurii de sondă, deci s-a obţinut o creştere a

debitului sondei.

2.1.8. Tehnologii de pompare a soluţiilor acide

a Acidizări selective

Pentru acidizarea unui complex productiv multistratifica, cu caracteristici

diferite (compoziţia rocilor, permeabilitate, temperatură, presiune) şi inegalităţi

ale gradului de deteriorare a permeabilităţii, se pot utiliza metode de dirijare a

soluţiei acide de tratare, care au ca obiectiv îndepărtarea eficientă a

contaminării din zonele afectate.

Folosirea metodelor de dirijare constituie un mod simplu de împiedicare

a tendinţei naturale a soluţiei acide de a pătrunde preferenţial în stratele cele

mai permeabile sau mai puţin contaminate.

a1.A cidizări selective cu izolare mecanică

Pentru dirijarea soluţiei acide de tratare prin mijloace mecanice se pot

folosi: packere, ansamblul dop de coloană tip C şi packer model G sau bile de

5 m

2 m

1 m 0,5 m

0,25 m φ

α = k1/k2

54

etanşare a perforaturilor. Prin intermediul acestora acidizarea este realizată

separat pentru fiecare strat în parte dintr-un complex productiv.

Aceste sisteme mecantce sunt considerate cele mai eficiente forme de

dirijare selectivă a soluţiei acide într-un complex productiv, dar ele necesită o

stare tehnică bună a coloanelor de exploatare şi o durată de timp apreciabilă

pentru fixarea în sondă la adâncimea necesară.

Metodele de izolare mecanică nu pot fi aplicate la sondele la care s-au

realizat împachetări cu pietriş şi în găurile de sondă netubate.

Izolarea cu packere se realizează prin introducerea unei garnituri de ţevi

de extracţie în sondă cu un packer, care se fixează deasupra stratului inferior ce

urmează să fie acidizat (fig. 2.8, a).

Soluţia acidă se introduce prin interiorul ţevilor de extracţie şi pătrunde

numai în stratul inferior, întrucât cele superioare sunt izolate cu packer. După

acidizarea stratului inferior se dezarmează packerul şi se introduce prin

circulaţie un dop de nisip în coloana de exploatare, în dreptul stratului inferior

acidizat. Apoi packerul se armează deasupra stratului următor care trebuie

acidizat (fig. 2.8, b).

Fig. 28. Izolarea cu packer

pentru acidizrea stratelor.

Operaţia se repetă în mod asemănător, până când se efectuează acidizarea

tuturor stratelor productive din complex, programate pentru tratarea cu soluţii

acide. Urmează apoi curăţarea nisipului din coloana de exploatare, prin

circulaţie cu lichide sau cu ajutorul lingurii de curăţat.

În locul nisipului se pot folosi preparate chimice în stare lichidă, care nu

reacţionează cu roca şi prezintă avantajul că se pot extrage uşor din sondă după

terminarea operaţiei de tratare a stratelor din complexul productiv. Ca fluid de

izolare se poate utiliza soluţie de clorură de calciu (CaCl2), cu o densitate de

1200 - 1300 kg/m3.

În prezent se poate folosi un dispozitiv mecanic modern, care facilitează

mult operaţia de acidizare selectivă, în sensul că nu mai este necesară

introducerea prin circulaţie a dopurilor de nisip şi curăţarea lor ulterioară.

Dispozitivul folosit este un dop de coloană tip Baker model C, care se

poate cupla la un packer tip Baker model G.

După acidizarea stratului inferior din cadrul complexului, aşa cum s-a

menţionat anterior, urmează izolarea acestui strat de celelalte strate ce urmează

a fi acidizate cu ajutorul dopului de coloană tip Baker model C.

55

Acest dop se va introduce împreună cu un packer cu acţionare mecanică

tip Baker model G, care are la partea inferioară un dispozitiv baionetă cu

ajutorul căruia se cuplează şi se decuplează de dopul de coloană tip C. Packerul

este înfiletat la garnitura de ţevi de extracţie.

Ansamblul packer – dop se introduce în sondă, până ce dopul ajunge sub

stratul care trebuie acidizat (fig. 2.9, a). În acest moment printr-o rotire a

ţevilor de extracţie se realizează decuplarea packerului model G, care va fi

ridicat şi apoi armat deasupra stratului ce urmează a fi acidizat (fig. 2.9, b).

Dopul de coloană C, prin construcţia sa, va rămâne în coloana de

exploatare la adâncimea dorită după decuplarea packerelui, prin fixarea

bacurilor sale în peretele coloanei de exploatare, iar etanşarea sa se realizează

sub acţiunea unei presiuni diferenţiale (prin umflarea unor garnituri de cauciuc

sub formă de cupe situate la extremităţile corpului).

Trebuie menţionat că sensul de decuplare a packerului model G de dopul

de coloană tip C este invers decât sensul de rotire pentru armarea packerului G.

În caz contrar nu este posibilă retragerea packerului pentru efectuarea operaţiei.

Fig. 2.9. Scheme de izolare a stratelor productive

cu packer şi dop de coloană.

După acidizarea stratului dorit se dezarmează packerul şi se coboară prin

intermediul garniturii de ţevi de extracţie pentru a se cupla dopul de coloană tip

C în sistemul baionetă al packerului.

Urmează retragerea ansamblului packer – dop şi poziţionarea lor în sondă

cum s-a menţionat anterior, pentru acidizarea altui strat superior după cum se

vede în schema din figura 2.9, c.

Etanşările cu bile oferă un cost mic dar eficienţa lor depinde de mulţi

parametri care includ lungimea intervalelor perforate, desimea perforaturilor,

rotunjimea şi netezimea perforaturilor, debitul de injecţie, presiunea

diferenţială de-a lungul perforaturilor şi calitatea inelului de ciment.

Bilele, confecţionate din materiale rezistente la atacul acid, sunt

transportate în sondă şi dirijate în perforaturi de soluţia acidă de tratare care

curge preferenţial spre zonele cu permeabilitate mai mare.

Când bilele de etanşare vin în contact cu orificiile create în coloană prin

perforare se o presiune diferenţială care presează bila în perforatură,

împiedicând circularea fluidului. Bila etanşează perforatura atâta timp cât

presiunea din sondă se menţine mai ridicată decât presiunea din formaţiune.

56

După terminarea operaţiei de acidizare se scurge presiunea din coloană şi

între strat şi sondă apare o presiune diferenţială care îndepărtează bilele din

perforaturi.

Dacă stratul începe să producă cu un debitmai mare, bilele sunt antrenate

de fluid şi aduse la suprafaţă.

Dacă sonda nu debitează imediat, bilele cad la talpa sondei.

Pentru introducerea bilelor în fluidul acid de stimulare se folosesc

dispozitive cu acţionare manuală sau dispozitive cu ejector.

Dezavantajul principal al tehnologiei de acidizare selectivă cu bile de

etanşare constă în faptul că nu există siguranţa dirijării bilelor spre toate

intervalele deschise. Pentru a obţine o etanşare sigură se estimează că pentru

fiecare perforatură sunt necesare două sau trei bile.

a2. Acidizări selective cu agenţi de deviere chimici

Mulţi agenţi chimici au fost experimentaţi şi utilizaţi ca agenţi de deviere

în cadrul operaţiilor de acidizare selectivă a complexelor productive, dar s-a

renunţat treptat la utilizarea unor agenţi chimici datorită problemelor apărute

care au diminuat eficienţa tratamentului, conducând uneori la o contaminare

suplimentară a formaţiunilor.

Pentru a evita realizarea unor devieri nesigure a soluţiei acide sau

producerea unei deteriorări suplimentare a permeabilităţii formaţiunilor

productive, agentul de deviere ales trebuie să satisfacă următoarele cerinţe:

- să fie insolubil sau parţial solubil în soluţia acidă de transport;

- să fie solubil în fluidele de producţie sau injecţie;

- să fie inert cu alţi aditivi din soluţia de tratare (inhibitori de coroziune,

surfactanţi, antispumanţi);

- să aibă temperatura de topire mai mare decât temperatura de la talpa

sondei;

- să prezinte o dimensiune adecvată, în funcţie de mărimea deschiderii

porilor şi a fisurilor sdin stratul productiv pentru a preveni invazia

particulelor de deviere în roca rezervor;

- să creeze o crustă impermeabilă pentru un efect de deviere maxim.

Deviatorii chimici creează o crustă de particule solide în zona de strat cu

permeabilitate mare, direcţionând astfel curgerea fluidelor de stimulare spre

zonele cu permeabilitate mică. Deoarece intrarea fluidului de tratare în fiecare

strat din cadrul complexului productiv este limitată de rezistenţa acestei cruste,

agenţii de deviere conduc la o egalizare a curgerii în zonele de permeabilităţi

diferite.

Fluidul de transport al agenţilor chimici de deviere poate fi: o soluţie

acidă, o soluţie de sare, un gel, o hidrocarbură, o emulsie sau o spumă.

Dacă agentul de deviere este solubil în fluidul de transport, trebuie să se

satureze acest fluid cu agent de deviere.

În urma constatărilor din şantier, nu se folosesc deviatori chimici pentru

stimularea intervalelor scurte ( 30 m).

Posibilităţile de dirijare a soluţiilor acide de tratare spre zonele de interes

sunt mai uşor de valorificat prin utilizarea fluidelor de stimulare cu contrast de

densitate. Aceste soluţii de stimulare se pot dovedi foarte eficiente în cazul în

care contactele ţiţe – apă şi/sau gaze – ţiţei sunt foarte apropiate de intervalul

perforat.

57

În funcţie de natura agenţilor de blocare se pot aplica mai multe tehnici

de izolare a unor strate cu permeabilităţi mari, pentru o tratare eficientă a unui

complex productiv prin acidizare.

Izolarea cu geluri se realizează prin introducerea acestora în sondă în

dreptul stratului care trebuie izolat, atunci când starea tehnică a coloanei de

exploatare nu permite introducerea unui packer.

Gelurile sunt agenţi antifiltranţi sub formă de polimeri naturali sau

sintetici cu greutate moleculară mare. Din categoria polimerilor naturali fac

parte: guma guarul şi derivaţii hidroxialchilaţi, derivaţii celulozici şi în

particular hidroxietilceluloza (HEC). Polimerii sintetici sunt constituiţi din

poliacriamide.

În şantier, au fost utilizate geluri concentrate pe bază de poliacrilamidă şi

aldehidă formică (în cazul sondelor de injecţie de apă) sau geluri pe bază de

silicat de sodiu şi polimeri polivinilici (în cazul sondelor de injecţie de gaze. În

aceste geluri organice se pot adăuga diferite materiale fibroase, pentru a realiza

game de geluri cu densităţi diferite faţă de densitatea soluţiei acide de tratare.

Pentru acidizarea selectivă a unui complex productiv în care stratele cu

permeabilitate ridicată se află la partea inferioară, iar stratele cu permeabilitate

scăzută la partea superioară a complexului, se procedează astfel:

- se introduce în sondă un gel cu densitate mai mare decât a soluţiei acide;

- se coboară ţevile de extracţie cât mai aproape de talpa sondei;

- se introduce gelul într-o cantitate necesară pentru a izola stratele inferi-

oare cu permeabilitate ridicată;

- se ridică ţevile de extracţie deasupra nivelului de gel;

- se începe pomparea soluţiei acide pentru acidizarea stratelor superioare.

Dacă stratele cu permeabilitate scăzută se găsesc la baza complexului

productiv, iar cele cu permeabilitate ridicată la partea superioară a complexului

productiv, se procedează astfel:

- se coboară ţevile de extracţie cât mai aproape de talpă (la baza stratelor

cu permeabilitate scăzută);

- se pompează un dop de gel cu densitate mai mică decât a soluţiei acide,

care va acoperi întregul complex productiv;

- se pompează prin ţevile de extracţie un volum de soluţie acidă necesar

pentru tratarea stratelor inferioare; dopul de gel din coloană se ridică

şi crează o coloană hidrostatică de lichid care va forţa soluţia acidă să

intre în stratele inferioare;

- se pompează un nou volum de soluţie acidă necesar pentru

acidizarea întregului complex.

Izolarea cu materiale solide fin măcinate are o largă aplicabilitate

deoarece asigură dirijarea fluidului acid în filtre împachetate cu pietriş,

perforaturi, strat.

Pe măsură ce soluţia acidă de stimulare cu agenţi de deviere este pompată

în complexul de strate productive perforate, particulele solide se aglomerează

preferenţial la faţa rocii colectoare, formând o turtă impermeabilă, suficientă

pentru a dirija curgerea fluidului acid de tratare spre suprafeţele cu

permeabilitate scăzută.

Materialele solide fin măcinate au rol de blocare temporară a

formaţiunilor din complexul productiv care au permeabilităţi mari şi grad redus

de contaminare.

58

Soluţia acidă care asigură transportul agentului de deviere trebuie să aibă

densitatea sau vâscozitatea necesară păstrării dispersiei uniforme a particulelor

solide.

În mod frecvent, în practica acidizării selective a unui complex stratificat,

se folosesc agenţi de deviere sub formă solidă:

- cu particule de dimensiuni mai mari de 2 mm:

• nisip (material inert);

• sare gemă brută (solubilă în apă şi acid diluat);

• acid benzoic - fulgi (solubil în ţiţei, gaze, apă, acid);

• răşini (solubile în ţiţei şi condensat);

• naftalină - solzi (solubilă în ţiţei şi gaze);

• amestecuri de ceară şi polimeri sintetici (solubile în ţiţei);

- cu particule de dimensiuni mici (sub 100 m):

• benzoat de sodiu sau amoniu (solubil în apă sau soluţie alcalină

şi slab solubil în acid);

• amestecuri de răşini (solubile în ţiţei şi inerte în mediul acid).

Sarea gemă nu poate fi folosită niciodată ca agent de deviere în

tratamentele cu acid fluorhidric sau înaintea acestor tratamente, deoarece ea

creşte riscul precipitării fluorosilicatului de sodiu.

Dacă se utilizează agent de blocare într-un zăcământ cu permeabilitate

de 100 mD până la 1000 mD, rezistenţa crustei de deviere nu va fi suficientă

pentru a evita penetrarea fluidului în zonele cu permeabilitate ridicată. Pe de

altă parte, dacă se utilizează un agent de deviere cu particule solide foarte fine,

acestea vor migra în mediul poros cu fluidul de tratare şi nu se va produce

devierea.

În unele cazuri, când porii rocii au un diametru mai mare decât

particulele de deviere, se poate crea o crustă internă ce conduce la o deviere

eficientă, dar extragerea acesteia poate fi dificilă.

Izolarea cu emulsie conduce la dirijarea soluţiei acide spre zonele supe-

rioare sau inferioare ale intervalului de strate perforate, în funcţie de

obiectivele tratamentului.

De exemplu, pentru a evita pătrunderea soluţiei acide sau emulsiei acide

în partea inferioară a zonei situate în imediata apropiere a contactului apă–ţiţei,

ceea ce ar conduce la mărirea simultană a canalelor de comunicaţie şi a

fisurilor situate atât în zona de ţiţei cât şi în zona de apă şi implicit la creşterea

procentului de apă, se recomandă folosirea a două pachete de emulsie cu

caracteristici diferite. Se injectează un pachet de emulsie neutră de mare

viscozitate şi densitate, urmat de un pachet de emulsie acidă cu o vâscozitate şi

o densitate mai mică.

Contrastul de densitate se obţine folosind la prepararea emulsiei neutre o

soluţie de clorură de calciu.

Contrastul de vâscozitate dintre emulsia neutră şi emulsia acidă se obţine

prin folosirea unor raporturi diferite între ţiţei, emulgator şi soluţia acidă,

respectiv între ţiţei, emulgator şi soluţia de clorură de calciu, ca şi folosirea

unor calităţi diferite de ţiţei.

Pentru a mări stabilitatea în timp a emulsiilor cu densitate mare, diferenţa

de densitate dintre soluţia de clorură de calciu şi ţiţei se poate micşora prin

adăugarea în ţiţei a tetraclorurii de carbon (4CCl = 1595 kg/m

3). Tot

59

tetraclorură de carbon se adaugă în faza hidrocarbonată, pentru a egaliza

densităţile la prepararea emulsiilor acide sau a emulsiilor neutre[.

Se pot realiza contraste de densitate cu fluide de stimulare cu densităţi

normale,prin gazeificarea cu azot a pachetelor de soluţie de stimulare, sau prin

transformarea lor în spume cu densitate redusă la jumătate faţă de densitatea

iniţială.

Izolarea cu spume soluţiilor acide de stimulare nespumate.a dat

rezultate foarte bune la acidizarea stratelor depletate dintr-un zăcământ

petrolifer multistratificat caracterizat printr-un contrast mare de permeabilitate

şi o contaminare puternică, neuniformă.

Spumele au fost utilizate cu succes ca agenţi de deviere, numai în

circumstanţe speciale, cum ar fi: stimularea stratelor cu împachetări de pietriş

şi stimularea simultană a zonelor de ţiţei sau apă cu grosimi mari şi presiuni

sub valoarea celor hidrostatice, constituite din roci neomogene din punct de

vedere al porozităţii şi permeabilităţii.

Natura fizică a spumelor ajută la amplasarea controlată şi uniformă a

soluţiilor acide de tratare. Spumele îşi schimbă proprietăţile în funcţie de

presiune şi temperatură. Astfel, într-o zonă de joasă presiune spuma va avea o

calitate superioară şi deci un efect de deviere mai mare a soluţiei acide.

Un avantaj semnificativ al sistemelor de deviere pe bază de spume îl

constituie capacitatea lor de a transporta în sens invers (strat-sondă) particule

solide insolubile dislocate în timpul curgerii.

Spumele prezintă totuşi unele dezavantaje: sunt relativ instabile în cazul

unor condiţii deosebite de injecţie şi au rezistenţă scăzută la injecţia ulterioară a

fluidelor. De asemenea diluarea spumelor acide datorită fluidelor din zăcământ,

determină scăderea calităţii şi diminuarea eficienţei lor ca agenţi de deviere.

Îmbunătăţirea stabilităţii spumelor se poate realiza prin creşterea

vâscozităţii fazei externe. Acest lucru se poate realiza cu ajutorul

polimerilor solubili în apă, obţinând spume îmbunătăţite cu polimeri.

O stabilitate mecanică şi mai bună se poate obţine gelând faza externă a

spumei, adică formând geluri-spumă .

Izolarea cu sisteme de tip gel – spumă a devenit o metodă practică

deosebit de utilă pentru blocarea căilor de mare permeabilitate a stratelor

productive şi de modificare a profilului de curgere a fluidelor în zăcământ.

Sistemul tip gel – spumă (spume îmbunătăţite cu polimeri reticulaţi)

prezintă o stabilitate şi o rezistenţă mărită faţă de gelurile convenţionale.

Utilizarea gelurilor – spumă poate constitui o metodă nouă, eficientă şi

economică de uniformizare a profilului de curgere, reprezentând o combinaţie

a două tehnologii de blocare (cu geluri pe bază de polimeri şi cu spume

apoase). Această metodă realizează o blocare selectivă pe o rază mai mare în

zăcământ, cu un consum mai mic de chimicale.

Folosirea gelurilor – spumă, comparativ cu utilizarea separată numai a

gelurilor sau numai a spumei, prezintă mai multe avantaje:

- blocarea canalizărilor de gaze, datorită densităţilor mici obţinute prin

utilizarea unor fracţii mari de gaze (50-90%);

- timp de viaţă mai lung decât o spumă obişnuită;

- tratarea mai economică a unui volum poros mare comparativ cu

utilizarea unui gel simplu.

60

Gelurile – spumă sunt unice prin proprietăţile lor, deoarece, formulate

corect, ele au comportamentul şi caracteristicile unei spume apoase în timpul

injecţiei în zăcământ (înainte de gelare) şi ale unui gel elastic după ce gelează.

În timpul tratamentelor de acidizare cu agenţi de deviere chimici, pot

apărea probleme majore dacă nu sunt respectate condiţiile referitoare la

decantare, solubilitate, distribuţia mărimii particulelor şi compatibilitate .

b. Acidizări repetate

În urma unei operaţii de acidizare a unui strat productiv, debitul sondei

creşte iniţial, apoi scade după un timp ce diferă de la o sondă la alta. Din

această cauză sondele se supun unor acidizări periodice, mărindu-se cantitatea

de soluţie acidă cu 25 – 50% faţă de acidizarea precedentă.

Fig. 2.10. Variaţia debitului unei sonde în urma acidizării repetate.

Debitul sondei după fiecare acidizare este din ce în ce mai mic (fig.2.10)

Acest fenomen se datorează faptului că la o ulterioară acidizare soluţia

acidă se canalizează pe vechile canale, lărgindu-le numai, fără a crea altele noi

care să penetreze în strat, pentru a pune în legătură sonda cu alte zone ale

stratului cu permeabilitate mai bună.

Pentru a combate tendinţa de canalizare a soluţiei acide în canalele cu

secţiune mare, se injectează în strat, înaintea soluţiei acide, un dop de soluţie de

clorură de calciu sau altă substanţă adecvată care blochează temporar canalele

cu secţiune mare (sau zonele cu permeabilitate ridicată), astfel încât soluţia

acidă injectată ulterior să pătrundă şi în canalele cu secţiune redusă care nu au

fost atacate la tratamentul precedent.

Operaţia de stimulare este repetabilă atâta timp cât plusul de producţie

obţinut după acidizare depăşeşte cheltuielile necesare acestui tratament.

c. Acidizări în tranşe

La formaţiunile productive de grosimi mari sunt necesare şi volume mai

mari de soluţie acidă pentru tratare.

Eficienţa acidizării la aceste strate poate creşte, dacă introducerea soluţiei

acide se face în 2 – 4 tranşe.

61

Acidizările în tranşe sunt de fapt nişte acidizări repetate care se fac

consecutiv, fără repunerea sondei în producţie. La fiecare tranşă se introduce

un volum de soluţie acidă cu 30 - 40% mai mare decât volumul tranşei

precedente.

După introducerea fiecărei tranşe se lasă soluţia acidă în contact cu roca

pentru reacţie, după care se recomandă să se execute curăţarea stratului

productiv de substanţele rezultate din reacţie. Soluţia acidă pompată în tranşa

următoare găseşte pereţii sondei curaţi şi canalele curăţate, încât pătrunde mai

uşor în strat şi pe o distanţă mai mare.

d. Acidizări prin vibraţii

La sondele la care s-a produs o colmatare a stratului productiv pe o

distanţă relativ mică s-au obţinut rezultate pozitive prin injecţia în strat a unui

volum de 6 - 10 m3 soluţie de acid clorhidric, care trece printr-un perforator

hidraulic sau vibrator.:Acest dispozitiv este adus în dreptul stratului productiv

cu ţevile de extracţie.. La suprafaţă se foloseşte un utilaj identic cu cel folosit la

fisurarea hidraulică.

Pomparea soluţiei acide se face prin interiorul garniturii ţevilor de

extracţie, închizând ventilul de la coloana de exploatare în momentul în care

soluţia a ajuns în dreptul stratului.

Perforatorul hidraulic sau vibratorul intră în funcţiune în timpul pompării

soluţiei. Datorită oscilaţiilor care se produc în mediul poros al stratului, saturat

cu lichid, se creează o reţea de microfisuri în care pătrunde soluţia acidă,

obţinându-se astfel o eficienţă sporită.

Rolul principal în propagarea oscilaţiilor generale îl are pulsaţia

lichidului din spaţiul inelar, provocată de mişcarea vibratorului.

2.2.Metode de creare a unor canale de pătrundere în strat

2.2.1.Aspecte generale

Stratele productive saturate cu hidrocarburi reprezentate prin nisipuri

neconsolidate sau slab cimentate, cu o permeabilitate mare, oferă posibilităţi

bune de circulaţie în mediul poros, a fluidelor care se deplasează din strat în

gaura de sondă. Deschiderea unor astfel de strate tubate şi cimentate se poate

realiza prin perforare cu gloanţe obişnuite, nefiind necesară creearea de canale

prin perforare în stratul productiv, dincolo de inelul de ciment.

La deschiderea stratelor productive alcătuite din gresii compacte sau cal-

care cu o permeabilitate mai mică trebuie acordată importanţă metodei de

perforare pentru a creşte adâncimea de pătrundere în roca magazin din jurul

găurii de sondă.

Puterea de pătrundere a gloanţelor obişnuite consideră insuficientă pentru

realizarea unui nivel corespunzător de productivitate a sondelor, fie în cazul

deschiderii unor strate cu roci compacte sau al perforării prin mai multe rânduri

de burlane, fie în cazul străpungerii zonelor colmatate sau cimentate, precum şi

a zonelor înfundate cu diverse depuneri. Pentru condiţiile menţionate, rezultate

bune s-au obţinut cu metoda perforării cu gloanţe explozive.

Deşi realizează adâncimi mari de pătrundere şi creează un sistem amplu

de crăpături şi fisuri în stratele alcătuite din roci compacte, folosirea

62

perforatoarelor cu gloanţe explozive are o acţiune limitată, deoarece prin

acţiunea lor coloana de exploatare şi inelul de ciment sunt puternic degradate.

Datorită condiţiilor diverse întâlnite în zăcămintele de petrol din ţara

noastră (gradul de consolidare al rocilor colectoare, compoziţia mineralogică şi

proprietăţile lor fizice, presiunea şi temperatura din stratele productive, precum

şi modul de echipare al sondei din timpul forajului), pentru deschiderea

stratelor productive s-a trecut la perfecţionarea continuă a perforatoarelor cu

gloanţe simple şi explozive şi la adaptarea unor metode noi de străpungere cu

eficacitate mult mai mare (metoda străpungerii cu jet exploziv şi metoda

străpungerii cu jet abraziv).

Problema referitoare la influenţa perforării asupra integrităţii şi

rezistenţei coloanelor tubate este strâns legată de problema asigurării

exploatării normale a sondelor. Degradarea sau micşorarea rezistenţei coloanei

de exploatare în cursul perforării poate constitui în anumite condiţii cauza

viiturilor de nisip, a inundării premature cu apă sau gaze a sondelor şi duce

chiar la turtirea coloanei şi surparea stratului în zona filtrului.

Natura şi gradul de deformaţie al coloanei depind atât de tipul de

perforator utilizat cât şi de condiţiile specifice din sondă (diametrul, grosimea

de perete şi tipul de oţel al burlanelor, de starea coloanei).

Pentru obţinerea unui debit optim se determină fiecare diametru de

coloană suprafaţa din dreptul stratului productiv ce trebuie să fie deschisă şi

deci numărul şi diametrul orificiilor teoretic necesar, precum şi caracteristicile

stratelor ce urmează a fi puse în comunicaţie cu gaura de sondă. În consecinţă

se vor alege aparatele de perforare cu eficienţă corespunătoare pentru fiecare

zăcământ şi chiar pentru fiecare sondă.

Micşorarea rezistenţei de filtraţie în zona filtrului sondei prin

îmbunătăţirea modului de deschidere a stratului prin perforare este una din

căile de mărire a productivităţii sondei. Încercarea de a mări debitul sondei prin

mărirea diametrului orificiilor este riscantă pentru rezistenţa coloanei de

exploatare şi de aceea se recomandă o mărire a distribuţiei orificiilor cu

diametru mic (cca 13 orificii pe metru).

Metodele de creare a unor canale de pătrundere în zona stratului

productiv, în scopul obţinerii condiţiilor necesare de curgere a fluidelor spre

gaura de sondă pot fi grupate astfel:

• metoda perforării cu gloanţe:

a) obişnuite;

b) explozive;

• metoda perforării cu jet exploziv;

• metoda perforării cu jet abraziv.

2.2.2. Metoda de perforare cu jet abraziv

Această metodă se bazează pe acţiunea abrazivă a unui jet de fluid şi

nisip, care la ieşirea cu presiune mare din ajutajul unui dispozitiv posedă o

energie cinetică importantă, ceea ce îi conferă o capacitate însemnată de

străpungere a materialului din calea sa.

Dispozitivul de perforare este introdus în sondă cu ţevile de extracţie

până în dreptul zonei care urmează a fi tratată şi permite străpungerea coloanei

de tubaj, a inelului de ciment, cât şi a rocii stratului pe o anumită adâncime.

63

Pentru această operaţie se utilizează un dispozitiv de perforare cu jet

abraziv compus dintr-un corp metalic de formă cilindrică, prevăzut cu găuri

radiale, ce constituie locaşul pentru montarea unor port duze în care se fixează

duzele prin care trece jetul de fluid şi nisip (fig. 2.11.).

La partea inferioară a corpului se montează o supapă cu bilă 4, care

menţine presiunea în perforator. Corpul metalic este compus din mai multe

tronsoane, iar duzele pot fi dispuse elicoidal sau radial la 1200 sau 90

0, într-un

număr de aproximativ 8 duze/m, fie situate în grup. Majoritatea dispozitivelor

sunt prevăzute de obicei şi cu un centror cu arcuri pentru realizarea unei

centrări şi a unei stabilităţi mai bune.

Fig.2.11. Dispozitiv Fig.2.12.Variaţia vitezei jetului abraziv

pentru jet abraziv în rocă

Instalaţia necesară

Pentru operaţia de perforare cu jet abraziv în ansamblu, instalaţia

necesară în afară de perforatorul propriu zis şi coloana de ţevi de extracţie cu

care se introduce acesta în sondă şi prin care se pompează sub presiune fluidul

amestecat cu nisip mai cuprinde: agregate de pompare, un amestecător de nisip,

habă pentru fluid, reţea de conducte între elementele de pe poziţie şi capul de

eruţie.

La suprafaţă sonda poate fi echipată cu un cap de erupţie sau un

prevenitor de erupţie care se închide pe ţevile de extracţie.

Ţevile de extracţie sunt suspendate într-un elevator aşezat pe prevenitorul

de erupţie. Există şi un cap hidraulic şi furtun, astfel ca să poată fi posibilă

injectarea sub presiune a fluidului în sondă combinată cu manevrarea ţevilor de

extracţie necesară pentru deplasarea perforatorului în funcţie de configuraţia

fisurilor dorite în strat. Se poate astfel realiza o tăietură radială sau verticală,

care se va extinde ulterior printr-o operaţie de fisurare hidraulică.

Capul de erupţie este utilizat numai pentru operaţia de perforare.

Dispozitivul de tratare cu jet abrziv utilizat la sondele de adâncime.

15 30 45

timp (min)

Lungim

ea c

ablu

lui,

mm

180

135

90

45

0

l = f(t)

v = f(t)

64

pPentru adâncimi mari ale stratelor productive de 3500 – 4000 m

utilizarea perforatoarelor obişnuite ataşate la ţevile de extracţie crează

probleme. O

presiunea diferenţială mare provoacă o alungire mare a ţevile de extracţie ceea

ce poate duce la cedarea acestora din punct de vedere al rezistenţei materialui.

Există dispozitive prevăzute cu niplu de închidere temporară ca cel

schematizat în figura 2.13, care permite realizarea unei tratări combinate

perforare cu jet abraziv, urmată de fisurare hidraulică.

:

Fig.2.13. Dispozutuv cu jet abraziv pentru sonde de adâncime

a. dispozitivul în ansamblu; b. duză

Constructiv acest dispozitiv este alcătuit dintr-un corp cu ferestre

acoperite temporar de un niplu cu garnituri fixat în corp printr-un ştift. În

partea superioară a dispozitivului se află un scaun pentru etanşarea unei bile,

folosită pentru probarea ţevilor de extracţie la presiunea la care se face

fisurarea cu jet abraziv. Această bilă se evacuează după proba de presiune prin

circulaţie inversă. La partea inferioară a corpului se ataşează perforatorul

propriu zis alcătuit dintr-un ansamblu de tuburi prevăzute cu duze, prin care

trece amestecul de fluid cu nisip cu viteză mare pentru realizarea perforării.

Înainte de a începe operaţia de perforare se lansează prin ţevi o bila, care

se opreşte la partea inferioară a perforatorului pe un scaun întrerupând

circulaţia prin dispozitiv.

65

Rolul corpului cu ferestre este de a permite ca după ce s-a terminat

operaţia de perforare cu jet abraziv să se poată trece în continuare la efectuarea

unei fisurări hidraulice. În acest scop se introduce prin ţevile de extracţie bila

cu diametru mijlociu 10, care ajungând în dispozitiv etanşează locaşul niplului

pentru închiderea temporară a ferestrelor . Se face apoi o suprapresiune

necesară pentru a rupe ştiftul în care este fixat niplul. Acesta cade în partea

inferioară a corpului până în pragul opritor şi descoperă ferestrele prin care se

poate pompa lichidul de fisurare, care va intra în perforaturile create anterior,

extinzându-le şi realizând o zonă cu o mare permeabilitate.

Domeniul de aplicare a metodei de perforare cu jet abraziv

Comparativ cu celelalte metode de perforare, cu gloanţe sau cu jet

exploziv, metoda cu jet de fluid şi nisip realizează canale incomparabil mai

mari ca adâncime şi diametru şi nu afectează compactitatea inelului de ciment.

Efectul maxim al metodei de perforare cu jet abraziv se obţine prin

aplicarea la sondele tubate cu mai multe coloane şi în formaţiuni situate la

adâncimi de circa 4000 m, cu permeabilitate redusă şi colmatate.

Limita de adâncime este dată de rezistenţa coloanei de ţevi de extracţie.

Prin puterea de străpungere a jetului abraziv prin peretele metalic al

coloanei, prin inelul de ciment şi destul de adânc în rocă, această metodă

constituie nu numai o metodă de perforare, dar din ce în ce mai frecvent se

aplică în scopul acţionării asupra zonei de strat contaminate din jurul găurii de

sondă, în care realizează canale largi de comunicaţie, îmbunătăţind

considerabil capacitatea de producţie:

Metoda de perforare cu jet abraziv se poate aplica atât ca metodă

independentă de perforare, cât şi în combinaţie cu alte metode de tratare:

acidizare. fisurare hidraulică, fisurare acidă.

2.3.Metode de tratare prin aplicarea de şocuri

asupra formaţiunii

2.3.1.Aspecte generale Metoda tratării prin aplicarea de şocuri se bazează pe crearea la nivelul

formaţiunii a unui sistem de unde de presiune care acţio- nează asupra fluidului

din gaura de sondă sau asupra fluidului injectat de la suprafaţă şi exercită

asupra pereţilor stratului o acţiune rapidă de apăsare şi descărcare. În funcţie

de mărimea şi durata de acţionare a acestei solicitări cu frecfenţă mare se poate

realiza fie numai o curăţire a pereţilor stratului sau desfundarea perforaturilor,

fie chiar o fisurare a zonei de strat din jurul găurii de sondă.

Procedeele practice de aplicare de şocuri asupra formaţiunii productive

sunt următoarele:

• crearea unui jet pulsazor de fluid cu vibratorul hidraulic;

• impulsuri create prin explozii;

• crearea unui nucleu de joasă presiune într-un mediu cu presiune

ridicată cu celule de implozie.

2.3.2. Procedeul jetului pulsator de fluid

66

La sondele la care în cursul operaşiei de deschidere a stratelor

productive s-au utilizat fluide de foraj cu densitate mare cu adaos de barită şi

hematită s-a constatat că durata de punere în producţie se prelungeşte deoarece

îndepărtarea turtei din zona filtrului se face greu prin metodele de tratare

chimice . S-a dovedit că pentru mărirea capacităţii de pătrundere a soluţiilor de

tratare în formaţiune trebuie să se reealizeze şi o solicitareare mecanică asupra

rocii, în scopul formării unei reţele de canale noi în rocă,

În acest scop soluţiile de tratare pompare în sondă sunt aduse la nivelul

stratului sub forma unui jet de fluid, proiectat cu presiune mare în mod

intermitent asupra pereţilor stratului. Datorită oscilaţiilor presiunii, precum şi

vitezei de deplasare a fluidului în spaţiul inelar, aflat în comunicaţie cu fluidul

din formaţiune. Se crează în porii şi în canalele din rocă în primul rând un

regim de pulsaţii ale mediului fluid. Aceste pulsaţii solicită scheketul mineral

solid al rocii, făcând ca în structura acestuia să arară noi fisuri.

Dispozitivil folosit pentru realizarea jetului pulsator de lichid este

schematizat în figura 2.14.

Fig. 2.14. Dispozitiv cu jet pulsator de fluid

În corpul metalic al dispozitivului sunt practicate o serie de deschideri sub

formă de fante tăiate în direcţie tangenţială .La exterior este prevăzut cu un

sertar, care se poate roti liber în jurul corpului pe rulmenţi şi care este prevăzut

de asemenea cu fante laterale ce sunt orientate în direcţie opusă celor din

corp.Sertarul roteşte datorită licidului pompat , oferind altrnativ diferite

suprafeţe de ieşire a licidului care părădeşte vibratorul.

Ieşirea lichidului din dispozitiv se face cu intermitenţă. Perioada în care

jetul este proiectat din dispozitiv cu viteză mare alternează cu o periodă egală

de timp , când ieşirea lichidului este întreruptă.

67

Pulsaţia realizată cu acest dispozitiv este în funcţie de numărul de

deshideri, de forma şi dimensiunile acestora şi de cantitatea de lichd pompată.

Undele de şoc de mare amplitudine provocate cu dispozitivul cu jet

pulsator acţionează asupra zonei filtrului, asigurând distrugerea rapidă a turtei

depusă pe pereţii stratulul productiv sau a filtrului şi realizează o modificare a

sistemului de fisuri din rocă., îmbunătăţind condiţiile de curgere din strat.

2.3.3. Procedeul impulsurilor create prin explozii

La sondele la care capacitatea de producţie este micşorată, din caza

înfundării perforaturilor, se poate plica o operaţie de împuşcare cu gloanţe

oarbe utilizându-se un dispozitiv de perforare încărcat cu exploziv, dar fără

proiectile

Prin explozia unei încărcături în dreptul stratului productiv se crează un

tren de unde de presiune, care acţionează asupra formaţi- unii în plan

transversal faţă de axa sondei.

Undele de presiune au durată mică şi frecvenţă înaltă. Amplitu- dinea

maximă a acestor unde poate genera presiuni foarte mari, însă fiind de scurtă

durată nu produc deteriorarea coloanelor de tubaj sau a inelului de ciment din

spatele acestora.

În timpul exploziei, în sondă este o coloană de fluid deasupra

încărcăturii. Prin suprapunerea efectelor de presiune( întrucât coloana de fluid

nu este evacuată în acest timp din sondă), în strat se crează fisuri de-a lungul

unui plan orizontal. Fluidul din sondă şi gazele generate de explozie părund în

strat cu viteză mare, extinzând fisurile iniţiale.

Fig. 2.15. Schema tratării cu încărcătoră explozivă

În figura 2.15 este schematizat ansanblul dispozitivului de tratare cu

încărcătură explozivă introdus în dreptul stratului productiv Încărcătura de

68

exploziv cu care se face tratarea propriu – zisă se află într-o celulă

confecţionată din aliaje de magneziu şi aluminiu, având o lungime de 1,5 m şi

diametrul de 31/2 in, care se distruge complet în timpul exploziei din gaura de

sondă.

Presiunea creată în dreptul stratului productiv are o durată foarte mică,

dar o valoare superioară presiunii de fisurare a stratului productiv.

Rrin aplicarea acestui procedeu s-au obţinut rezultate bune în cazul

stratelor cu permeabilitate mică alcătuite din calcare, dolomite, gresii. Se poate

aplica înaintea unor operaţii de stimulare prin acidizare sau fisurare.

2.3.4. Procedeul imploziei

Implozia constă în apariţia bruscă a onui nucleu de joasă presiune într-un mediu de presiune ridicată. Deci acest fenomen reprezintă reversul exploziei.

Pentru a realiza acest mecanism de tratare, în sondă la nivelul stratului

productiv se introduc nişte dispozitive speciale, numite celule de implozie.

Aceste celule pot fi confecţionate din sticlă, ceramică sau metal. Ele sunt vidate

în interior şi pot rezista la o presiune superioară presiunii coloanei hidrostatice

a lichidului din sondă.

Celulele sunt aduse în dreptul stratului productiv şi se va crea asupra

coloanei de lichid din sondă o presiune suplimentară cu un agregat, astfel ca

aceste celule să se spargă.

În momentul spargerii celulelor vidate, fluidul din sondă şi din strat tinde

să ocupe brusc şi simultan spaţiul de joasă presiune. Prin deplasarea rapidă a

fluidelor din strat spre zona de implozie (de joasă presiune) se realizeză o

curăţire a perforaturtlor coloanei şi acanalelor de curgere din strat, având un

efect de mărire a permeabilităţii rocilor din jurul găurii de sondă.

Coloana de fluid din sondă se va deplasa cu viteză mare spre zona vidată

din celula spartă şi astfel se crează o presiune ridicată, care poate fi de 2 – 3 ori

mai mare decât presiunea de spargere a celulei, dar de durată foarte mică. Sub

acţiunea acestui puternic şoc hidraulic formaţiunea productivă cedează şi în

structura sa apar fisuri. Aceste fisuri pot fi extinse printr-o operaţie de fisurare

hidraulică simplă, care necesită presiuni mai scăzute.

Tipuri de dispozitive

Tipuirle de dispozitive folosite pentru crearea imploziei la nivelul strate-

lor productive sunt următoarele:

a) capsule simple;

b) capsule cu detonant;

c) dispozitive cu membrană;

d) dispozitive cu supape.

a. Capsule simple

Aceste dispotitive sunt confecţionate din sticlă sau ceramică, cu pereţii

groşi, au formă cilindrică, cu diametre mai mici decât al coloanelor de

exploatare în care se introduc şi cu lungimi ce sunt în funcţie de mărimea

intervalului dorit pentru tratare. Capsulele sunt vidate în interior.

Dimensionarea unei capsule se face încât spargerea ei să se producă sub

acţiunea unei presiuni mai mari decât presiunea existentă în sondă la

adâncimea unde este programată efectuare impoziei.

69

b. Capsule cu detonant

Aceste tipuri de capsule sunt alcătuite din tuburi de sticlă închise la

capete, cu grosimi variabile, cu diametrul de100 mm pentru coloane mat mari

de 6 5/8 in şi de 80 mm pentru coloane de 41/2 in.

În interiorul capsulei se află încărcătura explozivă şi fitilul detonant, care

este conectat la cablul eletric de lansare, alimentat de la suprafaţă.

c. Dispozitivul cu membrană

Acest dispozitiv schematizat în figura 2.15 este alcătuit dintr-o cameră

vidată confecţionată din ţevi de extracţie închisă la capătul superior cu un dop,

iar la partea inferioară cu o membrană, care se sparge la o presiune superioară

celei hidrostatice din sondă. Dispozitivul se introduce în dreptul stratului

productiv cu ţevple de extracţie. La partea inferioară a coloanei de ţevi de

extracţie, deasupra mufei de legătură cu dispozitivul sunt prevăzute nişte

crificii în ţevi , necesare realizării circulaţiei

Fig. 2.16. Schema dispozitivului cu membrană

Cănd dispozitivul menţionat este adus în dreptul stratului productiv.în

zona de tratare se închide ventilul de la coloană şi se pompează fluid prin ţevi

până când presiunea de sub membrană ajunge la presiunea critică de spargere.

Prin simpla înlocuire a memranei, dispozitivul poate fi utilizat din nou.

d. Dispozitvul cu supapă

Acest dispozitiv schematizat în figura 2.17 este alcătuit dintr-un corp

cilindric de metal prevăzut la partea inferioară cu o supapă cu clapă.

Menţinerea supapei în poziţia închis se realizează cu ajutorol unui manşon

blocat înde un mecanism de fixare.

70

Fig..2.17. Schema dispozitivului cu supapă

Deschiderea supapei pentru producerea implozie în sondă se realizează

prin rotirea ţevilor de extracţie de la suprafaţă. Practic se acţionează asupra

mecanismului de fixare, care se destinde şi eliberează manşonul de blocare al

supapei. Datorită dierenţei mart de presiune create brusc clapeta se ridică şi

permite pătrunderea rapidă a fluidului din sondă şi din strat în interiorul

dispozitivului şi apoi în ţevi .

Deschiderea supapei este echivalentă cu secţiunea interioară a ţevilor .

Pentru a mări efectul de aspiraţie creat de implozie asupra unui anumit

interval productiv se va proceda la izolarea acelui strat. Astfel la partea

inferioară a stratului supus tratării se fixează un dop de coloană dacă este

necesar, iar la partea inferioară a ţevilor de extracţie (deasupra dispozitivului de

implozie) se fixează un pacher pentru izolarea spaţiului inelar.

2.4. Metoda torpilării stratelor

2.4.1. Principiul metodei şi tipuri de torpile.

Prin torpilarea stratelor se urmăreşte provocarea unei explozii în dreptul

stratului productiv, în scopul măririi suprafeţei de filtrare a fluidelor care curg

din strat în sondă, prin crearea unor macro şi microfisuri în stratul productiv.

Se pot realizaşi fisuri de dimensiuni mai mari funcţie de tipul torpilei şi

cantitatea de materil exploziv.

Fenomenul carecteristic operaiei de torilare, care apre în sondă la nivelul

stratului este următorul: prin declanşarea exploziei de la suprafaţă, substanţa

explozivă utilizată în dispozitivul introdus în dreptul stratului trece aproape

instantaneu din starea solidă sau lichidă în stare gazoasă. În urma acestei

transformări rapide de faze , însoţită şi de o creştere a temperaturii, substanţa

respectivă îşi măreşte brusc volumul şi în acest fel se creează unde de presiune,

care acţionează distructiv asupra stratului pe o anumită rază, provocând apariţia

unor fisuri.

Distanţă de propagare a acestor unde de presiune depinde de:

71

• caracteristicile fizice ale rocii colectoare, în special de modulul de

elasticitate al rocii;

• de cantitate şi calitatea mateialului exploziv;

• de raportul dintre diametrul încărcăturii de exploziv şi diametrul coloa-

nei de exploatare.

Torpilările sunt eficiente în strate alcătuite din roci dure şi compacte.

La rocile plastice nu se formează fisuri, iar pe de altă parte din cauza

tasării rocilor în urma exploziei, permeabilitatea rocii din jurul sondei poate fi

micşorată.

Substanţele explozive care au o utilizare mai largă la torpilarea stratelor

sunt: nitroglicerina, dinamitele, trotilul şi balistita.

Pentru a introduce substanţa explozivă în sondă se folosesc torpilele.

Aceste dispozitive sunt construire dintr-un cilindru metalic sau tub de az

bociment umplut cu substanţă explozivă şi au un detonator la mijloc.

Aprinderea detonatorului se face electric de la suprafaţă, prin intermediul

cablului de carotaj cu care se introduce torpila în sondă.

Torpilele se pot clasifica după tipul de material exploziv utilizat, dar şi

din punct de vedere al profilului geometric al celulelor cu material exploziv,

asamblate într-un dispozitiv pentru a crea un efect cumulat.

Dintre substanţele explozive care îndeplinesc condiţiile de lucru din

sonde se utilizează cu succes dinamita sau balistita în torpile bine etanşe.

a.Torpila cu dinamită insolubilă în apă

Această torpilă schematzată în figua 2.18 este alcătuită dintr-un tub

metalic care are montat la capătul de jos un tub cu plumb pentru a asigura

coborârea cu uşurinţă sub nivelul de lichid, iar la capătul de sus are o reducţie

cu un sistem de agăţare pe care se prinde cablu cu care se face introducerea

torpilei în sondă.

Torpila este prevăzută la ambele capete cu orificii de egalizare a presiunii

în interiorul său, pentru a nu se turti sub acţiunea presiunii existente în gaura de

sondă la introducere

72

Fig. 2.18. Torpila cu dinamită Fig. 2.19..Torpila cu balistită

insolubilă

b. Torpila cu balisttită

Torpila care utilizează ca material exploziv balisttita este schemaizată în

figura 2.19. Acest dispozitiv constă dintr-un corp metalic confecţionat din ţevi

de extracţie sau burlane.La partea inferioară are sudat un cap de profil ogival,

iar la partea superioară are filet în care se ataşează o reducţie specială prin care

trece cablul de alimentare cu curent electric. O mică porţiune a cablului

pătrunde în corpul torpilei unde se află materialul exploziv şi acest cablu are la

capăt o rezistenţă electrică. Prin încălzirea acesteia se produce aprinderea

respectiv explozia balistitei din torpilă

Pentru izolarea etanşă a încărcăturii explozive din torpilă, la partea

superioară a reducţiei se montează un dop de cauciuc, iar legătura reducţiei la

corpul torpilei este asigurată de garnituri din materiale plastice.

2.4.2.Torpilarea dirijată

În cazul sondelor în care este necesară concentrarea energia exploziei

într-o anumită direcţie (numai în limitele unui interval determinat de rocă din

întregul complex productiv,sau în talpa sondei) se va aplica torpilarea dirijată.

Prin forma exterioară a dispozitivului ce conţine încărcătura de exploziv

şi prin intercalarea unei calote în drumul undei explozive, se poate realiza o

explozie dirijată.

Pe baza acestui principiu s-au construit torpile cu acţiune dirijată.

73

După forma şi locul de amplasare a calotei sau în funcţie de configuraţia

geometrce a celulei explozive se deosebesc următoarele tipuri de torpile:

a) torpile cu acţiune laterală convergentă (fig.2.20 a);

b) torpile cu acţiune laterală divergentă (fig.2.20 b);

c) torpile cu acţiune verticală (fig.2.20 c).

Torpilele cu acţiune laterală concentrată (convergentă) se folosesc pentru

torpilarea separată a unor intervale de strate.

Fig. 2.20. Celule explozive folosite la torpilarea dirijată

Torpilele cu acţiune laterală difuzată au o întrebuinţare limitată, fiind

folosite numai la torpilarea stratelor productive cu grosimi mici.

Torpilele cu acţiune verticală sunt folosite pentru spargerea şi apoi

străbaterea prin foraj a unor roci foarte dure, pentru distrugerea unui dop de

ciment din talpa sondei.

Dintre tipurile de torpile cu acţiune dirijată, cele mai bune rezultate s-au

obţinut cu torpila cu acţiune laterală concentrată. Efectul lateral concentrat,

realizat cu torpile de acest tip, poate acţiona fie în plan orizontal, fie în plan

vertical, în funcţie de forma celulei şi aşezarea scobiturii şi a învelişului

metalic de cumulare în dispozirivul de ansamblu.

Torpila cu acţiune laterală cu efect de pătrundere în plan orizontal

Acest tip de torpilă prezentată în figura 2.21 se compune dintr-un tub de

fontă sau de azbociment de cca 1 m lungime, în care se montează încărcătura

explozivă în celule separate, având învelişul exterior de forma unei calote

semicirculare. Detonatorii au aprindere electrică şi sunt legaţi în serie

74

Fig,2.21. Torpila cu acţiune laterală Fig.2.22.Torpila cu acţiune laterală

cu efect de păundere în plan orizontal cu efect de păundere în plan vertical

Introducerea torpilei în sondă se face cu cablu de carotaj. În unele cazuri

se pot introduce mai multe torpile dispuse în serie.

Torpila cu acţiune laterală cu efect de pătrundere în plan vertical

În figura 2.22 se poate vedea construcţia interioară a aceastei torpile.

Ea este prevăzută cu o scobitură de cumulare, căptuşită cu înveliş special, cu

aşezare în lungul torpilei sub formă de şanţ cu secţiune triunghiulră.

Torpilarea dirijată se aplică de obicei ca metodă de tratare fie

independent, fie în combinaţie cu alte metode. În acest din urmă caz, torpilarea

dirijată se aplică în scopul iniţierii deschiderilor necesare pentru aplicarea în

continuare a alte metode de tratare, cum ar fi fisurarea hidraulică la acele

formaţiuni alcătuite din roci foarte dure, care necesită presiuni de fisurare ce

depăşesc capacităţile agregatelor disponibile.

