1

16. ECHIPAREA ŞI PUNEREA ÎN PRODUCŢIE A SONDELOR DE MARE ADÂNCIME

16.1. ECHIPAMENTUL DE FUND AL SONDELOR DE MARE ADÂNCIME

Datorită condiţiilor deosebite de presiune şi temperatură întâlnite la sondele de mare adâncime, atât pentru efectuarea probelor de producţie cât şi pentru exploatare, este necesară o echipare diferită faţă de cea utilizată la sondele cu adâncimi obişnuite, echipare care are în vedere următoarele obiective principale:

- asigurarea unui control permanent, atât în timpul manevrelor cât şi în timpul probelor de producţie sau al exploatării sondei;

- protejarea coloanei de exploatare faţă de presiunile ridicate ce s-ar putea dezvolta la deschiderea stratelor cât şi împotriva acţiunii corozive a fluidelor din strat;

- reducerea la minimum posibil a numărului de manevre cu garnitura de ţevi de extracţie şi a operaţiilor de omorâre a sondei, care duc la colmatarea stratului;

- izolarea stratelor investigate în vederea retragerii la altele superioare, prin mijloace diferite şi îmbunătăţite faţă de cimentările de tip obişnuit, care de multe ori sunt nereuşite datorită presiunilor şi temperaturilor ridicate din sondă.

În funcţie de condiţiile specifice fiecărei sonde există o mare varietate de scheme de echipare a sondelor de mare adâncime. În cele ce urmează este prezentată o schemă generală de echipare precum şi descrierea dispozitivelor care intră în componenţa garniturii de ţevi de extracţie.

Echiparea sondei are în vedere introducerea şi fixarea în coloana de exploatare, la 10-15 m deasupra intervalului perforat, a unui packer de tip permanent frezabil, care are rolul de a izola stratul productiv de coloana de exploatare.

Introducerea packerului se face după ce, în prealabil, s-a verificat starea coloanei cu un curăţător extensibil pentru coloană (rotrovert).

Prin construcţia sa, packerul permite atât producerea sondei prin intermediul niplurilor de etanşare (care trec prin interiorul packerului), cât şi izolarea stratului cu ajutorul clapetei cu care este prevăzut packerul la partea inferioară.

În componenţa garniturii de ţevi de extracţie se includ o serie de dispozitive care permit efectuarea unor operaţii în gaura de sondă, fără a fi necesară extragerea şi introducerea repetată a garniturii de ţevi de extracţie (fig. 1). Acţionarea unora din aceste dispozitive (valva de circulaţie), precum şi lansarea şi etanşarea altor dispozitive (duze şi dopuri în niplurile R şi F) se face cu scule introduse cu sârma de la suprafaţă (diametrul sârmei 1,9 – 2,3 mm). Izolarea stratului investigat în vederea retragerii la altul superior, se realizează cu ajutorul unor dopuri nerecuperabile (tip D1 sau DII) lansate, ca şi packerele, cu un dispozitiv cu acţionare electrică (introdus cu cablul) sau cu acţionare hidraulică (introdus cu ţevile de extracţie).

Niplul locator cu prag R. În acest niplu se introduce un dispozitiv de fixare (locator) la care se poate ataşa un manometru de fund. După cum arată denumirea, prin el nu poate trece. locatorul, motiv pentru care este montat la partea inferioară a garniturii de ţevi de extracţie. Manometrul de fund este fixat în niplul R când cercetarea sondei se face prin variaţia debitului extras (pentru înregistrarea presiunii dinamice). Niplul R are şi rolul de a opri căderea în gaura de sondă a diferitelor scule (scăpate accidental), deci joacă rolul de sabot.

Niplul selectiv F. Permite trecerea prin el a locatorului, la care se poate ataşa, în acest caz, o duză de fund, un dop sau manometrul de fund. În niplul F inferior se montează, de regulă, o duză de fund pentru prevenirea formării criohidraţilor. Duza se montează în niplul F de la partea inferioară deoarece aici temperatura este mai mare. Tot în niplul F de la partea inferioară se montează un manometru de fund atunci când se face cercetarea sondei prin închidere. În niplul F de la partea superioară se montează dopuri cu închiderea totală sau dopuri cu închiderea

2

Fig. 1 Schema echipamentului de fund al sondelor de mare adancime

3

într-un singur sens. Astfel se poate interveni pentru remedierea unor defecţiuni la echipamentul de la suprafaţă fără a mai omorî sonda. Acest niplu se fixează la o adâncime de 2000-2400 m, pentru a permite efectuarea operaţiei de pistonare.

Reducţiile de rezistenţă sunt tuburi cu pereţi groşi, cu lungimea de circa 1 m. Acestea se montează în zonele de maximă turbulenţă, pentru a proteja ţevile de extracţie de acţiunea erozivă a fluidului extras.

Locatorul G asigură etanşarea ţevilor de extracţie în packer şi, de asemenea, cu ajutorul lui se controlează adâncimea de fixare a packerului şi se face proba fixării acestuia. Pentru proba fixării packerului, se lasă pe acesta o greutate de 3-5 tf. Dacă packerul nu rezistă la această greutate, se împinge prin coloană până în sacul sondei şi se introduce altul.

Valva de circulaţie laterală are rolul de a permite circulaţia ţevi-coloană şi invers, când aceasta este necesară – la pornirea sau omorârea sondei, sau în cazul injectării sub presiune a unor fluide în strat (acidizări, fisurări etc.).

Deschiderea şi închiderea ferestrelor valvei se face cu ajutorul unui dispozitiv manevrat de la suprafaţă cu sârma.

Valva de siguranţă. Se montează la o adâncime mai mare de 100 m. Menţinerea valvei în poziţie de lucru (deschisă) se realizează prin presiunea transmisă de la suprafaţă printr-o conductă de control de ¼ in, ataşată la ţevile de extracţie. Scurgerea voită sau accidentală a presiunii provoacă închiderea valvei şi, implicit, a sondei pe ţevile de extracţie. Se foloseşte în mod obligatoriu la sondele marine în exploatare. Valvele de siguranţă pot fi cu clapă şi sferice.

Ţeava lustruită. Se montează o singură bucată la partea superioară a garniturii de ţevi de extracţie. Aceasta este lustruită la exterior pentru a permite etanşarea bacurilor prevenitorului de erupţie.

16.2. ECHIPAMENTUL DE SUPRAFAŢĂ AL SONDELOR DE MARE ADÂNCIME

Datorită presiunilor mari care se pot dezvolta şi pericolului producerii unor erupţii libere necontrolate la operaţiile de punere în producţie a sondelor de mare adậncime se foloseşte un complex de echipamente după cum urmează:

a) în timpul manevrării ţevilor de extracţie - prevenitor de erupţie tip CAMERON LD (SE) – figura 1; - prevenitor de erupţie tip CAMERON U (DF).

b) în timpul probelor de producţie - prevenitor de erupţie tip CAMERON LD; - bonetă HB (fig. 1) pentru susţinerea şi etanşarea ţevilor de extracţie prin intermediul

agăţătorului HB-A (fig. 2) pentru ţevi, înfiletat în bonetă; - mosor de legatură între bonetă şi capul de erupţie (unde este nevoie); - capul de erupţie. c) în timpul operaţiei de pistonare: - toate reperele de la punctul b, burlanul de pistonat, cutia de etanşare pe cablu ,

dispozitivul de siguranţă care previne erupţia sondei în cazul ruperii cablului şi prevenitorul de erupţie pe cablu.

d) la sondele aflate în producţie: - dispozitivul pentru suspendarea şi etanşarea ţevilor de extracţie tip CAMERON F,

boneta HB, mosor şi capul de erupţie. PREVENITORUL CAMERON LD (fig. 1 ) este un prevenitor orizontal cu etanşare pe şi acţionare manuală. Bacurile asigură simultan atật etanşarea spaţiului inelar cật şi susţinerea greutăţii ţevilor de extracţie prin intermediul agăţătorului. Este prevăzut cu două ieşiri laterale care asigură circulaţia fluidelor în sondă. Joaca rol de tubinghead. PREVENITORUL CAMERON U este un prevenitor orizontal dublu etajat cu două rậnduri de bacuri. Bacurile de jos sunt cu închidre totală, iar cele de sus cu închidere pe ţevi. Acţionarea lui se face hidraulic dar poate fi facută şi manual. Folosirea lui este obligatorie ori de cate ori se introduc sau se extrag ţevile de extracţie din gaura de sondă.

4

ANSAMBLUL BONETĂ-AGATĂTOR Ansamblul bonetă-agăţător (fig. 1) face legatura intre ţevile de extracţie şi ventilul

principal al capului de erupţie (agăţătorul joacă rolul de piatră). În interior agăţătorul denumit şi HANGER este prevăzut cu un filet special, iar la

capete cu filet pentru ţevile de extractie. În filetul special se poate introduce un dop sau o supapă de contrapresiune.

Agăţătorul se înfiletează la ţeava lustruită, care permite manevrarea garniturii de ţevi de extracţie sub presiune prin bacurile închise ale un prevenitorului CAMERON LD sau a dispozitivului CAMERON F pe o distanţă de 8-9 m (egală cu lungimea ţevii lustruite). Această manevră este necesară atunci cậnd sonda manifestậ şi valva de circulaţie nu poate fi deschisă pentru realizarea circulaţiei de fluide în sondă. În felul acesta niplele de etanşare ies din packer şi circulaţia în vederea omorậrii sondei poate fi efectuată pe la partea inferioară a ţevilor de extracţie.

Fig. 1 Prevenitor cu bacuri tip CAMERON LD.

1 – corp; 2 – capac; 3 – şurub; 4 – ochi de ridicare; 5 – carcasa rulmentilor; 6 – şurub; 7 – tijă cu şurub pentru acţionarea bacurilor; 8 – rulment; 9 – ungător cu bilă; 10 – inel metalic; 11 – garnituri de etanşare; 12 – ungător cu şurub; 13 – manşon pentru cuplarea şi manevrarea bacurilor; 14 – bacuri cilindrice; 15 – garnituri de cauciuc pentru etanşarea pe ţevi; 16 - garnituri de cauciuc pentru etanşarea bacurilor; 17 – bolţ de centrare;18 – ţeavă de extracţie lustruită la exterior; 19 – agăţător pentru ţevi tip Cameron HB-A; 20 – bonetă tip Cameron HB.

5

Fig. 2 Agăţător pentru ţevi tip Cameron HB-A.

