ECD-ul în foraj

ECD-ul în foraj

Hits: 0

De ce?

Importanța ECD

ECD (Equivalent Circulation Density) este un parametru important de monitorizat în procesul de săpare al unei sonde, manifestarea lui afectând în mod decisiv procesul de control al sondei. Să aprofundăm un pic problematica asociată acestui concept…

De ce e necesar să controlăm valorile ECD-ului?

Există câteva motive foarte justificate pentru a menține sub control valorile Densității Echivalente în Circulație. Să le enumerăm pe cele importante:

  • reducerea riscului de fisurare a formațiunilor geologice deschise și respectiv a pierderilor de fluide de foraj. Ca să nu mai vorbim de creșterea timpului neproductiv și de volume semnificative de fluide pierdute, care pot conduce la probleme legate de controlul sondei.
  • prevenirea fenomenelor de tip ballooning, cu suprasolicitarea rezistenței formațiunilor geologice;
  • minimizarea instabilității pereților găurii sondei, datorată fluctuațiilor de presiune;
  • minimizarea riscului lipirilor diferențiale ale materialului tubular;
  • evitarea creșterii costurilor la sondele cu probleme.

Care sunt tipurile de sonde la care ECD-ul este deosebit de important

Deși controlul ECD este important în orice proces de foraj, există unele tipuri de sonde la care acesta devine vital:

  • realizarea găurilor de tip ERD (Extended Reach Drilling)/orizontale, în care ECD crește odată cu adâncimea măsurată, dar gradientul de fisurare nu crește semnificativ din cauza modificărilor relativ mici ale proiecției verticale traiectului sondei (TVD);
  • sonde HPHT (High-Pressure High-Temperature), la care marja de foraj (diferența dintre presiunea din pori și presiunea de fisurare) este mică;
  • sonde săpate în formațiuni poros-permeabile exploatate deja (zăcăminte mature) în care presiunea de fisurare s-a diminuat în timp, odată cu scăderea presiunii din pori, dar greutatea specifică a fluidului de foraj nu poate fi redusă fie datorită prezenței unui orizont productiv izolat virgin (cu presiune mai mare), fie datorită necesității stabilizării unor intercalații de șisturi.

Ce semnifică ECD în foraj

ECD este termenul dat presiunii totale exercitate asupra pereților găurii sondei. Se folosește, în general, pentru a indica creșterea presiunii exercitate pe durata circulației fluidelor din sondă, dar indică și creșterea sau scăderea presiunii cauzată de mișcarea garniturii de foraj (presiuni surge and swab). Se exprimă ca densitate, în aceleași unități ca densitatea (măsurată la suprafață a) fluidului de foraj.

Principalele componente ce afectează valoarea ECD în foraj

Pe scurt, ECD este combinația dintre densitatea fluidului de foraj și alte influențe ce afectează presiunea din spațiul inelar al sondei.

Există două componente ale ECD:

  • componenta de presiune statică:
    • presiunea hidrostatică a fluidului de foraj încărcat și cu detritus.
  • componenta de presiune dinamică care include:
    • pierderile de presiune din spațiul inelar;
    • viteza de mișcare a garniturii de foraj;
    • presiuni inerțiale induse de accelerarea/decelerarea mișcărilor garniturii de foraj;
    • presiunea necesară ruperii structurii de gel a fluidului de foraj la pornirea circulației.

Presiunea hidrostatică a fluidului de foraj

Presiunea statică este presiunea exercitată de un fluid staționar cu o densitate dată la o adâncime verticală dată. De asemenea, include orice particulă de detritus ce poate fi suspendat în coloana de fluid de foraj.

Pierderea de presiune în spațiul inelar

Pentru circularea fluidului de foraj în gaura de sondă este necesară o anumită presiune, pentru a învinge:

  • forțele de frecare internă din fluidul însuși;
  • contrapresiunea pe măsură ce fluidul curge printr-o secțiune restrictivă;
  • pentru acționarea motorului, turbinei și a instrumentelor MWD.

Efortul necesar pentru depășirea rezistenței la curgere se numește pierdere de presiune. Această pierdere de presiune este măsurată de manometrul încărcătorului.

Pierderea de presiune în circulație depinde de:

  • debit;
  • proprietățile fluidelor, respectiv vâscozități (PV și YP);
  • geometria canalelor de curgere, respectiv dimensiuni țevi/spații inelare.

