Manifestarea eruptivă: semne de avertizare și acțiuni

Manifestarea eruptivă: semne de avertizare și acțiuni

Hits: 20

Vigilența în identificarea din vreme a semnelor de avertizare ale manifestării eruptive și controlul sondei este de cea mai mare importanță pentru siguranța acesteia. Respectarea atentă și reacția corectă la aceste semne vor menține sonda sub control și vor preveni degradarea situației. În acest articol vom discuta, de asemenea, indicatorii unei manifestări eruptive în forajul sondelor.

Manifestarea eruptivă

Semnele majore de avertizare cu privire la o eventuală manifestare eruptivă includ:

  • semnale de avertizare timpurii:
    • creșterea vitezei mecanice;
    • creșterea torsiunii și a sarcinii la cârlig (torque & drag);
    • scăderea densității argilelor din detritus;
    • creșterea dimensiunii particulelor de detritus și a formei acestora;
    • modificarea proprietăților fluidului de foraj;
    • creșterea fondului gazelor (de marș, de conexiune și de fond);
    • modificarea temperaturii fluidului de foraj la ieșire;
    • scăderea exponentului „d”.
  • indicatori pozitivi:
    • creșterea nivelului la habe;
    • creșterea debitului de fluid la ieșire;
    • curgerea sondei cu pompele oprite;
    • umplerea necorespunzătoare a găurii.

Diferitele semne înregistrate ca indicatori de avertizare timpurie nu sunt consecvente în toate situațiile. Deoarece un singur indicator nu poate oferi certitudine pentru avertizarea unei situații dezechilibrate, luarea în considerare a întregii palete de semnale poate ajuta la luarea unei decizii de acțiune adecvată unei posibile situații riscante.

Semnale de avertizare timpurii

De ce ar trebui să considerăm creșterea vitezei mecanice ca fiind semn de avertizare timpurie a unei manifestări eruptive?

Glosarul de termeni de specialitate al companiei Schlumberger, definește noțiunea de „drilling break” astfel:

„O creștere bruscă a vitezei mecanice în timpul forajului. Când această creștere este semnificativă (de două sau mai multe ori decât viteza normală, în funcție de condițiile locale), aceasta poate indica o schimbare a formațiunii, o modificare a presiunii fluidelor din pori sau ambele. Este interpretat în mod obișnuit ca o indicație a traversării nisipurilor (foraj cu mare viteză), mai curând decât a argilelor (foraj de viteză mică).”

Pe durata forajului cu un regim de foraj adecvat, pe măsură ce sapa se uzează, ar trebui să apară o tendință normală de scădere a vitezei mecanice. Dacă presiunea diferențială dintre presiunea hidrostatică a fluidului de foraj și presiunea din porii rocilor formațiunii traversate de sondă scade, o creștere a vitezei mecanice ratei de foraj are loc pe măsură ce apare și efectul de diminuare a particulelor de detritus. În condițiile menținerii unei densități constante a fluidului de foraj, o scădere a acestei presiuni diferențiale nu poate avea loc decât în condițiile întâlnirii unor formațiuni geologice cu presiune din pri mărită.

O creștere generală și consistentă a vitezei mecanice este adesea un indicator destul de bun pentru intrarea într-o zonă de tranziție, iar o creștere rapidă a vitezei mecanice poate indica faptul că s-a intrat într-o formațiune cu presiune anormal de mare și s-a produs o situație sub-echilibru în gaura de sondă.

Creșterea torsiunii și a sarcinii la cârlig

Creșterea valorilor cuplului  torque and drag Cuplul și forța de frecare crescute sunt adesea observate atunci când se sapă în formațiuni argiloase supra-presurizate, datorită incapacității densității fluidului de foraj de a contrabalansa presiunea din pori și de a proteja gaura de sondă de invazia fluidelor din strat. Cuplul tracțiune-torsiune reprezintă un indicator indirect și calitativ al întâlnirii de supra-presiuni. Este, de asemenea, indicator al problemelor de instabilitate ale forajului și ale altor probleme mecanice. Tendința de creștere a cuplului torque and drag indică adesea că se sapă într-o zonă de tranziție și poate fi considerată un semn de avertizare timpurie. Se recomandă manevrarea garniturii în sus și în jos, precum și înregistrarea valorilor medii al acestui cuplu la punerea fiecărei bucăți de avansare. Aceste valori sunt importante atunci când se compară alte schimbări de tendință.

Scăderea densității particulelor de detritus argilos – semnal  de avertizare?

