PRELEVAREA PROBELOR DE NISIP DE FORMAŢIE sI ANALIZA ACESTORA

3.1. PRELEVAREA PROBELOR

Importanta unei probe sau unui esantion într-adevar reprezentativ din nisipul de formatiune nu poate fi neglijata atunci când discutam despre proiectarea tratamentelor sau tehnologiilor pentru controlul eficient al nisipului. Un astfel de esantion este necesar pentru asigurarea succesului oricarui tratament pentru controlul nisipului, indiferent daca este mecanic, chimic sau în combinatie.

în absenta unui esantion reprezentativ, respectiv proba de nisip din formatiune, nu pot fi determinati anumiti parametri fizici ai nisipului deschis de o sonda, ci numai corelati sau estimati pe baza unor date de la sondele vecine sondei obiectiv. În acest caz pentru proiectarea celui mai bun tratament de controlul nisipului devine greoaie determinarea urmatoarelor elemente :

1.Dimensiunea adecvata a nisipului de injectie si implicit dimensiunea fantei filtrelor mecanice necesare retinerii nisipului din formatiune în timp ce se mentine productivitatea sondei;

2.Tipul adecvat de materiale plastice sau rasini sintetice care sa asigure rezistenta mecanica suplimentara formatiunii fara sa limiteze în mod exagerat permeabilitatea efectiva a acesteia.

3.Gradul si tipul de stabilizare cu aditivi ai materialelor argiloase existente în formatiune.

4.Avantajele precum si riscurile efectuarii unei acidizari.

5.Modalitatile de filtrare a fluidelor de transport nisip pentru evitarea blocarii formatiunii.

Probele de nisip trebuie sa fie reprezentative pentru întregul interval avut în vedere. în mod ideal putem gândi ca o formatiune este omogena ca structura, dar din pacate acest lucru este rar întâlnit. Majoritatea stratelor productive deschise de sonde prin perforare au permeabilitati, porozitati, dimensiuni medii ale granulelor si rezistente care variaza de la un strat la altul.

Formatiunile de gresii variaza, de asemenea, de-a lungul zacamântului, astfel încât trebuie prelevate esantioane reprezentative din fiecar 10310i821k e sonda si interval perforat. în cazul în care nu exista un studiu considerabil privind formatiunea sau zacamântul productiv, esantioanele dintr-o singura sonda si un singur interval perforat nu trebuie sa fie considerate adecvate sau reprezentative.

În acest sens s-a dezvoltat tehnologia carotajului continuu si aceasta se poate dovedi valoroasa pentru carotajul sondelor orizontale si lungi sau pentru sondele cu unghiuri mari de inclinare. Cele mai bune esantioane din nisipurile de formatiune se obtin prin operatiile de carotaj, fie cu manson de cauciuc, fie conventional, în functie de tipul de formatiune care se foreaza (nisip neconsolidat, partial consolidat sau friabil).

Carotele cu manson de cauciuc sau de plastic constituie singura tehnica existenta în prezent pentru obtinerea unor esantioane din nisipul formatiunii.

Nisipul neconsolidat de formatiune, tinde sa se reverse din carotierele conventionale si limiteaza astfel recuperarile de carote. Carotiera cu manson de cauciuc sau de plastic tine strâns carota în timpul carotarii si operatiilor de extragere a acesteia, obtinându-se astfel o mai buna recuperare a carotei. Carotiera conventionala poate fi utilizata pentru extragerea esantioanelor din formatiunile friabile si partial consolidate. Totusi, eficientele scazute de recuperare vor indica alternarea intervalelor din formatiunile consolidate si cele neconsolidate, fapt pentru care se recomanda utilizarea carotierelor cu manson de cauciuc sau plastic pentru recuperarea totala. Experienta practica în cadrul unei formatiuni cu probleme de nisip va indica cel mai bun sistem de carotare.

Daca nu exista carote întregi din formatiune, atunci cele mai indicate esantioane sunt carotele laterale. Carotele laterale sunt în mod frecvent singurele probe prelevate din majoritatea formatiunilor de gresie (în special în operatiile de interventie) deoarece sunt mai putin costisitoare decât carotele întregi. Aceste esantioane vor fi mai mici si vor fi contaminate adeseori cu particule din turtele de noroi sau cu particulele solide din constitutia noroiului.

