سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
دلایل kicks
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٢:٥٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/۸/۱٩
 

دلایل kicks  

کنترل فوران و  kicks  مهم می باشد اما بهتر ان است که از ابتدا از موقعیت هایی که باعث بوجود امدن ان می شوند اجتناب کنیم . بعضی از فورانها و kick  ها اجتناب ناپذیر هستند اما تلاشهای متمرکزی برای به حداقل رساندن انها نیاز می باشد . در صورت ظاهر شدن یک  kick باید اقدامات لازم برای به حداقل رساندن فوران بلافاصله صورت گیرد .در صورتی که میزان فوران افزایش یاید به همان میزان کنترل فوران مشکلتر خواهد شد. برای  انجام هرگونه تصمیم در مورد کنترل چاه در ابتدا باید مفهوم  kick  و  blowout  به درستی تعریف شود .

Kick  عبارت است از حالتی که در ان فشار سیال سازند از فشار هیدرولیکی اعمال شده بوسیله سیال حفاری بیشتر باشد که در این حالت به سیال فورمیشن اجازه داده می شود تا به درون چاه وارد شود .

 

 

 Blowout  عبارت است از هجوم غیر قابل کنترل سیال فورمیشن به داخل چاه .    kick  غیر از  blowout  است اما اگر در اداره    kick  مدیریت نادرستی صورت گیرد   یک  kick  به یک blowout  تبدیل خواهد شد .

 

 Overbalance  عبارت است از حالتی که در ان فشار هیدرولیکی سیال حفاری بر فشار سازند بیشتر است .

 

 Underbalance عبارت است از حالتی که در ان فشار سازند از فشار هیدرولیکی اعمال شده بوسیله سیال حفاری بیشتر باشد .

 

فاکتورهای زیادی وجود دارد که شدت و وخامت یک  kick  را کنترل می کند . برای اینکه سیالی  از درون سازند به داخل چاه وارد شود باید سازندهای خلل و فرج دار و نیز نفوذ پذیر وجود داشته باشد . نفوذ پذیری (permeability  عبارت است از قابلیت یک سیال برای حرکت درون سنگ .

Porosity  عبارت است از میزان فضاهای موجود در سنگ که دارای سیال می باشد . ماسه ها به دلایل زیر استعداد بیشتری برای  kick  نسبت به shale  دارند

الف – فضای اشغال شده توسط سیال در ماسه بیشتر از شیل می باشد (porosity

ب --- توانایی حرکت سیال در ماسه بیشتر از شیل می باشد   permeability)

 سومین عامل  دخیل در  kick  میزان  under balance  بودن ان است که هر چه این میزان بیشتر باشد سیال داخل سازند راحتتر به داخل چاه وارد می شود .

 

 

دلایل  kick

الف – کوتاهی در پر کردن چاه

بررسی های به عمل امده نشان می دهد که 44  درصد  فورانها در موقع trip لوله ها صورت گرفته است و نیز 41 درصد فورانها در موقع حفاری رخ داده است . کوتاهی در پر کردن لوله ها در هنگام   trip  یک رویداد مشترک می باشد . در هنگام بیرون اوردن لوله های حفاری سطح سیال داخل چاه کاهش می ابد که این کاهش به اندازه  displace  لوله ها می باشد  که اگر معادل با لوله های بیرون امده از چاه گل به درون چاه وارد نشود فشار هیدرواستاتیک جهت غلبه بر فشار سازند کاهش یافته و سبب بروز  kick  می گردد .برای نشان دادن اینکه ایا کاهش فشار هیدرو استاتیک در بروز یک  kick  موثر است یا خیر به مثال زیر توجه نمایید .

فرض کنید چاهی با مشخصات زیر وجود دارد :

TVD :             9000 FT

MW:                      10 PPG

 اندازه  لوله ها :                 4.5" *3.286 "

قطر چاه :          8.5"

فشار سازند :   معادل با PPG  9.9

DRILL COLLARS : 7” *2.5”

 

 

فرض کنید که حفار قصد بالا اوردن 5 استندبدون پر نمودن لوله ها  دارد هر استند را به فرض معادل با 94 فوت در نظر بگیرید  . این عمل تا چه میزان امن می باشد ؟

 

برای حل این مساله در ابتدا باید میزان کاهش یافتن سطح سیال را بهد از بالا اوردن 5 استند حساب نماییم

 

ابتدا  DISPLACE  5 استند را حساب می کنیم

 DIS : OD^2-ID ^2/1029 =(4.5)^2-(3.286)^2/1029=.00545 bbl/ft

5 * 94 ft/stand =470 ft

470 * .00545 =2.562 bbls

 یعنی به ازائ بال اوردن 5 استند 2.562 بشکه از حجم گل داخل چاه کاهش می یابد . حال باید محاسبه کنیم که 2.562 بشکه چند فوت می شود . برای این منظور حجم انالوس باید محاسبه شود .

 Annular capacity == hole id ^2 –pipe od ^2/1029 =(8.5)^2-(4.5)^2/1029 =.505 bbl/ft

 حال مجموع ظرفیت لوله ها و ظرفیت انالوس را با هم جمع می کنیم

 0.0142+0.0505 =0.0647 bbl/ft

 افت ارتفاع سیال را حالا می کنیم

افت ارتفاع سیال = displace  گل  /ظرفیت لوله ها + ظرفیت انالوس

 2.562 bbl/0.0642=40  ft

  حال در این مرحله کاهش فشار ناشی از این 40 فوت را حساب می کنیم

Hp =tvd * mw (ppg) *0.052

Hp = 40 *0.052 *10 =21 psi

 حال فشار هیدرواستاتیک را برای 9000 فوتی حساب می کنیم

 Hp = 9000 * 10 * 0.052

Hp= 4680 psi

اگر طبق مساله فشار سازند را با احتساب  9.9 ppg  حساب کنیم فشار سازند در ته چاه عبارت است از

 FP = 9000 * 9.9 * 0.052

Fp = 4633 psi

 با احتساب کاهش  21 psi  برای 5 استند فشار برابر می شود با

Hp = 4680-21

Hp= 4659 psi

 

 در این حالت اختلا فشار هیدرواستاتیک و فشار سازند برابر می شود با

 Hp –Fp

4659-4633 =26 psi

Psi  26 مقدار امنی می باشد بنابرین  در این حالت  kick  روی نخواهد داد

 لازم به ذکر است که برای هر کدام از لوله ها با اندازه های مختلف نیاز به محاسبه  مانند محاسبه بالا  می باشد .

