Prelevarea si analiza probelor de roca

Prelevarea si analiza probelor de roca

Caracterizarea mediului solid al zacamintelor de hidrocarburi necesita un numar sufucient de probe de roca. Rezultate utile se pot obtine si prin investigatii geofizice si hidrodinamice, dar nu pot înlocui decât partial datele obtinute în mod direct pe probe de roca. Între cercetarea directa (esantioane de roca) si cea indirecta (geofizica, cercetarea hidrodinamica) exista un raport de complementaritate si nu unul de substitutie.

Probele de roca se pot obtine în patru moduri: prin carotajul rotativ continuu sau intermitent, prin carotajul lateral, prin carotajul cu instrument introdus cu cablu si din detritusul transportat de fluidul de foraj la suprafata.

Carotajul rotativ conventional se realizeaza cu instrumente speciale, denumite carotiere. Exista numeroase tipuri constructive de carotiere [60]. În procesul de dislocare a rocii, carota vine în contact direct cu fluidul de foraj. Se produn doua dezechilibre mai importante în cursul acestui contact: primul este rezultatul diferentei de presiune dintre fluidele continute de roca si fluidul de foraj; al doilea este legat de interactiunea fizico-chimica dintre roca si fluidul de foraj. Consecinta acestor dezechilibre este modificarea starii de saturatie a carotei, concomitent cu alterarea capacitatii de udare 15315l115p si, eventual, schimbul ionic si hidratarea suplimentara a mineralelor argiloase. Sunt mai multi factori care influenteaza aceste procese: diferenta dintre presiunea de zacamânt si presiunea fluidului de foraj, natura fluidului de foraj (este foarte important daca este pe baza de apa sau pe baza de produse petroliere), permeabilitatea rocii si capacitatea de udare a ei, natura fluidelor de zacamânt, timpul de contact, adâncimea zacamântului (presiunea, temperatura) etc. Dintre factorii mentionati, cel mai important este diferenta dintre presiunea din carota si cea din sonda. Este preferabil ca ea sa aiba o valoare minima, dar care sa asigure securitatea forajului. Cazul ideal este acela al forajului la echilibru, când cele doua presiuni sunt aproape egale.

Pentru a evidentia sensul în care se produc diversele transformari determinate de dezechilobrele amintite, vor fi prezentate câteva situatii.

In cazul unei gresii udate preferential de apa, saturata cu titei usor si cu apa la saturatia ireductibila, S'_a, la o presiune superioara presiunii de saturatie (gazele lipsesc),. În cursul operatiei de carotare, presiunea din interiorul probei va creste de la presiunea de zacamânt la presiunea data de coloana de fluid de foraj din sonda (mai mare decât presiunea hidrostatica cu valoarea caderilor de presiune din spatiul ineler din spatele prajinilor de foraj). Temperatura scade putin datorita circulatiei fluidului de foraj (v. [63], p. 12). Pe masura ce se realizeaza carotajul, fata carotei actioneaza ca un filtru, rezultând un lichid care se numeste filtrat. În cazul de fata, o solutie apoasa care invadeaza proba de roca. Astfel, se realizeaza o spalare a probei, în urma careia saturatia în titei sacde de la S_ti = 1 - S'_a la S_tr, adica la o saturatie reziduala în titei. Valori posibile pentru saturatiile mentionate sunt: S'_a = 30%, S_ti = 70% si S_tr = 15%. Aceste valori nu reprezinta valori medii sau de frecventa maxima, ci numai valori care stabilesc o orientare asupra ordinului de marime. Limitele de variatie sunt foarte largi. Ca tendinta, poate fi mentionat faptul ca saturatia reziduala în titei este cu atât mai mare cu cât titeiul este mai greu, iar permeabilitatea este mai mica (Problema este de departe mai complexa si depinde de multi factori, partial mentionati mai sus). Dupa terminarea carotarii si desprinderea probei, pe masura ce proba este extrasa, presiunea si temperatura scad, pâna la valorile de la suprafata. Gazele ies din solutie, dezlocuind o parte din lichide, care sunt eliminate din proba. Contractia termica a lichidelor si scaderea volumului titeiului datorita iesirii gazelor din solutie limiteaza, dar într-o masura mica, eliminarea lichidelor din carota. Saturatia în apa se reduce în mod drastic. O valoare posibila ar fi jumatate din valoarea initiala (n.b. nu exista o regula si nici o posibilitate concreta de evaluare a acestei scaderi). Rezumând, se poate spune ca, odata adusa la suprafata, carota contine apa, titei si gaze în proportii variate.

