Frequenti perdite di circolazione e rotture del foro durante la perforazione? Hai individuato le vere cause?
La perforazione è un'operazione fondamentale nell'esplorazione geologica, nell'attività mineraria, nella costruzione di fondazioni su pali e in altri settori dell'ingegneria. Tuttavia, i progetti spesso si scontrano con il problema della rottura del foro e delle "perdite durante la perforazione" (rapida perdita di fluido di perforazione). Ciò non solo comporta grandi perdite di fango e il crollo del foro, ma ritarda anche i tempi di esecuzione, aumenta i costi e può compromettere la qualità del foro e la conseguente sicurezza della costruzione. Basandosi sull'esperienza sul campo, questo articolo analizza le cause profonde della perdita di circolazione e propone contromisure mirate per guidare progetti simili.
Cause principali della perdita di circolazione La perdita di circolazione è raramente causata da un singolo fattore; in genere deriva dall'interazione tra le condizioni di formazione e la pratica operativa. Le cause possono essere raggruppate in due categorie principali:
Fattori geologici: vincoli intrinseci alla formazione. La formazione stessa è il principale fattore predisponente alla perdita di circolazione. Quando la perforazione interseca determinate unità geologiche, il rischio di perdita di fango aumenta drasticamente:
Strati di sabbia sciolta: l'elevata porosità intergranulare e la debole cementazione facilitano la rapida fuoriuscita del fluido di perforazione attraverso gli spazi porosi. Le perdite sono particolarmente pronunciate nelle sabbie fini e negli strati limosi.
Masse rocciose fratturate: i carbonati, i graniti e altre rocce con fratture, giunti o cavità di soluzione sviluppate contengono percorsi irregolari attraverso i quali il fango può fuoriuscire rapidamente, producendo il fenomeno delle "perdite durante la perforazione".
Altre unità avverse: i conglomerati, le zone fagliate e quelle frantumate presentano strutture instabili e lasse che non solo favoriscono la perdita di fluidi, ma aumentano anche il rischio di crollo del foro di trivellazione, aggravando le difficoltà di costruzione.
Fattori operativi: influenze costruttive controllabili Anche in condizioni geologiche favorevoli, operazioni improprie possono causare perdite di circolazione. Due sono i problemi operativi più critici:
Velocità di perforazione eccessiva: perseguire un avanzamento rapido utilizzando velocità di rotazione o penetrazione eccessivamente elevate provoca un'intensa perturbazione della parete del foro, ne distrugge la stabilità in prossimità del campo, produce crepe o scheggiature e consente la fuoriuscita del fluido di perforazione.
Proprietà inadeguate del fluido di perforazione: il fluido di perforazione è la barriera chiave che protegge il foro. Se la viscosità è troppo bassa, non può formare un pannello di filtrazione efficace; se la densità è insufficiente, non può bilanciare la pressione di formazione. Entrambe le condizioni impediscono un'efficace sigillatura di pori e fratture e causano perdite.
Contromisure mirate Per affrontare la perdita di circolazione è necessario un approccio basato sulla prevenzione, poi sulla soluzione, con trattamenti graduali e a più livelli che affrontino il problema alla radice.
Ottimizzare le proprietà del fluido di perforazione per rafforzare la protezione del foro. Il fluido di perforazione è la prima linea di difesa contro le perdite. Regolando la formulazione del fluido è possibile migliorare significativamente la tenuta e il supporto strutturale:
Aumentare la viscosità e la densità: aggiungere bentonite, derivati della cellulosa, poliacrilammide e additivi simili per aumentare la viscosità, in modo che il fluido possa aderire meglio alla parete del foro e formare una torta di filtrazione; aumentare moderatamente la densità per fornire una maggiore pressione di tenuta contro i pori e le fratture della formazione.
