Foraj - Devierea Si Dirijarea Sondelor

DEVIEREA SI DIRIJAREA SONDELOR

TEMA 4

Stabilirea pozitiei unei sonde

a. Sa se calculeze elementele geometrice ale traseului unei sonde si sa se completeze tabelul anexat cu datele corespunzatoare. Metoda de calcul a traseului este metoda tangentelor sau a tangentelor la echilibru, TE.

b. Sa se figureze proiectia traseului sondei in planul orizontal (in dinograma).

Calculul profilului unei sonde dirijate

a. Sa se calculeze profilul in panta (slant) al unei sonde dirijate in conditiile:- Adancimea pe vertical, H= 2250m;- Deplasarea totala a talpii sondei; At = 450m;- Azimutul de dirijare a sondei, = 180 grade;- Adancimea de initiere a devierii; h1 = 800m;- Raza de curbura R= 1150 m;- Intensitatea devierii in zona curbilinie, i = - grade/ 10- Inclinarea sondei pe intervalul final, α = - grade

b. Sa se traseze profilul vertical al sondei

1

1. DEVIEREA SI DIRIJAREA SONDELOR

In general, sondele sunt proiectate sa fie forate vertical. Insa, din diverse cauze, in procesul de forare sondele se abat de la traiectul vertical, abaterea respectiva fiind cunoscuta sub denumirea de deviere.

In unele situatii sondele sunt conduse pe un traiect diferit de cel vertical, realizandu-se asa numitulforaj dirijat sau directional.

Deoarece abaterile de la verticala ale sondei cu unghiuri pana la 3 grade nu creaza probleme deosebite in desfasurarea normala a procesului de foraj, sondele care pe intreg traiectul nu prezinta inclinari mai mari decat cea mentioata se considera ca fiind verticale. Sondele cu inclinari mai mari sunt fie sonde deviate fie sonde dirijate.

Intrun punct al traiectului sau directia sondei este determinata de doua unghiuri figura nr.1:

Traiectul sondei

Tangent V

M

NORD

H

0

2

Figura nr.1 Caracterizarea pozitiei sondei in punctul „M” al traiectului

- inclinarea; – azimutul

Unghiul de inclinare sau sau inclinarea , care reprezinta unghiul dintre proiectia

tangentei pe plan orizontal si o directie de referinta din acelasi plan, de regula directia de

referinta corespunde cu directia nordului magnetic sau a nordului geografic.

Pentru un punct de pe suprafata globului terestru, unghiul dintre directia nordului

magnetic si cea a nordului geografic reprezinta declinatia magnetica a punctului considerat.

Deci, declinatia este determinata de pozitia geografica a punctului. Datorita schimbarii

pozitiei nordului magnetic declinatia magnetica a punctului se schimba si ea in timp.

Planul vertical format de verticala si tangenta punctului considerat de pe traiectul

sondei se numeste plan apsidal. In figura nr.1 planul „V”este plan absidal.

1.1. PROIECTIILE SONDEI

In scopul stabiliri cat mai exacte a traiectului unei sonde se efectueaza masuratori ale

inclinarilor si azimuturilor punctelor de pe traiect. Obisnuit, asemenea masuratori se fac, cu

aparate adecvate denumite inclinometre, in puncte sau statii de pe traseul sondei. Cu cat

distantele dintre punctele succesive de masurare sunt mai micicu atat traiectul obtinut prin

calcul este mai apropiat de cel real.

Exista si metode de determinare continua a traiectului sondei chiar in timpul

procesului de forare, fapt care permite luarea de masuri de corectare, in caz ca sonda s-a

abatut de la traiectul stabilit.

Reprezentarea proiectiei punctelor sondei pe un plan vertical ce contine gaura sondei

se numeste proiectie verticala. In cazul unei sonde la care azimuturile punctelor au aceiasi

valoare sau prezinta mici variatiiproiectia verticala pe azimutul punctelor exprima complet

pozitia sondei. Talpa sondei se va afla in aceasta proiectie verticala.

Pentru o sonda cu traiect spatial,deci cu puncte avand azimuturi diferite, se pot face o

multitudine de proiectii verticale. In asemenea situatie nicio proiectie verticala nuva

3

reflecta traiectul real al sondei. Este recomandat ca drept plan vertical de proiectie sa se

aleaga unul in care sonda sa apara cat mai putin deformata.

Ca urmare a proiectiei punctelor traiectului sondei pe un plan orizontal se obtine

proiectia orizontala sau inclinograma sondei.

In figura nr.2 sunt rerezentate cele doua proiectii caracteristice sondei

N

0 gura sondei talpa sondei T

0 – 0’ – adancimea sondei At

T’- proiectia talpii sondei

V 0 gura sondei E

0’ T’ S

0T = At –deplasarea talpii sondei

a. b.

Figura nr.2 Proiectiile unei sonde; a.verticala; b. orizontala

Distanta masurata intre gaura sondei si talpa acesteia este lungimea sondei , L , iar

distanta dintre gura sondei si talpii pe verticala ce cuprinde gura sondei reprezinta

adancimea sondei, H. Numai in cazul unei sondei perfect verticale lungimea si adancimea

sunt egale.

Distanta masurata pe orizontala intre un punct al traiectului si verticala ce cuprinde

gura sondei se numeste deplasarea , A. Pentru talpa aceasta distanta reprezinta deplasarea

talpii, .

Proiectia deplasarii unui punct al traiectului pe un azimut dat se numeste deplasare pe

directia data. Daca azimutul in discutie corespunde cu azimutul urmarit in cazul forajului

dirijat, deplasarea respectiva se numeste deplasarea pe directia tintei.

4

2. GRADUL DE DEVIERE

Intre doua puncte ale traseului unei sonde, situate la o distanta redusa intre ele, in

intervalul respectiv se poate prezenta sub mai multe forme:

-rectiliniu vertical, cu = 0 si = 0 ;

-rectiliniu inclinat, cu = ct si = ct ;

-curbiliniu in plan vertical,cu ct si = ct ;

-curbiliniu intrun plan oarecare, diferit de planul vertical sau de cel orizontal, cu

ct si ct ;

-rectiliniu in plan orizontal, cu = 90 si = ct ;

-curbiliniu in plan orizontal, cu = 90 si ct ;

-cu schimbare brusca de inclinare sau de azimut sonda este cu deviere brusca sau in

forma de genunchi.

Pentru o caracterizare cat mai completa a intervalului se folosesc doua marimi:

unghiul total de deviere, si intensitatea de deviere, i.

2.1. UNGHIUL TOTAL DE DEVIERE

Daca pe un interval al sondei are loc modificarea ambelor unghiuri caracteristice,

inclinarea si azimutul , s-a produs asa numita deviere spatiala, caracterizata prin

unghiul total sau spatial de deviere, . Acest unghi reprezinta unghiul dintre vectorii unitari

5

ce caracterizeaza directia sondei in punctul 1, respectiv in punctul 2, doua puncte succesive

de masurare.

Unghiurile de inclinare ale sondei in cele doua puncte sunt 1 si 2, azimuturile sunt

1 si 2 iar vectorii unitari sunt si , asa cum se vede in figura nr.3.

N

1

O 2 E

2

1

V

Figura nr. 3 Unghiul total de deviere

Unghiul total de deviere se poate determinacu relatia:

= arc cos [ cos 1 cos 2 + sin 1 sin 2 cos ( 1 – 2 )]

care, dupa unele transformari poate fi scrisa sub forma

= 2 arc sin

In care = ( 1 - 2) si = ( 1- 2)

6

In conditia unor variatii mici ale unghiurilor de inclinare si de azimut se poate utiliza

relatia;

=

2.2. INTENSITATI DE DEVIERE

Intensitatea de deviere, i, semnifica ritmul de schimbare a directiei sondei pe o

lungime L. Ea este exprimata prin relatia;

i =

Intensitatea de deviere defineste si curbura sondei,c , intre cele doua marimi exista

relatia;

i = c

Pe baza intensitatii de deviererespecti a curburii se poate exprima raza de curbura,R ,

prin relatia;

R = =

Intensitatea de deviere se exprima in grade/m, grade/10m, grade/30m sau in practica

americana, grade/100ft. Obisnuit in tara noastra se utilizeazaforma grade/10m.

Exista si unele forme particulare de exprimare a intensitatii de deviere;

-intensitatea de deviere privind inclinarea, , care evidentieaza variatia inclinarii cu

lungimea;

=

-intensitatea de deviere privind orientarea, , care evidentieaza variatia azimutului

cu lungimea;

=

7

-intensitatea de deviere in plan orizontal sau rotirea sondei, , care este exprimata

prin relatia;

= = =

unde da este proiectia segmentului dL in plan orizontal

este unghiul mediu de inclinare.

