Procesul de executare a forajelor orizontale

Procesul de executare a forajelor orizontale ghidate

Instrumentele şi tehnicile folosite pentru forajele orizontale ghidate îşi au originile în industria de foraje petroliere. Componentele platformelor de tip turn pentru foraje orizontale folosite pentru realizarea conductelor şi liniilor de ţevi se aseamănă cu cele ale platformelor marine petroliere de tip turn cu diferenţa că primul fel de platformă este dotată cu o rampă în pantă, nu cu un catarg vertical.

Operaţiunile pentru realizarea orificiului pilot pentru forajele orizontale ghidate nu diferă de cele incluse în procedurile pentru foraje executate pe o platformă petrolieră ghidată. De regulă, instrumentele tubului şi forezei sunt interlocuibile şi se foloseşte şi un fluid de foraj pe parcursul desfăşurării întregii operaţiuni de transportare/evacuare a resturilor din forare, pentru reducerea frecării, întârirea orificiului etc. Datorită acestor asemănări, procesul este numit deseori forare spre deosebire de găurire.

Aşezarea conductei cu ajutorul forezelor orizontale ghidate se face, de obicei, în trei etape aşa cum se arată pe fig. 1. Prima etapă este executarea controlată a orificiului pilot, cu un diametru mic, de-a lungul direcţiei selectare de ghidare. A doua etapă include lărgirea orificiului pilot până la ajungerea sa la un diametru potrivit pentru aşezarea conductei. A treia etapă constă din tragerea în sens invers a conductei, prin orificiul lărgit.

Orificiu pilot pentru forajele ghidate

Controlul orificiului pilot se realizează printr-o coloană de forat, nerotitoare, cu muchie frontală asimetrică. Asimetria muchiei frontale crează o deviere a ghidării, iar coloana de forat nerotitoare permite ca această deviere să fie ţinută într-o poziţie exactă în timpul forării. Dacă se constată nevoia de schimbare a direcţiei, coloana de forat va fi rotită astfel încât direcţia devierii va coincide cu schimbarea dorită a direcţiei. Direcţia devierii reprezintă unghiul instrumentului înăuntrul orificiului de foraj, în direcţia acelor de ceasornic, faţă de nordul magnetic. Se poate progresa direct prin efectuarea unei serii de foraje şi compensarea poziţiilor acestui unghi. Coloana de forat poate fi, de asemenea, rotită tot timpul, atunci când nu este necesar controlul ghidat. Asimetria muchiei frontale poate fi realizată în câteva moduri. De regulă, muchia frontală se deosebeşte printr-o deviere sub un anumit unghi creată de carcasa îndoită a motorului. Acest lucru se arată schematic pe fig. 2.

La solurile moi se întâmplă deseori ca progresul în foraje să fie realizat prin tăierea hidraulică cu o duză reactivă. În acest caz, direcţia fluxului din duză poate fi o deviere din axa centrală a coloanei de forat, în locul respectiv fiind creată o deviere a ghidării. Acest lucru se poate realiza şi prin blocarea unor anumite duze selectate de pe capul standard al forezei sau prin modificarea la măsură a capului pentru deformare reactivă. În cazul în care se întâlnesc, pe parcurs, locuri mai dure, coloana de forat poate fi rotită pentru a efectua forajul fără controlul ghidat până când nu pătrunde în locul cu sol/stâncă dur/dură.

 

ORIFICIU PILOT

HORIZONTAL DRILLING RIG –platformă de tip turn pentru foraje orizontale

ENTRY POINT – punct de acces

DRILLING FLUID RETURNS – retur fluid de foraj

DRILL PIPE – ţeavă de foraj

EXIT POINT – punct de ieşire

ANNULUS – roată dințată

DESIGNED DRILLED PATH – parcurs/rută proiectată de foraj

 

LĂRGIREA PREALABILĂ

DRILLING FLUID RETURNS – retur fluid de foraj

DRILL PIPE – ţeavă de foraj

ANNULUS – roată dințată

TYPICAL DIRECTION OF PROGRESS – direcţia obişnuită a progresului

 

