Processo upstream: stimolazione dei pozzi
La stimolazione del pozzo consente di aumentare l'afflusso di idrocarburi dal giacimento al foro del pozzo. Nella produzione oil & gas, vengono utilizzate diverse tecniche di stimolazione a seconda delle proprietà del giacimento.
Nei giacimenti petroliferi tradizionali, dove la formazione rocciosa è porosa, gli idrocarburi fluiscono liberamente dai serbatoi naturali verso il pozzo per essere estratti. Quando il sottosuolo è più impermeabile, come nel caso degli scisti a grana fine ma fissili, la fratturazione idraulica è un modo per stimolare un pozzo a produrre un rendimento maggiore.
Il processo inizia con la perforazione verticale. A circa metà della formazione scistosa target, la perforazione curva (nel punto di partenza) e inizia a perforare la roccia in orizzontale (nel punto di arrivo). Dopo aver rimosso la sonda di perforazione e aver inserito e cementato il casing, una pistola perforatrice crea dei fori attraverso gli strati di scisto e nella parete rocciosa, preparando la strada per la fratturazione idraulica. Questo processo consiste nell'inviare una miscela di acqua, sabbia e sostanze chimiche ad altissima pressione attraverso le perforazioni per aprire lo scisto, permettendo così al petrolio e al gas naturale di fluire nel tubo di produzione.
La fratturazione idraulica richiede l'uso di macchinari specializzati per miscelare e iniettare il fluido di fratturazione in profondità. Queste apparecchiature lavorano insieme e comprendono:
- Camion per il pompaggio a pressione
- Mescolatori
- Unità di idratazione
I trasmettitori di pressione e i manometri, i sensori di temperatura e i trasduttori di forza svolgono un ruolo importante nel corretto funzionamento e controllo di questi macchinari industriali a monte.
Camion per il pompaggio a pressione
Dopo che la pistola perforatrice ha praticato dei fori nella formazione, è il momento di spaccare la roccia scistosa e creare le fessure che permetteranno al petrolio e al gas naturale di fluire nel pozzo. Le attrezzature per la fratturazione (montate su un camion, un rimorchio o uno skid per una facile mobilità) comprendono pompe ad alta pressione che inviano il liquido dall'estremità del fluido lungo il pozzo e nelle perforazioni. Un motore diesel ad alta potenza con sistema di raffreddamento e una trasmissione per impieghi gravosi alimentano la pompa triplex o quintuplex, la cui pressione impedisce al fluido di fratturazione di risalire il pozzo.
I trasmettitori di pressione specializzati, contenenti elementi di misura robusti, sono progettati per misurare fluidi di fratturazione corrosivi, abrasivi e a pressioni molto elevate. Inoltre, questi strumenti devono resistere a condizioni di lavoro difficili, che comprendono condizioni atmosferiche estreme, vibrazioni elevate e forti pulsazioni della pompa.
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Mescolatori
Il fluido utilizzato per la fratturazione idraulica viene miscelato sul posto su misura per le condizioni specifiche di ciascun pozzo e per il tipo di fratturazione desiderata. Le unità di miscelazione per la fratturazione sono i centri di controllo per ricevere le giuste quantità di fluido idratato dall'unità di idratazione, il proppant (solitamente sabbia, sabbia trattata o materiale ceramico) per mantenere aperte le fessure, e gli additivi chimici per ridurre la corrosione, inibire la crescita batterica, mantenere la viscosità e così via. Questo fluido miscelato su misura viene poi trasferito all'autocarro di fratturazione con unità di pompaggio per essere iniettato nel pozzo.
Questo sistema di miscelazione comprende una tramoggia per la sabbia e alimentatori per chimica secca e chimica liquida. Trasmettitori di pressione specializzati aiutano a controllare e monitorare le pompe di aspirazione e di mandata, mentre i manometri sul pannello di controllo consentono ai tecnici di supervisionare facilmente il processo. Trasmettitori di temperatura e termoresistenza compatti monitorano le condizioni dell'impianto idraulico, dei motori e dei sistemi di raffreddamento dell'unità di miscelazione per la fratturazione.