 Drill collar  و  heavy weight  ها دارای  displace  بیشتری در مققایسه با  drill pipe  ها می باشند. مثال بالا را برای  drill collar   محاسبه می کنیم تا ببینیم میزان جابجایی برای این نوع از لوله ها به چه میزان می باشد

 

 Dc displace = (7)^2-2.5^2/1029

Dc dis=0.0415 bbl/ft

Total displacement = 90 ft * 5 * 0.0415

Total dis =18.6 bbl

Annular capacity = 8.5^2-7^2/1029

Ann cap =0.0026 bbl/ft

Dc capacity = id^2 /1029

Dc cap =2.5^2/1029 =0.006

Annu cap + dc cap

0.0026+0.006v=0.0286 bbl/ft

Fluid level drop = fluid displaced/ann cap + dc cap

Fluid level drop = 18.6/0.0286=652 ft

 

Hp =652 * 10 * 0.052

Hp =339 psi

 Formation pressure = 9000 * 9.9 * 0.052

Fp= 4633

Hydraulic pressure = 9000 * 10 * 0.052

Hp = 4680

  4680 – 339 =4341

محاسبات انجام شده نشان می دهد که با بالا اوردن 5 استند از  drill collar  ها با مشخصات فوق فشار هیدرواستاتیک 339  psi  کم شده و با مقایسه فشار سازند و فشار هیدرواستایک می بینیم که فشار هیدرواستاتیک کمتر از فشار سازند شده و در نتیجه ان  kick  اتفاق خواهد افتاد .

 از مثالهای فوق به این نتیجه می رسیم که :

الف – بهتر ان است که کاهش فشار هیدرو استاتیک از  psi  75 بیشتر نشود یعنی حداکثر هر 5 استند یک بار لوله ها از سیال پر شود .

ب --  drill collar  و  heavy weight  ها به دلیل دلشتن بدنه ضخیمتر دارای  displace  بیشتری بوده بنابراین باید هر استند از انها که بیرون اورده می شود با گل جایگزین پر گردد .

لازم به ذکر است که پر کردن لولها باید به دقت صورت گیرد . که برای این منظور باید   displace  لوله ها دقیق حساب شود که برای این کار از  trip tank  و  pump stroke  اسفاده می شود .

 Trip tank  به دلیل کوچک بودن دارای دقت بالایی می باشد .  trip tank  باید در مکانی بالاتر از  flow line  قرار گرفته باشد تا قادر به پر کردن چاه با نیروی جاذبه باشد در غیر اینصورت یک پمپ سانتریفیوژ باید به  trip tank  متصل کرده تا پر کردن چاه از طریق  fill up line  صورت گیرد . یک  line  دیگر به  Bop stack  متصل بوده که در ارتفاع بالا تر از  fill up line  قرار دارد .  trip tank  گل را به صورت پیوسته به داخل انالوس می فرستد و برگشتی ان از طریق لوله برگشتی به  trip tank  برمی گردد .

شکل صفحه 9 اضافه گردد

در این حالت حجم مورد نیاز برای پر کردن چاه به اسانی و از طریق میزان پایین رفتن سطح  trip tank  قابل اندازه گیری می باشد .

 

روش دوم پر کردن چاه با استفاده از  rig pump  ها و شمارش تعداد  stroke  ها می باشد . تعداد   stroke  های مورد نیاز برای پر کردن چاه باید قبل از شروع  trip  و از طریق فورمول زیر محاسبه گردد .

 Stroke to fill =pipe displacement (bbl)/pump out put (bbl/stroke)

 با این فرض اگر displace  5 استند برابر با 3 بشکه باشد و خروجی پمپ ها برابر با  0.2 bbl/stroke  باشد تعداد استروک های مورد نیاز برای پر کردن چاه برابر خواهد بود با

 3/0.2=15 stroke

 

ب - فشار Swab

 فشار  swab  عبارت است از فشار ایجاد شده در هنگام بالا اوردن لوله ها ارز داخل چاه.   Swab  مانند یک فشار منفی عمل کرده و باعث کاهش فشار هیدرواستاتیک می شود .  که در این حالت نیز بدلیل  غلبه فشار سازند بر فشار هیدرواستاتیک احتمال بوحود امدن kick  وحود دارد .    دلایل بوحود امدن  swab  عبارت است از :

 

الف – سرعت بالا امدن لوله ها زیاد باشد

ب -  خصوصیات گل مانند نیروی ژلاتینی و  yield point

ج – ژئومتری چاه

 د -  ball –up  شدن تجهیزات مانند مته و  collar ,  و stabilizer

 تشخیص  swab  بسیار اسان است . اول افزایش  hook load  هرچند که این در افزایش وزن عاملهای دیگری نیز می توانند دخالت داشته باشند اما این افزایش وزن می توانند یک نشانه سریع برای بررسی چاه باشد .

دوم بررسی کردن . به این صورت که اگر بعد از بالا امدن لوله ها سطح گل پایین نرود یا در حالتی که به نظر برسد سیال در از لوله ها در حین بالا امدن بالا می اید .

بعد از تشخیص  swab  بلافاصله باید اقدامات لازم صورت گیرد تا از کاهش فشار هیدرواستاتیک جلوگیری شود .  sawb  می تواند سبب کاهش چند صد  psi  شود . پدیده  swab  عموما در  gumbo shale  رخ می دهد زیرا بعضی از تجهیزات بوسیله  gumbo  به صورت کیک در می اید . در هنگاهی که لوله ها از چاه خارج می شوند تجهیزات  ball  شده مانند یک پیستون عمل کرده و انتقال گل به داخل چاه برای جایگزینی با لوله های خارج شده را به تاخیر می اندازد .  swab  در داخل  open hole  و در هر نقطه ای در زیر مته می تواند به وحود بیاید .

 

ج -  lost circulation

 

 از دست رفتن گل می تواند یکی از دلایل بروز  kick  باشد .اگر  lost  صورت گیرد سطح گل پایین امده و در صورت کاهش فشار هیدرواستاتیک می تواند مستعد بوحود امدن  kick  شود . اگر هرزروی تشخیص داده نشود مقدار زیادی از سیال سازند می تواند وارد چاه شود .