EXTRAGERE

DRILLING FLUID RETURNS – retur fluid de foraj

DRILL PIPE – ţeavă de foraj

PREFABRICATED – prefabricat

ANNULUS – roată dințată

TYPICAL DIRECTION OF PROGRESS – direcţia obişnuită a progresului

 

Figura 1. Procesul de executare a forajelor orizontale ghidate

ORIENTING SUB – prăjină de foraj pentru orientare

NON-MAGNETIC COLLAR – guler nemagnetic

MUD MOTOR – motor pentru noroi

ANGULAR OFFSET – deplasare unghiulară

STEERING TOOL – instrument de ghidare

BENT MOTOR HOUSING – carcasă îndoită a motorului

BIT – cap foraj

Figura 2. Forarea ghidată

Motoare foraj

Acţiunea tăierii mecanice de foraj necesară pentru solurile mai dure, se asigură prin motoare hidraulice de foraj. Motoarele hidraulice de foraj deseori întâlnire şi sub denumirea de motoare foraj, transformă energia hidraulică din noroiul extras în procesul de forare, în energie mecanică spre capul de foraj. Acest lucru permite capului să efectueze mişcări de rotire fără ca coloana de foraj să se rotească. Există două tipuri de bază de motoare de noroi; cu deplasare pozitivă şi cu turbine. Motoarele cu deplasare pozitivă se folosesc, de regulă pentru forajele orizontale ghidate. Un motor de foraj cu deplasare pozitivă este compus, practic, dintr-un stator elicoidal şi un rotor sinusoidal. Fluxul de noroi ce trece prin stator transmite rotația către rotor, care la rândul său este conectat printr-o conexiune la capul forezei.

În unele cazuri, o țeavă de evacuare a noroiului cu diametrul mai mare poate fi rotită concentric deasupra unei coloane de forat, nerotitoare, cu ghidare. Scopul este prevenirea blocării coloanei ghidate şi permiterea orientării libere a unghiului coloanei faţă de nordul magnetic. Astfel se menţine şi orificiul pilot, dacă va fi necesară extragerea coloanei ghidate.

Lucrări de sondaj

Direcţia faptică a orificiului pilot se observă prin prelevarea periodică de rezultate cu privire la deviere şi azimutul muchiei frontale. Rezultatele sunt prelevate cu ajutorul unui instrument numit de cele mai multe ori sondă şi care este introdus în gulerul forezei, cât se poate de aproape de capul forezei. Transmiterea rezultatelor de la sondă se face în general prin sârmă care trece prin coloana de foraj. Aceste rezultate împreună cu măsurările distanţei parcurse după ultima verificare, se folosesc pentru calcularea coordonatelor orizontale şi verticale de-a lungul orificiului pilot, corespunzător al punctului iniţial de intrare de pe suprafaţă.

Rezultatele azimutale sunt preluate din câmpul magnetic al Terrei şi fac obiectul intervenţiei instrumentelor de foraj, tubului de foraj şi câmpurilor magnetice create de către structurile învecinate. Prin urmare, sonda trebuie pusă în gulerul non-magnetic şi poziţionată în coloană astfel încât să fie potrivit izolată faţă de instrumentele de sondare şi tubul de sondare. Combinaţia dintre capul de sondare, motorul de sondare (dacă se foloseşte), prăjinile de sondare, sonda de cercetare şi gulerele non-magnetice, se numeşte şi parte inferioară grea. O parte inferioară grea tipică este arătată în fig. 2.

Observaţie pe suprafaţă

Direcţia orificiului pilot poate fi urmărită şi cu ajutorul unui sistem de observaţii de pe suprafaţă. Sistemele de observaţii de pe suprafaţă stabilesc locaţia sondei, preluând măsurări din loc sau dintr-un punct de pe suprafaţă. Un exemplu bun pentru acest tip de sisteme este TruTracker. Sistemul acesta foloseşte o bobină pe suprafaţă într-o anumită locaţie, pentru a induce un câmp magnetic. Sonda percepe locaţia sa prin conexiunea cu acest câmp magnetic indus şi predă această informaţie către suprafaţă. Acest lucru se arată schematic pe fig.  3.