Densitatea argilelor crește în mod normal odată cu adâncimea, dar scade pe măsură ce se întâlnesc intervale cu presiuni anormale. Densitatea particulelor de detritus poate fi determinată la suprafață și trasată în funcție de adâncime. Astfel, se va stabili o linie de tendință normală, iar abaterile de la aceasta pot indica modificări ale presiunii din pori.

Creșterea dimensiunii particulelor de detritus și modificarea formei acestora

În zonele de tranziție sau în argile compactate anormal (șisturi nisipoase și intercalații de nisipuri) șisturile se rup și cad în gaură din cauza condițiilor sub-echilibrate (presiunea din pori mai mare decât presiunea hidrostatică a fluidului de foraj). Umezirea cu apă poate agrava și mai mult această problemă.

Modificări ale formei particulelor de detritus argilos pot apărea pe măsură ce se dezvoltă o situație sub-echilibrată. Particulele sunt adesea mai mari și pot fi ascuțite și unghiulare în zona de tranziție. Aglomerarea suplimentară pe talpa sondei poate coincide cu schimbarea tendinței. Colmatarea severă va provoca adesea modificări în relația dintre presiune și frecvența pompelor.

În mod normal, șisturile presurizate conduc la particule de detritus mici, cu margini rotunjite și sunt, în general, plate, în timp ce particulele de detritus dintr-un șist supra-presurizat sunt adesea lungi și despicate, cu margini unghiulare. Pe măsură ce are loc o reducere a diferențialului hidrostatic dintre presiunea porilor și presiunea din partea inferioară a găurii sondei, detritusul va manifesta o mai mare tendință de a se desprinde. Acest lucru poate duce, de asemenea, la expansiunea șistului, cauzând crăparea și prăbușirea acestuia în gaura de sondă. Sesizarea modificărilor de formă ale particulelor de detritus și „încărcarea” fluidului de foraj cu detritus (lucru vizibil la sitele vibratoare) necesită monitorizare la suprafață, deoarece este unul dintre semnele majore de avertizare timpurie.

Modificări ale proprietăților fluidului de foraj

Fluidul de foraj diluat cu apă sau afectat de o creștere a clorurilor (și, uneori, a calciului) ajuns la suprafață va indica întotdeauna că fluide din formațiunile traversate de sondă au pătruns în gaură. Ar putea fi creat prin depresurizare, sau ar putea indica un aflux în puț în derulare. O mică creștere a clorurilor în fluidul de foraj sau creșterea calciului ar putea indica o zonă strânsă (nepermeabilă) care are presiune ridicată.

La anumite tipuri de fluide de foraj, vâscozitatea va crește atunci când apa sărată pătrunde în puț și se amestecă cu fluidul de foraj. Aceasta se numește floculare, deoarece micile particule de solide din fluidul de foraj, care sunt în mod normal dispersate, formează un „grup” mic numit fulgi (a se vedea floculare). Aceste grupuri provoacă vâscozitate și crește gelația fluidului de foraj.

La alte tipuri de fluide de foraj, este posibil să apară o scădere a vâscozității cauzată de diluarea cu apă (scăderea densității). Acest lucru este valabil atunci când se lucrează cu fluide de foraj pe bază de apă cu apă cu conținut scăzut de sare, cu pH scăzut.

În fluidele de foraj pe bază de produse petroliere, orice contaminare a apei ar acționa ca un „solid” și ar determina creșterea vâscozității. Fluidul de foraj gazificat, așa numitul „gas-cut mud”, ar fi pufos și ar avea vâscozități mai mari (și densitate mai mică).

Este esențială observarea schimbările de tendință, fiind mai importante decât valoarea curentă  a schimbării ca semn de avertizare pentru manifestările eruptive.

Creșterea fondului de gaze

Este necesară monitorizarea fluidului de foraj la ieșire, pentru a sesiza eventuala lui contaminare cu fluide din formațiunile geologice traversate. Acest lucru se face prin înregistrarea continuă a densității fluidului pe jgheab și prin monitorizarea cu precizie a nivelurilor de gaz din fluid. Fluidul gazificat nu va indica în sine că sonda curge (gazul poate fi antrenat de particulele de detritus). Cu toate acestea, gazificarea trebuie tratată ca pe un semn de avertizare timpurie a unei posibile manifestări. Prin urmare, monitorizarea atentă a nivelurilor la habe este o necesitate.

O parte esențială a interpretării nivelului de gaz din fluidul de foraj este, în primul rând,  înțelegerea condițiilor în care gazul a pătruns în fluid. În general, gazul poate pătrunde în fluidul de foraj din unul sau mai multe dintre următoarele motive:

  • traversarea unei formațiuni ce conține gaze chiar și cu un supra-echilibru adecvat;
  • reducerea temporară a presiunii hidrostatice rezultă din depresurizarea dată de manevrarea garniturii de foraj în gaura sondei;
  • presiunea din porii unei formațiuni e mai mare decât presiunea hidrostatică a coloanei de fluid din sondă.