1 – corp; 2 – garnitură de etanşare din cauciuc; 3 – inel metalic de protecţie; 4 – panăde ghidaj; 5 – manşon cu filet mare pentru fixarea agăţătorului în bonetă; 6 – manşon de reazem; 7 – ştift tubular de siguranţă. 16.3. PREGATIREA ŞI DESFĂŞURAREA OPERAŢIEI DE PUNERE ÎN PRODUCŢIE

1. Deasupra flanşei coloanei de exploatare se montează un prevenitor CAMERON LD iar deasupra acestuia prevenitorul CAMERON U.

2. Se introduc ţevile de extracţie cu un curăţitor de coloană expandabil (ROTOVERT) şi se curaţă coloana de eventualele coji de noroi, ciment sau rugină şi se circulă 2-3 volume de coloană pentru omogenizarea fluidului.

3. Se extrag ţevile de extracţie cu ROTOVERTUL. 4. Se execută proba de etanşeitate a coloanei în zona necimentată cu ajutorul unui dop

recuperabil (F, C). 5. Se extrage un pas de ţevi şi se montează ţeava lustruită. Se închid bacurile

prevenitorului CAMERON LD pe ţeava lustruită şi se execută proba de presiune atat a coloanei cật şi a prevenitorului CAMERON LD.

6. Se scurge presiunea din coloană, se deschid bacurile prevenitorului CAMERON LD, se închid bacurile prevenitorului CAMERON U (pentru închiderea pe ţevi) şi se face proba prevenitorului CAMERON U.

7. Se scurge presiunea din coloană, se dă la o parte ţeava lustruită, se introduce pasul de ţevi de extracţie, se cuplează dopul şi se extrage pậnă în primul burlan de la suprafaţă.

8. Se decuplează baioneta de la dop şi se extrag ţevile de extracţie la suprafaţa. Se închid bacurile pentru închiderea totală a prevenitorului CAMERON U şi se execută proba de presiune a acestuia.

9. Se deschid bacurile prevenitorului CAMERON U, se introduc ţevile de extracţie, se cuplează cu dopul prin intermediul baionetei şi se extrage dopul.

10. Se introduc ţevile de extracţie şi se înlocuieşte fluidul din sondă cu un fluid de perforare sau packer.

11. Se extrag ţevile de extracţie. 12. Se execută perforarea. 13. Se introduc ţevile prevăzute la partea inferioară cu o freză tronconică care va lucra în

zona perforaturilor şi cu un ROTOVERT care va lucra pană deasupra acestora. Se circulă bine pentru eliminarea eventualelor resturi ramase de la operaţia de perforare.

14. Se extrag ţevile de extracţie.

6

15. Se introduce şi se fixează în coloană la aproximativ 10 m deasupra perforaturilor un packer permanent.

16. Se introduc ţevile de extracţie echipate cu toate dispozitivele necesare punerii în producţie (nipluri, valvă etc.) pană la 1 m deasupra packerului.

17. Se înlocuieste fluidul din sondă cu un fluid special de packer şi după o circulaţie prelungită pentru omogenizarea acestuia, se coboară încet ţevile pậnă cậnd locatorul G se aşează pe packer.

18. Se face proba de fixare a packerului lăsậnd pe el o greutate de 3-5 tf. 19. Se ridică ţevile astfel încật locatorul G sa rămậnă la 1-2 m deasupra packerului. 20. Se închid bacurile prevenitorului CAMERON U pe exteriorul ţevilor şi se face proba de

etanşeitate a niplurilor în packer, ridicậnd presiunea în spaţiul inelar cu 100-150 bar. 21. Se scurge presiunea din coloană, se retrag ţevile pậnă cậnd niplurile de etanşare ies

din packer şi se montează ţeava lustruită şi agăţătorul de ţevi (hanger). 22. Se coboară ţevile pậnă cậnd niplurile de etanşare intră în packer, iar locatorul G

ramane deasupra acestuia cu cca 1 m şi se execută proba de etanşare a niplurilor în packer la 100-150 bar.

23. Se montează în agăţător un dop (H) sau o supapă de contrapresiune pentru a preveni o eventuală erupţie a sondei prin ţevi în timpul demontării prevenitorului CAMERON-U.

24. Se demontează prevenitorul CAMERON U. Fazele demontării prevenitorului CAMERON U şi montării capului de erupţie sunt:

Fig. 3 Fazele de montaj ale capului de erupţie.

1. Se închid bacurile prevenitorului CAMERON LD şi se suspenda întreaga

greutate a ţevilor prin intermediul agăţătorului pe aceste bacuri (fig. 3,a). 2. Se dă bucata de manevră la o parte. 3. Se demontează prevenitorul CAMERON U şi se da la o parte.

25. Se montează bucata de manevră, se ţine garnitura în cậrlig, se deschid bacurile prevenitorului CAMERON LD, se trage garnituara în sus, se montează broască cu pene (bacuri) deasupra flanşei prevenitorului CAMERON LD şi se suspendă garnitura de ţevi în broasca cu bacuri (fig. 3,b).

26. Se demontează bucata de manevră. 27. Se înfiletează boneta HB împreună cu capul de erupţie în agăţător. 28. Se suspendă întreaga greutate în cậrlig şi se dă la o parte broasca cu bacuri.

7

29. Se coboară boneta împreună cu capul de erupţie peste flanşa prevenitorului CAMERON LD şi se fixează în şuruburi (fig. 3,c).

30. Se închid bacurile prevenitorului CAMERON LD pe exteriorul ţevilor. 31. Se montează deasupra ventilului de pistonat dispozitivul CAMERON UNIVERSAL

1000 – figura 4. 32. Se deschide ventilul de pistonat şi ventilul principal şi cu ajutorul tijei CAMERON

1000 se extrage dopul H din agăţător. 33. Se închid cele doua ventile şi se demontează dispozitivul CAMERON UNIVERSAL

1000. 34. Se montează deasupra ventilului de pistonat instalaţia specială de manevră în

sondă, sub presiune, a dispozitivelor introduse cu sậrmă. 35. Se introduce dispozitivul pentru deschiderea valvei de circulaţie şi se deschide

valva. 36. Se introduce prin ţevi un fluid cu densitate mai mică pană la nivelul valvei şi se

închide valva. Se lasă sonda în repaus cậteva ore pentru a vedea modul de comportare al acesteia.

37. Dacă sonda nu porneşte se înlocuieşte fluidul din ţevi cu altul cu densitate şi mai mică ajungậndu – se pậnă la înlocuirea cu apă. Înlocuirea cu fluide de densitate mai mică se face în trepte, închizậnd valva după fiecare treaptă şi făcậnd o pauză de cậteva ore (după fiecare treaptă) pentru a observa modul de comportare al sondei. În cazul în care sonda nu porneşte nici în urma înlocuirii fluidului din ţevi cu apă, se trece la denivelarea cu azot.

8

Fig. 4. Fig. 5 38. Dacă sonda nu porneşte nici în urma operaţiei de denivelare cu azot, atunci se trece la efectuarea unei operaţii de stimulare a afluxului.

Pentru aceasta se procedează astfel: - se deschide valva de circulaţie şi se umple sonda prin circulaţie inversă (coloană –

ţevi) cu fluid de packer; - se închide valva de circulaţie; - se montează dispozitivul CAMERON UNIVERSAL 1000 şi se fixează un dop H în

agăţător; - se demontează dispozitivul CAMERON UNIVERSAL 1000; - se demontează boneta împreună cu capul de erupţie; - se montează peste prevenitorul CAMERON LD prevenitorul CAMERON U; - se extrag ţevile de extracţie şi se dau la o parte dispozitivele speciale (nipluri, valvă,

etc.); - se introduc ţevile de extracţie prevăzute la capătul inferior cu un sper (ţeavă de

extracţie cu diametrul mai mic decat diametrul interior al packerului) – figura 5; - se înlocuieşte fluidul de sub packer cu o substanţa tensioactivă. Dacă nu s-ar

introduce substanţa tensioactivă atunci cậnd se efectuează acidizarea fluidul de sub packer ar fi introdus în strat, ceea ce ar conduce la un blocaj şi mai mare. Substanţa tensioactivă are şi rolul de a debloca stratul.

- se extrag ţevile cu sperul; - se introduc ţevile echipate cu toate dispozitivele necesare punerii în producţie

(nipluri, valvă, etc.). Pậnă la deschiderea valvei operaţiile se repetă idendic ca mai sus. - se deschide valva de circulaţie şi se injectează prin ţevi acid pậnă cậnd acesta

ajunge la nivelul valvei; - se închide valva de circulaţie şi se efecuează operaţia de acidizare; - se deschide valva de circulaţie şi se introduce prin ţevi apa pậnă în dreptul acesteia

după care se închide; - se lasă sonda în repaus cậteva ore şi dacă nu porneşte se trece la denivelarea cu

azot; 39. Dacă sonda nu porneşte nici după denivelarea cu azot stratul se abandonează şi se trece la efectuarea probelor de producţie la un strat superior.

Se procedează astfel: - se înlocuieşte fluidul din sondă cu un fluid cu densitatea egală cu cea a fluidului cu

care s – a săpat sonda; - se extrag ţevile de extracţie; - se introduce şi se fixează în filetul pătrat al packerului un dop recuperabil tip D – 1

sau D – 2. De asemenea se poate fixa în coloana deasupra packerului un dop nerecuperabil tip N.

40. Daca sonda porneşte, dar în timpul probelor apar situaţii anormale cum ar fi: creşterea presiunii la capul de erupţie peste cea corespunzatoare echipamentului existent, apariţia de presiuni în spaţiul inelar, pierderea fluidului din spaţiul inelar etc., atunci se trece la omorậrea sondei.

Pentru aceasta se procedează astfel: - se injectează prin ţevi un fluid cu densitatea egală cu a fluidului din coloană pậnă

cậnd presiunea la nivelul valvei se echilibrează; - se deschide valva de circulaţie şi se circulă invers pậnă cậnd fluidul din sondă se

omogenizează;

9

- se lasă sonda în repaus 4 – 6 ore şi se urmăreşte modul de comportare al ei. Dacă nu se întampla nimic deosebit se trece la remedierea defecţiunii care a necesitat omorậrea sondei.

Observaţie: Dacă valva de circulaţie este blocată şi nu poate fi deschisă cu ajutorul dispozitivului manevrat cu sậrmă atunci se procedează astfel:

- se demontează şuruburile flanşei bonetei; - se extrage sub presiune garnitura de ţevi împreună cu boneta şi capul de erupţie,

prin bacurile închise ale prevenitorului CAMERON LD, pe o distanţă egală cu lungimea ţevii lustruite. Astfel niplurile de etanşare ies din packer şi circulaţia poate fi efectuată pe la partea inferioară a ţevilor de extracţie.