In conditia a doua puncte 1 si 2 situate la distanta L si cu unghiurile respective 1 ,

2, 1 si 2, relatiile intensitatilor devin:

i = , = , = si = =

-distanta dintre cele doua puncte, L;

L 1= 150m

L 2 = 280 – 150 = 130m

L 3 = 400 – 280 = 120m

L 4 = 530 – 400 = 130m

L 5 = 670 – 530 = 140m

L 6 = 740 – 670 = 70m

L 7 = 870 – 740 = 130m

L 8 = 950 – 870 = 80m

L 9 = 1100 – 950 = 150m

L 10 = 1320 – 1100 = 220m

-diferenta dintre unghiurile de inclinare, ;

1 1,25 1 15’= 1 15’

2 2,75 2 45’= 1 30’

3 5,50 5 30’= 2 45’

4 8,75 8 45’= 3 15’

5 12,25 1 15’= 3 30’

6 15,75 15 45’= 3 30’

8

7 18,50 1 30’= 2 45’

8 14,00 1 = - 4 30’

9 10,00 1 = - 4

10 6,00 6 = - 4

-distanta dintre azimuturi, ;

1 = 180

2 = 195 - 180 = 15

3 = 200 - 195 = 5

4 = 225 - 200 = 25

5 = 250 - 225 = 25

6 = 210 - 250 = - 40

7 = 200 - 210 = -10

8 = 190 - 200 = -10

9 = 220 - 190 = 30

10 = 260 - 220 = 40

-unghiul mediu de inclinare, ;

1 = = 0 37’30’’

2 = = 2

3 = = 4 7’30’’

4 = = 7 7’30’’

5 = = 10 30’

6 = = 14

7 = = 17 7’30’’

8 = = 16 15’

9 = = 12

9

10 = = 8

-unghiul total de deviere, ;

1 = 2 arc sin = 17,0337 = 17 2’2’’

2 = 2 arc sin = 1,5761 = 1 34’34’’

3 = 2 arc sin = 2,7708 = 2 46’15’’

4 = 2 arc sin = 4,4202 = 4 25’13’’

5 = 2 arc sin = 5,6681 = 5 40’5’’

6 = 2 arc sin = 10,0484 = 1 2’55’’

7 = 2 arc sin = 4,0197 = 4 1’11’’

8 = 2 arc sin = 5,2835 = 5 17’1’’

9 = 2 arc sin = 7,2812 = 7 16’53’’

10 = 2 arc sin = 6,6275 = 6 37’39’’

-intensitatea totala de deviere, i:

i1 = 10 = 1,1355 = 1 8’8’’

i2 = 10 = 0,1212 = 0 7’16’’

10

i3 = 10 = 0,2309 = 0 13’51’’

i4 = 10 = 0,3400 = 0 20’24’’

i5 = 10 = 0,4048 = 0 24’17’’

i6 = 10 = 1,4355 = 1 26’8’’

i7 = 10 = 0,3092 = 0 8’33’’

i8 = 10 =0,6604 = 0 39’38’’

i9 = 10 = 0,4854 = 0 29’8’’

i10 = 10 = 0,3012 = 0 8’4’’

-raza de curbura, R;

R1 = x = 504,6m

R2 = x = 4727,4m

R3 = x = 2481,4m

R4 = x = 1685,2m

R5 = x = 1415,4m

R6 = x = 399,1m

R7 = x = 1853m

R8 = x = 867,6m

R9 = x = 1180,4m

R10 = x = 1902,3m

11

-intensitatea de deviere privind inclinarea, ;

1 = = 0 0’30’’

2 = = 0 0’41’’

3 = = 0 1’23’’

4 = = 0 1’30’’

5 = = 0 1’30’’

6 = = 0 3’

7 = = 0 1’16’’

8 = = 0 3’22’’

9 = = 0 1’36’’

10 = = 0 1’5’’

-intesitatea de deviere privind orientarea, ;

1 = = 1 12’

2 = = 0 6’55’’

3 = = 0 2’30’’

4 = = 0 11’32’’

5 = = 0 1’43’’

6 = = 0 34’17’’

7 = = 0 4’37’’

12

8 = = 0 7’30’’

9 = = 0 12’

10 = = 0 10’55’’

-intensitatea de deviere in plan orizontal, ;

1 = = 110 0’36’’

2 = = 3 18’11’’

3 = = 0 28’30’’

4 = = 1 32’59’’

5 = = 0 58’48’’

6 = = 2 21’43’’

7 = = 0 15’41’’

8 = = 0 26’48’’

9 = = 0 57’43’’

10 = = 1 18’26’’

3. STABILIREA TRASEULUI SONDEI

Este absolut necesara cunoasterea cat mai exacta a traseului unei sonde.

Determinarea lui se face pe masura adancirii sondei pentru a fi eventual corectat sau

modificat, daca este necesar, dupa finalizarea sondei.In mod obisnuit masurarea celor trei

marimi ce determina pozitia sondei, inclinarea, azimutul si lungimea se face in puncte

situate la anumite distante intre ele. Evaluarea inclinarii si azimutului in oricare alte puncte

13

decat cele de masurare impune existenta unui sistem de referinta, anumite ipoteze privind

forma taseului si o metoda de calcul adecvata acestei ipoteze.

In prezent exista aparatura care masoara in mod continuu cei trei parametri

mentionati si care calculeaza coordonatele sondeiin oricare punct al acesteia. De asemenea,

aparatura furnizeaza la suprafata profilul sondei in planele de proiectie dorite sau chiar in

viziune grafica spatiala.

Pentru a stabili traseul unei sonde este necesar un sistem de referinta. Obisnuit se

alege un sistem de referinta rectangular legat de directia meridianului magnetic sau

geografic si de directia fortei de greutate verticala. Se considera axa N directia norddului

magnetic, cu sensul pozitiv spre nord, ca axa E o perpendiculara pe prima directie, cu

sensul pozitiv spre est si ca axa V verticala, cu sensul pozitiv spre jos. Originea sistemului

se considera situata in centrul gaurii sondei, fie la nivelul masei rotative. Pentru sondele

marine originea se considera la nivelul marii. Traseul sondei se considera pe axa sa. Un

asemenea sistem rectangular este reprezentat in figura nr. 4.

N

dN

dA

O dE E

dL

dV

dA

N

Figura nr.4 Sistem de referinta

Variatiile elementare ale coordonatelor corespunzatoare unei variatii elementare de

lungime,dL , de-a lungul traseului axei sondei sunt;

dN = dA cos = dL sin cos

14

dE = dA sin = dL sin sin

dV = dL cos

S-a notat cu ,A, delpasarea orizontala spre a nu se face confuzie cu adancimea, notata

obisnuit cu ,H.

Intre doua puncte succesive ale traseului, notate cu 1 si 2, variatiile finite se obtin

prin integrarea variatiilor elementare pe lungimea intervalului L = L2 – L1

N = N2 – N1 =

E = E2 – E1 =

V = V2 – V1 =

=

Unde: L1- lungimea sondei de la gaura pana la punctul 1;

L2- lungimea corespunzatoare pana la punctul 2.

Prin masuratorile efectuate in sonda se cunosc valorile marimilor , si L in

punctele respective. Pentru a avea imaginea traseului sondei se admite o anumita variatie a

marimilor intre cele doua puncte succesive. Uneori se foloseste o metoda de netezire a

functiilor (L) si (L).

Metode mai simple utilizeaza in calculul variatiilor N, E si V masuratorile de

inclinare si azimut in doua puncte succesive. Forma curbei sau modelul geometric admise

determina metoda de stabilire a traseului sondei. Asemenea metode permit si posibilitatea

de interpretare, ceea ce inseamna posibilitatea coordonatelor unor puncte altele decat cele

in care s-au efectuat masuratorile de deviere.

Dintre multitudinea de metode de stabilire prin calcul a traseului unei sonde, la care

s-au efectuat masuratori in puncte sau statii, se mentionaeza:

-metoda unghiului mediu, UM;

-metoda tangentelor sau a tangentelor, la echilibru, TE;

-metoda arcelor de cerc sau a curburii minime, CM;

-metoda razei de curbura sau a curburii constante, RC;

-metoda intensitatilor de deviere constante, IC.

15

4. METODA TANGENTALOR SAU A TANGENTELOR LA ECHILIBRU, TE

Metoda mai este cunoscuta si sub numele de metoda tangentelor simetrice, metoda

trapezelor sau metoda acceleratiei.

In cadrul acestei metode arcul de curba dintre doua puncte de masurare 1 si 2 se

asimileaza cu doua segmente de dreapta, fiecare segment de dreapta fiind egal cu jumatatea

lungimii arcului de curba. Deci , segmentele de dreapta sunt egale. Primul segment are

inclinarea si azimutul din punctul 1, iar al doilea segment inclinarea si azimutul din punctul

2, cele doua segmente, cre de fapt sunt doua semitangente se afla, in general, in plane

diferite. Aceasta face ca pentru punctul clculat 2’ coordonatele sa nu coincida cu cele ale

punctului real 2.

In cadruol acestei metode relatiile de calcul sunt urmatoarele:

N = L

E = L

V = L

=

16

4.1. SPECIFICATII PRIVIND STABILIREA TRASEULUI SONDEI

1. Coordonatele de la capatul inferior al unui interval se obtine prin insumarea

algebrica a valorilor N, E si V de lagura sondei pana la punctul considerat.