SURFACE COIL – bobină pe suprafaţă

KNOWN CORNER LOCATIONS – locații unghiulare cunoscute

SURVEY PROBE – sondă cercetare

Figura 3. Sistem pentru observaţie de pe suprafaţă TruTracker

 

Lărgire şi extragere

Lărgirea orificiului pilot se realizează prin intermediul unor foraje prealabile de lărgire, înainte de aşezarea ţevilor sau odată cu aşezarea lor. Instrumentele de lărgire sunt, de regulă, compuse dintr-un set circular de cuţite şi motoare cu reacţie pentru fluidul hidraulic şi sunt deseori realizate la comanda prestatorului serviciilor, fiind realizare cu dimensiuni specifice sau pentru un anumit tip de sol.

Lărgirea prealabilă

Majoritatea contractorilor ar alege lărgirea prealabilă a orificiului pilot, înainte de aşezarea ţevii. Pentru executarea unui foraj de lărgire, dispozitivele de lărgire ataşate în punctul de plecare pe coloana de forat, se rotesc şi trag spre turnul de forat, lărgind astfel orificiul pilot. În spatele dispozitivelor de lărgire se mai adaugă şi un tub/ţeavă de foraj pe măsura înaintării lor spre turnul de forat. Acest lucru poate garanta că în orificiul forat mereu există o tijă. De asemenea, este posibil ca lărgirea să fie efectuată în lateralul turnului de forat. În acest caz, dispozitivele de lărgire puse pe coloana de forat se rotesc şi se împing în lateralul acesteia.

Tragere

Aşezarea ţevii se face prin prinderea secţiunii realizate în prealabil pentru extragerea ţevii, de spatele dispozitivului de lărgire, de la punctul de plecare şi prin tragerea mecanismului de lărgire şi a secţiunii de tragere înapoi la turnul de foraj. Acest lucru se face după finalizarea realizării prealabile sau pentru liniile cu diametrii mai mici, în soluri moi – imediat după finalizarea orificiului pilot. Se foloseşte îmbinare articulată pentru îmbinarea secţiunii de tragere şi dispozitivul de lărgire, pentru a se reduce rotirea transmisă către ţeavă. Tronsonul care trebuie tras, se ţine în poziţie cu ajutorul diferitelor combinaţii de suporturi pentru foraje, echipamente de lucru cu ţevi sau un şanţ tip bufer pentru reducerea tensiunii şi pentru prevenirea deteriorării ţevii.

Controlul asupra forței de ridicare

Forțele de ridicare rezultate din forța de ridicare a ţevilor cu diametrul mai mare pot fi semnificative. Poate fi necesară o forță mare de tragere pentru a se depăși tragerea rezultată din forța de ridicare. Prin urmare contractanţii aplică deseori măsuri pentru controlarea ţevilor cu un diametru de 30 de inchi sau mai mare. Cea mai des folosită modalitate de control al forţei de ridicare, este umplerea ţevii/conductei cu apă la intrarea în orificiu. Acest lucru necesită o linie de umplere internă care apoi să evacueze apa la muchia frontală a secţiunii de tragere (după punctul de găurire). De asemenea, poate fi necesară o linie aeriană pentru a sparge vidul care s-a format în urma tragerii la turn a secţiunii aşezate prin tragere. Cantitatea de apă plasată în conductă este controlată pentru a se asigura distribuția cea mai favorabilă a forțelor de ridicare.

Unii contractanţi pot alege să stabilească o forţă de ridicare constantă. Acest lucru poate fi realizat prin plasarea unei linii cu diametrul mai mic în zona pentru tragere și umplerea acestei linii mai mici cu apă. Linia mică este de dimensiuni destule pentru menținerea volumului de apă necesar pe ft. liniar pentru a compensa forțele de ridicare.

 

Безизкопни технологии за хоризонтално сондиране