Posa di condotte interrate mediante trivellazione orizzontale controllata - TOC

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Posa di condotte interrate mediante trivellazione orizzontale controllata - TOC

I FANGHI DI PERFORAZIONE

Filippo Desimini, HDD Specialist – Vermeer Italia S.r.l.

27 novembre 2020

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27/11/2020 Filippo Desimini

pag. 2

Corso/Seminario «I fanghi di perforazione»

Indice degli argomenti:

• Fluido di perforazione: definizione e caratteristiche

• Tipologie di terreno:

• Terreni grossolani

• Terreni fini

• Fluidi di perforazione

• Utensili di perforazione

• Volumi dei fluidi

• Pressione di foro

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FLUIDI DI PERFORAZIONE: DEFINIZIONE E CARATTERISTICHE

pag. 3

Posa di condotte interrate mediante trivellazione orizzontale controllata TOC – I fluidi di perforazione

COS’E’ UN FLUIDO DI PERFORAZIONE?

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pag. 4

Un fluido di perforazione per almeno il 95%

è composto di acqua

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pag. 5

ma l’acqua da sola

non è un buon fluido di perforazione.

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pag. 6

SABBIA

La sabbia possiede porosità

e

permeabilità

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pag. 7

ARGILLE E MARNE

Le argille e le marne possono diventare collose, rigonfiarsi

o entrambe le cose

quando vengono a contatto con l’acqua

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pag. 8

ADDITIVI

Vengono aggiunti all’acqua per farla diventare più

PERFORMANTE

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pag. 9

Funzioni del fluido di perforazione:

• Sospensione del materiale asportato

• Trasporto del materiale asportato

• Stabilità del foro

• Lubrificazione

• Formazione della pressione nel foro

• Raffreddamento (utensili e

sonda)

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pag. 10

Il fluido di perforazione

non viene utilizzato

per tirarci fuori dai guai

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pag. 11

Il fluido di perforazione deve essere utilizzato

dall’inizio della perforazione

per evitare problemi

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pag. 12

Quando si parla di risoluzione dei problemi significa che:

IL PROBLEMA E’ GIA’ ESISTENTE

RISOLVERLO PUO’ ESSERE COSTOSO

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pag. 13

Prevenire i problemi diventa quindi MENO COSTOSO

PIU’ VANTAGGIOSO

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SOMMARIO

pag. 14

• Tipologie di terreno

• Fluidi di perforazione

• Utensili di perforazione

• Volumi dei fluidi

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pag. 15

Così come non esiste un unico tipo di terreno,

non può esistere un unico tipo di fluido

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 16

TERRENI GROSSOLANI:

• Sabbia

• Ghiaia

• Roccia

TERRENI FINI:

• Argille

• Marne

TIPOLOGIE DI TERRENO

(17)

pag. 17

TERRENI GROSSOLANI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(18)

pag. 18

TERRENI GROSSOLANI:

porosità e

permeabilità

TIPOLOGIE DI TERRENO

(19)

pag. 19

TERRENI GROSSOLANI:

inerti e non reattivi

Non diventano collosi e non si gonfiano a contatto con l’acqua

TIPOLOGIE DI TERRENO

(20)

pag. 20

TERRENI GROSSOLANI:

presentano problemi di tipo meccanico

TIPOLOGIE DI TERRENO

(21)

pag. 21

TERRENI GROSSOLANI:

hanno bisogno di una soluzione di tipo meccanico

TIPOLOGIE DI TERRENO

(22)

pag. 22

BENTONITE

In terreni grossolani, la bentonite può essere combinata con dei polimeri per poterne

aumentare le caratteristiche e le potenzialità.