Astfel, pentru un segment de traseu situat intre punctele n – 1 si n corespund

urmatoarele relatii;

Nn =

En =

Vn =

2. La gura sondei (punctul 0) se considera = .

3. Proiectia orizontala a segmentului se determina cunrelatia cunoscuta;

=

Deplasarea unui punct al traseului, care reprezinta distanta masurata in plan orizontal

dintre punctul respectiv si verticala ce trece prin punctul de origine al sondei (gura sondei),

se determina cu relatia;

=

=

4. Unghiul de orientare sau azimutul al unui punct al traseului, n conform urmatoarei

figuri, se poate determinacu relatia;

= arc tg ( )

17

N

n

Nn

0 En E

Figura nr.5 Azimutul punctului „n”

Pentru cele patru cadrane in care se poate situa punctul „n” relatia de calcul a

azimutului este;

-in cadranul I ( 0 , 90 ) =

-in cadranul II ( 90 , 180 ) = 180 -

-in cadranul III ( 180 , 270 ) = 180 +

-in cadranul IV ( 270 , 360 ) = 360 -

5. stabilirea traseului unei sonde incepe de la gura sondei (punctul 0) si se incheie la

talpa sondei tercandu-se succesiv prin toate punctele rezultate din masuratori. Din unirea

proiectiilor punctelor pe un plan orizontal cu un sistem rectangular nord-sud, est vest

rezulta proiectia orizontala a traseului sau inclinograma sondei.

APLICATIE:

18

Metoda tangentelor la echilibru, TE

- N = L ;

- E = L ;

- V = L ;

- A = ;

- = arc tg

- = arc cos x [cos + sin cos( )] sau ;

- = 2 arc sin ;

-i = x 10;

- = ;

- =

- = ;

-At = ;

- = arc tg ;

Se calculeaza variatiile:

19

1 - N = L

N1 = 150 = - 1,6361

N2 = 130 = - 4,4302

N3 = 120 = - 7,1859

N4 = 130 = - 12,8461

N5 = 140 = - 12,6095

N6 = 70 = - 10,7675

N7 = 130 = -34,6608

N8 = 80 = -21,4566

N9 = 150 = - 27,8451

N10 = 220 = - 16,6290

2 - E = L

E1 = 150 = 0

E2 = 130 = - 0,8

E3 = 120 = - 2,71

E4 = 130 = - 9,12

20

E5 = 140 = - 21,48

E6 = 70 = - 11,72

E7 = 130 = -15,87

E8 = 80 = -6,02

E9 = 150 = - 11,52

E10 = 220 = - 23,6

3 - V = L

V1 = 150 = 149,9

V2 = 130 = 129,9

V3 = 120 = 119,6

V4 = 130 = 128,9

V5 = 140 = 137,6

V6 = 70 = 67,88

V7 = 130 = 124,2

V8 = 80 = 76,74

V9 = 150 = 146,63

V10 = 220 = 217,72

21

4 - A =

A1 = = 1,63

A2 = = 4,50

A3 = = 7,67

A4 = = 15,75

A5 = = 24,91

A6 = = 15,91

A7 = = 38,12

A8 = = 22,27

A9 = = 30,13

A10 = = 28,86

5 - = arc tg

1 = arc tg = 0

2 = arc tg = 10,23 = 10 14’

3 = arc tg = 20,67 = 20 40’

4 = arc tg = 35,38 = 35 23’

5 = arc tg = 59,60 = 59 36’

22

6 = arc tg = 47,44 = 47 26’

7 = arc tg = 24,60 = 24 36’

8 = arc tg = 15,67 = 15 40’

9 = arc tg = 22,47 = 22 28’

10 = arc tg = 54,84 = 54 50’

6 - = 2 arc sin ;

1 = 2 arc sin = 17,0337 = 17 2’2’’

2 = 2 arc sin = 1,5761 = 1 34’34’’

3 = 2 arc sin = 2,7708 = 2 46’15’’

4 = 2 arc sin = 4,4202 = 4 25’13’’

5 = 2 arc sin = 5,6681 = 5 40’5’’

6 = 2 arc sin = 10,0484 = 1 2’55’’

7 = 2 arc sin = 4,0197 = 4 1’11’’

8 = 2 arc sin = 5,2835 = 5 17’1’’

9 = 2 arc sin = 7,2812 = 7 16’53’’

23

10 = 2 arc sin = 6,6275 = 6 37’39’’

7 - i = x 10

i1 = 10 = 1,1355 = 1 8’8’’

i2 = 10 = 0,1212 = 0 7’16’’

i3 = 10 = 0,2309 = 0 13’51’’

i4 = 10 = 0,3400 = 0 20’24’’

i5 = 10 = 0,4048 = 0 24’17’’

i6 = 10 = 1,4355 = 1 26’8’’

i7 = 10 = 0,3092 = 0 8’33’’

i8 = 10 =0,6604 = 0 39’38’’

i9 = 10 = 0,4854 = 0 29’8’’

i10 = 10 = 0,3012 = 0 8’4’’

8 - =

= 0 +( - 1,63) = - 1,63

= ( - 1,63) + (- 4,43) = - 6,06

= (-6,06) + ( - 7,18) = - 13,24

= (-13,24) + ( - 12,84) = - 26,08

= (-26,08) + ( - 12,60) = - 38,68

= (-38,68) + ( - 10,76) = - 49,44

= (-49,44) + ( - 34,66) = - 84,10

24

= (-84,10) + ( - 21,45) = - 105,55

= (-105,55) + ( - 27,84) = - 133,39

= (-133,39) + ( - 16,62) = - 150,01

9 - =

= 0

= 0 + (- 0,8) = - 0,8

= (- 0,8) + (- 2,71) = - 3,51

= (-3,51) + (- 9,12) = - 12,64

= (-12,64) + (- 21,24) = - 34,12

= (-34,12) + (- 11,72) = - 45,85

= (-45,85) + (- 15,87) = - 61,73

= (-61,73) + (- 6,02) = - 67,75

= (-67,75) + (- 11,52) = - 79,27

= (-79,27) + (- 23,06) = - 102,87

10 - = =

= 149,9

= 149,9 + 129,9 = 279,8

= 279,8+ 119,6 = 399,4

= 399,4+ 128,9 = 528,3

= 528,3+ 137,6 = 665,9

= 665,9+ 67,88 = 733,8

= 733,8+ 124,20 = 858,0

= 858,0+ 76,74 = 934,7

= 934,7+ 146,63 = 1081,3

= 1081,3+ 217,72 = 1209,0

11 -At =

25

At 1 = = = 1,63

At 2 = = 6,11

At 3 = = 13,69

At 4 = = 28,98

At 5 = = 51,58

At 6 = = 67,43

At 7 = = 104,32

At 8 = = 125,42

At 9 = = 155,17

At 10 = = 181,89

12 - = arc tg

1 = arc tg = 0

2 = arc tg = 7,53 = 7 31’13’’

3 = arc tg = 14,84 = 14 50’52’’

4 = arc tg = 25,85 = 25 51’27’’

5 = arc tg = 41,41 = 41 24’56’’

6 = arc tg = 42,84 = 42 50’32’’

7 = arc tg = 36,27 = 36 16’44’’

8 = arc tg = 32,69 = 32 41’43’’

9 = arc tg = 30,72 = 30 43’18’’

10 = arc tg = 34,44 = 34 26’25’’

26

Pe baza relatiilor corespunzatoare metodei s-au efectuat calculele corespunzatoare.

Datele privind calculele traseului sondei pentru cele zece puncte date prin metoda

mentionata sunt prezente in anexa.

In figura 6 este reprezentata inclinograma ( proiectia orizontala ) sondei de la gaura

de sonda pana la adancimea de 1320. Inclinograma este intocmita pentru metoda

tangentelor la echilibru, TE

27

5. FORAJUL DIRIJAT

Sondele forate in mod voit pe un traseu diferit de cel vertical si ajung la un punct

final, denumit tinta, situat la o anumita distanta stabilita de verticala ce trece prin centru

gaurii sondei se numesc sonde dirijate sau directionale.

Forajul dirijat are multiple aplicatii:

-explorarea si exploatarea unor zacaminte de hidrocarburi situate sub zone

inaccesibile sau greu accesibile la suprafata;

-evitarea sau ocolirea traversarii unor zone ce ar putea produce dificultatim majore in

desfasurarea procesului de foraj;

-realizarea unor sonde in grup, de pe aceiasi locatie pe uscat sau de pe o platforma

marina;

-resaparea de la o anumita adancime a unor sonde blocate de prajini de foraj prinse,

scapate sau blocate de burlane deformate;

-realizarea de sonde de salvare destinate opriri unei sonde scapata in eruptie libera

necontrolata;

-forarea de sonde orizontale;

-forarea de sonde multilaterale sau de sonde ramificate in strate diverse, aflate la

adancimi diferite.

Schimbarea dorita a directiei unei sonde poate fi realizata prin mijloace adecvate, atat

la forajul cu rotatiei de la suprafață, cât si la cel cu motoare submersate. Se mentioneaza ca

marea majoritate a forajelor dirijate se face cu motoare submersate.

La forajul cu rotație de la suprafață ( cu masa rotativă sau cu cap hidraulic rotativ )

principalul instrument de deviere este pana de deviere.

La forajul cu motoare submersate, în prezent cel mai utilizat motor fiind motorul

hidraulic volumic se folosesc diverse sisteme de schimbare a direcției. Cel mai utilizat

motor este cel cu motor dezaxat, cu una sau cu doua dezaxari, orientate in aceiași direcție

sau in direcții opuse.

Motorul cu simpla deaxare are corpul dezaxat la partea sa inferioara, iar arborele lui

este prevazut cu o articulatie universală în dreptul dezaxării corpului spre a permite

transmiterea mișcării de rotatie. De regula dezaxarea nu depășește 3 . Un asemenea sistem

de ansamblu este cel mai utilizat în forajul dirijat.