Chiar si cu aceste inconveniente, ele sunt mai reprezentaive pentru nisipul din formatiune decât esantioanele sau probele de nisip prelevate în timpul extractiei fluidelor.

Probele de nisip de formatiune prelevate din claviatura instalatiilor de la suprafata, din habe sau din conductele de transport vor contine de obicei numai granule de nisip mai mici, care au fost usor transportate la suprafata de catre fluidele extrase. Probele de nisip luate din diferite puncte de la suprafata (gura sondei, separator, rezervor, instalatii de tratare, etc.) vor arata o variatie a repartitei granulometrice a nisipului si aceasta variatie face dificila evaluarea cat mai corecta a dimensiunii nisipului de formatie. Esantioanele de nisip obtinute din operatiile de lacarit sau de la spalarea intervalelor perforate vor contine în general si granule mai mari de nisip, granule depuse la talpa sondei în timpul exploatarii acesteia.

în consecinta, în cazul în care nu exista carote întregi, cele mai bune carote sunt cele laterale. Carotele laterale sunt de dimensiuni mai mici si vor contine în general componente din noroiul de foraj, dar ele sunt mai reprezentative pentru nisipurile din formatiune decât esantioanele de nisip obtinute de la lacarit sau spalarea sondei.

Probele de nisip obtinute prin analiza fluidelor extrase contin particule cu dimensiuni mici în timp ce probele de nisip prelevate de la spalare sau lacarit contin granule cu dimensiuni mai mari. Probele de nisip prelevate din instalatiile de la suprafata nu trebuie niciodata utilizate pentru proiectarea tratamentelor de control al nisipului.

Prelevarea probelor de nisip de la spalarea intervalelor perforate trebuie sa respecte normativele standard de prelevare a unor probe medii, de conservare, manipulare si depozitare în conditii optime pâna ajung sa fie analizate în laborator.

3.2. PARAMETRII DETERMINAŢI PE PROBE DE NISIP DE FORMAŢIUNE

Tipurile de analize care trebuie efectuate asupra probelor de nisip de formatiune depind de tipul de tratament destinat controlului nisipului care urmeaza sa fie aplicat la o sonda, respectiv tratament mecanic sau chimic. Daca pentru controlul eficient al nisipului trebuie aplicata o tehnologie mecanica atunci pe proba de nisip de formatie se vor determina urmatorii parametri:

- distributia granulometrica;

- continutul de argila;

- continutul de carbonati;

- compatibilitatea fluidului de transport nisip;

- solubilitatea acidului.

Prin prelucrarea datelor rezultate în urma analizelor se vor mai determina diametrul mediu, D₅₀ al particulelor si coeficientul de uniformitate, C_u = d₆₀/d₁₀ al acestora. Daca se anticipeaza un tratament chimic pentru controlul nisipului (consolidare chimica conventionala sau consolidare plastica in situ), atunci pe probele de nisip de formatiune se vor determina urmatorii parametri:

- distributia granulometrica;

- continutul de argila si de carbonati;

- compatibilitatea fluidului de transport nisip;

- solubilitatea acidului;

- umectabilitatea fata de apa si de titei a nisipului peliculizat cu rasini sintetice;

- tensiunea interfaciala apa/rasina si apa/titei.

3.2.1. Distributia granulometrica

Distributia granulometrica a nisipului de formatiune este foarte importanta, deoarece ponderea si dimensiunea particulelor sunt utilizate pentru a proiecta dimensiunile nisipului de injectie si deschiderile filtrului mecanic utilizate la completarea sondelor în sistemul gravel packing.

Aceste date sunt necesare pentru asigurarea succesului tuturor tratamentelor mecanice de controlul nisipului. Datele trebuie sa fie cât mai exacte cu putinta, iar probele de nisip cât mai reprezentative posibil pentru formatiunea deschisa prin intervalele perforate ale sondei. Pentru succesul aplicarii oricarei tehnologii destinate controlului nisipului trebuie analizate cât mai multe esantioane de nisip de formatiue, recomandabil fiind un numar de 3 esantioane/m perforat.