Creșteri ale debitului sau ale vâscozității determină creșteri ale pierderilor de presiune. O creștere a secțiunii spațiilor inelare, datorită unui diametru mai mare a găurii sondei sau a unui diametru exterior al componentelor garniturii de foraj mai mic are ca rezultat o reducere a pierderii de presiune.

Pierderea de presiune prin circulație poate fi împărțită în două componente principale:

  • pierderea de presiune din interiorul garniturii de foraj;
  • pierderea de presiune din spațiul inelar.

De obicei, ne preocupă pierderea de presiune din spațiul inelar, deoarece aceasta afectează ECD-ul. (NB. Dacă vorbim despre situația unei circulații inverse, atunci vorbim despre pierderea de presiune din interiorul garniturii de foraj care acționează asupra tălpii sondei, nu de pierderea de presiune din spațiul inelar. Pierderea de presiune din interiorul garniturii este considerabil mai mare decât pierderea de presiune din spațiul inelar, deci trebuie avut grijă într-o atare situație.)

Pierderea de presiune din spațiul inelar poate fi calculată cu o precizie moderată, dar aceasta ignoră adesea câțiva factori importanți care au un efect asupra acestei pierderi:

  • solidele din spațiul inelar;
  • viteza de mișcare a garniturii de foraj;
  • variații ale PV și YP;
  • modificări necunoscute ale secțiunii de curgere inelare, concretizate în apariția de caverne sau gâtuiri;
  • creșteri ale diametrelor componentelor garniturii.

Presiunea pe talpa sondei (BHP – Bottom Hole Pressure)

De ce este important să cunoaștem:

  1. presiunea statică pe talpa sondei și
  2. presiunile dinamice pe talpa sondei.

BHP-ul static trebuie cunoscut pentru a evita afluxurile în sondă, lipirea diferențială, instabilitatea pereților găurii sondei și pierderile de circulație a fluidului de foraj, atunci când nu există circulație a acestuia.

BHP-ul dinamic trebuie cunoscut pentru a evita afluxurile în sondă, lipirea diferențială, instabilitatea pereților găurii sondei, fenomenele de ballooning și pierderile de fluid pe durata circulației.

Vârfurile (creșteri de scurtă durată) ambelor presiuni pot provoca fracturarea formațiunilor geologice și eventuale pierderi de fluide. Aceste vârfuri de presiune dinamică sunt de obicei responsabile pentru inițierea pierderilor de circulație.

Parametrii care influențează densitatea circulantă echivalentă ECD în foraj

Viteza în spațiul inelar

Creșterea vitezei mișcării fluidului în spațiul inelar mărește pierderile de presiune prin frecarea fluidului și, prin urmare, pierderea de presiune din spațiul inelar, în consecință, ECD crește, și invers.

Adâncimea MD (de-a lungul găurii) și TVD

Relația dintre MD și TVD afectează ECD. De exemplu, într-o gaură orizontală MD crește, dar TVD rămâne la fel. Acest lucru duce la creșterea ECD cu adâncimea măsurată, deși TVD nu crește.

Viteza de rotație și cea axială

Pe măsură ce rotația crește, crește pierderea de presiune inelară și, în consecință, ECD. Acest lucru se datorează apariției vortexurilor Taylor care extrag energie din fluxul axial mediu și produc o cădere de presiune mai mare.

Viteza mișcării axiale a garniturii de foraj la introducere și extragere afectează mișcarea fluidului din spațiul inelar, provocând o modificare a AV. Acest lucru duce la presiuni de tip swab și surge, respectiv fluctuații de presiune, ceea ce conduce la creșterea ECD.

Aria secțiunii transversale a spațiului inelar – CSA (Cross-Sectional Area of Annulus)

O reducere a CSA crește pierderea de presiune în spațiul inelar prin restricționarea fluxului de fluid în această zonă și astfel crește ECD. Exemple de echipamente care cauzează restricții în zona secțiunii transversale a spațiului inelar sunt: ​​îmbinările prăjinilor de foraj, stabilizatorii, etc.

Reologia fluidului de foraj

Vâscozitatea fluidului de foraj este o măsură a pierderii de presiune prin frecare pe care o suferă acesta atunci când este pompat. Pierderile de presiune prin frecare în spațiul inelar sunt măsurate ca pierderi de presiune în spațiul inelar. Astfel, modificările vâscozității fluidului de foraj afectează densitatea circulantă echivalentă de foraj, ECD.