28

Initial, pentru o sondă ce va fi forată dirijat se cunosc: punctul inițial sau gura sondei

și punctul final sau ținta, aceasta din urma fiind situată la o anumită adâncime, măsurată pe

verticală, obișnuit în raport cu gura sondei și pe o anumită orientare sau azimut și la

anumită distantă fată de verticala ce trece prin axa gurii sondei, o anumita deplasare.

Traseul de la gură până la țintă reprezintă profilul sondei. În majoritatea situațiilor de

foraj dirijat se realizeaza profile plane verticale. Traseele spațiale sunt realizate rar și

numai în cazuri cu totul deosebite. Obținerea unor asemenea profile spațiale este foarte

dificilă.

Profilele plane verticale ale sondelor dirijate sunt compuse din intervale rectilinii –

verticale, înclinate sau orizontale și din intervale curbilinii. De regulă, pentru intervalele

curbilinii se acceptă forma de arce de cerc. Dar se pot utiliza și arce ale altor curbe mai

complexe, care să asigure unele cerințe specifice unei situații date. Întrun profil de sondă

două intervale succesive sunt racordate intre ele.

La profilele clasice, cu arce de cerc, se deosebesc patru tipuri de profile plane:

-cu doua intervale; primul vertical si al doilea curbiliniu – profil în „J”;

-cu trei intervale; primul vertical, al doilea curbiliniu(de creștere a inclinării) și

ultimul rectiliniu inclinat – profil în pantă sau slant;

-cu trei intervale; primul vertical, al doilea curbiliniu de crestere a înclinării si un al

treilea curbiliniu de scadere a inclinarii – profil în „S”; la aceste intervale se pot adauga un

interval rectiliniu inclinat situat intre cele doua intervale curbilinii si un interval rectiliniu

inclinat sau vertical, la finalul profilului;

-cu cinci intervale; primul vertical, al doilea curbiliniu de crestere a inclinarii, al

treilea rectiliniu inclinat, al patrulea curbiliniu de crestere a inclinarii și al cincilea,

rectiliniu inclinat(cu unghi mare de inclinare) sau rectiliniu orizontal(la sondele

orizontale).

5.1. CALCULUL PROFILULUI ÎN PANTA SAU SLANT

Pentru calculul profilului unei sonde dirijate, in conditia unui azimut al tintei , se pleaca

de la doua date de baza; adăncimea pe verticala „H” și deplasarea orizontala a tintei „A”. Celelalte

elemente ale profilului urmeaza a fi determinate, in functie de situatia sondei respective, inclusiv de

forma profilului acesteia.

29

Profilul in panta este cel mai raspăndit profil de sonde dirijate. Dupa cum s-a aratat primul

interval este vertical, al doilea interval este un arc de cerc de raza „R” iar al treilea interval este

rectiliniu inclinat. Uneori cel de al doilea interval este compus din doua sau chiar mai multe arce de

cerc, de raze diferite, racordate intre ele.

Profilul in panta având în zona mediană un arc de cerc este reprezentat în fugura nr. 6. La

acest profil, ca la toate celelalte profile, datele initiale pentru calcul sunt adancimea pe verticala

„H” și deplasarea orizontala a tintei „A”.

Exista trei parametri principali care intervin in faza initiala a calculului profilului:

-adâncimea de inițiere a devierii, respectiv lungimea primului interval,h1;

-raza de curbura,R sau intensitatea de deviere a intervalului curbiliniu,i;

-inclinarea sondei pe intervalul final, t.

A

h1 l1

B O E

h2 l2

H R

C

h3 l3

T

D a2 a3

A

Figura nr. 6 Sonda cu profil în pantă sau slant

30

În funcție de elementele cunoscute, H și A, precum si a adîncimi de initiere a devierii, h1 se

determina ceilalți parametrii principali ai profilului: raza de curbura R sau intensitatea de deviere si

unghiul final de inclinare, t.

a. Sunt date H, A, h1și R

Se face precizarea ca profilul poate fi realizat daca este indeplinita conditia ceruta de relatia

+ - 2AR > 0

În acest caz apare doua situatii:

a.1 A > R si respectiv t = în care caz

tg = = => = arc tg

si sin = = = sin ; = arc sin ( sin )

a.2 A < R si respectiv t = în care caz

= arc tg

și = arc sin ( sin )

b. Sunt date H, A, h1 și i

Din relatia intensitatii se calculeaza raza de curbura;

R =

si apoi se aplica relatiile din cazul precedent.

c. Sunt date H, A, h1 și t

În acest caz se impune existenta conditiei

tg t > => t > arc tg

Functie de t dat se scrie relatia razei sub forma;

R = ( H – h1 – A ctg t ) ctg

și se aplică relațiile cunoscute.

31

În continuare, pentru toate cazurile se calculeaza;

-proiecțiile verticale

h2 = R sin t

h3 = H – h1 – h2 = H – h1 - R sin t

-proiectiile orizontale

a2 = R – R cos t = R (1 - cos t )

a3 = A – a2 = A – R (1 - cos t )

-lungimile intervalelor

l1 = h1

l2 =

l3 = = =

-lungimea sondei

L = l1 + l2 + l3

5.2. CALCULUL PROFILULUI UNEI SONDE DIRIJATE

a.Să se calculeze profilul în pantă (slant ) al unei sonde dirijate în condițiile:

-adâncimea pe verticală, H = 2100 m;

-deplasarea totala a talpii sondei, At = 420 m;

-azimutul de dirijare a sondei, = 75 grade;

-adâncimea de initiere a devierii, h1 = 750 m;

-raza de curbură, R = ?

-intensitatea devierii in zona curbilinie, i = ? grade/10

-inclinarea sondei pe intervalul final, t = 38 grade

b. Să se traseze profilul vertical al sondei.

32

REZOLVARE

a. Problema poate fi rezolvata cu conditia respectarii relatiei:

tg t > sau t > arc tg

arc tg = 17 16’ 54”

38 > 17 16’ 54” deci conditia este respectata si putem rezolva problema

-Raza de curbura;

R = ( H – h1 – A ctg t ) ctg

= (2100 – 750 – 420 x ctg 38 ) x ctg = 2359,5 m

R = 2359,5m

-Intensitatea devierii;

i = x = x = 0,24 /10m = 0 14’34”/10m

i = 0 14’34”/10m

b. Proiectiile profilului

-pe verticala;

h1 = 750 m

h2 = R sin t = 2359,5 x sin 38 = 1452,6 m

h2 = 1452,6 m

h3= H –( h1 + h2) = 2100 – (750 + 1452,6) = - 102,6 m

h3 = - 102,6 m

-pe orizontala;

a2 = R (1 - cos t ) = 2359,5 x (1 – cos 38 ) = 500,2 m

a2 = 500,2 m

33

a3 = A – a2 = 420 – 500,2 = - 80,2 m

a3 = - 80,2 m

-lungimile intervalelor;

l1 = h1 = 750 m

l2 = = = 1564,8 m

l3 = = = - 130,3 m

-lungimea sondei;

L = l1 + l2 + l3 = 750 + 1564,8 – 130,3 = 2184,6 m

34

TEMA 5

COMBATEREA DE MANIFESTARE ERUPTIVA

METODA INGINERULUI (INTR-O ETAPA)

A. Date specifice procesului normal de foraj

- Adancimea de lucru, H = 3000m;

- Diametrele coloanei anterioare: exterior Dc = 8 5/8 si interior Dic = 195 mm;

- Diametrul sapei de foraj, Ds = 190,5 mm (7 1/2 in);

- Diametrul prajinilor de foraj, dp = 5 in (127 / 108,6 mm);

- Diametrul prajinilor grele, dg = 6 1/2 in (165,1 / 71,4 mm);

- Lungimea prajinilor grele, lg = 170 m;

- Densitatea fluidului de foraj, ρni = 1450 kg/m3 ;

- Debitul de fluid in circulatie, Qi = 30 dm3/s;

- Presiunea de circulatie, Pfri = 134 bar;

- Frecventa de lucru a pompelor, fi = 60 cd/min;

- Gradientul geotermic, Гt = 1oc/30 m;

- Temperatura la suprafata, ts = 20 oC.

B. Date inregistrate dupa inchiderea sondei

- Cresterea volumului de fluid de foraj la haba, ΔV = 6 m3 ;

- Presiunea la garnitura de foraj, Pgi = 40 bar;

- Presiunea la coloana (la prevenitor), Pci = 74 bar;

C. Nota

a)Diametrul sondei se considera egal cu diametrul int. al coloanei, Dsd=Dic=195 mm;

b)Termenul ;

c)Psig = 0.

35

6. COMBATEREA MANIFESTARILOR ERUPTIVE

Cele mai grave complicatii ce se pot produce in procesul forarii unei sonde sunt

eruptiile libere necontrolate. Se poate ajunge la situatii catastrofale.

La o sonda in foraj, daca presiunea hidrostatica a coloanei de fluid de foraj este

inferioara presiunii fluidului existent intr-un strat permeabil sau fisurat, sonda respectiva

intra in asa numita manifestare eruptiva. Fluidul din strat patrunde in sonda iar din sonda

este expulzat fluid de foraj.

Cat timp din sonda iese numai fluid de foraj se considera ca sonda se afla in faza de

manifestare eruptiva. Daca, din anumite motive, sonda nu a fost inchisa, iesirea de fluid de

foraj devine mai intensa si cu cantitati din ce in ce mai mari cu fluid provenit din strat. Se

ajunge la situatia cand din sonda iese numai fluid de strat. In aceasta situatie sonda a intrat

in faza de eruptie libera. In caz ca sonda nu mai poate fi tinuta sub control ea se afla in

eruptie libera necontrolata.

