Fluidele de Foraj i Impactul lor n MediuCORNELIU HORAICU

Curs 3.A. Scurt istoric al fluidelor de forajExist foarte puine informaii privitoare la istoria fluidelor de foraj din primele timpuri; aceasta pentru c primele sonde forate prin metoda rotativ, dup cum s-ar prea, au utilizat numai fluidul de foraj format n timpul traversrii formaiunilor.Dac la sond se forma fluid de foraj, care devenea prea gros sau prea greu , se aduga ap pentru scopuri de fluidizare i dac vscozitatea era insuficient, se aduga ori noroi de la batalul de rezerv pentru proprietile de ngroare, ori forajul se continua cu fluidul de foraj n condiii de suprafluidizare.Au trecut treisprezece ani dup utilizarea noroiului de foraj la sonda lui Lucas din Splindletop n 1901, pentru ca n literatur s apar o comunicare asupra fluidelor de foraj. Aceasta a fost fcut de Heggem i Pollard, care au investigat n 1914, utilizarea fluidului de foraj, la forajul cu cablu n Oklahoma.Ei au recomandat meinerea gurii plin cu fluid, care s creeze o presiune hidrostatic, suficient ca s previn erupiile libere. Compoziia i proprietile fluidelor de foraj descrise de dnii pentru forajul cu cablu, probabil c n acel timp, reprezentau i practica corect pentru forajul rotativ.Ei defineau astfel termenul de fluid de foraj: Un amestec de ap cu oricare argil care va rmne n suspensie n ap pentru o foarte mare perioad de timp". Argilele fine i lipicioase, denumite de obicei gumbo" erau considerate ca foarte potrivite pentru prepararea de fluid de foraj. Utilizarea nisipului sau detritusului de marn, tare pentru prepararea de fluid de foraj a fost considerat nefavorabil, n timp ce argila lipicioas s-a considerat un component util. Proporia de argil, recomandat, a fost de circa 20 % din greutatea apei utilizate.

n anul 1910 Lewis i Mc Murray pe cnd lucrau la aceeai problem de adaptare a fluidului de foraj la forajul cu cablu au mbuntit definiia fluidului de foraj, n felul urmtor: Un amestec de ap cu oricare material argilos, care va rmne n suspensie n ap pentru o foarte mare perioad de timp, fiind lipsit de nisip, detritus de oxid de calciu sau materiale similare, Ei au recomandat c greutatea specific a fluidului de foraj trebuie s fie ntre 1,05 kgf/dm3 i 1,15 kgf/dm3.Istoria modern a fluidelor de foraj ncepe n 1921 cu prima ncercare de a controla proprietile fluidului de foraj prin utilizarea aditivilor produi special n acest scop. n 1921 Stroud s-a ocupat de gsirea uimi mijloc de a ngreuia fluidele de foraj, n scopul prevenirii erupiilor libere datorite presiunilor mari de gaze.La ncercrile de laborator s-a constatat c din oxid de fier mcinat fin i ap, se pot prepara fluide cu greutate specific de 1,80 kgf/dm3 pn la 2,16 kgf/dm3 care erau uor pompabile. n 1922 Stroud a experimentat barita i a gsit c ea este mai potrivit ca agent de ngreuiere dect oxidul de fier. De la descoperirea lui Stroud referitoare la utilizarea compuilor de metale grele, sulfatul de bariu a devenit aproape exclusiv utilizat datorit greutii specifice mari, proprietii reduse de abrazivitate, netoxicitate i alte proprieti avantajoase. La nceputul anului 1920 multe din fluidele de foraj la care s-a adugat sulfatul de bariu pentru controlul greutii specifice, au posedat viscozitate i gelaie insuficiente pentru a menine materialul greu n suspensie. Aceasta a avut ca rezultat dezvoltarea primilor ageni chimici pentru fluide de foraj, n scopul prevenirii depunerii materialului de ngreuiere.

Aceti ageni au intrat, prima dat n uz n 1929 i au constat n principal din amestecuri de alu-minat de sodiu i sod caustic. n 1929, n tehnologia fluidului de foraj ca ageni pentru materialele de ngreuiere, au fost de asemenea introduse bentonita i argilele bentonitice.Fluidul de foraj iniial i nc cel de baz este fluidul de foraj pe baz de ap dulce. Efectele duntoare ale contaminanilor, plus incapacitatea de a menine acest tip de fluid de foraj, n mod economic la greuti specifice mari n anumite condiii de foraj, au avut ca rezultat dezvoltarea multor tipuri speciale sau variante ale acestui sistem de baz. Unul din primele fluide de foraj cu scop special care s-a pus la punct a fost cel cu silicat de sodiu, pentru sparea marnelor care se umfl" (heaving shale) i a formaiunilor cu ape srate eruptive, de mare presiune. Acest tip de fluid de foraj a fost utilizat cu succes de multe ori, ns a fost nlocuit n final, n perioada 1949 1952, prin fluidele de foraj tratate cu var. Un alt fluid de foraj important pentru scop special este fluidul de foraj cu baz de iei. Acesta a fost iniial realizat pentru a se permite o mai bun completare a sondelor din zcmintele sensibile la ap i pentru sparea marnelor care se umfl. n 1939 Dawson i Huisman au realizat un fluid de foraj cu baz de iei, coninnd bitumene de asfalt suflat, care fluid a posedat caliti reduse de filtrare.n 1936, ca fluid de foraj, a fost ncercat sulful topit, dar a fost prea costisitor.

