Fluidi del sottosuolo - Appunti (parte 8)

Formule per la perdita di carico

ΔP = 1/2 ρ V²

V = √(2 ΔP / ρ)

Formule pratiche

(Tengono conto del restringimento con velocità vicino al sonico per il fluido)

ΔP = V₂² ρ / 180,5

V = m/s

ρ = kg/dm³

ΔP = bar

V₂ = 13,44 √(ΔP / ρ)

Procedura operativa

Cosa faccio? Calcolo le perdite di carico distributive. Poi sfrutto la portata della pompa di mix in modo da regolare l’ugello che ha una perdita di carico doppia rispetto a quelle distributive. Scelgo poi il φ dell’ugello in modo tale che la portata avanza ma poi diminuisce totalmente.

ΔP = ¹/₂ ρ V² (perdita di carico nell'ugello)

V = √^{2 ΔP}/_ρ

Altre formule pratiche

(Tengo conto del restringimento con velocità vicino al sonico per il fluido)

ΔP = ^{V₂2 ρ}/_180,5

V = m/s

ρ = kg/dm³

ΔP = bar

V₂ = 13,44 √^ΔP/_ρ

Progettazione di un foro

• Studio pressioni e tensioni esterne
• Dimensionamento delle colonne di rivestimento
• Impermeabilizzazione tra CASING
• Programmi accessori:
  • Programma rocceplis
  • Programmo fango
  • Scelta batteria
• Progetto di perforazione diretta
• Scelta di impianto
• Valutazione dei costi

NB. Rocce sedimentarie contengono porosità

Tensioni verticali

σ_v = ∫₀^h δ_t (z) dz

δ_t (z) - peso specifico

σ_t = (1 - φ) σ_s + φ S_w σ_w + [φ (1 - S_w) σ_a]

Se vogliamo sapere di quanto aumentare la tensione verticale con la profondità (in norma) per esempio e le altezze dei vari strati, è dividere per l'altezza totale

σ̅_v = (σ₁ h₁ + σ₂ h₂ + σ₃ h₃ + ... + σ_n h_n) / (h₁ + h₂ + ... + h_m)

Il gradiente verticale di media unità è: grad σ̅_v = 1 (psi/ft) = 0,226 [ton/m]

Siccome siamo in un mezzo poroso con terreni vari, pensai di stato (due fasi: acido - fluido)

Legge di Terzaghi

All'interno di un mezzo poroso le tensioni verticali si dividono in tensioni verticali efficaci (rappresentano idea di coma che si manca il diretto contatto tra i granuli) la pressione idrostatica nei pori:

σ_{v tot} = σ_{v eff} + P_p

σ_v totale può essere definita costante per un determinata eletta, ma lungo la verticale nevla. σ_{v eff} può cambiare se varia la pressione dei pori: questa tensione è rappresentante delle deformazioni: il comportamento della roccia.

La Pp varia in base al tipo di fluido e delle formazioni geomeccaniche del sottosuolo.

_w = 1030 (Kg/m³) (acqua salata)

grad Pp = 0,105 (bar/m)

Esistono anche le azioni sismiche orizzontali da rispettare nei siti dove ci sono terremoti.

Quando la pressione dei pori è maggiore della pressione idrostatica in porco da torce in sovrappressione. Quando si arriva a forare nel punto c la pressione dei fluidi di strato aumenta il potenziale idraulico e quindi si formano in sovrappressione.

Questo è naturale poiché l’acqua rende nel tubo e trasmette una amplificazione. Di risalto sono noti e si sanno dove sono grazie in fare da amplificazione in vata di perforazione oppure si utilizzano fluidi di perforazione che hanno pesantemaggiori della falda artesana.

Quando si arriva allo strato di gas l'andamento della pressione cambia.