Pemeabilitatea fiecarui esantion de nisip de formatie trebuie sa fie masurata înainte ca esantionul respectiv sa fie pregatit pentru analizele granulometrice.

Exista mai multe modalitati de a se efectua analiza granulometrica a unei probe de nisip, dar în acest capitol se va pune accent pe analiza granulometrica prin cernere uscata, procedeul fiind frecvent aplicat atât la Sucursala I.C.P.T. cât si în laboratoarele schelelor petroliere sau la diversi furnizori de material granular din tara si din strainatate.

3.2.1.1. Analiza granulometrica prin cernere

înaintea efectuarii unui test de analiza granulometrica prin cernere, esantioanele de nisip de formatiune trebuie sa fie curatate, uscate bine si separate în granule de nisip individuale. Aceasta separare pentru nisipurile partial consolidate sau friabile trebuie facuta cu atentie pentru a se evita sfarâmarea granulelor de nisip, ceea ce ar denatura rezultatele analizelor. Odata pregatit, esantionul de nisip se verifica la microscop pentru a vedea daca sunt prezente numai granule de nisip individuale. Daca sunt prezente aglomerari de nisip, acestea vor parea granule individuale în analiza granulometrica prin cernere si vor da rezultate eronate.

Cernerea efectiva a unui esantion este un procedeu simplu daca esantionul este pregatit în mod adecvat. Esantionul este cântarit si pus pe sita de sus a unui set de site granulometrice si apoi sitele sunt fixate într-un dispozitiv vibrator mecanic sau sonic, care timp de 10-15 minute permite prin cernere trecerea particulelor mai mici decât deschiderile fiecarei site sa cada în sita urmatoare.

Separarea în orice numar de grupuri de dimensiuni este posibila utilizând o progresie de dimensiuni de sita, de la cele mai mari la cele mai mici pornind de la sita de sus.

Dupa agitare se cântareste materialul retinut în fiecare sita precum si ceea ce a cazut prin sita cea mai fina respectiv în vasul de jos (taler) al setului de site.

Greutatea, sau mai exact procentajul din greutatea totala retinuta în fiecare sita (refuzul sitei) precum si trecerile prin site sunt apoi trecute într-un tabel si prelucrate sub forma unor curbe granulometrice semilogaritmice, respectiv curba granulometrica cumulativa si de frecventa.

Din datele prelucrate se obtin apoi valorile pentru D₁₀, D₄₀, D₅₀, D₆₀, D₇₀, parametrii fiind necesari proiectarii dimensiunii nisipului de cuart si implicit dimensiunii filtrului mecanic ce va fi împachetat cu nisip în gaura tubata sau în gaura libera largita.

Exista mai multe sisteme de dimensionare a sitelor granulometrice utilizate în industria petrolului si acest lucru de multe ori poate duce la unele confuzii (Tabelul 3).

Pentru a se evita confuziile, sistemul special de ochi de sita utilizat trebuie sa fie întotdeauna specificat sau mult mai bine ar trebui utilizate deschiderile efective ale sitelor în inci, milimetri sau unitati phi, dar de obicei nu se procedeaza în acest mod în practica. Seria de ochi de sita SUA redat în mesh, care este conform specificatiilor A.S.T.M. E-11-70, constituie sistemul utilizat în general în analizele granulometrice prin cernere executate în santier.

Pentru analizele granulometrice executate în cadrul Sucursalei I.C.P.T.-LES se utilizeaza un set de site alcatuit din 18 site granulometrice germane din gama DIN 4188 (Tabelul 3), cu dimensiunea ochiurilor cuprinsa între 0,063-2,0 mm, respectiv 10-230 mesh, montate în ordinea marimii pe un dispozitiv vibrator pentru cernerea probei granulare uscate.

3.2.1.2. Analiza granulometrica prin difuzie cu laser

În prezent, unele laboratoare utilizeaza exclusiv tehnica difuziei cu laser pentru masurarea distributiei granulometrice deoarece testele se fac mai rapid si sunt mai putin costisitoare.