 

د – کاهش وزن گل در اثر ورود گاز سازند

 

کاهش وزن گل در اثر ورود گاز می تواند سبب بروز  kick  گردد . عموما گسترش گازها در نزدیکی سطح چاه صورت می گیرد . اگر چاهی با قطر زیاد و  ROP  بالا در حال حفاری باشد مقدار گاز ایجاد شده نیز می تواند قابل توجه باشد . و باعث کاهش فشار هیدرواستاتیک شود . عموما کاهش فشار هیدرواستاتیک کف چاه در اثر گاز مقدار قابل توحهی نیست . تجهیزات سطحی باید وجود داشته باشد تا از پمپاژ مجدد گل الوده به گاز به داخل چاه جلوگیری کند . برای این کار  degasser  هایی روی مخازن گل وجود دارد

 

 

ذ – کاهش وزن گل در اثر ورود اب و نفت

 

کاهش وزن گل در اثر نفوذ اب یا نفت می تواند سبب بروز  kick  گردد . کاهش  0.5 ppg  وزن در سطح دلالت بر این دارد که تمام وزن گل در ته چاه حداقل  0.5 ppg  کاهش پیدا کرده است و کاهش  0.5 ppg  وزن در یک چاه با عمق فرضی  10000  فوتی   می تواند فشار هیدرو استاتیک را  260 psi  کاهش دهد .

 

 

ح – کم بودن وزن گل و فشار غیر نرمال

 

اگر چه اغلب فورانها در موقع  trip  صورت می گیرد ولی ناکافی بودن وزن گل دومین عامل مهم  kick  می باشد. 41 درصد فورانها در موقع حفاری به دلیل ناکافی بودن وزن گل جهت غلبه بر فشار سازند بوجود می اید . لازم به ذکر است که افزایش بیش از حد وزن گل می تواند سبب بروز شکستگی در سازند ، گیر کردن لوله ها و کاهش میزان حفاری شود .

 

 

نشانه های  kicks

 

 الف-  افزایش   flow rate

 

 مهمترین نشانه وقوع  kick  افزایش میزان گل برگشتی با پمپاز ثابت می باشد . در شرایط نرمال گل با یک میزان معین به داخل چاه وارد و خارج می شود در صورت افزایش  میزان برگشت گل  می توان به این نتیجه رسید که سیال داخل سازند به خروج گل کمک می کند . میزان جریان گل را می توان از روی  bell nipple  و یا  shaker  تشخیص داد . و یا اینکه  Kelly  از روی  rotary table  به طرف بالا هل داده می شود .

 

ب – افزایش سطح گل مخازن

 

ج – جریان چاه در حالی که پمپ ها خاموش هستند

 

وقتی که پمپ ها خاموش هستند  هیچ گلی نباید از چاه خارج شود . معمولا چند ثانیه بعد از خاموش کردن پمپ ها جریان گل قطع می شود . ادمه جریان گل بعد از خاموش کردن پمپ ها می تواند نشانه خوبی برای  kick  باشد . اگر گل درون لوله ها از گل داخل انالوس سنگین تر باشد چاه شروع به جریان می کند تا زمانی که فشار هیدرواستاتیک درون لوله ها با فشار هیدرواستاتیک انالوس با هم برابر گردد .

 

د – کاهش فشار پمپ ها و افزایش تعداد استروک ها

 

تغییر در فشار پمپ ها می تواند نشانه خوبی برای  kick  باشد . وقتی که سیال وارد سازند می شود در ابتدا می تواند سبب ظخیم شدن گل گردد که این عامل می تواند در ابتدا باعث افزایش فشار پمپ ها گردد . این افزایش فشار لحظه ای می باشد و ممکن است که در حین حفاری نرمال  به طور کامل نسبت به ان بی توجهی شود .  همانطوری که سیال وارد چاه می شود ستون گل موجود در انالوس سبکتر می شود و این عامل باعث می شود که سطح گل در لوله های حفاری پایین بیاید در نتیجه استروکهای پمپ افزایش می یابد و بدلیل پایین رفتن گل در لوله های حفاری فشار پمپ ها کاهش می یابد .

لازم به ذکر است که کاهش فشار پمپ ها در اثر چندین عامل می تواند بوجود بیاید از جمله : پلاگ شدن پمپ های مکنده  ، هوا زدن پمپ های مکنده ،  wash out  در لوله های حفاری ،  wash out  نازلها ،   هرزروی چاه ،و.......

در نتیجه کاهش فشار پمپ ها لزوما نشانه   kick  نیست اما همچنان می تواند به عنوان یک دلیل خوب برای چک کردن چاه باشد .

 

ذ – تغییر حجم  trip tank

 

 ر – تغییر وزن  لوله ها

 

لوله ها وقتی در سیال قرار می گیرند به دلیل وحود عامل شناوری نسبت به زمانی که در هوا هستند سبکتر می شوند . هر چه گل سنگینتر باشد سبک شدن لوله ها بیشتر خواهد شد . بنابراین در صورت ورود سیال به داخل چاه وزن استرینگ تغییر  می یابد

 

ز -  تغییرات میزان حفاری

 

تغییرات ناگهانی در  ROP  می تواند یکی دیگر از نشانه های  kick  باشد . افزایش تدریجی  در ROP  دلیل  drilling break نیست اما می تواند نشانه ای از وحود فشار های غیر نرمال باشد .

 

س – وجود مقادیر قابل توجه گاز در گل

 

ش – وجود اب در گل

 

ه – وجود نفت در گل

 

عملیات کشتن چاه

 

 

تشخیص به موقع و انجام دقیق فرایند بستن چاه (  shut in  ) کلید های موفقیت کنترل   kick  می باشد . دو موضوع اولیه در عملیات کنترل موفق چاه عبارتند از :

1 – کشتن چاه به صورت امن

2 – ایجاد حداقل تنش در چاه

 

یکی از بحرانی ترین زمانها در عملیات کنترل چاه موقعی است که چاه برای اولین بار بسته می شود .(shui in ). بعد از اینکه چاه بسته شد روش مناسب برای کشتن چاه باید اعمال شود .