Se considera aceeasi gresie luata în discutie mai sus, dar fluidul de foraj este pe baza de produse petroliere. Procesul va fi diferit. Starea initiala de saturatie este aceeasi. Filtratul este un produs petrolier, spre exemplu motorina, si nu apa. Procesul de dezlocuire va exista, fara a afecta saturatia în apa . Ţiteiul si filtratul având aceeasi natura, vor fi considerate împreuna, cu observatia ca acest "titei" are o alta compozitie. În aceste conditii, starea de saturatie dupa carotare este aceeasi cu cea de dinainea carotarii, adica starea initiala de saturatie. Prin aducerea la suprafata, se produce acelasi tip de transformari descrise mai sus. Cu o oarecare aproximatie (prin neglijarea contractiei termice si a efectului iesirii gazelor din apa), se poate spune ca saturatia în apa se conserva.

La cele doua exemple discutate mai sus pot fi adaugate multe altele. Nu vor fi trecute în revista toate situatiile posibile. Scopul exemplelor a fost acela de a arata faptul ca starea de saturatie a rocii din zacamânt difera, într-o masura mai mare sau mai mica, de starea de saturatie a carotelor obtinute prin metoda conventionala.

Carotajul rotativ conventional se aplica cu rezultate bune, din punct de vedere al conservarii integritatii si formei probei, la rocile consolidate nefisurate.

Pentru recoltarea carotelor de roca neconsolidata este necesara captusirea tubului carotierei ca un manson de cauciuc, de policlorura de vinil sau din fibre de sticla. Carotierele moderne [62] sunt prevazute si cu un dispozitiv de blocare a carotei pentru a evita riscul pierderii partiale prin "scurgere" a nisipului din manson.

Mai dificila este recoltarea probelor de roca fisurata. Este de la sine înteles ca o carota care intercepteaza una sau mai multe fisuri va contine zone de discontinuitate asupra carora nu exista nici un fel de control. Un instrument modern de carotaj pentru astfel de roci a fost realizat de Filshtinsky s.a. [64]. Acest instrument este prevazut cu un dispozitiv de compresiune radiala care face imposibila departarea fragmentrlor de carota între ele, in interiorul tubului carotierei. Dispozitivul consta dintr-o sita din sârma de forma cilindrica prin care avanseaza, fortat, carota. El actioneaza asemenea cursei chinezesti pentru deget: cînd este comprimata îsi mareste diametrul, permitînd patrunderea cu usurinta a obiectului (în cazul de fata a carotei), iar când este întinsa, îsi micsoreaza diametrul, încorsetând obiectul.

Colectarea probelor de roca prin foraj rotativ, în toate cele trei variante descrise, are marele dezavantaj ca, datorita prezentei gazelor, starea de saturatie de la adâncimea de colectare se altereaza prin transferul ei la suprafata. Pentru conservarea starii de saturatie este necesara mentinerea presiunii de la locul colectarii. Pentru acest lucru au fost puse la punct dispozitive speciale, în diferite variante, unul dintre cele mai noi fiind descris de Hyland în [65]. Carotajul sub presiune parcurge patru pasi. (1) Carotajul propriu-zis decurge la fel ca cel conventional. (2) Izolarea probei în tubul carotierei prin închiderea simultana a unei supape superioare si a alteia inferioare. În felul acesta tubul carotierei se transforma într-un vas de presiune. (3) Fluidul din spatiul inelar al carotierei se înlociueste, prin dezlocuire, cu un agent frigorific. (4) Proba se raceste pâna la înghetarea fluiduelor din carota si din vasul de presiune si se transporta, ca atare, în laborator. Procedura de dezghetare este destul de complicata si nu va fi descrisa aici. În ansamblu, metoda este foarte costisitoare. O alternativa mai ieftina este folosirea unui mediu poros, de consistenta unui burete în interiorul carotierei. Acesta preia fluidele eliminate din carota la extragere. Fluidele din burete sunt extrase în laborator, împreuna cu fluidele din roca. Printr-un calcul de bilant material se reconstituie starea de saturatie din momentul terminarii carotarii.