TIPOLOGIE DI TERRENO

(23)

pag. 23

TERRENI GROSSOLANI

MOLECOLE DI BENTONITE MOLECOLE DI POLIMERI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(24)

pag. 24

TERRENI GROSSOLANI

SABBIA

TIPOLOGIE DI TERRENO

(25)

pag. 25

TERRENI GROSSOLANI

ACQUA CON SABBIA

TIPOLOGIE DI TERRENO

(26)

pag. 26

TERRENI GROSSOLANI

CINQUE SECONDI DOPO

TIPOLOGIE DI TERRENO

(27)

pag. 27

TERRENI GROSSOLANI

CON AGGIUNTA DI BENTONITE

TIPOLOGIE DI TERRENO

(28)

pag. 28

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 14 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(29)

pag. 29

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 35 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(30)

pag. 30

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 45 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(31)

pag. 31

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 1 MINUTO

TIPOLOGIE DI TERRENO

(32)

pag. 32

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 1 MINUTO E 26 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(33)

pag. 33

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 2 MINUTI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(34)

pag. 34

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 2 MINUTI E 43 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(35)

pag. 35

TERRENI GROSSOLANI

CON BENTONITE SODICA

TIPOLOGIE DI TERRENO

(36)

pag. 36

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 19 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(37)

pag. 37

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 30 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(38)

pag. 38

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 8 MINUTI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(39)

pag. 39

TERRENI GROSSOLANI

DOPO 24 ORE

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 40

SMARINO

Se il fluido di perforazione ha le giuste proprietà,

quando la sabbia si mescola alla bentonite, quest’ultima deve

essere capace di trasportare lo smarino verso l’uscita.

(L’esempio mostra come travasando il fango da un bicchiere all’altro, lo smarino rimanga in sospensione)

TIPOLOGIE DI TERRENO

(41)

pag. 41

SMARINO

DOPO 45 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(42)

pag. 42

SMARINO

DOPO 1 MINUTO E 5 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(43)

pag. 43

SMARINO

Quando il fango si ferma all’interno della perforazione, la bentonite deve avere la capacità di

gelificare immediatamente per mantenere in sospensione

lo smarino.

TIPOLOGIE DI TERRENO

(44)

pag. 44

SMARINO

DOPO 17 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(45)

pag. 45

SMARINO

DOPO 32 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 46

SMARINO

DOPO 2 MINUTI E 8 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(47)

pag. 47

SMARINO

DOPO 3 MINUTI E 58 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

(48)

pag. 48

SMARINO

DOPO 8 MINUTI E 22 SECONDI

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 49

SMARINO

Sabbia rimasta, fluido rimesso in movimento:

tracce

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 50

TERRENI GROSSOLANI

POLIMERI RAMIFICATI

Hanno la capacità di creare una pellicola (nota in gergo come «filter cake») sulle pareti del foro per isolarle,

in modo che l’acqua del nostro fluido non idrati il terreno e non ne comprometta la formazione naturale.

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 51

TERRENI GROSSOLANI

POLIMERI RAMIFICATI

Hanno anche la capacità di aumentare la sospensione («gel strength») dello smarino quando il fango è fermo

all’interno del foro, ad esempio quando si verifica un cambio asta.

TIPOLOGIE DI TERRENO

(52)

pag. 52

TERRENI FINI

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 53

TERRENI FINI

Sono reattivi

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 54

TERRENI FINI

Possono diventare collosi

TIPOLOGIE DI TERRENO

(55)

pag. 55

TERRENI FINI

Possono rigonfiarsi

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 56

TERRENI FINI

Presentano problemi di tipo chimico

TIPOLOGIE DI TERRENO

(57)

pag. 57

TERRENI FINI

HANNO BISOGNO DI UNA SOLUZIONE DI TIPO CHIMICO

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 58

TERRENI FINI

Fase di tiro con fluido bentonitico

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 59

TERRENI FINI

Reattività dell’argilla sull’utensile

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 60

TERRENI FINI

Rigonfiamento e coesione del materiale sull’utensile

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 61

TERRENI FINI

POLIMERI LINEARI

Vengono utilizzati in presenza di argille o marne

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 62

TERRENI FINI

POLIMERI LINEARI

Hanno la capacità di avvolgere l’argilla e le marne, così da non far più assorbire acqua e