Punto A: punto esterno della roccia superiore

" B: " interno dello strato di gas

" D: punto più alto nella poro acqua sotto la tengueta

Pa = (ρ_w g hc) = 2000 m * 1000 kg/m³ = 200 bar

P_D = (ρ_w g h_c) = 9,8 * 2300 = 230 bar

NB: 1 bar = 10⁵ Pa = 10 N/m² = 1 Kg/cm²

P_B = P_D - (ρ f (hc - ha)) = 230 bar - 200 kg/m³, 1,8 = 230 bar - 6 bar = 224 bar

Quindi in B bisogna stare attenti nel punto A-B pressioni di persone può causare gravi problemi di fenomeni del gas.

Nel sottosuolo c'è un regime di pressione nei pori dal caso più semplice che è idrostatico a sovrapressioni o sottopressioni. Dobbiamo avere un fluido che possa resistere idrostatico un poco sempre maggiore dei pori.

P_fluido > P_pori (fluido sopra maggiore dei pori) con il P_fluido = 1,05÷1,1 P_pori

Ci sono metodi numerici che non permettono un calcolol'andamento delle pressioni in pori. Un primo metodo sarebbe fare una perforazione esplorativa.

Ci sono altri metodi che ci danno una valutazione in temporeale, come semiempirici che ci dicono la velocità dell’ondamoto delle pressioni 50 metri prima del performe.

R = 60 N (12 W/10⁵ D)^d

N = m³/h/mm

W = peso risucchio t.m.

D = diametro risucchio

d = esponente

R = velocità di andamento

Nei casi di idrostatica l'andamento di d è lineare. In altri casi si osserva una variazione di "d" ovvero una rottura dell'andamento lineare.

Il Olog è un altro metodo semiempirico per prevedere la variazione delle pressioni dei pori. Perché il fattore di sicurezza è solo del 5 ÷ 10%?

Δ = P_fango - P_poro

ROP - velocità avanzamento alzo scalpello

Non si può avere Δ maggiore di una certa percentuale per motivi di sicurezza. Altro motivo è quello che ne aumenta la pressione idrostatica (paragonando la densità del fluido) del fluido di perforazione e aumenta la differenza di pressione conferenziale nella roccia attorno al foro e per un certo valore della stessa le pareti del foro si rompono. La parete del foro si frattura in maniera verticale e si incrudisce nell’intrava della roccia per una certa superficie (planimetrica).

Ciò ci vuole limite di pressione

Pressione di fratturazione

Superato il quale la strattura si frattura

Frattura idraulica (non è accettabile poiché è causa di una di fuga di possibili fluidi di strato all'interno del pozzo)

Altro inconveniente, può essere nelle zone superficiali, che la fratturazione giunge contro le rocce causando altre fratture e risolvendo così in superficie.

Pressione di fratturazione in mezzo elastico

P_fr = _ν⁄_1-ν (6σ_v - P_p) + P_p

ν = coefficiente di Poisson

ν coeff. Poisson è 0,25 per mezzi perfettamente elastici

ν coeff. Poisson è 0,5 per mezzi perfettamente plastici

Rocce Pluristiche

P_fr = (6σ_v - P_p) + P_p = 6σ_v

A grande profondità le rocce tendono ad essere plastiche, quindi nella matrice minima

P_fr = ²⁄₃ (6σ_v - P_p) + P_p con ν = 0,4

Esempio calcolo

h = 5000 ft

grad Δv = 1 psi/ft

P_p = 24000 psi = 165 bar

Δv(5000 ft) = 344 bar = 5000 psi

ν = 0,4

P_fm = 2/3 (344 - 165) + 165 = 284 bar

Se la roccia fosse plastica prevale P_fm = 284 bar mentre se la roccia fosse perfettamente plastica P_fm = 6v = 34

Servono pressioni maggiori per abbattere le formazioni plastiche rispetto a quelle elastiche. L'orientamento delle fratture avviene ma conformano orizzontali per profondità maggiori di 1000 m. Nella pratica è meglio andare a verificare la presenza da fratturazione; meglio utilizzare metodi diretti.

Come faccio?