n 1953 Harris a descris utilizarea fluidelor de foraj cu gips (gyp muds) n bazinul Williston. Astfel de fluide de foraj posed proprieti avantajoase prin aceea c ele sunt inerte n virtutea coninutului redus de sod caustic. Ele totui posed gelaie i limit de curgere (yield value) mari i aceasta a limitat utilizarea lor la forarea formaiunilor anhidrit, pn la introducerea, n 1955 a ferocromlignosulfonatului (Q-Broxin) ca dispersant.Acest sistem a fost urmat de dezvoltarea ulterioar a cromlignosulfonailor, care n prezent sunt capabili s confere fluidelor de foraj cu baz de ap dulce, o imunitate foarte mare, la efectele nefavorabile ale coninutului mare de argil, sare, gips, ciment i ale temperaturilor ridicate. Dezvoltarea ulterioar a acestor sisteme prezint cea mai activ realizare a anului 1963.ncepnd din anul 1955,alte modificri includ utilizarea substanelor tensioactive pentru proprieti speciale ale fluidului de foraj. Acestea sunt utilizate pentru a se realiza formarea de cea i spumarea apei la forajul cu aer; lubrifiani de presiune extrem (E. P. Materials) pentru extinderea duratei de lucru a lagrelor sapelor cu role, prevenirea lipirii garniturii de pereii gurii de sond etc.

B. Funciile fluidelor de foraj n procesul de foraj, fluidul de foraj ndeplinete funciile: - cur talpa sondei de detritus, pe care l transport la suprafa; - menine detritusul n suspensie cnd circulaia este oprit; - creeaz o contrapresiune pe peretele gurii de sond; - colmateaz peretele gurii de sond cu un strat subire de particule solide, care izoleaz sonda de rocile traversate; - rcete i lubrifiaz sapa i garnitura de foraj; - constituie agentul de lucru al motoarelor hidraulice submersante; Fluidele de foraj trebuie s satisfac i o serie de cerine: - s nu afecteze rocile traversate; - s fie rezistente la presiuni i temperaturi relativ mari; - s nu produc eroziunea i coroziunea echipamentului de foraj; - s nu fie toxice; - s fie uor de preparat i ntreinut etc.

B.Tipuri de fluide de foraj Din punct de vedere al strii fizice i compoziiei , fluidele se foraj se mpart: - fluide lichide (pe baz de ap i pe baz de produse petroliere); - fluide gazoase (aer, gaze naturale); - amestecuri de lichid i gaz (noroi aerat, petrol gazat, spum i cea). Materialele pentru prepararea i tratarea fluidelor de foraj sunt: 1.Materiale pentru prepararea i tratarea fluidelor de foraj: - argil (material pmntos, neconsolidat, constituit din particule fin divizate de silicat de aluminiu hidratat, cu proprieti coloidale). - trassgelul (bentonit activat cu carbonat de sodiu). 2.Materiale pentru mrirea greutii specifice: - barit (denumire tehnic a baritei, Ba SO4 cu greutatea specific de 4100-4500 Kgf/m3, iar greutatea specific ce se poate obine a fluidului, 2000-2200 Kgf/m3). - colmatita ( un produs obinut din zgurile separate la prepararea minereurilor cu greutatea specifica de 3600-3700 Kgf/m3, n adaos realizeaz fluide cu 1450 Kgf/m3). - carbonat de calciu (CaCO3) cu greutatea specific de 2700 Kgf/m3, n adaos realizeaz fluide cu 1450 Kgf/m3. 3.Substane cu efect mixt ( reductoare de viscozitate i de filtrare): - humat de sodiu; - rini sintetice solubile; - coloizi organici.

4.Aditivi reziteni la temperaturi ridicate: - ferocromlignosulfatul (F.C.L.S); - cromlignosulfatul (C.L.S.); - humatul de crom; - poliacrilamida; 5.Substane alcaline i alcalino-pmntoase - sod calcinat - Na2CO3; - bicarbonat de sodiu - NaHCO3; - sod caustic - NaOH; - var CaO (nestins), Ca(OH) 2 (stins), etc.