quindi eliminare la loro possibile collosità e capacità di rigonfiamento

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 63

TERRENI FINI

POLIMERI LINEARI

Altissima viscosità PM = 20 M PM

Alta viscosità PM = 15 M PM

Media viscosità PM = 5 M PM

Bassa viscosità PM = 1,5 M PM

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 64

TERRENI FINI

Azione dei polimeri lineari sulle argille

TIPOLOGIE DI TERRENO

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pag. 65

TERRENI FINI

Alesatore dopo la posa della condotta

TIPOLOGIE DI TERRENO

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TIPOLOGIE DI TERRENO

pag. 66

TERRENI FINI

Bentonite con aggiunta di polimeri

Rigonfiamento

Superficie delle pareti del foro

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TIPOLOGIE DI TERRENO

pag. 67

TERRENI FINI

La superficie delle pareti del foro può diventare centinaia di volte quella originale

Rigonfiamento

Superficie dell’area dello

smarino macinato

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TIPOLOGIE DI TERRENO

pag. 68

TERRENI FINI

CONCLUSIONE:

così come non esiste un unico tipo di terreno, non

esiste nemmeno un unico tipo di fluido.

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pag. 69

FLUIDI DI PERFORAZIONE

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 70

Di cosa abbiamo bisogno?

Di un fluido di perforazione?

Di un fluido di lubrificazione?

Di un fluido di stabilizzazione?

Di un fluido di cementazione?

Di tutte le caratteristiche sopra?

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 71

Fluido di perforazione

La pressione idraulica all’uscita degli ugelli dell’utensile migliora l’azione di taglio e tiene

pulita la zona di contatto col terreno

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 72

Fluido di lubrificazione

Gli additivi utilizzati (bentonite, polimeri, ecc.) diminuiscono l’attrito che si genera tra

il terreno e la batteria di aste, l’utensile e il

prodotto da posare

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 73

Fluido di stabilizzazione

E’ la capacità del fluido di creare una pellicola sulle pareti del foro (filter cake),

isolandolo dal resto della formazione

circostante e che non permette all’acqua nel

terreno di entrare nello stesso

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 74

Fluido di cementazione

Il fango (fluido più terreno asportato) che rimane nello spazio anulare dopo la posa

del prodotto, solidificandosi lo stabilizza,

evitando cedimenti in superficie

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pag. 75

Utensili di perforazione

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 76

Utensili di perforazione

Nella foto possiamo vedere alcuni dei vari tipi di utensili Di perforazione e alesatori per l’allargamento del foro

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 77

Utensili di perforazione

Così come non esiste un terreno unico, non esiste un utensile che possa lavorare al

meglio in ogni condizione

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 78

Utensili di perforazione Coltelli da taglio

Oggi esistono diverse tipologie di coltelli da taglio che posso variare per forma e dimensione, possono avere saldature antiusura, inserti in carburo di tungsteno o entrambi. Queste diversità ci permettono di affrontare al meglio le varie

tipologie di terreno esistenti.

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 79

Utensili di perforazione Teste da roccia

Esistono tre metodi per perforare la roccia, questi variano a seconda del grado di Di durezza.

1. Perforazione per raschiamento 2. Perforazione per rotazione 3. Perforazione per impatto

1 2 3

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 80

Utensili di perforazione

Perforazione per raschiamento

La perforazione per raschiamento consiste nel ruotare utensili contro la superficie rocciosa. I due tipi di utensile più comuni sono i puntali rinforzati e quelli con denti con inserti in carburo di tungsteno

sostituibili

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 81

Utensili di perforazione Perforazione per rotazione

La perforazione per rotazione avviene spingendo sulla

superficie della roccia una serie di inserti in carburo di

tungsteno o denti applicati sui dei rulli. I mud motors (motori a fanghi) e il sistema a doppia asta sono le applicazioni più comunemente usate.