Gazul datorat uneia sau unei combinații a celor de mai sus, poate fi clasificat ca:

Gaz forat

Când se sapă în formațiuni poroase care conțin gaz, o anumită cantitate de gaz conținut în particulele de detritus va pătrunde în fluidul de foraj. Gazul care pătrunde în fluid, cu excepția cazului în care el e în soluție cu fluid pe bază de produse petroliere și menținut acolo la o presiune mai mare decât punctul său de ieșire din soluție (vezi bubble point), se va destinde pe măsură ce este circulat în gaură, provocând gazificarea pe jgheab. Gazificarea fluidului de foraj datorată acestui mecanism va avea loc chiar dacă formațiunea este supra-echilibrată. Mai mult, creșterea greutății specifice a fluidului de foraj nu va împiedica acest fenomen!

Să reținem că gazul forat va fi evident doar pe durata evacuării particulelor de detritus provenite din formațiunea poroasă.

Gazul de conexiune

Vorbim despre măsurarea gazelor de conexiune la suprafață, ca o creștere distinctă peste gazul de fond pe măsură ce acestea urcă, după întreruperea forajului pentru a realiza o conexiune. Acestea sunt rezultatul reducerii temporare a presiunii totale efective a coloanei de fluid de foraj pe durata realizării unor înfiletări. Acest lucru se datorează opririi  pompei și depresurizării ca urmare a mișcării garniturii de foraj.

În toate cazurile, gazele de conexiune indică o stare de echilibru apropiat. Atunci când este identificată o tendință de creștere a gazelor de conexiune, trebuie luată în considerare cântărirea fluidului de foraj înainte de reluarea forajului, continuarea operațiunilor și mai ales particularizarea înaintea oricărei operații de extragere.

Gaz de marș

Gazul de marș este orice gaz ce pătrunde în masa fluidului de foraj pe durata efectuării operațiilor de extragere-introducere a garniturii de foraj, cu gaura aparent statică. Detectarea gazului de marș va avea loc atunci când se face circulația după reintroducerea sapei la talpă. Dacă coloana statică de fluid de foraj este suficientă pentru a echilibra presiunea de formațiune, gazul de marș este doar rezultatul depresurizării temporare rezultată din mișcarea de extragere a garniturii de foraj și difuzia gazului.

Gazul de marș semnificativ poate indica faptul că există o situație aproape de echilibru în gaură.

Gaz datorat densității inadecvate a fluidului de foraj

Indicarea la suprafață a traversării unei formațiuni geologice în condiții de sub-echilibru, depinde de gradul de sub-echilibru, precum și de permeabilitatea formațiunii. Săparea într-o formațiune permeabilă care este semnificativ neechilibrată va determina o creștere imediată a debitului urmată de o creștere a nivelului la habe.

Modificarea temperaturii fluidului de foraj la ieșire

În mod normal, are loc o creștere a temperaturii în zonele de tranziție către formațiuni supra-presurizate. Viteza de circulație, durata marșului și volumul de fluid de foraj vor influența lina de tendință a temperaturii.

Gradientul de temperatură în formațiunile cu presiune anormală este în general mai mare decât în ​​mod normal. Gradientul de temperatură scade înainte de a pătrunde în aceste zone și, prin urmare, diferențele marcate pot oferi o indicație timpurie a presiunilor anormale. Aceasta este de obicei o măsurare la suprafață care are tendința de a fi influențată de diverși factori de operare.

Scăderea exponentului „d”

Reprezentarea grafică a exponentului „d” trebuie făcută de către geologi/operatorii cabinelor mud-logging. Mai mult, aceasta trebuie menținută actualizată în orice moment. Această valoare s-a introdus pe la mijlocul anilor șaizeci ai secolului trecut, pentru a calcula o rată de penetrare normalizată în raport cu anumiți parametri de foraj.

d=\dfrac{log(R/60N)}{log(12W/10^6D)}

unde:

  • R = viteza mecanică, [ft/h];
  • N = viteza de rotație, [rpm];
  • W = apăsarea pe sapă, [lbs];
  • D = diametrul sapei, [in]
  • d = exponentul „d”

În vederea luării în considerare a normalizării formulei pentru modificările de densitate ale fluidului de foraj și/sau a ECD-ului (Equivalent Circulation Density), formula a fost corectată, ajungându-se astfel la exponentul „dc”:

d_c=\dfrac{\rho_n}{ECD} \times d

unde:

  • \rho_n = densitatea fluidului de foraj, [kg/dmc];
  • ECD = densitatea echivalentă la circulație, [kg/dmc].

