سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
تعادل فشار در سیال حفاری در چاه
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱:۱٥ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٥/٥/٢۸
 

تعادل فشار

وقتی سیلان اتفاق می افتد و متعاقب آن دهانه چاه مسدود می گردد در حقیقت تعادل فشار در جاه برهم خورده است تعادل فشاری که در شرایط حفاری توسط ستون سیال حفاری ایجاد می شد اکنون قسمتی از آن توسط اعمال فشار از سطح که همان فشار بسته چاه در رشته حفاری و لوله های جداری است تامین می شود.

برای بدست آوردن دانسیته سیال حفاری لازم برای برای کشتن چاه از فشار تثبیت شده رشته حفاری در سطح پس از بستن دهانه چاه استفاده می شود. با این فرض که رشته حفاری بطور کامل از سیال حفاری پرشده و این سیال حفاری با دانسیته مشخص یک فشار هیدرواستاتیکی به کف چاه وارد می کند،در مقابل سیال سازندی یک فشار به سیال حفاری وارد کرده که قادر است ضمن جبران فشار سیال حفاری ، فشار اضافی نیز در سطح ایجاد نماید.

SIDPP فشار رشته حفاری در دهانه چاه بسته شده+فشار هیدرواستاتیکی ستون سیال حفاری در رشته حفاری = فشار سیال سازندی

از آنجاییکه سیال درون رشته حفاری و لوله های جداری در تبادل هستند می توانیم رشته حفاری و لوله های جداری را به مثابه دو پایه یک لوله U شکل در نظر بگیریم از آنجاییکه فشار در دو پایه می بایست مساوی و معادل فشار سیال سازندی باشد لذا تعادل فشار در بخش لوله های جداری به صورت زیر خواهد بود.

فشار بسته لوله های جداری در سطح + فشار هیدرواستاتیکی سیال سیلان کرده + فشار هیدرواستاتیک سیال حفاری = فشار سیال سازندی

با توجه به مخلوط بودن سیال سازندی و سیال حفاری در دالیز لوله های جداری ، امکان بدست آوردن فشار سیال سازندی از روی فشار بسته لوله های جداری در سطح وجود ندارد. حال آنکه رشته حفاری یک دست از سیال حفاری پرشده است، به همین دلیل با استفاده از فشار بسته رشته حفاری در سطح می توان فشار سیال سازندی را بدست آورد.

برای کنترل چاه ما نیاز داریم که با توجه به عمق چاه ، سیال حفاری بسازیم که فشاری معادل و یا کمی بیشتر از فشار سازندی در کف چاه ایجاد نماید، با توجه به فشار سازندی محاسبه شده از فشار بسته رشته حفاری در دهانه چاه و دانسیته گل حفاری موجود در چاه و عمق چاه می توانیم شیب فشار سازند را محاسبه و دانسیته سیال حفاری کشتن چاه را بدست آوریم.

دانسیته کشتن چاه باید به اندازه ای بیشتر از دانسیته گل موجود در چاه باشد که با توجه به عمق چاه ، بتواند فشار رشته حفاری در دهانه چاه بسته را جبران کند.

SIDPP(PSI)             + دانسیته سیال حفاری PPG = دانسیته گل کشتن چاه PPG

(ft)x 0.052 عمق چاه

با داشتن فشار سازند دانسیته گل کشتن چاه را می توان از رابطه زیر بدست آورد.

(psi) فشار سازند            = دانسیته گل کشتن چاه PPG

(ft)x 0.052 عمق چاه

کشتن چاه به روش فشار ثابت در ته چاه.

در حال حاضر سه روش کشتن چاه بر پایه فشار ثابت در ته چاه به عبارت زیر وجود دارد.

- روش حفار

- روش وزن و انتظار

- روش تلفیقی

این سه روش در اصول مشابه هستند و تنها از نقطه نظر زمان پمپ کردن گل کشتن با هم متفاوت هستند.

در روش حفار، فرآیند کشتن چاه شامل دو چرخشی  کامل سیال حفاری درون چاه می باشد. در چرخش اول بدون اضافه کردن دانسیته، سیال حفاری را پمپ می کنند تا ته چاه بالا بیاید. انتظار می رود با پمپ کردن سیال حفاری و بالا آمدن ته چاه ، سیال سازندی که سیلان کرده است از چاه خارج میشود. قبل از شروع چرخش دوم دانسیته سیال حفاری را بالا برده تا به وزن لازم برای کشتن چاه برسد، در این چرخش گل کشتن چاه را پمپ می کنند تا ته چاه بالا آید و تعادل فشار در چاه برقرار شود.