 

پروسه  بستن جریان  چاه shut in )

 

 وقتی که نشانه های یک  kick  ظاهر شد در ابتدا باید عملیات مشاهده حریان )flow check   صورت گیرد تا معلوم گردد ایا  kick  در حال اتفاق افتادن است یا نه . فرایند چک کردن جریان چاه به صورت زیر می باشد

1-       بالا اوردن  Kelly تا BOP  اشکار شود

2-       خاموش کردن پمپ ها

3-       مشاهده جریان گل از طریق  flow line

 

 در صورتی که گل از چاه جریان یابد و یا در صورت داشتن هر گونه شکی  در ازمایش  flow rate  چاه باید بلافصله بسته شده و عملیات  shut in  صورت گیرد .  پروسه  shut in  به دو دسته  hard  و  soft  دسته بندی می شود .

 

 Hard shut in

 موضوع اولیه در پروسه  hard shut in  عبارت است از به حداقل رساندن جریان . وقتی که یک  hard shut in  انجام شود قبل از صورت گرفتن هر گونه  kick  چوک قابل تنظیم (   choke  بسته می شود و چاه با بستن  BOP  بسته می شود . این روش دارای معایبی می باشد . فرسایش عنصر BOP  می تواند به خرابی زود هنگام  BOP  منتهی شود .

 

 Soft shut in

  موضوع  اولیه در این روش  کنترل فشار سطحی و به حداقل رساندن فرسایش عناصر BOP  می باشد .

وقتی یک  soft shut in  صورت گیرد قبل از رویدادن یک  kick  ،  choke  باز می شود در این روش ابتدا جریان وارد  choke line  شده و بعد از ان BOP  بسته می شود و در مرحله سوم choke  بسته می شود . فشار سطح ( surface pressure ) مونیتور شده و کنترل می شود . فرسایش اجزائ  BOP  در حالتی که جهت جریان به سمت  choke line  برگردانده شده و  BOP  نیز بسته شده به حداقل می رسد . این روش دارای معایبی می باشد که عبارت است از زیاد شدن مقدار  جریان داخل چاه (influx ) و بالا رفتن فشار در سطح به دلیل پیچیده شدن فرایند circulating out . لازم به ذکر است که فرایند زمین گیر کردن جریان وارده به چاه ممکن است به صورت انی امکان پذیر نباشد و برای این منظور یک پروسه کشتن دینامیک چاه مورد نیاز باشد . در این بخش چهار نمونه از پروسه های  shut in  را  را در موقعیت های گوناگون و با روش  hard shut in مورد بررسی قرار می دهیم .

1 – حالتی که حفاری در حریان است( در خشکی )

  

الف – بعد از تشخیص یک  kick  بلافاصله  Kelly  را بالا بیاورید تا  tool joint  رشته حفاری در بالای  rotary table  قرار گیرد

ب – پمپ ها را خاموش کنید

ج -  flow check  کنید

 چ – انالوس را ببندید

ح – شیر  HCR  را باز کنید

د- به پرسنل عملیاتی اطلاع دهید

ذ- مقدار افزایش گل را یادداشت کنید و فشار در حالت  shut in  یادداشت کنید

 

2 – در حالت  trip  (در خشکی

 

الف – بعد از مشخص شدن  kick  بلافاصله  slips  را زیر قسمت بالایی  tool joint  رشته حفاری قرار دهید

ب- درون رشته حفاری یک عدد  safety valve  کاملا باز شده قرار دهید    توجه داشته باشید که سوار کردن یک  safety valve  بسته روی رشته حفاری مشکل یا غیر ممکن است

 

ح -  safety valve  را ببندید

چ – انالوس را ببندید

خ –  HCR valve  را باز کنید

د – به سرپرستان عملیات اطلاع دهید

ذ -  Kelly  را برداشته و ان را روی رشته حفاری سوار نمایید

ر -  safety  valve  را باز کنید

ز – فشار و مقدار افزایش را معین نمایید .

 

3 – در حالت حفاری (دریا )

الف - بعد از اطلاع یافتن ارز  kick  بلافاصله  Kelly  راتا ارتفاع از قبل تعیین شده  بالا بیاورید

 

ب- پمپاژ را متوقف نمایید

ج -  Flow check  کنید  

 چ – انالوس را ببندید

ح -   safety valve  را باز نمایید

د – به پرسنل عملیات اطلاع دهید

ذ- پروسه  hang – off  را انجام دهید  

ر – مقدار افزایش و  SIDPP  و  SICP  را قرائت نمایید .

 

4 در حال  trip  ( دریا )

الف – بعد از معین شدن  kick  بلافاصله  slips  را زیر  tool joint  بالایی رشته حفاری قرار دهید

ب – یک  safety valve  کاملا باز را روی رشته حفاری نسب نمایید

ج -  safety valve  را ببندید

چ – انالوس را ببندید

ح -  safety valve  را باز کنید

 د – به پرسنل عملیاتی اطلاع دهید و  

ذ- پروسه  hang – off  را انجام دهید 

ر -  Kelly  را بلند کرده و روی رشته حفاری سوار کنید .

ز -  safety valve  را باز کنید

س – مقدار فشار و افزایش حجم را معین کنید

 

 

تئوری کنترل چاه

 

به منظور کشتن چاه فشار ته چاه باید برابر یا بیشتر از فشار سازند گردد  اساس .کنترل چاه را می توان به این صورت توضیح داد که فشار در دو طرف یک ظرف  u  شکل باید برابر گردد . شکل صفحه 29 اظافه گردد

 

 

در این ظرف  u   شکل یک طرف ان  drill pipe  های موجود در چاه و طرف دیگر ان انالوس است . فرض کنید که هر دو طرف این ظرف با گل  10 ppg  پر شده باشد و نیز اینکه سیستم در هر دو سیر بسته باشد . در این خالت فشار هیدرواستاتیک برابر با وزن گل  و نیز هر فشار اعمال شده از طرف سطح می باشد .. دو طرف این سیستم یک فشار یکسان ایجاد می کند . . هر دو طرف دارای  0 psi  فشار اعمالی از سطح هستند . در این حالت سیستم در حالت بالانس قرار دارد . پس موضوع کشتن چاه بالانس کردن فشار در دو طرف سیستم می باشد .