Ruperea structurii de gel a fluidului de foraj

În lipsa circulației, când fluidul de foraj este staționar, acesta dezvoltă o vâscozitate statică denumită rezistență de gel. Este necesară o anumită presiune pentru a depăși rezistența gelului (ruperea gelului) pentru a începe punerea în mișcare a fluidului de foraj. Această presiune se exercită asupra pereților găurii sondei. Cu cât este mai mare rezistența gelului, cu atât este mai mare presiunea necesară pentru a iniția mișcarea fluidului. Odată pus în mișcare presiunea necesară pentru a menține fluidul în mișcare este, în general, mai mică decât cea necesară pentru inițierea circulației, prin urmare pierderea de presiune din spațiul inelar va fi mai mare la pornirea circulației, rezultând un ECD mai mare.

Încărcarea cu solide

Solidele forate ajunse în fluidul de foraj ca particule de detritus măresc densitatea acestuia, lucru ce poate fi considerat ca fie ca o creștere a greutății specifice a fluidului de foraj, fie un efect asupra ECD. Este de obicei considerat ca un efect ECD, deoarece solidele sunt îndepărtate la suprafață (deci sunt temporare) și fluidul de foraj inițial este reintrodus în gaura sondei.

Dacă solidele sunt recirculate din cauza unei slabe curățări a găurii sondei, ele pot deveni atât de mici încât nu mai pot fi îndepărtate la suprafață (de măsurat ca LGS – solide cu greutate redusă), caz în care vor produce o creștere permanentă a greutății specifice a fluidului de foraj.

Problemele de stabilitate ale găurii sondei pot conduce la cantități mari de rocă în gaura sondei, rezultând o creștere similară a ECD ca mai sus.

Solidele se pot așeza în partea inferioară a găurii în sondele deviate, fiind agitate prin mișcarea ulterioară a garniturii de foraj (prin rotație după mișcare axială). Creșterea ECD datorată acestei acțiuni poate fi semnificativă.

Dacă curățarea găurilor nu este suficientă, cantitatea de solide din fluidul de foraj continuă să crească și, ca urmare, și ECD-ul.

Apariția unui pat de particule de detritus reduce aria secțiunii transversale a găurii, ceea ce mărește și ECD-ul.

Barite Sag

Barite Sag este un caz specific de solide în sondă, dar, de această dată provenind nu din solide forate, ci solide provenite din chimicalele folosite pentru îngreunarea fluidului de foraj. Barita cade din suspensie și formează straturi dense de noroi. Când volumele de fluid de foraj sunt evacuate prin circulație în afara găurii, sunt lăsate straturi tot mai dense, ceea ce duce la o creștere a presiunii hidrostatice și, în consecință, a ECD.

Încărcarea fluidului de foraj cu solidelor forate și ECD

Toate cele următoare pot afecta în mod semnificativ densitatea circulantă echivalentă. Cu toate acestea, ele ar putea fi mascate de alte operațiuni sau acțiuni simultane și, prin urmare, nu pot fi evidențiate sau luate în considerare de către echipa de foraj în momentul forării.

  • Curățarea necorespunzătoare a găurilor
  • Transportul eficient de solide (detritus și cavernări) determină o creștere a ECD
  • ROP (viteza mecanică de avansare) afectează cantitatea de solide forate în spațiul inelar.
  • Solidele agitate prin mișcarea garniturii de foraj după forajul cu motor submersibil.
  • Proceduri de curățare a găurilor alese, adică dopuri de fluide, backreaming.
  • Barite sag.

Este mai bine să se asigure că o curățare bună a găurilor se realizează printr-o combinație de debit mare și optimizare reologică.

Curățarea necorespunzătoare a găurilor

O greutate specifică pentru șist este de 1000 pptf (2,3 SG), aproape dublă față de o greutate tipică pentru fluidul de foraj, de 550 pptf (1,26 SG). În consecință, încărcarea cu solide are ca rezultat o creștere a greutății specifice efective a fluidului de foraj.

Curățarea necorespunzătoare a găurilor are ca rezultat acumularea de detritus în spațiul inelar, ceea ce duce la o creștere continuă a greutății specifice a fluidului de foraj. Formarea paturilor de detritus duce la o diminuare a secțiunii transversale inelare și, prin urmare, crește ECD-ul.