În cazul unor strate compacte şi puţin poroase după torpilare se execută o

acidizare, care îmbunătăţeşte şi mai mult condiţiile de curgere a fluidelor prin

reţeaua de canale create.

75

2.4.3.Realizarea burării exploziei

Este recomandabil ca atunci când se face o torpilare, în sondă să existe

lichid. Rolul coloanei de lichid este de a amortiza efectul exploziei în direcţia

axului sondei. Prin presiunea acesteia se reduce efectul presiunii gazelor

rezultate din explozie. Nivelul lichidului în sondă se recomandă să fie cu caţiva

zeci de metri de suprafaţă, iar sonda trebuie să fie deschisă. Aceste măsuri sunt

necesare, deoarece datorită exploziei coloana de lichid este mişcată în sus şi

astfel oferă o inerţie apreciabilă şi utilajul de suprafaţă este ferit de şocul

hidraulic care l-ar deteriora.

Această acţiune de reducere a efectului exploziei în direcţia axului sondei

cu ajutorul unei coloane de lichid (de obicei ţiţei).se numeşte burare.

Fig. 2.23. Schema burării exploziei

Stabilirea înălţimii burării se face pornind de la relaţia de stare:

100 PVPV i (2 40)

behhDCV 2

04

* (2.41)

unde: C este cantitatea de substanţă explozivă folosită pentru tratare;

V0 – volumul de gaze rezultăt dintr-un kilogram de substanţă explozivă,

în momentul exploziei, raportat la condiţiile normale (presiunea

atmosferică şi temperatura de 150C);

D – diametrul găurii de sondă;

he– înălţimea până la care se poate extinde efectul exploziei în sondă în

condiţiile în care este realizată burarea ;

hb – înălţimea de burare;

ρ – densitatea lichiduluide burare;

Pentru diferite valori ale lui he se obţin valori corespunzătoare pentru hb.

Pentru evitarea şocului hidraulic trebuie îndeplinită condiţia: he + hb < H

unde H este adâncimea sondei.

76

2.5. Tratarea stratelor prin fisurare hidraulică

2.5.1. Aspecte generale

Prin fisurarea hidraulică a unui strat se înţelege crearea unor fisuri sau

deschiderea şi extinderea unor fisuri naturale, prin pomparea în strat a unui

fluid cu presiune ridicată, ce depăşeşte rezistenţa rocilor care formează

scheletul mineral solid.

Fisurarea hidraulică este un proces fizic în care stratul cedează pe

planurile de minimă rezistenţă sub efectul presiunii fluidului pompat în sondă.

Scopul tratamentului prin fisurare hidraulică este de a realiza o mărire a

afluxului de fluid în zona de strat din jurul găurii de sondă pe o anumită rază

echivalentă cu raza fisurii create.

Aceste tratamente se aplică în următoarele situaţii:

• la sonde de ţiţei în strate constituite din roci consolidate (gresii, calcare,

dolomite, conglomerate) cu permeabilitate mică;

• la sondele de injecţie, pentru mărirea receptivităţii stratelor;

• pentru reuşita cimentării stratelor acvifere.

Prin realizarea unei fisuri în strat se produc schimbări atât în sistemul de

curgere prin distribuţia liniilor de curent, cât şi în aliura curbei de variaţie a

presiunii în jurul găurii de sondă.

Se menţionează faptul că înaintea aplicării fisurării hidraulice ca metodă

controlată de fisurare a stratelor, se observase în practica de şantier producerea

accidentală a acestui fenomen în timpul forajului, a cimentării sondelor sau în

timpul injecţiei de apă în zăcământ.

2.5.2. Fluide de fisurare

Rolul fluidelor de fisurare este de a transmite presiunea necesară

asupra stratului care urmează a fi tratat prin fisurare şi de a transporta agentul

de susţine în fisură.

Prin proprietăţile sale, un fluid de fisurare trebuie să îndeplinească

următoarele condiţii:

• stabilitate bună la variaţii de temperatură şi presiune;

• vâscozitate adecvată pentru a transporta materialul pentru susţinerea

fisurii în strat;

• să nu reacţioneze cu mineralele din rocile colectoare sau cu fluidele

care saturează aceste roci, din care să rezulte compuşi insolubili;

• să nu formeze emulsii în strat;

• posibilitatea de îndepărtare din strat fără dificultăţi, după terminarea

operaţiei.

Dinte propietăţole fluidelor de fisurare cele mai importante sunt

vâscozitatea şi filtraţia.

Fluidele cu vâscozitate mare au o capacitate bună de transport şi de

menţinere în suspensie a materialului de susţinere şi nu necesită debite mari de

pompare.

Dezavantajul unor astfel de fluide constă în faptul că necesită presiuni

mari de pompare, deoarece pierderile de presiune prin frecare prin ţevi sunt

mari. Fluidele mai vâscoase se elimină mai greu din formaţiune, fiind necesare

căderi mari dee presiune între strat şi sondă.

77

Fluidele cu vâscozitate redusă trebuie pompate cu debite mari, pentru a

asigura viteza necesară de transport al materialului de susţinere în fisură.

Caracteristica de filtrare în strat a fluidului de fisurare are un rol

deteminant asupra gradului de extinde a fisurii iniţiate în strat.

Dacă filtraţia fluidului este mare, o însemnată parte din fluidul necesar

să creeze şi să extindă fisura va trece prin feţele fisurii în strat. Prin extinderea

fisurii în timp, cantitatea de lichid ce filtrează în stat se măreşte

La un moment dat, cantitatea de fluid filtrat prin feţele fisurii în strat

corespunzător unei presiuni diferenţiale ∆p = pfis – pstrat poate să depăşească

valoarea debitului de injecţie. În acest caz fisura nu se mai extinde, iar fluidul

de fisurare invadează stratul şi va avea un efect dăunător asupra exploatării

ulterioare a sondei.

Un fluid cu filtraţie mare favorizează depunerea materialului de susţinere

a fisurii chiar la intrarea în fisură.

Efectul realizat de un fluid de fisurare cu filtraţie mare poare fi urmărit în

figura 2.24 şi comparat cu efectul fluidelor de fisurare cu filtraţie mică

prezentat schematic în figura 2.25.

n

Fig. 2.24. Efectul realizat de un fluid Fig. 2.25. Efectul realizat de un fluid

de fisurare cu filtraţie mare de fisurare cu filtraţie mică

Fluidele de fisurare pot fi clasificate din punct de vedere al

componentului de bază în patru categorii:

a) Fluide pe bază de hidrocarburi:

• produse petroliere vâscoase (uleiuri rafinate);

• produse petroliere mai uşoare (motorină sau petrol lampant):

- îngroşate;

- gelificate; cu un săpun al unui metal;

• ţiţeiuri brute:

- simple;

- îngroşate.

Naftagelul este un fluid de fisurare pentru sondele de ţiţei.

În cazul folosirii ţiţeiului ca fluid de fisurare poi apare următoarele

situaţii:

78

- ţiţeiul folosit din aceaşi formaţiune prezintă neajunsul de a avea o

capacitate mare de filtrare;

- ţiţeiul provenit din altă formaţiune prezintă posibilitatea formării de

emulsii sau precipitate.

b) Fluide pe bază de apă:

• apă gelificată:

- geluri liniare (nereticulate);

- geluri reticulate

• soluţii acide.pentru fisurare acidă.

Compoziţia unui fluid de fisurare pe bază de apă sau apă cu 2% KCl, este

următoarea:

- agent de gelificare;

- agent de reticulare;

- aditivi.

Agenţi de gelificare folosiţi în cazul fluidelor pe bază de apă:

-guar;

- hidroxipropilguarul (HPG);

- carboximetilhidroxipropil guar (CMHPG);

- hidroxietilceluloza (HEC);

- carboximetilhidroxietilceluloza (CMHEC);

- guma Xanthan.

Agenţi de reticulare

Se adăugă în concentraţii foarte mici (sub 1%) pentru a mări greutatea

moleculară efectivă a polimerului, crescând astfel foarte mult vâscozitatea

fluidului de tratare. În acest scop se utilizează:

• boraţii pentru reticularea guarului şi HPG;

• metalele tranziţionale (Ti şi Zr) pentru operaţii de fisurare în sonde

adânci şi cu temperaturi ridicate;

• aluminiu pentru reticularea CMHPG şi CMHEC la pH scăzut;

• stibiu pentru reticularea guarului şi HPG la temperaturi joase.

Fluide gelificate pe bază de apă, soluţii acide şi alcool:

♦ Hidrogelul este un fluid pe bază de apă cu:

• alcool polivinilic (APV) ca agent de gelificare;

• tetraborat de sodiu (Na2B4O7) ca agent de reticulare.

Aest fluid se utilizează pentru tratarea sondelor de gaze, sau a sondelor

de injecţie de apâ.

♦ Siligelul este un fluid pe bază de apă cu :

• acid clorhidric tehnic (HCl);

• clorură de potasiu (KCl) pentru protecţia argilelor;

• silicat de sodiu (Na2OSiO) ca agent de gelificare;

• carboxilmetilceluloza (CMC) ca agent de îngroşare.

Se utilizează pentru tratarea sondelor de injecţie şi la consolidarea stra-

telor cu nisip ca fluid de transport.

♦ Alcogelul este un fluid pe bază de metanol cu:

• un polimer sintetic – APV ca agent de gelificare;

• tetraboratul de sodiu (Na2B4O7) ca agent de reticulare.

79

Se utilizează pentru tratarea sondelor de gaze.

♦ Poligelul este un fluid pe bază de apă dulce şi metanol, sau soluţie de

HCl 15% cu: poliacrilamidă (PAA), sau alcool polivinilic (APV) ca

agent de gelificare.

Se utilizează pentru tratarea sondelor de ţiţei şi gaze în condiţii geologice

diferite.

c) Fluide de tipul emulsiilor

• petrol lampant în acid clorhidric;

• apă în petrol.

Stabilitatea sistemului este menţinută prin adăugarea unui emlgator,care

are şi rolul de spargere a emulsiei la intrarea în strat.

♦ Emulsigelul este un fluid tip emulsie directă cu:

• carboximetilceluloză (CMC) ca agent de gelificare;

• nonilfenolul ca agent de emulsionare.

d) Fluide tip spume (dispersii lichid – gaz):

• pe bază de azot (N2);

• pe bază de dioxid de carbon(CO2).

Faza dispersă este gazul (N2 sau CO2) ce reprezintă 60 – 80% din

volum;

Faza dispersantă este un lichid (apă, amestsc de apă cu metanol,soluţie

acidă sau ţiţei) ce reprezintă 20% – 40 % din volum.

Fluide pe bază de spume:

♦ Aquafoam spumă pe bază de apă;

♦ Alcofoam spumă pe bază de apă şi alcool;

♦ Niofoam spumă pe bază de ţiţei

Din punct de vedere al compoziţiei fluidele de fisurare pot fi:

• neutre (apa şi ţiţeiul sub formă de emulsii sau geluri);

• acide (obţinute prin gelificarea sau emulsionarea acizilor organici sau

anorganici) pentru tratamentele de fisurare acidă.

Fluidele de fisurare neutre pot fi:

- newtoniene (fluide la care vâscozitatea absolută rămâne constantă, dacă

tensiunea de forfecare se schimbă) cum ar fi apa şi hidrocarburile;

- nenewtoniene (fluidele la care vâscozitatea aparentă se modifică dacă

tensiunea de forfecare variază) cum ar fi emulsiile şi gelurile pe bază

de hidrocarburi, de apă, sau alcool şi apă, sau produsele petroliere

îngroşate.

Criterii de alegere a fluidelor de fisurare

Alegerea tipului de fluid de fisurare este condiţionată de constituţia

litologică a formaţiunii tratate şi de calităţile hidrocarburilor care formează

zăcământul.

Principalele criterii care trebuie avute în vedere la alegerea unui fluid

pentru o operaţie de fisurare sunt:

• tipul sondei;

• temperatura şi presiunea din formaţiunea productivă;

• sensibilitatea la apă a rocilor colectoare.

……..

80

Sondă de gaze

Temperatura statică

din formaţiune T < 1070C T > 107

0C

Presiunea statică din

formaţiune mică şi/sau sensibilitate mare la apă

laAPĂ apă.

T > 650C

Guar sau

HPG reticulat cu

borax

kfw > 300 mD · m

şi xf > 90 m

Spume sau fluide

energizante reticulate la pH

scăzut

Presiunea statică din

formaţiune mică şi/sau sensibilitate mare la apă

T > 1500C

Guar

reticulat cu săruri

de titan sau

zircon

HPG

reticulat cu săruri

de titan sau

zircon

T > 1200C

Fluide energizante

pe bază de HPG reticulate cu săruri

de Ti + 25% CO2

la pH scăzut

Fluide energizante pe bază de HPG

reticulate cu săruri

de Ti sau Zr

+ 25% N2

Fluide apoase

nereticulate (liniare)

Nu

Nu

Da

Da

Nu Da Nu Da Da

Nu Da Nu

81

Aceste criterii trebuie considerate ca nişte recomandări, deoarece la

alegerea efectivă a fluidului de fisurare pentru o anumită operaţie, trebuie avute

în vedere condiţiile concrete ale fiecărui rezervor şi sondă.

Sensibilitatea la apă a rocilor din rezervor este de asemenea un criteriu

deosebit de important care adesea poate conduce la decizia de a alege între un

fluid pe bază de apă sau unul pe bază de motorină. Dacă nu se ţine cont de

acest criteriu se poate ajunge la selectarea unui fluid neadecvat şi la obţinerea

unui tratament de fisurare mai puţin eficient.

Se apreciază că pentru rezervoare în care sensibilitatea la apă a rocilor este

moderată, trebuie urmată schema de selecţie a fluidelor reprezentată pentru

sondele de gaze. Pentru formaţiunile alcătuite din rocil cu sensibilitate foarte

mare la apă se pot utiliza fluide pe bază de ţiţei sau motorină.

2.5.3. Calculul pierderilor de fluid prin filtrare

Un parametru important care trebuie apreciat experimental, prin

determinări de laborator, pentru fluidul de fisurare propus este coeficientul

total al pierderilor de fluid prin filtrare (CL).

Pierderea de fluid prin filtrare în formaţiune în timpul tratamentului de

fisurare este un proces controlat de o serie de factori cum ar fi: compoziţia flui-

dului, debitul şi presiunea de pompare, proprietăţile rezervorului

(permeabilitatea, porozitatea, saturaţia)

şi prezenţa microfisurilor.

Mecanismul de control al pierderilor de fluid în formaţiune este diferit în

cazul fluidelor care formează turtă faţă de cele care nu formează turtă.

În general, fluidele care formează turte sunt fluide polimerice,cu aditivi

pentru reducerea pierderilor de fluid, fluide care. atunci când sunt forţate să

intre în rocă, filtrează pe suprafaţa stratului formând un filtru subţire de

material, numit turtă de filtrat. Prin această turtă filtrarea în continuare a

fluidului va fi diferită şi permite controlul acestor pierderi de fluid.

Pierderile de fluid prin rocă în cazul fluidelor care nu formează turtă sunt

controlate de vâscozitatea şi compresibilitatea fluidelor de zăcământ.

Coeficientul total al pierderilor de fluid prin filtrare CL se consideră ca o

funcţie a acestor parametrii şi este dat de relaţia:

tdvL CCCC

1111, (3.6)

unde: Cv este coeficient de pierderi de fluid prin filtrare controlat de vâscozitte;

Cd – coeficientul de filtrare prin difuzie (sau coeficientul pierderilor de

fluid controlate de compresibilitatea fluidelor din zăcământ Cc);

Ct – coeficientul de filtrare prin turtă (sau coeficientul pierderilor de

fluid controlate de turta de filtrat).

Coeficientul de filtrare controlat de vâscozitate este dat de relaţia:

f

v

pkmC

2, (2.7)

unde: k este permeabilitatea absolută a rocilor din stratul productiv;

m – porozitatea absolută a rocii care alcătuieşte stratul productiv;

82

Δp – diferenţa de presiune dintre presiunea cu care fluidul intră în

strat şi presiunea de zăcământ;

f – vâscozitate fluidului de fisurare în condiţii de zăcământ.

Coeficientul de filtrare prin difuzie Cd, numit şi coeficientul pierderilor

de fluid controlate de compresibilitatea fluidelor de zăcământ se calculează cu

relaţia:

km

pCd, (2.8)

unde: este vâscozitatea dinamică a fluidelor din zăcământ;

– compresibilitatea dinamică a fluidelor din zăcământ.

Coeficientul de filtrare prin turtă se calculează cu următoarea relaţie;

f

tt

pCkC

2, (2.9)

unde: C este un coeficient de proporţionalitate;

kt – permeabilitatea turtei;

f – vâscozitatea dinamică a fluidului de fisurare.

Coeficientul de filtrare prin turtă Ct se determină în laborator şi este

specific fiecărui fluid, depinzând de compoziţia fluidului şi de proprietăţile

rocilor colectoarere.

2.5.4. Materiale de susţinere a fisurii

a) Tipuri de materiale de susţinere.

Una din etapele deosebit de importante în proiectarea unei operaţii de

fisurare este alegerea corectă a materialului de susţinere. Tipul de material de

susţinere a fisurii şi dimensiunea particulelor utilizate au o influenţă deosebit

de mare asupra conductivităţii fisurii şi a pătrunderii acestui material în fisură.

Firmele specializate în operaţii de stimulare prin fisurare folosesc

următoarele tipuri de materiale de susţinere :

• nisipuri;

• nisipuri acoperite cu răşini;

• materiale de susţinere cu rezistenţă mecanică intermediară (ISP);

• bauxită sinterizată;

• materiale de susţinere pe bază de zirconiu.

Nisipul a fost primul material de susţinere folosit în operaţiile de fisurare.

. Acesta este utilizat în special în sonde cu presiuni de închidere mici cuprinse

în intervalul 150 – 400 bar.

Nisipurile se împart în două grupe şi anume:

- Nisip excelent (premium). Acest nisip respectă normele API, are

densitatea de aproximativ 2650 kg/m3. În SUA provine în general din

statele

Illinois, Minnesota şi Wisconsin. (Câteva denumiri obişnuite: nisip

„Norther White”, nisip „Ottawa”, nisip „Jordan”). Aceste tipuri de

nisipuri sunt utilizate în întreaga lume.

83

- Nisip standard. Acest nisip este mai închis la culoare, mai ieftin şi cu

o mare aplicabilitate în SUA. Provine în general din Texas (unele

denumiri comune: nisip „Texas Brown”, nisip „Brady” etc).

Nisipurile acoperite cu răşini

Nisipurile din această categorie au o densitate de 2550 kg/m3. Aceste

nisipuri au o rezistenţă mecanică mult mai mare decât cea a nisipurilor

convenţionale datorită răşinii care ajută la distribuirea presiunii pe o suprafaţă a

granulelor mult mai mare.

Când granulele se strivesc, acoperirea cu răşini ajută încapsularea

porţiunilor strivite şi previne migrarea lor şi înfundarea canalelor de curgere,

deci previne reducerea permeabilităţii.

Materiale de susţinere cu rezistenţă mecanică intermediară (ISP)

Sunt materiale de susţinere ceramice tratate termic care au o densitate de

2700 ÷ 3300 kg/m3. Aceste materiale de susţinere se folosesc în general pentru

presiuni de închidere cuprinse între 420 bar (când nisipul începe să se distrugă)

şi 700 ÷ 845 bar (când începe să se distrugă materialele de susţinere cu

rezistenţă mecanică intermediară).

Bauxita sinterizată şi materiale de susţinere cu zirconiu

Sunt materiale de susţinere cu rezistenţa mecanică mare ,cu o densitate

de 3400 kg/m3

şi chiar mai mare. Datorită faptului că sunt foarte scumpe se

folosesc doar la sondele cu presiuni de închidere foarte mari.

Datorită marii varietăţi de materiale de susţinere ce poate fi utilizată la

ora actuală în operaţiile de fisurare, precum şi cantităţilor mari de material de

susţinere necesare pentru fiecare operaţie, Institutul American de Petrol (API) a

elaborat o serie de metode de testare a materialelor de susţinere în vederea

stabilirii calităţii, a proprietăţilor şi a domeniului de utilizare a fiecărui tip de

material de susţinere. În plus la standardele API Dowell Schlumberger a

adăugat unele criterii proprii pentru evaluarea materialului de susţinere.

b. Proprietăţile materialului de susţinere.

Principalele proprietăţi ale materialelor de susţinere testate pentru înca-

drarea acestora în standardele API sunt:

- densitatea în grămadă şi absolută ;

- distribuţia granulometrică ;

- rotunjimea şi sfericitatea ;

- solubilitatea în acizi ;

- testul de turbiditate ;

- rezistenţa mecanică la strivire ;

- aşezarea materialului de susţinere ;

- testul de conductivitate.

Densitatea materialului de susţinere este o proprietate fizică importantă

atunci când se pune problema alegerii corecte a fluidului de transport a

materialului de susţinere în strat.

Materialele de susţinere cu o densitate mare sunt mai uşor de transportat

în strat sau în fisură dacă se folosesc fluide cu vâscozitate mai ridicată. În cazu l

folosirii fluidelor cu vâscozitate mică la transportul în strat a materialelor de

84

susţinere sunt necesare viteze mari de curgere pentru injecţia materialului de

susţinere în strat sau pentru o bună plasare a acestuia în lungul fisurii.

Dimensiunea particulelor şi distribuţia lor

Materialele de susţinere cu dimensiuni de particule mai mari prezintă o

permeabilitate mare a pachetului de material de susţinere în condiţiile unor pre-

siuni de închidere scăzute şi pot fi folosite pentru sondele de adâncimemică.

Alegerea materialelor de susţinere trebuie realizată în funcţie de

dimensiunile particulelor rocii din formaţiunea care trebuie tratată.

Dacă formaţiunea productivă conţine un procent mare de minerale

argiloase şi particule fine, care au o migrare puternică în pachetul de material

de susţinere, atunci se recomandă agenţi de susţinere cu dimensiuni mici care

rezistă la invazia materialului fin din strat.

Dimensiunile mai mari ale particulelor materialelor de susţinere pot crea

probleme la sondele de adâncimi mai mari din cauza susceptibilităţii ridicate la

sfărâmare şi problemelor de plasament.

Rotunjimea şi sfericitatea

Rotunjimea granulelor de material de susţinere este o proprietate care

apreciază ascuţirea relativă a colţurilor granulelor sau a curburii acestora.

Sfericitatea particulelor este o proprietate care aproximează particulele de

material de susţinere de forma unei sfere.

Granulele de material de susţinere vor rezista la solicitări mai mari cu

cât sunt mai rotunde şi aproximativ de aceeaşi dimensiune,deoarece tensiunea

care se exercită asupra lor este mult mai uniform distribuită.

Metoda folosită de Dowell Schlumberger pentru aprecierea rotunjimii şi

sfericităţii este o metodă vizuală, care constă în examinarea la un microscop cu

o putere de rezoluţie de 10 – 20 ori, a circa 10 – 20 granule şi compararea lor

cu o hartă˝ pentru estimarea vizuală a rotunjimii şi sfericităţii.

În figura 2.27 este prezemtată harta realizată de Krumbein şi Class

pentru determinarea vizuală a rotunjimii şi sfericităţii materialului de susţinere.

Fig 2.27. Harta pentru estimarea vizuală a rotunjimii

şi sfericităţii granulelor de material de susţinere.

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9

0,3

0,5

0,7

0,9

Sfe

rici

tate

a

Rotunjimea

85

Solubilitatea în acizi a materialului de susţinere

Această proprietate indică prezenţa unor contaminanţi nedoriţi în nisip

sau pe suprafaţa granulelor de nisip cum ar fi: carbonaţi, feldspaţi, oxizi de fier,

minerale argiloase, care reacţionează cu soluţiile acide.

Testul de turbiditate oferă informaţii asupra gradului de spălare a

materialului de susţinere ce urmează a fi utilizat la operaţia de fisurare.

Turbiditatea se manifestă prin reducerea transparenţei unui volum de apă

introdus peste proba de material de susţinere datorită prezenţei unor particule

argiloase, care aderă la suprafaţa particulelor de material de susţinere.

În urma testului de turbiditate realizat cu nisipurile indigene s-a ajuns la

concluzia că nisipul de Pleaşa conţine foarte multe substanţe care reduc

transparenţa soluţiei, deci este foarte puţin spălat comparativ cu nisipul de

Miorcani care este un nisip bine sortat şi spălat.

Rezistenţa la strivire

Când se crează o fisură hidraulică, presiunea ,,in situ” trebuie să fie atât

de mare încât să poată iniţia şi să propage fisura. Această presiune încercă să

închidă fisura şi să acţioneze asupra materialuli de susţinere, numindu-se

presiune de închidere.Dacă materialul de susţinere nu este suficient de rezistent

la această presisne de închidere, acesta poate fi sfărâmat şi prin creşterea

procentului de material fin în pachetul de susţinere permeabilitatea fisurii este

puternic redusă.

Presiunea de închidere pîn poate fi calculată estimativ cu relaţia:

: tfîn pHgp (2.17)

unde: gf este gradientul de fisurare;

H – adâcimea de propagare a fisurii;

pt – presiunea de lucru la talpa sondei.

Conductivitatea fisuii

Această proprietate indică modul în care pachetul de material de susţine

re este capabil să conducă fluidele produse prin el.

Conductivitatea este în strânsă corelaţie cu permeabilitatea materialului

de susţinere şi cu concentraţia acestuia în fisură, fiind dependentă de toate

propietăţile materialului de susţinere menţionate cât şi de proprietăţile rocilor

colectoare.

2.5.5. Presiunea de tratare şi presiunea de pompare

Calcularea presiunii de pompare la suprafaţă este necesară pentru a stabili

numărul de agregate pentru desfăşurarea operaţiei de fisurare hidraulică.

Pentru a determina presiunea de pompare la suprafaţă se parcurg

următorii paşi:

•. Se determină presiunea de tratare cu relaţia lui Crittendon:

ptr = k plit (2.1 8)

plit = H ρrmed g (2.1 9)

86

unde: plit este presiunea litostatică dată de apăsarea rocilor aflate deasupra

formaţiunii productive;

H - adâncimea stratului productiv ce va fi fisurat;

ρrmed - densitatea medie a rocilor care alcătuiesc pachetele de strate aflate

deasupra stratului productiv tratat

k - coeficient de proporţionalitate stabilit de Crittendon

lk 2cos1

21

1

21

2

1, (2.20)

în care: υ este coeficientul lui Poisson; υ = 0,18 – 0,27;

φ – unghiul pe care îl face planul fisurii cu planul orizontal;

pentru fisură orizontală:

φ = 0; cos2φ = 1; ko = 1; pfiso = plit;

pentru fisură verticală:

φ = 900; cos2φ=-1;

1

2vk → litfisv pp

1

2

• Se determină densitatea amestecului de fluid de fisurare (gel + material

de susţinere a fisurii)

am

amam

V

G; (2.21)

Pentru a stabili cantitatea de nisip ce se adaugă la 1m3 de fluid de fisurare

simplu (gel), trebuie să cunoaştem volumul fisurii şi cantitatea totală de nisip

ce va umple fisura .

Se consideră o fisură verticală.

• Volumul fisurii verticale:

LhwV fis 2 (2.22)

în care: L este lungimea fisurii;

h – înălţimea fisurii, considerată egală cu grosimea stratului productiv;

w – grosimea fisurii.

• Cantitatea de material de susţinere (nisip) pentru umplerea fisurii:

nfisnn VmG 1 (2.23)

unde: ρn este densitatea nisipului ce va umple fisura;

mn – coeficientul de porozitate al nisipului din fisură.

• Cantitatea de nisip ce revine la 1m3 fluid de fisurare:

flfis

nn

V

GG*

(2.24)

87

• Determinarea densităţii amestecului pompat prin ţevile de extracţie:

n

n

ngel

amG

G*

*

1

1 (2.25)

unde: ρgel este densitatea fluidului de fisurare iniţial (a gelului).

• Determinarea pierderilor de presiune prin ţevile de extracţie în timpul

pompării amestecului de fluid cu nisip:

am

i

frd

Hvp

2

2

, (2.26)

unde: v este viteza de deplasare a amestecului de fluid în ţevile de extracţie:

2

4

i

inj

d

qv , (2.27)

λ - coeficientul de frecare determinat funcţie de numărul Reynolds.

vdamRe , (2.28)

pentru Re> 2300 → regim turbulent: 4 Re

3164,0 (2.29)

• Determinarea presiunii hidrostatice:

gHp amh (2.30)

• Determinarea presiunii de pompare la suprafaţă:

hfrtrp pppp (2.31)

• Determinarea numărului de agregate de pompare:

2agr

inj

aq

qn (2.32)

La deschiderea unei fisuri se disting două presiuni:

88

• presiunea de rupere (fisurare), care repretintă valoarea presiunii

fluidului pompat ce anulează efectul de compresiune al rocilor din

stratul productiv şi iniţiază fisura;

• presiunea de injecţie în strat pis, care reprezintă presiunea fluidului de

fisurare în cursul procesului de de extinderea fisurii.

a. b.

Fig.2.28 Variaţia presiunii de fisurare

a. crearea de fisuri noi; b. deschiderea unor fisuri existente.

Când în formaţiunea productivă sunt prezente fisuri naturale sau cănd la

sonda respectivă s-au realizat anterior o serie de operaţii cu rol de iniţiere a

unor fisuri în strat, procesul de fisurare propriu – zisă se desfăşoară la o

presiune efectivă de fisurare mai mică decât cea considerată normal de iniţiere

a fisurii.

Curba de variaţie a presiunii (fig.2.28. b) ilustrează absenţa unei presiuni

efective de rupere încât pfis ≈ pis. În acest caz se poate aprecia că procesul de

fisurare coincide cu procesul de extindere a unor deschideri existente în

formaţiune în momentul aplicării tratamentului de fisurare hidraulică.

2.5.6.Tehnologia operaţiei de fisurare hidraulică

Înainte de a executa operaţia de fisurare hidraulică la o sondă sunt nece-

sare o serie de măsuri de pregătire şi anume:

- se măsoară debitul sondei şi presiunea în dreptul formaţiunii;

- se controlează talpa sondei;

- se curăţă perforaturile prin circulaţie de apă, când acestea nu sunt libere;

- se şablonează coloana de exploatare cu un şablon sau o freză pentru a

avea siguranţa introducerii fără dificultate a unui packer, când sunt

necesare presiuni mari de injecţie;

- se verifică ţevile de extracţie prin şablonare pentru a vedea dacă nu sunt

prezente unele depuneri sau ştrangulări în interiorul lor;

- se verifică la presiune instalaţia de la gura sondei, pentru a stabili dacă

rezistă la presiunea prevăzută pentru fisurare;

- se determină receptivitatea stratului, prin pomparea unui volum de ţiţei

(10 – 15 m3) , în scopul obţinerii datelor asupra presiunii de fisurare.

După prepararea fluidelor de fisurare, după instalarea echipamentului

necesar la sondă şi după executarea operaţiilor de pregătire enumerate se

începe operaţia de fisurare hidraulică propriu – zisă.

Pre

siu

nea

Pre

siu

nea

Timp Timp

pfis

pis

∆ pinj

pstrat

pfis=pis

∆pinj

pstrat

89

Etapele operaţiei de fisurare hidtaulică sunt următoarele:

• Se pompează în sondă fluid de fisurare (gel curat) cu presiune mare

pentru a învinge rezistenţa rocii şi a crea o fisură.

• Cu aceeaşi valoare a presiunii şi a debitului se pompează în continuare

amestecul de fluid de fisurare format din gel şi materialul de susţinere

a fisurii.

• Se pompează cca. 1,5 – 2 m3

ţiţei curat, care formează un dop protector

între gelul cu nisip şi soluţia de degelificare.

• Se introduce cu presiune soluţia de degelificare pentru spargerii gelului.

• Se pompează un volum de ţiţei egal cu volumul ţevilor de extracţie sau

al spaţiului inelar, pentru a asigura împingerea în strat a soluţiei de

degelificare.

• Se închide sonda sub presiune şi se menţine închisă timp de 24 ore,

pentru reacţia dintre agenţii degelificatori şi lichidul de fisurare.

• Sonda se repune în producţie cu un ritm de extracţie mai mic decât cel

dinaintea operaţiei de fisurare, pentru a preveni antrenarea nisipului din

fisură. Treptat debitul sondei se măreşte, trecându-se la o funcţionare

normală.

Fisurarea simplă are o eficienţă redusă în strate formate din intercalaţii de

roci plastice şi nisipuri, datorită faptului că la aplicarea presiunii de fisurare se

formează fisuri în zonele de minimă rezistenţă şi anume la suprafaţa de

separaţie între stratul de nisip şi rocile plastice. Aceste fisuri se închid relativ

repede după un timp dela repunerea sondei în producţiei, prin umplerea

acestora cu particole provenite din rocile plastice.

Din punct de vedere tehnologic fisurarea hidraulică s-a dezvoltat rapid,

fiind cunoscutete multe procedee de realizare practică, potrivit diverselor

situaţii existente în sondă.

Cele mai multe dintre primele operaţii de tratare s-au efectuat pompând

fluidele de fisurare prin interiorul coloanei de ţevi de extracţie, echipată cu

packer la partea inferioară. Acest procedeu continuă să se folosească în cadrul

acelor operaţii ce necesită presiuni de lucru mari, care nu pot fi suportate de

coloana de exploatare.

Când este necesar un volum mare de fluid de fisurare, care impune debite

mari de injecţie, pomparea fluidului de fisurare prin ţevi este limitată, datorită

pierderilor de presiune prin frecare mari în ţevile de extracţie. Dacă se

pompează fluidul de fisurare prin ţevi cu debite de injecţie mai mici decât cele

necesare, există pericolul ca agentul de susţinere transportat de fluid să se

depună înainte de a ajunge în fisură. În acest caz se recomandă pomparea

fluidului de fisurare prin coloana de exploatare pentru a obţine debite mari de

injecţie.

Un alt procedeu (aplicat frecvent în şantierele din ţară) constă în

pomparea fluidului de fisurare simultan prin ţevile de extracţie şi prin spaţii

inelar. În acest caz coloana de exploatare este supusă la solicitări mari.

Operaţiile de tratare prin fisurare executate prin canalele create în urma

perforării coloanei de exploatare şi a inelului de ciment se realizează în condiţii

diferite faţă de procedeul obişnuit de tratare în gaura netubată.

Rezultatul operaţiei va depinde de capacitatea de trecere a amestecului de

fluid cu nisip prin perforaturi şi de debitul cu care se pompează acest amestec.

Mecanismul de fisurare prin perforaturi se apreciază că se desfăşoară

astfel: pe măsură ce se pompează fluid cu un anumit debit, presiunea asupra

90

perforaturilor create iniţial creşte şi la un moment dat formaţiunea se va fisura

în dreptul uneia sau mai multor perforaturi.

În cazul folosirii unor debite mari de pompare, după ce are loc ruperea

formaţiunii în dreptul perforaturilor situate în zona cu rezistenţa cea mai mică,

atunci când capacitatea de curgere a fluidului prin această fisură este mai mică

decât debitul de injecţie, există posibilitatea ca acţiunea fluidului de fisurare să

se concentreze asupra altui grup de perforaturi şi să se producă o nouă fisură.

Obţinerea unei eficienţe maxime a tratării prin perforaturi se poate obţine

prin folosirea unor materiale cu rol de agenţi de blocare temporară, aşa cum se

va menţiona în cadrul procedeului fisurării multiple.

2.5.7. Fisurarea selectivă a unui complex productiv

la sonde verticale

Utilizarea packerelor

Pentru a realiza o fisurare selectivă a unui complex productiv se

utilizează packere pentru separarea diferitelor zone ale acestui complex.

În figura 2.28 pot fi urmărite căteva scheme de realizare a fisurării

selective.

Pentru fisurarea unui strat situat la partea inferioară a complexului

productiv se fixează deasupra acestui strat un packer prevăzut cu supapă de

circulaţie şi cu ancore hidraulice. Fluidul de fisurare se pompează prin

interiorul ţevilor de extracţie şi acţiunea acestuia se exercită asupra stratului

inferior din complex (fig. 2.29 a).

Când se doreşte fisurarea unui strat situat la mijlocul complexului

productiv se pot utiliza două packere fixate la distanţă corespunzătoare funcţie

de grosimea stratului ce va fi tratat prin fisurare.

a. b. c.

Fig. 2. 29. Scheme de fisurării selective a unui complex productiv

91

Packerul inferior este obturat, iar ţevile de extracţie pe porţiunea dintre

cele două packere prezintă nişte fante prin care va trece fluidul de fisurare

pentru a acţiona asupra zonei dorite din cadrul complexului productiv (fig.

2.29. b).

În cazul a două strate productive cu o intercalaţie impermeabilă, aceasta

poate fi izolată cu un packer ca în figura 2.29.c). În acest caz se poate fisura

stratul inferior pompând fluidul de fisurare prin interiorul ţevilor de extracţie,

iar pentru fisurarea stratului superior se va pompa fluid de fisurare prin spaţiul

inelar coloană – ţevi de extracţie.După terminarea operaţiei de fisurare se

repune în producţie stratul inferior prin interiorul ţevilor de extracţie apoi se

dezarmează packerul, se retrage mai sus şi se repune în producţie şi stratul

superior.

În timpul pompării fluidului de fisurare împreună cu materialul de

susţinere a fisurii prin spaţiul inelar al sondei există posibilitatea ca o parte din

nisip să se separe din amestec sau să se depună deasupra packerului prin

închiderea fisurii înaintea timpului proiectat.Acest lucru conduce la formarea

unui dop de nisip deasupra packerului şi imposibilitatea dezarmării acestuia.

Pentru a facilita spălarea nisipului de deasupra packerului se foloseşte un

dispozitiv special montat în ţevile de extracţie deasupra packerului (fig. 2.30).

a. b.

Fig. 2.30. Schema fisurării selective a două strate cu posibilitatea

de spălare a nisipului din spaţiul inelar.

Dispozitivul constă dintrun niplu prins de corpul ţevilor de extracţie

printr-un ştift. La partea superioară acest dispozitiv este prevăzut cu un scaun

pentru etanşarea unei bile. Niplul acoperă orificiile practicate în coloana de ţevi

de extracţie deasupra packerului.

După efectuarea fisurării prin spaţiul inelar pentru curăţirea nisipului de

deasupra packerului trebuiesc eliberate orificiile din ţevile de extracţie. În acest

scop se lansează prin ţevile de extracţie o bilă de etanşare. Aceasta se aşază pe

scaunul niplului (fig. 2.30.a) şi închide trecerea fluidului prin dispozitiv. La

creşterea presiunii ştiftul se rupe şi niplul coboară în şiul montat la partea

inferioară a ţevilor de extracţie şi eliberează orificiile din ţevi permiţând astfel

circulaţia fluidului (fig. 2.30. b).

Niplu

Ştift

Bilă

92

Aceste scheme de izolare a stratelor productive pentru fisurarea selectivă

sunt aplicate mai rar în cazul fisurării hidraulice cu material de susţinere

datorită problemelor nedorite care pot apare atât la coloana de exploatare cât şi

la garniturile de etanşare a packerelor. Se pot utiliza la operaţiile de fisurări

acide selective.

Utilizarea niplurilor de fisurare

Devierea mecanică poate fi obţinută şi prin folosirea unor nipluri speciale

de fisurare. Aceste nipluri sunt introduse în sondă împreună cu coloana de

exploatare şi sunt plasate între zone potenţial productive.

Perforarea complexului productiv se realizează selectiv de jos în sus.

Se perforează stratul inferior al complexului productiv şi apoi se

realizează o operaţie de fisurare hidraulică în acest strat.

În coloana de exploatare se introduce o bilă de obturare, care se aşează

pe niplul fixat deasupra stratului inferior tratat şi împiedică curgerea fluidului

mai jos de acest punct.

Se poate perfora şi fisura următoarul strat (situat deasupra celui izolat).

Când izolarea mai multor zone din complexul productiv se face cu

nipluri, diametrul niplurilor de fisurare trebuie să descrească de sus în jos.

Prima bilă lansată în sondă trebuie să poată trece prin niplurile superioare şi să

etanşeze în niplul de jos.

2.5.8. Fisurarea multiplă a unui complex productiv

Crearea mai multor fisuri la diferite nivele ale complexului productiv

perforat, în ordinea rezistenţei diferitelor zone din complex se poate realiza

prin aplicarea procedeului de fisurare multiplă cu agenţi de blocare temporară.

În mod practic fisurarea multiplă constă dintr-o succesiune de fisuri

simple, numai că în acest caz ţevile de extracţie sunt echipate cu un packer cu

ancore hidraulice fixat deasupra complexului productiv (fig. 2.31).

Prin injectarea fluidului de fisurare prin interiorul ţevilor de extracţie cu

presiune se va produce o fisură în stratul cu rezistenţa cea mai mică

(permeabilitatea cea mai mare) cum este schematizat in figura 2.31 a.).

După introducerea nisipului cu fluid de fisurare pentru menţinerea în

poziţie deschisă a primei fisuri create. se pompează fluid cu material de blocare

temporară a acestei fisuri (fig. 2.31 b).

a. b. c.

Fig. 2.31. Fazele fisurării multiple cu blocare temporară

93

După blocarea primei fisuri se execută o nouă operaţie de fisurare simplă

cu o presiune superioară operaţiei anterioare. Noua fisură se produce într-o

zonă cu roca mai rezistentă decât cea din zona primei fisuri (fig.2.31.c).

Se umple şi această fisură cu materialul de susţinere.

Se pompează fluid de fisurare cu material de blocare temporară

Se injectează în continuare fluid de fisurare crescând presiunea de

pompare pentru crearea altei fisuri şi operaţia se repetă până se atinge valoarea

maximă a presiunii de pompare a agregatelor de care dispunem.

După crearea ultimei fisuri şi umplerea ei cu material de susţinere se va

introduce în sondă un fluid de dizolvare a materialului de blocare.

Dacă s-a utilizat naftalina ca material de blocare a fisurilor se va

introduce în sondă petrol lampant la 50 – 700C pentru dizolvarea acestor

granule.

Se introduce în complexul productiv în toate fisurile create agentul de

degelificare.

Se face o pauză de cca 24 ore pentru degelificarea fluidului din strat şi se

repune sonda în producţie.

Evaluarea performanţelor diferitelor materiale de blocare temporară a

arătat că cele de tip granular sunt mai eficiente decât cele de tip fibros sau

lamelar. Granulele cu diametru mare blochează fisura în zona ei de deschidere

maximă , lângă peretele găurit de sondă, iar granulele cu diametre mai mici

umplu interstiţiile dintre granulele mari, formând un perete izolant la faţa

fisurii.

Ca materiale de blocare temporară s-au utilizat: sarea grunjoasă pentru

fluidele de fisurare pe bază de hidrocarburi şi naftalina sub formă de granule

pentru fluidele de fisurare pe bază de apă. Ulterior s-au elaborat materiale de

blocare temporară sintetice de tipul polimerilor solubile în apă sau produse

petroliere.

Pentru blocarea temporară a fisurilor s-au utilizat bile elastice din cau-

ciuc / mase plastice cu diametrul mai mare decât al perforaturilor din coloană.

Principiul de funcţionare al bilelor de etanşare din cauciuc este similar cu

cel al supapelor cu bilă.

Bilele sunt introduse în fluidul de fisurare după fracturarea primului

interval. În continuare fluidul cu bilele de blocare se va dirija spre zonele cu

permeabilitate mai mare, blocând astfel perforaturile din dreptul acestor zone.

Pentru menţinerea bilelor de cauciuc în dreptul perforaturilor în poziţia

de blocare până la terminarea operaţiei, trebuie ca pomparea fluidelor în sondă

să se facă fără întrerupere.

După terminarea operaţiei de fisurare multiplă când presiunea

diferenţială sondă – strat se micşorează, bilele cad la talpa sondei de unde pot fi

extrase cu o lingură de cirăţat.

Tehnologia de fisuraremultiplă cu bile de etanşare poate fi utilizată atât la

presiuni mici cât şi la presiuni de pompare mari şi în fluide cu o gamă mare de

vâscozităţi, indiferent de calitatea materialului de susţinere.

Bilele de etanşare au diametre cuprinse între5/8 in şi 1/4 in.

Fisurarea multiplă cu bile elastice de blocare se poate realiza şi într-o

succesiune stabilită de formare a fisurilor. În această variantă bilele elastice se

introduc în sondă cu ajutorul unui dispozitiv ce are corpul de formă tronconică

(fig. 2.31),ce se montează la capătul inferior al ţevilor de extracţie.

94

Dispozitivul este deschis la partea supeiioară şi prevăzut la partea

inferioară cu orificii care permit pătrunderea

fluidului de fisurare oentru ridicarea bilelor din

dispozitiv.

Bilele se aşează în dreptul perforaturilor

stratelor situate deasupra dispozitivului datorită

presiunii diferenţiale ∆p = pfis - pc.

Cu ajutorul ţevilor de extracţie se fixează

deasupra complexului productiv un paker cu

ancoră hidraulică (fig. 2.32). Sub packer, pe

ţevile de injecţie, se montează un disc izolator,

care previne pătrunderea bilelor sub packer în

cazul când acestea se ridică din dispozitiv.

Când dorim fisurarea complexului pornind

de la stratele inferioare în sus, se va monta

packerul cu ancoră deasupra complexului

productiv, ţevile de injecţie de sub packer vor fi

fixate în dreptul stratului ce urmează a fi fisurat.

La injectarea fluidului de fisurare prin ţevi,

bilele sunt ridicate din dispozitiv şi blochează

intrarea în stratele superioare, asigurând condiţii

corespunzătoare de fisurare selectivă a stratului

inferior (fig. 2.33.a). După fisurarea acestui strat,

la oprirea injecţiei prin scăderea presiunii, bilele

elastice se desprind din dreptul perforaturilor

stratelor superioare şi cad din nou în dispozitiv.

Pentru fisurarea stratului următor, situat mai sus, după dezarmarea

pacherului se retrag ţevile, astfel ca dispozitivul cu bile elastice de blocare să

fie situat deasupra acestui strat.

Stratul inferior ce a fost fisurat trebuie izolat cu nisip.

După armarea pacherului se execută fisurarea hidraulică ca şi la stratul

inferior (fig.2.33.b.)

Operaţia se repetă în mod asemănător şi pentru fisurarea stratului

superior după cum se poate urmări în figura 2.32.c.

În acest mod se poate realiza o succesiune de fisuri în cadrul complexului

productiv de jos în sus, fără a limita numărul de fisuri de presiunea maximă a

agregatului de pompare.

Inconvenientul acestui mod de realizare a mai multor fisuri într-un

complex productiv, îl constituie durata mare a operaţiei de fisurare în ansamblu

prin izolarea stratelor fisurate cu dopuri de nisip şi apoi curăţirea acestor dopuri

pentru repunerea în producţie a complexului productiv.

La noi în ţară s-a realizat un număr redus de operaţii de fisurare multiplă

folosind bile de etanşare de cauciuc.

În cazul în care presiunile necesare fisurării nu pot fi atinse cu agregatele

de pompare disponibile se vor crea fisuri iniţiale prin alte metode şi după aceea

se trece la operaţia de fisurare obişnuită, care se execută la presiuni mai mici

decât cele care au iniţiat fisura.

Fig. 2.32. Dispozitiv

cu bile de blocare

95

a. b. c.

Fig. 2.33. Fazele fisurării multiple cu dispozitiv cu bile

pentru blocare temporară

Unele dintre aceste metode de creare a unor fisuri sunt considerate

metode propriu – zise de intensificare a afluxului de fluide şi au fost prezentate

anterior (fisurarea cu jet abraziv, fisurarea prin implozie, torpilarea stratelor,

fisurarea prin vibraţii).

2.5.9.Stimularea sondelor prin tehnologii noi de fisurare

Tehnologia de fisurare frack - pack.

Operaţiile de fisurare în rocile neconsolidate sau slab consolidate trebuie

însoţite de operaţii de control al nisipului şi prin combinarea a două tehnici

(fisurare şi gravel packing) s-a realizat tehnologia „frac - pack”.

96

Îdeia combinării celor două tehnici într-un singur tratament a fost pentru

prima dată pusă în practică în 1964 în Venezuela.Tratamentul a constat în

perforarea zonei productive şi apoi aplicarea unei operaţii de fisurare prin care

s-a urmărit crearea unei fisuri scurte, dar care să depăşească zona de blocaj.

Pentru fisurare s-a folosit ţiţei cu vâscozitatea între 10 – 20 cP.

Nisipul utilizat la susţinerea fisurii a fost acelaşi cu cel utilizat la

împachetare (ales după criteriul lui Saucier). Pentru intervalele perforate cu

lungimi mari au fost utilizate bile de cauciuc pentru blocarea temporară.

Această tehnică a furnizat creşteri mari de productivitate a sondelor datorită

scăderii mari a factorului de skin şi a controlului eficient al nisipului.

Tehnologia a fost experimentată ţn 1984 în Louisiana pe zăcământul

Hackbery, unde combinarea celor două tehnici de fisurare şi de împachetare au

fost denumite „Hack – Frack”.

Această ehnologie s-a extins în toate continentele o dată cu dezvoltarea

cercetărilor asupra aspectelor teoretice ale procesului, dovedindu-se cea mai

eficientă metodă de echipare şi control la sondele cu viituri de nisip.

Operaţia de fisurare hidraulică şi gravel – packing se pot executa la sondă

într-un singur marş sau în două marşuri.

Această operaţie de stimulare are următoarele scopuri:

• crearea unei căi de cmunicaţie stat – sondă foarte conductive care să

depăşească zona de blocaj;

• schimbarea liniilor de curent în jurul găurii de sondă (liniile de curent

vor fi perpendiculare pe suprafaţa fisurii).

Tehnica TSO (Type Screen Out) înseamnă blocarea propagării fisurii

prin podirea nisipului. Aceasta se realizează prin creşterea raţiei de agent de

susţinere şi are ca scop oprirea extinderii fisuriii pentru a realiza umflarea

acesteia. După oprirea propagării fisurii presiunea creşte rapid, iar raţia de

agent de susţinere este raţia maximă admisă de capacitatea de transport a

fluidului folosit, pentru a putea susţine lăţimea de fisură realizată.

Prin creşterea deschiderii fisurii (prin umflarea acesteia) se realizează

fisuri de conductivitate mai mare decât la operaţiile clasice de fisurare. Dacă nu

se aplică această tehnică şi se realizează fisuri de deschidere mică de cele mai

multe ori agentul de susţinere este înglobat de nisipul din strat.

În figura 2.34. sunt prezentaţi parametrii operaţiei şi evoluţia fisurii

comparativ pentru cele două tehnici de fisurare, clasică şi respectiv fisurare

prin folosirea tehnicii TSO.

După operaţia de fisurare se realizează operaţia de împachetare. De

regulă cele două operaţii se efectuează într-un singur marş, adică operaţia de

fisurare se realizează cu echipamentul de împachetare introdus în sondă, în

poziţie de injecţie sub presiune.

Tehnologia „frack – pack” este cunoscută pe plan mondial în două

variante, ce diferă în funcţie de fluidul de fisurare utilizat:

a) gel pe bază de polimer sau amine cuaternare;

b) apă aditivată precedată de soluţie acidă.

Eficienţa celor două metode diferă de la un zăcământ la altul în funcţie de

caracteristicile acestora.

Parametrii caracteristici ai operaţiilor frack – pack sunt diferiţi faţă de

operaţiile clasice de fisurare.

Intervalele perforate maxime ce pot fi fisurate sunt diferite în funţie de

fluidul de fisurare folosit. La fluidele cu filtrare mare, cum ar fi soluţiile lineare

97

de HEC, se pot fisura intervale de maxim 30 m, în timp ce cu fluide pe bază de

polimeri reticulanţi se pot fisura intervale mai mari.