Probele laterale sunt extrase cu dispozitive speciale din gaura de sonda deja existenta. Dispozitivul este prevazut cu 30-50 de camere de colectere (mici cilindri metalici) care sunt actionate ca niste gloante prin aprindere electrica. În momentul exploziei, tubul se înfige în peretele gaurii de sonda, de unde smulge o proba de roca. Colectarea se face succesiv, de la adâncimi bine determinate. Se pot folosi, pentru micsorarea costului, doua dispozitive în tandem.

De obicei, colectarea probelor laterale se face în urma carotajelor geofizice, permitând o buna corelare între cele doua metode de investigatie.

Carotele mecanice au costuri ridicate datorita complexitatii procedeelor de prelevare si, mai ales, datorita cresterii costului forarii sondei în ansamblul sau, carotajul fiind mai lent decât forajul, dar au o valoare inestimabila prin importanta parametrilor determinati pe probele de roca. De aceea, inventarierea corecta, conservarea adecvata si transportul îngrijit de la locul de recoltare în laborator sunt operatii ce trebuie executate cu mare responsabilitate. Pierderea identitatii sau alterarea proprietatilor carotelor mecanice este irecuperabila. Probele extrase din alte sonde de pe acelasi zacamînt pot fi foarte diferite datorita variatiilor de litofacies, foarte frecvente.

Dupa inventariere si înregistrare (data, sonda, adâncime), probele de roca trebuie protejate pentru e evita transferul de fluide cu mediul înconjurator, precum si pentru împiedicarea unor transformari chimice, datorate, în special, oxigenului din atmosfera. Protejarea se face cu un învelis de parafina, cu hârtie cerata, folie de polietilena sau folie de aluminiu. Când transportul se face la mare distanta, cum este cazul sondelor marine, protectia trebuie sa fie multipla. O atentie speciala trebuie acordata probelor carbonatice care prezinta caverne. Acestea trebuie fotografiate si, pe cât este posibil, conservate.

Manipularea neglijenta a carotelor poate provoca transformari mecanice (sfarâmare, fisurare etc.) care modifica proprietatile rocii respective.

Una din operatiile dificile asupra carotelor mecanice este selectarea fragmentelor pentru analiza, astfel încât aceste probe sa fie reprezentative. Nu exista criterii de selectie obiective. Experienta operatorului este de maxima importanta. În definitiv, proprietatila care vor fi atribuite rocii de zacamânt nu sunt altele decât cele determinate pe fragmentele selectate. Pentru a fi cât mai corecta, selectia trebuie precedata de descrierea litilogica a carotei extrase, pe toata lungimea sa.

În ceea ce priveste prelevarea carotelor mecanice, este bine sa fie aplicata urmatoarea regula: sa fie extrase atâtea carote câte permit fondurile financiare alocate. Contradictia dintre tendinta de scadere a costului forarii sondei si necesitatea obtinerii unor informatii cât mai complete asupra zacamântului care sa permita o conducere optima a procesului de exploatare ar trebui solutionata în favoarea celei de a doua. Din pacate, nu sa întâmpla totdeauna în acest fel.

Informatii pretioase si, în acelasi timp, mult mai ieftine se obtin din probele de sita, adica din sparturile de roca transportate de fluidul de foraj la suprafata si separate de sitele vibratoare prin care trece fluidul. Printr-un calcul destul de simplu, cunoscând viteze de ascensiune, se poate calcula adâncimea de la care provin probele de roca.

Ceva mai dificila este determinarea proprietatilor fizice, data fiind dimensiunea redusa a fragmentelor. Au fost, totusi, concepute aparate si metode speciale în acest scop [75].

Un avantaj major al probelor de sita este disponibilitatea imediata, chiar în cursul forarii formatiunilor productive. Recent [76], a fost pusa la punct o tehnica foarte interesanta de a pune în evidenta proprietatile rocilor traversate. Aceasta tehnica se bazeaza pe obtinerea informatiilor geofizice cu ajutorul instrumentelor intercalate în garnitura de foraj si coroborarea lor cu rezultatelor masuratorilor pe probele de roca (porozitate, permeabilitate) executate în santier. În acest fel, se pot stabili în mod operativ intervalele care vor fi perforate, se poate alege traiectul gaurii de sonda prin zona cea mai favorabila în cazul forajului orizontal s.a.