 

مثال 2

شکل صفحه 30 اضافه شود

 

 

 

فرض کنید که سیستم در بالای دو طرف بسته باشد . فشار ته چاه  6000 psi  است .فشار هیدرواستاتیک گل فقط  5200  psi  می باشد .  6000 psi  در این زمان برای حرکت دادن گل و فوران در صورتی که  U   به صورت باز رها شود کافی می باشد .در این حالت کاری که باید صورت گیرد این است که به منظور متعادل کردن فشار سازند از طریق سطح فشاری اعمال شود . از انجایی که ظرف  U  شکل با گل  10 ppg  در هر دو طرف پر شده است به کار بردن فشار سطحی برابر برای در تعادل نگه داشتن خود ظرف  U  مورد نیاز می باشد . این مساله را از طریق ریاضی بررسی می کنیم

 BHP =hp +surface pressure

Surface pressure = BHP –Hp

Surface pressure = 6000-5200 =800 psi

 بنابراین برای کشتن چاه و نیز بالانس بودن ان نیاز به بکار بردن  800 psi  فشار از طریق سطح می باشد .

 

 

مثال 3

 

شکل صفحه31

 

 

 

 

فرض کنید  لوله ها با گل  10 ppg  و انالوس با گل  9 ppg  پر شده باشد . . می خواهیم فشار ته چاه را در هر دو طرف بالانس کنیم  با فرض بسته بودن سیستم

 HP (9 ppg)=0.052  * 9 * 10000 = 4680 psi

 Hp (10 ppg )= 0.052 *10 * 10000 = 5200 psi

 برای بالانس دو طرف باید فشار را به سمتی اعمال کنیم که دارای فشار هیدرواستاتیک کمتری می باشد . در این مساله انالوس دارای گل با وزن کمتر بوده و فشار باید به انالوس اعمال شود . در این حالت از طریق سطح باید فشار کافی به انالوس اعمال تا برابر با فشار موحود در لوله ها شود .

 Hp (10 ppg ) = hp (9ppg ) + surface pressure  

 5200 psi = 4680 + surface pressure

Surface pressure = 5200 -4680 =520 psi

 

  مثال 4

شکل صفحه 33

 

 

 

 

 فرض کنید دو طرف در خالت بسته قرار دارند

لوله ها با گل  10 ppg  پر شده اند و طول ان 10000 فوت

فشار سازند 6000  psi

انالوس با 7000 فوت گل  10 ppg  و 3000 فوت با گاز پر شده است

می خواهیم SIDPP  و  SICP  مورد نیاز برای بالانس سازند با   ظرف  U  و نیز بالانس دو طرف  U  را محاسبه کنیم

  فشار تعادلی سازند و لوله ها

 BHP =FP = SIDPP +HP (10 ppg)

 فشار تعادلی سازند با انالوس

 BHP = FP =SICP +HP (10 ppg)

 

  و برای تعادل لوله ها و انالوس داریم

 SIDPP + hP (10000 ft) =SICP +HP(7000 ft)

Hp (10 ppg , 10000 ft )= 5200

Hp (10 ppg , 7000 ft ) = 3640 psi

Fp = 6000 psi

 

 با در نظر گرفتن داده های بالا داریم

 6000 = 5200 + SIDPP

SIDPP = 800 psi

 

6000 = 3640 + SICP

SICP = 2360 psi

 یعنی برای تعادل سازند با لوله ها 800  psi  و برای تعادل انالوس و سازند 2360  psi  فشار لازم است

با این فشار سازند و لوله ها و انالوس در تعادل با یکدیگر قرار می گیرند

 

 مثال شماره 5

شکل صفحه 35

 

 

 

 

فشار گردشی گل 2500  psi  قبل ار وارد شدن گاز به سیال در حالت باز بودن چاه است . در این مثال فرض کنید مشخصات زیر وجود دارد .

در سیستم گردش گل وجود دارد و مجموع افت فشار درزمانی که  پمپ هاکار می کنند  2500  psi  است

افت فشار در انالوس در زمانی که پمپ ها کار می کنند 100  psi  است

لوله ها به طول 10000   فوت و با گل  10 ppg  پر شده اند و انلوس 3000 فوت ان با گاز و 7000 فوت ان با گل  10 ppg  پر شده است

فشار سازند 5700  psi

SIDPP  و  SICP  را محاسبه کنید

 BHP (drill pipe )=BHP (annulus )= fp

 

 گفتیم که مجموع افت فشار قبل از  kick  برابر با 2500  psi  بود از این 2500  psi  ، 2400  psi  ان در تجهیزات سطحی و نازل مته و لوله های حفاری و 100  psi  هم در انالوس افت پیدا کرده است . افت فشار در انالوس 100  psi  فشار اظافه در ته چاه ایحاد می کند که عامل ان اصطکاک گردشی در انالوس می باشد . . افت فشار انالوس بعلاوه افت فشار  choke  بعلاوه فشار هیدرواستاتیک گل و گاز در سمت انالوس برابر با فشار هیدرواستاتیک در سمت انالوس می باشد .

 BHP ( ann )=hp (mud )+ hp (gas) + choke and ann loss

Hp (mud )= 10 * 0.052 * 7000 = 3640 psi

Hp (gas ) =0

Ann press loss =100 psi

 فشار هیدرواستاتیک براب تعادل با سازند عبارت است از

 5700 = 3640 + 0 + 100 + choke press

Choke press =1960 psi

 یعنی برای تعادل انالوس با سازند 1960  psi  باید اعمال شود حال تعادل لوله ها با سازند . . گفتیم که قبل از  kick  افت فشار برابر با 2500 بود در شرایط استاتیک داریم

FP=SIDPP +hp 10 ppg

5700 = 5200 + SIDPP

SIDPP = 500 psi

 بنابراین 500  psi  فشار از سطح باید به داخل لوله ها قبل از اینکه هر گونه حرکت گلی صورت گیرد باید اعمال شود . . قبل دانستیم که به 2500  psi  اضافه بدلیل وجود اصطکاک نیاز داریم. بنابراین پمپ های ما باید 3000  psi  را روی  gauge  نشان دهند . در یک ظرف  U  شکل بسته به طور اتوماتیک بین دو طرف تعادل ایجاد می شود .    فرض کنید که دارای یک سیستم بسته هستیم  که در دو طرف دارای تعادل بوده و 100  psi  در فشار نمای هر دو طرف نشان داد ه می شود اگر به سمت انالوس فشاری تحمیل کنیم که 200  psi  را نشان دهد فشار نمای لوله ها هم در این حالت 200  psi  نشان خواهند داد و فشار ته چاه به اندازه 100  psi  بالا خواهد رفت . 100  psi  فشار در تمام نقاط سیستم بسته احساس خواهد شد .

