Il termine perforazione indica il complesso di operazioni necessarie per realizzare pozzi di sezione circolare mediante tecniche di scavo che non prevedono l’accesso diretto dell’uomo. Per perforare un pozzo è possibile utilizzare tecniche di perforazione diverse. Gli impianti di perforazione utilizzati a terra sono dei complessi di attrezzature mobili, che possono essere spostati in tempi brevi da un cantiere di perforazione all’altro, realizzando pozzi in serie. Gli impianti di rotary sono gli unici, oggi, che operano nel campo dell’esplorazione e della produzione degli idrocarburi.
Struttura e funzionamento dell’impianto
Nella perforazione rotary il terreno è perforato mediante lo scalpello, ruotato e spinto sulla roccia del fondo pozzo da una batteria di perforazione. La batteria è composta di aste cave d’acciaio, di sezione circolare e avvitate tra loro. I detriti di perforazione generati dallo scalpello (casing) sono portati in superficie mediante un fluido di perforazione. La rotazione è trasmessa allo scalpello dalla superficie mediante una tavola rotary oppure con motori di fondo posti direttamente sopra lo scalpello. Dopo aver perforato un certo tratto di foro, per garantirne la stabilità occorre rivestirlo con robusti tubi uniti con giunti filettati. L’intercapedine tra casing e foro è in seguito riempita con malta di cemento, per assicurare la tenuta idraulica e meccanica.
L’impianto di perforazione è composto da una serie di attrezzature e macchinari collocati in un apposito piazzale, sede del cantiere di perforazione. L’asta motrice è avvitata alla testa di iniezione, che a sua volta è connessa al gancio manovrato dalla torre di perforazione. La batteria è manovrata con un sistema di sollevamento, formato da un gancio collegato a una serie di pulegge, movimentato da un cavo e un argano. La taglia fissa è collocata in cima alla torre di perforazione, la struttura più appariscente e scenografica dell’impianto di perforazione. La torre di perforazione ha la funzione di sostenere la taglia fissa ed è caratterizzata da un’altezza tale da permettere la manovra verticale utile della taglia mobile, e quindi della batteria di aste in foro. Il fluido di perforazione si muove in un circuito chiuso: esso entra dalla testa di iniezione, passa attraverso le aste e lo scalpello, pulisce il fondo foro, risale nell’intercapedine tra aste e foro, ricade sul vibrovaglio, che separa i cutting dal fluido, e giunge alle vasche di accumulo. Da qui è rimandato alle pompe fango che, attraverso una tubazione rigida e un tubo flessibile, lo inviano nuovamente alla testa di iniezione, chiudendo il circuito. La circolazione del fluido di perforazione è l’elemento caratteristico della perforazione rotary, poiché permette l’asportazione continua dei cutting dal fondo foro. L’approfondimento del foro richiede l’aggiunta periodica di nuove aste di perforazione, mentre la sostituzione dello scalpello impone l’estrazione di tutta la batteria di perforazione. Questa operazione, dispendiosa in termini di tempo, è detta manovra.
Negli ultimi decenni la necessità di contenere i costi di fronte a notevoli problemi tecnici ha portato a grandi progressi nell’ottimizzazione delle tecniche di perforazione, nella conoscenza dei problemi relativi alla perforazione e alla stabilità di rocce a grande profonditaà e nella formulazione di fanghi per alta pressione e temperatura. Nella perforazione è di fondamentale importanza raggiungere alte velocità di avanzamento, in condizioni di sicurezza, e ridurre i tempi morti.