Modifica mirata: per le zone di sabbia sciolta, aggiungere materiali fibrosi come segatura o lolla di riso per migliorare la capacità di sospensione e di otturazione; per le zone fratturate, aggiungere agenti a presa rapida (cemento, silicato di sodio) in modo che il fluido possa gelificare rapidamente nelle fratture e formare una guarnizione.
Posizionare agenti di otturazione per sigillare i punti di perdita attivi. Quando si verificano perdite, introdurre tempestivamente materiali di otturazione nel foro per riempire direttamente i pori e le fratture e bloccare i percorsi dei fluidi:
Materiali di tamponamento comuni: argilla (bentonite), segatura, cemento, fibre di cotone, gusci di noce, ecc. Scegliere i materiali in base all'entità della perdita. Per perdite di lieve entità, possono essere sufficienti argilla o segatura; per perdite moderate, una miscela di cemento e argilla sfrutta l'indurimento del cemento per migliorare la sigillatura a lungo termine.
Metodo di posizionamento: utilizzare tecniche di posizionamento graduale e di "foratura e tassello": immettere lentamente i materiali nella zona di perdita mantenendo la circolazione del fango in modo che i materiali vengano trasportati lungo i percorsi di perdita, riempiano i vuoti e formino un tappo stabile che impedisca ulteriori perdite.
Controllare i parametri di perforazione per ridurre i disturbi del foro. Una corretta pratica operativa è essenziale per prevenire la perdita di circolazione riducendo al minimo i danni alla parete del foro:
Ridurre la velocità di penetrazione: ridurre la velocità di rotazione e di avanzamento, soprattutto quando si attraversano sabbie sciolte o strati fratturati; adottare un approccio "basso numero di giri, piccolo avanzamento" per ridurre l'impatto della punta sulla parete e limitare i disturbi.
Lasciare il tempo necessario alla formazione della torta di filtrazione: una perforazione più lenta dà al fluido il tempo di depositare una torta di filtrazione uniforme e densa sulla parete del foro, consolidando ulteriormente la parete e sigillando i micropori per ridurre il rischio di perdite.
Riempimento e nuova perforazione in caso di perdite gravi Quando le perdite sono gravi e la tappatura di routine fallisce, o quando si verifica un crollo del foro di trivellazione su larga scala, potrebbe essere necessario riempire l'intervallo e ripetere la perforazione:
Scelta dei materiali di riempimento: preferire argilla, malta cementizia o una miscela argilla-cemento. L'argilla è economica ed efficace per la sigillatura; la malta cementizia indurisce, fornendo un rinforzo ad alta resistenza della parete del foro.
Procedura di riempimento e nuova perforazione: riempire l'intervallo di perdita e un margine superiore con il materiale scelto fino al riempimento della sezione interessata. Lasciare indurire il materiale a sufficienza (tipicamente 24-48 ore, a seconda del materiale e delle condizioni di formazione) per formare una tenuta stabile, quindi riprendere la perforazione. Durante la nuova perforazione, ottimizzare nuovamente il fluido di perforazione e controllare la penetrazione per evitare che il problema si ripeta.
Conclusione Le rotture e le perdite di perforazione durante la perforazione sono comuni e derivano sia dalle condizioni intrinseche della formazione (sabbie sciolte, zone fratturate) sia da fattori controllabili (eccessiva velocità di perforazione, scarse prestazioni del fluido di perforazione). Per gestire efficacemente il rischio, è necessario condurre indagini sulla formazione prima della costruzione per anticipare le zone soggette a perdite; durante la costruzione, prevenire le perdite ottimizzando le proprietà del fluido e controllando i parametri di perforazione; e in caso di perdite, applicare una risposta graduale che includa il riempimento, il riempimento e, se necessario, una nuova perforazione. Adottare una mentalità "prima la prevenzione, poi la bonifica" e adattare le misure in base alle caratteristiche della formazione e alle realtà del campo è essenziale per superare i problemi di perdita di circolazione, garantire operazioni di perforazione fluide e migliorare la qualità e l'efficienza della costruzione.