O manifestare eruptiva trebuie oprita si rezolvata in cel mai scurt timp posibil. Se

procedeaza la inchiderea prevenitorului de eruptie montat la gura sondei. Dupa inchidere,

functie de conditiile specifice situatiei se opereaza pentru readucerea sondei sub control

prin umplerea acesteia cu un fluid de foraj de o anumita densitate prin care se creeaza

asupra stratului de aflux o presiune hidrostatica superioara presiunii de strat. Operatia de

readucere sub control prin introducerea de fluid de foraj ingreuiat este cunoscuta si sub

denumirea de ,,omorare a sondei”.

Foarte multe manifestari eruptive se produc in procesul de avansare a sapei, cand se

patrunde intr-un strat cu fluide sub presiune ridicata. Afluxul de fluid din strat in sonda are

loc de la talpa sondei din momentul respectiv.

Dintre simptomele manifestarilor eruptive ce au loc in timpul procesului de avansare

a sapei, ca inportanta, se mentioneaza:

- creste debitul de fluid la iesirea din sonda fata de debitul pompat in circulatie,

ca urmare creste nivelul la habele de fluid de foraj aflate pe circuit;

36

- creste nejustificat viteza de avansare a sapei desi regimul de foraj nu s-a

modificat si nu se asteapta patrunderea intr-o roca mai slaba, cresterea de

viteza se datoreste numai scaderii presiunii diferentiale dintre presiunea din

sonda si presiunea de strat;

- la oprirea pompelor, din sonda continua sa iasa fluid de foraj, iesirea

accentuandu-se in timp;

- se reduce presiunea de pompare, insotita de o crestere a frecventei curselor la

pompe, fluidul de foraj din spatiul inelar este impins catre suprafata de fluidul

patruns din strat, care are o presiune mai mare;

- scade densitatea fluidului din spatiul inelar in urma patrunderii unor fluide mai

usoare, ca urmare se reduce si efectul de flotabilitate la garnitura de foraj si,

deci, creste sarcina la carligul macaralei.

6.1. CARACTERIZAREA GENERALA A COMBATERII

MANIFESTARILOR ERUPTIVE

Majoritatea manifestarilor eruptive se combat prin circulatie directa, metodele de

combatere aplicate fiind caracterizate prin mai multe elemente comune:

- ridicarea garniturii de foraj astfel ca prajina de antrenare sa se afle deasupra

prevenitorului de eruptie;

- inchiderea sondei atat in interiorul garniturii de foraj, cat si a spatiului inelar;

dupa inchidere se noteaza presiunile de la garnitura si de la coloana;

- pomparea pe intreaga durata a operatiei de combatere a unui debit de fluid de

foraj cu valoare redusa, care reprezinta 25...50% din debitul normal de lucru,

Qr = (0.25...0.50)Qi; in cele mai multe cazuri se lucreaza in conditia Qr= 0.5Qi;

debitul redus conduce la presiuni mici de circulatie, presiuni necesare

invingerii rezistentelor hidraulice din circuit;

- reducerea debitului se obtine prin reducerea corespunzatoare a frecventei de

lucru a pompelor;

- urmarirea continua a presiunii la garnitura de foraj, deci la intrarea in sonda,

pe intreaga durata a operatiei de combatere si asigurarea in orice moment a

unei presiuni care sa mentina la nivelul stratului de aflux o contrapresiune

37

egala sau cu putin superioara presiunii de strat; in operatia de combatere a

manifestarii garnitura de foraj joaca rolul unui tub manometric;

- urmarirea presiunii la coloana (la prevenitor), pentru evitarea deteriorarii

coloanei la solicitarea de presiune interioara, avand in vedere faptul ca

burlanele ar putea fi slabite datorita lucrului in interiorul lor la continuarea

forajului; urmarirea presiunii la coloana mai are drept scop evitarea depasirii

presiunii admisibile a prevenitoarelor si pentru evitarea fisurarii unor roci

deschise de sonda sub baza coloanei; zona cea in care se pot produce

asemenea fisurari se afla, in cele mai multe cazuri, imediat sub baza coloanei;

se face remarca unei cunoasteri exacte a presiunii de fisurare in aceasta zona,

ea fiind determinata practic inainte de continuarea forajului;

- obtinerea valorilor presiunilor admise corespunzatoare fiecarui moment al

operatiei de combatere se face prin reglarea presiunii la coloana cu ajutorul

duzelor reglabile ale prevenitorului de eruptie; se face precizarea ca la o

schimbare de presiune nu se admite schimbarea debitului, acesta trebuie

mentinut constant la valoarea stabilita, pe toata durata operatiei;

- urmarirea volumului de fluid de foraj la haba de circulatie permite cunoasterea

naturii fluidului patruns in sonda; daca fluidul patruns este lichid, plusul de

volum iesit din sonda, ΔV, ramane constant, iar daca fluidul patruns este gaz

sau amestec gaz – lichid, plusul de volum creste continuu pana cand asemenea

fluid a ajuns la suprafata; in cazul fluidului cu gaz, cresterea volumului este

data de destinderea gazului ca urmare a reducerii presiunii in deplasarea spre

suprafata.

Trebuie mentionat ca indicatiile manometrelor de la garnitura de foraj si de la

coloana, impreuna cu variatia volumului de fluid la haba constituie elementul de baza in

determinarea presiunii de strat, Pst , natura fluidului patruns si densitatea fluidului de foraj

necesar omorarii sondei. De asemenea marimile urmarite servesc la conducerea corecta a

procesului de readucere a sondei sub control.

38

6.2. METODE DE COMBATERE A MANIFESTARILOR

ERUPTIVE

Dupa inchiderea unei sonde intrata in manifestare eruptiva situatia ei trebuie

normalizata intr-un timp cat mai scurt posibil. Se indeparteaza fluidele patrunse din strat si

se umple sonda cu un fluid de foraj cu densitatea necesara sigurantei sondei. Dupa aceasta

se continua lucrarile in sonda respectiva.

Metodele de combatere ale unei manifestari eruptive se aleg in functie de mai multi

factori:

- prezenta in sonda si adncimea la care se afla introdusa garnitura de foraj;

- posibilitatea de a realiza circulatie normala in sonda;

- disponibilitatile de fluid de foraj ingreuiat sau de materiale pentru ingreuiere;

- facilitatile de realizare a ingreuierii fluidului de foraj;

- rezistentele coloanei, prevenitoarelor si a rocilor aflate sub baza coloanei;

- experienta personalului.

Mai inainte s-a mentionat ca pentru combaterea unei manifestari eruptive se cere

mentinerea unei presiuni constante la nivelul stratului care debiteaza, la o valoare cel putin

egala cu presiunea fluidelor din strat.

Presiunea asupra stratului se urmareste indirect, prin intermediul unor indicatii de la

suprafata. In acest sens se deosebesc doua categorii de metode de combatere:

- cu urmarirea presiunii la garnitura de foraj, in majoritatea cazurilor la

incarcator;

- cu urmarirea presiunii la coloana (la prevenitor) si a variatiei volumului la

haba de circulatie; asemenea metode se mai numesc metode volumice.

Metodele din prima categorie sunt cele mai simple si mai precise; de aceea sunt

utilizate in majoritatea cazurilor.

In ceea ce priveste combaterea prin circulatie directa cu urmarirea presiunii la prajini,

se deosebesc trei metode sau variante:

- metoda inginerului sau metoda asteapta si ingreuiaza (WALT AND WEIGHT

METHOD) la care fluidul contaminat din spatiul inelar se evacueaza simultan

cu pomparea fluidului de foraj ingreuiat la densitatea necesara readucerii

sondei sub control, deci , la aceasta metoda operatia se efectueaza intr-o

singura faza sau etapa; metoda reclama un timp de asteptare cu gura sondei

39

inchisa, timp in care se prepara fluidul de foraj ingreuiat, insa operatia

propriu-zisa de omorare a sondei dureaza cel mai putin, iar presiunile din

spatiul inelar au valori mai mici decat la alte metode;

- metoda sondorului sef (DRILLER’S METHOD) la care fluidul contaminat din

spatiul inelar se evacueaza prin pomparea de fluid de foraj existent la sonda

(neingreuiat) si, ulterior, acest fluid este inlocuit cu cel avand densitatea

necesara readucerii sondei sub control; la aceasta metoda se efectueaza doua

etape sau faze: prima, de evacuare a fluidului contaminat si a doua, de umplere

a sondei cu fluid ingreuiat; se face mentinerea ca operatia dureaza mai mult iar

presiunile create in spatiul inelar sunt mai mari decat la metoda inginerului;

- metoda concomitenta, la care pomparea incepe imediat dupa inchiderea sondei

cu un fluid ingreuiat ce depinde de disponibilitatile de materiale de ingreuiere

si de posibilitatile de ingreuiere si pompare in sonda; metoda este cea mai

rapida dar si mai dificil de condus: presiunea ce trebuie mentinuta la garnitura

de foraj la un anumit moment dat este functie de pozitiile ocupate in garnitura

de foraj de diversele “pachete de fluide ingreuiate” si de densitatile acestora.