Din pacate, aceasta tehnica orienteaza datele catre partea finala cu particule fine a scarii deoarece pune accentul pe masurarea particulelor fine si a argilelor, având drept scop stabilirea deschiderilor filtrelor mecanice /filtrelor preimpachetate si mai ales a nisipului de împachetare a acestora evitându-se blocarea prematura a împachetarii cu particulele fine antrenate din strat.

Un studiu recent a comparat datele obtinute prin cernere mecanica/sonica cu datele granulometrice obtinute prin difuzie cu laser pe mai multe esantioane prelevate dintr-o bucata de carota din sonda Golf- Texas.

Dimensiunile corespunzatoare la 50% si 10% treceri cumulative prin site, respectiv D₅₀ si D₁₀ împreuna cu dimensiunile de nisip de cuart recomandate au condus la concluzia ca determinarile prin difuzie cu laser au valori mult mai mici decât acelea obtinute prin cernere uscata pe cale mecanica sau sonica.

Datele obtinute pe probele de nisip de formatiune pe cale mecanica/sonica indica utilizarea unui sort de nisip de injectie mai mare, respectiv de 20/40 mesh în timp ce datele obtinute pe acelasi tip de nisip dar prin difuzie cu laser indica utilizarea unui sort de 40/60 sau de 50/70 mesh.

Ambele tehnici necesita concasarea cu atentie a fiecarui esantion de nisip pentru a preveni sfarâmarea granulelor, dar cu suficienta forta pentru a separa esantionul de carota în granule individuale. Motivul pentru care tehnica de difuzie cu laser da niste numere mult mai mici este ca aceasta tehnica necesita punerea esantioanelor de nisip în apa si circularea lor prin celula.

Apa curata particulele fine si argilele de pe granulele de nisip si acestea sunt toate masurate ca particule individuale. Toate bune si frumoase daca împachetarile cu pietris ar fi proiectate pentru a opri deplasarea tuturor particulelor fine si argilelor mobile, dar daca particulele fine si argilele ar fi oprite, rezultatul ar fi o productivitate mult redusa, ceea ce nu este de dorit. Masuratorile privind distributia granulometrica a particulelor dintr-o proba granulara, facute prin tehnica difuziei cu laser pot fi utilizate numai la studierea argilelor sau particulelor fine.

3.2.2. Continutul de argila

Argilele sunt prezente în majoritatea formatiunilor de gresie productive si aceste argile pot avea o mare influenta asupra eficacitatii atât a tratamentelor mecanice cât si a celor chimice de control al nisipului. Tipurile de argile prezente în formatiune, concentratia argilei si distributia argilelor în matricea colectoare sau in interiorul canalelor de pori trebuie sa fie bine cunoscute.

Analiza prin Difractie cu raze X constituie cea mai buna metoda pentru a determina atât tipurile cât si cantitatile fiecareia dintre argilele prezente într-un esantion de nisip de formatie.

Pentru a determina distributia argilelor sunt necesare studiile SEM (microscop electronic de scanare) pe sectiuni subtiri. Analiza prin Difractie cu raze X trebuie sa fie efectuata mai degraba pe esantionul întreg decât pe particule mai mici (mai mici de 200- 325 mesh) întrucât argilele pot adera la granulele de nisip mai mari si pot fi evitate.

Daca nu se identifica toate argilele prezente se poate trage o concluzie gresita si de aici apare gravitatea sau natura problemei ridicate de argile care poate afecta în mod serios productivitatea unei sonde dupa aplicarea tratamentului de control al nisipului.

3.2.3. Solubilitatea în acid

Tratamentele cu acizi sunt adeseori efectuate înaintea unei operatii de controlul nisipului pentru a curata perforaturile si mai ales zona din jurul sondei care poate fi blocata cu noroi de foraj în cazul sondelor noi sau cu depuneri mecanice sau precipitate rezultate în timpul exploatarii hidrocarburilor. Daca formatiunea are o solubilitate mare în acid, tratamentul cu acizi poate duce la cedarea liantului de legatura dintre granulele matricei colectoare din jurul sondei si din acest moment sonda poate avea probleme majore cu nisipul. Nisipurile din formatiune cu o solubilitate mai mare de 10% în solutia acida cu concentratie de 15% acid HCl, la temperatura camerei, pot crea probleme extractiei fluidelor. Pentru evitarea unor probleme este de preferat ca testele sa fie facute pe carote cu solubilitate mare la acizi prin simularea unui tratament cu acizi înaintea efectuarii operatiei de acidizare în santier.