17. ECHIPAMENTUL SONDELOR ÎN POMPAJ CU PRǍJINI ŞI ELICOIDAL

17.1. POMPAJUL CU PRǍJINI

Dintre sistemele de extracţie, pompajul de adâncime este cel mai răspândit, se aplică în faza finală de exploatare a unui zăcământ de ţiţei, atunci când exploatarea sondelor prin erupţie artificială reclamă un consum exagerat de gaze injectate, sau în situaţia când stratul nu suportă contrapresiune.

Sistemele de pompaj de adâncime se clasifică după modul în care se transmite de la suprafaţă la pompă energia necesară funcţionării acesteia, astfel:

a) Pompaj de adậncime cu prǎjini; b) Pompaj de adậncime fǎrǎ prǎjini;

cu pompe hidraulice, cu piston sau cu jet ; cu pompe centrifuge de fund.

În prima categorie, care face obiectul acestui capitol, sunt cuprinse pompele introduse în sondǎ şi acţionate de la suprafaţă prin intermediul garniturii de prăjini de pompare. Prăjinile care transmit mişcarea de la suprafaţă la pompă pot fi cu secţiune plină sau (mai rar) tubulare, acţionate de unităţi de pompare cu balansier sau fără balansier (pneumatic, hidraulic sau mecanic).

În majoritatea ţărilor cu industrie petrolieră dezvoltată şi fază înaintată de exploatare a ţiţeiului, pompajul cu prăjini deţine o pondere însemnată, atât ca număr de sonde, cât şi ca debit extras. Acest lucru se datorează marilor avantaje pe care le prezintă: simplitatea construcţiei şi uşurinţa deservirii utilajelor. În prezent, peste 85 % din totalul sondelor ân producţie din tara noastră se exploatează prin pompaj de adancime cu prăjini.

1. Instalaţia de pompare cu prăjini O instalaţie de pompare, cum este cea prezentată in figura 1.1, cuprinde utilajul de fund şi de suprafaţă.

Utilajul de fund se compune din pompa de adâncime 1, separatorul de fund pentru gaze şi nisip 2 , ţevile de extracţie 3, prăjinile de pompare 4, ancora pentru ţevile de extracţie 5, curăţitoarele de parafină 6.

Utilajul de suprafaţă cuprinde unitatea de pompare, capul de pompare 8 şi conducta de amestec 9.

La rândul său unitatea de pompare se compune din balansierul 11 care se sprijină pe o capră de susţinere 15, reductorul 12, bielele 13, manivelele 14, rama sau sania 7 şi electromotorul 10.

Pompa este introdusă în coloana de exploatare cu supapa fixă sub nivelul la care se stabileşte lichidul în coloană, când pompa funcţionează. Distanţa de la nivelul de lichid (nivel dinamic) până la supapa fixă se numeşte submergenţă dinamică a pompei(h).

10

Fig.1.1 Modul de funcţionare al unei instalaţii de pompare cu prăjini

Pompa de adâncime reprezintă elementul principal al instalaţiei de pompare,

deoarece modul de funcţionare al acesteia depinde în cea mai mare măsură de calitatea de lichid adusă. Pompa de adâncime (fig. 1.2) este formată dintr-un cilindru 1, având la partea inferioară un scaun cu bilă 2, cu rol de supapă de aspiraţie, care se mai numeşte şi supapă fixă şi un piston cilindric mobil 3, prevăzut cu un scaun cu bilă 4, cu rol de supapă de refulare, care se mai numeşte şi supapă mobilă. Ansamblul cilindru - piston este fixat etanş la partea inferioară a garniturii de ţevi de extracţie 6 şi scufundat în lichidul 7, aflat în coloana de exploatare 8 a sondei.

11

a) b)

Fig. 1.2

Pistonul este acţionat de la suprafaţă prin intermediul prăjinilor de pompare 5, de la

care primeşte o mişcare alternativă. Mişcarea circulară transmisă de la motor la reductor este transformată de sistemul bielă – manivelă în mişcare alternativă rectilinie; prin intermediul balansierului şi al garniturii de prăjini de pompare, această mişcare este transmisă pistonului. Pompa cu piston este, deci, o pompă în care lichidul este ridicat din sondă la suprafaţă prin mişcare rectilinie alternativă a pistonului în cilindrul pompei. În funcţie de deplasarea alternativă a pistonului, procesul de funcţionare al pompei cu piston este periodic. Ciclul de pompare este format din doua faze: aspiraţie şi refulare. Fazele ciclului de funcţionare al pompei sunt comandate de cele două supape, care deschid, respectiv închid periodic accesul lichidului din sondă în cilindrul pompei, respectiv din cilindrul pompei în ţevile de extracţie. Fazele principale ale ciclului de pompare sunt prezentate în fig. 1.2. La începutul cursei în sus a pistonului (fig. 1.2,a) supapa mobilă se închide, iar greutatea lichidului din ţevi, corespunzatoare secţiunii brute a pistonului, este preluată de prăjinile de pompare. Odată cu deplasarea ascendentă a pisonului se crează o depresiune în cilindrul pompei, iar supapa fixă se deschide imediat ce presiunea de deasupra ei scade sub valoarea presiunii din sondă, permiţậnd lichidului din coloana să intre în cilindrul pompei. La cursa în jos a pistonului (fig. 1.2,b) supapa fixă se închide, deoarece lichidul de sub piston este comprimat, iar supapa mobilă se deschide numai cậnd presiunea lichidului de sub piston depaşeşte presiunea coloanei de lichid din ţevile de extracţie; ca urmare, greutatea lichidului se transferă de pe piston pe ţevile de extracţie. Pistonul se deplasează în jos prin lichidul din cilindrul pompei. Rezultă că pompa de extracţie este, în principiu, o pompă cu piston cu simplu efect. Este de menţionat că de multe ori cilindrul pompei de adậncime nu este umplut complet cu lichid în timpul cursei ascendente. O parte din volumul cilindrului este umplută cu gaze, ceea ce conduce la un randament scăzut al pompei. Dacă volumul de gaze aspirate este mare, la coborậrea pistonului, presiunea ţiţeiului şi a gazelor de sub acesta nu creşte destul pentru a putea deschide supapa mobilă. La cursa ascendentă, fluidul se destinde, dar presiunea în pompa este încă destul de mare ca să nu permită deschiderea supapei fixe de aspiraţie. În acest caz, pompa este blocată cu gaze şi nu produce. Trebuie menţionat că fenomenul de blocare cu gaze nu este în general permanent. În momentul producerii lui, pompa nedebitậnd, nivelul de lichid în coloană (submergenţa) creste pậnă cậnd va învinge contrapresiunea ce menţinea închisă supapa fixă, şi astfel o cantitate de lichid va patrunde în pompă. Crescậnd cantitatea de fluid incompresibil din pompă, la cursa descendentă urmatoare, sub piston se va realiza o presiune superioară; ca urmare, supapa mobilă se deschide şi o cantitate de gaze şi lichid trece deasupra pistonului. Pompa va funcţiona cu un debit redus un timp oarecare, după care

12

blocarea se va produce din nou.Astfel, pompa va produce intermitent, în rafale, cu debit redus de lichid. Transferul greutătii lichidului de pe piston la ţevile de extracţie şi invers influenţează mult mişcarea pistonului în pompă, datorită alungirilor alternative ale ţevilor de extracţie şi prăjinilor de pompare. Astfel, cursa pistonului în pompă diferă de cursa prăjinii lustruite la suprafaţă.

2. Utilajul de fund al sondelor în pompaj de adancime

Pompele de extracţie

Pompele de extracţie acţionate cu prăjini pot fi clasificate astfel: A) După modul de introducere:

introduse cu ţevile de extracţie, tip T (Regular); introduse cu prăjinile de pompare, tip P (Insert).

B) După destinatie: pompe uzuale; pompe speciale.

C) După construcţia cilindrului: cu cilindru dintr-o bucată; cu cilindru din mai multe cămăşi (linere);

D) Dupaă tipul pistonului: piston cu sau fără rile – dintr-o bucată; piston cu garnituri de etanşare.

E) După numărul scaunelor cu bile folosite la aspiraţie şi refulare: varianta a, cu doua scaune cu bilă (unul de aspiraţie şi unul de refulare); varianta b, cu trei scaune cu bilă (unul de aspiraţie şi două de refulare); varianta c, cu trei scaune cu bilă (două de aspiraţie şi unul de refulare); varianta d, cu patru scaune cu bilă (două de aspiraţie şi două de refulare).

F) După felul fixării pompei sau supapei fixe: cu dispozitiv de fixare mecanic; cu dispozitiv de fixare cu cupe.

G) După locul fixării pompei: cu fixare la partea superioară a pompei; cu fixare la partea inferioară a pompei.

În România se construiesc pompe de extracţie după două normative: a) Pompe de extracţie după standardul internaţional A.P.I. Std. 11 AX Ed.1971.

b) Pompe de extracţie după standardul romậnesc, conform STAS 2896 – 66. b. Pompe de extracţie după standardul romậnesc. Conform STAS 2896 – 66 se construiesc în urmatoarele patru tipuri:

tip TB, cu piston metalic şi cu cilindrul din mai multe cămăşi; corpul pompei se introduce în sondă cu ţevile de extracţie, iar pistonul cu prăjinile de pompare;

tip TI, cu piston cu garnituri de etanşare şi cu cilindrul dintr-o bucată; corpul pompei se introduce cu ţevile de extracţie, iar pistonul cu prăjinile de pompare;

tip P, cu piston metalic mobil şi cu cilindrul din mai multe cămăşi; pompă completă se introduce cu prăjinile de pompare.

Aceste pompe se execută în două variante: pompe tip P cu fixare la partea superioară; pompe tip P cu fixare la partea inferioară; tip PCML, cu piston metalic fix şi cu cilindru mobil lung, din mai multe cămăşi ;

pompa se introduce cu prăjinile de pompare.

13

3. Utilajul de suprafaţă al sondelor în pompaj de adâncime Unitatea de pompare Unitatea de pompare este instalaţia mecanică de suprafaţă utilizată pentru acţionarea

pompelor de extracţie prin intermediul garniturii de prăjini de pompare. Aceasta are rolul de a transforma mişcarea e rotaţie dată de motorul electric sau termic într-o mişcare rectilinie alternativă. Cele mai răspândite unităţi de pompare sunt unităţile individuale cu balansier.

Unitatea individuală cu balansier, prezentată în fig. 1.3. se compune din elementele descrise mai jos.