Dacă se foloseşte apă aditivată sau ţiţeiul ca fluid de fisurare şi transport

al nisipului, filtratul depinde exclusiv de permeabilitatea stratului şi

vâscozitatea fluidului. În aceste cazuri, intervalul maxim ce poate fi fisurat

rezultă din calculul de proiectare.

Debitul este în general între 1300 - 3000 l/min, el finnd limitat de echi-

pamentul folosit pentru împachetare.

Dacă se utilizează echipament clasic de împacheta, şi nu echipament spe-

cial, pentru frack – pack, debitele maxime admisibile sunt de 1200 – 2000

l/min, în funcţie de diametrul echipamentului.

Raţiile de agent de susţinere sunt în general mai mari faţă de operaţiile

de fisurare clasice deaoarece se urmăreşte crearea unor fisuri susţinute de

lăţime cât mai mare. Atunci când se utilizează geluri cu filtrat mic şi capacitate

mare de transport, raţia de agent de susţinere trebuie să fie cât mai mare, pentru

a susţine un procent cât mai mare din fisura creată. La o raţie de agent de

susţinere de 480 kg/m3 se susţine un procent de 20% din fisura creată, în timp

ce la o raţie de 2400 kg/m3 se susţine un procent de 71% din fisura creată.

Fisurare clasică:

Faza 1: Iniţierea fisurii

Faza 2: Extinderea

şi susţinerea fisurii

Fisurare cu TSO

Faza 1 : Iniţierea fisurii

Faza 2: Extinderea fisurii

terminată prin TSO

Faza 3: Umflarea şi

împachetarea fisurii

Debit

Presiune

Raţia de agent de susţinere

Faza 1 Faza 2 Faza 1 Faza 2

TSO Faza 3

Fig. 2.34. Comparaţie între fisurarea clasică şi fisurarea cu tehnica TSO

98

În practică, pe plan mondial, se utilizează raţii de agent de susţinere de

până la 350 kg/m3, în cazul folosirii apei ca agent de transport, şi raţii

crescătoare, între 50 şi 1200 – 2000 kg/m3, în cazul fluidelor cu capacitate

mare de transport.

Volumul de fluid şi cantitatea de agent de susţinere variază în funcţie de

lungimea intervalului perforat şi de eficienţa fluidului.

În general, cantitatea de agent de susţinere este mai mare decât la

operaţiile clasice de fisurare.

Fazele unei operaţii complete de frack – pack diferă în funcţie de fluidul

de fisurare utilizat.

2.35

Varianta A (când se foloseşte gel ca fluid de fisurare şi transport):

1. Se armează packerul şi se fac probele de circulaţie.

2. Se efectuează o operaţie de minifisurare (minifrac), cu dispozitivul de

încrucişare a circulaţiei plasat în poziţie de injecţie sub presiune în strat, pentru

a determina în primul rând coeficientul de filtrare real al fluidului şi presiunea

de închidere a fisurii.

3. Se face analiza rezultatelor operaţiei de minifisurare şi se optimizează

parametrii operaţiei de frack – pack.

4. Se injectează volumul de pad (fluid fără agent de susţinere) la debitul

prestabilit.

Faza I

Iniţierea fisurii

Faza II

Injecţia

de nisip

Faza III

TSO

Faza IV

Umflarea

fisurii

99

5. Se injectează fluidul cu agent de susţinere, crescând progresiv raţia de

agent de susţinere.

6. Se urmăreşte permanent presiunea, pentru a putea identifica momentul

când se realizează TSO.

7. După atingerea TSO se pompează fluid cu raţie maximă de agent de

susţinere până se ajunge la presiunea maximă proiectată pentru umflarea şi

împachetarea fisurii.

8. Se realizează împachetarea filtrelor cu nisip. Este foarte probabil ca

filtrele să se împacheteze în timpul injecţiei de agent de susţinere după

atingerea TSO.

9. Se extrage surplusul de nisip din garnitura de manevră.

Fig.2.36 . Fazele fisurării „water - frack – pack”

Varianta B (când se foloseşte apa ca fluid de fisurare şi transport) se realizează

prin parcurgerea următoarelor etape:

1. Se armează packerul şi se fac probe de circulaţie.

2. Se execută un test de variaţie a debitului în trepte cu dispozitivul de

încrucişare a circulaţiei, plasată în poziţie de injecţie sub presiune în

strat. Se realizează graficul presiunii în funcţie de debitul de injecţie

şi se determină debitul şi presiunea de fisurare în punctul de schim-

bare a pantei.

3. Se face analiza rezultatelor obţinute la testul de variaţie a debitului în

trepte şi se optimizează parametrii operaţiei de frack – pack.

4. Se injectează un volum de soluţie acidă la un debit inferior debitului

de fisurare.

Faza II

Injecţia de acid

Faza IV

Injecţia de nisip

Faza I Armare packer şi

probe de circulaţie

Faza III

Injecţia de pad

100

5. Se injectează un volum de fluid fără agent de susţinere pentru iniţierea

fisurii.

Din cauza filtratului mare a apei, extinderea fisurii se va opri când de-

bitul pompat egalează debitul filtrat prin pereţii fisurii Acest volum de

fluid în cazul folosirii apei ca fluid de fisurare, este limitat la volumul

la care se realizează extinderea maximă a fisurii.

6. Se pompează fluid cu agent de susţinere în suspensie, prin creşterea

raţiei de agent de susţinere în trepte, până se atinge TSO.

7. Se continuă injecţia de fluid cu agent de susţinere cu debit mic, până

se atinge presiunea maximă proiectată.

8. În cazul când sunt mai multe strate perforate izolate hidrodinamic ce

se împachetează simultan, se reia injecţia cu fluid şi se repetă fazele

de la 4 la 7.

9. Se împachetează filtrele.

10. Se elimină excesul de nisip din garnitura de manevră.

În general atunci când se proiectează fisuri de lungimi şi conductivităţi

mari, unde se folosesc cantităţi mari de material de susţinere, granulaţia se

alege cu o clasă mai mare decât cea impusă de criteriul Saucier (dacă de

exemplu la gravel – packing s-a utilizat nisip de 30 – 50 mesh la frack – pack

se poate utiliza nisip de 20 – 40 mesh). În anumite cazuri s-a folosit şi nisip cu

două clase mai mari decât cel utilizat la gravel – packing şi s-a reuşit un bun

control al nisipului de strat chiar fără echipament de împachetare în sondă.

În cazuri în care se proiectează fisuri de dimensiuni mici, în special când

se utilizează apa ca fluid de fisurare şi transport (water – frack) materialul de

susţinere se recomandă să fie acelaşi cu cel utilizat la gravel – packing.

Tehnologia de fisurare superfrack

La operaţia de fisurare, utilizarea fluidelor vâscoase contribuie la

creşterea fisurilor, la pierderi mici de fluid în strat, şi conferă o bună capacitate

de transport a nisipului în strat.

Pomparea acestora la adâncimi mari necesită presiuni ridicate datorită

creşterii pierderilor de presiune prin frecare.

Procedeul de fisurare „superfrack” constă în micşorarea acestor pierderi

prin frecare prin realizarea unui inel de apă pe pereţii ţevilor de extracţie, care

are rol de lubrifiant asupra fluidului vâscos care este pompat prin ţevi,

rezultând o pierdere de presiune prin frecare mai mică.

Fluidul de fisurare este o emulsie, formată dintr-o treime de apă sărată,

două treimi de ţiţei vâscos şi 0,1% agent tensioactiv.

Inelul de apă (ce reprezintă circa 10% din volumul de fluid injectat)

conţine de asemenea 0,1% agent tensioactiv.

Această metodă extinde posibilitatea stimulării prin fisurare a sondelor de

mare adâncime.

101

Întrebări

1.Cum se defineşte acidizarea matricei unei roci şi care este scopul

acestei operaţii de stimulare ?

2.Care sunt acizii utilizaţi în tratamentele de acidizare a stratelor

productive?

3.Care este acţiunea acidului clorhidric asupra rocilor carbonatice?

4.Care sunt consecinţele utilizării unei soluţii HCl de concentraţie mare

(28% HCl) pentru operaţiile de acidizare?

5. Care sunt reacţiile acidului fluorhidric cu mineralele componente din

gresii dioxidul de siliciu şi ce produşi de precipitare rezultă?

6. şi acidul formic şi ce efecte Ce caracteristici au acidul acetic au în

tratamentele de acidizare?

7. Ce rol au inhibitorii de coroziune şi ce inhibitori se pot folosi la

prepararea soluţiilor acide ?

8. Care este rolul stabilizatorilor adăugaţi în soluţia acidă de tratare?

9. Care din următoarele substanţe sunt folosite ca stabilizatori ai argilei în

tratamentele de acidizare a formaţiunilor de gresii:

a.clorura de sodiu, NaCl, la concentraţii mai mici de 15%;

b.clorura de sodiu, NaCl, la concentraţii mai mari de 15%;

c.acizi organici (acetic, lactic, gluconic, tricloracetic, tartic);

d.clorură de calciu, CaCl2, sau clorură de magneziu, MgCl2.

10. Ce scop au intensificatorii?

11. Care este scopul adăugării alcoolilor în soluţia acidă de tratare?

12. Care este rolul gazelor energizante utilizate în operaţiile de acidizare?

13. Ca agenţi de deviere chimici în operaţiile de acidizare a complexelor

productive se pot folosi:

a.izopropanol sau metanol;

b.geluri, materiale solide fin măcinate, emulsii, spume;

c.surfactanţi anionici, cationici sau neionici. . 14. Care este scopul unei băi acide şi cum se realizează această operaţie ?

15. Care sunt metodele de preparare o soluţiilor acide de o anumită

concentraţie ?

16. Cum se aplică regula paralelogramului pentru a determina cantitatea

de acid tehnic (35% HCl) şi apă pentru a obţine 1 m3 soluţie de tratare de

concentraţie dată (15% HCl)?

17. Care sunt fazele introducerii soluţiei acide în strat pentru acidizarea

rocilor carbonatice ?

18. Cum se poate acţiona pentru ca întregul volum de soluţie acidă

proiectat să pătrundă în stratul productiv cu efect de dizolvare ?

19 Pentru asigurarea pătrunderii pe o rază cât mai mare în formaţiune a

acidului neconsumat se recomandă:

a.un moderator de tip blocopolimer S2-350;

b. un inhibitor de coroziune ACOR 22;

c.un inhibitor de coroziune ACOR 42 + hexametilentetraamină

(HMTA).

102

20.Pentru combaterea coroziunii în cazul folosirii soluţiei 28% HCl se

utilizează:

a. inhibitor ACOR 21;

b. inhibitor ACOR 22;

c. inhibitor în sinergism [ACOR 22 + CH2O (sau HMTA)];

d. inhibitor în sinergism (ACOR 42 + CH2O).

11. Introducerea acidului acetic în soluţia de acid clorhidric conduce la:

a. o mărire a vitezei de reacţie cu carbonatul;

b. o încetinire evidentă a reacţiei cu carbonatul;

c.o micşorare a vitezei de coroziune.

13. Care din afirmaţii este adevărată:

a. soluţia de amestec HCl şi HF se prepară numai cu apă dulce, deoarece

HF în contact cu apa sărată conduce la formarea unor precipitate;

b. soluţia de amestec HCl şi HF se prepară numai cu apă sărată, deoarece

HF în contact cu apa dulce conduce la formarea unor precipitate;

c. soluţia de amestec HCl şi HF se prepară numai cu apă dulce, deoarece

HCl în contact cu apa sărată conduce la formarea unor precipitate.

14.Cum reacţionează HCl şi HF din amestecul acid pompat în etapa de

tratare propriu-zisă asupra mineralelor componente din formaţiunea

productivă?

21. Pentru spălarea în exces destinată evacuării soluţiilor acide uzate şi a

produşilor de reacţie se utilizează:

a solvenţi aromatici (toluenul sau xilenul);

b. etilenglicolmonobutileter (EGMBE); c. clorură de amoniu sau 7,5% HCl, sau motorină;

d. acid tetrafluoroboric.

26. Care din următoarele compoziţii se recomandă la acidizarea gresiilor

fisurate natural:

a. amestec soluţie acidă 13,5% HCl + 1,5% HF;

b. acid tetrafluoroboric;

c. acid clorhidric cu concentraţie ridicată;

d. soluţii neacide de suspensie sau soluţii neacide floculate la temperaturi

> 150°C.

Cum se poate realiza acidizarea selectivă a unui complex productiv ?

2.Metode de tratare bazate pe acţiunea asupra rocii colectoare

2.21.Care este principiul tratării prin aplicarea de şocuri asupra

formaţiunilor productive şi care sunt procedeele practice aplicate din această

grupă de tratamente?

2.22. Care este principiul tratării cu ajutorul jetului pulsator de fluid?

103

2.23. Cu ce se realizează undele de şoc asupra formaţiunilor productive

prin procedeul jetului pulsator de fluid şi care sunt efectele acestui procedeu de

tratare?2.24. Care este mecanismul tratării prin implozie?

2.25. Caracterizaţi succint tipurile de dispozitive folosite pentru crearea

imploziei la nivelul stratelor productive .

2.26. Care este principiul tratării stratelor productive prin torpilare?

2.27. Când se apelează la torpilarea dirijată

2.27. Când se apelează la torpilarea dirijată şi cum se realizează această

operaţie?

2.28. Cum se realizează burarea unei explozii?

2.29. Ce se înţelege prin operaţia de stimulare prin fisurare hidraulică şi

ce rol are această operaţie?

2.30. Care este rolul unui fluid de fisurare? 2.31. Care sunt proprietăţile principale ale unui fluid de fisurare şi ce

importanţă au în gradul de extindere a fisurii iniţiate?

2.32. Caracterizaţi fluidele de fisurare clasificate din punct de vedere al

componentului de bază.

2.32. Caracterizaţi fluidele de fisurare clasificate din punct de vedere al

proprietăţilor ce influenţează viteza de filtrare.

2.33 Care sunt aditivii utilizaţi la o operaţie de fisurare hidraulică şi ce rol

are fiecare aditiv?2.34. Care sunt tipurile de materiale de susţinere folosite în

operaţiile de fisurare hidraulic?

2.35. Care sunt principalele proprietăţi ale materialelor de susţinere

testate înaintea utilizării lor în operaţiile de fisurare hidraulică?

2 36. Cum se determină presiunea de tratare în cazul operaţiilor de tratare

prin fisurare hidraulică?

14. Când se aplică metodele de tratare termochimică a stratelor productive?

1

5. Care sunt variantele de tratare termochimică a stratelor productive după

modul de pompare a soluţiei acide peste reactivul de magneziu şi care este

scopul fiecărei variante de tratare?2 36. Cum se determină presiunea de

pompare la suprafaţă în cazul operaţiilor de tratare prin fisurare şi ce rol are

această presiune pentru operaţia de stimulare prin fisurare (convenţională sau

acidă)?

2.37. Care sunt măsurile de pregătire a unei sonde pentru aplicarea unei

operaţii de stimulare prin fisurare hidraulică?

2.38. Care sunt fazele de executare a unei operaţii de tratare prin fisurare

hidraulică

2.39. Cum se realizează tratarea prin fisurare hidraulică selectivă a unui

complex productiv?

104

2.40. Cum se realizează fisurare multiplă a unui complex productiv?

3

METODE DE STIMULARE

CU EFECTE ASUPRA SISTEMULUI

ROCĂ - FLUIDE CONŢINUTE ŞI ASUPRA

DEPUNERILOR DIN CANALELE DE CURGERE

3.1. Metode fizico – chimice de deblocare a stratelor

În funcţie de elementul care provoacă frânarea curgerii, metodele de

tratare fizico – chimice pentru deblocarea formaţiunii se pot grupa astfel:

- tratarea cu substanţe tensioactive;

- tratarea cu agenţi de dizolvare.

3.1.1. Tratarea cu substanţe tensioactive

De la deschiderea stratelor productive şi până la faza finală a exploatării

zăcămintelor, activitatea sondelor de exploatare a petrolului este condiţionată

de fenomenele fizice care apar la interfaţa sistemului lichid – mediu solid sau

în zona de separare a două fluide de natură diferită.

Tratarea cu substanţe tensioactive se aplică în cazul pătrunderii apei în

porii stratului (fie din fluidul de foraj, fie apa circulată în sondă în cursul unor

operaţii de intervenţii sau reparaţii) şi în cazul formării unei turte de colmataj

pe pereţii găurii de sondă.

Apa pătrunsă în porii stratului are ca efect reducerea permeabilităţii

efective faţă de ţiţei şi formarea cu ţiţeiul din strat a unei emulsii de viscozitate

mare, care curge greu prin mediul poros din strat.

Substanţele tensioactive au efect detergenţi sau de dezemulsionanţi

înlesnind curgerea ţiţeiului spre gaura de sondă.

Pentru tratamente pot fi utilizate următoarele categorii de substanţe

tensioactive: anionice, cationice, neionice.

Surfactanţii anionici sunt: săpunurile, fenolii, sulfonaţii de petrol, alchil

aril sulfonaţii, alchil benzen sulfonaţii.

Sulfonaţii cationici sunt: aminele, sărurile şi bazele cu azot cuaternar.

În cazul folosirii surfactanţilor cationici, în prezenţa clorurii de calciu

(CaCl2) din apele de zăcământ sau ca rezultat al acţiunii acidului clorhidric

asupra rocilor, se produce o coagulare a surfactanţilor sau o reacţie chimică

între cationul de calciu şi surfactant care are drept consecinţă o reducere a

activităţii acestuia din urmă. Pentru evitarea acestor inconveniente, în operaţiile

de tratare a sondelor se vor utiliza compuşii tensioactivi neionici.

105

Surfactanţii neionici cuprind produsele etoxilate, alcoli graşi polietoxilaţi

alchii-fenoli polietoxilaţi, acizi graşi sau derivaţii lor polietoxilaţi.

Aceşti surfactanţi neionici sunt produşi de sinteză reprezentând diversele

combinaţii ce se pot obţine prin fixarea unui număr variabil de molecule de

oxid de etilenă la o moleculă cu un număr variabil de nuclee fenolice (prin

condensarea alchil fenolilor şi alchil crezolilor cu oxid de etilenă).

Proprietăţile acestor combinaţii variază în funcţie de numărul de nuclee

fenolice din molecule, care le imprimă un caracter olefil, precum şi de numărul

moleculelor de oxid de etilenă, care le dau un caracter hidrofil. Pe măsură ce

numărul de molecule de oxid de etilenă fixate se măreşte, produsele obţinute îşi

reduc solubilitatea în solvenţii organici şi işi măresc solubilitatea în apă. Aceşti

surfactanţi neionici se caracterizează printr-un consum specific redus în

comparaţie cu surfactanţii ionici

Eficienţa substanţelor tensioactive este influenţată de o serie de factori

cum ar fi: compoziţia ţiţeiului şi a apei de zăcământ, tipul de rocă şi

proprietăţile ei de umectare, viteza de injecţie, tensiunea interfacială, gradul de

absorbţie.

Timp îndelungat în industria extractivă de petrol s-au utilizat sulfonaţii

de petrol, obţinuţi prin tratarea cu acid sulfuric concentrat a unor facţiuni de

petrol. Cel mai utilizat sulfonat de petrol în şantierele din ţara noastră este D5 –

sulfonatul de amoniu şi sodiu pentru dezemulsionarea unor ţiţeiuri.

Tensidele neionice sunt eficiente în ape sărate şi soluţii acide, medii în

care substanţele tensioactive anionice sunt mai puţin eficiente sau chiar

dăunătoare. Astfel alchil aril sulfonaţii de amoniu sau sodiu formează în apa

sărată cu concentraţie de 300 – 500 Kg/m3 precipitate insolubile chiar în

produse petroliere. Această tendinţă poate fi diminuată sau anihilată prin

folosirea sinergismelor cu tenside neionice. În mediile puternic acide este

recomandat să nu se lucreze cu concentraţii de D5 mai mari de 3 %, deoarece se

pot forma geluri care înfundă spaţiul poros permeabil.

Din aceste considerente tensidele anionice se vor folo si numai în

amestec cu ţiţei sau cu solvenţi.

În sondele cu valori reduse ale procentelor de impurităţi şi cu presiuni de

zăcământ relativ mici este indicată folosirea tensidelor în soluţie slab acidă,

care favorizează reducerea considerabilă a tensiunilor interfaciale.

În cazul folosirii tensidelor neionice (E – 96, S2 – 350) se are în vedere

că acestea nu sunt solubile în ţiţei, ci numai în apă.

Un agent tensioactiv pentru a fi eficient trebuie să îndeplinească

următoarele cerinţe:

• să scadă tensiunea interfacială a sistemului apă – ţiţei;

• să prezinte pierderi minime în zăcământ;

• să aibă o mobilitate apropiată de cea a fluidelor cu care vine în

contact;

• să fie stabil din punct de vedere chimic în apele de zăcământ;

• să fie solubil sau dispersabil în apă sau ţiţei.

Soluţia de tratare se prepară prin dizolvarea substanţei tensioactive într-

un fluid de diluare corespunzăt

.Se recomandă aproximativ 0,6 – 0,8 m3 soluţie de agent tensioactiv

pentru fiecare metru perforat.

Tehnologia de executare a operaţiei de tratare cu agenţi tensioactivi

constă în următoarele:

106

- se fixează ţevile de extracţie cu şiul aproape de baza perforaturilor;

- se prepară soluţia de tratare într-o habă prin turnarea soluţiei acide peste

soluţia de agent tensioactiv;

- se pompează soluţia de tratare în sondă în cantitate egală cu volumul

interior al ţevilor de extracţie şi al coloanei în dreptul perforaturilor,

menţinând ventilul de la coloană deschis;

- se închide ventilul de la coloană şi se pompează în continuare restul de

soluţie;

- se pompează un volum de ţiţei egal cu volumul ţevilor de extracţie,

tratat cu 3 –5 % substanţă tensioactivă;

- se închide sonda sub presiune şi se menţine închisă pentru reacţie timp

de 8 – 24 ore;

- se repune sonda în producţie.

Substanţele tensioactive cu rol de dezemulsionanţi utilizare la noi în ţară:

• RAG 27 solubil în apă şi dispersabil în ţiţei; folosit ca dispersant al

particulelor minerale în concentraţie de 1 – 2% şi în soluţii acide în

concentraţie de 5 – 7%.

• RAG 14 solubil în ţiţei şi dispersabil în apă; folosit în amestec cu ţiţei

în concentraţie de 0,5% pentru tratarea sondelor care produc cu

procent mare de apă.

Produsele ce se pot folosi pentru prevenirea emulsiilor de ţiţei sunt:

E 96 – un alcool gras polietoxilat,

D4 sau D5 – dezemulsionanţi care constau în sulfonaţi de petrol

obţinuţi prin sulfonarea unor fracţiuni de petrol

În schela de producţie Moineşti s-au utilizat apele fenolice provenite de la

prelucrarea cauciucului, care acţionau cu efect dublu

- ca agent tensioactiv neionic prin acţiunea fenolului;

- ca solvent prin derivaţii organici alfametilstiren şi izopropilbenzen.

3.1.2. Tratarea cu agenţi de dizolvare

Tratamentele cu agenţi de dizolvare (solvenţi) constau în aducerea acestor

substanţe în dreptul stratului productiv sau introducerea lor în strat pentru

dizolvarea unor depuneri de pe pereţii filtrului sondei şi din porii rocii

colectoare.

În cazul depunerilor de parafină în porii rocii colectoare se pot utiliza

pentru solubilizarea acestora următorii agenţi de dizolvare: sulfura de carbon,

clorura de metilen, tetraclorura de carbon, cloroform, tricloretilenă etc. Aceşti

solvenţi au proprietatea de a desprinde parafina de pe pereţii sondei sau din

canalele rocii sau de a o dizolva ca apoi împreună cu fluidele ce vin din strat în

sondă parafina să fie antrenată la suprafaţă.

Pentru aducerea solventului în zona de tratare se foloseşte ca agent de

transport petrolul lampant sau motorina.

Operaţia de tratare cu agenţi de dizolvare se desfăşoară astfel:

- se deparafinează mecanic ţevile de extracţie şi se curăţă talpa prin

circulaţie de ţiţei încât la introducerea solventului să nu se introducă în

porii rocii eventualele impurităţi aflate în sondă;

- se introduce în strat soluţia de solvenţi în acelaşi mod ca soluţia acidă

în cadrul operaţiei de acidizare;

107

- se face o pauză de 6 – 12 ore pentru menţinerea în contact a

solventului cu depunerile din pori;

- se extrage soluţia din strat şi se repune sonda în funcţiune.

Dizolvarea parafinei depusă în formaţiune la sondele de producţie de

mică adâncime, care urmează a fi trecute în injecţie se poate realiza prin

introducerea de condens sau ţiţei tip A, aditivat cu 10 – 15% tricloretilenă şi

după 4-6 ore se începe drenajul pentru scoaterea particulelor de parafină din

formaţiune.

3.2. Metode termice de stimulare

Tratamentele termice constau în producerea şi menţinerea unei perioade

de timp în gaura de sondă a unei surse de căldură, care va încălzi atât zona

filtrului sondei cât şi zona învecinată găurii de sondă.

Efectul tratării este acela al curăţirii zonei filtrului de parafina depusă pe

pereţi şi de îndepărtarea a acesteia din canalele rocii din zona din jurul găurii

de sondă, dar şi de reducere a vâscozităţii ţiţeiului aflat în porii rocii pe raza de

pătrundere a agentului termic.

Metodele termice se utilizează şi ca metode secundare sau terţiare de

exploatare, după injecţia de apă sau de gaze.

În ţara noastră, metodele termice se aplică în toate fazele de exploatare a

sondelor ca procedee primare, secundare sau terţiare, diferenţiindu-se prin

tehnologia de aplicare.

În acest capitol vor fi prezentate în detaliu câteva metode termice bazate

pe injecţia unui agent termic în sondele de producţie şi cu efect de îmbunătăţire

a condiţiilor de curgere pe o anumită rază în jurul găurii de sondă.

După locul în care este generată energia termică se disting două grupe de

metode:

A. Metode bazate pe utilizarea unei surse de căldură în dreptul stratului şi

încălzirea zonei de strat prin conductivitate:

- metode termochimice;

- metode termoelectrice;

- arderea directă în gaura de sondă;

- injecţie de abur produs în generatoare subterane;

.

B. Metode bazate pe introducerea în strat a unei surse de căldură produsă

la suprafaţă şi care cuprinde:

- injecţia de apă caldă;

- injecţia cicltcă de abur;

- injecţia de gaze calde.

În timp ce căldura produsă prin metodele din grupa A este cedată

fluidelor din zăcământ şi stratelor adiacente din acoperiş şi culcuş, în metodele

din grupa B o mare parte din căldura generată la suprafaţă este pierdută pe

traseu (de la suprafaţă la nivelul stratului productiv). De aceea injecţiile de apă

caldă sau gaze inerte calde sunt mai puţin utilizate ca metode termice de

tratare, deoarece fluidele pot ajunge cu temperaturi reduse în zăcământ.

În cazul transmiterii căldurii prin radiaţie, căldura trece de la un corp la

altul datorită curgerii unor particule lipsite de masă, care nu fac parte din cele

două corpuri. Radiaţiile termice sunt asemănătoare celor electromagnetice, ele

propagă la orice distanţă şi chiar prin vid.

108

A. Metode bazate pe utilizarea unei surse de căldură

în gaura de sondă

Metodele termice de tratare a stratelor din această grupă constau în produ

cerea şi menţinerea unei surse de căldură în gaura de sondă o perioadă de timp.

Această sursă încălzeştezona filtrului sondei, dar şi zona învecinată găurii de

sondă. Căldura se transmite în strat pe baza conductivităţii termice a acstuia.

Efectele acestor tratamente termice sunt următoarele

- curăţirea zonei filtrului de parafina depusă pe pereţi:

- :îndepărtarea particolelor de parafină , de săruri şi asfaltene

din canalele rocii din jurul găurii de sondă

Pentru a determina fluxul caloric ce se transmite de la o sursă

de căldură în strat se utilizează legea de transmitere a căldurii.

Legea de transmitere a căldurii în strat în regim staţionar şi

coordonate rectangulare este exprimată prin relaţia:

0z

T

y

T

x

T2

2

2

2

2

2

(3.1)

Legea de transmitere a căldurii în regim nestaţionar este

exprimată prin relaţia:

t

T

D

1

z

T

y

T

x

T2

2

2

2

2

2

(3.2)

unde:D este coeficientul de piezoconductibilitate termică.

Relaţia (3.1.) este ecuaţia lui Laplace întâlnită şi la curgerea

fluidelor prin medii poroase în regim staţionar.

Relaţia (3.2.) este cunoscută sub numele de ecuaţia lui Fourier

şi caracterizează transmiterea nestaţionară a căldurii precum şi

curgerea nestaţionară a fluidelor compresibile prin medii poroase,

prin înlocuirea variabilei temperatură T cu presiunea p.

Cantitatea de căldură transmisă stratelor, de sursa de căldură,

într-un timp t este exprimată prin relaţia:

2

Dt4ln

)(4

s

sf

r

TThtQ

(3.3)

109

unde: este coeficientul de conductibilitate termică a mediului

poros;

h - grosimea stratului productiv;

Tf - temperatura în gaura de sondă;

Ts – temperatura în strat;

t - durata menţinerii în dreptul stratului a temperaturii Tf;

rs – raza sondei.

S-au considerat următoarele ipoteze:

- mediul poros este uniform;

- nu sunt piederi de căldură prin acoperişul şi culcuşul

stratului productiv

- sursa de căldură este punctiformă.

3.2.1. Procedee de tratare termochimică a stratelor

Tratarea termochimică a stratelor productive situate la adâncimi până la

1000 m se bazează pe reacţiile chimice care dezvoltă o însemnată cantitate de

căldură, ce se transmite pe umică destanţă ăn jurul găutuu de somdă.

. Aceste reacţii exotermice au loc între acidul clorhidric şi un reactiv

cum ar fi: soda caustică – NaOH, aluminiu – Al, magneziu – Mg.

. NaOH + HCl = NaCl + H2O + 27,4 kcal (3.4)

40 36.5 58,5 18

2 Al + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2 + 126 kcal (3.5)

54 219 267 6

Mg + 2 HCl = MgCl2 + H2 + 110,2 kcal (3.6)

24,5 73 5,3 2

Prin reacţia cu acidul clorhidric 1 kg de sodă caustică dezvoltă 685 kcal,

1 kg de aluminiu dezvoltă 4660 kcal şi1 kg de magneziu dezvoltă 4520 kcal.

Pentru tratare termochimică a stratelor s-a considerat că magneziul este reactivul cel mai indicat, deoarece degajă o cantitate mare de căldură, iar clo – apărura de magneziu MgCl2 rezultată din reacţie este solubilă în apă

.

Tratamentele termochimice se aplică sondelor care exploatează strate

situate la adâncimi mici (sub 1000 m), unde există condiţii favorabile de

depunere a parafinei care micşorează capacitatea de producţie a stratului

În funcţie de efectul reacţiilor exotermice realizat se disting două

procedee de lucru:

• procedeul reacţiei exotermice în gaura de sondă;

• procedeul reacţiei exotermice în strat.

110

Aceste metode se bazează pe dezvoltarea de căldură la talpa sondei

printr-un proces chimic.

Combinarea efectului chimic de dizolvare a rocii cu efectul termic

realizat prin creşterea temperaturii, la nivelul zonei unde se execută tratarea,

conduce la o îmbunătăţire a eficienţei procesului de reacţie între soluţia de acid

clorhidric şi rocă sau materialele care se află depozitate în spaţiul poros.

Prin încălzirea soluţiei acide creşte viteza de reacţie între HCl şi rocă şi,

pe de altă parte, prin creşterea temperaturii la valori peste 45 - 50 C, se poate

realiza topirea şi îndepărtarea hidrocarburilor grele depuse în zona

perforaturilor sondei, în porii sau pe pereţii stratului.

Metoda de lucru, în cazul acestor procedee, diferă după locul unde se

plasează reactivul, dar şi după modul în care se face transportul acestuia la lo-

cul de reacţie.

3.2.2 Procedeul reacţiei exotermice în gaura de sondă

Pentru a realiza efectul termic în gaura de sondă, în dreptul stratului

productiv se va utiliza magneziul sub formă de şpan sau bare.

Se introduce în sondă garnitura ţevilor de extracţie cu un dispozitiv de

reacţie de construcţie specială, încărcat cu reactiv metalic (magneziu), care se

fixează în dreptul stratului productiv ce urmează a fi acidizat.

Se pompează prin interiorul ţevilor de extracţie volumul de soluţie acidă

necesar reacţiei exoterme, până la consumarea completă a reactivului, apoi în

continuare se pompează volumul de soluţie acidă necesar acidizării stratului.

După scopul tratamentului şi modul de pompare a soluţiei acide, peste

reactivul sub formă de bare întâlnim următoarele variante de tratare:

-

- tra

tarea

termochimic

ă propriu-

zisă;

- tra

tarea

termochimic

ă urmată de

o acidizare;

- aci

dizarea

termochimic

ă

(termoacidiz

area).

a.Tratarea termochimică propriu-zisă

Dacă scopul operaţiei de tratare este de a realiza o creştere cât mai mare

de temperatură la nivelul formaţiunii productive pentru topirea parafinei, se va

pompa peste reactivul de magneziu sub formă de bare din dispozitiv, o

cantitate de soluţie acidă necesară dizolvării complete a barelor.

111

Efectul termic realizat în urma reacţiei este preluat în proporţie de

aproximativ 60% de către fluidele aflate în sondă în jurul dispozitivului de

reacţie (soluţia neutralizată şi lichidele din sondă) şi în proporţie de

aproximativ 40% se transmite în formaţiunea supusă tratării, încălzind pereţii

stratului, precum şi zona de strat din jurul sondei pe o anumită distanţă.

Raza de extindere a acţiunii efectului termic depinde, în principal, de

căldura degajată în sondă şi de conductivitatea rocilor care alcătuiesc stratul

tratat.

În cazul operaţiilor de tratare executate numai în scop termic se

recomandă ca imediat după neutralizarea soluţiei acide să se treacă la

extragerea lichidului din sondă şi din porii rocii pentru a împiedica

resolidificarea depunerilor parafinoase.

b. Tratarea termochimică urmată de o acidizare

Urmărind la nivelul formaţiunii productive atât efectul termic cât şi cel

chimic al soluţiei acide, se va pompa prin interiorul ţevilor de extracţie şi prin

dispozitivul cu reactiv soluţia acidă în două etape

În prima etapă are loc procesul termochimic prin care se curăţă pereţii

sondei şi se încălzeşte fluidul din sondă, iar în etapa următoare are loc acidiza-

rea stratului, care se realizează ca şi în cazul acidizării cu soluţia neîncălzită.

Succesiunea etapelor pentru realizarea acestei variante de tratament este

următoarea:

se introduce dispozitivul de reacţie încărcat cu reactivul sub formă de

bare cu ţevile de extracţie până în dreptul stratului ce va fi acidizat;

se pompează prin ţevile de extracţie în prima etapă un volum de soluţie

acidă necesar reacţiei exotermice, calculat pentru consumarea completă a

barelor de magneziu;

se deschide ventilul la coloană înainte de introducerea în sondă a soluţiei

acide necesar acidizării stratului, pentru a permite ca soluţia acidă neutralizată

să se ridice în coloană,

se pompează un volum de soluţie acidă echivalent cu volumul ţevilor de

extracţie şi volumul coloanei pe înălţimea stratului productiv;

se închide ventilul la coloană;

se pompează restul de soluţie acidă cu presiune pentru pătrundete

Cantitatea de soluţie acidă necesară reacţiei exotermice trebuie bine

calculată, astfel încât să se consume întreaga cantitate de reactiv. În caz

contrar, soluţia acidă ce se pompează ulterior pentru acidizarea stratului se

poate neutraliza parţial înainte de a fi introdusă în formaţiune.

3r

112

c.Termoacidizare

Acidizarea termochimică

reprezintă o variantă a tratării

termochimice, prin care se obţin două

efecte (termic şi chimic) într-o singură

operaţie într-un timp mai scurt.

Pentru realizarea operaţiei de

termoacidizare se utilizează dispozitivul

schematizat în figura 3.6, cu reactivul

de magneziu sub formă de bare, adus în

dreptul stratului productiv cu ţevile de

extracţie.

Prin ţevile de extracţie se

pompează soluţia acidă de 15% HCl,

care pătrunde în camera 1 a

dispozitivului. Ea va reacţiona un timp

cu reactivul de magneziu, astfel încât

concentraţia soluţiei acide să scadă la

12%. Această soluţie de concentraţie

reziduală 12% încălzită trece în camera

2 a dispozitivului de unde este

proiectată pe pereţii sondei prin

deschiderile laterale ale camerei.

În camera 2 este montat un

termometru înregistrator, care

înregistrează variaţia temperaturii în

cursul operaţiei de tratare.

Pe măsură ce se desfăşoară proce-

sul de dizolvare a barelor de magneziu,

diametrul acestora se micşorează

continuu, prin urmare se micşorează

suprafaţa de reactiv expusă contactului

cu solu- ţia acidă.

Conducerea acestui proces trebuie

astfel dirijată, încât la terminarea reacţiei barele de magneziu să se consume în

întregime, iar soluţia acidă să se încălzească la temperatura necesară fără a-şi

micşora concentraţia stabilită de 12% pentru efectuarea în continuare a

acidizării stratului. Rezultă că trebuie să se lucreze cu un anumit regim de

pompare.

Planul de pompare se va întocmi corespunzător unor intervale de timp,

calculate în concordanţă cu treptele de dizolvare a barelor. Pentru aceasta se

aleg nişte intervale (i) în care diametrul barelor de magneziu scade cu o

anumită valoare şi pe fiecare interval se va stabili debitul de pompare al

soluţiei HCl de concentraţie 15% şi timpul de pompare al acestei soluţii acide,

încât concentraţia soluţiei acide să scadă la 12% după reacţia cu magneziul.

Elementele ce trebuie determinate pe fiecare interval sunt următoarele:

1. Suprafaţa medie de reactiv în contact cu soluţia acidă:

nldSimedimedb . (3.4)

Fig. 3.1. Dispozitiv de reacţie

cu reactivi sub formă de bară

113

2. Volumul corespunzător al barelor dizolvate:

44

2

iii

i

medmedbmed

medb

dSnl

dV , (

3.5)

unde: imedd este diametrul mediu al barelor de magneziu pe fiecare interval

impus;

l – lungimea unei bare de magneziu;

n – numărul de bare de magneziu din dispozitiv.

3.Volumul de soluţie acidă care este în contact cu reactivul pe fiecare

interval ales:

imedbisol VVV , (3.6)

unde: V este volumul dispozitivului de reacţie.

.

4. Consumul specific de soluţie acidă:

reagentcm

acidăsolcm

S

VV

i

i

i

medb

sol

sp 2

3 .. 3.7

Fig. 3. 2. Determinarea timpului de reacţie necesar micşorării

Tim

pu

l d

e re

acţi

e 15%

HC

l→12%

HC

l, s

Consumul specific Vsp, magneziucm

cm

2

HCl%153

114

concentraţiei soluţiei acide de la 15% HCl la 12% HCl.

În funcţie de acest raport rezultă din diagrama prezentată în figura 2.1

timpul de reacţie tr necesar soluţiei acide să stea în contact cu reactivul, pentru

a-şi micşora concentraţia de la 15% HCl la 12% HCl.

5. Debitul de pompare pe fiecare interval:

i

i

r

sol

it

Vq .

(3.8)

Pe cale experimentală s-a găsit că pentru a se micşora concentraţia

soluţiei acide de la 15% la 12% este necesar să se pompeze o cantitate G de

aproximativ 90 l soluţie 15% HCl pentru a dizolva 1 kg Mg.

. 2 HCl + Mg → MgCl2 + H2.

73 24,3 95,3 2

Dacă 73 kg HCl dizolvă 24,3 kg Mg se poate afla câte kg de acid

clorhidric sunt necesare pentru a dizolva 1 kg de Mg.

73 kg HCl………..24,3 kg Mg

x kg HCl………….1,0kgMg

HClkg04,33,24

73x .

Dacă se cunosc densităţile soluţiilor 15% HCl şi 12% HCl se află

cantitatea de acid clorhidric pur consumată pentru reducerea concentraţiei unui

m3 soluţie HCl de la 15% la 12%.

1 m3 soluţie 15% HCl conţine ………………..161 kg HCl pur

1 m3 soluţie 12% HCl conţine ………………..127 kg HCl pur

1 m3 soluţie 15% HCl 12% HCl se consumă 34 kg HCl pur

y m3 soluţie 15% HCl 12% HCl se consumă 3,04 kg HCl pur

3m09,0

34

104,3y .

Deci G ≈ 90 l 15% HCl.

6. Cantitatea de Mg consumată pe fiecare interval impus de scădere a

diametrului:

Mgibi VP , (3.9)

unde: ibV este volumul barelor de magneziu dizolvat pe fiecare interval de

scădere a diametrului;

115

Mg – densitatea magneziului.

7. Cantitatea de acid consumată pe fiecare interval pentru reacţia cu

magneziu corespunzătoare reducerii concentraţiei soluţiei acide de la 15% la

12% HCl:

Vi = G Pi. (3.10)

8..Durata de pompare pe fiecare interval:

i

ii

q

VT . (3.11)

Prin aplicarea acestei metodologii de calcul pentru toate intervalele

stabilite se determină atât cantitatea de soluţie acidă 15% HCl necesară pentru

tratare, cât şi valorile debitului cu care trebuie să se facă pomparea soluţiei

acide în cadrul fiecărui interval de timp, pentru a obţine în urma reacţiei cu

magneziul o soluţie acidă de concentraţie 12% HCl necesară pentru acidizarea

stratului productiv.

3.2.5. Procedeul reacţiei exotermice în strat

Acest procedeu constă în principiu în introducerea Mg sub formă de

pulbere sau granule în strat şi injectarea în continuare a soluţiei acide pentru

realizarea reacţiei în interiorul formaţiunii productive.

Granulele de Mg cu un diametru mai mic de 0,8 mm se amestecă într-un

gel de naftenaţi şi ţiţei neparafinos în proporţie de 20 - 50 kg/m3 fluid.

Pentru desfăşurarea reacţiei exotermice în formaţiune se procedează

astfel:

- se

pompează în sondă ţiţei încălzit la 60 - 80°C;

- se

pompează gelul cu granule de Mg în suspensie închizând ventilul de la

coloană, când gelul a ajuns în dreptul formaţiunii;

- se

introduce un pachet de ţiţei neparafinos (ca dop de separare);

- se

injectează soluţia acidă în cantitatea necesară pentru reacţia magneziului în

strat;

- se

pompează ţiţei pentru a asigura pătrunderea în strat atât a granulelor de

Mg, cât şi a soluţiei acide;

- se

închide sonda pentru reacţie şi apoi se repune în funcţiune.

-

B. Metode de tratare bazate pe introducerea unui agent termic

în strat.

116

Prin injecţie în strat a unor fluide încălzite, care au o căldură specifică

ridicată, se poate ridica temperatura rocilor şi a fluidelor conţinute pe o

anumită rază în jurul găurii de sondă.

Introducerea unor fluide calde, cum ar fi apa caldă, aburul sau gazele

încălzite, în stratele productive, au condus la rezultate foarte bune în cazul

exploatării unor zăcăminte cu ţiţeiuri grele şi foarte vâscoase, având în vedere

marea influenţă pe care o are temperatura ridicată asupra reducerii vâscozităţii

ţiţeiului şi ca urmare o creştere importantă a mobilităţii acestuia (k/µ) la

deplasarea din strat spre gaura de sondă.

Problema pierderilor de căldură pe traseul parcurs de fluid a fost

soluţionată admiţând în gaura de sondă un transfer de căldură în regim

staţionar, iar în strat o pierdere de căldură în regim nestaţionar.

Determinarea pierderilor de căldură a fost soluţionată de Ramey H.J.

pentru sondă şi Max J.W. şi Longenhein R.N. pentru zăcământ, găsindu-se

relaţii analitice care controlează fenomenele ce au loc.

Pierderile de căldură încep de la sursa termică de la suprafaţă, prin

conductele de transport a agentului încălzit, capul de erupţie, continuând cu

gaura de sondă şi stratele adiacente ale stratului încălzit.

Transmiterea de căldură de la un sistem în afară se face prin conducţie,

convecţie sau radiaţie.

Transmiterea căldurii prin conducţie este caracteristică corpurilor solide

unde transferul de căldură de la un punct cu temperatură mai mare la altul cu

temperatură mai mică se face de la particulă la particulă, fără a exista o

deplasare fizică a acestor particule ale corpului respectiv. Conducţia se

întâlneşte şi la fluide atunci când acestea se află în stare de repaus.

Transmiterea căldurii prin convecţie este caracteristică schimbului de

căldură dintre un solid şi un fluid, care se mişcă pe lângă suprafaţa solidului.

Convecţia ei poate fi liberă. când fluidul se mişcă datorită diferenţei de

densitate cauzată de diferenţa de temperatură, sau forţată când fluidul se mişcă

pe lângă suprafaţa solidului în mod forţat datorită aplicării unei presiuni asupra

sondei.

În cazul transmiterii căldurii prin radiaţie, căldura trece de la un corp la

altul datorită curgerii unor particule lipsite de masă, care nu fac parte din cele

două corpuri. Radiaţiile termice sunt asemănătoare celor electromagnetice, ele

propagă la orice distanţă şi chiar prin vid.

3.2.3. Injecţia ciclică de abur

Principii generale

Injecţia ciclică de abur este o metodă termică de stimulare Odată a

sondelor, care constă în injecţia aburului prin sondele de extracţie câteva zile,

urmată de o perioadă de 3 – 4 zile de închidere a sondelor, după care ele se

repun în producţie.

Scopul operaţiei constă în mărirea productivităţii sondelor prin:

• reducerea vâscozităţii ţiţeiului → mărirea mobilităţii acestuia;

• topirea parafinelor din porii rocilor din imediata apropiere a găurii de

sondă → mărirea permeabilităţii stratului în această zonă.

După injectarea debitului de abur prevăzut, sonda se închide, timp în care

continuă cedarea căldurii de către abur către ţiţei şi rocă.

117

Durata injecţiei de abur în strat şi frecvenţa ciclurilor se stabileşte pentru

fiecare sondă în parte, pe baza unor date experimentale, analizând de fiecare

dată eficienţa operaţiei.

La primele operaţii se injectează cantităţi mai mici de abur (400-600 t

abur pe un ciclu de injecţie), deoarece stratul fiind rece, aburul se condensează

rapid după ce pătrunde pe o rază de câţiva metri în jurul găurii de sondă. În

această situaţie, căldura cedată, atât rocii cât şi ţiţeiului este insuficientă pentru

a-i reduce vâscozitatea. De aceea este posibil ca, după primul sau al doilea

ciclu de injecţie, sonda să producă mici cantităţi de ţiţei, încă vâscos şi o

cantitate redusă de apă condensată din abur.

La ciclul următor se injectează cel puţin aceeaşi cantitate de abur, cu

debit cât mai mare, funcţie de debitul şi presiunea generatorului şi de

receptivitatea şi de grosimea formaţiunii productive.

Aburul, intrând în stratul deja încălzit, ridică temperatura ţiţeiului căruia

îi reduce vâscozitatea. O parte din fracţiile uşoare se vaporizează, apoi se

condensează şi se amestecă cu ţiţeiul, mărindu-i astfel mobilitatea.

Receptivitatea stratului creşte după primele cicluri deoarece este

deblocată zona perforaturilor de anumite particule solide depuse.

Odată cu reducerea saturaţiei în ţiţei scade şi producţia şi creşte cantitatea

de abur injectat. După câţiva ani, raportul abur injectat - ţiţei recuperat creşte

mult şi procesul devine neeconomic.

Etapa următoare constă întrecerea de la injecţia ciclică la injecţia

continuă de abur sau la combustia subterană.

la o presiune de injecţie de 14 bar, apoi s-a reluat procesul de injecţie

de abur în 1960 în California la zăcămintele din Bolivar – Coast

La noi în ţară s-a experimentat pentru prima dată procesul de injecţie

ciclică de abur la o sondă la Levantinul de pe structura Moreni..

Procesul de injecţie de abur la sondele ce exploatau Levantinul de pe

structura Moreni s-a iniţiat prin injecţia de abur saturat la presiunea de 8 – 9

bar cu temperatură de 170 – 180°C, cu o entalpie de 660 kcal/kg, cu un debit de

1t/oră pe o durată de 4 – 5 zile. Treptat s-a mărit temperatura aburului la

250°C, debitul de abur injectat şi durata de injecţie s-a mărit la 10-12 zile,

ajungând până la o lună.

În perioada 1979 – 1980 a fost aplicată injecţia ciclică de abur trei sonde

de pe zăcământul Bălăria la o adâncime de 650 m, în strate de grosimi de 6 m,

ce conţineau ţiţei de densitate de 945 kg/m3 şi vâscozitate de 300 cP. La aceste

sonde au apărut probleme de dilatare a ţevilor de extracţie şi procesul de

injecţie de abur a fost întrerupt.

injecţia ciclică de abur, acest proces s-a extins cu scopul de a intensifica

afluxul de fluide pentru zăcămintele ce produc ţiţei vâscos la Levantinul de ca

Gura Ocniţei – Moreni, Piscuri – Bana, la Panonianul de la Suplacul de Barcău

şi Meoţianul de la Tătaru.

Titlul aburului

În figurile 3.3 şi 3.4 se poate urmări un proces de vaporizare izoterm-

izobar reprezentat într-o diagramă presiune – volum specific.

Urmărind diagrama din figura 3.3, se constată că pe porţiunea A1 − B1

caracteristică existenţei unui amestec de vapori şi lichid la saturaţie, proporţia

în amestec a lichidului la saturaţie şi a vaporilor saturaţi uscaţi se schimbă pe

118

măsură ce procesul de vaporizare evoluează de la starea de lichid la starea de

vapori saturaţi uscaţi.

Luând ca referinţă 1 kg de amestec, acesta este alcătuit din: x kg vapori

saturaţi uscaţi şi (1− x) kg lichid saturat.

Fig. 3.3. Zonele de fază ale diagramei P-V

Fig. 3.4. Vaprizarea izoterm-izobară

Conform diagramei din figura 3.4. rezultă:

11

11

BA

ZAx

, (3.12)

sau '"

'

vv

vvx x

unde: v’ este volumul specific al lichidului saturat în punctul corespunzător

stării A;

Volumul specific

Pre

siu

nea

, p

Volumul specific, v

Pre

siunea

, p

(vapori umezi)

(I) Stare gazoasă

Amestec de vapori şi

apă

K (punct critic)

119

v” – volumul specific al vaporilor saturaţi uscaţi în punctul corespunzător

stării B;

vx – volumul specific al amestecului.

În cazul în care se cunoaşte titlul aburului de vapori x se poate determina

volumul specific al amestecului:

)'"('"')1( vvxvxvvxvx

(3.13)

Aburul utilizat pentru injecţie în zăcământ este în mod obişnuit de calitate

(titlu) 80. Aceasta înseamnă că 80% din greutate sunt vapori saturaţi, iar 20%

este apă.

Pierderile de căldură în cazul injecţiei ciclice de abur

.Pierderi de căldură în conducta de transport abur

Transferul de căldură prin peretele conductei se poate realiza în principal

prin următoarele procese:

• convecţie termică între fluidul transportat (abur) şi peretele interior al

conductei;

• conducţie termică prin peretele conductei spre izolaţia termică de bază

şi stratul protector exterior;

• convecţie şi eventual radiaţie termică între suprafaţa exterioară a

conductei şi mediul ambiant.