 

سمت لوله ها یه طور نرمال با سیالات سازند الوده نمی شود . بنابراین فشار هیدرواستاتیک در این قسمت توسط گل اعمال می شود . اگر با یک نسبت ثابت پمپ کنیم  می توانیم فشار را در سمت لوله ها محاسبه کنیم.  از انجایی که سیستم متعادل است می توانیم فشار درون لوله ها را معادل با فشار سازند در نظزر بگیریم که در این حالت فشار انالوس هم با فشار سازند و فشار لوله ها برابر می شود . بنابراین ما می توانیم با داشتن فشار داخل لوله ها فشار را در ته چاه  ثابت نگه داریم  . با داشتن افت فشار و فشار هیدرواستاتیک گل در لوله ها و  SIDPP  می توانیم فشار سازند را را در همه حال محاسبه نماییم .

از انجایی که انالوس با سیالات سازند الوده می شود از سمت  casing  نمی توانیم فشار ته چاه را محاسبه نماییم . اما هر تغییری در فشار  casing  در فشار لوله ها نیز تغییر ایجاد خواهد نمود . سیستم بالانس و بسته می شود به طوری که هر گونه تغییری در سمت  choke  در تمام نقاط سیستم به طور مساوی اعمال می شود بنابراین می توانیم فشار ته چاه را در نقطه مورد نظر ثابت نگه داریم . این مطالب اساس کنترل چاه بود .

 

پروسه کشتن چاه

قبلا توضیح دادیم که فشار ته چاه را می توان با دانستن افت فشار سیستم و دانستن فشار هیدرواستاتیک اعمال شده به وسیله گل در لوله ها در هر زمان کنترل  کرد . افت فشار سیستم به طور مرتب و قبل از رویداد هر گونه  kick  باید ثبت کرد . همچنین افت فشار در حالتی که وزن یا خصوصیات گل تغییر می کند را باید ثبت  کرد . افت فشاری که در موقع پمپاز بدست می اید به طور نرمال 1-3 بشکه در دقیقه می باشد . افت فشار سیستم معمولا در گردش نرمال بنا به چند دلیل بدست نمی اید .

 الف – افت فشار در گردش نرمال  بعلاوه هر گونه  shut in pressure  ممکن است برای پمپ ها و اتصالات سطحی بیش از میزان واقعی باشد .

 

ب -  هر گونه تغییر در میزان باز کردن چوک در پمپاژ نرمال ممکن است باعث تغییرات شدید افت فشار در چوک شود  که در این صورت کنترل چوک را مشکل می کند .

 

پ – گلی که در طی کشتن چاه در انالوش  displace  می شود باید قبل از برگشت مجدد به داخل چاه سنگین شود . همچنین این گل به دلیل الودگی امکان دارد که نیاز به بازسازی داشته باشد .  اکثر دکلها فاقد تجهیزات لازم جهت بازسازی سریه گل هستند .

 

ج – پمپاژ سریعتر منجر به افت فشار بیشتر در انالوس می شود. افزایش میزان افت فشار در انالوس احتمال وقوع هرزروی را افزایش می دهد .

 

 

 Slow rate  : به   pump rate  که افت فشار سیستم از ان بوجود می اید و برای مواقع کنترل فوران مورد استفاده قرار می گیرد گفته می شود . لازم به ذکر است که در این مواقع از اصطلاحات دیگری مانند  educe pump rate , slow pump pressure , kill rate , reduce circulating  pressure  نیز استفاده می شود .

 

 Slow pump  1-2 بشکه در دقیقه در بسیاری از موارد یک مرو بهینه به شمار می رود زیرا با این میزان افت فشار سیستم پایین بوده و نیز گل می تواند با این میزان افزایش یافته و یا بازسازی شود و اینکه استرس مکانیکی کمتری در این حالت به پمپ ها وارو می شود . مقدار کمتر از این میزان نیز عملی نمی باشد زیرا موتور پمپ ها قدرت کافی برای حرکت دادن پمپ در RPM  پایین ندارند .

در صورتی که قبل از به وقوع پیوستن   kick  میزان  slow pump  مشخص نشده باشد از روش زیر می توانید ان را بدست اورید .

 

الف – چاه راببندید و  SIDPP  و SICO  را ثبت نمایید .

ب‌-                   SICP  را با استفاده از چوک ثابت نگه داشته و سپس پمپها را به  rate  مورد نیاز بیاورید .

ت‌-                   توجه کنید که   circulating pressure  بعد از اینکه پمپ ها   kill rate  رسیدند به دست می اید .

ث‌-                   در این حالت  kill rate  برابر است با  pressure circulate  مشاهده شده   منهای  SIDPP

 

Shut in pressure

 

 

 بعد از مشخص شدن  kick  و بستن چاه لازم است تا ُ SIDPP  معلوم شود . هدف از تعیین  SIDPP  مشخص کردن فشار سازند و بکار بردن وزن گل مناسب برای کشتن چاه است .

SIDPP  در واقع عبارت است از فشار اضافه ای که سازند به فشار هیدرواستاتیک گل درون لوله ها وارد می کند .

زمان مورد نیاز برای اینکه Shut in pressure   پایدار شود به نفوذ پذیری سنگ ، درحه    under balance   نوع  influx  و عمق چاه بستگی دارد .

در بعضی از موارد گاز به دلیل سبک تر بودن نسبت به گل تمایل به بالا امدن در انالوس دارد . بالا امدن گاز باعث افزایش فشار در لوله ها و انالوس می شود . در این موارد لازم است که توجه داشته باشید افزایش فشار ناشی از این گاز معرف نادرستی از فشار اصلی سازند می باشد .

فشار ثبت شده  در سمت  drill pipe  و  casing  که بیشتر از فشار مورد نیاز برای تعادل با فشار سازند است  trapped pressure  نامیده می شود .   trapped pressure  در دو حالت بوجود می اید

الف – بستن چاه بودن خاموش کردن کامل پمپ ها

ب – مهاجرت گاز

لازم به ذکر است که  trapped pressure  باعث خواهد شد که تمام محاسبات کشتن چاه نادرست باشد .

اگر چه ممکن است حضور  trapped pressure  در ازمایشات سرسری مشخص نشود با عین حال پرو سه زیر روش معین کردن ان را توضیح می دهد .