Dintre cele trei metode mai sus mentionate si atentie mai mare se acorda primelor

doua: metoda inginerului si metoda sondorului sef. In cele mai multe cazuri se utilizeaza

metoda inginerului, ea fiind mai usor de aplicat si cu riscuri mai mici in ceea ce priveste

presiunile din spatiul inelar.

6.3. DATE NECESARE COMBATERII

MANIFESTARILOR ERUPTIVE

Pentru aplicarea unei metode de combatere prin circulatie a unei maifestari eruptive

se impune cunoasterea unei multitudini de date, divizate in trei categorii:

- caracteristica procesului normal de foraj;

- obtinute dupa inchiderea sondei in cazul aparitiei manifestarilor eruptive;

- calculate inaintea inceperii operatiei de combatere si urmarite in timpul acestei

operatii.

40

6.3.1. Date caracteristice procesului normal de foraj

In fiecare moment al procesului de foraj se impune cunoasterea si tinerea in evidenta

a urmatoarelor date:

- adancimea de lucru, H;

- constructia (arhitectura) sondei realizata: coloanele introduse in sonda

(diametrele, componenta si caracteristicile de rezistenta ale burlanelor;

intereseaza, indeosebi, datele referitoare la ultima coloana introdusa in sonda,

deoarece aceasta va fi supusa la solicitari suplimentare pe durata operatiei de

combatere;

- componenta ansamblului de foraj: sapa (ca diametru), prajini grele (ca

diametru si lungime), prajini de foraj si eventual prajini de foraj intermediare

(ca diametru si lungime) si prajina de antrenare;

- componenta si carcteristicile functionale si de rezistenta ale instalatiei de

prevenitoare de eruptie;

- volumele carcteristice din sonda: interiorul garniturii de foraj si spatiile inelare

din diferitele zone ale spatiului inelar;

- densitatea fluidului de foraj in circulatie, ρni;

- debitul normal de fluid in circulatie, Qi si conditiile de lucru ale pompelor

corespunzatoare realizarii acestui debit: tip si numar de pompe active,

diameter de pistoane si frecventa de lucru, fi;

- timpii necesari de circulatie si numerele de curse la pompe pentru fiecare din

volumele caracteristice mentionate, in conditiile debitului normal de fluid de

foraj;

- presiunea de lucru a pompelor, corespunzatoare invingerii rezistentelor

hidraulice la circulatia fluidului de foraj in sonda, Pfri ;

- nivelul normal al fluidului de foraj in haba de circulatie aflata pe traiectul

fluidului la iesirea din sonda;

- temperaturile de la talpa sondei, in conditia unui gradient geotermic dat, Г t si

ale fluidului de foraj la suprafata, la iesirea din sonda, Ts.

41

6.3.2. Date inregistrate dupa inchiderea sondei

La sesizarea aparitiei unei manifestari se opreste circulatia, se inchide sonda, atat la

interiorul garniturii de foraj, cat si la spatiul inelar si se noteaza datele:

- presiunea la garnitura de foraj, Pgi; obisnuit aceasta presiune se obtine la

incarcator; daca garnitura de foraj este echipata la interior cu un ventil de

retinere presiunea la garnitura se obtine prin pomparea cu pompa pornita usor,

fapt care permite deschiderea ventilului de retinere si obtinerea presiunii la

garnitura de foraj;

- presiunea la coloana , la gura sondei in spatiul inelar, Pci, dupa inchiderea

prevenitorului pe exteriorul prajinilor de foraj si a duzei reglabile de pe

manifoldul de eruptie al instalatiei de prevenitoare;

- volumul de fluid de foraj deversat din sonda, ΔV, considerat egal cu volumul

de fluid patruns din strat in sonda; acest volum este determinat de cresterea

nivelului fluidului de foraj la haba de circulatie.

6.3.3. Date stabilite prin calcul inainte de inceperea operatiei de

combatere

Pe baza datelor cunoscute se calculeaza:

- debitul redus de circulatie a fluidului de foraj care se pastreaza constant pe

intreaga operatie de readucere a sondei sub control, Qr

Qr = (0.25...0.50)Qi

- frecventa de lucru a pompelor corespunzatoare debitului redus, fr

fr = (0.25...1.00)fi

- timpii de circulatie corespunzatori debitului redus pentru volumele de fluid

caracteristice, precum si numere de curse ale pistoanelor pompelor pentru

fiecare din timpii calulati;

- presiunea fluidului patruns in sonda (presiunea de strat), Pst; deoarece

garnitura de foraj joaca rolul unui tub manometric, presiunea de strat este

egala cu suma presiunii citita la manometrul de la intrarea in sonda, Pgi si

presiunea hidrostatica a coloanei de fluid din interiorul garniturii de foraj

Pst = Pgi + ρni g H

42

- inaltimea coloanei de fluid patruns din strat in spatiul inelar pana in momentul

inchiderii sondei, ht; pentru aceasta se compara volumul de fluid deversat din

sonda, ΔV, cu volumul spatiului inelar din zona prajinilor grele

Vepg = (Dsd2 – dg

2)lg

Rezulta doua posibilitati:

a)daca ΔV < Vepg, inaltimea coloanei de fluid patrunse nu depaseste lungimea

prajinilor grele, ht < lg, atunci:

ht = =

b)daca ΔV > Vepg, inaltimea coloanei de fluid patrunse este mai mare decat

lungimea prajinilor grele; fluidul patruns a ajuns si in spatiul inelar din zona prajinilor de foraj

si deci:

ht = lg + =

- densitatea fluidului de foraj ingreuiat cu care trebuie sa se umple sonda pentru

readucerea acesteia sub control, ρnf; la limita aceasta densitate este:

ρnf = ;

uneori se ia in considerare si unplus de presiune pentru siguranta si atunci:

ρnf = ;

luandu-se ca siguranta o presiune de 3...6 bar pentru fiecare mie de metrii

adancime, de asemenea, pentru siguranta se mai poate admite un plus de densitate la fluidul

de foraj de 50 kg/m3.

In cele mai multe cazuri se lucreaza fara considerarea unei presiuni de siguranta.

43

- presiunea hidrostatica a coloanei de fluid patruns in sonda, in conditiile de la

baza sondei, dupa inchiderea prevenitorului de eruptie, din relatia presiunilor

rezulta:

Pst = Pci + ρni g (H – ht)+ Paf

De unde rezulta presiunea data de fluidul patruns (de aflux):

Paf = Pst - ρni g (H – ht) – Pci = Pgi - Pci + ρni g ht

Pci reprezinta presiunea de la coloana cu sonda inchisa.

In cazul unui fluid gazos, la deplasarea in sus prin spatiul inelar inaltimea dopului

creste datorita scaderii densitatii ca urmare a scaderii presiunii. Se considera ca presiunea de

aflux ramane constanta pe toata durata de combatere a manifestarii in conditia pastrarii

constante sau cu variatii mici ale ariei sectiunii transversale a spatiului inelar, Paf = ct. Se face

precizarea ca presiunea de aflux reprezinta diferenta dintre presiunile de la capetele dopului

de fluid patruns.

- densitatea medie a fluidului patruns in conditia de la baza sondei, ρ aft, care

permite aprecierea naturii fluidului:

ρaft = = + ρni

Daca ρaft ≤ 400 ... 500 kg/m3 fluidul este gazos sau predominant gazos, in

amestec cu cantitati reduse de lichid. Daca ρaft > 750 ... 800 kg/m3 fluidul este predominant

lichid, iar daca ρaft > 1000 kg/m3 fluidul este in mod sigur apa de zacamant.

In unui fluid gazos, fapt care se constata in cele mai multe cazuri si considerand ca

gazul respectiv poate fi considerat gaz perfect, deci cu un coeficient de neidealitate Z = 1,

indiferent de presiune si temperatura la o presiune standard Ps = Po = 1 bar si o temperatura

ts = 20oC (Ts = 20 + 273 oC = 293 oK)fapt care corespunde conditiilor de la suprafata, fluidul

gazos are densitatea:

ρafs = ρaft

44

unde Tt reprezinta temperatura la talpa sondei

Tt = Γt H + 273oC, oK

Γt fiind gradientul geotermic din zona respectiva

- presiunea de circulatie in sonda la debit redus a fluidului de foraj existent in

sonda, cu densitatea ρni

Ρfrir = Pfri

Pfri fiind presiunea corespunzatoare debitului,Qi

- presiunea de circulatie in sonda la debitul redus a fluidului de foraj ingreuiat:

Ρfrfr = Pfrir

6.3.4. Date rezultate din urmarirea sondei in desfasurarea operatiei

de combatere a manifestarilor

Pe intreaga durata a operatiei de readucere sub control a unei sonde in manifestare

eruptiva se urmaresc urmatoarele marimi :

- presiunea la garnitura de foraj, respectiv la intrarea in sonda, Pg;

- presiunea la coloana, respectiv la iesirea din sonda, Pc;

- volumul de fluid de foraj iesit din sonda, ΔV;

- debitul de fluid la iesirea din sonda.

Urmarirea celor doua presiuni este necesara deoarece:

- valoarea presiunii la garnitura de foraj permite cunoasterea presiunii exercitata

asupra stratului de aflux; aceasta presiune este data de insumarea presiunii de

pompare, presiunii hidrostatice a coloanei de fluid de foraj si, eventual,

presiunii de siguranta;

45

- valoarea presiunii la coloana permite cunoasterea starii de solicitare a

coloanei, a prevenitoarelor si a stratelor de roci aflate sub baza coloanei.