Fig. 1.3 Rama de bază (sanie) 1 este realizată prin sudare din profile laminate pe care se

fixează capra, reductorul şi motorul. Capra 2 sau piciorul balansierului, are forma de trunchi de piramidă şi se execută prin

sudare din oţel profilat. Pe ea se sprijină balansierul 3 prin intermediul lagărului central 4. Balansierul principal 3, este o grindă în formă de I, executată din tablă sudată cu

întărituri şi se sprijină la mijloc pe lagărul central 4, compus dintr-un suport lagăr şi două lagăre de rostogolire. El oscilează în plan vertical în jurul unui bolţ fixat în cele două lagăre cu

14

rulmenţi oscilanţi ale lagărului central. Pentru a mări cursa prăjinii lustruite, raportul dintre cele două braţe ale balansierului (braţul din faţă / braţul din spate) are valori cuprinse între 1,2 şi 1,5.

Lagărul central are posibilitatea de centrare a capului de balansier pe verticala gurii sondei, permiţând deplasarea balansierului odată cu lagărul pe placa superioară caprei (este prevăzut cu găuri ovale pentru şuruburile de fixare).

Capul de balansier 7 (cap de cal) situat la capătul anterior al balansierului, se execută din tablă sudată. La partea superioară are o rolă pentru trecerea cablului de suspendare 14 de care se leagă puntea de susţinere. Capul de balansier asigură prăjinii lustruite o mişcare cât mai apropiată de mişcarea rectilinie. În acest scop, capetele de balansier se construiesc în forma unui arc de cerc, cu o rază egală cu distanţa dintre capul de balasier şi lagărul central al balansierului. Astfel în orice poziţie, cablul de suspendare al prăjinilor rămâne tangent la capul de balansier în timpul oscilaţiilor balansierului, iar prăjina lustruită are o mişcare rectilinie pe gura sondei. Capul de balansier este articulat la balansier printr-o balama care-i permite rabatare la 90 în jurul axului vertical, lateral faţă de poziţia de lucru lăsând liberă trecerea macaralei pe axa sondei pentru manevrarea în sondă a ţevilor de extrecţie şi a prăjinilor de pompare.

Capul de balansier poate fi blocat în cele două poziţii, poziţia de lucru sau poziţia rabatată cu ajutorul dispozitivului 26 acţionat manual. La partea superioară, balaniserul este prevăzut cu un lagăr sferic 6, de care este legat balansierul egalizator 5 sau traversa, executat din profile de oţel sudate în formă dreaptă sau de arc.

Acest balansier egalizator, pe lângă că egalizează eforturile din bielă, datorită lagărului sferic prin care se fixează de balansierul principal, are şi posibilitatea să oscileze în plane diferite. Prin acest sistem se evită transmiterea la reductor a eforturilor bruşte sau a vibraţiilor din grinda balansierului. Legătura dintre balansier şi reductor se realizează prin intermediul sistemului bielă-manivelă.

Cele două biele 8 construite din oţel profilat sau material tubular se articulează prin lagăre sferice la balansierul egalizator şi prin articulaţiile sferice 10 la manivelele respective.

Manivelele 9 sunt braţe construite din oţel turnat sau forjat şi se fixează prin pene pe axul principal al reductorului. Solidarizarea între bielă şi manivelă se face prin inter-mediul unui ax conic ce intră într-o articulaţie sferică (butonul manivelei). Corpul mani-velei este prezăvut cu 4-6 găuri dispuse radial, în care se poate fixa axul conic, variindu-se în acest mod lunginea cursei prăjinii lustriute. La unităţile de pompare mici, 1,5 şi 3 tf, lungimea cursei se poate regla prin deplasarea butonului de manivelă pe nişte glisiere cu ajutorul unui şurub de deplasare în aşa fel, încât variaţia lungimii cursei este continuă între 0,4 şi 1,2m.

Pe manivelele 9 sunt fixate greutăţile de echilibrare 12 în formă de plăci de fontă. La unele unităţi (5 tf), se aşează greutăţi de echilibrare 11 şi pe balansier în partea pos-treioară.

Sistemul de frânare 16 permite oprirea sigură şi blocarea unităţii de pompare cu manivelele în poziţia dorită. Acesta se compune dintr-un sistem de pârghii care acţionea-ză doi saboţi de fricţiune în interiorul unui tambur montat pe arborele de intrere al reductorului.

Pe picior este prevăzută scara 27 pentru controlul balansierului, lagărelor, etc. Unitatea de pompare mai are un grilaj 18, o platformă 24 pe redactor, o platformă 20 pe capră şi apărătoarele pentru curele 19.

O unitate individuală de pompare se caracterizează printr-o serie de parametrii de funcţionare, dintre care cei mai importanţi sunt:

- sarcina maximă la capul balansierului; - lungimea maximă a cursei prăjinii lustrite; - numărul maxim de curse duble pe minut; - cuplul maxim la redactor. Sarcina maximă la balansier este definită ca fiind sarcina maximă la prajina lustruită

pe care o poate suporta unitatea de pompare în elementele sale: balansier, picior, lagăr, biele, etc.

Sarcina maximă la capul balansierului determină limita capacităţii unităţii de pompare, care este în funcţie de adậncimea de fixare şi diametrul pompei de extracţie.

15

Unităţile de pompare se construiesc pentru o gamă finită de lungimi de curse (4-8 lungimi de curse). Lungimea cursei la prăjina lustruită se obţine prin schimbarea pozitiei articulaţiei sferice pe manivele. Lungimea maximă a cursei prăjinii lustruite are o influenţă deosebită asupra modului de construcţie şi a greutăţii unităţii de pompare.

Numărul de curse duble ale prăjinii lustruite în unitatea de timp, caracterizează regimul de pompare şi împreună cu lungimea cursei prăjinii lustruite defineşte productivitatea instalaţiei de pompare pentru diferite diametre ale pompelor de extracţie. Numărul de curse duble pe minut ale prăjinii lustruite este de circa 4…20, acesta fiind limitat de adậncime şi de creşterea ruperilor în garnitura de prăjini de pompare, deoarece frecvenţa acestor ruperi este direct proporţională cu numărul de curse duble în unitatea de timp. Prin modificarea diametrului roţii de transmisie a motorului se reglează raportul total de reducere motor-manivelă respectiv numărul de curse duble pe minut al balansierului.

Unităţile de pompare se clasifică după mai multe criterii: a) După poziţia reductorului pe rama de bază, în două variante: - varianta S (stabil), cu reductorul montat pe un postament cu înălţimea mică sau

direct pe rama de bază; - Varianta T (transportabil), cu reductorul montat pe un postament metalic înalt. Se menţionează că unităţile individuale pe pompare cu o sarcină la capul balansierului

pana la 5,2 tf sunt construite numai în varianta T, iar cele de 5,2…19,3 tf sunt construite pentru ambele variante.

b) Dupa modul de echilibrare, în trei variante: - cu contrabalansare combinată, avậnd contragreutăţile montate atat la manivele

cật şi pe capatul din spate al balansierului (tip C); - cu contrabalansare rotativă, avậnd contragreutăţile montate pe manivele (tip M); - cu contrabalansare oscilantă, avậnd contragreutăţile montate pe capătul din spate

al balansierului (tip B). În ceea ce priveşte echilibrarea există: echilibrare pe balansier la unităţile de 0,9; 1,5 si 3 tf, echilibrare combinată la unitatea 5 tf si echilibrare pe manivelă la celelalte unităţi. c) După sarcina maximă la prajina lustruită: unitaţi de pompare de 0,9; 1,5; 3; 5; 5,2;

6,4; 7; 9; 10; 12; 15; 19,3 tf. Notarea convenţională a unei unităţi de pompare se face, de exemplu, astfel: UP 15T – 5000 – 10.000 M cu următoarele semnificaţii: UP - unitate de pompare; 15 - sarcina maximă la prajina lustruită, tf; T - reductorul montat pe un postament metalic înalt; 5000 - cursa maximă a prăjinii lustruite, mm; 10.000 - cuplul maxim la reductor, kgf.m;

18. SUPAPE DE GAZ - LIFT

18.1. SUPAPE ÎNTREBUINŢATE LA ERUPŢIA ARTIFICIALĂ CONTINUĂ

1.Supape cu burduf Supapele cele mai întrebuinţate la erupţia artificială continuă sunt de tipul cu burduf, acţionate de presiunea din coloana sondei ( fig.1). Burduful acestor supape ( practic burduful şi domul supapei ) este încărcat cu azot, un gaz inert şi cu caracteristici bine determinate. Forţa de închidere a acestor supape este dată de presiunea din burduf Pbt , sau de o combinaţie burduf cu presiune şi arc. Aceste supape mai sunt prevăzute la partea inferioară cu o supapă de reţinere ( fig. 5) care împiedică trecerea lichidului din ţevile de

16

extracţie în coloană. Cunoscând dimensiunile elementelor constructive ale supapelor şi presiunilor Pbt şi Pt, funcţionarea acestora rămâne controlată doar de doi parametrii : presiunea de deschidere şi presiunea de închidere.

Fig. 1 Supapele obişnuite au pentru o anumită valoare a lui Ab diferite valori Av. De asemenea, diferenţa între Pdesch şi Pînch este este cu atât mai mare cu cât presiunea în ţevile de extracţie Pt este mai mică. În literatura de specialitate, diferenţa dintre presiunea de deschidere şi presiunea de închidere a unei supape poartă denumirea de „valve spread”. Supapele cu burduf caracterizate prin existenţa unei Pdesch > Pînch se numesc supape neechilibrate. La deschiderea acestor supape, atunci când sunt închise, contribuie atât presiunea din coloană care acţionează pe suprafaţa (Ab- Ab) cât şi cea din ţevi care acţionează pe suprafaţa Av. La închidere acestor supape, atunci când ele sunt deschise, contribuie numai presiunea din coloană; când aceasta scade sub valoarea Pbt supapa se închide. Pe acelaşi principiu de lucru funcţionează şi supapele acţionate de presiunea din ţevile de extracţie (fig. 2). La deschidere acţionează presiunea din ţevi care se exercită pe suprafaţa ( Ab – Av) şi presiunea din coloana care acţionează pe suprafaţa Av.