Un grafic al exponentului dc funcție de adâncime în secțiunile argiloase poate avea un moderat în prezicerea presiunii anormale. Tendințele exponentului dc cresc în mod normal odată cu adâncimea, dar în zonele de tranziție, valoarea acestuia scade la valori mai mici decât cele așteptate.

Companiile de mud-logging încearcă diverse variante/modele de normalizare și petru alți parametri (așa cum ar fi uzura sapei și rezistența rocii), cu diferite grade de succes. O ilustrare a unei reprezentări grafice a exponentului dc funcție de adâncime (depth) se poate vedea în imaginea alăturată.

Indicatori pozitivi de manifestare eruptivă

În foraj, o manifestare eruptivă are loc atunci când presiunea hidrostatică a coloanei de fluid din sondă este mai mică decât presiunea de formațiune, cu condiția ca formațiunea să aibă capacitatea de a produce. Un aflux este un indicator pozitiv al faptului că fluidul din formațiune pătrunde în sondă și trebuie inițiat controlul secundar al sondei.

Semnal de avertizare pozitiv de aflux în puț în timpul forajului

Curgerea în gaura de sondă determină apariția a două modificări în sistemul de circulație a fluidului de foraj:

  • creșterea volumului activ al sistemului de noroi, așa numita „creștere de nivel la haba de circulație”:
    aceasta e detectată de instrumentele de măsurare a nivelului la habă, de înregistratorul montat pe panoul sondorului șef, sau de mud-logger.
    O comunicare bună între membrii echipei este esențială pe platformă, deoarece va detecta orice semne de avertizare a unui aflux. În acest scop se recomandă evitarea transferurilor de fluide dintr-o habă în alta în timpul săpării.
  • debitul de retur al fluidului de foraj la ieșire depășește debitul de intrare; de aici apare nevoia unui „sistem de monitorizare a debitului”.
    La traversarea unei formațiuni ce conține gaze, se va observa o creștere minoră a nivelului la habe datorat volumului de gaz adus la suprafață odată cu detritusul. Cu toate acestea, acest lucru se va întâmpla doar pe măsură ce gazul se apropie de suprafață și se datorează expansiunii gazului forat și nu este neapărat o indicație că sonda ar fi în situația de sub-echilibru.
    Momentul creșterii volumului la habe este important pentru a face distincția între un aflux real și expansiunea gazului. Gaura va primi, de asemenea, același volum de fluid măsurat la ieșire, după ce bula de gaz a ajuns la suprafață. Totuși, dacă există vreo întrebare cu privire la cauza creșterii nivelului la habe, se va opri pompa și se va executa un test de curgere a sondei. Pe durata executării marșurilor, echipa de foraj ar trebui să poată recunoaște un aflux 1 mc sau chiar mai puțin. În timpul forajului, echipele sunt în general capabile să recunoască un aflux de 1,5 mc sau mai puțin.

  • mărimea sau severitatea unui aflux depinde de volumul de fluid străin permis să pătrundă în sondă, care depinde de:

    • gradul de sub-echilibru.

    • permeabilitatea formațiunii geologice.

    • durata de timp necesară echipei de foraj pentru a detecta afluxul.

Umplere necorespunzătoare a găurii | Recunoașterea unui aflux pe durata marșului

Curgerea în gaura de sondă va duce la umplerea necorespunzătoare a găurii, iar constatarea acestui aspect trebuie să impună o verificare a debitului. Dacă verificarea debitului este pozitivă, sonda trebuie trebuie închisă. Dacă verificarea debitului este negativă, garnitura de foraj ar trebui reintrodusă la talpa sondei pentru a circula acolo.

Trip tank-ul

Trip tank-ul reprezintă cea mai sigură și mai fiabilă metodă de monitorizare a volumelor de fluid pe durata marșurilor. Se recomandă să se utilizeze o umplere continuă a găurii la introducere, când trip tank-ul trebuie utilizat pentru a se asigura că are loc o dezlocuire corectă a fluidului de foraj.

Situații ce pot masca un aflux

  • Ajustarea densității fluidului de foraj în timpul săpării.
  • Transferuri de fluide între habe în timpul săpării.
  • Săpare cu circulația parțial pierdută.
  • Echipamentele pentru controlul solidelor și degazificarea fluidului de foraj.
  • Pierderi și scurgeri în echipamentele de suprafață.
  • Pornirea și oprirea pompei.

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