در روش وزن و انتظار : گل کشتن چاه را از همان ابتدا پمپ می کنند، با چرخش کامل سیال و بالاآمدن ته چاه ، هم سیال سازندی و سیلان کرده از چاه خارج می شود و هم با استقرار سیال سنگین تر تعادل فشار در چاه برقرار می شود. در واقع دو عمل در یک چرخش سیال حفاری به انجام می رسد.

در روش تلفیقی ، سیال سازندی سیلان کرده را از چاه در شرایطی خارج می کنند که سیال پمپ شده به درون چاه در شرایطی خارج می کنند که سیال پمپ شده به درون چاه به صورت مرحله ای افزایش دانسیته داده می شود تا به دانسیته گل کشتن چاه محاسبه شده برسد. این روش در حقیقت تلفیقی از دو روش فوق است ، نه مانند روش وزن و انتظار منتظر ساختن سیال کشتن چاه می شویم و نه مانند روش حفار سیال موجود پمپ می شود.

روش حفار

در روش حفار سیال موجود ابتدا پمپ می شود تا ته چاه بالا آید و سیال حفاری سیلان کرده از چاه خارج شود. سپس وزن سیال حفاری را بالا برده تا به دانسیته گل کشتن چاه برسد. گل جدید را در گردش دوم پمپ کرده تا ته چاه بالا آید. در گردش کامل دور دوم و استقرار گل گشتن ، فشار چاه متعادل شده و فشار در سطح چاه بسته صفر می شود.

در این روش لازم است ، حداقل دو بار  سیال حفاری بطور کامل از درون لوله های حفاری پمپ و از دهانه لوله های جداری خارج شود. بنابراین در گردش اول سیال سازندی سیلان کرده از چاه خارج می شود و در چرخش دوم گل کشتن چاه پمپ شده و فشار چاه متعادل می شود، این ساده ترین روش کشتن چاه است که نیاز به محاسبات طولانی ندارد. اما در این روش چاه برای مدت طولانی تحت فشار عملیات کشتن چاه قرار می گیرد . مدت زمان عملیات کشتن چاه از دو روش دیگر بیشتر بوده و امکان بروز مشکل در چوک وجود دارد. همچنین فشار در لوله های جداری در گردش اول بیشتر از دو روش دیگر است.

توجه : از آنجاییکه فشار لوله های جداری در این روش حین خارج شدن گاز سیلان کرده از دهانه چاه بسیار بالا خواهد رفت ، لازم است فشار در لوه های جداری در دهانه چاه بسته توسط چوک بگونه ای کنترل شود ، که فشار در این لوله های بیشتر از فشار قابل تحمل آنها نشود.

از این روش اغلب در دستگاه های حفاری کوچک خشکی استفاده می شود ، که تجهیزات و نفرات زیادی در اختیار حفار نیست ، همچنین از این روش در کشتن چاه های جهت دار و افقی استفاده می شود که احتمالا سیلان ناشی از مکش اتفاق افتاده باشد.

به اضافه این روش برای کشتن چاه هایی مفید است که اطلاعات کمی از وضعیت چاه در دسترس باشد.

خلاصه :

در چرخش اول ، سیال موجود پمپ می شود تا از ته چاه بالا آمده و سیال سازند سیلان کرده از چاه خارج شود.

چرخش اول سیال حفاری

1.چاه بسته شده اطلاعات ثبت می شوند.

2.در صورت انتخاب گردش آرام سیال حفاری از روی فشار مربوط به گردش آرام سیال حفاری PCSR فشار لازم برای شروع پمپاژ درون رشته را از رابطه زیر بدست آورید. فشار در دهالنه رشته حفاری چاه بسته + فشار گردش آرام سیال حفاری = فشار شروع پمپاژ  درون رشته

ICP = PCSR + SIDPP

3.چوک را به اندازه یک چهارم باز کرده ، پمپاژ سیال حفاری به درون رشته را به آرامی شروع کرده و کم کم سرعت پمپاژ برای کشتن چاه برسانید.

4.با افزایش پمپاژ و رساندن آن به سرعت کشتن چاه توسط حفار ، شخص مستقر بر روی چوک بایستی با توجه به فشار لوله جداری در سطح ، چوک را به اندازه ای باز کند که فشار روی لوله  جداری در حد فشار بسته چاه ثبت شده ، قبل از شروع پمپاژ باقی بماند.

5.زمانیکه پمپاژ به سرعت کشتن چاه رسید، شخص مستقر بر روی چوک می بایست توجه خود را معطوف فشار رشته حفاری کند ، چوک را به اندازه ای باز کند که فشار روی لو له های حفاری در حد فشار اولیه چرخش سیال حفاری باقی بماند.