Se consideră cazul general al unei conducte izolate termic cu două straturi

(izolator şi protector) prin care circulă abur în regim staţionar.

Fluxul de căldură transmis de fluid mediului ambiant reprezintă pierderea

de căldură prin conductă:

)( aerscc TTLUq (3.14)

unde: Uc este coeficientul global de schimb de căldură de la interiorul con

ductei la exteriorul izolaţiei;

Lc – lungimea conductei de transport abur;

Ts – temperatura aburului.

Coeficientul global de schimb de căldură are următoarea expresie:

esptisp

esp

spiiz

eiz

izic

ec

cici

c

rr

r

r

r

r

r

r

U

2

1ln

2

1ln

2

1ln

2

1

2

1

1 (3.15)

unde: λc este conductivitatea termică a materialului din care este confecţionată

conducta;

λiz – conductivitatea termică a materialului din care este confecţionată

izolaţia;

λsp – conductivitatea termică a materialului din care este confecţionat

stratul protector;

120

ric – raza interioară a conductei;

rec – raza exterioară a conductei;

riiz – raza interioară a izolaţiei;

reiz – raza exterioară a izolaţiei;

risp – raza interioară a stratului protector;

resp –raza exterioară a stratului protector;

α – coeficient de convecţie.

Considerând că stratul izolat este compus din saltele de vată minerală,

conductivitatea termică a izolaţiei se calculează cu relaţia:

miz t0002,0045,0 , (3.16)

unde: 2

eiziizm

ttt . (3.17)

Coeficientul de convecţie de la abur la peretele interior al conductei se

calculează cu relaţia

:

i

id

Nu (3.18)

unde: Nu este numărul Nusselt;

di – diametrul interior al conductei.

a. Pierderi de căldură în gaura de sondă

În cazul injecţiei de abur în strat, temperatura aburului este constantă dea

lungul ţevilor de extracţie.

Problema care se pune în cazul injecţiei de abur în sondă este de a

determina pierderile de căldură ce au loc de la interiorul ţevilor de extracţie

spre exteriorul coloanei de exploatare şi apoi spre rocile traversate, dar şi de a

cunoaşte cantitatea de căldură ce intră în strat şi titlul aburului la intrarea în

strat.

Pentru calculul acestor pierderi se fac următoarele consideraţii:

• spaţiul inelar coloană - ţevi este izolat printr-un paker şi umplut cu gaz

la o presiune mai joasă;

• transmiterea de căldură în gaura de sondă (ţevi-coloană) se face în

regim staţionar, în timp ce transmiterea de căldură de la coloană la

rocile traversate se realizează în regim nestaţionar;

• energia cinetică în sistem nu variază;

• presiunea aburului în lungul ţevilor de extracţie este constantă;

• proprietăţile termice ale formaţiunii nu se schimbă cu adâncimea.

Bilanţul termic scris pentru W kg de abur injectat pe oră corespunzător

unui element dz din ţevile de extracţie este dat de relaţia:

zTTUrTWc csp d)(2ddq 1 , (3.19)

121

unde: cp este căldura specifică a aburului;

r1 – raza interioară a ţevilor de extracţie;

Ts – temperatura aburului injectat;

Tc – temperatura la exteriorul coloanei de exploatare;

U – coeficientul global de transfer de căldură de la interiorul ţevilor de

extracţie la exteriorul coloanei de exploatare.

Căldura cedată de W kg abur este egală cu cantitatea de căldură ce se

pierde de la interiorul ţevilor de extracţie la exteriorul coloanei de exploatare.

În acest spaţiu căldura se transmite prin:

• convecţie forţată de la abur la peretele interior al ţevilor de extracţie;

• conducţie de la peretele interior la peretele exterior al ţevii de extracţie;

• convecţie liberă în interiorul spaţiului inelar;

• conducţie de la interiorul coloanei de exploatare spre exteriorul acesteia.

Cantitatea de căldură care se pierde prin conducţie este dată de relaţia:

1

2ln

)(2

r

r

TTLQ ts

cd . (3.20)

Cantitatea de căldură pierdută prin convecţie în spaţiul inelar este dată de

relaţia:

TAQcv . (3.21)

Cantitatea de căldură ce se transmite de la coloană spre rocile traversate

prin conducţie este dată de Ramey sub forma:

)f(

dz)(2dq

t

TT rcrc , (3.22)

unde:λr este coeficientul de conductivitate al rocii;

f(t) – o funcţie de conducţie termică ce depinde de condiţiile specifice în

care se transmite căldura;

Tr ( tr) – temperatura rocii.

baztr , (3.23)

unde: a este gradientul geotermic;

z – adâncimea la care se estimează bilanţul termic;

b – temperatura solului la suprafaţă.

Înlocuind în relaţia (3.22) expresia lui Tc obţinută din relaţia (3.20) şi

expresia lui tr(Tr) din relaţia (3.23) şi integrând de la z = 0 la z = H se obţine

fluxul termic spre stratele traversate:

122

2

)()f(

2 2

1

1 aHHbT

tUr

Urq a

r

rc

. (3.24)

Funcţia de conducţie termică nestaţionară a căldurii prin formaţiunile

traversate se poate exprima din relaţia (6.14) sub forma:

zq

TTt rcr

d/d

)(2)f( . (3.25

Carslaw şi Jaeger au prezentat o soluţie grafică pentru cazul unei surse

cilindrice care pierde căldura la flux constant şi temperatură constantă prin

convecţie către un sistem radial de întindere infinită.

În figura 6.3 este reprezentată grafic funcţia f(t) pentru trei cazuri:

• flux caloric prin sondă constant, sursă lineară;

• temperatură constantă la raza exterioară a coloanei de exploatare;

• pierdere constantă prin convecţie de la coloană spre rocă.

Pentru utilizarea graficului 6.3, timpul se transformă în timp adimensional,

aplicând relaţia:

2,

2r

tDt , (3.26)

rr

r

cD

ρ

λ, (3.27)

unde: t – timpul de la începutul injecţiei aburului;

r2’ – raza exterioară a coloanei de exploatare;

λr – coeficient de condu

D este coeficientul de difuzivitate termică a rocii;

ctivitate termică a rocii;

ρr – densitatea rocii;

cr – căldura specifică a rocii.

123

Fig. 3.3. Funcţia f(t) în cazul unei surse cilindrice după Carlsaw şi Jaeger.

Pentru t > 100, funcţia f(t) se poate determina analitic cu relaţia:

)080907,02

(ln2

1)f(

tt . (3.28)

Valoarea coeficientului global de transfer de căldură de la interiorul

ţevilor la exteriorul coloanei de exploatare se poate obţine pentru diferite

variante de echipare a sondei după cum se poate urmări în tabelul 6.1.

Tabel 6.1. Valori estimative ale coeficientului global de transfer de căldură

Variante de echipare a sondei

Coeficient global de transfer

de căldură, kca/ / (h m2 °C)

100°C 200°C 300°C

Ţevi de extracţie neizolate 24 27 30

Ţevi de extracţie vopsite cu bronz de aluminiu 4,5 7,5 10,4

Ţevi de extracţie prevăzute cu izolaţie termică 0,18 0,20 0,23

Ca urmare a pierderilor de căldură de la interiorul ţevilor de extracţie

spre exteriorul coloanei de exploatare şi apoi spre rocile traversate, cantitatea

de căldură a aburului injectat în strat Qis este mai mică decât cea injectată la

suprafaţă.

csis QQQ 0 ,

(3.29)

Flux constatnt de căldură liniară

Condiţie de radiaţie constantă la r = r2

Temperatura constantă la r = r`2

sursă cilindrică

Lo

g f

(t0)

= l

og (

2Π

k(T

2-T

1)/

(dq

/dz)

)

-2 -1 0 1 2 3 4

1,0

0,5

0

-0,5

-1

Log (Dt/r, 2

2)

124

unde:Q0s este cantitatea de căldură injectată în sondă de la suprafaţă;

Qc – cantitatea de căldură cedată stratelor traversate;

WitQ s0 , (3.30)

as ixxii )1( 0 . (3.31)

în care:

W este debitul masic de abur injectat pe oră;

t – timpul de la începutul injecţiei aburului în sondă;

x0 – titlul aburului la suprafaţă;

is – entalpia aburului;

ia – entalpia apei.

Ţinând cont de relaţia (6.22) se poate exprima cantitatea de căldură intrată

în stratul productiv în funcţie de debitul masic de abur injectat W şi de titlul

aburului la intrarea în strat xis

:

tixixWQ aissisis )1( . (3.32)

Prin determinarea cantităţii de căldură intrată în strat Qis, pe baza bilanţului

termic din relaţia (6.21), cunoscând debitul masic de abur injectat W, entalpia

apei ia şi a aburului is se poate calcula titlul aburului la intrarea în stratul

productiv din relaţia (6.24).

În momentul în care aburul este injectat în strat, zona în care acesta

pătrunde se încălzeşte, ca urmare a transferului de căldură de la abur la rocă şi

la fluidele din strat.

b. Pierderi de căldură în strat

Pierderea de căldură în strat se referă la căldura cedată în timpul injectării

agentului termic prin acoperişul şi culcuşul stratului încălzit către stratele

adiacente (fig. 3.4).

Procesul de transfer de căldură în stratele adiacente este un proces nestaţionar.

Q0s

125

Fig. 3.4 .Pierderile de căldură în sondă şi strat

J. W. Marx şi R. H. Langenheim au stabilit analitic o relaţie pentru

estimarea suprafeţei încălzite la un moment dat în funcţie de fluxul caloric

injectat. Acesta şi diferenţa de temperatură între statul încălzit şi stratele

adiacente sunt presupuse constante.

Transmisia cădurii în strat se face radial.

Bilanţul termic între căldura injectată în strat Qis, căldura cedată stratelor

adiacente Qca şi căldura preluată de strat. Qu. este valabil în orice moment al

procesului de injecţie al aburului

.

ucais QQQ . (3.33)

Pe măsură ce suprafaţa stratului productiv încălzit creşte, căldura cedată

stratelor adiacente creşte şi ea, astfel că la un moment dat cea mai mare parte a

căldurii injectate de la suprafaţă se duce către stratele adiacente. Rezultă astfel

o limită economică a procesului de încălzire dictată de evoluţia în timp a

suprafeţei de formaţiune încălzită.

Transmiterea căldurii la stratele adiacente se face prin difuzie termică.

Ecuaţia ce caracterizează fenomenul de difuzie termică este analoagă cu cea

referitoare la difuzia hidraulică şi are următoarea formă:

t

T1

x

T2

2

D, (3.34)

în care:

x este distanţa pe care a pătruns căldura în stratele adiacente măsurată de la

acoperişul sau culcuşul stratului încălzit;

D – coeficientul de difuzivitate termică.

Din rezolvarea ecuaţiei (3.37) se obţine valoarea vitezei cu care se

transmite căldura prin culcuşul şi acoperişul stratului productiv:

Qc

Qca

Qis Qu

126

Dt

Tv r

x 0 . (3.35)

Căldura cedată stratelor adiacente la un moment dat (t − δ) depinde de

viteza cu care trece căldura în stratele adiacente şi de suprafaţa de încălzit

(culcuş şi acoperiş).

dd

d

)(2)(

)(

0

A

tD

TtQ

tA

rca

. (3.36)

Căldura utilă preluată de strat la un moment t se calculează cu relaţia:

TMhQudt

dA, (3.37)

unde:h este grosimea stratului productiv încălzit;

A – suprafaţa zonei încălzite;

M – căldura preluată de 1 m3 de rocă şi fluidele conţinute

corespunzătoare unei creşteri de temperatură cu 1°C

.

tttaaarr cmScmScmM )1( , (3.38)

unde:m este coeficientul de porozitate al rocii;

ρr, ρa, ρt – densităţile specifice ale rocii, apei, ţiţeiului;

cr, ca, ct – căldurile specifice ale rocii, apei, ţiţeiului;

Sa, St – saturaţiile iniţiale în apă respectiv în ţiţei.

Înlocuind în relaţia bilanţului termic (.3.33), expresia căldurii cedate Qca

(3.36) şi a căldurii utile Qu (3.37) se obţine:

dt

dAd

dδ

dA

)(2

)(

0

ThMtD

TQ

tA

ris . (3.39)

Soluţia ecuaţiei (6.31) permie determinarea suprafeţei încălzite A la un

moment oarecare t, obţinute cu ajutorul transformatei Laplace şi are forma:

1π

2)erfc(e

4)(

2

2

xx

T

DhMQtA x

r

is , (3.40)

DMh

tx r2

. (3.41)

127

Pentru uşurinţa utilizării relaţiei (3.40), valorile termenilor din paranteză

care conţin pe x sunt tabelate funcţie de valoarea lui x ..

Eficienţa termică a procesului de injecţie de abur se defineşte ca raportul

între căldura utilă preluată de strat şi căldura injectată în strat.

tQ

TMhtA

Q

QE

isis

u )(. (3.42)

În relaţia (3.42), înlocuind expresia suprafeţei încălzite A(t) cu relaţia (3.40)

se obţine următoarea expresie pentru calculul eficienţei termice:

1π

2)erfc(e

1 2

2

xx

xE x . (3.43

Căldura cedată stratelor adiacente se obţine din ecuaţia bilanţului termic

(3.33) :

uisca QQQ , (3.44)

sau conform definiţiei eficienţei termice:

is

ca

is

cais

is

u

Q

Q

Q

QQ

Q

QE 1 , (3.45)

căldura cedată stratelor adiacentese poate calcula cu relaţia:

isca QEQ )1( . (3.46)

Concluzii asupra sporirii eficienţei operaţiei de

injecţie ciclică de abur

La pătrunderea aburului în stratul productiv, acesta ridică temperatura

ţiţeiului căruia îi reduce vâscozitatea. O parte din fracţiile uşoare se

vaporizează, apoi se condensează şi se amestecă cu ţiţeiul mărindu-i astfel

mobilitatea.

Avantajul folosirii aburului pentru injecţie constă în conţinutul mare de

căldură transportată în strat cu o cantitate relativă de agent injectat.

Superioritatea aburului în procesul de dislocuire a ţiţeiului din strat în

comparaţie cu apa fierbinte se explică şi prin valoarea scăzută a forţelor

capilare şi prin capacitatea mare de umectare a suprafeţelor din mediul poros.

După injectarea debitului de abur prevăzut, sonda se închide, în care timp

continuă cedarea căldurii aburului către ţiţei şi rocă.

Durata perioadelor de injecţie, de condensare şi de producţie se stabilesc

în mod experimental. Cu timpul durata fazelor de injecţie şi răcire se măresc şi

scade durata fazei de producţie.

128

Pentru obţinerea unei eficienţe sporite este necesar să se urmărească în

mod permanent respectarea:

cantităţii de abur prevăzute a fi injectate pe fiecare interval pentru a

realiza raza de pătrundere (încălzire) necesară;

calitatea aburului furnizat în jur de 80%, deoarece dacă se injectează

abur necorespunzător sau apă caldă, efectul se reduce în mod

inevitabil.

Referitor la adâncimea stratului tratat se poate menţiona că presiunea de

injecţie a aburului creşte cu adâncimea. Procesul de injecţie se realizează fără

dificultăţi până la adâncimea de 500 – 600m. Cu creşterea adâncimii cresc

pierderile de căldură spre stratele traversate (Qc) şi trebuie să se folosească

pachere termice, materiale izolante în spaţiu inelar şi generatoare de abur cu

debit ridicat şi presiune mare.

Căldura utilă din strat este proporţională cu grosimea stratului productiv.

La strate cu grosimi mari şi presiuni mici, perioada de productivitate este mai

mare, deoarece acţionează şi efectul gravitaţional. La strate cu grosime mică

numărul de cicluri de injecţie este redus, deoarece aburul pătrunde pe distanţe

mai mari. La stratele cu grosimi sub 6m, pierderile de căldură în stratele

adiacente sunt mari şi procesul este neeconomic.

Pentru diminuarea pierderilor de căldură de la generator până la intrarea

în strat a aburului se vor lua următoarele măsuri:

distribuţia aburului la suprafaţă se realizează prin conducte prevăzute

cu piese şi izolate termic cu saltele din vată minerală protejate cu

sârmă de oţel zincat;

utilizarea garniturilor din azbest grafitat la robinetele prin care trece

aburul;

utilizarea de ţevi de extracţie de diametru mare şi acoperite la exterior

cu foi de aluminiu sau vopsea de aluminiu sau folosirea ţevilor de

extracţie cu pereţi dubli;

injectarea în spaţiul inelar coloană-ţevi de extracţie a unei cantităţi de

gaze (cca. 1000 – 2000 N/m3/zi) în timpul injecţiei de abur prin ţevi,

având efecte favorabile asupra producţiei de ţiţei a sondelor, când

ţevile nu sunt izolate cu un pacher termic.

Îmbunătăţirea debitelor de injecţie abur şi de ţiţei produs de strat se

realizează prin:

efectuarea de tratamente de prevenire a umflării marnelor şi argilelor

din strat;

tratamente cu substanţe tensioactive (E-96, sub formă lichidă sau

solidă), pentru reducerea procentului de emulsie de apă în ţiţei;

deschiderea intervalelor adiacente productive, la scăderea debitelor de

producţie, după 3-5 ani de injecţie, strate care între timp au ajuns la

temperatura necesară pentru curgerea ţiţeiului vâscos.

Odată cu reducerea saturaţiei în ţiţei, va scade şi producţia sondei şi

creşte cantitatea de abur injectat, deci consumul specific (abur

injectat/ţiţei recuperat) creşte mult şi procesul devine neeconomic,

moment în care se trece de la injecţia ciclică la injecţia continuă de

abur sau la combustie subterană.

Întrebări

129

3.1. Când se aplică tratarea cu substanţe tensioactive?

3.2. Ce tipuri de substanţe tensioactive se folosesc pentru tratarea

sondelor de producţie şi care sunt factorii care influenţează eficienţa acestor

substanţe?

3.3.Care este tehnologia de tratare cu agenţi tensioactivi?

3.4.Care sunt metodele termice de tratare aplicate la sondele de

producţie? (Criteriile de clasificare, caracterizarea fiecărei grupe de metode).

3.5. În ce constă operaţia de stimulare prin injecţie ciclică de abur şi ce

scop are?

3.6. Care sunt operaţiile pregătitoare la sondele la care se aplică

stimularea prin injecţie ciclică de abur?

3.7. Care este echipamentul necesar la o sondă de producţie pentru

aplicarea injecţiei ciclice de abur?

3.8. În cazul aplicării injecţiei ciclice de abur temperatura aburului

a) creşte de-a lungul ţevilor de extracţie;

b) rămâne constantă de-a lungul ţevilor de extracţie;

c) se micşorează de-a lungul ţevilor de extracţie.

3.9. Care sunt parametrii de care depinde cantitatea de căldură

introdusă în sondă Q0s? (167)60

3.10. Cum se realizează transferul de căldură al aburului injectat de la

interiorul ţevilor de extracţie la exteriorul coloanei de exploatare

3.11. Cum se face transferul de căldură de la coloană la rocile traversate

şi de ce parametrii depinde această cantitatea de căldură cedată stratelor

traversate Qc?

3.12. Cum se determină titlul aburului la intrarea în strat xis şi de ce

parametrii depinde valoarea acestuia?

3.13. Definiţi eficienţa termică a unu proces de injecţie ciclică de abur E

şi comentaţi parametrii de care depinde?

3.14. Care sunt parametrii ce influenţează cantitatea de căldură utilă

din stratul productiv Qu şi cantitatea de căldură cedată stratelor adiacente Oca

14. Când se aplică metodele de tratare termochimice a stratelor productive şi

care este principiul acestor tratamente?

?

3.16. Care sunt variantele de tratare termochimică a stratelor productive

după modul de pompare a soluţiei acide peste reactivul de magneziu şi care

este scopul fiecărei variante de tratare?

3.17. În ce constă planul de pompare a soluţiei acide în cazul

tratamentelor de termoacidizare încât acestea să-şi atingă scopul?

130

MODULUL 2

OPERAŢII DE INTERVENŢII ŞI REPARAŢII

Obiective:

131

În acest modul sunt prezentate:

• cauzele care conduc la oprirea din funcţionare a sondelor;

• tipurile de investigaţii şi modelări pentru a preciza cauzele (tehnice sau

de zăcământ), concrete din fiecare sondă;

• instalaţiile cu echipamentele aferente pentru remedierea defecţiunilor

din sondele de producţie; • scule şi dispozitive necesare rezolvării accidentelor tehnice din gaura de

sondă.

Cuprins

4. OPERAŢII DE INTERVENŢII 132

4.1. Clasificarea operaţiilor de intervenţie ..................................... 132

4.2. Instalaţii, utilaje şi scule de manevră utilizate

la operaţiile de intervenţii....................................................... 133

4.3. Omorârea sondelor................................................................. 135

4.3.1. Aspecte generale ........................................................... 135

4.3.2. Procedee de omorâre a sondelor. ................................... 136

4.4. Deparafinarea echipamentului sondelor de extracţie .............. 141

4.4.1. Aspecte generale ........................................................... 141

4.4.2. Prevenirea depunerii parafinei. ...................................... 142

4.4.3. Metode de curăţire a parafinei depuse în echipamentele

sondelor de extracţie ..................................................................... 143

4.4.4. Deparafinarea instalaţiei de la gura sondei .................... 159

4.5. Curăţirea depunerilor de nisip din sonde ................................ 161

4.5.1. Aspecte generale ........................................................... 161

4.5.2. Procedee de prevenire a defecţiunilor produse de nisip

în procesul de exploatare a sondelor ............................. 161

4.5.3. Metode de curăţire a nisipului din sonde ....................... 162

4.5.4. Elemente de calcul pentru spălarea dopurilor

de nisip. ........................................................................ 172

4.5.5. Procedee speciale de curăţire a nisipului

din sondele de producţie................................................ 176

5. OPERAŢII DE REPARAŢII LA SONDELE DE PRODUCŢIE

.................................................................................................................... 179

5.1. Epuizarea stratelor productive ................................................ 179

5.2. Inundarea stratelor productive ................................................ 179

5.2.1. Inundarea stratelor cu apă ............................................. 179

5.2.2. Inundarea cu gaze ......................................................... 182

5.2.3. Măsuri de remediere aplicate stratelor inundate ............. 184

5.3. Operaţii de cimentare la sondele de producţie. ....................... 187

5.3.1. Cimentarea cu lingura ................................................... 187

5.3.2. Cimentarea prin ţevile de extracţie ................................ 189

5.4. Repararea coloanelor de exploatare ........................................ 199

5.4.1. Repararea coloanelor deformate fără prinderea

ţevilor de extracţie. ............................................................. 200

132

5.4.2. Repararea coloanelor cu defecţiuni sub formă de spărturi

..................................................................................................... 203

5.4.3. Repararea coloanelor smulse sau rupte .......................... 205

5.4.4. Repararea coloanelor turtite cu ţevile de extracţie prinse206

5.4.5. Manşonarea coloanelor reparate .................................... 207

5.4.6. Întregirea coloanei pierdute ........................................... 208

6. INSTRUMENTAŢII ..................................................................... 214

6.1. Aspecte generale .............................................................. 214

6.2. Instrumentaţii după materialul tubular .............................. 215

6.3. Instrumentaţii după prăjini ............................................... 233

6.4. Instrumentaţii după cabluri ............................................... 235

6.5. Instrumentaţii după scule sau obiecte mărunte

scăpate în gaura de sondă ................................................. 239

6.6. Resăpări de sonde ........................................................... 242

4

OPERAŢII DE INTERVENŢII LA SONDELE DE PRODUCŢIE

4.1. Clasificarea operaţiilor de intervenţie

Operaţiile de intervenţii la sondele de producţie sunt lucrările de scurtă

durată, care au drept scop înlăturarea anumitor defecţiuni care conduc la

oprirea din producţie a sondei, sau la micşorarea capacităţii de producţie a

stratului productiv.

Situaţiile care pot constitui puncte de plecare pentru iniţierea unor

operaţii de intervenţii la sonde se prezintă într-o gamă variată:

- defecţiuni ale echipamentului de adâncime cu care este utilată sonda;

133

- schimbarea unor componente uzate ale instalaţiei de suprafaţă;

- modificări în programul de exploatare al sondei prin:

• schimbarea metodei de extracţie a sondei;

• modificarea unor parametrii ai regimului de lucru;

- prezenţa în coloana de exploatare sau în coloana de extracţie a unor

elemente care împiedică deplasarea normală a fluidelor spre suprafaţă

(parafină, nisip).

În zona de strat din jurul sondei poate avea loc o micşorare a

permeabilităţii absolute a rocilor stratului sau o blocare parţială sau totală a

curgerii hidrocarburilor din strat spre gaura de sondă provocată de cauze

(naturale sau tehnice) ce au fost menţionate în capitolul 1,.

Pentru remedierea tuturor acestor neajunsuri, în practica de şantier, se

aplică o varietate de procedee de lucru.

Operaţiile de intervenţie pot fi clasificate după sistemul de exploatare al

sondelor şi după specificul operaţiei astfel:

a) Intervenţii specifice pentru sondele în erupţie naturală şi artificială:

• deparafinarea ţevilor de extracţie;

• curăţirea dopurilor de nisip din ţevile de extracţiei sau din coloană;

• instrumentaţii pentru cuţite de deparafinare, cabluri, manometre şi

termometre de adâncime scăpate accidental în sondă.

b) Intervenţii specifice sondelor în pompaj cu prăjini:

• deparafinarea ţevilor de extracţie;

• deparafinarea prăjinilor de pompare;

• schimbarea pompelor uzate sau a pistoanelor uzate;

• manevrarea pompei de extracţie sau a pistonului pentru control;

• introducerea separatoarelor de gaze şi nisip de adâncime;

• instrumentaţii după prăjini de pompare, ţevi de extracţie rupte sau

smulse din filet, sau după alte dispozitive de curăţire.

c) Operaţii speciale:

• introduceri şi fixări de pachere;

• operaţii de intensificare a afluxului de fluide din strat spre gaura de

sondă: tratamente chimice, fisurări hidraulice, tratamente termice;

• reperforări sau perforări adiţionale de strate.

Majoritatea intervenţiilor se rezumă la manevre de ţevi de extracţie, de

prăjini de pompare, operaţii cu cablu (pistonat, curăţarea cu lingura, lăcărit,

deparafinări mecanice).

Lucrările de intervenţii presupun oprirea din producţie a sondelor. Ele

conduc la imobilizarea unor utilaje şi forţe de muncă necesare rezolvării

cauzelor care le-au generat şi acest lucru duce la cheltuieli însemnate, care

influenţează costul tonei de ţiţei.

4.2. Instalaţii, utilaje şi scule de manevră utilizate

la operaţiile de intervenţii

Operaţiile de intervenţii se deosebesc de operaţiile de reparaţii capitale,

în afară de durata lor mult mai scurtă şi prin faptul că utilizează de obicei

echipamentul normal al sondelor. Ele se execută cu trolii mobile sau trolii fixe

de tip uşor.

134

Pentru manevrarea ţevilor de extracţie şi a prăjinilor de pompare se

folosesc ca instalaţii de ridicare turlele de producţie sau masturile cu sistemul

geamblac – macara – cârlig şi troliile de intervenţii.

Instalaţiile de intervenţii pot fi fixe, semitransportabile şi transportabile.

Tendinţa permanentă pentru îmbunătăţirea constructivă şi funcţională a

instalaţiilor, impusă de necesitatea obţinerii unei eficienţe tehnico – economice,

respectiv sporirea debitului efectiv al sondei prin intervenţii şi reparaţii rapide

şi de calitate, a condus la construirea troliilor şi instalaţiilor de intervenţii şi

reparaţii transportabile pe pneuri.

Pentru efectuarea lucrărilor de intervenţii şi reparaţii şi punere în

producţie a sondelor, există în prezent o gamă largă de instalaţii de intervenţii

de capacităţi corespunzătoare unui mare interval de adâncimi de lucru (tabelul

4.1).

Tabelul 4.1. Instalaţii de intervenţii

Tip P - 80 T – 50B P - 32 P - 20 IC – 5M16

Sarcina maximă la cârlig

( t) 80 50 32 20 16

Adâncimea de lucru

ţevi de extracţie 2 7/8 in 6300 4500 2600 2000 1700

Numărul de fire

la sistemul manevră 6 6 6 6 6

Numărul tobelor 2 2 2 2 2

Transmisia pentru:

masa rotativă Da Da Nu Nu Nu

Pompă Da Nu Da Da Nu

Cap hidraulic

cu antrenare hidraulică Nu Nu Da Da Nu

Înălţimea liberă

a mastului (m)

33,4 27,5 25,2 25,2 15,4

Puterea motorului

de antrenare (CP)

480

motor

separat

350

motor

separat

215

motor

camion

215

motor

camion

212

motor

camion

Pentru manevrarea în sonde a garniturilor de ţevi de extracţie şi a

prăjinilor de pompare şi pentru executarea operaţiilor de curăţire, pistonare se

folosesc împreună cu instalaţiile de ridicare (turle, masturi, trolii de intervenţii)

o serie de scule de manevră cum ar fi:

• elevatoarele pentru ţevi de extracţie şi prăjini de foraj sunt scule care

se leagă de macara prin intermediul cârligului şi chiolbaşilor şi au rolul

de a prinde ţevile de extracţie sau prăjinile de foraj pentru manevră;

• chiolbaşii numiţi şi braţe sunt două piese identice confecţionate din oţel

dintr-o singură bucată prin matriţare, care fac legătura între cârlig şi

elevator;

• broasca cu pene pentru ţevi de extracţie are rolul de a susţine ţevile de

extracţie prinzându-le de corp cu ajutorul unor pene;

• pene pentru prăjini de foraj şi ţevi de extracţie servesc pentru prinderea

şi suspendarea garniturii în masa rotativă;

• cleşti pentru ţevi de extracţie – se folosesc pentru înşurubarea şi deşuru-

barea ţevilor de extracţie şi din punct de vedere constructiv există:

135

- cleşti cu două articulaţii pentru corp şi pentru mufe;

- cleşti cu bac continuu;

• cleşte mecanizat pentru ţevi de extracţie şi prăjini de foraj cu grup de

acţionare hidraulic;

• elevatoare pentru prăjini de pompare;

• agăţătoare pentru prăjini de pompare au rolul de a suspenda prăjinile

de pompare în turlă, pentru a le ţine întinse şi a le feri de murdărie. Sunt

construite în două variante:

- tip A cu traversă dreaptă;

- tip B cu traversă circulară (policandru).

• chei pentru prăjini de pompare folosite la înşurubarea şi deşurubarea

prăjinilor de pompare, construite pentru a prinde de pătratul prăjinii sau

de mufă. Se construiesc în două variante:

- chei fixe fabricate dintr-o singură bucată prin forjare;

- chei cu articulaţie, care au capul şi coada articulate.

4.3. Omorârea sondelor

4.3.1. Aspecte generale

Operaţia de omorâre a unei sonde se execută cu scopul de a asigura la

nivelul stratului productiv condiţiile de ţinere în respect a acestuia, prin

întreruperea afluxului de fluid pentru o perioadă de timp.

Această operaţie se realizează prin introducerea în gaura de sondă a unui

fluid cu o anumită densitate, astfel încât presiunea pfo exercitată de această

coloană de fluid asupra stratului productiv să fie mai mare decât presiunea

fluidelor conţinute în strat pstrat:

stratfof pgHp (4.1)

unde: H este adâncimea stratului productiv;

ρfo – densitatea fluidului de omorâre.

Prin aplicarea operaţiei de omorâre se poate evita pericolul scăpării

erupţiei de sub control, respectiv se poate opri o manifestare eruptivă liberă a

sondei, când este necesară extragerea coloanei de ţevi de extracţie şi nu se

recurge la folosirea unui dispozitiv de extragere a acesteia sub presiune, sau

este necesar să se demonteze unele elemente ale instalaţiei de la gura sondei.

Alegerea fluidului de omorâre are o deosebită importanţă. În funcţie de

condiţiile existente în sondă şi de caracterul operaţiei ce trebuie executată se

poate folosi ca fluid de omorâre ţiţei, apă sau noroi.

În general, apa trebuie evitată în operaţiile de omorâre, atunci când stratul

omorât trebuie să fie repus în producţie şi când presiunea este relativ mică.

Apa dulce, care pătrunde în porii stratului productiv la contactul său cu

ţiţeiul produce fenomene molecular – superficiale, care provoacă o reducere

importantă a permeabilităţii efective faţă de ţiţei. În acest caz nisipurile cu

permeabilitate absolută mică, împiedică ieşirea apei spre sondă şi îngreunează

foarte mult operaţiile de punere în producţie, făcând necesară crearea unei

diferenţe de presiune foarte mare între strat şi sondă.

136

Apa se recomandă ca fluid de omorâre la strate ce se cimentează sub

presiune în vederea abandonării şi la sondele de gaze cu presiune mare,

deoarece nu se gazeifică uşor.

De asemenea apa sărată se foloseşte sub formă de dop de separare între

fluidul din sondă şi noroi pentru a împiedica gazeificarea noroiului.

Ţiţeiul curat este cel mai bun agent pentru omorârea sondelor de

producţie cu presiuni mici de strat.

Dacă cerinţele de contrapresiune asupra stratului impun un fluid cu

densitate mare se va folosi un fluid de foraj.

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească acest fluid de omorâre

pentru a se evita efectele negative asupra stratului sunt următoarele:

- vâscozitate mică pentru a fi mai uşor pompat;

- filtraţie mică încât în stratul productiv să pătrundă cât mai puţină apă;

- turta cât mai redusă, dar compactă, pentru a micşora filtrarea apei.

Presiunea exercitată de coloana de fluid de omorâre pfo se recomandă a fi

cu 20 – 50 bari (20 – 50)∙105 Pa) mai mare decât presiunea statică a stratului şi

astfel se poate determina densitatea fluidului de omorâre ρfo cu relaţia 4.2.

Hg

p fo

fo , (4.2)

în care: . Pa 105020 5

stratfo pp

Pentru formaţiunile ale căror presiuni statice nu sunt cunoscute se

recomandă a se lucra cu noroi cu aceeaşi densitate ca a celui folosit în timpul

traversării prin foraj a formaţiunii respective, fără ca sonda să fi prezentat

fenomene de manifestare.

4.3.2. Procedee de omorâre a sondelor.

În funcţie de condiţiile existente şi de construcţia sondei se pot folosi mai

multe sisteme de omorâre a sondelor:

a) omorârea normală a sondelor prin ţevile de extracţie;

b) omorârea sondelor prin coloană;

c) omorârea sondelor prin lubricare;

d) omorârea prin ţevile de extracţie perforate.

a. Omorârea sondelor prin ţevile de extracţie.

La majoritatea sondelor, fluidul de omorâre este introdus prin interiorul

coloanei de ţevi de extracţie, iar evacuarea fluidului din sondă se face prin

spaţiul inelar, până când sonda se umple cu fluid de omorâre.

Pentru operaţiile de omorâre se utilizează agregate de pompare mobile,

care pot realiza presiuni până la 1050 bar.

În figura 4.1. se poate urmări schema instalaţiei de omorâre a sondelor

prin ţevile de extracţie, pentru cazul echipării sondei cu un cap de erupţie cu

două braţe sau cu un braţ.

Fazele operaţiei de omorâre a sondelor prin ţevile de extracţie se succed

în modul următor:

137

• Se realizează o presiune la agregat cu 5 – 10 bari mai mare decât cea

din capul de erupţie. In această fază ventilele de pe traseul haba cu fluidul de

omorâre – ţevile de extracţie sunt deschise şi ventilele ce fac legătura cu

coloana sunt închise.

• Se deschide ventilul de la coloană după ce presiunea din coloană creşte

cu 15 – 20 bari şi se începe scurgerea fluidului din spaţiul inelar, prin duza

reglabilă de la capul de erupţie, spre parcul de separatoare. Manevrarea duzei

reglabile se va face în concordanţă cu debitul de fluid care se introduce în

sondă şi cu presiunea din coloană.

• Se continuă introducerea fluidului de omorâre, urmărind scăderea

presiunii în coloană şi când se consideră că stratul nu mai produce, se deschide

complet duza pentru evacuarea ţiţeiului din sondă şi pentru realizarea

circulaţiei cu fluidul de omorâre.

Fig. 4.1.Schema instalaţiei de omorâre a unei sonde prin ţevile de extracţie

• Fluidul de omorâre este dirijat spre batal când apare la robinetul de

scurgere de la port – duză şi continuă să se facă circulaţie în sondă o perioadă

de timp (cca. 30 – 60 minute).

În timpul omorârii sondei, presiunea în ţevile de extracţie ajunge la zero,

se menţine câtva timp şi apoi începe să crească uşor datorită frecărilor şi

contrapresiunii din coloană.

Operaţia este reuşită, dacă oprind pomparea, sonda este liniştită şi fluidul

nu mai iese din sondă pentru că stratul nu mai produce.

După ce se constată acest lucru, se poate trece la efectuarea celorlalte

operaţii programate la sondă.

Omorârea sondelor prin ţevile de extracţie prezintă următoarele avantaje:

- durată mai mică a operaţiei deoarece ţevile de extracţie au un volum

interior mai mic decât spaţiul inelar şi se umplu mai repede cu fluid de

omorâre;

138

- necesită presiuni de lucru mai mici şi deci se pot realiza debite mai

mari;

- posibilitatea de contaminare cu gaze este mai mică, datorită suprafeţei

mici în secţiunea transversală a ţevilor de extracţie, când viteza de

deplasare a fluidului prin interiorul acestora este mai mare.

b. Omorârea sondelor prin coloană

Această metodă este recomandată la sondele cu presiuni foarte mari,

peste 250 – 300 bari (300∙105

Pa) când coloana de exploatare este solicitată

aproape de limita ei de rezistenţă.

Fazele necesare pentru operaţia de omorâre a sondelor prin coloană sunt

următoarele:

• Se montează legăturile de la agregatul de pompare la coloană, având

demontată supapa ventilului de reţinere.

• Se începe pomparea fluidului de omorâre prin spaţiul inelar cu o

presiune în linia de pompare mai mare decât cea din coloană.

• Se deschide duza reglabilă de la capul de erupţie, pentru evacuarea

fluidului din ţevile de extracţie.

• Se urmăreşte presiunea în ţevile de extracţie pentru stabilirea ritmului

de scurgere a fluidului de omorâre. După o creştere a presiunii în ţevi în

domeniul de 20 – 50 bari, începe scurgerea fluidului de omorâre prin duza

reglabilă într-un ritm din ce în ce mai mare.

Cu cât se menţine o presiune mai mare în ţevile de extracţie, cu atât

există mai multă siguranţă că stratul nu va debita şi fluidul de omorâre se va

contamina în proporţie mai mică.

La omorârea sondei prin coloană, când noroiul ajunge la capătul superior

al ţevilor de extracţie, presiunea în ţevi este încă mare din cauza contaminării

cu gaze a noroiului. Pe măsură ce se circulă noroi presiunea scade . Când

noroiul nu mai este contaminat cu gaze presiunea este mai mică.

Dacă, la oprirea circulaţiei, sonda nu mai debitează înseamnă că operaţia

de omorâre este reuşită.

În general, pentru omorârea completă a unei sonde, trebuie să se circule

un volum de fluid egal cu 1,5 – 2 ori volumul găurii de sondă. O parte din

noroi (aproximativ un volum echivalent cu volumul ţevilor de extracţie) se

pierde din cauza contaminării cu gaze şi trebuie eliminat din circuit.

c. Omorârea sondelor prin lubricare

Metoda constă în introducerea lichidului de omorâre în sondă cu ajutorul

unui lubricator montat deasupra capului de erupţie (fig. 4.2) sau direct peste

ventilul principal de siguranţă (fig. 4.3). Acest procedeu se aplică în cazul când

nu se poate obţine circulaţie în sondă, deoarece ţevile de extracţie sau coloana

sunt blocate, fie pentru că ţevile de extracţie nu sunt introduse în sondă, cum ar

fi în timpul operaţiei de perforare, când sonda începe să manifeste.

139

Fig. 4.2. Schema omorârii sondei când ţevile sunt blocate

Blocarea poate fi realizată de dopuri de nisip, depuneri de parafină,

instrumente scăpate în sondă sau chiar turtirea coloanei.

Lubricatorul este un burlan cu lungime de cca. 10 – 12 m şi cu diametrul

între 8 – 10 in.

Operaţia de omorâre a unei sonde cu un lubricator montat deasupra

capului de erupţie, când ţevile de extracţie sunt blocate (fig. 4.2) se execută

astfel:

• Se pompează apă sărată sau noroi în lubricator prin ventilul 7, până când

acesta se umple. Fluidul de omorâre deversează la batal prin ventilul 1.

• Se închide ventilul 7 şi apoi ventilul 1, se face comunicaţie cu coloana de

exploatare prin deschiderea ventilului 2, dar şi a ventilelor 3, 4, 5 şi 6. Apa

sărată pătrunde în coloană, iar în locul ei vine fluidul din sondă (ţiţei şi gaze).

• Se deschide ventilului 8 de la lubricator pentru a verifica umplerea

lubricatorului cu fluidul din coloană .

• Se închide comunicaţia cu coloana, se deschide ventilul 1 şi ventilul 7

pentru pomparea apei sărate în lubricator. Aceasta elimină ţiţeiul şi gazele din

lubricator.

• Se va întrerupe pomparea apei în lubricator, când aceasta apare la batal

prin ventilul 1.

Operaţia se repetă până la umplerea coloanei cu apă sărată.

140

Fig. 4.3. Schema omorârii sondei când spaţiul inelar este blocat

Dacă spaţiul inelar este blocat, se vor umple ţevile de extracţie prin

lubricare conform schemei 4.3. procedând astfel:

- Se pompează apă sărată în lubricator prin ventilul 1, până când acesta se

umple. Ventilul 2 este închis în acest timp, iar ventilele 3 şi 4 sunt deschise,

prin ele trecând apă sărată.

- Se închid ventilele 1 şi 4, apoi se deschide ventilul 2 prin care apa sărată

din lubricator curge prin ţevi spre talpa sondei, iar ţiţeiul şi gazele din sondă

fiind mai uşoare,se ridică în lubricator.

- Se închide ventilul 2 când lubricatorul s-a umplut cu lichid din sondă.

- Se scurge presiunea din lubricator.

După închiderea ventilului de scurgere a presiunii, etapele de pompare a

apei sărate în sondă se reiau în succesiunea prezentată, pentru evacuarea

ţiţeiului din sondă.

Operaţia se execută până când gaura de sondă se umple cu apă sărată,

creând contrapresiunea necesară pe strat.

d. Omorârea prin ţevile de extracţie perforate

141

Metoda se foloseşte în cazurile când ţevile de extracţie sunt înfundate la

partea inferioară cu nisip şi alte obiecte sau instrumente scăpate accidental.

Dacă ţevile de extracţie sunt blocate numai cu nisip, fără alte corpuri sau

obiecte metalice, se poate proceda la o spălare a nisipului cu ajutorul unei

garnituri de ţevi de extracţie cu diametru mic de 1 1/4 in, utilizând noroi ca

lichid de spălare cu densitatea cerută de adâncimea dopului şi de presiunea

stratului.

În cazul când blocarea este datorită nu numai nisipului, ci şi unui obiect

metalic înfundat în nisip, se utilizează direct metoda de perforare a ţevilor de

extracţie şi omorârea în continuare a sondei cu noroi cu caracteristici adecvate.

Se va proceda în felul următor:

• Se măsoară adâncimea dopului de nisip în ţevile de extracţie.

• Se va introduce prin coloana de ţevi existentă în sondă o coloană de ţevi

de diametru 1 1/4 in pentru înlocuirea fluidului din ţevile de extracţie cu noroi

cu densitatea corespunzătoare. În timpul manevrelor cu această garnitură de

ţevi, sonda va fi asigurată cu un prevenitor cu bacuri pentru garnitura de ţevi de

diametru mic.

• Se extrag ţevile de extracţie de diametru mic (1 1/4 in) după aducerea

fluidului de omorâre adecvat în ţevile existente iniţial în sondă.

• Se va introduce un perforator special cu ţevile de 1 1/4 in. Acest

perforator se armează la adâncimea dorită în ţevile de extracţie (existente iniţial

in sondă) printr-o mişcare la stânga a garniturii de introducere.

• Se perforează peretele ţevii de extracţie pe o lungime de 2 – 5 m

deasupra dopului cu ajutorul unei rozete perforatoare, prin tracţiuni repetate ale

corpului perforatorului,

După perforarea ţevilor de extracţie, dacă fluidul din ţevi este mai greu

decât cel din spaţiul inelar, se va observa o uşoară creştere a presiunii la

manometrul de la coloană.

• Se pompează încet fluidul de omorâre prin ţevi cu spaţiul inelar închis.

Acest fluid trece prin perforaturile din ţevi în spaţiul inelar al sondei.

• Se deschide încet duza reglabilă, când presiunea în coloană creşte cu

cca. 10 bari (10∙105 Pa).

Pe măsură ce fluidul de omorâre se ridică în spaţiul inelar, presiunea în

coloană scade.

• Se circulă în continuare, cu presiunea 0 la coloană, până se constată că

fluidul care iese din sondă este omogen şi cu caracteristici identice cu ale

fluidului care se pompează prin ţevi. În acest moment sonda este omorâtă.

• Se începe extragerea ţevilor de extracţie.

Toate manevrele cu ţevile de extracţie se fac cu o instalaţie de prevenire

completă pentru asigurarea sondei contra eventualelor manifestări accidentale.

În timpul extragerii ţevilor de extracţie, sonda va trebui să rămână plină cu

fluid de omorâre şi în acest scop se va pompa fluid de omorâre la fiecare 2 – 4

dubli extraşi, pentru a completa volumul dislocuit de ţevile de extracţie.

4.4. Deparafinarea echipamentului sondelor de extracţie

4.4.1. Aspecte generale

În cursul exploatării unui zăcământ de hidrocarburi, din fluidele care se

deplasează (din strat în sondă, prin ţevi şi prin instalaţiile de suprafaţă) se

142

separă, în anumite condiţii de presiune şi temperatură, o mare cantitate de

particule sub formă solidă, care se depun în diferite puncte ale acestui traseu.

Parafina sau ceara de petrol reprezintă faza solidă de formula CnH2n+2

începând de la C16H34 până la C64H130. Parafina ca fază solidă aşa cum este

cunoscută în şantier reprezintă un amestec de componenţi lichizi, de produse

solide (parafină, cerezine) sub formă de cristale fine, la care se adaugă

substanţe asfaltoase, răşini, nisip, marnă, argilă.

După conţinutul în greutate al parafinei, ţiţeiurile din ţara noastră se

împart în trei categorii:

- ţiţeiuri parafinoase cu un conţinut mai mare de 2 % parafină;

- ţiţeiuri semiparafinoase cu un conţinut de 1 – 2 % parafină;

- ţiţeiuri neparafinoase cu un conţinut mai mic de 1 % parafină.

Separarea şi depunerea parafinei din ţiţei este mult influenţată de

temperatură şi de presiune.

Prin scăderea temperaturii se atinge o temperatură de început de

cristalizare a parafinei, iar prin scăderea presiunii o parte din hidrocarburi ies

din soluţie, astfel încât capacitatea de dizolvare a particulelor solide scade.

Temperatura de început de cristalizare este cuprinsă între 35¤– 38

¤ C, ceea ce ar

corespunde unei adâncimi de depunere a parafinei între 600 şi 1000 m.

conform gradientului geotermic şi în funcţie de calitatea ţiţeiului.

Parafina se separă din ţiţei în cristale mici, care, din cauza mişcării

fluidului, vin în contact unele cu altele, aglomerându-se în jurul unui nucleu,

care poate fi un corp străin cum ar fi particule de nisip, marnă sau chiar

particule fine metalice provenite ca urmare a fenomenelor de coroziune Aceste

aglomerări de cristale de parafină se depun pe pereţii ţevilor de extracţie,

fenomenul fiind accentuat de rugozitatea ţevilor de extracţie.

Depunerea de parafină este accentuată la sondele care produc cu

intermitenţă, datorită scurgerilor repetate ale ţiţeiului pe pereţii interiori ai

ţevilor de extracţie.

Zonele în care are loc depunerea de parafină conform condiţiilor

menţionate sunt:

- în porii stratului – în zona din imediata apropiere a găurii de sondă;

- la ieşirea din strat pe coloana de exploatare la sondele de adâncimi mici

- în interiorul coloanei de ţevi de extracţie. pe prăjinile de pompare la

sondele care produc în pompaj de adâncime;

- în interiorul instalaţiei de suprafaţă şi al conductelor de amestec.

Depunerile de parafină produc micşorarea capacităţii de producţie a

sondelor, datorită înfundării porilor la ieşirea din strat şi pe de altă parte prin

micşorarea secţiunii de curgere a fluidelor prin ţevile de extracţie.

Metode pentru diminuarea şi combaterea depunerilor de parafină sunt:

- metode de prevenire prin care se evită sau se întârzie precipitarea şi

depunerea parafinei;

- metode de curăţire şi îndepărtare a parafinei depuse în echipamentul

prin care circulă ţiţeiul parafinos de la talpă la separator.

4.4.2. Prevenirea depunerii parafinei.

Menţinerea parafinei în suspensie şi antrenarea ei sub formă de cristale

sau aglomeraţii de cristale la suprafaţă şi solubilitatea parafinei în ţiţei depinde

de regimul de curgere a amestecului şi de regimul termodinamic al sondei..

143

Din aceste considerente rezultă următoarele mijloace pentru prevenirea

depunerii parafinei:

a) Menţinerea gazelor în soluţie prin alegerea unui ritm de exploatare

corespunzător unei presiuni superioare presiunii de saturaţie şi prin asigurarea

unor pierderi de presiune cât mai mici în ţevile de extracţie.

b) Evitarea schimbării bruşte de presiune prin următoarele măsuri:

- evitarea folosirii duzelor de fund;

- evitarea utilizării coloanelor de ţevi de extracţie telescopice;

- evitarea pe cât posibil a utilizării supapelor de pornire în zona de pa-

rafinare a ţevilor de extracţie;

- controlarea atentă a etanşeităţii mufelor şi a corpului ţevilor de

extracţie.

c) Influenţarea condiţiilor de temperatură prin:

- prevenirea pierderilor de căldură pe traseul parcurs de ţiţei;

- încălzirea ţiţeiului înainte de a se ridica din talpa sondei cu o

temperatură favorabilă depunerii parafinei.

d) Evitarea intermitenţelor şi a pulsaţiilor în funcţionarea sondei.

e) Utilizarea unor agenţi cu activitate de suprafaţă cum ar fi inhibatorii de

parafină, care lucrează în sensul preîntâmpinării acumulării de cristale

de parafină prin menţinerea în suspensie a unei mari cantităţi de

cristale fine.

f) Asigurarea unei suprafeţe netede de circulaţie, prin acoperirea la

interior a ţevilor de extracţie cu lacuri speciale sau materiale plastice,

pentru a împiedica aderarea cristalelor de parafină. În cazul acestor

acoperiri cu lacuri sau materiale plastice, chiar dacă nu se realizează

prevenirea totală a depunerii parafinei, procesul de depunere a

parafinei în interiorul ţevilor de extracţie este mult întârziat şi

curăţirea acesteia se face relativ uşor, datorită adeziunii slabe a

parafinei la pelicula de material plastic.

g) Utilizarea unui generator cu ultrasunete cu impulsuri, cu efect de

acumulări de bule de gaze pe pereţii interiori ai ţevilor, care vor

modifica structura moleculei de parafină cu influenţă asupra

micşorării temperaturii de formare a cristalelor.