Spălările găurilor pot provoca o acumulare de solide care se pot prăbuși și pot provoca creșteri de presiune și împachetări. Paturile de detritus pot cădea în avalanșă, cu efecte urâte.

Transport eficient al solidelor forate pentru diminuarea ECD

Debitul de circulație a fluidului de foraj este cel mai important parametru în determinarea unei curățări eficiente a găurilor. O bună curățare a găurilor prin debite mari duce la o creștere a solidelor suspendate. Creșterea suspensiei are ca rezultat atât o greutate mai mare a noroiului, cât și o creștere a pierderii de presiune în spațiul inelar datorită debitelor mari. Ambele contribuie la o creștere a densității circulante echivalente.

La debite mici, particulele de detritus cad pe partea inferioară a găurii, formând un pat de detritus, care mărește ECD-ul, datorită restricției secțiunii inelare de curgere.

Pe măsură ce debitul crește în continuare, majoritatea particulelor de detritus sunt transportate de-a lungul zonei inferioare, cu unele suspendate în fluxul de fluid chiar deasupra patului, crescând densitatea circulantă echivalentă.

La debitele mai mari, pierderile de presiune prin frecare sunt semnificative, iar detritusul e transportat complet, fiind în suspensie.

ROP-ul forajului & ECD

Dacă ROP-ul depășește capacitatea de curățare a găurii, atunci va exista o creștere treptată a ECD.

De precizat că, în cazul găurilor ERD cu lungime mare, indicațiile acumulărilor de detritus în timpul unei pauze de foraj pot întârzia câteva ore pentru a se manifesta asupra ECD-ului, din cauza timpului lung de depunere în paturi, din suspensie.

Rotația

Se pot înregistra scăderi ale ECD în timp ce garnitura aluneca din cauza detritusului ce cădea în partea inferioară a găurii și dispărea din fluxul de fluid de foraj. Rotirea agită aceste particule de detritus, readucându-le înapoi în fluxul de curgere, mărind densitatea efectivă a fluidului de foraj.

Perioade lungi de foraj direcțional vor încărca spațiul inelar odată cu reluarea rotirea garniturii, așa că este înțelept să se intercaleze forajul slide cu cu foraj rotativ sau cu circulație, rotație și alternare („TimeOut” pentru curățarea găurilor).

Controlul ECD pentru echipa de foraj

AcțiuneSe previne creșterea ECD prin:
Mișcarea garniturii de forajÎnceperea mișcării încet și lin.
Modificarea frecvenței pompeiPornirea și oprirea pompelor lent; este cel mai important aspect.
Ruperea structurii de gel a fluidului de forajRotirea garniturii înainte de pornirea pompei pentru ruperea structurii de gel a fluidului de foraj
BackreamingAr trebui evitat, dacă este posibil.
Șablonare gaurăAcesta este momentul cel mai probabil pentru a provoca o creștere a ECD
Condiționare fluid forajFluctuațiile de densitate și vâscozitate ale fluidului de foraj au un efect direct asupra ECD. Controlați-le cu atenție în limitele specificate.

Introducerea garniturii de foraj (orice mișcare descendentă)

  • Presiunile de tip surge (suprapresiunile) sunt încă semnificative în coloană și este posibil ca viteza de introducere să fie diminuată cu mult sub o viteză „normală”. Asigurați-vă că s-au făcut calculele corespunzătoare printr-un software-ul disponibil.
  • Proprietățile fluidului de foraj, tipurile de ansambluri de fund (BHA), configurațiile BHA, grosimea turtei și valoarea filtratului și suprafața totală de curgere prin duzele sapei, toate au un efect dramatic asupra presiunilor din sondă.
  • Fiți conștienți de vitezele maxime admise ale manevrării garniturii de foraj, atât cu, cât și fără circulație.
  • Accelerați mișcarea garniturii încet, la viteza maximă permisă, evitând mișcări bruște care pot crea presiuni semnificative de suplimentare.
  • Dacă se introduce un nou echipament, fiți conștienți de bypass-ul hidraulic; sapa a mai fost folosită anterior?

Corectare în jos

  • Efectele asupra densității circulante echivalente cresc semnificativ în găurile cu diametre mai mici.
  • Limitați viteza, frecvența pompei și viteza de rotire.
  • Viteza de mișcare a garniturii la corectare este în general mult mai mare decât la săpare și poate crea presiuni suplimentare mari (surge pressure).