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FLUIDI DI PERFORAZIONE

pag. 82

Utensili di perforazione Perforazione per impatto

La perforazione per impatto (percussione) e' uno dei sistemi più recenti per

perforare in roccia. Invece di raschiare la roccia, una serie ripetuta di colpi dati con una certa energia viene utilizzata per creare fratture nella roccia e rimuoverla in piccoli pezzi.

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pag. 83

VOLUMI DI FLUIDO

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 84

VOLUMI DI FLUIDO

Così come non esiste un unico tipo di terreno, così non esiste un’unica tipologia

di volume di fluido di perforazione.

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 85

VOLUMI DI FLUIDO

Diametro dell’utensile in pollici al quadrato diviso 2

=

litri/metro lineare di terreno Esempio:

Alesatore da 10’’ (250 mm) (10x10) / 2

=

50 litri

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 86

VOLUMI DI FLUIDO

Il volume di smarino all’interno del fango di ritorno deve essere massimo 25%, quindi il fluido

deve essere almeno 3 volte il volume di smarino

da rimuovere

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 87

VOLUMI DI FLUIDO

Questo fattore varia a seconda della tipologia di terreno, della lunghezza di perforazione e del

diametro finale di alesatura

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 88

VOLUMI DI FLUIDO

Esempio: in terreni grossolani, quindi inerti, se la lunghezza e il diametro della perforazione non

sono elevati, un fattore di fango di 3 a 1 può

andare bene.

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 89

VOLUMI DI FLUIDO

Nei terreni fini e quindi reattivi, il fattore fango

può arrivare anche a 7-8 volte tanto e anche di più

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 90

VOLUMI DI FLUIDO

Più è lunga la perforazione, più è grande il

diametro del foro, più è importante mantenere alte le proprietàdel fluido senza aumentare troppo la

viscosità.

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VOLUMI DI FLUIDO

pag. 91

VOLUMI DI FLUIDO

A volte, per ottenere le proprietà desiderate bisogna aggiungere molta bentonite, ma così facendo si alzaanche la viscosità (aumento di

pressione nel foro).

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VOLUMI DI FLUIDO

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VOLUMI DI FLUIDO

In questi casi, si possono ottenere le stesse proprietà mantenendo bassa la viscosità e

combinando bentonite e polimeri.

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pag. 93

PRESSIONE DI FORO

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PRESSIONE DI FORO

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CONTROLLO DELLA PRESSIONE DI FORO

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PRESSIONE DI FORO

pag. 95

CONTROLLO DELLA PRESSIONE DI FORO

Max Allowable Pressure (MAP) (Massima pressione ammissibile):

È la massima pressione in foro alla quale il terreno può resistere senza rompersi (idrofrattura, plasticizzazione).

Viene calcolata utilizzando un metodo di calcolo che prende in considerazione varie caratteristiche del terreno.

Estimated (and measured) bore pressure (EBP)

(Pressione calcolata – e misurata – in foro):

È la minima pressione necessaria a fondo foro per far circolare il fango di perforazione lungo il condotto anulare fino ai pozzetti di superficie. In fase di progetto, può essere stimata utilizzando un metodo di calcolo e successivamente misurata, mediante sensori fondo foro, durante la perforazione (pressure – while – drilling - PWD).

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PRESSIONE DI FORO

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CONTROLLO DELLA PRESSIONE DI FORO

Sezione per sezione:

MAP > EBP

Quando MAP < EBP -> ritorno involontario (inadvertent return)

Un ritorno involontario (inadvertent return) è un trasferimento non intenzionale di fango di perforazione alla superficie durante le operazioni di perforazione, attraverso fratture o

fessure naturali, piuttosto che come effetto di operazioni di perforazione.

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PRESSIONE DI FORO

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CONTROLLO DELLA PRESSIONE DI FORO

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PRESSIONE DI FORO

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