17

Fig. 2 Fig. 3 Închiderea lor este comandată numai de presiunea din ţevi. Când aceasta scade sub valoarea lui Pbt supapa se închide. Supapele cu burduf caracterizate prin Pdesch= Pînch se numesc supape echilibrate. În figura 3 este reprezentată schematizat o asemenea supapă pe baza unei anologii de funcţionare între pistonul acţionat de presiune şi burduful supapei. Principala carecteristică a acestor supape constă în faptul că ele nu sunt influenţate de presiunea din ţevile de extracţie. După cum se observă pe figura 3 presiunea din coloană acţionează în permanenţă pe o suprafaţă corespunzătoare lui Ab în timp ce la supapele neechilibrate presiunea din coloană acţionează, pentru deschidere pe o suprafaţă egală cu ( Ab – Av).Pentru a îndeplini această condiţie este necesar ca secţiunea tijei supapei să fie şi ea egală cu Av. La asemenea supape Pdesch=Pînch=Pbt. O cât de mică scadere a presiunii din coloana sondei atrage după sine închiderea supapei. 2. Supape echilibrate cu manşon flexibil Aceste supape (fig. 4) de tip Otis sunt total diferite din punct de vedere constructiv de supapele obişnuite, fiind de tip concentric şi montate întocmai ca o mufă între două bucăţi de ţeavă. Elementul principal a acestor supape este un manşon elastic care izolează etanş domul supapei în care exstă o anumită presiune. Manşonul elastic împiedică pătrunderea gazelor în ţevi când supapa este închisă (fig.4,a). Când presiunea din coloană depăşeşte presiunea existentă în domul supapei, manşonul elastic suferă o deformaţie datorită căreia gazele din coloană pătrund în ţevile de extracţie (fig.4,b). Această supapă fiind echilibrată, nu este influenţată de presiunea din ţevile de extracţie, închizându-se şi deschizându-se la aceeaşi presiune. Ea acţionează ca un orificiu de trecere expandabil al unui regulator de presiune permiţând să treacă debitul de gaze care este injectat în coloană. Principiul orificiului expandabil face ca acest tip de supapă să fie ideal pentru erupţia artificială continuă. În acelaşi timp poate fi folosită şi la erupţia artificială intermitentă, suprafaţa de trecere a gazelor fiind echivalentă unui orificiu de diametrul de 1" . La aceste supape Pdesch=Pînch

18

=Pdom. Presiunea din dom depinde de presiunea la care a fost încărcat acesta la suprafaţă şi de temperatura la care lucrează supapa în sondă. Acest tip de supapă este singurul recomandat pentru coloane cu diametrul foarte mic, deoarece diametrul lor exterior nu depăşeşte pe cel al mufelor.

Fig. 4 3. Supape de reţinere Orice supapă întrebuinţată la sondele în erupţie artificială trebuie să aibă la ea ataşată o supapă de reţinere. Rolul acestei supape este să împiedice trecere fluidului din ţevile de extracţie în coloana sondei. Această supapă, de fapt, o bilă sau o semisferă, poate face corp comun cu supapa propriu-zisă sau poate fi ataşată la ea prin înfiletare. Uneori supapele de erupţie artificială sunt prevăzute, pentru siguranţă, cu două asemenea supape (fig.5). Este de remarcat că, prin construcţia lor, aceste supape de reţinere, fixate sub supapa obişnuită, nu împiedică presiunea din ţevile de extracţie să acţioneze asupra tijei care comandă deschiderea supapei cu burduf. Supapele de reţinere intră în funcţiune datorită : – vitezei fluidului care trece pe lângă ea şi o antrenează în sus pe scaunul ei, având în vedere că este construită dintru-un material uşor (ebonită); – acţiunii unui arc cuplată cu cea a vitezei fluidului; – unui element de reţinere elastic ca în cazul supapelor cu manşon flexibl. În cazul sondelor preluate din foraj noroiul urmează să fie înlocuit urmậnd drumul ţevii de extracţie coloană. Această circulaţie devine posibilă prin aplicarea unei presiuni în ţevile de extracţie. Astfel între ţevi şi coloană apare o presiune diferenţială. Aceasta are tendinţa să provoace trecerea noroiului din ţevi în coloană deoarece supapele sunt deschise datorită presiunii hidrostatice exercitate în fluidul din sondă. Această tendinţă nu se poate materializa deoarece supapele de reţinere se închid imediat datorită vitezei fluidului, protejând astfel supapele propriu-zise. Prin urmare, supapele de reţinere prelungesc durata de funcţionare a supapelor obişnuite.

19

Fig. 5 De asemenea, în cazul unor operaţii de introducere a unor fluide sub presiune în strat, aceste supape împiedică trecerea acestora în coloană. Utilizarea supapelor de reţinere uşurează foarte mult pornirea sondelor, deoarece lichidul venit din strat se acumulează numai în ţevile de extracţie. Astfel, la pornirea sondei nu mai este nevoie să se elimine lichidul care s-ar fi acumulat, în caz contrar şi în coloană. În plus, este eliminat şi pericolul deteriorării supapelor de către nisipul care se poate găsi numai în ţevile de extracţie. Sunt situaţii când sondele în urma unor tratamente de stimulare, încep să erupă natural cu presiuni mari în ţevile de extracţie deoarece ieşirea din sondă este duzată. Dacă n-ar exista aceste supape de reţinere fluidul produs ar pătrunde în coloana sondei. Ca urmare, rezistenţa acesteia ar slăbi atât din cauza presiunii mari cât şi a acţiunii corozive a fluidelor produse de sondă. În cazul injecţiilor sub presiune în strat trebuie să se ţină seama ca presiunea diferenţială ţevi de extracţie – coloană să nu distrugă (sfărâme) supapele de reţinere.

18.2. SUPAPE SPECIALE PENTRU ERUPŢIA ARTIFICIALĂ INTERMITENTĂ

Denumirea de supape speciale se referă indeosebi la supapele de lucru prin care se

injectează gazele pentru realizarea ciclului de liftare. Diferenţa dintre presiunea de deschidere şi cea de închidere la o supapă este cu atât mai mare cu cât orificiul de trecere al supapei Av este mai mare, respectiv R=Av/Ab este mai mare.

Această diferenţă de presiune este foarte importantă la sondele în erupţie artificială intermitentă când se utilizează pentru liftarea dopului de lichid gazele înregistrate în coloana

20

sondei. Pe de altă parte, supapele cu orificiu de trecere mare măresc eficienţa ridicării lichidului la suprafaţă. Din această cauză este de dorit ca secţiunea Av să fie mare. O secţiune Av mare face să se mărească diferenţa dintre presiunile de deschidere şi închidere ale supapei respective ,ceea ce poate duce la un consum exagerat de gaze, în special la sondele cu coloane de diametru mare.

Pentru a avea un orificiu mare de intrare al gazelor în ţevi şi în acelaşi timp o valoare mică a diferenţei dintre presiunea de deschidere şi cea de închidere se folosesc nişte supape speciale numite supape pilot.

Fig. 1

Presiunea de deschidere este controlată de orificiul interior Av, în timp intrarea gazelor în ţevile de extracţie se face prin orificiul exterior (principal) Ae. Când forţa care tinde să deschidă supapa PtAv+Pdesch.(Ab-Av) devine mai mare decật PbtAb plus forţa dată de resort, orificiul cel mic se deschide. Presiunea din coloană acţionează acum pe o suprafaţă egală cu Ab dând naştere unei forţe dirijate în sus forţă ce depăşeşte pe cea care ţine calota pe scaunul supapei. Ca urmare aceasta se ridică imediat, presiunea în jurul ei se egalizează şi arcul comprimat asează din nou calota parabolică pe bila din capul tijei supapei astfel încât tot ansamblul se deplasează în sus.

Alt tip de supapă pilot (fig.2) este alcătuită din două părţi componente distincte .O parte constituită dintr-o supapă obişnuită cu burduf 8, acţionată de presiunea din coloană şi o parte principală (supapa principală) constituită din pistonul 1, prevăzut cu un orificiu longitudinal 2 şi orificiul principal de intrare al gazelor 3 .

21

Fig. 2

Supapa pilot mai este prevazută cu supapa de reţinere 4 . Presiunea din ţevile de extracţie acţionează asupra supapei cu burduf prin orificiul longitudinal 2. Când presiunea din coloană depăşeste valoarea presiunii de deschidere, ea se deschide făcând posibilă exercitarea presiunii din coloană deasupra pistonului 1 pe care-l împinge în jos datorită faptului ca suprafaţa de trecere este mică şi opune rezistenţă la curgere. Astfel, se deschide orificiul principal 3 prin care gazele pătrund în ţevile de extracţie, orificiu caracterizat printr-o suprafaţă mare de trecere. O egalizare între presiunea de deasupra şi de sub piston în timpul intrării gazelor nu este posibilă, deoarece atât orificiul mare de trecere, cât şi cel din piston au efect de duză.

Când presiunea din coloană scade sub valoarea presiunii de închidere a supapei 8 aceasta se închide. Presiunea din coloană care a fost acumulată între orificiul de trecere al supapei 8 şi faţa superioră a pistonului 1 se scurge în ţevile de extracţie prin canalul longitudinal 2 arcul 7 care fusese comprimat se destinde făcând ca pistonul să închidă orificiul principal de intrare a gazelor 3 .

Observaţii "Oricât de comprimat ar fi arcul 7, capătul inferior al pistonului 5 nu se asează pe suprafaţa 6 ".