Si può pensare di permettere al pozzo cioè che divo ed a piccoli intervalli minuto floricis nel mattino chiuso e incremento per steps la Pelleotatica.

A = pressione pori

B = pressione fango

C = pressione di fratturazione

Questo test si chiama LEAK-OFF-TEST (LOT)

Pressione propagazione frattura

Pressione minima frattura

I punti seguono una retta (comportamento elastico) con andamento lineare cioè il foro si sta deformando in modo elastico cioè reversibile! Nel secondo tratto l’andamento non segue più la retta.

Si ottiene un primo valore che si discosta dalla retta: il valore di pressione che causa fratturazione reversibile del foro; mentre l’ultimo punto che sta sulla retta è definito come pressione di fratturazione!

Se si mette di i...a maniere costan...

Plot = Fratturazione

Il foro deve esser...un movimento per... la tenuta idraul... questo si fa tra...tuborione di aci...del foro (un mod...integrita meccan...del vi era in pr...

Serve un materas...che su roperoche...viene us il Malta C...Emma dei delle pi...

I tubi vengono messi in opera della stessa macchina che tiene la batteria; i casing sono lunghi 10m e avvitati tra loro tramite filettature o tramite manicotto.

Il materiale che si utilizza per rendere definitivo il rivestimento è la malta cementizia ovvero una mescola di cemento in acqua, NON è calcestruzzo (acqua + cemento + sassi). Una volta che ha fatto presa la malta hai dei valori di resistenza a compressione maggiori rispetto al calcestruzzo e ha delle caratteristiche di impermeabilità quasi complete. Il cemento ha un tempo di presa tale per cui quando entra a contatto con l’acqua crea dei cristalli che legano gli altri inerti.

Cementazione dei pozzi

Pompeggio del cemento attraverso le bottare verso l’esterno. Una volta che il cemento è messo in questo modo si lima nel fondo di perforazione e poi risale sostituendo con la motta; l’unico modo è misurare delle sostituzioni, pompa pompa acqua per togliere residui di fango e poi rimette la motta. È un’operazione molto delicata perché non ci devono essere parti di acqua o fango che impediscono la perfetta aderenza tra cemento e foro. Una volta fatta non si può tornare indietro! Ci sono diverse compagnie che fanno solo quel lavoro, con personale esperto.

La cementazione viene fatta circa 4-5 volte quando viene chiamata nodo quelle poche volte. Le operazioni vengono fatte in poche ore sennò il cemento diventa impenetrabile (3 ore fa presa) poi si aspettano un paio di giorni e poi si possono ripetere le perforazioni.

1. Circolazione del fango per vedere, dopo che è stato messo in opera il casing, che ci sia ancora una buona circolazione
2. Test di pressione per vedere che il pozzo tenga la pressione
3. Pompano uno strato d'acqua per pulire parte delle aste del foro
4. Mettono un tappo di plastica tra l'acqua e il cemento
5. Pompano la malta di cemento
6. Tappo per separare il cemento
7. Si mette il cemento nella intercapedine

Casing

Lungo tubo posto all'interno del foro

Coefficiente di miglioramento

La struttura deve essere in grado di sopportare il peso (prop). La massima trazione sopportabile da un tubo dovuta al peso proprio è:

F_z = _y · A_y tensione di snervamento

A area sezione resistente

E una struttura che ha l'inerzia molto più grande della lunghezza quindi non può sopportare sforzi di compressione. Altrimenti la meta dei fori ha delle devazioni non verticali, quindi bisogna verificare se sopporta la flessione. Anche la pressione interna è da tenere poiché possono essere delle fughe di gas o liquido di strato e può andarlo a mettere un pensnare.

Press Interna maggiore Press Externa porta delle penononsi

Press media

Press Interna > Pressr La struttura è sollecitataa separalmento

Pressr > Pressra La struttura è sollecitataa schiacciamento

SQURCIAHENTOP.

De = 2t.σ_y

Oppure a miglioramento = 2t.σ_y

Questa formula vale per tubi a pareti sottili t