Continuarea forajului

  • La forajul slide, ROP-ul este limitat, în timp ce în modul rotativ poate fi ridicat. Încercați să mențineți un ROP constant pentru evitarea încărcării fluidului cu detritus, pentru a limita ECD-ul.
  • Întrerupeți perioadele lungi de foraj slide, fie cu operații de foraj rotativ, fie cu operații de curățare a găurilor, adică circulație, rotație și reciprocitate.

Circulația pentru ruperea structurii de gel a fluidului

  • Nu suprapuneți operațiunea de introducere cu pornirea pompei și pornirea rotirii garniturii simultan, pentru a evita suprapresiunile.
  • Dacă rezistența de gel produce presiuni ridicate la pornirea circulației, încercați mai întâi să porniți rotirea garniturii, dar, atenție la deranjarea paturilor instabile de detritus ce pot cădea pe BHA.
  • Creșteți încet și în trepte debitele de circulație.

Pomparea dopurilor de fluid

  • Accentul ar trebui pus pe curățarea găurii cu sistemul de fluid proiectat, prin menținerea debitelor ridicate și optimizarea reologiei cu evitarea lăsării detritusului în gaură.
  • Dopurile de fluid pot prelua cantități semnificative de detritus care pot crește dramatic ECD-ul.
  • Păstrați fluidul de foraj în stare bună → din punct de vedere al filtratului, reologiei (PV/YP/geluri), greutate specifică.

Backreaming

  • Evitați corectarea în sus prin curățarea suficientă a găurii, înainte de aplicare.
  • Backreaming-ul elimină turta, ceea ce poate facilita apariția de pierderi la o presiune mai mică.
  • De asemenea, provoacă creșteri ale LGS, care pot provoca o creștere a PV și, prin urmare, o densitate circulantă echivalentă crescută.
  • În cazul backreaming-ului, există puține semnale de avertizare (sau chiar deloc) înainte de apariția unui prinderi de garnitură.

Coloană și liner-e

  • Pentru toate tipurile de coloane și liner-e, presiunile de tip swab și surge pot fi semnificative, iar inerția din sistemul de fluid cauzată de răcire și gelifiere agravează situația. Ieșirea la derivație a fluidului încep după introducerea câte unui burlan în sondă.

Detritus

  • Curățarea bună a găurilor oferă particule de detritus cu forme unghiulare.
  • Particulele de detritus rotunde și terciuite indică paturi de măcinare și, eventual paturi de detritus.

Rotirea garniturii

  • Este esențială pentru agitarea unui pat de detritus. Ar trebui stabilită o viteză de rotire optimă: 80 ÷ 100 rpm ar putea fi în regulă.
  • Produce creșterea ECD.

Eh, cum trecut-au anii... După ce în 1984 am absolvit IPG-ul din Ploiești, următorii patru ani am trecut prin Șantierele de foraj ale Schelei de Foraj Tg. Ocna, din zona Matca-Buciumeni a județului Galați. Apoi, anul 1988 mi-a adus (cu eforturi) un transfer la Mediaș, ca proiectant de foraj al sondelor, în cadrul a ceea ce se numea atunci “Centrul de Cercetare și Proiectare”, care ținea pe vremea aceea de Institutul de la Câmpina. Apoi, lucrurile au luat altă turnură, după anii ‘90, când centrul a trecut sub tutela Romgaz-ului... Ulterior, activitatea de proiectare foraj și ingineria de zăcământ a rămas la Romgaz, iar activitatea de proiectare conducte și altele a trecut la Transgaz. Iar eu am rămas devotat activității de proiectare a forajului sondelor, activitate care iată, cel puțin formal, se apropie de final... Dar pentru că forajul sondelor este un domeniu pasionant, și pentru că scopul unui om în viață ar trebui să fie acela de a evita plictiseala, cred că voi mai rămâne un pic în acest domeniu. Chiar cred că aș avea câte ceva de transmis celor ce vin din urmă... Și pentru că în ultima perioadă am descoperit validitatea filosofiei stoice, nu voi evita subiecte asociate. Ca să nu mai vorbim de faptul că printre alte subiecte pe care le consider de interes se numără evenimentele de tip „lebădă neagră” (cu probabilitate mică de apariție, dar cu impact major), sau problematica automatelor celulare...

Lasă un comentariu