Din urmarirea volumului si a debitelor la iesirea din sonda se obtin date suplimentare

privind desfasurarea operatiei.

6.4. COMBATEREA MANIFESTARILOR ERUPTIVE

INTR-O ETAPA (METODA INGINERULUI)

6.4.1. Date specifice procesului normal de foraj

- Adancimea sondei, respectiv a stratului de aflux , H = 2800m;

- Diametrele coloanei anterioare: exterior Dc = 10 3/4 si interior Dic = 273 mm;

- Diametrul sapei de foraj, Ds = 244,5 mm (9 5/8 in);

- Diametrul prajinilor de foraj, dp = 5 in (139,7 / 121,6 mm);

- Diametrul prajinilor grele, dg = 8 in (203,2 / 71,4 mm);

- Lungimea prajinilor grele, lg = 142 m;

- Densitatea fluidului de foraj, ρni = 1400 kg/m3 ;

- Debitul de fluid in circulatie, Qi = 40 dm3/s;

- Presiunea de circulatie, Pfri = 136 bar;

- Frecventa de lucru a pompelor, fi = 60 cd/min;

- Gradientul geotermic, Гt = 1oc/30 m;

- Temperatura la suprafata, ts = 20 oC.

6.4.2. Date inregistrate dupa inchiderea sondei

- Cresterea volumului de fluid de foraj la haba, ΔV = 6 m3 ;

- Presiunea la garnitura de foraj, Pgi = 45 bar;

- Presiunea la coloana (la prevenitor), Pci = 64 bar;

46

6.4.3. Calcule preliminare

- debitul redus (de control)

Qr = · Qi = · 40 = 20 dm3/s

- frecventa de lucru a pompei la debitul redus

fr = · fi = · 60 = 30 cd/min

- volumul interior al prajinilor grele

47

Vipg = · dig2 · lg = · 0,07142 · 142 = 0,57m3

- volumul interior al prajinilor de foraj

Vipf = · dip2 · (H – lg) = · 0,12162 · (2800 – 142) = 30,87 m3

- volumul interior al garniturii de foraj

Vigf = Vipg + Vipf = 0,57 + 30,87 = 31,44 m3

Pentru zona netubata aflata sub baza coloanei de 10 3/4, ca urmare a largirii rezulta

din procesul de foraj, diametrul sondei este mai mare decat diametrul sapei, Dsd>Ds. Se va

considera diametrul sondei in zona netubata, egal cu diametru interior al coloanei, Dsd =

Dic = 273 mm; inseamna o largire a sondei de la diametrul sapei (Ds = 244,5 mm) la

diametrul luat in calcul (Dic = 273 mm) , de 28,5 mm.

- volumul spatiului inelar

Vsig =Asig· lg = · (Dsd2 - dg

2 )· lg = (0,2732 – 0,20322 )·142 = 3,7 m3

- volumul spatiului inelar in zona prajinilor de foraj

Vsip =Asip·(H – lg) = ·(Dsd2 – dp

2 )·(H- lg) = (0,2732 – 0,13972 )·(2800- 142) = 114.84 m3

- volumul spatiului inelar al sondei

Vsi = Vsig + Vsip = 3,7 + 114,84 = 118,54 m3

- volumul total al sondei, exclusiv volumul ocupat de materialul garniturii de foraj

Vs = Vigf + Vip = 31,44 + 114,84 = 146,28 m3

- durata pomparii unui volum de fluid egal cu volumul interior al garniturii de

foraj,pentru debitul redus Qr

tigf = = = 1572 sec 26,2 min

- durata pomparii unui volum de fluid egal cu volumul spatiului inelar al

sondei,pentru debitul redus Qr

tsi = = = 5927 sec 98,78 min

48

- durata pomparii unui volum de fluid egal cu volumul sondei

ts = tigf + tsi = 26,2 + 98,78 = 124,98 min = 2 ora si 08 min.

- numarul de curse la pompa pentru pomparea unui volum de fluid de foraj egal cu

volumul interior al garniturii de foraj

nigf = fr · tigf = 30 · 26,2 = 786 curse duble


volumul spatiului inelar al sondei

nsi = fr · tsi = 30 · 98,78 = 2963,4 curse duble


volumul sondei; acest numar de curse duble reprezinta totalul de curse pentru incheierea

operatiei de readucere a sondei sub control

ns = nigf + nsi = 786 + 2963 = 3749 curse duble

- temperatura la suprafata

Ts = ts + 273oC = 20 + 273 = 293oK

- temperatura la baza sondei (la talpa)

Tt = Γt · H + 273oC = 2800 + 273 = 366,3oK

6.4.4. Date stabilite dupa inchiderea sondei

Dupa inchiderea sondei se incepe ingreuierea fluidului de foraj la densitatea necesara

readucerii sondei sub control, ρnf. Operatia de combatere prin pomparea de fluid de foraj

ingreuiat incepe dupa ce s-a realizat un volum de fluid ingreuiat egal cu cel al sondei.

Daca se considera un aflux de gaze se disting urmatoarele momente caracteristice in

operatia de combatere a manifestarii eruptive prin metoda inginerului:

a) momentul de inceput al operatiei; sonda este inchisa si in spatiul inelar la partea

inferioara se afla fluid patruns din strat pe inaltimea, ht; volumul de fluid pompat, Va = 0.

b) momentul in care fluidul de foraj ingreuiat a ajuns la partea de jos a garniturii de

foraj; fluidul de foraj existent initial in interiorul garniturii de foraj se afla in spatiul inelar

pe inaltimea H2, fluidul gazos patruns in sonda s-a deplasat spre partea de sus a sondei si

datorita destinderii ocupa o inaltime hg > ht, iar deasupra fluidului gazos se afla fluid de

foraj cu densitatea initiala,ρni, pe o inaltime H – H2 – h; volumul pompat in sonda,Vb = Vig.

c) momentul in care fluidul patruns din strat a ajuns la partea superioara a sondei si

are inaltimea hs; sub el se afla fluid de foraj cu densitatea initiala, ρni, pe inaltimea H2,

49

volumul lui fiind egal cu volumul interior al garniturii de foraj, iar la partea inferioara a

spatiului inelar se afla fluid ingreuiat, pe inaltimea H1 = H – H2 – hs; volumul de fluid

pompat in sonda pana in acest moment Vc = Vigf + H1Asi; Asi fiind aria sectiunii transversale

a spatiului inelar.

d) momentul evacuarii fluidului patruns din strat in sonda; in spatiul inelar se afla

fluid de foraj cu densitatea initiala, ρni, pe inaltimea H2 si fluid de foraj ingreuiat, cu

densitatea finala, ρnf, pe inaltimea H1 =H –H2; volumul de fluid pompat in sonda pana in

acest moment este egal cu vol. fluidului ingreuiat pompat, Vd =Vig+ H1Ae=Vig+(H-H2)Ae

e)momentul finalului operatiei; sonda este plina cu fluid de foraj ingreuiat, ρnf,;

volumul de fluid pompat este egal cu suma volumelor interiorului garniturii de foraj si

spatiului inelar

Ve = Vic + Vsi.

Dupa inchiderea sondei si efectuarea calculelor preliminare se stabilesc unele date,

necesare urmaririi operatiei de readucere a sondei sub control:

- presiunea fluidului patruns in sonda (presiunea de strat):

Pst = Pgi + ρni · g · H = 45 + 1400 · 9,81 · 2800 · 10-5 = 429,5 bar

- densitatea fluidului de foraj pentru readucerea sondei sub control; nu se considera

presiune suplimentara de siguranta, Psig = 0 bar

ρnf = = = 1563,6 kg/m3 1570 kg/m3

- inaltimea coloanei de fluid patruns in spatiul inelar al sondei; deoarece volumul

fluidului patruns, ΔV = 6 m3 , este mai mare decat volumul spatiului inelar din zona

prajinilor grele, Vsig = 1,44 m3, rezulta ca acest fluid s-a ridicat si in spatiul inelar al parjinilor de foraj, in

aceasta situatie inaltimea fluidului patruns in sonda va fi (in conditiile la talpa):

ht = lg + = = 53,07 m

- presiunea hidrostatica a coloanei de fluid patruns in sonda,in conditiile de la baza

sondei, dupa inchiderea prevenitorului de eruptie:

Pst = Pci + ρni ·g·(H – ht) – Paf

de unde rezulta presiunea data de fluidul patruns (de aflux):

Paf = Pst - ρni ·g·(H – ht) – Pci = 429,5 - 1400· 9.81·(2800 – 53,07) ·10-5 – 64 = 11,76 bar

50

- densitatea medie a fluidului patruns, pentru conditiile de la talpa sondei:

ρaft = = 2258,86 kg/m3

Densitatea stabilita corespunde unui fluid gazos.

- densitatea fluidului patruns, corespunzatoare unei presiuni standard, Ps = P0 = 1 bar

si unei temperaturi ts = 20oC considerand gazele ca perfecte:

ρafs = ρaft = 2258,86· 65,6 kg/m3

- presiunea de circulatie in sonda cu fluidul de foraj ingreuiat, pentru debitul redus:

Pfrfr = Pfrir = 40· = 44,85 bar

6.4.5. Presiunea la garnitura de foraj

a) La inceputul operatiei – momentul a:

Volumul de fluid de foraj pompat:

Va = 0.