6.در گردش بار اول سیال حفاری درچاه لازم است، فشار روی لوله های حفاری توسط چوک ، در حد فشار اولیه چرخش سیال ،ثابت نگه داشته شود ، تا تمام سیال سازندی سیلان کرده از چاه خارج شود. سرعت پمپاژ سیال حفاری نیز بایستی در حد سرعت کشتن چاه ثابت نگه داشته شود.

7.زمانیکه سیال سازندی سیلان کرده از چاه بیرون ریخته شد ،چاه را مسدود کرده و گل کشتن چاه را بسازید.

             SIDPP   +  PPG وزن گل اولیه = وزن گل کشتن چاه

T.V.Dx0.052

گردش دوم سیال حفاری

با پرشدن لوله های حفاری از گل گشتن چاه ، فشارپمپاژ گل کم می شود. در عمل اگر سیال سازندی سیلان کرده در گردش نخست سیال حفاری از چاه خارج شده باشد ، برای ثابت نگه داشتن فشار لوله جداری ، پس از رسیدن سرعت پمپاژ سیال حفاری به سرعت کشتن چاه ، درگردش دوم که گل کشتن چاه در حال پمپ شدن است ، نیازی به تغییر دادن چوک نیست.

تعیین فشار شروع چرخش سیال حفاری

چنانچه چرخش آرام سیال حفاری اتخاذ نشود. فشار شروع چرخش را می توان با استفاده از فرآیند شروع چرخش در روش کشتن چاه به شیوه حفار تعیین کرد.

پس از اینکه سرعت پمپاژ به مقدار ثابت لازم برای کشتن چاه رسید پمپ روی فشار اولیه چرخش سیال حفاری ثابت خواهد ماند، زمانیکه فشار روی لوله های جداری ثابت،نگه داشته شود.

هشدار: وجود یک سرعت پمپاژ کشتن چاه از پیش تعیین شده یک عقیده اشتباه است، نباید به پرسنل گفته شود که یک سیلان منحصرا با یک سرعت خاص کنترل شود.

فرایند کشتن چاه شامل موارد زیر است :

1.نگه داشتن فشار روی لوله های جداری

2.تنظیم پمپ گل روی سرعت پمپاژ کشتن چاه ، تنظیم چوک به شکلی که فشار روی لوله های جداری روی مقدار مشخص شده ثابت بماند.

3.به محض تنظیم سرعت پمپاژ توسط حفار روی فشار جدید، باید جدید پمپاژ مد نظر قرار می گیرد ، لازم بذکر است که فشار پمپاژ تابعی از سرعت پمپاژ و دانسیته سیال حفاری می باشد.

4.اندازه روزنه چوک با سرعت پمپاژ کشتن چاه تنظیم شود.

روش وزن و انتظار

به روش وزن و انتظار ، روش مهندسی و یا روش یک چرخشی نیز گفته می شود. چرا که از نظر تئوری چاه را با یک چرخش سیال حفاری می کشند.

زمانیکه دهانه چاه مسدود شد و فشار در دهانه چاه تثبیت شد. از فشار تثبیت شده لوله های حفاری در دهانه چاه برای محاسبه دانسیته گل کشتن چاه استفاده منی شود. گل کشتن چاه در مخزن ذخیر ساخته شده ، سپس درون لوله های حفاری پمپ می شود. در ابتدای پمپاژ گل کشتن چاه، فشار را باید در حدی افزایش داد که ضمن تامین فشار لازم برای چرخش گل، بر فشار لوله های حفاری در حال چاه بسته نیز غلبه کند. با پایین رفتن گل کشتن چاه و پر شدن لوله های حفاری تا رسیدن گل به مته ، فشار پمپاژ بصورت پیوسته کاهش می یابد. زمانیکه گل کشتن چاه به مته رسید، پمپاژ با فشار لازم برای چرخش سیال حفاری در چاه برابر می شود.

چوک را باید به گونه ای تنظیم کرد که فشار پمپاژ با پایین رفتن گل کشتن چاه از درون لوله های حفاری طبق نمودار تغییرات فشار کاهش یابد. با رسیدن گل کشتن چاه به مته ، فشار هیدرواستاتیکی ستون گل در رشته حفاری ، با فشار سازندی برابر می شود. در ادامه چرخش گل کشتن چاه ، حین بالا آمدن از دالیز چاه سیال سازندی سیلان کرده را با خود به سطح می آورد ، در این مرحله لازم است روزنه چوک را به گونه ای تنظیم کنیم که فشار پمپاژ در حد فشار چرخش نهایی سیال حفاری باقی بماند.