1-       ابتدا از طرف  casing  مقادیر کم ( کمتر از 1 بشکه ) را تخلیه کنید و پس از ان چاه را ببندید . اگر فشار لوله ها در هر بار که گل از چوک بیرون می ریزد به طور پیوسته شروع به کاهش کرد عملیات بالا را مجدد تکرار کنید .

2-       اگر بعد از دو بار تکرار موفق فرایند فوق  SIDPP  یکسان باقی ماند این همان SIDPP  واقعی می باشد . لازم به ذکر است که بعد از بدست اوردا SIDPP  واقعی عمل  bleed off  باید قطع گردد زیرا تکرار ان باعث  influx  بیشتر می شود .

3-       لازم است است که از سمت  casing  فقط موارد کم ( 4/1 الی 2/1 بشکه ) بیرون ریخته شود زیرا بیرون ریختن مقادیر بیشتر گل ممکن است باعث  influx  بیشتر گردد .

مثالهایی وجود دارد که در ان  float valve  در داخل لوله ها قرار دارد  float valve  یک شیر یک طرفه می باشد که از حرکت سیال به داخل لوله و افزایش فشار جلوگیری می کند . وقتی که یک  float valve  در داخل لوله ها باشد به طور طبیعی از ثبت فشار kick  روی  gauge  فشار ممانعت به عمل می اورد .   در این حالت برای بدست اوردن  SIDPP  باید راه دیگری را در پیش گرفت.

 برای بدست اوردن  SIDPP  در صورتی که یک  float valve  بکار رفته باشد دو روش وجود دارد . در روش اول   kill rate  قبل از وقوع  kick  مشخص شده است و روش دوم زمانی است که افت فشار سیستم قبل از وقوع  kick  مشخص نشده باشد .

 

مورد اول : SIDPP  را در حالت مشخص بودن  kill rate  بدست می اوریم)  float valve)استفاده شده است  

 

 

الف – چاه را ببندید و  SICP  را ثبت کنید و  kill rate  که قبل بدست اورده اید معین نمایید

ب –  SICP  را ثابت نگه داشته و پمپ ها را به  kill rate  معین شده برسانید

پ – به  circulating pressure  بدست امده از پمپ ها با  kill rate  معین توجه نمایید .

ت – پمپ ها را خاموش کرده و چوک را ببندید .    circulating pressure  بدست امده از پمپ ها با  kill rate  مشخص شده منهای circulating pressure بدست امده با همان  pump rate  عبارت خواهد بود از  SIDPP

 

 

 

مورد دوم :  kill rate  مشخص نشده است (float valve    استفاده شده است )

 

الف – چاه را ببندید و یک پمپ حجم پایین و فشار زیاد   به  standpipe  وصل نمایید .

ب – پمپ را روشن کنید و تمام   line  ها را با گل پر کنید . هر گونه هوای باقی مانده در لوله ها باعث قرائت نادرست فشار می شود .

پ – فشار پمپ ها را افزایش دهید . تا سیال شروع به حرکت نمایید و اولین فشار باعث حرکت سیال همان  SIDPP  می باشد .

 

 

تعیین نوع  influx

 

 اگر یک  kick  اتفاق بیفتد نوع سیال وارد شده را می توان معین نمود سیال می تواند اب ، گاز ، نفت یا ترکیبی از هر سه انها باشد . البته لازم به ذکر است که تعیین نوع انها یک محاسبه تقریبی می باشد .. اگر نوع سیال ترکیبی از اب و گاز و نفت باشد تعییت انها تقریبا غیر ممکن می باشد . فرمولهای بدست اوردن نوع سیال ورود ی به صورت زیر است :

 

 Influx gradient = (mud gradient ) – (SICP – SIDPP ) /  length of influx

 

 که  mud gradient  مساوی است با گرادیانت گل در لوله ها حفاری و   influx gradient  گرادیان سیال چاه

 برای تبدیل مقدار گرادیان سیال  باید ان را بر عدد  0,052 تقسیم کنید .

 به عنوان یک قانون عمومی یک سیال با گرادیان  1-3 ppg  گاز است و  3-5 ppg  مخلوط اب و گاز و نفت  و  5-7 ppg  اب یا مخلوط اب و نفت است

 

مثال : فرض کنید چاهی با داده های زیر داریم

 Tvd             =            10000 ft

Mw in drill pipe                 =  12 ppg

Hole id                           = 9.875 “

DP OD =                                      5”

SIDPP  =                                     520 psi

SICP  =                                                650 psi

Pit gain   =                                                                   40 bbls

 نوع سیال را تعیین نمایید

 

 Mud gradient     =                           12 * 0.052   =   0.624  psi /ft

 Ann vol           =              (9.857 ) ^ 2   -         ( 5 ) ^ 2   /   1029             = 0.07 bbl / ft

 

 Length of influx   =                          pit gain (bbls )         /              ann vol   =    40 / .07 = 571 ft

 

Gradient influx   =  mud gradient   - (SICP – SIDPP ) /  len of influx

  = 0.624 –(650 -520 ) / 571      =         0.391 psi / ft

 

 حال این گرادیان را به وزن تبدیل می کنیم

 0.391   /   0/052   = 7.5

 

 یعنی سیال اب یا مخلوط اب و نفت است

محاسبه وزن گل برای کشتن چاه

بعد از بستن چاه و معین کردن  SIDPP  و  SICP  و نیز   GAIN  مرحله بعد وزن گل مناسب برای کشتن چاه محاسبه شود

وزن گل برای کشتن  KMW  گفته می شود و از طریق فرمول زیر بدست می اید :

 

 KMW   =    SIDPP   *  19.12  /  TVD   + OMD

 

OMD  وزن گل قبل از  KICK  است

 یا

 

KWM   =   SIDPP /  0.052 * TVD     + OMD

 

 

 

پروسه کشتن  kick

 

 برای غلبه و کشتن چاه روشهای متعدد ی وجود دارد  که در اینجا به شرح انها می پردازیم ولی پیش از پرداختن به این کار لازم است توضیح داده شود که اساس تمام روشها در نهایت یکسان بوده و هدف از انها برابر کردن فشار سازند با فشار هیدرواستاتیک می باشد .