4.4.3. Metode de curăţire a parafinei depuse în echipamentele

sondelor de extracţie

Metodele de îndepărtare a parafinei depuse pe pereţii interiori ai coloanei

de ţevi de extracţie din sondă, pe prăjinile de pompare sau pe pereţii interiori ai

conductelor de amestec, constau în:

• curăţirea pe cale mecanică;

• curăţirea termică;

• curăţirea chimică.

Fiecare din aceste metode diferă în funcţie de sistemul de exploatare al

sondelor şi de modul de echipare al acestora.

Instalaţii pentru deparafinare mecanică.

Metodele mecanice de deparafinare constau în răzuirea parafinei, care se

depune în timpul procesului de exploatare a hidrocarburilor parafinoase pe

suprafeţele metalice prin care acestea circulă, cu ajutorul unor dispozitive

speciale numite cuţite.

144

Cuţitele pentru curăţirea mecanică a parafinei se introduc periodic în

ţevile de extracţie la sondele exploatate în erupţie naturală şi erupţie artificială

care sunt prevăzute cu instalaţie specială de deparafinare.

Ansamblul de deparafinare se compune din următoarele elemente:

• cuţitul de deparafinare;

• o prăjină grea (sau tijă) montată deasupra cuţitului pentru a asigura

coborârea acestuia în sondă;

• un racord special pentru cablu sau sârmă;

• cablul sau sârma de lansare şi manevră a cuţitului;

• un burlan de deparafinare (cap de pistonare sau cap de deparafinare);

• o rolă de ghidare a cablului sau sârmei;

• un troliu.

După dimensiunile şi construcţia elementelor componente se deosebesc

trei tipuri de instalaţii de deparafinare:

- tip greu;

- tip mediu;

- tip uşor.

1.Instalaţia de tip greu (fig. 4.4) constă din:curăţitor tubular tip A sau

lamelar greu tip B, prăjină grea, racord fix, cablu cu diametru de 12 – 16 mm,

cap de coloană pentru pistonat şi un troliu de intervenţie. Ghidarea cablului se

face peste geamblacul turlei de producţie.

2. Instalaţia de tip mediu (fig. 4.5) constă din: curăţitor de parafină

lamelar uşor tip C sau curăţitor cu cuţite tip D, prăjină grea, racord demontabil,

cablu cu diametru de 7 – 8 mm, cap de lansare tip A pentru deparafinare şi

troliu mobil de deparafinare. Ghidarea cablului se face peste geamblacul

montat pe mastul de producţie.

3.Instalaţia de tip uşor constă din: curăţitor lamelar uşor tip C, prăjină

grea, racord demontabil, sârmă cu diametru de 1,9 – 2,2 mm, cap de lansare

pentru sârmă tip B, peste a cărui rolă se face ghidarea sârmei şi un troliu

manual de tipul Iakovlev sau Halliburton, care de obicei sunt folosite la diferite

măsurători în sondă.

Deparafinarea mecanică a ţevilor de extracţie la sondele eruptive se

realizează folosind curăţitoare de parafină standardizate ce sunt schematizate

în figurile 4.7. şi 4.8.

Toate aceste cuţite au la partea superioară un cep cu filet cu ajutorul

căruia sunt înfiletate la o prăjină grea.

Prăjina grea este o bară de oţel cilindrică, prevăzută la un capăt cu cep şi

la celălalt cu mufă cu filet de prăjină de pompare.

Rolul acesteia este de a asigura greutatea necesară pentru coborârea

cuţitului, mai ales la sondele în erupţie naturală cu presiuni mari, respectiv la

sondele ce produc cu debite mari sau în rafale.

145

Fig. 4.4. Instalaţie de deparafinare de tip greu

Fig. 4.5. Instalaţie de deparafinare de tip mediu

Geamblac

Turlă

Cablu 12 – 16 mm

Cap de pistonare

Cablu

Racord fix

Curăţitor tip B Prăjină grea

Ancoră

Cap de deparafinare

Cablu de manevră

7-8 mm

Mast

Curăţitor tip C sau tip D

146

a. b.

Fig.4.6.Curăţitoare de parafină pentru sondele în erupţie

a. curăţitor tubular tip A; b. curăţitor lamelar greu tip B.

♦ Curăţitorul tubular (teacă) – tip A (fig. 4.6.a.) constă dintr-un corp

tubular cu o tăietură longitudinală, având diametrul mai mare la partea

inferioară (cu câţiva mm mai mic decât diametrul interior al ţevilor prin care se

introduce). Partea terminală a corpului este tăiată la 450, pentru a asigura o

avansare mai uşoară, dar şi o răzuire mai bună a parafinei de pe pereţii ţevilor

de extracţie. La partea superioară este sudată o reducţie pentru legătura cu

prăjina grea.

♦ Curăţitorul lamelar greu tipB (fig. 4.6.b.) este format dintr-o lamă de

oţel de 15 mm grosime, şi lungime de 1200 mm răsucită într-un sens în partea

147

superioară şi în sens contrar în partea inferioară, evitând posibilitatea de rotire

a curăţitorului în ţevi.

a. b.

Fig. 4.7. Curăţitoare de parafină pentru sondele în erupţie a. curăţitor lamela uşor tip C; b. curăţitor cu cuţite tip D.

♦ Curăţitorul lamelar uşor tip C (fig. 4.7.a) este format dintr-o lamă de

oţel cu grosimea de 7 mm şi lungimea de 500 mm.

Pe suprafaţa corpului curăţitorului, care este răsucit sus şi jos în sensuri

contrarii, sunt prevăzute nişte ferestre prin care poate trece uşor ţiţeiul din

ţevile de extracţie.

♦ Curăţitorul cu cuţite tip D (fluture) din figura 4.7.b. este format dintr-o

tijă de oţel pe care sunt sudate trei etaje de câte patru cuţitecu o formă specială.

De la un etaj la altul aşezarea cuţitelor se face decalat cu un unghi de 300, astfel

încât cuţitele să asigure întreaga circumferinţă, fapt care asigură o curăţire

completă a pereţilor coloanei de extracţie.

148

Ghidarea curăţitorului este asigurată de patru lame arcuite, sudate de

corpul tijei la partea de jos.

Fig. 4.8. Racorduri pentru cabluri şi sârme a. racord fix pentru cablu; b. racord demontabil pentru cablu; c. racord demontabil

pentru sârme.

Racorduri pentru cabluri. Din punct de vedere al modului de fixare al

cablului sau sârmei se deosebesc următoarele tipuri de racorduri:

a) Racordul fix pentru cabluri cu diametrul de 12 – 18 mm (fig. 4.8.a). El

este construit dintr-o bucată de ţeavă de oţel care are la partea inferioară filet

pentru înşurubarea la prăjina grea, iar la partea superioară are diametrul mai

redus şi prevăzut la exterior cu şanţuri circulare pentru a putea fi prins cu

corunca în cazul rămânerii în sondă. În interior racordul are o gaură care este

cilindrică jumătate din lungime, iar cealaltă jumătate este conică. Din acest tip

de racord cablul nu se poate scoate decât prin tăiere;

b) Racordul demontabil pentru cabluri cu diametrul de 7 – 8 mm

prezentat în figura 4.8.b nu necesită tăierea cablului pentru demontare. În

a. b. c.

149

interiorul corpului de oţel se fixează o pană din oţel compusă din două bucăţi

şi o teacă din tablă galvanizată, care se asamblează peste nodul cablului.

c) Racordul demontabil pentru sârme de 1,7 – 2,2 mm este reprezentat în

figura 4.8.c. La acest tip de racord, capul sârmei se îndoaie în jurul unui cui cu

diametrul de 8 mm şi cu lungimea de 20 mm. Extremitatea liberă a capului de

sârmă se răsuceşte de câteva ori în jurul sârmei. Acest nod cu cuiul sunt

reţinute de o pană care intră în corpul racordului.

Burlanul pentru pistonare şi deparafinare (fig.4.9) se montează la capul

de erupţie al sondei pentru introducerea curăţitorului de parafină. Acest burlan

are diametrul de 31/2 – 4 in şi lungimea de 12 m. Burlanul, la partea

superioară, are o mufă în care se înşurubează un cap special pentru etanşare, iar

la partea inferioară, are un filet în care se înşurubează o flanşă de legătură la

ventilul superior al capului de erupţie. Pe corpul burlanului, la partea inferioară

se sudează un ştuţ de 23/8 in la care se montează conducta care serveşte pentru

scurgerea în beciul sondei a ţiţeiului care scapă din ţevile de extracţie, prin

bacuri, în dispozitivul din capul burlanului.

Capul special de etanşare de la partea superioară a burlanului este numit

şi ştergător de ţiţei. Acesta se compune dintr-un corp inferior, un corp

intermediar si un capac .În interiorul corpurilor se află garnituri de cauciuc

pentru etanşarea cablului şi inele de presare (din două bucăţ) confecţionate din

bronz.

Strângerea garniturilor pentru etanşarea pe cablu se face prin rotirea

capacului cu ajutorul mânerelor cu care este prevăzut.

Capac

150

Fig.4.9.Burlan pentru deparafinare

a1. Deparafinarea mecanică a ţevilor de extracţie la sondele în erupţie

Operaţia de deparafinare se execută cu ajutorul troliului mobil şi constă

în următoarele faze:

• Se trece peste geamblac capătul liber al cablului (care este înfăşurat

întins pe tobă) cu ajutorul unei sfori de montaj.

• Se introduc pe cablu presgarnitura şi racordul fix şi se face apoi nodul

pentru fixarea în racord.

• Se înşurubează la racord prăjina grea (la care se poate ataşa o geală) şi

curăţitorul de parafină tip A sau tip B.

• Se introduce în burlan ansamblul de deparafinare.

Se montează inelele de presare din bronz şi garniturile de cauciuc,

• Se înşurubează presgarnitura la burlanul de deparafinare, care este

montat la capul de erupţie deasupra ultimului ventil.

• Se strânge bine capacul presgarniturii pentru asigurarea etanşării

garniturilor de cauciuc pe cablu.

• Se ancorează burlanul cu ancore de sârmă în cele patru colţuri ale turlei.

• Se face legătura la conducta de scurgere a burlanului.

• După ce instalaţia a fost montată şi controlată, se deschide încet ventilul

superior de la capul de erupţie, observând dacă burlanul nu are scăpări.

• Se coboară curăţitorul în ţevile de extracţie până la adâncimea de

depunere a parafinei.

Distanţier

Garnituri

de cauciuc

Corp

intermediar

Corp inferior

Inele de presare

Corpul

burlanului

Ştuţ 2 3/8 in

151

Dacă în timpul deparafinării erupţia devine violentă şi se produc pulsaţii

puternice, se impune micşorarea duzei la capul de erupţie.

După terminarea curăţirii ţevilor de extracţie, se trage curăţitorul în

burlan, se închide ventilul superior de la capul de erupţie, se scurge presiunea

din interiorul burlanului, se demontează presgarnitura şi se extrage curăţitorul.

Pentru curăţirea parafinei de pe pereţii ţevilor de extracţie sau a

coloanelor de exploatare, se utilizează pe scară mai redusă şi alte tipuri de

curăţitoare nestandardizate cum ar fi: curăţitor tip banană (fig. 4.10), cârlig de

deparafinare pentru coloană de exploatare (fig. 4.11), curăţitor cu diametru

variabil şi lamă mobilă (fig. 4.12), curăţitor cu lamă mobilă şi ştifturi de

ghidare, curăţitor cu lame spirale.

a2. Deparafinarea mecanică a ţevilor de extracţie la sondele în erupţie

artificială

Pentru deparafinarea coloanei de ţevi de extracţie la sondele care

funcţionează în erupţie artificială se pot folosi aceleaşi instalaţii de

deparafinare utilizate la sondele în erupţie naturală, dar se poate utiliza şi un

curăţitor special acţionat cu gaze comprimate care necesită montarea unui

dispozitiv special la capul de erupţie.

Curăţitorul de parafină acţionat cu gaze comprimate (fig. 4.13) este

confecţionat din două plăci metalice sudate în cruce, pe care se sudează o serie

de aripioare aşezate înclinat.

La partea superioară curăţitorul are o reducţie prevăzută la exterior cu

crestături radiale pentru a putea fi prins şi extras cu o coruncă în cazul

rămânerii în sondă.

Fig. 4.10. Cârlig

de deparafinare

Fig.4.11. Curăţitor

tip banană Fig.4.12.Curăţitor

cu diametrul variabil

şi lamă mobilă

Reducţie

cu crestături

Ochi pentru

fixare

Corp

Lamă

mobilă

152

Fig. 4.13. Curăţitor acţionat cu gaze comprimate

Instalaţia necesară pentru utilizarea curăţitorului cu gaze comprimate,

schematizată în fig. 4.14, constă dintr-un dispozitiv de lansare format dintr-o

ţeavă de 3 1/2 in prevăzută la partea superioară cu un capac cu amortizor. La-

teral acest dispozitiv are un ştuţ de 2 in, apoi o mufă cu clapă de oprire şi la

partea de jos încă un ştuţ lateral de 1/2 in pentru scurgerea presiunii.

Aripi sudate

Arc

Amortizor

Suport

opritor

Capac

cu amortizor

153

Fig. 4.14. Schema instalaţiei de deparafinare

cu curăţitor acţionat cu gaze comprimate

În coloana de ţevi de extracţie, sub adâncimea de parafinare, se montează

o reducţie scaun, prevăzută cu amortizor pentru oprirea curăţitorului.

Operaţia de deparafinare cu acest curăţitor decurge astfel:

• Se montează dispozitivul de lansare pe ventilul superior al capului de

erupţie. Se demontează capacul acestuia şi se introduce curăţitorul care se

aşează pe clapa de oprire.

• Se va opri injecţia de gaze prin spaţiul inelar al sondei închizând

ventilul 1, apoi se închide şi ventilul 2, prin care trecea amestecul de fluid din

sondă. Se deschide apoi ventilul 3 de la partea superioară a capului de erupţie

şi se acţionează asupra clapetei opritoare, permiţând curăţitorului să coboare în

sondă prin ţevile de extracţie sub propria greutate.

• După lansarea curăţitorului în ţevi se începe injecţia de gaze

comprimate prin deschiderea ventilului 4 de la baston pentru împingerea

curăţitorului până la reducţia scaun. În acest timp curăţitorul a răzuit parafina

depusă pe peretele ţevilor de extracţie.

Mufă cu clapă

de oprire

Separator

Gaze

comprimate

3 5

4 2

1

Curăţitor

Amortizor

154

• Se va opri injecţia de gaze prin ţevile de extracţie, când curăţitorul a

ajuns în punctul terminal, prin închiderea ventilului 4 şi se va trece la injecţia

normală a gazelor prin spaţiul inelar prin deschiderea ventiluluui1.

• Evacuarea din sondă a amestecului de ţiţei şi gaze şi dirijarea acestuia

spre separator se realizează prin dispozitivul de lansare, deschizând ventilul 5.

• Ridicarea curăţitorului în dispozitivul de lansare de fluidul din sondă.

Curăţitorul trece de clapa de oprire lovind amortizorul capacului, dar nu poate

reveni în sondă, deoarece clapa revine imediat în poziţia închis sub acţiunea

unui arc.

• Se deschide ventilul 2 pentru revenirea ţiţeiului la traseul normal prin

braţul capului de erupţie şi se închid ventilele 3 şi 5.

Pentru extragerea curăţitorului de deparafinare din capul de lansare se vor

scurge gazele prin ştuţul inferior de 1/2 in şi apoi se demontează capacul

dispozitivului de lansare.

a3. Deparafinarea mecanică a ţevilor de extracţie ţi a prăjinilor

de pompare la sondele în pompaj cu prăjini

Deparafinarea ţevilor de extracţie la sondele în pompaj cu prăjini se

realizează cu ajutorul unor curăţitoare elicoidale numite screpere (fig. 4.15).

Un screper are corpul de formă cilindrică din oţel cu un diametru mai mic

cu 4 – 5 mm decât diametrul interior al ţevilor de extracţie prin care se

introduc. Pe suprafaţa corpului sunt prelucrate trei cuţite tăietoare înfăşurate

după o elice stânga. La capete are mufe cu filet corespunzător diametrului

prăjinilor cu care se introduc.

Fig. 4.15. Curăţitor elicoidal

Curăţitoarele se introduc în locul mufei între două prăjini de pompare pe

toată lungimea zonei de depunere a parafinei.

Curăţirea parafinei de pe coloana de ţevi de extracţie, în acest caz, se face

în mod continuu prin mişcarea sus jos a garniturii de prăjini de pompare pe o

lungime egală cu lungimea cursei de pompare în timpul funcţionării normale,

sau în mod periodic pe toată zona de depunere a parafinei prin executarea unei

manevre a garniturii de prăjini de pompare pe o distanţă mai mare decât

distanţa dintre două curăţitoare.

La sondele echipate cu pompe care se introduc cu prăjinile de pompare,

pentru a nu sălta pompa din locul de fixare în timpul acestor manevre se

utilizează un dispozitiv de cuplare - decuplare numit baionetă Donţov (fig.

4.16), intercalată în garnitura de prăjini la o adâncime mai mare decât cea la

care se depune parafina.

Dispozitivul se compune din două părţi :

155

- ţeava sau teaca baionetei prevăzută în interior cu două canale paralele

de formă specială (fig.4.16 b);

- tija de agăţare care intră în teaca baionetei şi se fixează în aceasta cu

ajutorul a două aripioare, ce se angajează în canalele practicate în

corpul baionetei.(fig.4.16 c).

a . b. c. Fig 4.16.Baioneta Donţov a .dispozitivul baionetă cuplat; b. teaca baionetei;

c. tija agăţătoare cu aripioare.

Pentru decuplarea baionetei se lasă o parte din greutatea garniturii de

prăjini asupra dispozitivului, se roteşte garnitura la dreapta şi apoi se trage în

sus. Pentru cuplare se lasă baioneta în jos şi, automat, aripioarele tijei de

agăţare alunecă pe canalele înclinate şi se opresc în porţiunea înfundată a

acestora.

La sondele în pompaj echipate cu pompe care se introduc cu ţevile de

extracţie nu este necesar acest dispozitiv, deoarece pistonul poate fi ridicat din

pompă prin intermediul prăjinilor de pompare fără a se scurge lichidul din ţevi.

O curăţire mai bună a ţevilor de extracţie de parafină, concomitent cu

curăţirea tijelor de pompare de parafină, se realizează la extragerea garniturii

de prăjini de pompare pentru schimbarea pompelor tip P(R) sau schimbarea

pistoanelor la pompele tip T.

Deparafinarea prăjinilor de pompare se face prin răzuirea directă în

timpul extragerii acestora din sondă.

Tije

dezgăţare

Aripioare Teaca

baionetei

156

Pentru răzuire, de obicei, se foloseşte o sârmă care se înfăşoară în jurul

prăjinii şi se ţine întinsă cu două inele (mânere) de un sondor, în timp ce se

extrage din sondă garnitura de prăjini de pompare. Acest procedeu este

dezavantajos, prezentând pericol de incendiere şi o parte din parafină curge în

sondă.

În loc de sârmă se folosesc foarfece de deparafinare, care au două lame

prevăzute fiecare cu o scobitură semicirculară. Când sunt strânse lamele

formează o deschidere egală cu secţiunea prăjinii.

S-au construit şi se utilizează sporadic în şantier unele ştergătoare

speciale pentru curăţirea parafinei de pe prăjinile de pompare.

Fig.4.17.Curăţitor pentru prăjini Fig.4.18.Dispozitiv de curăţire

de pompare cu ştergătoare a prăjinilor de pompare

de cauciuc. cu cuţit metalic.

În figura 4.17 este schematizat un dispozitiv de curăţire cu ştergătoare de

cauciuc care se montează în locul cutiei de etanşare pe prăjina lustruită. Acest

dispozitiv este prevăzut cu două plăci de cauciuc semicirculare sau elicoidale,

care freacă pe prăjinile de pompare în timpul extragerii din sondă. Parafina

răzuită se scurge prin două braţe laterale. Nişte aripioare presate de un arc

împiedică pătrunderea parafinei răzuite în ţevile de extracţie.

În figura 4.18 este schematizat dispozitivul de curăţire a parafinei de pe

prăjinile de pompare cu un cuţit metalic.

b. .Metode termice de deparafinare a ţevilor de extracţie din sonde

Aceste metode se realizează prin ridicarea temperaturii în zona de

depunere a parafinei, încât aceasta să se dizolve şi să fie antrenată în curentul

ascendent de fluid din sondă.

Căldura necesară topirii parafinei se obţine prin:

- circularea unui agent termic în sondă;

- folosirea unui sistem de încălzire electrică a ţevilor de extracţie.

b1 .Deparafinarea ţevilor de extracţie prin circularea unui agent termic.

Prăjină

de pompare

Braţe laterale

Ţevi de extracţie

extracţie

Aripioare

Plăci de cauciuc

Cuţit

Prăjină

de pompare

Arc

Ţevi

de extracţie

157

Se poate utiliza aburul ca agent termic, care se introduce în spaţiul inelar

şi iese prin ţevile de extracţie împreună cu ţiţeiul încălzit.

La sondele în erupţie artificială, aburul se introduce odată cu gazele ce se

injectează în sondă pentru ascensiune.

La sondele în pompaj se scurge presiunea din coloană şi apoi se

racordează generatorul de abur la coloană.

Deparafinarea ţevilor din aceste sonde se desfăşoară în patru etape:

1) se injectează aburul în coloană, menţinând pompa în funcţiune

aproximativ 15 minute;

2) se continuă injecţia de abur, dar sonda se opreşte din funcţiune timp de

15 minute, pentru a realiza încălzirea ţiţeiului în repaus şi topirea parafinei de

pe pereţii ţevilor;

3) se repune sonda în funcţiune 15 minute, paralel cu injecţia de abur;

4) se opreşte din nou sonda cca. 15 minute pentru încălzirea ţiţeiului în

repaus. Se opreşte injecţia de abur şi sonda este trecută în funcţionare continuă.

Se mai poate introduce în sondă un alt fluid încălzit prin circulaţie directă

sau inversă.

Folosirea fluidelor calde are avantajul că nu-şi schimbă volumul, prin

cedarea căldurii înmagazinate, pe când aburul, prin condensare, îşi micşorează

mult volumul de circulaţie. Cel mai utilizat agent termic este ţiţeiul neparafinos

sau semiparafinos încălzit la 60 – 800 C.

Apa cu toate că are o capacitate termică mai bună nu se recomandă,

deoarece poate avea o influenţă dăunătoare asupra productivităţii stratului

exploatat.

b2. Deparafinarea ţevilor de extracţie cu încălzitoare electrice

După modul cum se face transformarea energiei electrice în energie

calorică se deosebesc două tipuri de încălzitoare:

- încălzitor electric cu rezistenţă;

- încălzitor electric cu inducţie.

Încălzitorul electric cu rezistenţă (fig. 4.19) constă din doi conductori

legaţi în serie, cu rezistenţe diferite. Aceşti conductori sunt coloana de ţevi de

extracţie echipată cu mufe izolate şi coloana de exploatare.

Căldura degajată de ţevile de extracţie la trecerea curentului electric va fi

mai mare decât cea din coloana de exploatare, datorită diferenţei de secţiune

(Aţevi > Acoloană → deci Rt > Rc ) şi pe baza legii Joule – Lenz rezultă Qt > Qc

sau: tRIQtRIQ cctt

22 864,0864,0 (4.3)

unde: Q este cantitatea de căldura ce se degajă (în ţevi Qt, în coloană Qc);

I – intensitatea curentului electric;

Rt – rezistenţa electrică a coloanei de ţevi de extracţie;

Rc– rezistenţa electrică a coloanei de exploatare;

t – durata de trecere a curentului electric prin cei doi conductori.

În cazul utilizării unui astfel de încălzitor electric pentru deparafinare

trebuie să se asigure elementele necesare de izolare a ţevilor de extracţie faţă

de coloana de exploatare prin mufe izolatoare şi un dispozitiv de contact la

capătul inferior al ţevilor pentru închiderea circuitului electric între ţevi şi

coloană.

158

La sondele exploatate în pompaj circuitul este format din prăjini şi ţevi de

extracţie, punctul de contact fiind pistonul pompei pentru sonde de mică adân-

cime sau un dispozitiv de contact cu arcuri montat pe prăjini sub adâncimea de

depunere a parafinei.

Încălzitorul cu inducţie (fig. 4.20) constă dintr-un corp cilindric de metal

(ţeavă de extracţie), îmbrăcat cu material izolant peste care se înfăşoară o

bobină cu sârmă de cupru, acoperită la rândul său cu material izolant şi întregul

ansamblul este închis într-o manta.

Capătul inferior al bobinei se sudează la corpul metalic, iar cel superior se

leagă la dispozitivul de contact cu coloana de exploatare. Încălzitorul fiind

montat în coloana de ţevi la o anumită adâncime, alimentarea se face prin

intermediul ţevilor de extracţie şi al coloanei de exploatare legate la sursa de

curent. Încălzirea este provocată de curentul alternativ indus.

c. Metode chimice de deparafinare a ţevilor de extracţie

Aceste metode constau în introducerea în ţevile de extracţie a unui

solvent, fie în stare pură, fie dizolvat într-un lichid.

Tipul de solvent necesar la fiecare sondă, cantitatea necesară pentru

tratare, proporţia faţă de agentul de transport,durata tratării şi frecvenţa

operaţiilor de se stabilesc pe cale experimentală, prin luarea de probe de

parafină brută curăţată de pe pereţii ţevilor de extracţie şi examinarea gradului

de solubilitate corespunzător diferiţilor solvenţi în aceleaşi condiţii de lucru.

Pentru dizolvarea parafinei se pot utiliza: sulfura de carbon, tetraclorura

de carbon, clorura de metilen, cloroform, butan, fie sub forma unui singur

component, fie sub forma unui amestec de mai mulţi solvenţi.

Pentru transportul solventului în gaura de sondă se poate folosi: benzină,

petrol lampant, motorină, ţiţei neparafinos.

Pentru deparafinarea ţevilor din sondele eruptive se procedează astfel:

U

U

Fig.4.19 .Schema deparafinării

ţevilor de extracţie

cu încălzitor electric

Fig.4.20 .Schema deparafinării

ţevilor de extracţie

cu încălzitor prin inducţie

159

- Se introduce solventul prin ţevile de extracţie, unde este lăsat timp de

3 – 4 ore menţinând sonda închisă pentru dizolvarea parafinei.

- Se deschide sonda pentru un timp scurt pentru curăţire.

- Se închide din nou sonda şi se introduce solvent.

Operaţia se repetă de câteva ori în succesiunea menţionată, apoi se

repune sonda în funcţionare normală.

Introducerea solventului cu o densitate mai mare decât a fluidului din

sondă se face prin lubricare.

La sondele în pompaj este indicată aplicarea circulaţiei solventului.

Se măreşte debitul sondei crescând elementele de pompare, astfel încât

se reduce submergenţa.

Se introduce solventul în spaţiul inelar coloană de exploatare – ţevi de

extracţie apoi este aspirat de pompă împreună cu fluidul din sondă şi refulat în

ţevile de extracţie.

Când solventul ajunge la capul de pompare se dirijează în spaţiul inelar

şi se face circulaţia amestecului ţiţei – solvent până se obţine curăţirea

depunerilor de parafină din ţevile de extracţie.

Înainte de a reintroduce în circuit amestecul de ţiţei – solvent care a fost

extras din sondă se va face o separare a parafinei antrenate din sondă.

4.4.4. Deparafinarea instalaţiei de la gura sondei

Sondele care produc ţiţei parafinos vor avea probleme de depunere a

parafinei şi în instalaţia de suprafaţă: cap de erupţie şi conducta de amestec.

a Deparafinarea capului de erupţie se realizează:

- pe cale mecanică;

- pe cale termică.

Pentru deparafinarea mecanică este indicat a se folosi un ansamblu de

curăţire numit dispozitivul de curăţire tip Ştefănescu (fig.4.21).

Piston Curăţitor

Tijă Cilindru Amortizor

Racord

Conductă cu ventil

de scurgere

a presiunii

Conductă

1/2in

160

Fig.4.21. Dispozitiv mecanic de curăţire a braţului capului de erupţie

Acest dispozitiv constă dintr-o tijă metalică, având la un capăt un

curăţitor răsucit în dublu sens şi la celălalt capăt un piston. Dispozitivul se

racordează cu extremitatea unde este curăţitorul spre ventilul de la crucea

capului de erupţie, iar cealaltă extremitate se pune în legătură cu spaţiul inelar,

unde presiunea este superioară celei din ţevile de extracţie şi aceasta va acţiona

asupra pistonului împingând curăţitorul până la capătul braţului de erupţie. Se

va închide legătura dispozitivului cu coloana şi se scurge presiunea care a

acţionat asupra pistonului şi astfel curăţitorul va ajunge în poziţia iniţială.

Deparafinarea pe cale termică a braţelor capului de erupţie se realizează

cu ajutorul generatorului de abur racordat la capul de erupţie.

b.Deparafinarea conductei de amestec se poate realiza pe cale

- mecanică,

- termică

- chimică.

Deparafinarea mecanică a conductei de amestec se face cu ajutorul unor curăţitoare speciale numite godevile.

Godevilul (fig. 4.22) este un dispozitiv compus dintr-o tijă centrală, cu

una sau mai multe articulaţii, pe care se fixează un grup de aripi răzuitoare,

nişte pârghii, care au la capete rotiţe dinţate pentru ghidare şi nişte suporţi

pentru montarea unor garnituri de etanşare. Articulaţiile permit godevilului să

treacă cu uşurinţă prin curbele conductei. Garniturile de etanşare confecţionate

din piele sau cauciuc sintetic au rolul de a pune în mişcare godevilul sub

acţiunea fluidului şi de a împinge parafina răzuită de pe peretele interior al

conductei.

Aripile răzuitoare sunt nişte lamele de oţel cu rol de curăţire a parafinei.

Roţile dinţate, executate din oţel ghidează curăţitorul şi împiedică rotirea lui.

Pentru lansarea şi primirea godevilelor, se realizează nişte legături

speciale la conductele de amestec, numite conducte de ocol, prevăzute cu

ventile pentru dirijarea fluidelor o perioadă scurtă necesară introducerii şi

extragerii acestor curăţitoare.

Ansamblul de conducte şi ventile necesare introducerii şi extragerii

godevilului se numesc staţii sau gări de lansare şi primire a godevilelor.

Tijă

centrală Arc Arc

Garnituri

din piele

Pârghii Roţi

directoare

Suport Pârghii Roţi

directoare Cuţite

curbate

Articulaţie

161

Fig. 4.22. Godevil

Deparafinarea pe cale termică a conductelor se face prin injectarea de

abur supraîncălzit sau ţiţei fierbinte.

Deparafinarea chimică a conductelor se realizează cu solvenţi, ce se

stabilesc cantitativ şi calitativ pe cale experimentală.

Prevenirea depunerii parafinei pe conducta curăţată se face prin

introducerea periodică în curentul de lichid a unor dopuri de solvent pur.

4.5. Curăţirea depunerilor de nisip din sonde

4.5.1. Aspecte generale

Cele mai frecvente dificultăţi întâmpinate în schelele petroliere la

punerea în producţie şi pe parcursul exploatării sondelor de ţiţei sunt cauzate de

viiturile de nisip din formaţiunile productive.

Principalele dificultăţi create de viiturile de nisip sunt :

- formarea unor dopuri în interiorul coloanei de exploatare în ţevile de

extracţie sau în capul de erupţie al sondei, ceea ce creează reducerea

afluxului de fluide din formaţiune;

- acţiunea abrazivă asupra utilajelor de extracţie, care se avariază

prematur, impunând executarea unui volum mare de lucrări de

intervenţie pentru înlocuirea lor;

- crearea unor caverne în strat datorită extrageri unei cantităţi mari de

nisip, care poate duce la surparea stratelor superioare, fapt care

provoacă păpuşarea coloanei de exploatare sau punerea în comunicaţie

a unor strate acvifere sau gazeifere cu cele aflate în exploatare.

Nisipul antrenat de fluidul din strat provine mai mult din vecinătatea

găurii de sondă, deoarece aici viteza de curgere prin mediul poros este mai

mare.

Nisipul pătruns în sondă poate fi antrenat direct de fluid în ascensiunea sa

la suprafaţă, sau se poate depune la talpa sondei şi astupă perforaturile.

În cazul opririi sondei în vederea efectuării unor operaţii sunt create

condiţii prielnice de depunere a nisipului.

4.5.2. Procedee de prevenire a defecţiunilor produse de nisip

în procesul de exploatare a sondelor

Pentru asigurarea unui proces normal de exploatare a sondelor care

produc din strate neconsolidate, trebuie aplicate măsuri corespunzătoare pentru

reţinerea unei cantităţi cât mai mari de nisip în strat, iar pentru nisipul pătruns

în gaura de sondă trebuie asigurate condiţii de ascensiune a acestuia la

suprafaţă împreună cu fluidele produse.

Procedee de prevenire a trecerii nisipului din strat în gaura de sondă:

- aplicarea unui ritm scăzut de extracţie a fluidelor, prin reglarea

parametrilor de funcţionare a sondei, încât viteza de deplasare în strat a

fluidelor să fie mai mică decât viteza critică de antrenare a nisipului;

- introducerea în gaura de sondă de filtre:

• metalice;

162

• cu pietriş;

- consolidarea nisipului în zona de strat din jurul găurii de sondă prin:

• injecţie de nisip cuarţos;

• injecţie de răşini epoxidice sau alte materiale plastice.

Extragerea normală a nisipului din sondă, atunci când aceasta iese din

strat odată cu fluidul necesită folosirea unor echipamente speciale de extracţie

cum ar fi: pompe speciale cu cilindrul mobil, pompe telescopice, pompe

acţionate cu prăjini tubulare sau extracţia prin circulaţie de gaze – ţiţei,

4.5.3. Metode de curăţire a nisipului din sonde

Cu toată gama de procedee de care se dispune în prezent pentru prevenirea

înnisipării sondelor şi, mai ales, datorită aplicării adesea necorespunzătoare a

acestor procedee există încă un număr de cazuri în care înnisiparea se produce

şi de aceea este necesar de a recurge la efectuarea unor operaţii de curăţire

Curăţirea dopurilor de nisip din sonde se poate realiza:

• cu linguri - cu clapă;

- cu piston;

- hidropneumatice.

• prin circulaţie cu fluide de spălare;

• cu dispozitive speciale.

a. Curăţirea nisipului cu lingura

Această metodă de curăţire a nisipului acumulat pe talpa sondei se aplică

la sondele cu presiuni de strat mici, unde nu se poate realiza circulaţia fluidelor

şi pentru curăţirea dopurilor de nisip de înălţime mică (sub 10 m).

a.1. Lingura de curăţat cu clapă (fig.4.24) este alcătuită dintr-un burlan

cu diametrul puţin mai mic decât diametrul coloanei de exploatare, cu o

lungime de 6 – 7 m. La partea inferioară are o clapă care se deschide de jos în

sus, iar la partea superioară o reducţie,în care se montează o geală de producţie.

După forma burlanului de la partea inferioară de sub clapetă (şiu) se

disting două tipuri de linguri cu clapă:

- tip A cu şiul cilindric (fig.4.23 a);

- tip B cu şiul ascuţit (fig.4.23.b).

163

. a . b.

Fig.4.23. Linguri cu clapă

Lingura tip B se utilizează la curăţirea dopurilor compacte datorită şiului

sub formă de baionrtă ce asigură o desprindere mai uşoară a nisipului din dop.

Operaţia de curăţire a nisipului se face prin introducerea în sondă a

lingurii cu clapă împreună cu o geală cu un cablu de diametru de 15 – 18 mm

dând bătăi în podul de nisip prin ridicarea şi coborârea repetată a lingurii pe o

înălţime de 5 – 10 m.

Nisipul desprins din dopul de nisip pătrunde în lingură şi este reţinut de

clapetă în timpul extragerii lingurii din sondă.

Lingura se descarcă la suprafaţă prin aşezarea pe un bolţ aflat în haba de

descărcare care împinge clapeta spre interior.

Pentru a verifica dacă lingura avansează se marchează pe cablu un semn

cu sfoară, în momentul când lingura se ridică de pe podul de nisip. Acest semn

serveşte ca reper pentru măsurătorile ulterioare a podului de nisip.

a2. Lingură de curăţit cu piston (fig.4.24) asigură o curăţire mai eficientă

şi mai rapidă a dopurilor compacte din sondele cu nivel mic (sub 100 m) decât

lingurile obişnuite cu clapă.

164

Fig.4.24 . Lingură de curăţit cu piston

O astfel de lingură folosită în şantierele noastre constă dintr-un corp

cilindric de oţel în interiorul căruia se află un piston, acţionat de cablu cu care

se face lansarea lingurii în sondă.

Pistonul are o formă tubulară şi este prevăzut la partea superioară cu o

supapă în formă de disc. Când lingura ajunge la talpă, se trage de cablu,

pistonul se ridică în lingură creând un efect de aspiraţie în spaţiul de sub el.Ca

urmare a acestui efect, spaţiul eliberai de piston se va umple cu nisip din zona

de

talpă, care va fi reţinut în corpul lingurii de supapa de la capătul de jos al

lingurii şi adus la suprafaţă.

Lungimea acestor linguri este de 7,5 – 9 m, iar diametrul de 2 1/2 - 7 in.

Deasupra lingurii se montează o tijă grea.

a3: Linguri cu cameră de aspiraţie.

Lingura prezentată schematic în figura 4.25 a şi b este alcătuită dintr-un

corp cilindric de oţel prevăzut la partea inferioară cu o supapă cu clapă şi la

partea superioară cu o geală.

Dispozitivul de declanşare asigură etanşarea, respectiv punerea în

comunicaţie a camerei de aspiraţie şi a camerei de încărcare prin comanda

unei supape cu bilă.

Cablu

de lansare

Supapă disc

Piston

Corpul lingurii

Supapă

cu clapă

165

a. b.

Fig. 4.25. Linguri cu cameră de aspiraţie

Dispozitivul de declanşare se compune dintr-o piesă specială cu şanţ care

se poate deplasa pe o anumită cursă limitată de un opritor din peretele lingurii.

Pe partea opusă opritorului, fixat tot în peretele lingurii se află un prag pe

care poate culisa un deget mobil împins în locaşul piesei speciale şi un resort.

Introducerea lingurii în sondă se face cu un cablu, la care se ataşează o

geală prin intermediul unei reducţii.

În timpul introducerii în sondă, supapa cu bilă este închisă, în spaţiul de

deasupra acesteia fiind o presiune egală cu presiunea atmosferică.

Când se ajunge cu lingura pe talpă, geala continuă să se deplaseze în jos

pătrunzând în corpul lingurii. La un moment dat atinge piesa specială pe care o

deplasează brusc în jos, provocând astfel şi deschiderea supapei cu bilă deci

punerea în comunicaţie a celor două camere.

Diferenţa de presiune dintre cele două camere permite pătrunderea

lichidului din camera inferioară cu viteză în camera superioară. În locul său

pătrunde lichidul din sondă, care antrenează o anumită cantitate de nisip din

talpa sondei, care este reţinută în lingură de supapa cu clapă.

Geală

Corp

Piesă

specială

Supapă

cu clapă

Dispozitiv

de declanşare

Cameră

de aspiraţie

Cameră

de încărcare

Supapă cu bilă

Piesă cu şanţ

Opritor

Prag

Resort

Deget mobil

Manşon

166

Supapa cu bilă rămâne deschisă până ce lingura este adusă la suprafaţă şi

când este armată din nou, prin împingerea degetului mobil deasupra pragului

opritor cu ajutorul unui cui prin orificiul practicat în corpul lingurii.

Golirea lingurii la suprafaţă se realizează învârtind manşonul de la

capătul de jos al lingurii, pentru a descoperi fereastra prevăzută în corpul

lingurii la partea inferioară.

Pe corpul lingurii este montat un dispozitiv de reglare, care are rolul de a

asigura scurgerea excesului de presiune şi de a menţine lingura, după încărcare,

la o presiune de 1− 2 bari (necesară pentru golire la suprafaţă).

b. Curăţirea prin spălare a dopurilor de nisip din talpa sondei

sau din ţevile de extracţie

Operaţia de curăţire a dopurilor de nisip de înălţime mare, sau situate la

adâncimi mai mari şi în coloane cu diametre mari, se execută prin spălare. De

asemenea operaţia de spălare se aplică la sondele cu caracter semieruptiv sau la

sondele care necesită luarea unor măsuri speciale de siguranţă.

Circulaţia pentru spălare se execută cu agregate de pompare mobile şi

mai rar cu pompe de intervenţie fixe.

Pentru spălarea dopurilor de nisip din sondele de producţie se foloseşte

de obicei ţiţei şi,numai în anumite cazuri, apa sau noroiul.

Spălarea cu apă ar fi cea mai ieftină metodă, dar prezintă dezavantajul că

poate colmata stratul.

Spălarea prin circulaţie cu apă se utilizează:

- la sondele de gaze;

- la sondele de ţiţei cu apă multă;

- la sondele la care stratul urmează să fie cimentat, pentru a deschide alte

orizonturi productive.

Spălarea cu noroi se aplică la sondele eruptive cu presiuni mari, la care

operaţia de omorâre s-a făcut cu noroi.

După modul cum se execută circulaţia fluidelor în strat se disting trei

sisteme de spălare:

• spălare prin circulaţie directă, când lichidul de spălare este pompat prin

ţevi şi iese prin spaţiul inelar dintre coloana de exploatare şi ţevile de

extracţie;

• spălare prin circulaţie indirectă, când lichidul de spălare este pompat

prin spaţiul inelar dintre coloana de exploatare şi ţevile de extracţie şi

iese împreună cu nisipul prin ţevile de extracţie;

• spălarea prin circulaţie combinată, când se lucrează alternativ cu

circulaţie directă şi indirectă.

b1. Spălarea dopurilor de nisip prin circulaţie directă

Instalaţia utilizată pentru spălarea directă este schematizată în figura 4.26

şi cuprinde la suprafaţă o pompă de spălare şi un cap de injecţie (cap hidraulic

de tip uşor). Legătura între ele se realizează prin intermediul unui încărcător şi

al unui furtun elastic

În sondă se află coloana de ţevi de extracţie introdusă până deasupra

dopului de nisip, ataşată la capul de injecţie şi suspendată în cârlig.

Pompa circulă fluidul de spălare din haba H1 prin furtun, cap hidraulic,

ţevi de extracţie şi fluidul se ridică împreună cu nisipul antrenat din talpa

sondei prin spaţiul inelar, fiind adus la suprafaţă în haba H2.

167

După ce s-a înaintat cu o bucată de ţeavă sau un pas, se opreşte circulaţia,

se lasă ţevile în pene sau în elevator, se dă la o parte capul hidraulic şi se

adaugă o altă bucată de ţeavă de extracţie la care se montează din nou capul

hidraulic şi se continuă spălarea.

Fig.4.26. Schema instalaţiei pentru spălare

prin circulaţie directă.

În timpul cât este oprită circulaţia, pentru adăugarea bucăţii de avansare,

nisipul care se află în suspensie în lichidul din spaţiul inelar se poate depune şi

poate prinde ţevile de extracţie. De aceea, înainte de adăugarea unei bucăţi,

trebuie făcută circulaţie timp de 15 – 20 minute pentru a asigura evacuarea

unui volum de fluid cu nisip echivalent cu volumul spaţiului inelar.

Realizarea unei circulaţii directe continue, deci evitarea pauzelor de

circulaţie din timpul adăugării bucăţii de avansare, se poate asigura folosind

mufele speciale cu supapă de tipul celei prezentate în figura 4.27.

H2 H1

P

168

Fig 4.27. Mufă cu supapă

Ţeava de refulare a pompei sau a agregatului de pompare este prevăzută

cu două furtunuri, având fiecare câte un ventil (1 şi 2). Aceste ventile sunt

racordare la ţeava de refulare (fig. 4.28).

Fig. 4.28. Schema legăturilor

pentru circulaţie directă continuă

Când s-a avansat cu o bucată de ţeavă şi când mufa specială a acelei

bucăţi a ajuns pe elevator (sau deasupra broaştei cu pene) se racordează cel de-

al doilea furtun la mufa cu supapă în locul dopului de la mufa specială, care se

îndepărtează şi se începe pomparea prin această mufă, deschizând ventilul 2 şi

închizând ventilul 1 de la refularea pompei (fig. 4.28).

Clapeta mufei speciale este deplasată de curentul de fluid şi se aşează pe

scaunul ei obturând trecerea fluidului în sus. În acel moment se poate deşuruba

capul hidraulic şi se înşurubează o altă bucată de ţeavă de extracţie pentru

avansare, prevăzută şi ea cu mufă specială. Când legătura la capul hidraulic (de

spălare) este terminată, circulaţia fluidului prin mufa specială se opreşte prin

închiderea ventilului 2 de la acest furtun şi deschiderea ventilului 1 de la furtu-

nul ce face legătura cu capul hidraulic. În acest caz clapeta obturează ieşirea

laterală a mufei speciale şi în locul furtunului se poate monta un dop.

Corpul

mufei

Clapetă

retractabilă

Dop Scaunul

clapetei

169

Avantajul spălării directe constă în faptul că există posibilitatea montării

unor ajutaje la capătul inferior al ţevilor de extracţie, realizând astfel un jet

puternic de spălare.

Dezavantajele acestei metode de circulaţie sunt următoarele:

- viteză mică de ascensiune a lichidului cu nisip, datorită secţiunii mari

pe care o prezintă spaţiul inelar. Realizarea unor viteze corespunzătoare

de deplasare a nisipului în curentul ascendent necesită folosirea unor

pompe cu debit mare;

- uzura coloanei de exploatare datorită frecventelor curăţiri prin

deplasarea nisipului în spaţiul inelar al sondei;

- necesitatea circulaţiei suplimentare, fără avansare, înainte de adăugarea

unei noi bucăţi de manevră, dacă nu se utilizează mufele speciale cu

supapă.

b2. Spălarea dopurilor de nisip prin circulaţie indirectă

Pentru a înlătura dezavantajele prezente la spălarea prin circulaţie directă

se foloseşte spălarea indirectă.

Instalaţia pentru spălare indirectă (fig. 4.29) se compune din acelaşi utilaj

ca şi la spălarea directă, având în plus la gura sondei un dispozitiv de etanşare

a spaţiului inelar (coloana de exploatare – ţevi). În acest scop se poate utiliza

un prevenitor de erupţie cu bacuri, care în timpul spălării este închis pe ţevi.

Etanşarea spaţiului inelar se poate realiza şi cu un dispozitiv de spălare cu

garnituri deformabile (fig.4.30).

Fig.4.29. Schema instalaţiei pentru spălare

prin circulaţie indirectă.

H2 H1

P

170

Fig.4.30. Dispozitiv de spălare cu garnituri deformabile.

Acest dispozitiv se compune dintr-un corp, prevăzut cu o flanşă la partea

inferioară pentru fixarea pe coloană, cu o legătură laterală pentru introducerea

lichidului de spălare şi un capac cu patru braţe. Prin înşurubarea capacului în

corpul dispozitivului se strânge o garnitură de cauciuc aşezată pe un conus cu

scopul de a realiza etanşarea spaţiului dintre ţevi şi coloană.

Cu ajutorul pompei, fluidul de spălare este tras dintr-o habă şi introdus în

spaţiul inelar prin legătura laterală de la dispozitivul de spălare şi iese împreună

cu nisipul prin ţevile de extracţie.

Se realizează circulaţia şi avansarea până când bucata de manevră ajunge

cu mufa superioară la nivelul dispozitivului de spălare.

Coloana de ţevi se suspendă cu elevatorul pe capacul dispozitivului şi se

eliberează chiolbaşii, timp în care continuă circulaţia fluidului de spălare.

Noua bucată de manevră prinsă în alt elevator este adusă cu capătul

inferior lângă dispozitiv, având montat la capătul superior o lulea pentru

dirijarea fluidului evacuat din sondă spre batal.

Pomparea lichidului se întrerupe câteva minute pentru a demonta luleaua

de la ţevile de spălare, apoi se înşurubează în mufa acestora noua bucată de

manevră. După ce s-au angajat 3 – 4 spire se porneşte din nou circulaţia, se

termină de înşurubat bucata de manevră, se dă la o parte elevatorul de pe

capacul dispozitivului şi se continuă pomparea.

Avantajul acestei metode constă în faptul că viteza ascendentă a fluidului

ce antrenează nisipul este mare, chiar în cazul unui debit de circulaţie mic, din

cauza secţiunii mici a ţevilor de extracţie şi, deci, timpul de curăţire a nisipului

este mai mic decât la spălarea directă. În timpul adăugării unei noi bucăţi de

manevră nu mai există pericol de prindere a ţevilor de spălare.

b3. Spălarea dopurilor de nisip prin circulaţie combinată.

Prin utilizarea acestui sistem de spălare se combină avantajele celor două

metode şi anume: spălarea directă este folosită pentru afânarea dopului de

Corp

Flanşe

Legătură

de alimentare

Capac

Garnitură

de cauciuc Conus

171

nisip, fiind folosit jetul de fluid care iese prin dispozitivul ataşat la partea

inferioară a coloanei de ţevi de extracţie, iar spălarea inversă este folosită

pentru aducerea lichidului cu nisip la suprafaţă, beneficiind de o viteză de

ascensiune mai mare şi deci un timp mai scurt de curăţire a dopului de nisip.

Schema legăturilor pentru realizarea spălării nisipului prin circulaţie

combinată se poate realiza conform figurii 4.31 sau 4.32.

Fig. 4.31. Schema legăturilor pentru spălarea combinată

În schema din fig. 4.31 pentru realizarea circulaţiei directe, robinetele 1 şi

4 sunt deschise, 2 şi 3 sunt închise.

Nisipul evacuat din talpă împreună cu fluidul de spălare trece prin spaţiul

inelar prin ventilul 4 la haba de decantare H2.

La circulaţia inversă robinetele 3 şi 2 sunt deschise,1şi 4 sunt închise.

Fluidul cu nisip trece prin ţevi, prin ventilul 2 şi ajunge la haba H2.

La spălarea mixtă, în afară de prevenitor, la gura sondei este necesară o

claviatură mai complexă.

Pentru a realiza spălarea combinată în schela de producţie Băicoi s-a

folosit un dispozitiv special (fig. 4.34) sub forma unui pătrat cu câte un ventil

pe fiecare latură care se leagă la coloana sondei şi la furtunul de la capul

hidraulic.

Fig.4.32. Schema legăturilor la dispozitivul special

H2 H1

P

1

2

3

4

1 2

3 4

P H1 H2

172

cu patru ventile pentru spălarea combinată.

Pentru realizarea circulaţiei directe, ventilele 1 şi 3 sunt deschise, iar

ventilele 2 şi 4 sunt închise. Pentru circulaţia indirectă ventilele 2 şi 4 sunt

deschise şi ventilele 1 şi 3 sunt închise.

b4. Spălarea dopurilor de nisip din interiorul ţevilor de extracţie

La sondele eruptive în cazul înfundării cu nisip a ţevilor de extracţie se

recurge la spălarea nisipului din ţevi montând deasupra capului de erupţie un

prevenitor.

Pentru a realiza spălarea se utilizează o garnitură de ţevi de extracţie cu

diametru mic de 1 1/2 in sau 1 1/4 in, după cum ţevile de extracţie înnisipate

sunt de 3 1/2 in sau 2 7/8 in. La partea inferioară a ţevilor de extracţie cu care

se face spălarea, se fixează o mufă prevăzută cu dinţi ca o freză sau o sapă

mică ascuţită.

Ca fluid de circulaţie se utilizează de obicei noroi.