22

19. ACIDIZAREA SONDELOR

19.1. Principiul tratării şi scopul aplicării Una dintre cele mai utilizate metode de tratare chimică pentru corectarea deteriorării mediului poros al formaţiunii productive o reprezintă acidizarea. Acidizarea matricei este definită ca operaţia de injectare a soluţiei acide în stratul degradat la o presiune mai mică decât presiunea de fisurare a rocii colectoare. Rolul soluţiei acide este acela de a dizolva produsele solide de invazie sau de precipitare, depuse în sistemul poros al rocii (particule solide din fluidul de foraj sau din pasta de ciment, particule fine de nisip sau de argile, săruri, parafine etc.) şi de a lărgi canalele de curgere existente sau de a crea altele noi. Practica tratării cu acid a stratelor în scopul creşterii productivităţii sondelor a fost aplicată pentru prima oară încă din 1891, însă numai sub forma introducerii de acid în sondă, la nivelul stratului productiv, cu scopul de a curăţa pereţii în dreptul acestuia de diferitele materiale depuse. Metoda tratării stratelor prin injectarea soluţiei acide în interiorul acestora a început să se aplice cu rezultate bune după 1930, devenind în timp de mare utilitate. De la sfârşitul secolului al XIX-lea şi până în urmă cu aproximativ trei decenii acidizarea a fost considerată mai mult ca o artă decât ca o ştiinţă. Studiile aprofundate şi continue, experienţele şi cercetările realizate în laboratoare moderne şi verificate practic în şantiere de către specialiştii chimişti, geochimişti, geologi şi petrolişti din întreaga lume au condus la concluzia decisivă că acidizarea a devenit concret o ştiinţă. Ca rezultat al eforturilor întreprinse în domeniul cercetării, în ultimii ani s-au făcut importante progrese privind perfecţionarea continuă a tehnicilor şi tehnologiilor de tratare cu soluţii acide a stratelor productive contaminate, cu scopul îndepărtării materialelor blocante şi stimulării curgerii hidrocarburilor spre sondele de exploatare. Cercetătorii apreciază că succesul unui tratament acid al matricei depinde de răspunsul favorabil al formaţiunii productive la fluidul de tratare. Compatibilitatea fluidului de tratare cu roca şi fluidele conţinute de aceasta este un factor important în realizarea unui tratament de stimulare eficient. Sensibilitatea rocii colectoare pentru un fluid acid de tratare ales include toate reacţiile vătămătoare care pot avea loc când acest fluid intră în contact cu ea şi care au ca rezultat: deconsolidarea matricei, desprinderea particulelor fine de rocă şi migrarea lor, formarea de precipitate. Această contaminare se poate produce atât în zona de strat cu permeabilitatea deteriorată, cât şi mai departe în porţiunea de strat neafectată. Sensibilitatea rocii este determinată de compoziţia chimică şi constituţia petrografică a acesteia. Acidizarea se practică în formaţiunile cu permeabilitate de la valori medii până la valori mari (gresii cu conţinut de carbonaţi peste 20%, nisipuri consolidate al căror ciment este constituit din carbonaţi de calciu şi magneziu, calcare şi dolomite), prin stimularea rocii mamă intenţionându-se să se îmbunătăţească caracteristicile de curgere ale zonei degradate din imediata apropiere a peretelui sondei. Mai rar se recurge la acidizarea orizonturilor productive cu permeabilităţi de la valori scăzute până la valori medii (carbonaţi, calcare, dolomite), pentru care se consideră ca tehnică adecvată de stimulare fisurarea hidraulică acidă. În zăcămintele de gresii, acizii (de obicei amestecuri de HCl şi HF) sunt injectaţi în mediul poros pentru îndepărtarea substanţelor contaminante. În zăcămintele carbonatice (crete, calcare, dolomite), soluţia acidă (în mod obişnuit 15% sau 28% HCl) poate reacţiona nu numai cu substanţele contaminante ci şi cu rocile din zăcământ, creând canale largi, conductibile, care străbat zona deteriorată. În orice caz, între rezultatele stimulării formaţiunilor de nisipuri, de gresie şi de calcar există diferenţe semnificative. Acidizarea se efectuează în mod diferit de la un zăcământ la altul şi chiar de la o sondă la alta datorită:

- naturii rocii mamă şi diversităţii litologice;

23

- compoziţiei chimico-mineralogice şi distribuţiei variate a mineralelor în rocile colectoare; - anizotropiei permeabilităţii rocii magazin; - naturii şi compoziţiei fluidelor acumulate în porii rocilor; - proprietăţilor fizice ale zăcămintelor (presiune şi temperatură).

Căile de aplicare a operaţiei de acidizare au la bază principii riguroase de proiectare care implică etape majore de analiză, necesare cunoaşterii principalelor date şi anume:

- stadiul de exploatare a zăcământului; - tipul sondei (de producţie ţiţei sau gaze; de injecţie apă sau gaze etc.); - gradul de comunicare hidraulică a stratului cu sonda; - istoricul exploatării sondei; - stabilirea sondelor candidate pentru stimularea prin acidizare a matricei solide; - stabilirea cauzelor lipsei de aflux sau afluxului insuficient de fluide; - amplasarea blocajelor în stratul productiv; - caracteristicile formaţiunii productive afectate din punct de vedere al compoziţiei şi al

structurii rocii şi al fluidelor cantonate în porii rocii colectoare; - condiţiile de presiune şi temperatură existente la nivelul orizontului productiv analizat; - regimul de dezlocuire, iniţial şi actual; - alegerea soluţiei acide corespunzătoare de tratare pe baza analizelor de laborator; - determinarea volumului specific de tratare (volumul de soluţie acidă care trebuie injectat

pe metru perforat sau strat deschis); - determinarea presiunii de pompare şi a debitului pentru injectarea în regim de curgere

prin matrice; - stabilirea tehnologiei de plasare a soluţiei acide de tratare; - precizarea duratei de oprire a sondei pentru reacţie; - expunerea recomandărilor pentru redarea sondei în exploatare sau injecţie; - stabilirea profitabilităţii tratamentului acid prin estimarea creşterii de productivitate sau

injectivitate în funcţie de costul tratamentului. Înţelegerea caracterului fizico-chimic al procesului de stimulare prin acidizare este necesară în prezent atât pentru efectuarea unor aplicaţii eficiente, cât şi pentru reducerea costurilor. Singurul mijloc de apreciere a eficacităţii unei tehnici de stimulare prin acidizare este de a dovedi că obiectivele tehnice şi economice au fost atinse. Obiectivul tehnic al stimulării formaţiunii productive îl reprezintă obţinerea unui factor skin postoperatoriu neglijabil sau negativ, ce corespunde cazului îndepărtării eficiente a modificărilor survenite în sistem. Obiectivul economic se consideră că a fost atins atunci când s-a îmbunătăţit afluxul de fluide din strat în sondă şi productivitatea sondei a crescut. Totodată, scurtarea timpului necesar realizării operaţiei de stimulare proiectate şi implicit reducerea timpului aferent întreruperii producţiei sunt elemente primordiale importante din punct de vedere economic. Pentru obţinerea unor eficienţe optime la efectuarea operaţiei de stimulare a productivităţii/injectivităţii sondelor prin acidizare este important să se cunoască tipul, întinderea şi locul de amplasare a zonei contaminate în stratul productiv şi este necesară selecţionarea acizilor (tip, concentraţie), aditivilor folosiţi şi a tehnicii de pompare a soluţiei acide, ţinând seama de caracteristicile zăcământului şi a fluidelor conţinute, de preţul de cost şi de problemele de protecţie a muncii şi a mediului. De asemenea, este necesară cunoaşterea unor caracteristici ale acizilor, precum şi probleme stoichiometrice, echilibre şi viteze de reacţie. Valoarea optimă a cantităţii de soluţie acidă s-a determinat prin analiza rezultatelor unui număr mare de operaţii experimentale. Acestea au condus la concluzia că pentru efectuarea operaţiilor de acidizare convenţională sunt necesare volume de soluţie acidă cuprinse între 0,5-1,5 m3/m perforat.

24

19.2. Tratarea prin acidizare a zăcămintelor de roci carbonatice

19.2.1. Alegerea fluidelor de tratare pentru roci carbonatice Formaţiunile de carbonaţi, în special cele care prezintă fisuri naturale, se contaminează uşor în timpul forajului, pregătirii pentru exploatare sau chiar al intervenţiilor aplicate sondei, datorită invaziei fluidului folosit în aceste operaţii în sistemul de pori şi fisuri naturale. Pentru refacerea permeabilităţii zonei din vecinătatea sondei şi îmbunătăţirea productivităţii ei, deseori se utilizează tratamentul de acidizare a matricei. La acidizarea zăcămintelor din roci carbonatice, spre deosebire de acidizarea zăcămintelor de gresii, acidul reacţionează cu roca în general fără distrugeri. Atunci când soluţia acidă este injectată într-o rocă carbonatică, ea curge preferenţial prin zonele de permeabilitate mare - pori largi, canale, caverne sau fisuri naturale. Dizolvarea rapidă a materialului matricei conduce la lărgirea canalelor iniţiale de curgere, deci soluţia acidă formează rapid canale de curgere largi, caracterizate printr-o bună conductivitate, numite canale spiralate (genul celor săpate de vierme). Pentru stimularea prin acidizare a carbonaţilor se folosesc soluţii de HCl, acid acetic sau amestecuri acide: HCl şi acizi organici, HCl şi alcooli, HCl şi tenside. Din cercetările de laborator s-a constatat că în condiţii asemănătoare, acizii organici reacţionează mult mai încet decât acidul clorhidric. Alegerea acizilor pentru tratamentul ce se efectuează rocilor carbonatice se face ţinând cont de compoziţia mineralogică a rocilor din stratele productive stimulate şi de temperatura de zăcământ. HCl este un acid tare şi reacţionează rapid cu calcarele. Reacţia cu dolomitul este mai lentă. Pentru roci dolomitice, care conţin şi silicaţi cum ar fi cuarţ, feldspaţi sau argile, se recomandă utilizarea acizilor activaţi ("Intensified Acid"). Dolomitul este adesea asociat cu anhidritul, CaSO4, (ca umplutură pentru porii secundari sau ca material de umplere a fisurilor naturale). La acidizarea stratelor care conţin dolomit asociat cu anhidrit, HCl va dizolva anhidritul, dar va precipita imediat gipsul (CaSO42H2O). Pentru a minimaliza această problemă sunt recomandate fluide cu bune proprietăţi chelante. În cazul când sondele deschid strate constituite din gresii calcaroase cu sau fără intercalaţii de marne, acidul clorhidric poate avea o acţiune de dizolvare a cimentului calcaros şi a altor componenţi cum sunt oxizii de fier şi aluminiu conţinuţi de aceste roci. Principalele proprietăţi fizice ale acizilor utilizaţi la tratarea rocilor carbonatice pot fi urmărite în tabelul 19.1.