3.2.4. Compatibilitatea fluidului de transport cu roca colectoare

La modul ideal, testele de curgere prin carote de gresii sau prin carote formate în laborator din nisipul de formatie trebuie sa fie efectuate utilizând aceleasi fluide care vor patrunde în formatiune în timpul unui tratament pentru controlul nisipului la sonda. Toti aditivii si substantele chimice care vor fi utilizate în tratamentul de la sonde trebuie sa fie utilizate în testul din laborator si aceste teste trebuie sa fie efectuate la temperatura similara temperaturii de la talpa sondei. Aceste teste vor evidentia multe probleme generatoare de blocarea formatiei, probleme care pot aparea în timpul tratamentului la sonda sau dupa. Cu toate acestea testele de compatibilitate sunt rar efectuate deoarece de obicei nu se dispune de carote din sondele care produc cu nisip, iar formarea în laborator a unor carote (probe) si testele necesita mult timp pentru executie. Alte teste de compatibilitate a fluidului care trebuie sa fie totusi efectuate înaintea tuturor operatiilor pentru controlul nisipului sunt relativ simple si pot fi de obicei urmatoarele :

- teste cu emulsii pentru a determina daca fluidele utilizate pentru controlul nisipului pot forma o emulsie cu titeiul.

- teste de coroziune pentru a determina daca fluidele vor coroda materialele tubulare.

- teste de precipitare pentru a determina daca apa sarata sau acizii injectati sub forma de solutii înaintea operarii pentru controlul nisipului vor forma precipitate sau saruri în contact cu apa mineralizata din formatiune sau cu matricea colectoare.

3.2.5. Porozitatea si Permeabilitatea

Aceste date sunt de obicei disponibile din diagrafii si din testele de curgere efectuate în laborator pe carote mecanice si sunt importante în primul rând pentru faptul ca ofera indicatii cu privire la problemele ce pot fi generate de argilele din matricea colectoare. Adeseori nisipurile cu porozitate mica, cu permeabilitate mica neconsolidate sunt foarte argiloase sau carbonatice.

Porozitatea si permeabilitatea formatiei productive masurate, determinate sau estimate prin diverse metode sunt importante în stabilirea parametrilor tehnologici de operare pentru controlul nisipului si în evaluarea rezultatelor tratamentelor de acidizare, fisurare, frac pack si controlul mecanic sau chimic al nisipului.

3.2.6. Umectabilitatea

Se presupune ca majoritatea nisipurilor ce intra în alcatuirea matricei colectoare de hidrocarburi sunt umectate de apa, dar acest lucru trebuie totusi verificat în laborator. Daca se întâlneste un nisip umectat de titei, acest lucru ar putea crea probleme în cazul tratamentelor cu materiale plastice respectiv rasini, deoarece materialele plastice nu adera la suprafetele umezite de titei. Permeabilitatea efectiva fata de titei în formatiunile umectate de titei va genera probleme în anticiparea si evaluarea rezultatelor tratamentelor pentru controlul nisipului daca înainte de operarea la sonda nu s-au facut teste de umectabilitate pentru a se cunoaste dinainte daca un nisip a fost sau nu umectat de apa sau de titei.

LABORATORUL EXPLOATAREA SONDELOR Tabelul 3

SITE GRANULOMETRICE PENTRU ANALIZA NISIPULUI UTILIZABIL LA GRAVEL PACKING sI CONSOLIDARE CHIMICĂ

*) DIN 4188- Specificatia Germana-similara setului de 18 site granulometrice existente în Grupa de analize nisip si rasini din cadrul LES -I.C.P.T. Câmpina

Tabelul 4

Criterii pentru stabilirea dimensiunii

Nisipului de injectie