Sensul circulaţiei fluidului va fi cel direct, adică se introduce fluidul prin

ţevile de spălare centrale, iar evacuarea acestuia împreună cu nisipul antrenat

din dop se realizează prin spaţiul inelar dintre ţevile cu diametru mic şi cele

normale (de 2 7/8 in sau 3 1/2 in). Spălarea se face înaintând bucată cu bucată

şi rotind ţevile de spălare (de 1 1/2 in sau 1 1/4 in) cu petaşca.

În momentul în care spălarea s-a realizat până la sabot, dacă spaţiul inelar

este liber, se observă o creştere a presiunii în coloană, datorită pătrunderii

noroiului în ea. Se închide conducta de refulare a noroiului din spaţiul inelar al

ţevilor de extracţie şi se procedează la omorârea sondei.

Dacă ţevile de extracţie sunt prinse în nisip şi acesta s-a ridicat şi în

spaţiul inelar ţevi – coloană de exploatare, se recurge la perforarea ţevilor sau

la tăierea garniturii de ţevi. După tăiere se închide prevenitorul pe garnitura de

introducere a cuţitului şi se pompează noroi prin ţevile de extracţie în coloană.

4.5.4. Elemente de calcul pentru spălarea dopurilor

de nisip.

Pentru ridicarea nisipului de la talpa sondei la suprafaţă este necesar ca

viteza ascendentă a lichidului de spălare să fie mai mare decât viteza de cădere

a particulelor de nisip.

va > w

vr = va – w (4.4)

unde: vr este viteza de ridicare a nisipului din dop;

va – viteza curentului ascendent al fluidului de spălare;

w – viteza de cădere a particulelor de nisip în fluidul de spălare aflat în

stare de repaus.

Această viteză este în funcţie de diametrul şi densitatea particulelor de

nisip şi de vâscozitatea şi densitatea lichidului utilizat la spălare.

Formula Stokes pentru curgere în regim laminar:

gdg

d n

1

1n

2

1n

2

n

νρ18

)ρρ(

μ18

)ρρ(dw (4.5)

173

Formula Rittinger pentru regim de curgere turbulent:

1

1n

ρ

)ρρ(14,51 nd

w (4.6)

în care:

w este viteza de cădere a particulelor de nisip, cm/s;

dn – diametrul particulei de nisip, cm;

ρn – densitatea nisipului, g/cm3;

ρ1 – densitatea lichidului de spălare, g/cm3;

μ – vâscozitatea dinamică a lichidului de spălare, P;

ν – vâscozitatea cinematică a lichidului de spălare, St;

g – acceleraţia gravitaţională, cm/s.

Pentru particule sferice coeficientul dinaintea radicalului din relaţia 4.6 se

evaluează la 30 – 40.

O serie de experienţe efectuate de mai mulţi cercetători au determinat

valorile practice ale vitezelor de cădere ale particulelor de cuarţ în apă.

Valorile medii ale vitezelor de cădere în apă ale granulelor de nisip de

anumite dimensiuni sunt trecute în tabela 4.2.

Tabelul 4.2. Viteza de cădere a particulelor de nisip în apă

Diametrul granulelor

de nisip (mm) 0,3 0,25 0,2 0,1 0,01

w(cm/s) 3,12 2,53 1,95 0,65 0,007

Timpul de ridicare a nisipului spălat de la talpă la suprafaţă:

rv

Ht (4.7)

unde: H este adâncimea la care se află dopul de nisip.

Numărul de manevre n necesare pentru curăţirea dopului de nisip din

sondă (numărul de bucăţi de avansare):

pas

dop

l

hn , . (4.8)

unde: hdop este înălţimea dopului de nisip din coloana de exploatare;

lpas – lungimea unui pas sau a unei bucăţi de manevră.

Durata curăţirii dopului de nisip:

ntT . (4.9)

La spălarea dopurilor de nisip se produc o serie de pierderi hidraulice,

care depind de adâncimea sondei, de diametrul coloanei de exploatare, de

174

dimensiunile ţevilor de spălare, de valoarea debitului de spălare, de

proprietăţile fluidului de spălare şi de cantitatea de nisip în curentul ascendent.

Pierderile hidraulice produse la spălarea dopurilor de nisip

a. Spălarea prin circulaţie directă.

a1. Pierderile de presiune prin frecare în ţevile de spălare:

OHλ 2m2gd

Hvh

i

2

d1

(4.10)

în care: λ este coeficient de frecare stabilit grafic sau analitic funcţie de regimul

de curgere a fluidului de spălare (Re)f ;

di – diametrul interior al ţevilor de extracţie;

vd – viteza curentului descendent al lichidului de spălare în ţevi;

g – acceleraţia gravitaţională.

2

i

inj

t

inj

dd

4q

A

qv

π (4.11)

unde: qinj este debitul pentru pomparea lichidului de spălare;

a2.Pierderile de presiune prin frecare în spaţiul inelar.

g

v

dD

Hh

2

a

e

22

λ (m H2O) (4.12)

unde: φ este coeficientul de pierderi de presiune prin frecare, când în curentul

ascendent de lichid este prezent nisip;

φ = 1,12 – 1,2 când se deplasează lichid de spălare şi nisip;

φ = 1 când se deplasează numai lichid de spălare;

D – diametrul interior al coloanei de exploatare;

de – diametrul exterior al ţevilor de spălare;

va – viteza curentului ascendent de lichid de spălare în spaţiul inelar.

)(π

42

e

2 dD

qv

inj

a (4.13)

a3. Pierderea de presiune necesară pentru a compensa diferenţa de

presiune statică, (existentă la baza coloanelor de lichid din cele două spaţii

din sondă, datorită prezenţei nisipului în curentul ascendent de lichid) se

determină cu relaţia lui Apresov:

11ρ

ρAl1

l

n3

av

w

a

mh (4.14)

în care: m este coeficientul de porozitate al dopului de nisip;

A – suprafaţa secţiunii transversale a coloanei în care se află dopul de

nisip;

175

l – înălţimea dopului de nisip curăţit în timpul înaintării cu o bucată

de manevră sau un pas de ţevi;

a – suprafaţa secţiunii transversale a spaţiului prin care se deplasează

amestecul de lichid şi nisip în curentul ascendent (în cazul spălării

prin circulaţie directă a reprezintă secţiunea spaţiului inelar);

ρn – densitatea nisipului;

ρl – densitatea lichidului de spălare;

w – viteza de cădere a particulelor de nisip în lichidul de spălare;

va – viteza de deplasare a lichidului în curentul ascendent.

a4. Presiunea minimă exercitată asupra dopului de nisip în timpul

operaţiei de spălare directă.

ghhHp l32 ρ . (4.15)

în care: H – adâncimea la care se face spălarea dopului;

h2 – pierderea de presiune prin frecare în spaţiul inelar, m H2O;

h3 – pierderea de presiune pentru compensarea diferenţei de presiune

statică, m coloană de H2O.

b. Spălarea prin circulaţie inversă.

b1. Pierderile de presiune prin frecare în spaţiul inelar (coloana de

exploatare – ţevi de spălare):

e

2`

d`

1dD

H

2g

vh λ , (4.16)

unde: 2

e

2

inj`

ddD

qv

π

4. (4.17)

b2. Pierderile de presiune prin frecare în ţevile de spălare:

i

a

d

H

g

vh

2ρλ

2`

2 , (4.18)

unde: 2

i

inj`

ad

qv

π

4 . (4.19)

b3. Pierderea de presiune pentru compensarea diferenţei de presiune

statică din cele două spaţii din sondă datorită prezenţei nisipului:

11ρ

ρ)(1

l

n

`v

w

a`

Almh

a

`

3 , (4.20)

în care: a’ este suprafaţa secţiunii interioară a ţevilor de extracţie prin care are

loc deplasarea fluidului de spălare şi a nisipului ( a’ = At);

Celelalte mărimi au aceeaşi semnificaţie ca la spălarea directă.

176

De remarcat faptul că viteza ascendentă de la spălarea directă are aceeaşi

valoare cu viteza descendentă de la spălarea indirectă va = vd` şi vd = v`a.

b4. Presiunea minimă exercitată asupra dopului de nisip în timpul

operaţiei de spălare indirectă:

g)hh(Hp` `

3

`

2 lρ (4.21)

La spălarea indirectă, când evacuarea lichidului cu nisip se face prin

ţevile de extracţie, presiunea pe talpă p` este mai mare decât la spălarea directă

(p’ > p), deoarece pierderile de presiune prin frecare în ţevile de extracţie h’2

sunt mai mari decât cele din spaţiul inelar h2 (de la spălarea directă).

Valoarea presiunii obţinută cu relaţiile (4.15) şi (4.21) dă indicaţii asupra

diferenţei care există între presiunea exercitată de coloana de fluid în sondă în

timpul spălării la nivelul stratului productiv şi presiunea fluidelor care

saturează acest strat. Pe această bază pot fi luate măsuri pentru a evita

inundarea stratului cu lichid de spălare sau reintroducerea temporară a nisipului

în strat.

4.5.5. Procedee speciale de curăţire a nisipului

din sondele de producţie

La sondele care prezintă un grad mare de receptivitate, curăţirea nisipului

nu se poate realiza prin circulaţie datorită pierderii lichidului de spălare în strat.

În aceste cazuri se utilizează pentru curăţirea nisipului fie fluide de

spălare cu densitate mică, fie dispozitive construite pe principiul ejectorului.

Procedeele din prima categorie folosesc ca fluid de spălare un lichid

gazeificat cu o valoare a raţiei gaze – lichid corespunzătoare sau spume, care să

permită realizarea unei presiuni pe talpă corespunzătoare condiţiilor impuse de

caracteristicile stratului.

Procedeele din categoria a doua se bazează pe utilizarea dispozitivului de

curăţire de tipul unui ejector. Acest dispozitiv se introduce în sondă până la

adâncimea la care se află dopul de nisip cu ajutorul a două coloane de ţevi

concentrice. Lichidul de spălare pompat cu presiune prin spaţiul inelar dintre

cele două coloane de ţevi ajunge la ejector, trece prin ajutajul acestuia şi intră

cu viteză mare sub forma unui jet în camera de amestecare, producând un efect

puternic de aspiraţie. Astfel este aspirat în camera de amestec prin ferestrele

laterale fluid din sondă împreună cu nisip. Din camera de amestec, în care se

unesc cele două jeturi, intră în difuzorul ejectorului şi de aici amestecul format

din lichidul motor, lichidul din sondă şi nisipul antrenat se ridică la suprafaţă

prin interiorul coloanei centrale de ţevi.

În cazul folosirii procedeelor de spălare prin circulaţie se poate produce o

inundare a stratului productiv de către fluidul de spălare sau chiar împingerea

unei cantităţi de nisip din sondă în strat, care va reveni în sondă în momentul

repunerii acesteia în funcţiune.

Pentru a evita aceste neajunsuri şi a asigura o curăţire normală a sondelor

cu adâncime mare se folosesc dispozitive speciale cu acţiune directă de curăţire

şi colectare a nisipului sub formă de dop la o anumită adâncime în sondă.

Hidroelectroburul este un dispozitiv care poate curăţa dopurile de nisip

din sonde de la adâncimi de 3000 – 4500 m prin acţiunea unui jet de spălare

177

trimis de o pompă centrifugă. Nisipul antrenat de către lichid este adus în

colectorul dispozitivului care se va descărca la suprafaţă.

Introducerea dispozitivului în sondă se face cu ajutorul unui cablu

electric, care serveşte şi la alimentarea motorului de acţionare a pompei

centrifuge.

Teste şi întrebări

1. Definiţi operaţiile de intervenţii la sondele de producţie.

2. Care sunt operaţiile de intervenţii specifice sondelor în erupţie

naturală şi artificială?

3. Care sunt operaţiile de intervenţii specifice sondelor în pompaj cu

prăjini?

4. Care sunt principalele scule de manevră utilizate în operaţiile de

intervenţii ale sondelor de producţie şi precizaţi rolul fiecăreia.

5. Definiţi operaţia de omorâre a unei sonde .

6. Se recomandă apa ca fluid de omorâre:

a. la strate ce se cimentează sub presiune în vederea abandonării;

b. când stratul omorât trebuie să fie repus în producţie şi când

presiunea este relativ mică;

c. la sondele de gaze cu presiune mare, deoarece nu se gazeifică

uşor

7. Când se recomandă un fluid de foraj pentru omorârea unei sonde?

8. Care sunt proprietăţile unui fluid de foraj folosit pentru omorârea

unei sonde?

9. Care sunt avantajele omorârii unei sonde prin ţevile de extracţie?

10. Când se recomandă omorârea unei sonde prin coloană?

11. Operaţia de omorâre prin lubricare se recomandă în general:

a. când nu se poate obţine circulaţie în sondă, deoarece ţevile de

extracţie sau coloana sunt blocate;

b. ţevile de extracţie nu sunt introduse în sondă şi aceasta începe

să manifeste;

c. la sondele cu presiuni foarte mari, peste 250 – 300 bari.

12. Când se aplică omorârea prin perforarea ţevilor de extracţie?

13. Explicaţi influenţa principalilor parametrii care conduc la separarea şi

depunerea parafinei în echipamentul de adâncime al unei sonde.

14. Care sunt mijloacele de prevenire a depunerii parafinei în sondele de

extracţie?

15. Care sunt elementele componente ale unei instalaţii de deparafinare

folosită la o sondă de producţie?

16. Cum se procedează la deparafinarea ţevilor de extracţie din sondele

în erupţie naturală când se utilizează o instalaţie de tip uşor?

17. Curăţitorul elicoidal se utilizează pentru curăţirea parafiei

a. din ţevile de extracţie din sondele în erupţie naturală; b. din ţevile de extracţie din sondele în erupţie artificială; c. din ţevile de extracţie din sondele în pompaj de adâncim.

178

d. de pe prăjinile de pompare.

18. Cum se curăţă parafina de pe prăjinile de pompare?

19. Cum se deparafinează ţevile de extracţie aflate în sondă. cu agenţi

termic?

20. Godevilul este un dispozitiv special pentru curăţirea parafinei din:

a, braţele capului de erupţie;

b. ţevile de extracţie din sondele în erupţie artificială;

c. conductele de amestec care transportă ţiţeiul de la sondă la par-

cul de separatoare?

21. Curăţirea nisipului cu lingura se aplică:

a. la sondele cu presiuni de strat mici;

b. pentru dopuri de înălţime mică (sub 10 m).

c. pentru dopuri de nisip de înălţime mare,

d. pentru dopuri situate la adâncimi mai mari şi în coloane cu

diametre mari.

22. Cum se realizează curăţirea nisipului prin spălare cu circulaţie

directă şi care sunt avantajele şi dezavantajele acestei metode de

circulaţie a fluidului de spălare în sondă?

23. Cum se realizează curăţirea nisipului prin spălare cu circulaţie

indirectă şi care sunt avantajele şi dezavantajele acestei metode de

circulaţie a fluidului de spălare în sondă?

Care din afirmaţii referitoare la spălarea nisipului prin circulaţie directă

sunt corecte

a. viteza ascendentă a fluidului ce antrenează nisipul este mare , din

cauza secţiunii mici a ţevilor de extracţie;

b. există posibilitatea montării unor ajutaje la capătul inferior al ţevilor

de extracţie, realizând astfel un jet puternic de spălare;

c. timpul de curăţire a nisipului este mai mic decât la spălarea indirectă.

24. Să se expliciteze presiunea pe talpa sondei în timpul operaţiei de

spălare prin circulaţie directă?

25. Să se expliciteze presiunea pe talpa sondei în timpul operaţiei de

spălare prin circulaţie indirectă.

26. Cum se realizează curăţirea dopurilor de nisip din sonde prin

spălare combinată?

27. Cum se realizează curăţirea dopurilor de nisip din interiorul ţevilor

de extracţie?

179

5

OPERAŢII DE REPARAŢII

LA SONDELE DE PRODUCŢIE

Cauzele care conduc la operaţii de reparaţii a sondelor de producţie sunt

A. Cauze generate de zăcământ

B. Cauze tehnice propriu – zise (defecţiuni în gaura de sondă).

Exploatarea stratului productiv pune problema efectuării unei reparaţii la sonde fie în cazul epuizării, fie în cazul inundării stratului.

5.1. Epuizarea stratelor productive

Epuizarea unui strat ca rezultat firesc al exploatării poate apare mai târziu

sau mai devreme, după cum exploatarea s-a desfăşurat raţional (cu folosirea

optimă a energiei de zăcământ) sau nu şi limita economică admisibilă s-a atins

fie fără, fie cu aplicarea unor metode secundare de exploatare. În acest caz,

exploatarea din stratul respectiv nemaifiind rentabilă, sonda poate fi utilizată în

continuare prin retragerea la un alt strat productiv în ipoteza existenţei unui

astfel de strat neexploatat.

Pentru aceasta, stratul la a cărui exploatare s-a renunţat se cimentează,

umplând cu ciment coloana perforată situată în dreptul său. După pauza de

cimentare şi controlul ei se realizează perforarea stratului superior, care

urmează a fi pus în exploatare.

5.2. Inundarea stratelor productive

Lipsa unui aflux normal de ţiţei din formaţiunea productivă în sondă (în

afara cauzei contaminării formaţiunii) se atribuie frecvent inundării stratelor de

ţiţei cu apă sau gaze. Acestea provin fie din apa de talpă ca urmare a avansării

normale sau a înaintării neuniforme în cazul unui regim de lucru forţat al

sondei, fie din alte strate situate mai sus sau mai jos de stratul productiv, sub

forma unor intercalaţii existente în complexul productiv.

5.2.1. Inundarea stratelor cu apă

În cazul unui zăcământ sub formă de boltă anticlinală sondele plasate mai

jos pe structură se pot inunda mai repede, iar ritmul de inundare variază în

raport direct cu regimul de exploatare. Într-un regim normal de exploatare apa

sărată de sinclinal înaintează pe un front larg apărând la început în procente

mici în sondă, ca apoi să crească treptat.

La o sondă cu regim de exploatare forţat, apa înaintează spre sondă sub

formă de unghi ascuţit (con sau apofiză) şi avansarea creşte până la inundarea

completă a sondei.

180

O sondă de extracţie poate prezenta o raţie mare apă – ţiţei datorită mai

multor cauze. Vor fi prezentate în continuare cele mai caracteristice.

a) Conuri de apă şi apofize

În cazul adoptării unor ritmuri mari de extracţie a ţiţeiului din sonde,

apare tendinţa de a se crea o zonă cu presiune anormal de scăzută în jurul

găurii de sondă. Dacă astfel de sonde sunt situate în apropierea contactului apă

– ţiţei, apa va tinde să avanseze rapid prin zona de ţiţei şi va pătrunde în sondă.

Fig. 5.1. Formarea conului Fig.5.2. Avansarea apei

de apă la strate orizontale la stratele înclinate

La o sondă care exploatează strate de grosimi mari şi aproape orizontale,

apa sărată înaintează la baza stratului pe o zonă întinsă şi apare în procente

mici în ţiţei ridicându-se treptat, pe măsură ce înlocuieşte ţiţeiul exploatat. La o

exploatare intensivă, apa sărată va urca în zona de ţiţei, străpungând planele de

stratificaţie după direcţia axului sondei şi va forma un con de apă (fig.5.1).

Înălţimea la care se ridică vârful conului este cu atât mai mare, cu cât creşte

debitul sondei, iar dacă acesta depăşeşte o anumită limită (Qcritic), atunci conul

de apă se ridică brusc până la capul stratului, barând intrarea ţiţeiului în sondă.

Pentru a preveni inundarea sondei cu apă, se menţine debitul sondei sub

limita critică sau se face un dop de ciment în talpă.

La stratele înclinate (fig.5.2) avansarea apei se poate produce de-a lungul

planelor de stratificaţie ale formaţiunii sub forma unor limbi de apă numite

apofize. Prin aceste canale cu saturaţie mare în apă, adiacente la sondă, se

produce treptat inundarea cu apă a sondei.

b) Drenarea inegală a stratelor din complex

În mod frecvent zăcămintele de hidrocarburi sunt formate din strate

productive cu permeabilităţi diferite, separate de intercalaţii impermeabile,

astfel încât procesul de drenare a ţiţeiului se face independent şi neuniform de

la un strat la altul (fig. 5.3).

Stratul productiv cu permeabilitatea mai mare se goleşte mai repede de

ţiţei decât celelalte, permiţând pătrunderea apei, respectiv inundarea stratului.

În acest caz se impune o analiză de ordin economic, pentru a stabili dacă este

cazul să se execute o operaţie de reparaţie pentru izolarea apei sau se admite să

se lucreze cu plusul de cheltuieli corespunzătoare ridicării la suprafaţă a apei

Contactul iniţial

apă - ţiţei

Apofiză Zonă de apă

Zonă

de ţiţei

181

Fig. 5.3..Avansarea apei într-un complex productiv

în funcţie de permeabilitate

.Drenarea inegală se poate preveni fie prin închiderea temporară a

stratelor cu permeabilitate mare, fie prin adoptarea sistemului de exploatare

simultană, dacă situaţia din sondă permite instalarea echipamentului de

separare a stratelor pentru ritmuri diferite de extracţie.

c) Cimentări nereuşite şi spărturi în coloană

Sunt cazuri în care inundarea unui strat nu este cauzată de apa de

sinclinal, ci provine dintr-un alt strat inundat sau acvifer. Aceasta se întâmplă

atunci când cimentarea stratelor productive nu a fost făcută în bune condiţii,

când cimentarea coloanei în teren a cedat şi apa dintr-un strat vecin a pătruns în

stratul productiv sau când coloana s-a spart în dreptul unui strat inundat.

Prin stabilirea comunicaţiei între stratul de ţiţei şi de apă, ţiţeiul se poate

pierde în stratul de apă, când presiunea stratului de apă este mult mai mică

decât presiunea stratului de ţiţei, Ţiţeiul din stratul productiv poate trece în

stratul de apă printr-o fisură din inelul de ciment(fig. 5.4 a,) sau o parte din

ţiţeiul din gaura de sondă poate trece în stratul de apă printr-o spărtură din

coloană cum este schematizat în figura 5.4.b.

.

Fig. 5.4. Pătrunderea ţiţeiului în stratul de apă

cu presiune mai mică

Kmic

Kmare

Kmediu

Kmic

Avansarea apei

Strat

de apă

Strat

de ţiţei

Apă

Ţiţei

182

Fig. 5.5. Pătrunderea apei în stratul de ţiţei

cu presiune mai mică..

Stratul de ţiţei este invadat treptat de către apa din stratul acvifer, când

acesta din urmă are o presiune mai mare (fig. 5.5) până la inundarea totală.

În cazurile menţionate, operaţia de reparaţie trebuie să asigure închiderea

accesului apei în stratul productiv prin recimentarea stratelor deschise sau prin

repararea coloanei avariate.

5.2.2. Inundarea cu gaze

În faza iniţială de producţie, o sondă se poate inunda cu gaze sau poate

produce de la început cu o raţie mare, dacă ea este plasată sus pe structură şi

deschide zona de gaze libere a zăcământului. Această sondă trebuie oprită din

exploatare sau exploatată intermitent, pentru a reduce raţia de gaze şi a evita

astfel scăderea neraţională a energiei zăcământului, scădere care ar putea afecta

exploatarea sondelor amplasate mai jos pe structură.

Sondele plasate mai jos pe structură pot şi ele să ajungă să producă cu o

raţie mare gaze − ţiţei, dacă sunt exploatate într-un regim forţat.

Dacă încercările de reducere a raţiei gaze – ţiţei prin diminuarea ritmului

de exploatare (micşorarea duzei) sau prin producerea intermitentă nu dau

rezultatele aşteptate, atunci sonda respectivă trebuie închisă.

Obiectul unor reparaţii la sondă îl poate constitui apariţia gazelor în

sondă în cantitate mare fie din capul de gaze, fie dintr-un alt strat de gaze cu

presiunea mare, care comunică cu stratul de ţiţei prin inelul de ciment neetanş

sau printr-o spărtură a coloanei de exploatare în dreptul stratului de gaze.

a. Conuri şi canalizări de gaze

În zonele apropiate de capul de gaze, la o mărire a ritmului extracţiei

fluidelor din sonde, are loc o avansare intensă a gazelor din capul de gaze fie în

direcţia normală planelor de stratificaţie formând un con de gaze (fig. 5.6), fie

de-a lungul planelor de stratificaţie, canalizându-se prin zona de ţiţei spre

sondă sub forma unei apofize (fig. 5.7).

Viteza cu care se produc aceste fenomene depinde de mărimea şi variaţia

permeabilităţii rocii magazin.

Ţiţei

Apă

papă > pţiţei

183

Fig. 5.6.Con de gaze Fig.5.7. Apofiză de gaze

b. Strate cu permeabilităţi diferite

În cazul unui complex productiv care cuprinde mai multe strate cu

permeabilităţi diferite, exploatate în acelaşi timp, se poate întâmpla ca prin

expansiune, gazele să ajungă mult mai repede în sondă prin stratele cu

permeabilitate mai mare, realizând la sondă o raţie gaze – ţiţei mare cu mult

înainte ca stratele să fie drenate complet. (fig. 5.8).

Fig. 5.8. Avansarea gazelor la strate înclinate în funcţie de permeabilitate

c. Aflux mare de gaze.

Aflux mare de gaze într-o sondă de ţiţei poate avea loc când între stratul

de gaze cu presiune mare şi cel de ţiţei cu presiune mică se realizează o

comunicaţie datorită unei cimentări nereuşite, ceea ce permite pătrunderea

gazelor în stratul de ţiţei şi de aici în sondă (fig. 5.9. a).

Ţiţei

Cap de gaze

Ţiţei

Gaze

kmic

kmare

kmediu

Contactul iniţial

gaze - ţiţei

184

a.

b.

Fig.5.9. Comunicarea gazelor cu stratul de ţiţei

Prin inelul de ciment neetanş în cazul existenţei unei spărturi în coloană

în dreptul stratului de gaze cu presiune mare, gazele vor avea acces în gaura de

sondă. Urmărind producţia sondei la suprafaţă se constată o creştere a raţiei

gaze – ţiţei şi o scădere treptată a debitului de ţiţei. Aceste gaze pot conduce

chiar la întreruperea afluxului de ţiţei (fig.5.9.b).

5.2.3. Măsuri de remediere aplicate stratelor inundate

Înainte de a trece la înlăturarea defectelor menţionate, este necesar de a

determina sursa de unde provine fluidul nedorit (apă sau gaze) şi adâncimea la

care are loc fenomenul. Acest lucru se realizează prin înregistrările efectuate

prin termometrie, diagrafii de producţie sau cu aparatele de luat probe sub

presiune în gaura de sondă.

Depistarea stratelor inundate prin termometrie se bazează pe variaţia

temperaturii. Astfel se observă o creştere a temperaturii în cazul unei viituri de

apă şi o scădere a temperaturii în cazul unei viituri de gaze.

La stabilirea sursei unei viituri de apă pentru a vedea dacă apa vine din

zăcământul exploatat sau din altă sursă, se face comparaţia între conţinutul de

cloruri din apa produsă de sondă şi acela al apei din formaţiunea productivă

cunoscută. Dacă se constată că sursa de apă se află în complexul productiv,

porţiunea de unde provine apa se poate stabili prin producerea în mod separat a

fiecărui interval perforat, dacă există condiţii pentru fixarea pacherelor.

Pentru a efectua probarea selectivă a mai multor strate se poate folosi un

ansamblu format dintr-un dop de coloană Baker tip C, fixat sub stratul ce

urmează a fi probat şi un pacher mecanic fixat deasupra stratului respectiv.

Fiecare strat izolat în acest mod se testează prin pistonare.

Dacă se dispune numai de un pacher (de obicei de tip hidraulic prevăzut

cu valvă de circulaţie) se procedează la testarea stratelor pornind de jos în sus:

- Se fixează pacherul deasupra stratului inferior şi se pune stratul în

producţie prin pistonare.

- Se determină calităţile fluidului produs de stratul inferior.

- Se dezarmează pacherul şi se fixează deasupra stratului următor, după

care se face punerea în producţie prin pistonare a ambelor strate.

Inel de

ciment

neetanş Strat

de ţiţei

Spărtură

în coloană

Strat de

gaze

Gaze

Strat de ţiţei

185

Prin diferenţiere se determină calităţile celui de al doilea strat.

Se procedează astfel în continuare până la stratul superior.

Limitarea acţionării fluidelor nedorite, ca elemente de inundare, impune

luarea unor măsuri de închidere a eventualelor spărturi din coloană, măsuri de

blocare a canalizării fluidelor prin inelul de ciment prin repararea cimentării

sau crearea unor bariere.

a. Înlăturarea defecţiunilor de etanşare a inelului de ciment.

Pentru blocarea trecerii fluidelor de la un interval la altul datorită

neetanşeităţii inelului de ciment provenită fie dintr-o cimentare iniţială

nereuşită, fie ca urmare a unei deteriorări ulterioare în urma unor operaţii de

tratare a stratului, se procedează la injectarea în porţiunea defectă a unui

material de consolidare şi anume ciment, material plastic sau amestecuri

speciale ţiţei – ciment.

În cazul refacerii cimentării primare este necesar să se determine volumul

din interiorul şi din spatele coloanei de exploatare care trebuie să fie umplut cu

pastă de ciment conform figurii 5.10

Fig.5.10. Elemente necesare pentru determinarea

volumului pastei de ciment

Volumul pastei de ciment (amestec apă – ciment) care trebuie introdus în

sondă pentru cimentare se calculează cu relaţia:

hDHDKDV 2

i1

2

e

2

sam4

π

4

π (5.1)

în care: Ds este diametrul interior al coloanei exterioare sau al găurii de sondă;

De – diametrul exterior al coloanei de exploatare ;

Di – diametru interior al coloanei de exploatare;

K – coeficient care ţine seama de neuniformitatea diametrului găurii

de sondă:

• în cazul recimentării în teren, K = 1,1 – 1,3;

• în cazul cimentării între coloane K = 1;

H1 – înălţimea pastei de ciment în spatele coloanei de exploatare;

De

Ds

H1

h

186

h – înălţimea dopului de ciment în interiorul coloanei de exploatare.

b. Blocarea trecerii fluidelor de inundare prin deschiderile din coloană

Acest procedeu constă în realizarea unor bariere instalate în gaura de

sondă sau bariere realizate în stratul productiv.

Se poate realiza o barieră în gaura de sondă prin:

b1. Instalarea unui dop solid în coloana de exploatare.

Pentru a realiza un dop în coloană se procedează la o simplă operaţie de

cimentare în talpă pentru închiderea apei de talpă sau a apei din zona inferioară

a intervalului perforat. Dopurile mai pot fi alcătuite din pietriş cu un capac de

ciment sau material plastic.

b2. Instalarea unor pachere de izolare dă rezultatele bune în cazul

combaterii inundării, dacă în coloană există condiţii de etanşare a pacherelor la

adînczmea dorită.

c. Barieră realizată în stratul productiv

La acele formaţiuni în care între stratul productiv şi apa de talpă se află o

intercalaţie impermeabilă, aşa numita barieră naturală, nu se mai formează

conuri de apă. Acest lucru a condus la ideea realizării unor ecrane

impermeabile în mod artificial.

Ecranele artificiale se realizează sub contactul gaze – ţiţei (fig.5.11 a şi b)

sau deasupra contactului apă – ţiţei (fig. 5.12) prin injecta rea unor substanţe

cu caracter izolant cum ar fi: ţiţei cu vâscozitate mare, ciment,sau răşini.

a. b. Fig. 5.11. Izolarea conului de gaze prin injecţie de ţiţei vâscos .

a. prin spaţiul inelar; b. prin ţevile de extracţie.

Se recomandă ca înaintea injectării substanţei izolante să se efectueze o

fisurare hidraulică, astfel încât fisura orizontală creată în jurul sondei va devini

locaşul în care va pătrunde substanţa izolatoare formând un ecran impermeabil.

Pentru injectarea materialului de blocare în strat, la sondă se va utiliza un

pacher, care etanşează în coloană la o adâncime ce este funcţie de adâncimea la

care dorim realizarea ecranului impermeabil.

În figura 5.11. este schematizat procedeul de izolare a conului de gaze.

Injecţia ţiţeiului vâscos în strat se poate face prin spaţiul inelar prin perfo-

raturile existente în coloană şi rămase libere după fixarea packerului sau prin

perforaturi special realizate în acest scop. Se poate realiza injecţia materialului

Barieră

artificială

Ţiţei Ţiţei

187

de blocare şi prin ţevile de extracţie, dacă utilizăm un dop de coloană şi un

packer după cum se observă în schema de echipare a sondei din figura 5.11.b..

Procedeul formării unui blocaj la contactul apă – ţiţei poate fi urmărit

schematic în figura 5.12. Se fixează un pacher la nivelul contactului apă – ţiţei

şi se pompează simultan în strat un agent de blocare prin interiorul ţevilor şi

ţiţei prin spaţiul inelar în zona de ţiţei pentru a preveni înaintarea agentului de

blocare în sus spre zona saturată cu ţiţei.

Un procedeu asemănător foloseşte două soluţii care reacţionează când vin

în contact şi formează un blocaj al porilor în strat în zona în care se întâlnesc.

Fig.5.12. Crearea unui blocaj

la contactul apă – ţiţei

d. Procedeul realizării unui blocaj selectiv.

Acest procedeu se bazează pe injectarea în intervalul productiv deschis a

unor substanţe care au proprietatea de a schimba caracteristica de umectare a

pereţilor porilor aflaţi în zona inundată astfel încât aceştia să nu mai fie

umectaţi de apă ci de către ţiţei. În acest scop se folosesc substanţe

tensioactive, care prin compoziţia lor determină schimbarea caracteristicii de

udare a rocii, făcând-o umezitoare faţă de ţiţei şi favorizează, de asemenea,

divizarea apei în particule mici.

5.3. Operaţii de cimentare la sondele de producţie.

Principalele operaţii de cimentare la sondele de producţie se fac pentru:

- izolarea totală sau parţială a unui strat productiv, pentru reducerea

raţiei apă – ţiţei sau a raţiei gaze – ţiţei;

- izolarea unui strat inferior în scopul încercării altor strate superioare;

- recimentarea spaţiului inelar, în cazul cimentărilor primare, nereuşite.

Cimectarea este realizată prin aducerea laptelui de ciment la nivelul zonei

care trebuie consolidată, cu ajutorul lingurii sau prin ţevile de extracţie.

5.3.1. Cimentarea cu lingura

Zonă de apă

Ţiţei

Zonă de ţiţei

188

La sondele cu adâncime mică (până la 1500 m), care deschid strate foarte

permeabile, ceea ce face imposibilă circulaţia şi menţinerea sondei plină, se

aplică pentru izolarea stratului productiv cimentarea cu ajutorul lingurii.

În unele cazuri, când intervalul perforat este mare, pentru a nu folosi prea

mult lapte de ciment, fiind nevoie de mai multe marşuri cu lingura de

cimentare şi existând pericolul prinderii lingurii, se va umple coloana sondei în

dreptul perforaturilor cu nisip. Peste acest nisip se face un dop de humă pentru

izolare şi apoi un alt dop de piatră pentru deschiderea supapei lingurii.

a. b.

Fig. 5.13. Lingură de cimentare

Cel mai simplu model de lingură utilizată pentru cimentare este

schematizat în figura 5.13.a.

Operaţia de cimentare se desfăşoară astfel:

- Se umple lingura cu lapte de ciment la suprafaţă;

- Se introduce lingura în sondă cu cablu de manevră;

- Se realizează descărcarea laptelui de ciment din lingură prin ferestrele

practicate în partea inferioară. când se ajunge cu lingura pe podul de

piatră de la talpa sondei.

- Se lasă sonda în pauză 24 ore;

- Se controlează oglinda de ciment cu o lingură de curăţat şi o geală;

- Se verifică etanşeitatea cimentului.

În momentul când placa de reazem se află pe podul de piatră prin

construcţie supapa rămâne deschisă datorită unui sistem de blocare cu arc, care

este prezentat în detaliu în schema 5.13.b. Acest sistem de blocare este necesar

pentru a permite descărcarea completă a lingurii de lapte de ciment, când se va

ridica de pe talpa sondei.

Dacă oglinda de ciment este tare, se umple sonda cu lichid şi dacă aceasta

se menţine plină, cimentarea a reuşit.

Placă

de reazem

Canal

circular

Corpul supapei

lingurii

Cep

de blocare

Tija

supapei

189

Pentru a verifica etanşeitatea dopului de ciment se poate face o probă de

golire: se extrage lichid din sondă pe o anumită adâncime şi dacă nivelul nu

creşte, înseamnă că cimentarea este bună. În caz contrar se repetă operaţia.

5.3.2. Cimentarea prin ţevile de extracţie

Aducerea laptelui de ciment, la nivelul perforaturilor care urmează a fi

cimentate, prin ţevile de extracţie se face după cum este cazul, fie prin cădere

sub greutatea proprie (cimentare liberă), fie prin împingere cu pompa

agregatului de cimentare.

Densitatea laptelui de ciment se alege in funcţie de adâncimea sondei.

a. Cimentarea liberă

Acest mod de cimentare înseamnă realizarea unui dop de ciment la talpa

sondei fără a utiliza agregatele de cimentare.

Sondele la care se aplică această cimentare au adâncimi sub 1000 m, iar

necesarul de lapte de ciment nu depăşeşte în general 500 litri. Este posibilă

cimentarea liberă numai dacă gaura de sondă se menţine plină.

Când este nevoie de mai mult ciment, în sondă se va realiza un dop de

nisip pentru astuparea perforaturilor, apoi se cimentează.

Pentru realizarea operaţiei de cimentare liberă se procedează astfel:

- Se prepară laptele de ciment într-o habă.

- Se toarnă laptele de ciment printr-o pâlnie montată în capul ţevilor de

extracţie şi acesta va curge prin ţevi sub propria greutate. Ţevile de extracţie

trec printr-un prevenitor, având capătul superior cu 3 – 5 m mai sus decât

conducta de evacuare de la coloană, iar capătul inferior (sabotul), cât mai

aproape de talpă.

- Se închide parţial ventilul de la conducta de evacuare de la coloană,

pentru ca pâlnia să se menţină plină în timpul turnării laptelui de ciment în ea şi

pentru avansarea uniformă a acestuia sub forma unui dop compact.

- Se introduce apă în cantitate suficientă în urma laptelui de ciment, astfel

că atunci când laptele de ciment a ajuns la talpă, coloanele de lichid să se

situeze la acelaşi nivel atât în ţevi, cât şi în spaţiul inelar.

- Se retrag ţevile de extracţie cu sabotul la adâncimea la care trebuie să

fie oglinda, urmând ca excesul de lapte de ciment să fie spălat cu apă.

Spălarea se realizează legând ţevile de extracţie sau coloana la o sursă de

apă – un hidrant. Dacă presiunea la hidrant este mică şi evacuarea laptelui de

ciment prin coloană prezintă riscuri, se renunţă la spălare, iar dopul de ciment

se frezează ulterior.

- Se lasă sonda în pauză cca. 24 ore pentru prizarea cimentului,

- Se încearcă rezistenţa oglinzii de ciment, apăsând cu ţevile de extracţie

cu o greutate de cca. 3 tone.

- Se face proba de etanşeitate a cimentării prin golirea găurii de sondă

sub nivelul static prin pistonare. Dacă nivelul de lichid se menţine constant în

sondă înseamnă că cimentarea a reuşit.

b. Cimentarea la nivel

Această cimentare se aplică la sondele la care stratul productiv care

urmează să fie cimentat este la o adâncime peste 1500 m şi este foarte

190

permeabil. Deci cimentarea la nivel se aplică atunci când gaura de sondă nu se

poate menţine plină din cauza permeabilităţii mari şi nu este posibilă circulaţia.

Pentru a obţine o circulaţie în sondă se încearcă o colmatare utilizând un

noroi tratat în mod adecvat ca să fie foarte vâscos. Fluidul se prepară cu

bentonită, geluri sau cu var stins în cantitate de 2000 – 3000 l ,

- Se introduce în sondă fluidul preparat prin ţevile de extracţie cu ajutorul

pompelor.

- Se aşteaptă cca. 10 ore pentru colmatare.

- Se ridică ţevile până ajung cu sabotul deasupra pachetului de noroi şi se

încearcă circulaţia. Dacă nu se va obţine circulaţie, operaţia se repetă de 2 – 3

ori, încercându-se colmatarea cu diverse materiale fibroase.

Se aplică cimentarea la nivel dacă încercările de colmatare a stratului nu

dau rezultate,.

Operaţia de cimentare în acest caz decurge astfel:

• Se pompează lapte de ciment cu o densitate de 1800 – 1850 kg/m3 prin

ţevile de extracţie care au sabotul aproape de talpă. Cantitatea de lapte de

ciment este cu 20 – 30% mai mare decât cea necesară pentru formarea oglinzii

la punctul dorit.

• Se introduce o cantitate de apă care să asigure aducerea laptelui de

ciment la talpă şi menţinerea lui în această zonă. Pentru echilibrul presiunilor

se ţine seama de nivelul de lichid iniţial al sondei.

• Se retrag ţevile de extracţie cu aproximativ 100 m deasupra dopului de

ciment.

• Se închide sonda pentru prizarea cimentului.

• Se controlează oglinda şi se frezează dacă este prea sus, sau se reface

cimentarea dacă este necesar.

• După ce oglinda este la nivelul dorit, se face proba de etanşeitate a

cimentării.

c. Cimentarea cu oglindă fixă

Acest tip de cimentare se aplică la sondele la care nu există dificultăţi în

legătură cu realizarea circulaţiei de fluide.

Este indicat ca volumul minim al laptelui de ciment să nu fie mai mic de

1,25 – 1,5 m3, iar densitatea laptelui de ciment să fie de 1850 – 1950 kg/m

3.

Succesiunea fazelor unei operaţii de cimentare cu oglindă fixă este

următoarea:

• Se introduce un dop de apă de 200 – 300 l cu rolul de a împiedica

contaminarea laptelui de ciment cu noroiul existent în sondă.

• Laptele de ciment preparat într-o habă este tras cu pompa agregatului de

cimentare şi împins în sondă prin ţevile de extracţie.

• Se introduce din nou un dop de apă pentru separaţie.

• Se pompează o cantitate de noroi încât să realizeze împingerea

cimentului la talpă la nivelul corespunzător.

• Se retrag ţevile de extracţie până deasupra punctului unde se doreşte să

fie oglinda.

• Se închide prevenitorul de erupţie pe ţevile de extracţie.

• Se începe circulaţia inversă (coloana de exploatare – ţevi de extracţie)

pentru curăţirea excesului de lapte de ciment din sondă.După evacuarea

surplusului de lapte de ciment se recomandă continuarea circulaţiei.

• Se retrag ţevile de extracţie cu cca. 100 m deasupra oglinzii dorite.

191

• Se închide sonda pentru pauza de priză a cimentului.

• Se coboară ţevile de extracţie pentru a controla poziţia oglinzii.

• Se verifică rezistenţa oglinzii de ciment, lăsând o greutate de 3 – 5 tone

prin intermediul ţevilor de extracţie.

• Se realizează proba de etanşeitate prin presiune sau prin golire.

În timpul pompării laptelui de ciment în sondă şi apoi în timpul

circulaţiei pentru eliminarea surplusului de lapte de ciment din sondă,

presiunea la pompă prezintă o variaţie destul de mare.

Astfel, la pomparea prin ţevi a laptelui de ciment, cu o densitate mai

mare decât a fluidului de circulaţie, presiunea scade. Până când laptele de

ciment se ridică în spaţiul inelar la un nivel corespunzător este necesar să se

pompeze fluid de circulaţie într-un ritm mai rapid. Apoi presiunea se

normalizează.

În timpul circulaţiei inverse, datorită prezenţei laptelui de ciment în

curentul ascendent şi datorită densităţii mai mari faţă de a fluidului de

circulaţie, presiunea la pompă creşte uneori peste cea normală, fapt de care se

ţine seama la alegerea agregatului pentru operaţia de cimentare.

La sondele adânci şi cu coloana de exploatare de diametru mic pentru

eliminarea surplusului de lapte de ciment este necesar un timp mare de

pompare. Când suprafaţa spaţiului inelar este mică, noroiul greu şi vâscos va

înainta încet necesitând presiuni mari şi deci debite mici de pompare. În acest

timp s-ar putea ca cimentul să facă priză şi deci să prindă ţevile de extracţie în

coloană.

În aceste condiţii se recomandă retragerea ţevilor de extracţie deasupra

nivelului de ciment din sondă şi după prizarea cimentului se frezează surplusul

de ciment până la oglinda dorită. Durata operaţiei de cimentare în acest caz va

fi mai mare, dar se previne un accident cu urmări grave asupra sondei.

d1. Cimentarea sub presiune fără reţinător

Principiul metodei se bazează pe închiderea căilor de acces a apei (din

zonele adiacente în gaura de sondă) , a fisurilor din inelul de ciment, prin

injectarea sub presiune a laptelui de ciment în strat, care formează cu

cimentarea primară o legătură intimă.

Reuşita acestui mod de cimentare este condiţionată de fisurarea

formaţiunii cu apă sau soluţii apoase speciale înaintea injectării laptelui de

ciment.

Cimentarea sub presiune are aplicabilitate multiplă:

• la operaţii de retragere la strate superioare (fig. 5.14);

• în cazul inundării stratelor cu apă sau gaze (fig. 5.15);

• la operaţiile de recimentare a coloanelor.

La gura sondei se montează un prevenitor dublu cu bacuri pentru corpul

ţevilor de extracţie şi legăturile necesare circulaţiei directe şi indirecte.

Operaţia de cimentare sub presiune fără reţinător decurge astfel:

- Se controlează talpa sondei cu ţevile de extracţie.

- Se retrag ţevile de extracţie cu 1 – 2 m deasupra tălpii se stabileşte

circulaţia pentru uniformizarea fluidului din sondă.

- Se injectează, prin ţevile de extracţie situate deasupra perforaturilor, un

volum de apă echivalent cu volumul ţevilor.

192

- Se închide ventilul la coloană şi se împinge apa în formaţiune, până ce

presiunea de injectare a apei scade la o valoare minimă constantă.

- Se pompează lapte de ciment prin ţevile de extracţie ce au sabotul

aproape de talpă.

Volumul laptelui de ciment este variabil de la o operaţie de cimentare la

alta, fiind egal cu volumul interior al coloanei de exploatare pe intervalul

perforat plus un volum suplimentar, ce reprezintă 2 – 4 volume de coloană pe

lungimea perforată în funcţie de receptivitatea stratului:

- Se pompează în urma laptelui de ciment un fluid cu aceeaşi densitate ca

a fluidului din spatele ţevilor de extracţie, încât laptele de ciment să fie adus la

echilibru.

- Se retrag ţevile de extracţie cu cca. 50 m deasupra nivelului laptelui de

ciment.

- Se închide prevenitorul pe ţevi .

- Se pompează fluid, încât nivelul laptelui de ciment să rămână cu 1 – 2

m deasupra perforaturilor.

- Se închide sonda şi se lasă în pauză pentru prizarea cimentulu.

- Se controlează oglinda şi dacă este cazul se frezează surplusul de ci-

ment până la adâncimea dorită pentru oglindă.

Fig.5.14. Cimentarea sub presiune Fig.5.15. Cimentarea sub presiune

a unui strat epuizat a unui strat inundat

În cazul stratelor epuizate, pentru retragerea la un strat superior care

prezintă perspective de exploatare, se va aplica o cimentare sub presiune

conform schemei din figura 5.14.

În cazul exploatării a două sau mai multe strate productive izolate între

ele prin intercalaţii neproductive, prin inundarea unuia dintre ele, se procedează

la izolare printr-o cimentare sub presiune.

În figura 5.15 este ilustrat un strat productiv superior care a fost inundat

şi pentru izolarea acestuia prin cimentare se procedează astfel:

- Se introduce în sondă un dop de nisip de la talpă până deasupra stratului

productiv inferior.

- Se realizează un capac de ciment deasupra nisipului şi după aceea se

aplică cimentarea sub presiune a stratului superior.

- Se face o pauză de 48 ore.

Dop de ciment

Strat ce urmează

a fi perforat

Strat

impermeabil

Strat

epuizat

Dop

de nisip

193

- Se frezează cimentul din dreptul stratului inundat (superior).

- Se face verificarea cimentării prin proba de golire.

- Dacă stratul nu mai debitează se frezează capacul de ciment şi dopul de

nisip de sub el.

- Se repune sonda în producţie din stratul inferior.

Există şi alte procedee de realizare a operaţiei de cimentare sub presiune

fără reţinător, care se pot aplica funcţie de caracteristicile stratului productiv ce

urmează a fi izolat, de adâncimea acestuia.

Fig.5.16. Fazele unei variante de cimentare sub presiune

În figura 5.16 sunt redate schematic fazele unui procedeu de cimentare

sub presiune.

- Prin interiorul ţevilor de extracţie, care au şiul în baza perforaturilor se

pompează cantitatea de lapte de ciment calculată.

- Se pompează apă pentru echilibrarea laptelui de ciment la (fig.5.16.a).

- Se retrag ţevile cu şiul în dreptul oglinzii dorite (fig. 5.16.b).

- Se închid ţevile de extracţie şi prin coloană se pompează apă cu

presiune, încât laptele de ciment aflat în surplus faţă de nivelul oglinzii dorite

(înălţimea Δh) să fie împins în strat.

Apă (noroi) Lapte

de ciment

Lapte

de ciment

Ciment

Δh

194

După pomparea cantităţii necesare de apă se va deschide ventilul de la

ţevile de extracţie şi se începe circulaţia inversă (coloană – ţevi) pentru a se

elimina surplusul de lapte de ciment din ţevi (fig. 5.16.c).

- Se opreşte circulaţia când la habă apare apă curată.

- Se extrag câteva bucăţi de ţevi, pentru a rămâne coloana de ţevi cu şiul

la 50 – 100 m deasupra nivelului oglinzii de ciment.

După 24 ore se controlează tăria cimentului apăsând cu o greutate de cca.

1 tonă, apoi se face proba de etanşeitate a cimentării.

a b

c d

Fig.5.17. Fazele cimentării sub presiune cu oglindă fixă

În figura 5.17 se pot urmări fazele unui alt procedeu de injectare sub

presiune a laptelui de ciment pentru obţinerea oglinzii la adâncimea dorită:

- Se pompează laptele de ciment prin interiorul ţevilor de extracţie, care

au sabotul la baza perforaturilor, până când nivelul laptelui de ciment

urcă în coloană până la nivelul oglinzii dorite (fig. 5.17 a).

- Se închide ventilul la coloană şi se pompează sub presiune restul

laptelui de ciment şi apoi un fluid pentru împingerea unei cantităţi de

lapte de ciment în strat (fig. 5.17. b).

- Se ridică ţevile cu şiul în dreptul oglinzii dorite şi se începe circulaţia

inversă pentru eliminarea surplusului de lapte de ciment (fig. 5.17 c).

- Se ridică ţevile de extracţie cu şiul la 50 – 100 m deasupra nivelului de

ciment şi se aşteaptă prizarea cimentului cu sonda închisă( fig. 5.17d).

195

- După 24 ore se încearcă tăria cimentului şi apoi urmează proba de

golire pentru verificarea etanşeităţii cimentării.

d2. Cimentarea sub presiune cu reţinător

Penru a proteja coloanele de exploatare a sondelor, la care sunt necesare

presiuni mari pentru pomparea laptelui de ciment în strat (peste 200 bari).se pot

utiliza nişte dispozitive speciale numite reţinătoare de ciment.

Reţinătorul de ciment nerecuperabil cu declanşare hidraulică este

prezentat în figura 5.18.

Acest tip de reţinător de ciment se compune dintr-un corp metalic din

fontă sau aluminiu, pentru a permite frezarea lui după terminarea operaţiei. La

partea superioară este ataşată o geală pentru circulaţia, prin intermediul unei

reducţii cu filet pătrat stânga.