Tabelul 19.1. Proprietăţile fizice ale soluţiilor acide utilizate la acidizarea rocilor calcaroase

Tipur i de acizi

Densitatea (15C)

CaCO3 dizolvat

Densitatea acidului

uzat

CO2 degajat

kg/m3 kg/m3 kg/m3 m3/m3 7,5% HCl 1037,0 106 1100 24 15% HCl 1075,0 220 1170 50 28% HCl 1147,0 439 1340 98 10% CH3COOH

1012,5 88 1080 20

12% CH3COOH

1015,4 101 1080 23

9% HCOOH 1020,0 98 1080 22 12% HSO3NH2 1060,0 56 - -

25

19.2.2. Factorii care influenţează reacţia acizilor cu rocile carbonatice Aceşti factori sunt numeroşi, fiecare în parte acţionând asupra vitezei de reacţie a acizilor cu roca dar de cele mai multe ori simultan, când efectul lor va fi foarte diferit în funcţie de condiţiile concrete din formaţiunea tratată. Viteza de reacţie a acizilor utilizaţi la stimularea prin acidizare a rocilor carbonatice depinde de: - tipul şi concentraţia acidului; - tipul agentului tensioactiv; - temperatură; - viteza de curgere a acidului; - presiune; - suprafaţa specifică de contact a rocii. a) Tipul şi concentraţia acidului

Trebuie menţionat că acizii în soluţie sunt ionizaţi şi ionii reacţionează cu mineralele din roca formaţiunii. Viteza de reacţie variază cu concentraţia acidului şi trece printr-o valoare maximă pentru circa 24% HCl. Trebuie menţionat că pentru o concentraţie iniţială dată viteza de reacţie se micşorează pe măsură ce începe atacul acidului cu roca (datorită formării CaCl2 care micşorează viteza de reacţie). b) Tipul agentului tensioactiv Din gama variată de substanţe tensioactive utilizate la operaţiile de acidizare se numără şi moderatorii (întârzietorii) de reacţie. Aceşti agenţi tensioactivi adăugaţi în soluţia acidă formează o peliculă pe unele zone ale suprafeţelor fisurilor din rocile carbonatice şi încetineşte astfel reacţia acidului (care se produce în continuare numai în zonele rămase neacoperite ale suprafeţelor fisurilor). Această adsorbţie a substanţei tensioactive pe suprafaţa rocii îi dă acesteia un caracter hidrofob (umectabilă cu ţiţei). c) Temperatura Temperatura accelerează mult viteza de reacţie a acidului şi influenţează disocierea rapidă a acestuia. Prin ridicarea temperaturii cu 10-15°C, viteza de reacţie se poate dubla sau tripla. Prin creşterea temperaturii, la nivelul stratului productiv se realizează o reacţie exotermică cu degajare de dioxid de carbon care se disociază. Prin pomparea ulterioară a soluţiei acide se răceşte formaţiunea productivă reducându-se viteza de reacţie a acidului. d) Viteza de curgere a acidului Viteza de curgere creşte proporţional cu viteza de deplasare a acidului în formaţiune. De fapt acest lucru este realizat pentru curgerea acidului prin fisuri, dar într-o matrice poroasă turbulenţa acidului măreşte posibilităţile de contact cu roca. e) Presiunea Viteza de reacţie a acidului are tendinţa de micşorare când presiunea creşte, din cauza CO2 dizolvat sub presiune, care formează acidul carbonic slab H2CO3. Dioxidul de carbon gazos accelerează acţiunea acidului şi favorizează eterogeneitatea atacului. În practică se lucrează frecvent la presiuni ridicate şi efectul accelerării reacţiei datorat CO2 gazos se întâlneşte rar, numai la acizii concentraţi. f) Suprafaţa specifică de contact Acest parametru este foarte important pentru penetrarea acidului în formaţiune înaintea neutralizării. Această proprietate se poate defini ca suprafaţa rocii expusă la atacul acidului pe unitatea de volum a acestuia. Ea este în funcţie de permeabilitate şi de factorul de formaţiune. Valoarea suprafeţei specifice poate varia între 500-5000 cm2/cm3 într-o matrice carbonatică şi de la câţiva cm2/cm3 la zeci de m2/cm3 în gresii. Într-un zăcământ fracturat are valoare mult mai mică, deoarece canalele de curgere sunt mai largi.

26

Reacţia acidului este mai rapidă cu cât suprafaţa specifică de contact este mai mare.

19.2.3. Tehnologia de tratare cu soluţii de HCl a rocilor carbonatice La programarea operaţiei de stimulare se ţine seama de obiectivul urmărit: baie acidă pentru deblocare şi/sau acidizare convenţională. În funcţie de aceste obiective variază cantitatea şi compoziţia soluţiei ca şi programul hidraulic. La sondele echipate cu packer permanent de coloană nu se pot executa băi acide pentru deblocarea formaţiunii; se pot executa numai acidizări şi fisurări acide. Pentru a realiza o acidizare cu soluţie de HCl la o sondă fără packer trebuie să se execute următoarele operaţii: - pregătirea sondei; - prepararea soluţiei acide; - introducerea soluţiei acide în strat. Prepararea soluţiei acide se face prin amestecarea acidului tehnic (concentrat) cu apă şi o serie de aditivi, aceştia din urmă cu rol de a anihila efectele nedorite ale soluţiei acide în sondă şi strat. După stabilirea cantităţii de acid ce revine pe metru perforat şi a concentraţiei soluţiei acide, se trece la prepararea în habe a soluţiei acide necesare pentru tratare. Există şi alte modalităţi de determinare aproximativă a cantităţilor de acid tehnic şi apă exprimate în litri pentru a obţine 1 m3 soluţie de tratare de concentraţie dată, când nu cunoaştem densitatea soluţiilor acide şi anume:

- metoda analitică; - metoda grafică - regula paralelogramului.

19. Principiul tratării şi scopul aplicării

Una dintre cele mai utilizate metode de tratare chimică pentru corectarea deteriorării mediului poros al formaţiunii productive o reprezintă acidizarea. Acidizarea matricei este definită ca operaţia de injectare a soluţiei acide în stratul degradat la o presiune mai mică decât presiunea de fisurare a rocii colectoare. Rolul soluţiei acide este acela de a dizolva produsele solide de invazie sau de precipitare, depuse în sistemul poros al rocii (particule solide din fluidul de foraj sau din pasta de ciment, particule fine de nisip sau de argile, săruri, parafine etc.) şi de a lărgi canalele de curgere existente sau de a crea altele noi. Practica tratării cu acid a stratelor în scopul creşterii productivităţii sondelor a fost aplicată pentru prima oară încă din 1891, însă numai sub forma introducerii de acid în sondă, la nivelul stratului productiv, cu scopul de a curăţa pereţii în dreptul acestuia de diferitele materiale depuse. Metoda tratării stratelor prin injectarea soluţiei acide în interiorul acestora a început să se aplice cu rezultate bune după 1930, devenind în timp de mare utilitate. De la sfârşitul secolului al XIX-lea şi până în urmă cu aproximativ trei decenii acidizarea a fost considerată mai mult ca o artă decât ca o ştiinţă. Studiile aprofundate şi continue, experienţele şi cercetările realizate în laboratoare moderne şi verificate practic în şantiere de către specialiştii chimişti, geochimişti, geologi şi petrolişti din întreaga lume au condus la concluzia decisivă că acidizarea a devenit concret o ştiinţă. Ca rezultat al eforturilor întreprinse în domeniul cercetării, în ultimii ani s-au făcut importante progrese privind perfecţionarea continuă a tehnicilor şi tehnologiilor de tratare cu soluţii acide a

27

stratelor productive contaminate, cu scopul îndepărtării materialelor blocante şi stimulării curgerii hidrocarburilor spre sondele de exploatare. Cercetătorii apreciază că succesul unui tratament acid al matricei depinde de răspunsul favorabil al formaţiunii productive la fluidul de tratare. Compatibilitatea fluidului de tratare cu roca şi fluidele conţinute de aceasta este un factor important în realizarea unui tratament de stimulare eficient. Sensibilitatea rocii colectoare pentru un fluid acid de tratare ales include toate reacţiile vătămătoare care pot avea loc când acest fluid intră în contact cu ea şi care au ca rezultat: deconsolidarea matricei, desprinderea particulelor fine de rocă şi migrarea lor, formarea de precipitate. Această contaminare se poate produce atât în zona de strat cu permeabilitatea deteriorată, cât şi mai departe în porţiunea de strat neafectată. Sensibilitatea rocii este determinată de compoziţia chimică şi constituţia petrografică a acesteia. Acidizarea se practică în formaţiunile cu permeabilitate de la valori medii până la valori mari (gresii cu conţinut de carbonaţi peste 20%, nisipuri consolidate al căror ciment este constituit din carbonaţi de calciu şi magneziu, calcare şi dolomite), prin stimularea rocii mamă intenţionându-se să se îmbunătăţească caracteristicile de curgere ale zonei degradate din imediata apropiere a peretelui sondei. Mai rar se recurge la acidizarea orizonturilor productive cu permeabilităţi de la valori scăzute până la valori medii (carbonaţi, calcare, dolomite), pentru care se consideră ca tehnică adecvată de stimulare fisurarea hidraulică acidă. În zăcămintele de gresii, acizii (de obicei amestecuri de HCl şi HF) sunt injectaţi în mediul poros pentru îndepărtarea substanţelor contaminante. În zăcămintele carbonatice (crete, calcare, dolomite), soluţia acidă (în mod obişnuit 15% sau 28% HCl) poate reacţiona nu numai cu substanţele contaminante ci şi cu rocile din zăcământ, creând canale largi, conductibile, care străbat zona deteriorată. În orice caz, între rezultatele stimulării formaţiunilor de nisipuri, de gresie şi de calcar există diferenţe semnificative. Acidizarea se efectuează în mod diferit de la un zăcământ la altul şi chiar de la o sondă la alta datorită:

- naturii rocii mamă şi diversităţii litologice; - compoziţiei chimico-mineralogice şi distribuţiei variate a mineralelor în rocile colectoare; - anizotropiei permeabilităţii rocii magazin; - naturii şi compoziţiei fluidelor acumulate în porii rocilor; - proprietăţilor fizice ale zăcămintelor (presiune şi temperatură).

Căile de aplicare a operaţiei de acidizare au la bază principii riguroase de proiectare care implică etape majore de analiză, necesare cunoaşterii principalelor date şi anume:

- stadiul de exploatare a zăcământului; - tipul sondei (de producţie ţiţei sau gaze; de injecţie apă sau gaze etc.); - gradul de comunicare hidraulică a stratului cu sonda; - istoricul exploatării sondei; - stabilirea sondelor candidate pentru stimularea prin acidizare a matricei solide; - stabilirea cauzelor lipsei de aflux sau afluxului insuficient de fluide; - amplasarea blocajelor în stratul productiv; - caracteristicile formaţiunii productive afectate din punct de vedere al compoziţiei şi al structurii

rocii şi al fluidelor cantonate în porii rocii colectoare; - condiţiile de presiune şi temperatură existente la nivelul orizontului productiv analizat; - regimul de dezlocuire, iniţial şi actual; - alegerea soluţiei acide corespunzătoare de tratare pe baza analizelor de laborator; - determinarea volumului specific de tratare (volumul de soluţie acidă care trebuie injectat pe

metru perforat sau strat deschis); - determinarea presiunii de pompare şi a debitului pentru injectarea în regim de curgere prin

matrice; - stabilirea tehnologiei de plasare a soluţiei acide de tratare; - precizarea duratei de oprire a sondei pentru reacţie; - expunerea recomandărilor pentru redarea sondei în exploatare sau injecţie;

28

- stabilirea profitabilităţii tratamentului acid prin estimarea creşterii de productivitate sau injectivitate în funcţie de costul tratamentului.