 

 1- روش  wait   &  weight

 در این روش KMD  ( گل سنگین برای کشتن چاه ) بلافاصله به درون لوله ها پمپاژ می شود که این عمل فشار هیدرواستاتیک درون لوله ها را افزایش می دهد . بنابراین باید اجازه داد تا فشار داخل لوله ها در حالی که به سمت مته فرستاده می شود کاهش یابد . وقتی که گل سنگین به مته رسید فشار هیدرواستاتیک اعمال شده به وسیله گل در لوله ها برابر یا بیشتر از فشار سازند می شود . در این حالت چاه در سمت لوله ها کشته شده است . و  SIDPP  در این نقطه برابر با 0 خواهد بود . وقتی که پمپ ها مجدد روشن شد ویک بار دیگر به  KILL RATE  رسید فشار درون لوله برابر با فشار گردشی مورد نیاز برای حرکت دادن گل با ان  rate  می شود . از انجایی که تغییرات دیگری در گل داخل لوله ها صورت نمی گیردباید فشار داخل لوله ها و پمپاژ گل ثابت نگه داشته شود  در این حالت باید اجازه داد تا گل درون انالوس با گل سنگین جایگزین شود . وقتی گل سنگین به سطح رسید چاه باید کشته شده باشد . برای کشتن چاه از برنامه ای به نام  KILL SHEET  استفاده می شود . در این برنامه فشار مورد نیاز در ازائ مقدار پمپاژ گل بررسی می شود . در واقع  بررسی جدولی فشار داخل لوله ها در مقابل تعداد استروک ها می باشد .

جدول  Kill Sheet  به روش زیر پر می شود . 

 

1-       محاسبه تعداد استروکهای مورد نیاز برای جایگزین کردن گل داخل لوله ها با گل سنگین برای کشتن چاه

2-       محاسبه  CIRCULATING PRESSURE    اولیه .  این مقدار با اضافه کردن  SIDPP  به فشار KILL RATE  محاسبه می گردد .

3-       محاسبه CIRCULATING PRESSURE  نهایی

این مقدار از طریق زیر محاسبه می گردد .

 FCP =   KILL RATE PRESSURE * KMD  /  OMD

 

4 – رسم گل پمپ شده در محور  افقی

5 – رسم  میزان فشار در محور قائم

فشار لوله های حفاری با یک  RATE  ثابت در حالی که با گل سنگین جایگزین می شود  کم خواهد شد   سیر کم شدن فشار در لوله ها ادامه پیدا خواهد کرد تا زمانی که تمام گل داخل لوله ها با گل سنگین جایگزین شود و در این نقطه فشار ثابت خواهد ماند . بنابراین این پلات تنها با رسم دو نقطه می تواند کامل شود . یعنی فشار اولیه با صفر استروک و فشار نهایی با تعداد استروکهای مورد نیاز براب جابجاییی کل گل داخل لوله ها

دو نقطه را به هم متصل کرده و این خط صاف بیانگر فشاری است که باید در همه زمانها  در لوله ها نگه داشته شود تا گل سنگین به پایین لوله ها برسد . باز کردن چوک  گاها برای تنظیم فشار داخل لوله ها لازم است .

 

شکل صفحه 49

 

مراحلی که در روش  WAIT & WEIGHT  باید انجام شود :

1-       چاه را ببندید

2-       SIDPP , SICP  و   میزان  GAIN  را یادداشت کنید و ببینید ایا  trapped pressure  داریم یا نه

3-        وزن گل برای کشتن چاه را محاسبه کنید . و گل داخل مخازن را به این وزن برسانید و  kill sheet  را در حالی که گل را سنگین می کنند پر نمایید .

4-        SICP  را با استفاده از چوک ثابت نگه دارید و پمپ ها را روی مقدار  kill rate  بیاورید . بعد از اینکه پمپها به میزان  kill rate  رسیدند مطمئن شوید که فشار داخل لوله ها برابر با مجموع  SIDPP  و فشاری که قبلا از  kill rate  بدست اورده اید می باشد .

5-       جدول  فشار داخل لوله ها را درزمانی که گل سبک داخل لوله با گل سنگین جایگزین می شود را دنبال کنید .

6-       وقتی که گل داخل لوله ها با گل سنگین جایگزین شد چاه باید بسته شود . SIDPP  در این نقطه باید صفر باشد .

7-       بعد از مرحله 6  SICP  را از طریق چوک ثابت نگه داشته و پمپ ها را یک بار دیگر به مرحله  kill rate  برسانید

8-       فشار داخل لوله ها را ثابت نگه دارید تا اینکه گل سنگین به سطح برسد .

9-       وقتی گل سنگین به سطح رسید پمپ ها را خاموش کرده و چاه را ببندید . در این حالت تمام فشار های  shut in  باید صفر باشد . چوک را باز کرده و ببنید جریانی وجود دارد یا خیر . بعد  BOP  را باز کنید و چوک را ببندید و ببینید ایا چاه کشته شده است .

 

بعضی از افراد ترجیح می دهند که جدول  kill sheet  را به صورت ریاضی محاسبه کنند برای این حالت مثالی می اوریم :

 

داده های زیز موجود است

 SIDPP  =      500   PSI

KILL RATE PRESSURE   =       1000   PSI

OMD    =      10 PPG

KMD    =      11 PPG

 

 استروک های مورد نیاز برای جابجایی گل با گل سنگین در لوله ها  500 استروک در نظر بگیرید

فشار اولیه  1500  PSI

 

 فشار نهایی 1100  PSI  

 

می دانیم که فشار داخل لوله ها باید در زمانی که گل سنگین با یک  rate  ثابت پمپ می شود به طور ثابت کاهش پیدا کند در این مثال از 1500 به 1100  psi  با 500 استروک خواهد رسید . بنابراین کاهش فشار لوله ها به استروک عبارت خواهد بود از :

فشار نهایی – فشار اولیه تقسیم بر استروکهای مورد نیاز برای جایگزینی گل داخل لوله ها با گل سنگین

 

پس داریم

 

 1500 -1100 /500  === 0.8  psi /stroke

پس حدول می تواند به صورت زیر باشد

 

 تعداد استروک ها                                                                                    فشار داخل لوله ها

0                                                                                                                  1500

 

100                                                                                                           80 -1500=1420

200                                                                                                                 80-1420=1340

300                                                                                                                  0 8- - 1340 =1260

400                                                                                                                   80 – 1260 = 1180

50