La exteriorul corpului se află simetric dispuse manşoanele conice şi între

ele o garnitura de cauciuc. Conusurile sunt fixate de corp cu şuruburi cu o

rezistenţă de forfecare corespunzătoare. Pe suprafaţa acestor conusuri pot

culisa penele superioare şi penele inferioare. Aceste pene sunt fixate de corpul

reţinătorului şi de conusuri cu şuruburi care la un anumit efort se pot forfeca.

Penele superioare prind de jos în sus, iar cele inferioare de sus în jos,

astfel că atunci când dinţii acestor pene prind în coloană, reţinătorul nu mai

poate fi extras. Pe corpul metalic în dreptul garniturii de cauciuc se află nişte

orificii.

La partea inferioară a corpului cilindric se află o carcasă cu o bila de

reţinere din bachelită. Bila este îndepărtată de scaunul ei de un braţ, care este

solidar cu un manşon. Acest manşon este fixat la partea inferioară a carcasei cu

un ştift de forfecare şi la partea superioară are un scaun de etanşare pentru o

bila confecţionată din bronz.

196

Fig 5.18. Reţinător de ciment nerecuperabil cu declanşare hidraulică

Pentru fixarea reţinătorului în sondă se procedează astfel:

- Se şablonează coloana de exploatare cu un şablon cu diametrul cu 4 – 5

mm mai mic decât al coloanei.

- Se introduce reţinătorul cu ţevile de extracţie sau prăjinile de foraj până

la adâncimea dorită.

- Se face circulaţie de control, apoi se întrerupe pomparea.

- Se lansează prin ţevi o bila de etanşare, ce se va aşeza pe scaunul

manşonului , apoi se reia pomparea încât presiunea să crească foarte

încet.

- Prin creşterea presiunii în reţinător, fluidul va trece prin orificiile din

copul reţimătorului şi presează asupra garniturii de cauciuc.

- Prin expandare, garnitura de cauciuc împinge în sus manşonul conic

superior şi produce forfecarea şuruburilor care fixează atât conusul cât

şi penele superioare.

- Prin creşterea presiunii, penele se opresc la pragul superior şi conusul

superior continuă să înainteze şi intră sub pene, împingându-le cu dinţii

înspre coloană.

- Fluidul din reţinător aflat sub presiune crescândă va forfeca şurubul

care ţine manşonul fixat de casetă.

Reducţie

Şuruburi de forfecare

Pene superioare

Şuruburi de forfecare

Manşon conic

Corp metalic

Garnitură de cauciuc Orificii

Manşon conic Şuruburi de forfecare

Pene inferioare

Şuruburi de forfecare

Bilă de reţinere Carcasă

Braţ

Bilă de bronz

Manşon

Şurub de forfecare

197

- Manşonul împreună cu bila de reţinere şi cu pârghia cad în gaura de

sondă; se eliberează bila de reţinere din bachelită care intră în poziţia

de funcţionare oprind trecerea lichidului în reţinător de jos în sus.

- Se va ridica garnitura de ţevi şi împreună cu ea şi corpul reţinătorului,

ceea ce conduce la forfecarea şuruburilor manşonului conic inferior şi

ale penelor inferioare.

- Pragurile inferioare ale corpului reţinătorului apasă asupra penelor

inferioară, care culisează pe conusurile inferioare şi prind în coloană.

După ce aceste operaţii au fost terminate, se trece la cimentarea propriu-

zisă, care decurge astfel:

- Prin intermediul gealei se circulă fluid în sondă pentru uniformizare.

- Se pompează apă prin ţevi, până ce aceasta ajunge în dreptul gealei.

- Se închide geala printr-o scurtă manevră în sus a ţevilor de extracţie.

- Se injectează apă sub presiune în stratul ce va fi cimentat pentru a se

realiza fisurarea acestuia.

- După pomparea apei în strat, cu aceiaşi presiune se începe pomparea

laptelui de ciment.

- Se introduce un volum de noroi prin ţevi pentru împingerea laptelui de

ciment în strat.

- Se lansează prin ţevi o bila care sub presiunea fluidului din ţevi se

aşează pe scaunul existent la partea superioară a reţinătorului. Aşezarea

bilei pe scaun este marcată de creşterea bruscă a presiunii la pompă.

- Bila de reţinere din bachelită care închide orificiul carcasei împiedică

revenirea laptelui de ciment din strat sau de sub reţinător.

- Se deschide din nou geala de circulaţie prin lăsarea în jos a ţevilor de

extracţie şi printr-o circulaţie inversă se evacuează excesul de lapte de

ciment din ţevile de extracţie.

- Se deşurubează geala cu reducţia cu filet stânga din corpul reţinătorului

şi se extrag ţevile de extracţie.

- După pauza de priză se va freza reţinătorul cu o freză cu tăiere frontală

pentru a nu degrada coloana de exploatare.

- Se spală talpa şi se face proba cimentării.

Un alt tip de reţinător este reţinătorul nerecuperabil cu declanşare

mecanică (fig. 5.19). Declanşarea sistemelor de fixare şi de etanşare se execută

la acest tip de reţinător printr-un dispozitiv auxiliar separat, cu acţionare

mecanică denumit lansator mecanic. Reţinătorul de ciment împreună cu

lansatorul se introduc în sondă cu garnitura de ţevi de extracţie sau de prăjini

de foraj.

Acest tip de reţinător este alcătuit dint-un corp metalic, la care se

înşurubează la partea inferioară un ghidaj. Pe exteriorul corpului se montează

garniturile de etanşare sprijinite de inelele extensibile, conul superior şi conul

inferior fixate fiecare pe corpul reţinătorului cu câte un ştift de forfecare. În

interiorul conului superior se află lansatorul, care se ancorează prin dinţii

orientaţi în jos existenţi pe partea superioară a corpului. În acest mod se

menţine garnitura în poziţie comprimată. Sub conusul inferior există o pană,

care împiedică rotirea acestuia faţă de corp. Pe conusul inferior şi superior se

montează bacurile formate din patru sectoare independente, care au la interior

patru arcuri lamelare. Bacurile superioare sunt menţinute în poziţia strânsă

printr-o brăţară, care se elimină după asamblarea la sondă a reţinătorului cu

lansatorul.

198

La partea superioară a corpului există un ştift de forfecare, care se îmbină

cu mufa de comandă la cuplarea cu lansatorul. La partea inferioară a

reţinătorului este înşurubat un curăţitor, care are rolul de a curăţa coloana de

eventuale impurităţi sau aşchii metalice.

Fig.5.19.Reţinător de ciment nerecuperabil

cu declanşare mecanică

În interiorul corpului se află o supapa în bucşa elastică etanşată cu o

garnitură strânsă între două inel.

Deoarece declanşarea se face prin rotire la dreapta, în timpul introducerii

trebuie avut grijă să nu se efectueze rotaţii la dreapta. Pentru siguranţă se

recomandă ca la fiecare al cincilea pas introdus să se facă o rotaţie completă la

stânga a garniturii ţevilor de extracţie. După ce s-a atins adâncimea de fixare,

se ridică reţinătorul cu 60 cm pentru a permite rotirea liberă a piuliţei de

comandă de la lansator

Se efectuează zece rotaţii la dreapta pentru a deşuruba piuliţa de comandă

şi pentru a elibera de corpul lansatorului manşonul de comandă şi bucşa de

fixare a bacului lansatorului se trage de pe gulerul bacului.

Pentru fixarea definitivă a reţinătorului se trage de garnitura de ţevi de

extracţie şi se deplasează în ordine conul superior şi bacul ce este presat în

peretele coloanei; se foarfecă ştiftul conului şi începe comprimarea garniturii

Bacuri Ştift de forfecare

Con superior Ştift de forfecare Lansator

Inele extensibile Garnituri de etanşare

Corp

Ştift de forfecare Con inferior Pană

Bacuri

Bucşă elastică

Inele Garnitură

Ghidaj

Brăţară

199

de etanşare. Se foarfecă şi ştiftul conusului inferior, garnitura se comprimă

definitiv şi bacul inferior este împins în peretele coloanei.

B. Cauze tehnice de oprire a sondelor din producţie

În categoria cauzelor tehnice ce conduc la oprirea sondelor din producţie

se încadrează toate defecţiunile coloanelor de exploatare şi accidentele care

produc înfundarea coloanei sau a spaţiului inelar dintre coloană şi ţevile de

extracţie.

Defecţiunile se pot grupa după cauzele care le provoacă astfel:

a) Turtirea sau păpuşarea coloanei de burlane, sub diferite forme şi

lungimi este cauzată în general de rezistenţa necorespunzătoare a burlanelor cu

o grosime prea mică, de neomogenitatea materialului, alunecărilor de teren,

presiuni exterioare mari.

În cazul în care s-a forat cu noroi cu filtraţie mare în marne care se umflă

în contact cu apa din noroi, se pot realiza presiuni exterioare mari. Accidente

de acest fel se produc destul de des în stratele din baza ponţianului, unde uneori

chiar coloanele cele mai groase sunt turtite.

b) Scurgeri din coloană prin spărturi cauzate de: coroziune, frecări cu

ţevile de extracţie , presiuni interioare mari, perforări greşite.

Perforarea cu gloanţe de diametru mare poate produce spărturi şi

crăpături longitudinale, care slăbesc mult rezistenţa coloanei.

Spargerea coloanei se poate produce şi în urma scăpării unor prăjini, ţevi

de extracţie sau burlane şi prin explodarea unei torpile în coloană în mod

accidental.

c) Smulgerea din filet a coloanei de burlane se poate datora unei

înşurubări slabe la tubare sau a unei înşurubări greşite a coloanei la etanşarea

prin niplu de întregire, unui filet greşit executat, unui strat alcătuit din roci

neconsolidate care poate devia coloana până la smulgerea ei, sau unor variaţii

mari de temperatură.

d) Înfundarea coloanei de exploatare se poate produce prin scăparea în

aceasta a unor elemente de echipament cum ar fi ţevi de extracţie, pompe de

extracţie cu prăjini de pompare care în cădere provoacă smulgerea din filet a

ţevilor de extracţie şi căderea lor împreună cu separatorul de gaze în talpa

sondei. De asemenea pot fi scăpate linguri de lăcărit sau curăţit care se

înţepenesc în coloană sau se formează un ghem de sârmă sau cablu în cazul

ruperii acestora în gaura sondei. În timpul lucrului la sondă pot fi scăpate şi

diferite scule sau instrumente care rămân înţepenite în coloană.

e) Înfundarea spaţiului inelar dintre coloană şi ţevile de extracţie se poate

produce prin blocarea cu parafină, săruri calcaroase, nisip sau prin scăparea de

obiecte mici.

Rezolvarea acestor defecţiuni necesită o serie de operaţii de remediere,

care se grupează de obicei astfel:

- reparaţii ale coloanei de exploatare;

- instrumentaţii după ţevile de extracţie, prăjini de pompare, cablu de

manevră. scule, instrumente, obiecte rămase în sondă;

- resăpări parţiale de sondă.

5.4. Repararea coloanelor de exploatare

200

O defecţiune a coloanei se bănuieşte dacă manevrarea ţevilor de extracţie

sau a altor scule prin interiorul ei se face greu, cu tendinţe de înţepenire.

Gradul de deformare al unei coloane de exploatare se poate aprecia în

urma unei şablonări atât după modificarea profilului acesteia în secţiune

transversală, cât şi după forma şi lungimea afectată de deformare în direcţia

axei. La o turtire mai mare în secţiune transversală se poate produce chiar

prinderea coloanei de ţevi de extracţie, ceea ce agravează defecţiunea, sau se

produce o spărtură în coloana de exploatare, care complică modul de

remediere.

La o turtire în direcţie longitudinală, pe o lungime mai mare de 1 m până

la 10 m, creşte gradul de dificultate al rezolvării.

Situaţia se complică şi mai mult când coloana turtită este şi deviată.

5.4.1. Repararea coloanelor deformate fără prinderea

ţevilor de extracţie.

Sunt cazuri când la o sondă în producţie, în timpul manevrelor cu ţevile

de extracţie, indicatorul de greutate arată o tracţiune anormală la intervalele

corespunzătoare trecerii fiecărei mufe printr-o zonă deformată a coloanei de

exploatare.

Prima operaţie care se execută în

astfel de situaţii este controlul

interiorului coloanei cu un şablon.

Acesta este

confecţionat dintr-un burlan subţiat la

partea interioară (fig. 5.23.), al cărui

diametru exterior este cu 3 – 4 mm mai

mic decât diametrul interior al coloanei.

Se lasă o greutate de 3∙104 N

asupra şablonului introdus în sondă în

zona deformată, ceea ce permite ca

şablonul să ia forma spaţiului rămas

liber în zona turtirii coloanei.

În unele cazuri, pentru

determinări mai precise, se introduc mai multe şabloane, de diametre

descrescătoare.

Fig.5.20.Şablon

a. Repararea coloanelor de exploatare turtite şi păpuşate

Dacă turtirea coloanei nu este prea mare, repararea se face cu birna sau

cu valţul cu role.

Birna (fig. 5.21) este un instrument din oţel masiv având o formă de

pară, cu câteva şanţuri longitudinale pe suprafaţa sa, care permit circulaţia

lichidului. Se introduce în sondă cu prăjinile de foraj sau cu ţevile de extracţie,

împreună cu o geală, care are o cursă de 40 – 80 cm.

Repararea coloanei cu birna cu secţiune circulară se face prin bătăi

succesive în jos, folosind birne cu diametre din ce în ce mai mari, până la

diametrul interior al coloanei.

Birna cu secţiune eliptică lucrează prin tragere de jos în sus, mai ales în

coloanele în care s-a izolat o viitură de apă şi în care nu se poate lucra prin

201

bătaie pentru a nu strica cimentarea. Datorită formei sale teşite, birna elicoidală

poate fi introdusă sub porţiunea turtită,apoi se roteşte încet şi prin tragere în sus

va îndrepta coloana.

Repararea coloanei cu birna nu necesită un echipament deosebit , pe

când repararea cu valţul necesită o masă rotativă, o prăjină pătrată şi prăjini de

foraj rezistente.

Fig,5.21. Birna Fig.5.22. Valţ cu role

Valţul (fig. 5.22) este o piesă de formă cilindro – conică, ce prezintă o

serie de role dispuse longitudinal şi ieşite puţin din profilul corpului său.

Rândul inferior de role se află pe o porţiune conică având diametrul mai mic

decât rândul superior. Valţul se introduce în sondă cu prăjinile de foraj şi se

roteşte în porţiunea turtită a coloanei prin intermediul mesei rotative cu o forţă

de apăsare de 2∙104

– 2∙105 N, până se constată că acesta nu mai lucrează. Se

folosesc în mod succesiv valţuri cu diametre din ce în ce mai mari până se

apropie de diametrul interior al coloanei.

b. Repararea coloanelor de exploatare

cu diametrul mi , turtite şi necimentate

Pentru coloanele de exploatare cu diametrul mai mic de 5 3/4in şi

necimentate, dacă turtirea acestora este mult mai avansată şi nu se mai pot

repara. cu birna sau cu valţul, se preferă extragerea

coloanei din zona turtită şi înlocuirea bucăţii turtite.

Extragerea porţiunii de coloană turtită se poate

face prin deşurubare sau tăiere deasupra porţiunii

turtite.

Pentru deşurubare se foloseşte un rac stânga.

După această operaţie se întregeşte din nou a

coloana prin înşurubare. În acest scop se foloseşte la

capătul de jos al primului burlan un dop de lemn

Şanţuri

Corp

masiv

Zonă

pătrată

Cep

202

găurit în interior cu o formă ogivală, după cum se vede în figura.5.23, care

serveşte drept ghidaj.

După întregire se face proba de etanşeitate. Dacă această probă nu dă

rezultate bune, se face ci-

mentarea unei porţiuni din spaţiul inelar.

c .Repararea coloanelor concentrice turtite

Când turtirea coloanei de exploatare este o consecinţă a turtirii coloanei

exterioare cimentată în teren, repararea este mai complicată. În primul rând

trebuie să se stabilească gradul de turtire şi dacă nu este accentuat se încearcă

îndreptarea prin birnuire sau vălţuire.

Dacă turtirea este mai avansată şi repararea cu birna sau cu valţul nu dau

rezultate se recurge la frezarea porţiunii de coloană turtite şi apoi manşonarea

coloanei.

Frezele utilizate în astfel de operaţii sunt de tipul freze burlan (fig.5.24) şi

de tipul freze masive într-o gamă variată de forme şi dimensiuni (fig.5.25).

Freza care dă cele mai bune rezultate este freza burlan cu dinţi frontali

(fig. 5.24.a). Se utilizează burlane lungi, pentru un ghidaj mai bun şi cu

diametrul cât mai apropiat de diametrul coloanei. Frezarea se face cu o turaţie

mică a mesei rotative (15 – 25 rot/min) şi cu o apăsare redusă (0,5 – 1 tf ≈ 104

N).

La începutul frezării, până când freza îşi formează un prag în burlanul

turtit, se lucrează cu o turaţie redusă (10 – 15 rotaţii/min) şi cu o apăsare foarte

mică, arătată de indicatorul de greutate.

Fig.5.24. Freza tip burlan

Când freza şi-a format un prag, avansarea începe să se producă, însă nu

cu mai mult de 30 – 50 cm/zi.

Când freza nu mai avansează, ea este extrasă şi înlocuită. Uzura frezei

reprezintă o indicaţie asupra mersului operaţiei.

Frezarea cu un burlan simplu, fără dinţi dă uneori rezultate mai bune, mai

ales când partea interioară a capului burlanului se încarcă cu material dur, pe o

înălţime de 10 cm micşorându-se astfel posibilitatea de îngrădire.

După frezarea porţiunii turtite din coloană cu freza tip burlan, atunci când

acesta ajunge în partea inferioară a porţiunii turtite a coloanei, urmează

operaţia de rectificare şi lărgire a părţii frezate cu o freză tronconică cât mai

apropiată de diametrul coloanei. După această operaţie se consolidează coloana

cu un manşon.

Fig.5.23. Dop

de ghidaj

Şper

a. c.

c.

b.

.Pinten

203

. Frezele masive, cele mai utilizate, pot fi urmărite în figura 5.25. Ele sunt

confecţionate din oţel special, au dinţii cementaţi şi sunt prevăzute cu orificii

axiale sau laterale pentru circulaţie.

Caracteristica frezelor pentru frezat în oţel constă în faptul că au dinţii

mărunţi şi numeroşi. Pentru frezarea coloanelor turtite nu sunt indicate frezele

cu dinţi laterali, pentru că acestea pot intra uşor în partea opusă turtirii şi pot

sparge coloana.

Frezarea a două coloane concentrice turtite dă rareori rezultate pozitive;

de cele mai multe ori frezele se angajează în burlanul turtit sub un unghi prea

mare şi pătrund în teren. În acest caz singura soluţie este resăparea sondei, dacă

este rentabilă şi condiţiile tehnice o permit.

Frezările se execută aproape întotdeauna cu noroi în gaura de sondă,

menţinându-se o circulaţie activă pentru a antrena la suprafaţă pilitura de oţel

rezultată din frezarea coloanei.

5.4.2. Repararea coloanelor cu defecţiuni sub formă de spărturi

Prezenţa unei spărturi, crăpături în pereţii coloanei de exploatare

provoacă mari neajunsuri pentru exploatarea sondei. Prin aceste deschideri

accidentale se strecoară în sondă o serie de fluide nedorite: apă, gaze sau alte

materiale din strat care împiedică funcţionarea normală a sondei.

După ce poziţia lor a fost determinată prin şablonări se trece la

remedierea acestor defecţiuni prin umplerea cu ciment, material plastic sau un

amestec ţiţei – ciment. Materialul de etanşare este plasat prin deschiderea

respectivă în exteriorul coloanei printr-un procedeu de presare la presiune mai

mică decât presiunea maximă admisibilă impusă de rezistenţa coloanei.

Se face o pauză pentru a se realiza priza materialului de etanşare, apoi se

curăţă surplusul de material din interiorul coloanei prin frezare şi se face proba

de etanşeitate pentru a verifica eficacitatea operaţiei de reparaţie.

În cazul sondelor cu presiune mare, reparaţia se va face prin instalarea în

interiorul coloanei, în dreptul spărturii sau crăpăturii, a unui manşon metalic

fixat şi etanşat în poziţia respectivă prin cimentare.

Când defecţiunea se află la o adâncime relativ mică şi deci coloana nu

este cimentată, se poate recurge la tăierea coloanei de sub spărtură cu un cuţit

burlan şi înlocuirea burlanelor deteriorate. În acest scop, burlanul introdus în

sondă se echipează la capătul inferior cu un dispozitiv special de etanşare de tip

coruncă, astfel încât conectarea cu secţiunea coloanei aflată în sondă să ofere o

etanşeitate corespunzătoare.

204

a. b.

b.

c.

Fig. 5.25. Freze masive cu dinţi laterali şi frontali a. freze conice; b. freze cilindro-tronconice; c. freze cilindrice

205

Turtirea coloanelor de exploatare în dreptul perforaturilor, respectiv

spargerea lor în această zonă sau a coloanelor pierdute se întâmplă frecvent, în

special în stratele cu nisipuri neconsolidate. Spargerea unei coloane în

porţiunea perforată este constatată prin apariţia viiturilor de nisip, a unor

bucăţile de rocă şi ciment în gaura de sondă, care pot opri exploatarea sondei.

Procedeul de reparare al coloanelor perforate este în funcţie de diametrul

coloanei şi de posibilitatea viitoare de exploatare.

Dacă turtirea provocată de o spărtură nu este prea pronunţată şi permite

să se introducă deasupra frezei o prăjină grea, turtirea se rectifică prin frezare

cu freze masive. Se utilizează freze ascuţite cu diametru mic, cu dinţi pe partea

conică (fig.5. 25. a) înşurubate la prăjina grea.

Se corectează coloana turtită până când freza trece dedesuptul zonei

turtite, mărindu-se apoi treptat dimensiunea frezei. După rectificarea coloanei

la un diametru egal sau cu câţiva milimetri mai mic decât diametrul ei iniţial se

introduce un manşon de dimensiune adecvată, perforat în dreptul stratului, fixat

la partea superioară cu un packer cu plumb.

La coloanele unice în general cu diametru mai mare la care spărtura este

pronunţată se poate utiliza şi o freză burlan sau un burlan simplu cu diametrul

cât mai apropiat de al coloanei. După ce coloana a fost pătrunsă de freză, se

rectifică fereastra cu freze masive potrivite şi se sapă în teren cu o sapă dreaptă

până la baza stratului, după care se face tubarea cu o coloană pierdută perforată

în dreptul stratului şi etanşată la partea superioară cu un pacher cu plumb.cum

se poate urmări în figura 5.30 a.

Dacă coloana pierdută are diametrul mic şi prin frezare s-a pătruns în

teren, sau dacă s-a intrat în teren sub un unghi mai mare, tubarea altei coloane

perforate nu mai este posibilă, fiind preferabilă resăparea sondei cu ajutorul

unei pene speciale, printr-o fereastră practicată imediat deasupra stratului.

5.4.3. Repararea coloanelor smulse sau rupte

Smulgerea sau ruperea coloanelor fixate în teren se poate produce uneori,

atunci când întinderea lor, în timpul tubării, a fost prea mare, sau înfiletarea a

fost slabă, dar de multe ori este provocată de împingerea terenului în porţiuni

mai slabe sau care nu au fost cimentate.

Prima operaţie care se execută în asemenea cazuri este introducerea unui

model cu plumb (fig. 5.32), cu diametrul cât mai apropiat de diametrul

coloanei, pentru a determina poziţia capului de jos al coloanei smulse sau rupte

şi eventuala ei dezaxare.

Dacă dezaxarea este mică, se poate introduce la început un manşon,

prevăzut la partea inferioară cu un dop de formă ogivală pentru ghidare, care se

cimentează la adâncimea la care s-a produs smulgerea

. Manşonul se sprijină pe o oglindă de ciment, realizată în partea

inferioară a coloanei.

După cimentarea manşonului şi prizarea cimentului se frezează cimentul

din interior şi dopul manşonului şi se face proba de etanşeitate a cimentării.

Dacă dezaxarea între cele două capete de coloană este mare, operaţia

devine mai grea. Distanţa dintre cele două capete de coloană se poate

determina prin carotaj electric, sau cu un instrument constituit din două lame,

denumit cârlig (fig.5.26). Acest instrument se introduce cu ţevile de extracţie,

până deasupra capului de burlan de jos (determinat precis cu un model).

206

La extragere, lamele îndoite se prind de partea ruptă superioară a

burlanului. În acel moment, acul indicatorului de greutate arată o creştere a

greutăţii şi se notează adâncimea la care s-a produs.

Lamele se îndreaptă printr-o tracţiune

mai mare, apoi se extrage instrumentul.

Dacă distanţa dintre capetele coloane-

lor este mică, îndreptarea coloanei de jos se

poate ace cu o sapă ascuţită prelung şi cu

marginile rotunjite sau cu o birnă lungă şi cu o

conicitate redusă.

După îndreptarea coloanei se introdu

ce manşonul cu dop de ghidaj ogival la

partea inferioară şi se cimentează. În cazul în

care capul de jos al coloanei rupte sau

smulse nu se mai găseşte, sonda nu mai

poate fi reparată. Fig.5.26.

5.4.4. Repararea coloanelor turtite cu ţevile de extracţie prinse

În timpul exploatării sondelor. coloanele se turtesc mai mult şi prind

ţevile de extracţie.

Prima operaţie care se execută este manevra coloanei de ţevi de extracţie

prinse. Prin manevră se înţelege tracţiunea garniturii de ţevi de extracţie până

aproape de limita rezistenţei admisibile a materialului şi slăbirea acestei

tracţiuni până la 5 – 10 tf (5∙104 – 1∙10

5 N) sub sarcina normală.

Sunt cazuri în care ţevile de extracţie pot fi manevrate pe lungimea unei

bucăţi, ceea ce înseamnă că deformarea coloanei de exploatare prezintă o

deschidere ceva mai mică decât diametrul mufei, fără a prinde corpul ţevilor. În

astfel de situaţii degazarea se poate obţine printr-o rotire a ţevilor de extracţie

cu masa rotativă, trăgând în acelaşi timp cu 2 – 3 tf (2∙104 – 3∙10

4 N) până când

mufa îşi face loc prin porţiunea turtită.

Dacă garnitura se alungeşte şi se scurtează, adică punctul de prindere nu

cedează, se poate slăbi tracţiunea mai mult.

În coloanele cu diametre mici (5 3/4 in) şi la adâncimi mici se poate

lucra cu greutatea maximă. Dacă nici astfel nu se poate degaja garnitura,

trebuie determinat punctul de prindere. Adâncimea de prindere se .determină

prin calcule, pe baza datelor obţinute prin întinderea garniturii la anumite

sarcini, sau prin şablonarea ţevilor de extracţie.

Şablonarea ţevilor de extracţie se face cu un şablon de tablă subţire,

introdus cu cablu şi o prăjină grea. Dacă ţevile au suferit o deformaţie, ca

urmare a turtirii coloanei, şablonul se opreşte în acel punct şi se deformează,

indicând adâncimea la care sunt prinse ţevile.

Dacă ţevile de extracţie sunt complet blocate, după determinarea

adâncimii la care au fost prinse, ele se taie imediat deasupra punctului de

prindere, după care se extrag şi se începe reparaţia propriu − zisă a coloanei.

Pentru a obţine indicaţii asupra situaţiei la nivelul capătului de ţeavă

tăiată (poziţia sa în sondă şi diferenţa de adâncime între capătul de ţeavă şi

zona de blocaj), se execută operaţii de recunoaştere, respectiv modelare şi

şablonare.

207

În cazul existenţei unei blocări cu nisip, pentru a efectua spălarea

nisipului din jurul ţevilor, se foloseşte un burlan de spălare, care se introduce în

sondă cu o garnitură de prăjini de foraj de 2 7/8 in sau 3 1/2 in, care îmbracă

ţevile de extracţie, putând efectua fie o spălare simplă (circulaţie şi avansare),

fie o spălare combinată cu frezare.

În funcţie de gradul de compactitate al nisipului, burlanul de spălare va fi

echipat la partea de jos cu o freză corespunzătoare (fig. 5.24 a).

Dacă ţevile de extracţie sunt lipite de peretele coloanei de exploatare,

făcând dificilă îmbrăcarea lor de către burlanul de spălare, acesta se echipează

la partea de jos cu un pinten (fig. 5.24 c), care permite aducerea capătului

ţevilor spre centrul coloanei.

Dacă ţevile sunt lipite de peretele coloanei şi nisipul este compact, se

recomandă să se folosească un burlan tăiat la partea de jos sub un unghi ascuţit

(şper) care se poate urmări în figura 5.24 b). După ce se avansează prin spălare

pe toată lungimea burlanului de spălare, acesta se extrage şi se execută o

operaţie de deşurubare a porţiunii de ţevi de extracţie degajate de nisip,

folosind o garnitură de instrumentaţie alcătuită din prăjini stânga şi un

dispozitiv de prindere şi deşurubare.

În cazul prinderii ţevilor de extracţie în coloana de exploatare, în zona

unde s-a deformat, se procedează la frezarea coloanei în porţiunea defectă, fie

în jurul capătului de ţeavă tăiat, utilizând o freză burlan, fie frezând simultan şi

ţevile utilizând o freză cilindrică cu dinţi frontali. La un moment dat, în timpul

frezării, ţevile de extracţie se desprind din punctul de prindere şi cad la talpa

sondei. Operaţia se continuă până la frezarea completă a coloanei.

După rectificarea coloanei frezate cu freze tronconice de diametru mai

mare; se instrumentează pentru extragerea ţevilor de extracţie căzute, apoi se

manşonează coloana în dreptul porţiunii frezate.

Dacă ţevile au fost prinse prin turtirea numai a coloanei întregite sau a

coloanei de exploatare în zona necimentată, iar coloana exterioară cimentată

este bună, pentru remediere se recurge la o simplă instrumentaţie.:

- se taie ţevile de extracţie imediat deasupra nivelului la care sunt prinse,

- se deşurubează coloana şi se extrage o dată cu ţevile de extracţie;

- se întregeşte coloana

5.4.5. Manşonarea coloanelor reparate

Coloanele turtite, care au fost reparate, în majoritatea cazurilor necesită o

consolidare a porţiunii în care s-a lucrat. Aceasta se realizează printr-un

manşon de burlane, având diametrul cât mai apropiat de al coloanei reparate.

Manşonul este alcătuit din mai multe burlane cu mufe din corp, lungimea

sa depăşind porţiune de coloană reparată cu 15 – 20 m atât deasupra cât şi

dedesupt. La partea inferioară manşonul este prelucrat sub formă de şiu, cu un

mic pinten care îl împiedică să se rotească în timpul fixării. La partea

superioară este prevăzut cu filet pentru legătura cu capul de lansare, care la

rândul său se ataşează la garnitura de manevră prin intermediul unei geale de

fixare.

Înainte de introducerea manşonului în sondă se face un dop de ciment în

coloană, pe care să se sprijine manşonul.

Operaţia de fixare a manşonului se desfăşoară în următoarea succesiune:

208

- Se introduce manşonul până la dopul de ciment cu garnitura de ţevi de

extracţie.

Fig.5.27.Manşunarea unei coloane reparate

- Se verifică oglinda dopului de ciment.

- Se ridică manşonul aproximativ 1 m şi se începe cimentarea sa.

- Se pompează o cantitate de noroi, calculată astfel încât laptele de

ciment să ajungă în spaţiul inelar şi în ţevile de extracţie la acelaşi nivel, dar să

depăşească cu 15 – 20 m capul special al manşonului.

- Se lasă manşonul pe oglinda de ciment,urmărind indicatorul de greutate

Pentru a avea siguranţa de funcţionare a gealei, se ridică din nou

manşonul, până când se constată la indicatorul de greutate o creşte, apoi se

coboară 20 – 25 cm, pentru deschiderea gealei.

- Se deşurubează geala, prin rotire la dreapta cu ajutorul masei rotative.

- După pauza de priză se frezează cimentul până la baza manşonului cu o

sapă cu vârf ascuţit.

- Se face proba de presiune a coloanei.

Operaţia de reparare a coloanei se consideră terminată după frezarea

dopului de ciment realizat iniţial în sondă, curăţind coloana la interior.

5.4.6. Întregirea coloanei pierdute

Uneori, la sondele care au coloane pierdute, se avariază coloana

superioară. După repararea acesteia urmează să se consolideze coloana. Dacă

din motive tehnice şi de exploatare nu este posibilă manşonarea coloanei, se va

face întregirea până la suprafaţă a coloanei pierdute (fig. 5.28). Etanşarea în

punctul de legătură se face fie prin packerul cu plumb (fig. 5.28.a), fie prin

cimentare (fig. 5.28.b), în funcţie de gradul de etanşare necesar.

Ţevi de extracţie

Cap de lansare

Manşon

Coloana reparată

Pinten

Dop de ciment

209

Dacă presiunea în coloană sau presiunea de lucru nu este mare, se

utilizează packerul cu plumb (fig. 5.29).

a. b.

Fig.5.28, Întregirea coloanelor pierdute a. cu packer cu plumb; b. prin cimentare.

Pacherul cu plumb se înfiletează la primul burlan al coloanei care se

tubează şi se coboară încet până ce coloana de întregire intră în capul coloanei

Coloană

de întregire

Pacher

cu plumb

Coloană pierdută

Ciment

20 – 30m

210

pierdute. Ghidarea este realizată de

dopul din capătul inferior al pacheru-

lui. Când inelul de sprijin ajunge pe

conicitatea capului coloanei pierdute

se foarfecă şuruburile de cupru şi

lăsând o parte din greutatea coloanei

introduse (circa 4 – 5 tf ≈ 4∙104 - 5∙10

4

N) asupra inelului superior se

comprimă garniturile. Proba de

etanşeitate se face prin presiune în

spaţiul inelar.

La sondele la care există

presiuni mari sau la care coloana

reparată trebuie bine consolidată, se

face întregirea prin cimentarea

spaţiului inelar.

Coloana de întregire se introduce

cu o piesă specială conică care intră în

capul coloanei pierdute (fig.5.28. b)

Coloana de întregire se ridică cu

0,5 – 1 m , se cimentează cu o

cantitate de lapte de ciment calculată

astfel încât o parte să ajungă în spaţiul

inelar la înălţimea stabilită, iar în

coloană să rămână 20 – 30 m ciment

peste punctul de întregire.

Fig.5.29. Packer pentru coloana de întregire

coloana în capul coloanei pierdute şi se etanşează la suprafaţă.

După pauza de priză a cimentului se frezează cimentul, se face proba de

presiune şi se repune sonda în producţie.

Fixarea şi etanşarea coloanei pierdute în teren sau într-o altă coloană se

face în mod diferit, după cum aceasta este introdusă perforată sau neperforată,

pentru exploatarea unuia sau mai multor strate simultan.

După repararea unei coloane perforate – coloană unică (fig. 5.30 a) sau

coloana pierdută (fig. 5.30. b), pentru a o consolida se introduce în interiorul ei

o coloană pierdută perforată. Partea de jos şi cea de deasupra porţiunii

perforate se completează cu burlane neperforate. Această coloană pierdută se

sprijină în partea inferioară pe oglinda veche de ciment, iar la partea superioară

i se ataşează un pacher cu plumb cu acţionare mecanică.

În exploatarea sondelor prin coloană pierdută, sunt cazuri în care coloana

prin care urmează să producă ulterior şi alte strate superioare se defectează în

dreptul stratului perforat din care produce sonda

Mufa de burlan

Corp

Inel superior

Inele de distanţare Inel de etanşare

din cauciuc (plumb)

Inele de distanţare

Inel de etanşare

Inel inferior

Şurub de forfecare

Inel de sprijin

Şurub cap înecat

Ghidaj de lemn

Coloana pierdută

211

. a. b.

Fig. 5.30 Tubarea de coloane pierdute, perforate

După repararea coloanei turtite, urmează să se tubeze o nouă coloană

pierdută perforată, însă etanşarea acesteia nu se poate face în interiorul primei

coloane pierdute, pentru a nu acoperi stratele încă neexploatate.

Coloană

unică perforată

Strat productiv

Pacher

cu plumb

Coloană

defectă

Pacher

cu plumb

Coloană

perforată

reparată

212

Fig,5.31 Tubarea şi etanşarea unei coloane pierdute într-o coloană

pierdută şi reparată.

În acest caz sunt două variante:

a) Dacă stratele superioare nu permit, din anumite considerente geologice

şi tehnologice, exploatarea simultană a stratelor superioare cu cele inferioare,

se tubează o coloană pierdută, perforată numai în dreptul stratului de jos şi

etanşă deasupra capului primei coloane pierdute, în coloana precedentă cum se

poate urmări în figura 5.31. a.

2) Dacă stratele pot fi exploatate simultan, se perforează mai întâi stratele

superioare din coloana pierdută existentă în sondă, apoi se introduce o coloană

pierdută, perforată în dreptul stratelor productive şi se etanşată cu un pacher cu

plumb în coloana precedentă (fig. 5.31 b).

În prima alternativă există posibilitatea de a extrage coloana pierdută

prin deşurubare, după ce stratul inferior a fost epuizat şi trebuie cimentat.

Procedând astfel se evită perforarea prin două coloane la punerea în exploatare

a stratelor superioare, perforate ce nu reuşeşte totdeauna în coloane mici.În

cazul sondelor adâncite sau resăpate, unde au fost străbătute mai multe strate, a

căror exploatare trebuie să se facă separat, se face izolarea acestora precum şi

etanşarea în coloana precedentă a coloanei pierdute prin cimentarea ei pe toată

lungimea.

Fixarea unei coloane pierdute se realizează după lungimea ei astfel:

• coloană pierdută scurtă (sub 100 m) se va sprijini pe talpa sondei;

• coloană pierdută mai lungă de 100 m se fixează în coloana precedentă

cu un agăţător de coloană, pentru a evita flambarea şi îngenuncherea

sub greutatea proprie.

Coloană

pierdută

Strat exploatat cu coloană

defectă

Dop

de ciment

Packer

cu plumb

Coloană

pierdută perforată

Strate

perforate

213

Teste şi întrebări

1. Care sunt cauzele inundării cu apă?

2. Care sunt cauzele inundării cu gaze?

3. Cum se realizează izolarea conurilor de gaze şi de apă ?

4. Cimentarea liberă se aplică la sondele

a. cu adâncimi sub 1000 m,

b. la care necesarul de lapte de ciment nu depăşeşte în general 500

litri;

c. când intervalul perforat este mar; d. la care stratul productiv este foarte permeabil.

5. Cimentarea la nivel se aplică:

a. la sondele la care stratul productiv este foarte permeabil

b. la adâncimi sub 1000 m,

c. la o adâncime peste 1500 m

6. Cimentarea cu oglindă fixă se aplică:

a. la sondele la care nu există dificultăţi în legătură cu realizarea

circulaţiei de fluide.

b. la care necesarul de lapte de ciment nu depăşeşte în general 500 litri.

c. la sondele necesarul de lapte de ciment să nu fie mai mic de 1200-

1500 litri

7. Prin care din operaţiile de cimentare se realizează un dop de ciment

la talpa sondei fără a utiliza agregate de cimentare.

a. cimentarea la nivel;

b. cimentarea liberă;

c. cimentarea cu oglindă fixă.

8. Cum se realizează cimentarea sub presiune fără reţinător? (descrierea

unei variante pe baza schemei).

9. Care sunt cauzele tehnice care conduc la oprirea sondelor din

producţie?

10. Cum se realizează repararea coloanelor de exploatare turtite şi

păpuşate?

11. Repararea coloanelor cu defecţiuni sub formă de spărturi

12. Frezarea porţiunii turtite dintr-o coloană se realizează:

a. cu freza tip burlan;

b. cu o freză tronconică cât mai apropiată de diametrul coloanei; c. frezele cu dinţi laterali.

13. Cum se realizează manşonarea unei coloane perforate?

214

6. INSTRUMENTAŢII

6.1. Aspecte generale

Lucrările de instrumentaţii sunt operaţiile care se execută pentru

rezolvarea unor accidente tehnice în urma cărora au rămas în gaura de sondă

anumite echipamente, scule, dispozitive.

Aceste accidente se datoresc unor defecte de fabricaţie a echipamentelor

şi dispozitivelor utilizate la sonde, folosirii unor scule necorespunzătoare şi mai

ales neatenţiei sau lipsei de pregătire a personalului operator în timpul

lucrărilor de intervenţii sau reparaţii.

Accidentele tehnice se pot produce la sondele de producţie, având drept

urmare încetarea exploatării acestora, cât şi la sondele în intervenţie sau în

reparaţie.

Cele mai frecvente accidente tehnice se produc la materialul tubular din

sondă şi anume:

• scăparea în gaura de sondă a unor prăjini de foraj sau ţevi de extracţie

datorită unor elevatoare sau broaşte cu pene defecte sau manipulate greşit, a

ruperii sau a defectării frânei de la troliu;

• smulgerea din filet a ţevilor de extracţie sau a prăjinilor de foraj, din

cauza înşurubărilor incomplete;

• ruperea garniturii de ţevi de extracţie în cazul solicitărilor mari la

tracţiune în cazul prinderii în gaura de sondă, sau solicitărilor mari la torsiune,

în cazul frezării cimentului sau depunerilor de nisip;

• prinderea prăjinilor de foraj sau a ţevilor de extracţie în coloană,

datorită unei cimentări greşite, viiturilor de nisip sau a unor materiale căzute şi

înţepenite în spaţiul inelar.

La aceste accidente se mai pot adăuga: scăparea în gaura de sondă a

prăjinilor de pompare, scăparea sau înţepenirea în gaura de sondă a lingurilor

de curăţat sau de lăcărit, ruperea cablului de lăcărit sau de manevră, rămânerea

în gaura sondei a unor sape, freze sau alte instrumente din cauza ruperii

racordurilor sau a uzurii filetelor.

Prima operaţie care se execută la aproape toate instrumentaţiile este

modelarea, care constă în determinarea sau imprimarea formei capului

materialului scăpat şi a poziţiei pe care o ocupă în coloană. În acest scop se

folosesc modele cu plumb (fig. 5.35 a şi c) sau cu parafină (fig. 6.1 b).

Modelul cu plumb se introduce în sondă cu ţevi sau cu prăjini,

imprimarea făcându-se printr-o apăsare de 4 – 6 tf. Modelul trebuie să aibă un

diametru cu 5 – 10 mm mai mic decât diametrul coloanei. În ceea ce priveşte

poziţia de imprimare, modelul poate fi cu imprimare frontală, când interesează

situaţia în secţiune transversală (fig. 6.1 a) sau cu imprimare laterală (fig. 6.1 c)

când sunt necesare detalii asupra stării laterale a coloanei pe o anumită

adâncime.

215

La adâncimi mici se utilizează modelul cu parafină (fig. 6.1 b) care

imprimă mai adânc forma capului materialului tubular rămas în gaura sondei.

Acesta se introduce cu cablul având deasupra o geală şi o prăjină grea, cu

care se dă o singură bătaie asupra modelului.

Pentru reuşita operaţiei de instrumentaţie va trebui ca înainte de a fi

introdus în sondă dispozitivul de prindere cu care se face instrumentaţia să fie

Fig.6.1. Modele cu plumb şi parafină

supus la suprafaţă la o probă de prindere, folosind pentru aceasta o piesă

asemănătoare ca formă şi dimensiune cu cea după care se instrumentează.

În general garnitura de instrumentare trebuie să fie mai rezistentă decât

garnitura după care se instrumentează, pentru a se putea realiza în punctul de

prindere cu instrumentul respectiv tracţiunea maximă admisibilă asupra

garniturii rămase în gaura de sondă.

Practic se poate atinge circa 75 – 80% din efortul corespunzător limitei

de curgere a materialului.

6.2. Instrumentaţii după materialul tubular

Pentru recuperarea materialul tubular rupt, deşurubat sau smuls, rămas în

gaura de sondă, având capul nedeformat şi spaţiul inelar suficient de mare, se

utilizează corunci.

Coruncile sunt scule de instrumentaţie care prind la exteriorul

materialului tubular din sondă prin intermediul unor bacuri dinţate ce se

împănează pe suprafaţa materialului tubular prin alunecarea lor pe suprafeţe

înclinate sub acţiunea forţei axiale de întindere.

Coruncile se execută în diferite game constructive pentru toate

dimensiunile nominale ale materialelor tubulare ce se utilizează în gaura de

sondă. După examinarea amprentei pe suprafaţa frontală a modelului utilizat se

stabileşte tipul coruncii şi anexele ce pot fi folosite. Dintre anexe se pot

Plumb

Secţiunea A-B

Parafina

Cui de fier Plumb

A B

a.

b.

c.

216

enumera garnituri de etanşare, care asigură circulaţia după instrumentaţie,

siguranţa contra rotirii, dispozitive de ghidare şi corectare a capului rupt.

Sunt prezentate scheme şi câteva detalii constructive şi de manevrare a

tipurilor de corunci cu aplicabilitate frecventă în operaţiile de instrumentaţie.

Corunca normală – tip N (fig. 6.2) pentru prins prăjini de foraj şi ţevi de

extracţie nu este de tip declanşabil, dar se poate totuşi degaja prin rotire.

Fig. 6.2. Coruncă cu bacuri normale

Ea este alcătuită dintr-un tub de oţel prevăzut cu un locaş conic în care

se fixează bacurile acţionate de un arc.

Bacurile au dinţii de prindere sub forma unui filet stânga sau dreapta.

Mişcarea de rotaţie în interiorul corpului este blocată de o pană

longitudinală. Corunca este prevăzută cu o garnitură de cauciuc, care etanşează

pe prăjini sau ţevi şi permite efectuarea circulaţiei.

Acest tip de coruncă se introduce în sondă cu prăjinile de foraj sau ţevile

de extracţie. Când ajunge deasupra capului rupturii, se manevrează manual sau

cu masa rotativă, încât să se centreze capul materialului tubular rupt. Se

coboară apoi garnitura de instrumentaţie cu corunca.

Bacurile coruncii sunt ridicate în porţiunea mai largă de către bucata

ruptă, care pătrunde apoi sub bacuri. Arcul împinge bacurile în jos şi astfel la

ridicarea garniturii de instrumentaţie materialul tubular rupt este prins în

bacurile coruncii ce se află în locaşul conic.

Racord

Corp de oţel

Arcuri

Bacuri

Garnitură

de cauciuc

Pălărie de

ghidare

217

Pentru degajare, dacă garnitura rămasă în sondă nu se poate extrage, se

va roti corunca în sensul filetării prăjinilor de instrumentaţie. Deoarece dinţii

bacurilor formează un filet în sens invers, bacurile execută o mişcare de

deşurubare pe bucata de material tubular prins până se eliberează de aceasta.

Corunca tip MI Ivănescu

În figura 5.34 este ilustrată o coruncă cu declanşare automată prin simplă

manevră în jos. Ea se compune dintr-un corp cilindric care are la partea

superioară un racord 2, pentru legătura cu garnitura de instrumentaţie.

În interiorul corpului corunca are un declanşator cu şanţuri în zigzag,

unul lung şi unul scurt.

Printr-o uşoară presare a manşonului pentru ghidarea bacurilor pe capul

superior al materialului tubular din sondă şi apoi prin tragere în sus, ştifturile

de ghidare intră într-un şanţ lung. Bacurile alunecă pe partea conică a corpului

şi prind capătul ţevii de extracţie sau al prăjinii de foraj.

Când trebuie dezgăţată corunca este suficientă o apăsare a garniturii de

instrumentaţie pe coruncă şi apoi o ridicare a acesteia, pentru ca ştifturile de

ghidare cu manşonul de ghidare a bacurilor să rămână suspendate într-un şanţ

scurt în declanşator.

Racord

Declanşator

cu garnituri

Manşon

Corp cilindric

Bacuri

218

Fig.6.3. Coruncă Ivănescu (tip MI)

Dimensiunile principale ale coruncilor normale (tip N) şi a coruncilor tip

M.I sunt redate în tabelul 5.1.

Tabelul 6.1. Corunci tip N şi tip MI pentru ţevi de extracţie:

Diametru

exterior

mm

Coloana

prin care

trece

in

Prinde Sarcina

Corp

ţeavă

Cap

îngroşat

Mufa pentru corp tf

neîngroşat îngroşat

92

4 1/2 1,66 1,66 1,66

1,90 1,90 1,90 1,90 20

2 3/8 - - -

115

1,90 1,90 1,90 1,90

5 5/8 2 3/8 2 3/8 2 3/8 2 3/8 30

2 7/8 2 7/8 - -

126

2 3/8 2 3/8 2 3/8 2 3/8

6 5/8 2 7/8 2 7/8 2 7/8 2 7/8 40

3 1/2 - - -

140

2 3/8 2 3/8 2 3/8 2 3/8

7 2 7/8 2 7/8 2 7/8 2 7/8 50

3 1/2 3 1/2 3 1/2 -

152

2 3/8 2 3/8 2 3/8 2 3/8

7 5/8 2 7/8 2 7/8 2 7/8 2 7/8 50

4 4 - -

180

3 1/2 3 1/2 3 1/2 3 1/2

9 5/8 4 4 4 4 75

4 1/2 4 1/2 4 1/2 4 1/2

Tabelul 6.2. Corunci de tipul BM pentru ţevi de extracţie

Dimensiu

nea

nominală

in

Filet de

legătură

in

Materialul prins (in)

Ţevi de extracţie

Corp Îngroşare Mufă

neîngroşată

Mufă

îngroşată

3 5/8 1,9 1,05 – 2,063 1,05 – 1,9 1,05 – 1,9 1,05 – 1,6

4 2 3/8 2 3/8 2 3/8 2 3/8 -

4 1/2 2 7/8 N 2 7/8 2 7/8 2 3/8 2 3/8

5 3 1/2 L 3 1/2 3 1/2 2 7/8 2 7/8

5 1/2 3 1/2 L 4 4 3 1/2 L 2 7/8

6 3 1/2 L 4 1/2 - - 3 1/2

6 3/4 4 1/2 L - 4 1/2 4 4

7 1/2 4 1/2 L - - 4 1/2 4 1/2

8 1/16 4 1/2 L - - - 4 1/2

Corunca cu bacuri multiple

În figura 5.35 este prezentată o coruncă pentru prinderea materialului

tubular prevăzută cu două rânduri de bacuri pentru prinderea corpului ţevilor

de extracţie şi a mufelor de legătură.

219

În corpul cilindric al coruncii

sunt strânse bucşele tronconice prin

înfiletarea corpului cu garnituri de

etanşare la reducţia de legătură .

Bacurile expandabil sunt

ridicate la contactul cu capul rupt al

materialului tubular din sondă şi apoi

sunt presate pe acesta de bucşa de

ghidare şi arcul elicoidal.

Corunca este prevăzută cu pene

de siguranţă de ghidare a bacurilor

în sus şi în jos şi contra rotirii, cu

freză de corectare şi o pălărie de

ghidare.

Corunca cu bacuri spirale (fig.

5.36) este o coruncă fără declanşare.

Bacul spiral este o bandă metalică

elastică răsucită în elice cu suprafaţa

exterioară înclinată. El se montează

în locaşul spiral din corpul coruncii.

Angajarea coruncii pe corpul

ţevii sau prăjinii se face prin rotire şi

lăsare în jos, când bacul este împins

în sus pe suprafaţa elicoidală şi se

deschide. Pentru prindere se opreşte

rotirea şi se trage în sus. În acest

moment bacurile sub acţiunea

frecării îşi înfig dinţii în peretele

materia-lului tubular.