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Unità di idratazione
L'acqua costituisce circa il 90% del fluido di fratturazione. Ma prima di raggiungere l'unità di miscelazione per la fratturazione, viene prima miscelato con alcuni polimeri:
- Riduttori di attrito che consentono di iniettare il fluido nel pozzo a una velocità più elevata.
- Viscosificanti come la gomma di guar, poiché i fluidi più viscosi possono trasportare una maggiore quantità di proppant.
In un'unità di idratazione mobile, il polimero (sotto forma di gel o di polvere) viene combinato con l'acqua per produrre un composto con prestazioni superiori rispetto al fluido non gelificato. Questo processo utilizza celle di carico per misurare con precisione il peso della gomma di guar o di un altro polimero in una tramoggia prima che venga idratato. I trasmettitori di pressione aiutano a controllare le pressioni di aspirazione e di mandata, mentre i manometri consentono agli operatori di monitorare le pompe ad azionamento idraulico.
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Serbatoio di fratturazione
La fratturazione idraulica richiede la circolazione di un'enorme quantità di liquidi (soprattutto acqua, ma anche sostanze chimiche e fanghi di perforazione) all'interno e all'esterno dei pozzi. I serbatoi di fratturazione sono recipienti capienti ma mobili, progettati per stoccare grandi quantità di fluidi. È possibile utilizzare una serie di sensori di livello per garantire che un serbatoio di fratturazione rimanga sufficientemente pieno per processi efficienti, ma non così pieno da traboccare.
Nella scelta dei sensori di livello per i serbatoi di fratturazione si devono fare molte considerazioni, tra cui:
- La turbolenza, la viscosità e la compatibilità del fluido con le parti bagnate del sensore.
- La precisione e la risoluzione desiderate.
- La posizione di montaggio e il posizionamento del sensore.
I sensori di livello a galleggiante sono comunemente utilizzati nei serbatoi di fratturazione grazie all'elevata precisione, alla facilità di installazione e alla bassa manutenzione. Solitamente montati nella parte superiore del serbatoio, i sensori di livello a galleggiante hanno un tubo di guida che si estende fino al fondo. Intorno al tubo si trova un galleggiante cavo che si muove verticalmente lungo l'albero con il livello del liquido. I sensori a galleggiante sono di due tipi:
- I livellostati a galleggiante incorporano uno o più galleggianti per rilevare l'interfaccia di un fluido, oppure sono utilizzati semplicemente per avvisare gli operatori quando vengono raggiunti i livelli minimo e massimo.
- I trasmettitori di livello a galleggiante monitorano continuamente i livelli dei liquidi, determinando il volume dei serbatoi in tempo reale, e sono ideali per il monitoraggio remoto.
Se il montaggio in alto è un problema, utilizzare un una sonda di livello immergibile per la misura del livello idrostatico. Questo tipo particolare di sensore di livello, posizionato sul fondo di un serbatoio, misura la pressione di una colonna di liquido (ad esempio, centimetri d'acqua), che viene poi convertita nel volume del liquido. Quando le turbolenze o i fanghi sono un problema, un accessorio come il LevelGuardTM fornisce una maggiore durata e stabilità.
Se il fluido è troppo turbolento o viscoso per una sonda di livello immergibile, o se il fluido è corrosivo o altrimenti incompatibile con il sensore, una soluzione infallibile è quella di spostare la misura del livello dall'interno del serbatoio all'esterno. In questo tipo di misura, i sensori di carico (come le celle di carico a perno, a flessione o a taglio) sono montati sulla struttura di supporto del serbatoio per la pesatura statica e dinamica dei liquidi; le misure vengono poi convertite in una misura del volume.
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