Înţelegerea caracterului fizico-chimic al procesului de stimulare prin acidizare este necesară în prezent atât pentru efectuarea unor aplicaţii eficiente, cât şi pentru reducerea costurilor. Singurul mijloc de apreciere a eficacităţii unei tehnici de stimulare prin acidizare este de a dovedi că obiectivele tehnice şi economice au fost atinse. Obiectivul tehnic al stimulării formaţiunii productive îl reprezintă obţinerea unui factor skin postoperatoriu neglijabil sau negativ, ce corespunde cazului îndepărtării eficiente a modificărilor survenite în sistem. Obiectivul economic se consideră că a fost atins atunci când s-a îmbunătăţit afluxul de fluide din strat în sondă şi productivitatea sondei a crescut. Totodată, scurtarea timpului necesar realizării operaţiei de stimulare proiectate şi implicit reducerea timpului aferent întreruperii producţiei sunt elemente primordiale importante din punct de vedere economic. Pentru obţinerea unor eficienţe optime la efectuarea operaţiei de stimulare a productivităţii/injectivităţii sondelor prin acidizare este important să se cunoască tipul, întinderea şi locul de amplasare a zonei contaminate în stratul productiv şi este necesară selecţionarea acizilor (tip, concentraţie), aditivilor folosiţi şi a tehnicii de pompare a soluţiei acide, ţinând seama de caracteristicile zăcământului şi a fluidelor conţinute, de preţul de cost şi de problemele de protecţie a muncii şi a mediului. De asemenea, este necesară cunoaşterea unor caracteristici ale acizilor, precum şi probleme stoichiometrice, echilibre şi viteze de reacţie. Valoarea optimă a cantităţii de soluţie acidă s-a determinat prin analiza rezultatelor unui număr mare de operaţii experimentale. Acestea au condus la concluzia că pentru efectuarea operaţiilor de acidizare convenţională sunt necesare volume de soluţie acidă cuprinse între 0,5-1,5 m3/m perforat.

19.1. Tratarea prin acidizare a zăcămintelor de roci carbonatice

19.1.1. Alegerea fluidelor de tratare pentru roci carbonatice

Formaţiunile de carbonaţi, în special cele care prezintă fisuri naturale, se contaminează uşor în timpul forajului, pregătirii pentru exploatare sau chiar al intervenţiilor aplicate sondei, datorită invaziei fluidului folosit în aceste operaţii în sistemul de pori şi fisuri naturale. Pentru refacerea permeabilităţii zonei din vecinătatea sondei şi îmbunătăţirea productivităţii ei, deseori se utilizează tratamentul de acidizare a matricei. La acidizarea zăcămintelor din roci carbonatice, spre deosebire de acidizarea zăcămintelor de gresii, acidul reacţionează cu roca în general fără distrugeri. Atunci când soluţia acidă este injectată într-o rocă carbonatică, ea curge preferenţial prin zonele de permeabilitate mare - pori largi, canale, caverne sau fisuri naturale. Dizolvarea rapidă a materialului matricei conduce la lărgirea canalelor iniţiale de curgere, deci soluţia acidă formează rapid canale de curgere largi, caracterizate printr-o bună conductivitate, numite canale spiralate (genul celor săpate de vierme). Pentru stimularea prin acidizare a carbonaţilor se folosesc soluţii de HCl, acid acetic sau amestecuri acide: HCl şi acizi organici, HCl şi alcooli, HCl şi tenside. Din cercetările de laborator s-a constatat că în condiţii asemănătoare, acizii organici reacţionează mult mai încet decât acidul clorhidric. Alegerea acizilor pentru tratamentul ce se efectuează rocilor carbonatice se face ţinând cont de compoziţia mineralogică a rocilor din stratele productive stimulate şi de temperatura de zăcământ. HCl este un acid tare şi reacţionează rapid cu calcarele. Reacţia cu dolomitul este mai lentă. Pentru roci dolomitice, care conţin şi silicaţi cum ar fi cuarţ, feldspaţi sau argile, se recomandă utilizarea acizilor activaţi ("Intensified Acid"). Dolomitul este adesea asociat cu anhidritul, CaSO4, (ca umplutură pentru porii secundari sau ca material de umplere a fisurilor naturale). La acidizarea stratelor care conţin dolomit asociat cu anhidrit, HCl va dizolva anhidritul, dar va precipita imediat gipsul (CaSO42H2O). Pentru a minimaliza această problemă sunt recomandate fluide cu bune proprietăţi chelante.

29

În cazul când sondele deschid strate constituite din gresii calcaroase cu sau fără intercalaţii de marne, acidul clorhidric poate avea o acţiune de dizolvare a cimentului calcaros şi a altor componenţi cum sunt oxizii de fier şi aluminiu conţinuţi de aceste roci. Principalele proprietăţi fizice ale acizilor utilizaţi la tratarea rocilor carbonatice pot fi urmărite în tabelul 19.1.

Tabelul 19.1. Proprietăţile fizice ale soluţiilor acide utilizate la acidizarea rocilor calcaroase

Tipuri de acizi Densitatea (15C) CaCO3 dizolvat Densitatea acidului uzat CO2 degajat

kg/m3 kg/m3 kg/m3 m3/m3 7,5% HCl 1037,0 106 1100 24 15% HCl 1075,0 220 1170 50 28% HCl 1147,0 439 1340 98 10% CH3COOH 1012,5 88 1080 20 12% CH3COOH 1015,4 101 1080 23 9% HCOOH 1020,0 98 1080 22 12% HSO3NH2 1060,0 56 - -

1

19.1..2. Factorii care influenţează reacţia acizilor cu rocile carbonatice Aceşti factori sunt numeroşi, fiecare în parte acţionând asupra vitezei de reacţie a acizilor cu roca dar de cele mai multe ori simultan, când efectul lor va fi foarte diferit în funcţie de condiţiile concrete din formaţiunea tratată. Viteza de reacţie a acizilor utilizaţi la stimularea prin acidizare a rocilor carbonatice depinde de: - tipul şi concentraţia acidului; - tipul agentului tensioactiv; - temperatură; - viteza de curgere a acidului; - presiune; - suprafaţa specifică de contact a rocii. a) Tipul şi concentraţia acidului

Trebuie menţionat că acizii în soluţie sunt ionizaţi şi ionii reacţionează cu mineralele din roca formaţiunii. Viteza de reacţie variază cu concentraţia acidului şi trece printr-o valoare maximă pentru circa 24% HCl. Trebuie menţionat că pentru o concentraţie iniţială dată viteza de reacţie se micşorează pe măsură ce începe atacul acidului cu roca (datorită formării CaCl2 care micşorează viteza de reacţie). b) Tipul agentului tensioactiv Din gama variată de substanţe tensioactive utilizate la operaţiile de acidizare se numără şi moderatorii (întârzietorii) de reacţie. Aceşti agenţi tensioactivi adăugaţi în soluţia acidă formează o peliculă pe unele zone ale suprafeţelor fisurilor din rocile carbonatice şi încetineşte astfel reacţia acidului (care se produce în continuare numai în zonele rămase neacoperite ale suprafeţelor fisurilor). Această adsorbţie a substanţei tensioactive pe suprafaţa rocii îi dă acesteia un caracter hidrofob (umectabilă cu ţiţei). c) Temperatura Temperatura accelerează mult viteza de reacţie a acidului şi influenţează disocierea rapidă a acestuia. Prin ridicarea temperaturii cu 10-15°C, viteza de reacţie se poate dubla sau tripla. Prin creşterea temperaturii, la nivelul stratului productiv se realizează o reacţie exotermică cu degajare de dioxid de carbon care se disociază. Prin pomparea ulterioară a soluţiei acide se răceşte formaţiunea productivă reducându-se viteza de reacţie a acidului. d) Viteza de curgere a acidului Viteza de curgere creşte proporţional cu viteza de deplasare a acidului în formaţiune. De fapt acest lucru este realizat pentru curgerea acidului prin fisuri, dar într-o matrice poroasă turbulenţa acidului măreşte posibilităţile de contact cu roca. e) Presiunea Viteza de reacţie a acidului are tendinţa de micşorare când presiunea creşte, din cauza CO2 dizolvat sub presiune, care formează acidul carbonic slab H2CO3. Dioxidul de carbon gazos accelerează acţiunea acidului şi favorizează eterogeneitatea atacului. În practică se lucrează frecvent la presiuni ridicate şi efectul accelerării reacţiei datorat CO2 gazos se întâlneşte rar, numai la acizii concentraţi. f) Suprafaţa specifică de contact Acest parametru este foarte important pentru penetrarea acidului în formaţiune înaintea neutralizării. Această proprietate se poate defini ca suprafaţa rocii expusă la atacul acidului pe unitatea de volum a acestuia. Ea este în funcţie de permeabilitate şi de factorul de formaţiune. Valoarea suprafeţei specifice poate varia între 500-5000 cm2/cm3 într-o matrice carbonatică şi de la câţiva cm2/cm3 la zeci de m2/cm3 în gresii. Într-un zăcământ fracturat are valoare mult mai mică, deoarece canalele de curgere sunt mai largi. Reacţia acidului este mai rapidă cu cât suprafaţa specifică de contact este mai mare.

2

19.1.3. Tehnologia de tratare cu soluţii de HCl a rocilor carbonatice

La programarea operaţiei de stimulare se ţine seama de obiectivul urmărit: baie acidă pentru deblocare şi/sau acidizare convenţională. În funcţie de aceste obiective variază cantitatea şi compoziţia soluţiei ca şi programul hidraulic. La sondele echipate cu packer permanent de coloană nu se pot executa băi acide pentru deblocarea formaţiunii; se pot executa numai acidizări şi fisurări acide. Pentru a realiza o acidizare cu soluţie de HCl la o sondă fără packer trebuie să se execute următoarele operaţii: - pregătirea sondei; - prepararea soluţiei acide; - introducerea soluţiei acide în strat. Prepararea soluţiei acide se face prin amestecarea acidului tehnic (concentrat) cu apă şi o serie de aditivi, aceştia din urmă cu rol de a anihila efectele nedorite ale soluţiei acide în sondă şi strat. După stabilirea cantităţii de acid ce revine pe metru perforat şi a concentraţiei soluţiei acide, se trece la prepararea în habe a soluţiei acide necesare pentru tratare. Există şi alte modalităţi de determinare aproximativă a cantităţilor de acid tehnic şi apă exprimate în litri pentru a obţine 1 m3 soluţie de tratare de concentraţie dată, când nu cunoaştem densitatea soluţiilor acide şi anume:

- metoda analitică; - metoda grafică - regula paralelogramului.