Fig.6.4. Coruncă cu bacuri multiple

Reducţie

Arc

Bucşă de ghidare

Corp cilindric

Bacuri

expandabile

Bucşe tronconice

Pene de siguranţă Garnitură

de etanşare Freză

Pălărie

de ghidare

Racord

Corp

6

Inel superior

Arc

Inel inferior

220

Fig.6.5 .Coruncă cu bacuri spirale

Corunca cu lame şi corunca cu clapă

În cazul ţevilor de extracţie rupte, care au fost atacate de coroziune nu se

poate realiza prinderea cu corunca cu bacuri şi se va utiliza corunca cu lame

sau corunca cu clapă.

Corunca cu lame este construită dintr-un burlan cu perete gros prevăzut

la partea inferioară cu mai multe lame în îndoite spre centrul burlanului.

Corunca se introduce pe ţevile de extracţie până când lamele ajung sub prima

mufă şi apoi se trage de coruncă cu garnitura de instrumentaţie.

.

a. b.

Fig.6.6 .Corunci cu clapă

Corunca cu clapă (fig. 6.6). Are la partea inferioară în locul lamelor una

sau două clape, menţinute în poziţie de prindere de către un arc.

Mecanismul de prindere este format din clapa ce este apăsată în jos de

către un arc şi un scaun montat în faţa clapei, încât la prindere, tăişul clapei şi

partea de sus a scaunului sunt în acelaşi plan cum se observă în figura 6.6.

Prăjina sau ţeava prinsă în coruncă se sprijină cu mufa ei într-o parte pe

tăişul clapei şi în partea opusă pe scaun.

Cu această coruncă se poate realiza şi deşurubarea când materialul

tubular nu este prins în coloană.

În coloana de diametru mic, cu un spaţiu inelar mic între coloană şi ţevile

de extracţie, corunca nu poate fi utilizată, neputându-se prinde materialul

tubular scăpat sau rupt rămas în gaura de sondă. În astfel de cazuri se utilizează

alte instrumente pentru prinderea pe faţa interioară a materialului tubular şi

anume racul când capătul este liber la interior şi nu este deformat sau dornul în

cazul existenţei unor deformaţii ale acestui capăt şi a unor depuneri de nisip,

ciment la interior.

Racii sunt scule de instrumentaţie care servesc pentru prinderea la

interior a materialului tubular rupt, deşurubat, smuls rămas în gaura de sondă,

Prăjină cu filet

Corpul coruncii

Resort

Clapă

Prăjină Scaun

Pălănie

Mufă

Reducţie din corp

Corpul coruncii

Resort

Clapă

Pălărie

Lingură de lăcărit

221

permiţând manevrarea cu sau fără circulaţie, pentru a fi degajat sau extras la

suprafaţă. Racii se pot folosi şi pentru deşurubarea materialului tubular.Aceste

scule se introduc în sondă cu ţevi de extracţie sau prăjini de foraj.

Sistemul de armare, fixare şi eliberare în şi din capul de instrumentat

variază după construcţia racului.

Racul declanşabil (fig. 6.7) este o sculă pentru instrumentat pe interiorul

ţevilor de extracţie rămase în sondă cu posibilităţi de declanşare în cazul când

acestea nu se degajează. El se compune din corpul 2, prevăzut cu trei şanţuri

drepte şi trei praguri conice, pe care lucrează fălcile cu bacuri de prindere 4. La

partea superioară se înşurubase mufa de legătură 1, iar la partea inferioară se

montează un cap de ghidaj 6.

La partea inferioară corpul racului este prevăzut cu arcurile lamelare 5,

care freacă pe interiorul ţevilor.

Înaintea introducerii racului se modelează capul ţevilor rămase în sondă

şi se şablonează interiorul lor pentru a verifica dacă se poate lucra cu racul.

Se introduce racul cu garnitura şi când se ajunge în dreptul ţevilor se lasă

uşor pe interiorul acestora până când mufa superioară a racului se aşează pe

capul lor. Se ridică apoi 25 – 35 cm şi se roteşte o jumătate de tură la dreapta

(sau la stânga).

Fig. 6.8. Rac declanşabil Fig. 6.9. Rac nedeclanşabil

pentru ţevile de extracţie (mort) pentru ţevile de extracţie

Mufă

de legătură

Corp

3

Bacuri

de prindere

Arcuri

lamelare

Cap

de ghidare

Cep

Piiedică

Corp

Ţeavă

de extracţie

Bacuri

Calotă

sferică

222

Prin frecarea lamelor de interiorul ţevii, colivia cu bacurile rămâne pe

loc, iar rotaţia corpului aduce feţele de prindere ale bacurilor în dreptul

acestora şi le împinge la exterior împănându-le pe ţevi. Dacă ţevile nu se

degajează şi racul este „dreapta”, se desgaţă, lăsând garnitura în jos şi rotind o

jumătate de tură la stânga.

Este important ca la angajarea racului să se lase un spaţiu de 25 – 35 cm

din lungimea lui afară din ţeavă de la sondă, deoarece în caz contrar el nu se

mai poate deforma şi rămâne blocat în sondă.

Racul nedeclanşabil (mort) – fig. 6.9 – se utilizează pentru instrumentat

material tubular, rămas în sondă, când există siguranţa că acesta nu este prins.

Cu acest rac se operează prin simpla coborâre a racului pe interiorul

ţevilor din sondă şi apoi ridicarea garniturii, moment în care bacul alunecă pe

corpul racului şi se împănează în ţeavă. Dacă garnitura cu care s-a introdus este

stânga, după angajare se execută deşurubarea.

Dimensiunile principale ale racului pentru ţevile de extracţie sunt date în

tabela 6.4.

Tabelul 6.4

Dimensiunea

nominală a

racului

Filetul de legătură

Diametrul

exterior al

corpului racului

Lungimea racului

in in mm Mm

1,9 2 3/8 REG

dr. sau stg.

38,2 1200

2 3/80 45 1405

2 7/8 2 7/8 REG

dr. sau stg. 56 1340

3 1/2 3 1/2 REG

dr. sau stg.

67 1690

4 80 1730

4 1/2 4 1/2 REG

dr sau stg. 96 2000

Dornurile (fig. 6.10) sunt scule de instrumentaţie care servesc pentru

prinderea prin tăiere de filet în interiorul materialului tubular rămas în sondă

atunci când:

- capătul superior al garniturii rămase în sondă este deformat şi nu

permite intrarea unui rac;

- spaţiul inelar dintre materialul tubular după care se operează şi coloana

nu permite instrumentarea cu o sculă la exterior;

Dornurile se utilizează pentru prinderea în prăjinile de foraj şi în

racordurile speciale ale acestora, în ţevile de extracţie şi în mufele lor, în

prăjinile grele, în prăjinile de foraj pentru sondeze şi în niplurile lor de

legătură.

Un dorn are o formă tronconică alungită şi este filetat la dreapta sau la

stânga pe întreaga suprafaţă, pasul fiind de 3 mm. Are pe suprafaţa sa şanţuri

longitudinale care uşurează ţinerea filetului. De obicei aceste şanţuri se umplu

cu plumb pentru a realiza etanşarea între dorn şi materialul tubular din sondă

când este necesară circulaţia de noroi.

Diametrul, lungimea şi conicitatea dornului variază după garnitura care

urmează a fi prinsă.

223

În figura 6.10 a. este reprezentat un dorn normal de prindere în corpul

materialului tubular – prăjină de foraj, prăjină grea sau ţeavă de extracţie.

În figura. 6.10 b. este reprezentat un dorn de prindere în corpul

materialului tubular când în capul rupt există racordul special al prăjinilor de

foraj, mufa sau niplul. În coloanele de diametru mare, pentru a se evita

pătrunderea dornului alături de ţevile de extracţie din sondă se ataşează la

acesta o pălărie cu pinten pentru ghidare (fig. 6.10 c.).

Dornurile se introduc în gaura de sondă cu prăjina dreaptă când este

necesar de a extrage o garnitură rămasă în gaura sondei sau cu prăjini stânga

când urmează să se extragă prăjinile de foraj sau ţevile prin deşurubare.

Instrumentarea cu dornul constă din introducerea acestuia cu prăjinile

corespunzătoare, circularea fluidului deasupra capului rupt, eventual centrarea

acestuia cu pălăria de ghidare. Se opreşte circulaţia şi după introducerea

vârfului dornului de capul rupt se apasă cu aproximativ 20 – 30 KN simultan

cu rotirea lentă a garniturii de foraj. După tăierea filetului se porneşte circulaţia

şi se întinde de garnitura de prăjini până la forţa admisă de aceasta.

După ţevile de extracţie scăpate sau rupte în gaura de sondă se

instrumentează cu dorn dreapta numai în coloanele cu diametru mic, unde nu

se poate instrumenta cu corunca sau cu racul şi unde există certitudinea că

materialul tubular din gaura de sondă poate fi extras uşor. Când se lucrează cu

acest dorn se interpune între acesta şi garnitura de prăjini cu care se

instrumentează un racord de siguranţă.

Dornul are dezavantajul că nu este o sculă declanşabilă .Din cauză că se

lucrează cu apăsare, cu el se deşurubează în general numai câte o bucată sau

două bucăţi din garnitură. Din acest motiv este indicat să se utilizeze dornul

numai pentru extragerea primei bucăţi deformate şi apoi să se încerce

continuarea operaţiilor cu racul declanşabil.

Fig. 6.10.Dornui

224

a. dorn normal; b. dorn de prindere prin racorduri;

c .dorn cu manşon şi pălărie de ghidare.

Dimensiunile principale ale dornurilor pentru ţevile de extracţie sunt date

în tabelele 5.3 şi 5.4.

Tabela 6.5 Caracteristicile tehnice ale dornurilor pentru ţevi de extracţie.

Dimensiunea nominală a

dornului şi prinderea

capului racord d1 x d2

Dimensiunile Prinderea

corpului

ţevii de

extracţie

Diametrul

pălăriei d l

in mm mm mm in mm

1,66 - 30 x 48 55,9 1,660 76

1,90 - 63,5 550 1,900 83

2 3/8 REG 79,4

2 3/8 REG 34 x 59 77,8 1,900 95

2 3/8 REG 34 x 59 79,4 700 2,063

2 7/8 REG 34 x 59 93,2 2 3/8 102

2 7/8 REG 34 x 59

2 7/8 REG 40 x 70 93,2 2 3/8 114

2 7/8 REG 40 x 70 95,2 800

3 1/2 REG 40 x 70 114,3 2 7/8 126

3 1/2 REG 40 x 70 108

3 1/2 REG 54 x 85 114,3 2 7/8 126

2 1/2 REG 54 x 85 108 880 3 1/2 138

3 1/2 FH 54 x 85 117,5

Tabela 6.6. Caracteristicile tehnice ale dornurilor pentru prinderea mufei

Dimensiunea nominală a

dornurilor pentru prinderea mufei

Dimensiuni

principale Prinde mufa – ţeava de

extracţie d l

in mm mm mm mm in

2 3/8 REG stg dr 41 x 49 79,4 42,2 1,660

2 3/8 REG stg dr 45 x 53 79,4 42,2 1,660

2 3/8 REG stg dr 47 x 55 79,4 47,3 1,900

2 3/8 REG stg dr 52 x 60 79,4 400

48,3 1,900

2 3/8 REG stg dr 59 x 67 79,4 60,3 2 3/8

2 3/8 REG stg dr 64 x 72 79,4 60,3 2 3/8

2 7/8 REG stg dr 71 x 79 95,2 73,0 2 7/8

2 7/8 REG stg dr 76 x 84 95,2 73,0 2 7/8

3 1/2 REG stg dr 86 x 94 108

88,9 3 1/2

3 1/2 REG stg dr 92 x 100,5

225

Tutele (fig.6.11) sunt scule de instrumentaţie nedeclanşabile care servesc

pentru prinderea prin tăiere de filet pe exteriorul materialului tubular rămas în

gaura de sondă.

O tută este construit dintr-un corp cilindric, care are la partea superioară

o mufa pentru prinderea la garnitura de instrumentaţie. La interior este

prevăzută cu filet stânga sau dreapta tăiat longitudinal prin patru sau şase

canale. Aceste canale uşurează tăierea filetului şi ajută la degajarea şpanului.

Pentru asigurarea circulaţiei fluidului de foraj, aceste canale sunt umplute cu

plumb, cum se vede în figura 5.41 b, ce reprezintă o secţiune transversală prin

tută.

La partea inferioară tutele pot fi prevăzute cu dinţi pentru frezare ca în

figura 5.41 a sau cu filet cilindric exterior, în care se îmbină un şiu. dinţat (fig.

6.11 c) în scopul strângerii aşchiilor sau cu o pălărie cu pinten pentru ghidare

(fig. 6.11 d).

Filetul tutelor ca şi al dornurilor este triunghiular, în conformitate cu

standardele ISO, iar pentru prăjinile de foraj şi prăjini grele sunt realizate şi

filete de tipul Buttress.

Tutele de diferite lungimi şi conicităţi se utilizează mai ales în cazurile în

care la partea superioară materialul tubular rămas în sondă este deformat, astfel

încât nu se poate prinde cu alt instrument sau este corodat şi nu poate suporta

eforturi mari la locul de prindere.

Pentru instrumentaţie tuta se introduce pe capul materialului tubular din

sondă până în punctul unde secţiunea interioară a corpului ei are un diametru

a.

226

Fig. 6.11. Tută

a. secţiune longitudinală; b. secţiune transversală;

c. freză; d. pinten de ghidare.

egal cu diametrul capătului materialului tubular. Apoi se rotesc prăjinile cu

care s-a introdus tuta în sensul în care sunt tăiate filetele pe corpul tutei. În

acest caz tuta va tăia un filet pe peretele exterior al materialului tubular din

sondă. Continuând rotirea prăjinilor cu filet stânga, prăjinile sau ţevile din

gaura de sondă se vor deşuruba acolo unde înşurubarea a fost mai slabă.

Bucăţile deşurubate (prăjini sau ţevi) rămân suspendate în tută şi sunt extrase

împreună cu aceasta.

După ce s-a extras prin deşurubare cu tuta o parte din garnitura rămasă în

sondă, se utilizează alte scule de instrumentaţie care se pot fixa şi degaja din

materialul prins şi anume corunca sau racul.

Tabela 6.7. Caracteristicile tehnice ale tutelor pentru ţevile de extracţie.

Dimensiunea

nominală tută

racord cap - fund

Diametr

u

exterior

Materialul prins

Corp Îngroş

are

Mufă

C.N. C.I. M.C.

in 1,66 REG 1,9 REG

2 3/8 REG

2 3/8 REG 2 3/8 REG

2 7/8 REG

3 1/2 FH(REG)

4 1/2 FH(REG) 4 1/2 FH(REG)

4 1/2 FH(REG)

4 1/2 FH(REG)

mm in in in in in 58 1,66 - - - -

67 1,9 - - - -

80 - 1,9 - - -

80 2 1/16 1,9 1,9 1,66 1,9

90 2 3/8 - - 1,9 2 1/16

100 2 7/8 2 3/8 - 2 3/8 2 3/8

123 3 1/2 3 1/2 3 1/2 2 7/8 2 7/8

146 4 4 3 1/2 2 7/8 2 7/8

148 4 1/2 4 1/2 4 1/2 4 3 1/2

162 - - 4 1/2 4 -

172 - - 4 1/2 -

Racordurile de siguranţă sunt scule care asigură protecţia garniturilor de

foraj sau ţevi de extracţie în timpul operaţiilor de instrumentaţii.

Când se lucrează cu scule nedeclanşabile (tută, dorn, rac mort), pentru

evitarea blocării garniturilor cu care se instrumentează în caz de nereuşită a

operaţiilor, se intercalează între acestea şi scula respectivă un racord de

siguranţă.

În principiu, racordurile de siguranţă constau din două piese etanşate

între ele.care se îmbină printr-un filet cu pasul mare Cuplul este asigurat prin

forma suprafeţelor de contact ale celor două piese.

În figura 6.12 sunt prezentate două tipuri de racorduri de siguranţă:

1. Racord cu zăvor şi arc elicoidal (fig. 6.12 a);

2. Racord cu suprafeţe de blocare (fig. 6.12 b).

Ambele racorduri constau dintr-un corp, o mufa, şi garniturile de etanşare

. Filetul racordului cu zăvor are profil trapezoidal, iar cel al racordului cu

suprafeţe de blocare are forma dinţilor de fierăstrău.

La racordul cu zăvor se înfiletează întâi mufa de legătură la corpul

prevăzut cu garniturile de etanşare, apoi se introduc arcul şi mufa zăvor.

Ansamblul se înfiletează complet într-o mufa. Către partea finală a acestei

înşurubări, arcul şi mufa zăvor sunt comprimate. La eliberare arcul împinge

mufa zăvor realizând blocarea celor două piese principale (corp şi

227

mufă).Zăvorul este de fapt o cuplă cu bacuri frontale care prin forma

suprafeţelor în contact asigură cuplarea, respectiv blocarea numai în sensul

filetului.

a. c.

Fig. 6.12. Racorduri de siguranţă a . cu zăvor şi arc elicoidal; b. cu suprafeţe de blocare; c. filet.

La racordul de siguranţă cu suprafeţe de blocare cepul se înşurubează în

mufă realizându-se o dublă blocare pe suprafeţele profilate (frânte sau ondulate

şi pe flancurile filetului. Prin înfiletare piesele sunt împinse una către cealaltă.

Diametrul exterior este egal cu diametrul racordului special al prăjinilor

de foraj sau al mufei ţevilor de extracţie cu care se introduce în sondă, iar

diametrul interior este egal cu diametrul interior al acestora.

Dacă materialul tubular prins în gaura sondei, după care s-a instrumentat

cu dornul, tuta sau alt instrument nu se poate degaja, se deşurubează racordul

de siguranţă, în sensul invers al filetului garniturii cu care este introdus,

rămânând în sondă numai partea inferioară a racordului de siguranţă.

Eliberarea racordului de siguranţă în sondă, în special a celui cu dublu

blocaj, se face prin rotire cu una la trei turaţii la stânga, (funcţie de adâncimea

sondei) lăsând o greutate pe racord de 10 – 20 kN.

Extragerea ţevilor de extracţie, prinse în coloană într-un timp mai scurt şi

fără pericolele de complicare a instrumentaţiei, posibile la o deşurubare

(deşurubarea din mai multe locuri, smulgerea garniturii în timpul extragerii din

filete deşurubate parţial) se poate realiza prin tăierea acestora deasupra locului

Mufă

zăvor

Arc

Corp

Mufă

Garnitură

de etanşare

Corp

Garnitură

de etanşare

Mufă

228

de prindere. Această operaţie se poate realiza prin interior sau din exterior cu

cuţite pentru tăiat material tubular.

Cuţitul pentru tăiat prin interior lucrează prin apăsare şi forţa de apăsare

este menţinută constant printr-o geală şi o anumită lungime de prăjină grele, iar

alegerea secţiunii de tăiere se face printr-un detector de mufe.

Elementele caracteristice ale unui cuţit pentru tăiat din interior sunt

dispozitivul de armare şi centrare, dispozitivul de fixare şi dispozitivul de

tăiere.

Dispozitivul de armare şi centrare este acelaşi ca la raci sau la pachere

fiind format din centrori cu lame sau patine şi arcuri elicoidale.

Dispozitivul de fixare este format din bacuri care glisează pe planuri

înclinate asigurând împănarea prin manevrare în sus.

Dispozitivul de tăiere este compus din trei lame tăietoare decalate la

1200, asigurându-se astfel echilibrarea forţelor de apăsare pe peretele de tăiat.

În figura 6.13 este reprezentat în secţiune longitudinală un cuţit pentru

tăiat prin interior.

Fig,6.13. Cuţitul pentru tăiat prin interior

La racordul special se asamblează prăjinile grele la partea

superioară, iar la partea inferioară se înfiletează corpul prevăzut cu trei pene

longitudinale. Pe acest corp sunt montate în ordine arcul, manşonul lamelar ,

Racord special

Corp

Arc

Manşon lamelar

Manşon de ghidare

Inel de frecare

Inele

Bacuri

Brăţară

Inel cu urechi

Corp de acţionare

Lamelele centrorului

Cap de acţionare

Piese de ghidare

Bolţuri Lamele tăietoare

Inele

Şurub

229

manşonul de ghidare , lamele tăietoare articulate cu nişte bolţuri în piese de

glisare şi inelul de frecare. La capătul inferior al corpului este înfiletat capul de

acţionare asigurat cu un şurub. Toate aceste piese se rotesc în timpul operaţiei

de tăiere.

Dispozitivul de fixare este alcătuit dintr-un ansamblu de inele, bacuri,

brăţări şi inelul cu urechi. Sistemul de armare este compus din corpul de

acţionare împreună cu lamelele de arc ale centrorului. Capul de acţionare este

înfiletat la corpul de acţionare printr-un filet cu pasul mare.

Garnitura, compusă în ordine din cuţit, detectorul de mufe, prăjinile grele

şi geală, se introduce cu garnitura de prăjini de foraj sau ţevi de extracţie până

la adâncimea unde se intenţionează tăierea garniturii prinse în sondă.

Lamele detectorului de mufe şi lamele centrorului freacă de pereţii

interiori ai garniturii prinse.

Se ridică uşor cuţitul până ce se observă la indicatorul de greutate o

mărire bruscă a greutăţii. În această poziţie detectorul are lamele blocate în

spaţiul mărit din racordurile speciale sau mufa de legătură, iar geala este

deschisă complet.

Garnitura se roteşte lent cu 5 – 8 rotaţii la dreapta, simultan cu coborârea.

În această situaţie lamele centrorului sunt blocate din cauza frecării; manşonul

de acţionare şi bacurile nu se rotesc. Capul de acţionare , fixat printr-un şurub

se deşurubează din corpul de acţionare , separând partea rotitoare de cea fixă.

Bacurile iau contact cu pereţii garniturii prinse. Garnitura de instrumentaţie în

coborâre împinge suportul bacurilor sub bacuri, presându-le puternic în pereţi.

Rotirea dintre cele două părţi se face pe cele două inele de fricţiune.

După prinderea bacurilor se opreşte coborârea. Corpul interior al cuţitului

avansează numai sub greutatea constantă a prăjinilor grele, deschizând puţin

geala şi împingând în jos lamele tăietoare care glisează pe penele longitudinale

şi pe planurile înclinate ale manşonului de ghidare. Lamele tăietoare sunt

împinse pe pereţi.

Menţinerea secţiunii de tăiere în acelaşi plan, simultan cu avansarea

cuţitului în perete este asigurată de forţele radiale provocate de forţa axială a

prăjinilor grele combinate cu forţa axială constantă a arcului ce acţionează

asupra manşonului lamelar.

Circulaţia fluidului, necesară răcirii şi evacuării şpanului, se realizează

prin spaţiul inelar cuprins între cuţit şi interiorul garniturii prinse în teren.

În tot timpul operaţiei de tăiere, garnitura prinsă în teren se menţine sub

tensiune. Terminarea tăierii se semnalează prin micşorarea bruscă a greutăţii

garniturii prinse.

Extragerea cuţitului din sondă se efectuează prin ridicarea garniturii,

operaţie care conduce la săltarea suportului de sub bacuri şi eliberarea

bacurilor.

Dacă este necesară o nouă tăiere într-o secţiune inferioară, se coboară

garnitura în dreptul acesteia, repetându-se aceleaşi faze de detectare a mufei,

anclanşarea bacurilor şi tăiere.

Cuţitul pentru tăiat din exterior, fig. 6.14 se compune dintr-un racord

de legătură cu burlanul de îmbrăcare a capătului materialului tubular de tăiat,

un corp şi pălăria de ghidare . În interior sunt montate în ordine distanţierul,

ghidajul cu arcurile lamelare nituite pe ghidaj, inele, arcul , ghidajul cu

lamele care oscilează în nişte bolţuri. Ghidajul este fixat cu ştifturi de

forfecare şi blocat înainte de introducerea în sondă cu un şurub de fixare.

230

Cuţitul se introduce în sondă cu garnitura de prăjini de foraj sau ţevi de

extracţie şi burlane de lungime cel puţin egală cu lungimea materialului de

tăiat. Prin rotire şi coborâre lentă, pălăria ghidează cuţitul pe capătul

materialului tubular ce trebuie tăiat.

În general, lungimea materialului de tăiat nu depăşeşte 100 – 200 m.

Fig.6.14. Cuţitul pentru tăiat din exterior

În apropierea secţiunii de tăiere se ridică cuţitul până ce arcurile lamelare

se opresc sub o mufă a materialului tubular din sondă. Oprirea se semnalează la

suprafaţă la indicatorului de greutate.

Se ridică puţin garnitura de prăjini, moment în care se foarfecă ştifturile ,

iar arcul împinge ghidajul pe capetele lamelor, care vor lua contact cu peretele

materialului tubular de tăiat.

Cu o sarcină suplimentară până la greutatea proprie a garniturii de prăjini,

menţinută cât mai constantă şi cu turaţie de 10 – 15 rot/min se începe operaţia

de tăiere.

Racord

Distanţiere

Arcuri lamelare

Nituri

Ghidaj

Corp Inele Inele

Arc

Ghidaj

Ştifturi de forfecare

Lamele

Bolţuri

Pâlnie de ghidare

Şurub de fixare

231

În cursul operaţiilor de ghidare, fixare şi tăiere, fluidul de foraj este în

circulaţie, în scopul evacuării şpanului şi a răcirii lamelor tăietoare.

Terminarea tăierii se semnalează prin unele trepidaţii şi prin micşorarea

forţei de întindere a garniturii de prăjini sau ţevi de extracţie. Tronsonul tăiat

rămâne prins în cuţit

Geala

Geala este o sculă de instrumentaţie folosită la diferite operaţii cum ar fi:

tăierea materialului tubular cu cuţite prin interior, filetări cu dornul sau tute sau

la deşurubări cu racul. Ea se intercalează între garnitura de prăjini sau ţevi de

extracţie şi scula de instrumentaţie.

În cazul operaţiei de tăiere a materialului tubular, geala trebuie să asigure

avansarea, rotirea şi circulaţia necesare acestei operaţii. Pentru aceasta ea este

alcătuită din două piese tubulare telescopice prevăzute de-a lungul cursei de

glisare cu canale şi ghidaje sau caneluri etanşe.

În figura 5.45 este reprezentată o geală mecanică liberă utilizată la

operaţii de instrumentaţie şi la lansarea coloanelor pierdute. Partea superioară

este alcătuită dintr-o reducţia 1 prevăzută cu mufa specială (4 1/2 U) pentru

îmbinarea cu prăjinile grele şi este înfiletată la mantaua 2. La partea de jos a

mantalei se înfiletează piuliţa din două jumătăţi 3. Mandrina 4 are la un capăt

cepul special 4 1/2 in, iar la celălalt capăt un piston prevăzut cu garnituri de

etanşare 5 pentru ambele sensuri.

Fig.6.15. Geală

Telescoparea părţii superioare, în partea inferioară se realizează prin glisa-

Reducţie

6

2

Piston cu garnitură de etanşare

6

Piuliţă

Mandrină

232

rea piuliţei pe corpul mandrinei cuprins între piston şi umărul capului special.

Pentru funcţionarea liberă la operaţiile de instrumentare cu avansare a

sculei (dorn, tută, rac, cuţit), geala se deschide parţial. Pentru aceasta se

suspendă în cârlig numai greutatea garniturii de instrumentaţie până la geală şi

apoi se coboară lent pe scula de instrumentaţie, urmărind indicatorul de

greutate. În momentul când coborârea continuă însă acul indicatorului a rămas

imobilizat, se frânează troliul. Se continuă coborârea până aproape de

închiderea gealei.

Cu această geală se pot da lovituri de sus în jos realizând o manevră

corespunzătoare a garniturii de prăjini sau ţevi de extracţie din sondă pe o cursă

limitată şi acţionând brusc frâna troliului.

Geala hidraulică utilizată la instrumentări cu garnitura de prăjini de

foraj, la operaţiile de carotaj, probări strate, devieri de gaură de sondă, spălări

dă lovituri numai de jos în sus.

Detectoarele de mufe se asamblează deasupra cuţitului de tăiat prin

interior în scopul localizării zonelor de îmbinare ale materialului tubular de

tăiat evitând astfel zonele îngroşate ale capetelor sau mufele de legătură.

Detectarea constă în frecarea unor lame de arc sau lame opritor, în

contact permanent cu suprafaţa interioară a materialului tubular de tăiat. În

zona de tăiere prin ridicarea garniturii de instrumentaţie, lamele sunt oprite în

spaţiul liber din dreptul primei mufe întâlnite, semnalând aceasta la indicatorul

de greutate.

Fig. 6.16.Detector de mufe cu lame

În figura 5.46 este reprezentat schematic detectorul de mufe cu lame.

Acesta este compus dintr-un corp pe care culisează un manşon prevăzut cu

patru lamele din oţel de arc. Corpul este prevăzut la capete cu racorduri

Racord special tip cep

Lamele de arc

Manşon

Ştifturi de forfecare

Cămaşă exterioară

Corp

Racord special tip cep

233

speciale tip cep. De manşon este fixată o cămaşă exterioară prin ştifturi de

forfecare.

Un capăt al lamelor este liber şi arcuit spre exterior, iar celălalt capăt este

nituit în interiorul manşonului.

Prin tragerea garniturii de lansare a cuţitului, ştifturile se foarfecă, iar

prin ridicarea cămăşii, lamele sunt retrase în interiorul ei, permiţând extragerea

garniturii şi cuţitului.

6.3. Instrumentaţii după prăjini de pompare

În cazul ruperii prăjinilor de pompare sau deşurubării acestora, sonda nu

mai produce, dar ţevile de extracţie rămân pline cu lichid şi unitatea de

pompare dezechilibrează sau se opreşte.

Se va trece la intervenţia propriu – zisă pentru rezolvarea ruperii.

După ce se fac operaţiile de pregătire a sondei pentru manevre se lasă

garnitura de prăjini în jos. Dacă se constată o deşurubare se va efectua o probă

de înşurubare. Dacă se constată întregirea garniturii de prăjini, atunci trebuie

întărită înşurubarea ţinându-se seama că odată cu strângerea cepului respectiv

se mai pot strânge şi alte îmbinări din garnitură.

Pentru ca operaţia să nu provoace accidente din cauza torsionării

garniturii în timpul strângerii, este indicat să se folosească pentru strângerea de

siguranţă o cheia circulară ca ea prezentată în figura 6.17).

Fig. 6.17. Cheie circulară

Cheia circulară se foloseşte la operaţiile de deşurubare a prăjinilor de

pompare, când garnitura de prăjini este prinsă în nisip în ţevile de extracţie, sau

când se extrag concomitent prăjinile de pompare şi ţevile de extracţie.

Prin construcţia sa, cheia se poate folosi la toate dimensiunile de prăjini

de pompare.

Dacă nu se obţine un rezultat favorabil, la testarea de înşurubare a

garniturii de prăjini de pompare, se extrag prăjinile de pompare până la ruptură

pentru a se constata locul unde s-a produs.

Prinderea capătului liber de prăjini de pompare rămas în gaura de sondă

se face cu ajutorul unei corunci corespunzătoare (fig. 5.48 a, b, c), ale căror

bacuri pot prinde fie pe corpul prăjinii, fie sub mufa acesteia. Aceste tipuri de

corunci sunt de tipul declanşabil, deci ele se extrag întotdeauna după

instrumentaţie, pentru înlocuirea bucăţii rupte.

234

Corunca declanşabilă universală D.U. (fig. 5.48 c) are un grad înalt de

operativitate şi realizează o prindere sigură fie pe corpul, fie pe mufa prăjinii de

pompare. Această coruncă cuprinde bacuri cu dinţi 3, pentru prinderea

prăjinilor de corp şi bacuri de fricţiune 6, pentru prinderea sub mufa prăjinii.

Corunca poate fi introdusă cu ambele bacuri sau numai cu unul singur.

Se construiesc şi corunci cu trei rânduri de bacuri, pentru prinderea mai

multor dimensiuni de prăjini de pompare, spre exemplu 3/4, 7/8, 1 in. Aceste

tipuri de corunci (cu bacuri multiple BM) au bacurile expandabile, tronconice

la exterior, care alunecă pe bucşe tronconice introduse în corpul coruncii.

La interior bacurile sunt

prevăzute cu dinţi elicoidali cu trei

începuturi, ceea ce asigură o degajare

rapidă de pe corpul prăjinii de

pompare.

Degajarea se realizează prin

rotirea la dreapta a garniturii de

instrumentaţie.

Dacă ruperea se produce în zona

pătratului pentru cheie se va

instrumenta cu o coruncă cu un singur

bac, sau cu o coruncă cu clapă

(fig.6.6.a) cu diametrul corespunzător.

Introducerea în sondă a coruncii se

face cu o garnitură de prăjini de

pompare.

În cazul unei sonde cu debit

mare de ţiţei, pentru a micşora timpul

neproductiv pe care îl reprezintă

operaţia de extragere a prăjinilor din

sondă, se recurge uneori la folosirea

unei corunci speciale nedeclanşabile,

cu care se realizează prinderea

capătului

rupt, respectiv întregirea garniturii de

prăjini fără înlocuirea bucăţii rupte de

prăjină.

Fig.6.18.Coruncă de prindere

pe corpul prăjinii de pompare

235

Fig.6.19. Coruncă de prindere

pe mufa prăjinii de pompare

Angajarea coruncii de întregire pe

corpul prăjinii rupte se realizează fel: se

lasă greutatea pe coruncă, capul prăjinii rupte încercând să intre în

coruncă ridică puţin bacurile, care comprimă un arc, până când prăjina

intră în interiorul lor. După intrarea corpului prăjinii în bacuri se întinde

garnitura, arcul se va destinde şi împinge bacurile în locaşul conic din partea

inferioară a coruncii. Aceste bacuri sunt astfel forţate să se strângă pe prăjină şi

să solidarizeze corunca cu restul garniturii rămase în sondă.

După întregire se continuă funcţionarea în mod normal a sondei.

Coruncile de întregire nu sunt indicate la sondele adânci, în care se

apreciază că în urma şocului produs în momentul ruperii se slăbesc legăturile

la mufe, existând pericolul deşurubării lor ulterioare şi nici la sondele care

produc ţiţei parafinos.

6.4. Instrumentaţii după cabluri

Sunt frecvente cazurile când în urma unor manevre cu ajutorul cablului,

acesta împreună cu instrumentul respectiv să rămână în gaura sondei, din cauza

ruperii cablului sau a smulgerii lui din racordul de legătură.

Atunci când se constată că un instrument introdus cu cablu nu mai poate

fi extras din sondă, fiind prins în coloană sau în nisip, trebuie mai întâi să se

încerce degajarea acestuia prin simple tracţiuni repetate şi sporite până la limita

admisibilă a cablului respectiv, ţinându-se seama şi de starea acestuia.

Dacă nu se reuşeşte degajarea în acest fel, se exercită cu ajutorul

macaralei o tracţiune mai puternică, însă inferioară celei corespunzătoare

rezistenţei la rupere a cablului.

Fig.6.20. Coruncă

universală de prindere

pe corp şi pe mufă

236

Cablul trebuie bine prins de macara, astfel încât să nu se rupă din punctul

de legătură cu acesta. De asemenea, în timpul tracţiunii cablul nu trebuie să fie

curbat, deoarece s-ar produce tensiuni inegale în viţele cablului. În acest scop

se utilizează şarniere speciale pentru cablu.

Şarnierele (fig. 5.49) sunt constituite din două plăci de oţel, cu grosime

de 30 – 35 mm fiecare, care se strâng cu 6 – 10 şuruburi după caz. În lungul

acestor plăci se execută spre interior un şanţ longitudinal, cu secţiunea

semicirculare, cu un diametru (d) mai mic cu circa 1 mm decât diametrul

cablului de prindere.

Fig- 6.21. Şarniare pentru cablu

După ce sunt strânse cele două plăci pe cablu prin intermediul

şuruburilor, pe ele se montează chiolbaşii sau un gânj din cablu gros în

locaşurile speciale, făcându-se astfel legătura cu macaraua. În acest mod,

efortul de tracţiune asupra cablului este perfect axial.

În cazul în care nu se poate degaja în acest fel, trebuie evitată ruperea lui

prin tracţiune, întrucât aceasta conduce la căderea lui în sondă, la degradarea sa

şi pentru extragere necesită o instrumentaţie dificilă.

De aceea, este preferabilă tăierea cablului cât mai aproape de

instrumentul prins şi dacă se poate chiar de la racordul cablului cu acest

instrument. În acest scop se folosesc cuţite speciale pentru tăiat cablu

prezentate în fig. 5.53 şi fig. 5.54, care se introduc în sondă cu ţevi de extracţie

sau prăjini de pompare.

Cuţitul pentru tăiat cablul prin lovire (fig. 6. 22 )

Acest cuţit este alcătuit dintr-un corp cilindric, care are la partea

superioară o tijă cu cep de legătură, o mufă specială prevăzută cu o deschidere

laterală prin care se introduce cablul de tăiat. La partea inferioară este un

ciocan tubular sub forma unei tije de ghidare, care face legătura cu nicovala

tubulară . În interiorul acesteia lucrează pistonul de la cutia cuţitelor . Nicovala

tubulară este prevăzută cu un canal. longitudinal

237

de 40 – 50 mm, în care se plimbă un

şurub care este prins de pistonul cutiei

şi îi permite să se deplaseze în

lungimea canalului

La partea inferioară se află un

canal în formă de cerc cu două

şuruburi cu cap ascuns, pentru

menţinerea cuţitelor la poziţia de

deschidere, ca să nu taie cablul în

timpul introducerii. Pistonul cutiei

cuţitelor este prins de nicovala

tubulară, în poziţia de deschidere, cu

un şurub de cupru 8. Capacul 13

protejează cuţitele şi este prins de

cutia cuţitelor cu două şuruburi.

Pentru a realiza tăierea cablului

se trece capătul cablului de la tobă

prin gaura mufei cuţitului, după care

acesta se introduce în sondă cu prăjini

de pompare sau cu ţevi de extracţie

alunecând pe cablu până deasupra

dispozitivului rămas în sondă.

Cu ajutorul unei geale, montate

deasupra cuţitului se dau câteva

lovituri care se transmit ciocanului

tubular şi nicovalei tubulare. Prin

forfecarea şurubului de cupru, forţa se

va transmite mai departe asupra

cuţitelor. Aceste cuţite sunt împinse

spre interior şi taie cablul.

Fig.6 22.

Cuţitul pentru tăiat cablul prin

tracţiune

Acest cuţit se compune dintr-un

corp cilindric, prevăzut cu orificiu

exteriore 2La partea inferioară este

practicată o fereastră în care se

montează cuţitul 3 ce se poate roti în

bolţul 4. Cuţitul este menţinut închis

de un bolţ 5 şi un resort 6. Bolţul şi

resortul sunt închise în locaşul lor de

capacul 7. La partea superioară a

corpului cuţitului se înşurubează

reducţia 8, terminată cu un cep de

prăjină de pompare de 3/4 in şi care

are o gaură laterală 9 prin care trece

cablu. Cu acest cuţit introdus de

asemenea cu prăjini de pompare sau

cu ţevi de extracţie se lucrează prin

tracţiune.

După tăiere cablul se extrage din

sondă, urmând să se instrumenteze

după dispozitivul rămas în sondă

Cep

2

Mufă specială

Corp

Ciocan tubular

Canal longitudinal

Piston Şurub

Nicovală tubulară

Canal circular Cutia cuţitelor

Şurub cu cap ascuns

Capac

238

(garnitura de deparafinare, sau

pistonare, lingură de curăţit etc.),

utilizând de obicei o coruncă pentru

prinderea pe racordul de la partea

superioară a garniturii respecti

Fig.6. 23. Cuţitul pentru tăiat cablul

prin tracţiune

Furca cu pană este o sculă folosită pentru suspendarea cablului la gura

sondei în timpul operaţiilor de lăcărit, curăţat, pistonat sau cu ocazia unei

instrumentaţii, când este nevoie să se introducă pe cablu un cuţit, o coruncă.

Furca cu pană (fig. 6.24) se compune dintr-o placă masivă în corpul

căreia este practicat un canal conic, cu o ieşire laterală pentru cablu. Împănarea

cablului în furcă se face cu ajutorul unei pene.

Sunt situaţii când cablul de manevră a unui dispozitive se rupe în urma

unei tracţiuni pentru degajarea dispozitivului prins.

Fig.6.24. Furca cu pană

Pentru instrumentaţia pentru cablul rămas în sondă se utilizează cârligul

sau ghimparul.

Cârligul are forma din figura 6.25 şi este prevăzut cu un taler care evită

pătrunderea unei porţiuni mari de cablu deasupra cârligului şi înţepenirea

acestuia în sondă.

Reducţie

Canal

pentru cablu

Corp Capac

Resort

Bolţ

Bolţ

Fereastră

Cuţit

Cablu Pană

239

Fig.6.25.Cârlig pentru cablu Fig, 6.26. Ghimpare

a. cu două braţe; b. cu ghimpi şi taler.

Ghimparul cu un braţ (fig. 6.26 a) este alcătuit dintr-un corp masiv de

oţel care are la partea superioară un racord la care se înfiletează garnitura de

instrumentaţie (ţevi de extracţie sau prăjini de foraj). El are de-a lungul

corpului mai mulţi ghimpi tăiaţi din corp sau sudaţi şi îndreptaţi cu vârful în

sus. Ghimpii sunt astfel aşezaţi, încât în deschizăturile dintre vârful lor şi

corpul ghimparului să poată intra cablul după care se instrumentează.

Ghimparul este prevăzut la partea superioară cu un taler – un disc de oţel – cu

grosimea de 6 – 15 mm, sudat sau înşurubat, al cărui diametru este astfel ales,

încât să nu permită trecerea cablului din sondă printre el şi coloană.

Ghimparul cu două braţe este reprezentat în fig. 6.26 b şi are corpul

desfăcut în două braţe, tăiate conic la partea inferioară şi prevăzute în interior

cu ghimpi de oţel cu vârful în sus.

Dacă operaţia de instrumentaţie cu cârlig sau ghimpar nu dă rezultat,

cablul fiind înghemuit în coloană, se va instrumenta cu tirbuşonul ..

Tirbuşonul, se introduce numai cu ţevile de extracţie, sau cu prăjinile de

foraj pentru că necesită un cuplu de răsucire.

Este indicat să nu se facă operaţii de instrumentaţie după cablu cu scule

introduse tot cu cablu, deoarece există riscuri foarte mari de complicare a

lucrărilor.

6.5. Instrumentaţii după scule sau obiecte mărunte

scăpate în gaura de sondă

240

În cursul operaţiilor de intervenţii sau de reparaţii la sonde sunt frecvente

cazurile când se rup sau se deşurubează şi rămân în gaura sondei diferite

instrumente sau scule.

În cursul operaţiilor de intervenţii sau de reparaţii la sonde sunt frecvente

cazurile când se rup sau se deşurubează şi rămân în gaura sondei diferite

instrumente sau scule.

Astfel pot rămâne în sondă linguri de lăcărit sau de curăţat, sape, freze,

bacuri de corunci, role, aparate de măsurat presiune sau temperatura de fund.

De asemenea, sunt cazuri când de la suprafaţă cad în gaura sondei diferite

obiecte mici cum ar fi: chei, ciocane, dălţi, bacuri de cleşti, pene pentru

broaşte, care vor împiedica desfăşurarea normală a operaţiilor la sondă.

În cazul în care se cunoaşte obiectul rămas în gaura sondei se va

introduce instrumentul adecvat pentru prins. Când nu se ştie ce obiect a căzut

în sondă, trebuie să se facă o modelare cu modelul cu plumb sau parafină

pentru a determina obiectul şi poziţia lui.

Pentru a extrage sape sau freze rămase în gaura de sondă se va folosi tuta

sau dornul.

Fig.6.27. Păianjeni

Dacă frezele sau sapele sunt mici şi sunt culcate în coloană se va folosi

un instrument de construcţie simplă numit păianjen prezentat în figura 6.27

este constituit dintr-un burlan, care are la partea inferioară pe o distanţă de 30 –

60 cm tăiate în corpul său o serie de ferestre în formă de triunghi ascuţit care

formează braţele păianjenului.

Se introduce burlanul păianjen până deasupra piesei din sondă şi se

îmbracă această piesă prin rotaţie. Când braţele ajung la oglinda de ciment sau

pe un pod tare, se lasă o greutate de 10 – 20 KN continuându-se rotaţia. Braţele

se îndoaie şi se apropie către centru, închizând piesa respectivă în burlan.

Dacă talpa nu este suficient de tare, instrumentaţia cu păianjenul nu dă rezultatele aşteptate. În acest caz se poate utiliza un burlan conic (fig. 6.28), un

Cep cu filet

Burlan

Braţe

241

burlan spintecat (fig. 6.29), un burlan cu ghimpi (fig. 6.30), sau un burlan cu

şanţuri de fricţiune (fig. 6.31).

Fig.6.28. Burlan conic Fig.6.29 Burlan spintecat

Fig.6.30 Burlan cu ghimpi Fig.6.31. Burlancu şanţuri de fricţiune

În cazul instrumentaţiilor după obiecte mici se obţin rezultate bune prin

utilizarea frezelor magnetice.

Freza magnetică (fig. 6.32) are la partea superioară o reducţie 1 de care

se prinde corpul cilindric 2. În interiorul corpului se găseşte magnetul

permanent 3, care etanşează prin garniturile 7. Magnetul este străbătut de o

ţeavă de circulaţie 5, fixată în reducţie şi prevăzută la exterior cu o garnitură.

La extremitatea inferioară a magnetului este montată o placă de protecţie 6.

Corpul cilindric este prevăzut pentru protecţie la partea inferioară cu o bucşă

din material izolant 4. Când se va introduce în sondă, se scoate izolatorul şi se

înşurubează în locul lui ghidajul 8, freza 9 sau reţinătorul cu clicheţi 10.

242

Freza magnetică se introduce în sondă cu o garnitură de ţevi de extracţie

sau prăjini de foraj şi se operează de obicei cu circulaţie inversă.

Fig.6.32..Freze magnetice

În unele cazuri se foloseşte un magnet permanent puternic sau un

electromagnet, prevăzut cu baterie locală de alimentare.

Un nou tip de freză magnetică de construcţie mai recentă este

schematizată în fig. 6.32. Acest tip de freză magnetică este compusă din

reducţie, corpul feromagnetic cu coroana de freză, un element inelar magnetic

şi consecutiv plasaţi în corp magneţi şi elemente polarizate cu poli de acelaşi

semn, slăturaţi. Este echipată cu o tijă magnetică tubulară care creşte

eficacitatea utilizării frezei datorită majorităţii forţei de ridicare şi îmbunătăţirii

efectului de curăţire a tălpii sondei de obiectele metalice.

Magneţii şi elementele polarizate sunt amplasaţi pe această tijă formând

cu corpul un spaţiu inelar, iar corpul în partea superioară are orificii radiale.

6.6. Resăpări de sonde

Resăparea unei sonde se realizează atunci când toate încercările efectuate

în vederea reparării coloanei sau a rezolvării accidentului din gaura de sondă

nu au reuşit.

Această operaţie datorită cheltuielilor mari pe care le implică se va face

pe baza unei analize temeinice din punct de vedere tehnic şi a unui calcul de

rentabilitate.

Uneori, coloana fiind avariată la suprafaţă, având în vedere riscurile

destul de mari pe care le prezintă resăparea la o adâncime mare, se renunţă la

aceasta în favoarea săpării unei sonde noi.

Reducţie

Corp Magnet permanent

Bucşă Placă de protecţie

Garnituri

Ţeavă

de circulaţie

Ghidaj

Reţinător cu clicheţi

Freză

243

Alegerea uneia din variante este în funcţie şi de diametrul coloanei

avariate. O resăpare se face mai uşor şi cu mai multe şanse de reuşită, într-o

coloană cu diametru mai mare de 7 in şi este foarte problematică şi uneori chiar

imposibilă în coloane de 5 3/4 in.

Operaţia de resăpare se începe deasupra punctului unde s-a produs

turtirea, ruperea, smulgerea sau înfundarea coloanei, executându-se cu ajutorul

penelor de deviere fixate în coloană fie prin cimentare fie cu bacuri de oţel.

O pană de deviere cu fixare prin cimentare (fig. 5.66) este construită din

burlane de foraj foarte groase sau dintr-un bloc masiv de oţel, care are o pantă

cu un unghi între 2030` şi 3

030`, cu o secţiune de semilună la partea superioară

ajungând la o secţiune de semilună la partea superioară ajungând la o secţiune

circulară la partea inferioară unde se termină suprafaţa înclinată.

244

BIBLIOGRAFIE

1. Cristescu, M.: Stimularea productivităţii sondelor, Aplicaţii, Editura

Universităţii Petrol – Gaze din Ploieşti, 2007.

2. Cristescu, M., Teodorescu, C.C.: Stimularea productivităţii sondelor

prin acidi-zare , Editura Universităţii din Ploieşti, 2004.

3. Cristescu, M.: Tehnologia extracţiei petrolului, Universitatea Ploieşti,

1993.

4. Cristescu, M.; Aspecte ale coroziunii echipamentului metalic în

extracţia petrolului, vol.2, Buletin de informare – documentare

1/1989

5. Cristian, M., Socol, S., Constantinescu, A.: Creşterea productivităţii şi

receptivităţii sondelor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1982.

6. Crowe, C. W.: Resevoir Stimulaţion, Chapter17, Principles of Acid

Fracturing,1993.

7. Dumitrescu, V., Dima, A., Cristescu, C., Proorocu, E.: Agenda

I.F.F.O.S.P., Ploieşti, Ediţia III, 1988.

8. Economides, M., Nolte, K. G., Resevoir Stimulaţion Chapter 11, Post-

Treatment Evaluation and Fractured Well Performance, 1993.

9. Elbel J., L.: Resevoir Stimulaţion Chapter 9, Considerations in

Fracture Design, 1993

10. Gdanski, R.D.: Fluosilicate Solubilities Affect HF Acid Compositions,

SPE Production Facilities, November, 1994.

11. Gdanski, R.D., Shuchart, C.: Fluids Technology – Hf Acid Blends

Based On Formation Conditions Eliminate Precipitation Problems,

Hart’s Petroleum Engineer International, March 1997.

12. Nicolescu ,N.: Intervenţii,reparaţii şi probe de producţie la sonde,

Editura Tehnică, Bucureşti, 19981.

13. Nolte, G., Economides, M: Resevoir Stimulaţion, Chapter 7

Fracturing Diagnosi Using Pressure Analysis, 1993

245

14. Piot, B.M., Perthuis, H.G.:Resevoir Stimulaţion Chapter 14 – Matrix

Acidizing of Sandstones, Dowell – Schlumberger, 1993

15. Piot, B.M.,Lietard, O., M.: Resevoir Stimulaţion Chapter 12 -Nature

of Formation Damage, 1993

16. Prouvost, L.P., Doerler, N.: Reservoir Stimulation Chapter 15 – Fluid

Placement and Diversion in Sandstone Acidizing, 1993

17. Popescu, C.: Echipament de extracţie şi operaţii de interveţtii si

reparaţii la sonde, Bucureşti, 1973

18. Popescu, C., Coloja, M., P.: Extracţia ţiţeiului şi a gazelor asociate,

Editura Tehnică, Bucureşti, 1993.

19. Sădeanu, E.I.:Aplicarea şi urmărirea proceselor de creştere a

factorului de recuperare a petrolului din zăcăminte, Editura

Didactică şi Pedagogică , Bucureşti, 1991.

20. Xiong, H.:Prediction of Effective Acid Penetration and Acid Volume

for Matrix Acidizing Treatments in Naturally Fractured Carbonates,

SPE Production Facilities, August, 1994.

22 *** Colecţii de STAS-uri pentru utilaj petrolier

21. *** Proppant selection guide, Dowell Schlumberger.