Presiunile la pomparea fluidului de foraj

- in conditii statice – punctul 1

Pg1 = Pgi = 45 bar

- in conditii dinamice – punctul 3

Pg3 = Pgi + Pfrir = 45 + 44,85 = 89,85 bar

b) Cand fluidul de foraj a ajuns la talpa – momentul b:


Vb = Vigf = 31,44 m3.

Presiunile la pomparea fluidului de foraj

- in conditii statice – punctul 2

Pg2 = 0 bar

- in conditii dinamice – punctul 4

Pg4 = Pfrfr = 44,85 bar

c) Cand fluidul patruns in sonda a ajuns la suprafata – momentul c:


51

Vc = Vigf + H1Asig= Vigf + (H-H2-hs)Asip

Acest volum, care nu joaca un rol semnificativ in desfasurarea operatiei de

combatere a manifestarilor poate fi determinat dupa stabilirea inaltimii dopului de gaze in

momentul ajungerii la suprafata.

Presiunile la garnitura de foraj

- in conditii statice – identic cu momentul b

Pgc = 0 bar

- in conditii dinamice – identic cu momentul b

Pgc = Pfrfr = 44,85 bar

d) Cand fluidul patruns a fost evacuat – momentul d:

Volumul de fluid pompat in sonda:

Vd = Vs – AsipH2

deoarece:

H2 =

Rezulta ca:

Vd = Vs – Vigf = 146,28 – 31,44 = 114,84 m3

Presiunile statica si dinamica la garnitura de foraj au valorile respective egale cu cele

din momentele b si c

- in conditii statice

Pgd = 0 bar

- in conditii dinamice

Pgd = Pfrfr = 44,85 bar

e) La finalul operatiei de combatere – momentul e:

Volumul de fluid pompat este egal cu volumul sondei:

Ve = Vs = 146,28 m3

Presiunile la garnitura de foraj au valorile respective egale cu cele din momentele b,

c si d

- in conditii statice

Pge = 0 bar

- in conditii dinamice

Pge = Pfrfr = 44,85 bar

52

6.4.6. Presiunea la coloana de tubare

a) La inceputul operatiei – momentul a:


Va = 0.

Presiunile la coloana este cea indicata de manometrul de la prevenitor; nu se

considera siguranta, Psig = 0

Pca = Pci = 64 bar

b) Cand fluidul de foraj a ajuns la talpa – momentul b:


Vb = Vigf = 31,44 m3

Presiunile la coloana este data de relatia:

Pcb = Pst – Paf – ρni·g·H + ρni·g[ht ( 1 + ) + Hs ]

Pcb = 429,5 – 11,76 – 1400 x 9,81 x 2800 x 1 + 1400 x 9,81 x [53,07 x (1 +

) + 338,6 x ] = 74,47 bar

Poate fi utilizata dupa calcularea lui hs, care se determina in momentul urmator (c),

cand se cunoaste valoarea presiunii maxime la coloana, Pc max.

c) Cand fluidul patruns in sonda a fost evacuat – momentul c:

Volumul de fluid pompat in sonda se poate calcula dupa determinarea lui hs:

Presiunea la coloana se determina cu relatia:

Pc max =

unde: B = Pst - ρnf·g·H + (ρnf - ρni) g·H2 - Paf

Valoarea lui H2 se determina cu relatia:

H2 = = = 1769.38 m

Ca urmare:

B = 429,5 – 1570 · 9.81 · 2800· 10-5 + (1570 - 1400) 9.81 · 1769.38 · 10-5 – 11.76 =

16,00

53

Deci:

Pc max = = 67.32 bar

Ca urmare inaltimea maxima a dopului de gaze:

Hs = ht = = 338,6 m

De aici rezulta ca:

- volumul de fluid de foraj ingreuiat pompat in sonda pana cand fluidul patruns a

ajuns la suprafa – momentul c:

Vc = Vigf + (H – H2 – hs) Asip = 31,44 + (2800 – 1769,38 – 338,6) · (0,273 – 0,1397

= 43,74 m3


Volumul de fluid :

Vd = Asip · H2 = (0,273 – 0,1397 · 1769,38 = 97.33 m3

Presiunea la coloana

Pcd = (ρnf - ρni)·g ·H2 = (1570 - 1400)·9.81 · 1769,38 · 10-5 = 29,5 bar


Volumul de fluid pompat in sonda:

Ve = Vs = 146,28 m3

Presiunea la coloana este nula

Pce = 0 bar

In urmatorul tabel sunt prezentate marimile carcateristice operatiei de combatere a

manifestarilor eruptive prin metoda inginerului:

54

La garnitura de foraj La coloanaMomentul Pg , bar Vg , m3 Pc , bar Vc , m3

static dinamic

a 40 80 0 64 0

b 0 44,85 31,44 74,47 31,44

c 0 44,85 43,37 67,32 43,37

d 0 44,85 97,33 29,5 97,33

e 0 44,85 146,28 0 146,28

6.4.7. Volumul de fluid de foraj la haba

a) La inceputul operatiei de combatere a manifestarii – momentul a:

Volumul de fluid de foraj deversat de sonda este ∆V:

∆V a = ∆V = 7,3 m3

b) Cand fluidul de foraj ingreuiat a ajuns la talpa – momentul b:

Volumul de fluid de foraj deversat ∆V b > ∆V a :

∆V b = hg Asip

Acest volum ar putea sa fie determinat daca se calculeaza valoarea lui hg in

momentul respectiv. Dar acest volum nu are semnificatie in desfasurarea operatiei.

c) Cand fluidul patruns in sonda a ajuns la suprafata – momentul c:

Volumul de fluid deversat este maxim:

∆V c = ∆V max = hs Asip = 338.6 · (0,273 – 0,1397 = 6.01 m3


Nivelul de fluid de foraj la haba a ajuns la normal si ca urmare:

∆Vd = 0 m3


55

Se pastreaza situatia din momentul anterior:

∆Ve = 0 m3

In ceea ce priveste debitul de fluid de foraj la iesirea din sonda se mentioneaza ca el

creste continuu intre momentele a si c, devine zero intre momentele c si d si revine la

normal, la valoarea Qr = 15 dm3/s, din momentul d pana la finalul operatiei.

In figurile urmatoare sunt reprezentate variatiile presiunilor la garnitura de foraj si la

coloana precum si variatiile volumului de fluid la iesire(vezi anexele).

CUPRINS

DEVIEREA SI DIRIJAREA SONDELOR (TEMA 4).................................1

1. DEVIEREA SI DIRIJAREA SONDELOR...............................................2

1.1. PROIECTIILE SONDEI...........................................................................3

2. GRADUL DE DEVIERE.............................................................................5

2.1. UNGHIUL TOTAL DE DEVIERE…………………………………….5

2.2. INTENSITATI DE DEVIERE……………………………….…………7

APLICATIE………………………………………………………………….8

3. STABILIREA TRASEULUI SONDEI…………………………………13

4. METODA TANGENTALOR SAU A TANGENTELOR

LA ECHILIBRU, TE ……………………………………………………....16

4.1 SPECIFICATII PRIVIND STABILIREA TRASEULUI SONDEI…17

APLICATIE………………………………………………………………...19

5. FORAJUL DIRIJAT……………………………………………………. 27

5.1. CALCULUL PROFILULUI IN PANTA SAU SLANT……………..29

56

5.2. CALCULUL PROFILULUI UNEI SONDE DIRIJATE………….. 32

COMBATEREA DE MANIFESTARE ERUPTIVA METODA

INGINERULUI (INTR-O ETAPA) TEMA 5……………………………35

6. COMBATEREA DE MANIFESTARE ERUPTIVA………………….36

6.1. CARACTERIZAREA GENERALA A COMBATERII

MANIFESTARILOR ERUPTIVE………………………………………..37

6.2. METODE DE COMBATERE A MANIFESTARILOR

ERUPTIVE………………………………………………………………..39

6.3. DATE NECESARE COMBATERII MANIFESTARILOR

ERUPTIVE………………………………………………………………..40

6.3.1. DATE CARACTERISTICE PROCESULUI NORMAL

DE FORAJ…………………………………………………………………41

6.3.2. DATE INREGISTRATE DUPA INCHIDEREA SONDEI……...42

6.3.3. DATE STABILITE PRIN CALCUL INAINTE DE

INCEPEREA OPERATIEI COMBATERE……………………………42

6.3.4. DATE REZULTATE DIN URMARIREA SONDEI IN

DESFASURAREA OPERATIEI DE COMBATERE A

MANIFESTARILOR……………………………………………………45

6.4. COMBATEREA MANIFESTARILOR ERUPTIVE INTR-O

ETAPA (METODA INGINERULUI)………………………………….45

6.4.1. DATE SPECIFICE PROCESULUI NORMAL DE FORAJ…..46

6.4.2. DATE INREGISTRATE DUPA INCHIDEREA SONDEI……46

6.4.3. CALCULE PRELIMINARE…………………………………….47

6.4.4. DATESTABILITE DUPA INCHIDEREA SONDEI…………..49

6.4.5. PRESIUNEA LA GARNITURA DE FORAJ…………………..51

6.4.6. PRESIUNEA LA COLOANA DE TUBARE…………………..52

57

6.4.7. VOLUMUL DE FLUID DE FORAJ LA HABA……………….55

ANEXE…………………………………………………………….........58

58

Foraj - Devierea Si Dirijarea Sondelor

Documents

Transcript of Foraj - Devierea Si Dirijarea Sondelor