1 Fluidi di perforazione e pozzi orizzontali
1.5 Rimozione del pannello durante il flow-back
Le opzioni possibili per trattare il fluido di perforazione prima di completare un pozzo orizzontale in foro scoperto sono essenzialmente tre [11]:
Spiazzare il fango mediante brine con ridotto contenuto di solidi.
Spiazzare il fango mediante un filter cake breaker3.
Spurgare il fango residuo in pozzo insieme agli idrocarburi attraverso le attrezzature di completamento (flow-back).
Nonostante l’ultima modalità sia la più semplice, essa non è esente da rischi. Il fluido di perforazione, infatti, deve essere stato concepito per fluire attraverso il completamento senza indurre ulteriori danneggiamenti ed anche il pannello deve essere sollevato sufficientemente dalla superficie del foro in modo da consentire il passaggio dei fluidi di strato, pena un abbassamento della produttività come descritto precedentemente.
Quando il pozzo inizia a erogare idrocarburi si possono distinguere due fasi nel processo di rimozione del pannello. Dapprima, non appena i fluidi di strato iniziano ad attraversare la formazione nell’intorno del pozzo, il pannello viene distaccato dalla formazione (lift-off) oppure subisce fessurazioni localizzate (pinhole) (Figura 1.11 e Figura 1.12).
Figura 1.11 - Sollevamento del pannello durante il flow-back
3 Si rimanda ai capitoli successivi per la descrizione dei filter cake breaker, specifico oggetto di questa tesi.
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Figura 1.12 - Fessurazioni nel pannello durante il flow-back
Successivamente il flusso, ormai stabilizzato, incrementa il numero e l’ampiezza delle fessurazioni all’interno del pannello e una parte dei solidi e dei polimeri che hanno invaso la formazione viene rimossa. Nonostante la produttività finale sia determinata dal danneggiamento residuo quando la portata è ormai quella stabilita in sede di progetto, la perdita di carico iniziale (flow-initiation pressure) attraverso il pannello è determinante negli istanti iniziali di produzione del pozzo; laddove questa superi la caduta di pressione (drawdown) attesa tra giacimento e fondo pozzo, l’uso di breaker specifici si rende necessario.
Numerosi test sono stati condotti nel tentativo di chiarire i fattori che influenzano la flow-initiation pressure e la rimozione del pannello [12]. I valori di pressione necessari per avere flusso attraverso i campioni analizzati sono stati rilevati prima e dopo la rimozione meccanica del pannello, in modo da valutarne l’effettivo impatto sulla caduta di pressione. Quest’ultima appare controllata più dalla profondità di invasione dei solidi che dalla presenza di un pannello esterno; infatti i valori rilevati non mostrano dipendenza dalla presenza del filter cake. La flow-initiation pressure è dunque una misura della pressione necessaria a rimuovere le particelle solide dai pori. All’aumentare della permeabilità della roccia, la flow-initiation pressure prima diminuisce per poi aumentare nuovamente. Ciò può essere spiegato considerando due meccanismi contrastanti che prevalgono l’uno sull’altro alternativamente al crescere della permeabilità del mezzo poroso. Infatti la flow-initiation pressure dipende sia dal gradiente di pressione richiesto per rimuovere le particelle dai pori sia dalla profondità di invasione di tali particelle. All’aumentare della permeabilità il gradiente di pressione diminuisce, ma la profondità di invasione dei solidi aumenta. Quest’ultimo effetto domina quando la permeabilità supera i 2000 md.
Il meccanismo di rimozione del filter cake esterno è invece funzione delle caratteristiche intrinseche del pannello. La tendenza del pannello ad essere eliminato dalla superficie del mezzo poroso dipende dalla caduta di pressione a
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cavallo dello stesso. Questa caduta di pressione è funzione della densità e dello spessore del pannello, del coefficiente di perdita di carico e della forza di adesione tra pannello e superficie della roccia. La caduta di pressione può essere anche molto piccola durante il flow-back a causa della formazione di microfratture e piccoli fori all’interno del pannello stesso. Ciò dipende da quella che viene definita ‘forza del pannello’ (filtercake yield strenght). Il concetto di forza del pannello è analogo a quello di forza di gel, usato per descrivere i fluidi di perforazione e i cementi. Pertanto pannelli più deboli presentano una minore perdita di carico (a causa delle fessurazioni) e la loro rimozione durante la fase di erogazione risulta più difficile. Per gli stessi motivi, filter cake più compatti e a bassa permeabilità sono più facili da rimuovere durante il flowback.
La dimensione media dei pori e la litologia appaiono correlati con l’efficacia di rimozione del pannello. Pannelli dello stesso fango depositati su campioni di rocce carbonatiche con una ridotta dimensione media dei pori sono rimossi più facilmente rispetto a quelli depositati su campioni di arenarie aventi pori più grandi. Ciò è dovuto ad un differente effetto delle forze di adesione tra roccia e pannello, anche se il meccanismo con cui agisce questo tipo di interazione non è ancora stato studiato a fondo.
La ‘forza del pannello’ è dunque la grandezza decisiva nel determinare la possibilità della sua rimozione. Essa dipende essenzialmente dal contenuto di acqua nel fango e dalla granulometria del materiale di appesantimento [13]. Ad un maggior contenuto di acqua corrisponde, in genere, una minor forza del pannello. Particelle più fini nel fango danno luogo a pannelli più ‘forti’. Filter cake formati da carbonato di calcio molto grossolano non hanno, al contrario, quasi nessuna consistenza.
La scelta di rimuovere il pannello attraverso il flusso di idrocarburi è dunque possibile sono in presenza di filter cake consistenti e a bassa permeabilità e può costituire una valida opzione solo se considerata all’interno di una procedura complessiva che parta da un’attenta scelta del fango e dal tipo di completamento. Quest’ultimo, infatti, deve essere progettato specificatamente per evitare pericolose e controproducenti ostruzioni del flusso, con conseguente aumento della caduta di pressione tra giacimento e fondo pozzo e diminuzione dell’indice di produttività.
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