فرآیند اجرای روش وزن وانتظار

برای محاسبه دانسیته گل کشتن چاه در این روش از همان روش محاسبه گفه شده در روش حفار استفاده می شود.

 

SIDPP               + PPG  ون گل اولیه = وزن گل کشتن چاه

T.V.Dx0.052

وزن گل کشتن چاه به PPG و فشار اولیه لوله های حفاری در دهانه بسته چاه (SIDPP) به PSI و عمق واقعی چاه ( T.V.D) به فوت می باشد.

زمانیکه گل کشتن چاه آماده شده ، طبق روش گفته شده در فرآیند قبلی شروع به پمپاژ آن درون رشته حفاری می کنیم.

روزنه چوک را بازنموده و سرعت پمپاژ را به آرامی افزایش می دهیم تا به سرعت پمپاژ کشتن چاه برسد.

در زمانیکه حفار تلاش می کند تا سرعت پمپاژ را به سرعت کشتن چاه برساند،

نفردیگر روی چوک باید تلاش کند تا روزنه چوک را به اندازه ای بازکند که فشار لوله

جداری در حد فشار تثبیت شده زمان بستن دهانه چاه به SICP باقی بماند

زمانیکه سرعت پمپاژ به سرعت کشتن چاه و پرشدن رشته حفاری از بالا، فشار در لوله

های حفاری طبق نمودار رسم شده در شکل 3.5 با تنظیم  روزنه چوک فشار پمپاژ گل

کشتن چاه با پرشدن لوله های حفاری از بالا، متناسب با نمودار رسم شده در شکل 3.5

کم می شود.

تنها با مهاجرت گاز سیلان کرده به دهانه چاه به مته ، فشار پمپاژ بدون تغییر و در حد

فشار چرخش نهایی PCF تا رسیدن گل پمپ شده از طریق دالیز به سطح باقی می ماند.

مانند کشتن چاه به روش حفار ، فشار پمپاژ چرخش نهایی PCF تا زمانیکه سرعت

پمپاژ، تغییر نکند،ثابت خواهد ماند. در صورتیکه سرعت پمپاژ به هر دلیلی اشتباه

انتخاب شده باشد،طبق روشی که قبلا گفته شد، می توان

سرعت پمپاژ را تغییر داد . اما در صورت امکان از تغییر سرعت پمپاژ

صرفنظر کنید.

درفاز دوم که گل کشتن چاه شروع به بالاآمدن  از دالیز چاه می کند و سیال سازندی

سیلان کرده را با خود بالا می آورد، با تنظیم روزنه چوک فشار روی استند پایپ را

ثابت و در حد PCF نگه می دارند، ولی با بالا آمدن سیال سازندی اندک اندک فشار در

لوله جداری در سحطح افزایش یافته و با انبساط گاز در سطح این فشار به حداکثر خود

می رسد، ولی با خروج تدریحی گاز از روزنه چوک و خارج شدن سیال سازندی سیلان

کرده از چاه فشار لوله جداری کم شده ، در نهایت با رسیدن گل کشتن چاه به سطح فشار

لوله جداری در سطح به صفر می رسد، این پایان فرآیند کشتن چاه به روش وزن و

انتظار می باشد.

 5.5 کشتن چاه به روش حجم سنجی

کشتن چاه به روش حجم سنجی اغلب در چاههای تعمیراتی و یا تحت بهره برداری مورد

استفاده قرار می گیرد. در این روش به گاز اجازه نفوذ به سطح تحت کنترل شده ، داده

می شود. گاز با سرعتی در حدود 1000ft در ساعت به بالا حرکت می کند ، برای

 اینکه به حباب های گاز اجازه انبساط دهند، فشار لوله جداری را به گونه ای تنظیم می

کنند ، که حجم مشخصی از سیال موجود در دالیز چاه اجازه سرریز شدن را پیدا کند.

بمنظور حصول اطمینان از ثابت بودن فشار وارده از سوی ستون سیال موجود در دالیز

به ته چاه فشار لوله جداری در سطح را کنترل می کند.

5.5.1 چه موقع از کشتن چاه به روش حجم سنجی استفاده می شود

-در مواقعی که گاز سیلان کرده ، در حال بالا آمدن باشد مسیر پمپاژ را از درون رشته

مسدود و تنها امکان خواندن فشار روی لوله جداری ، درسطح وجود داشته باشد .

-درمواقعی که رشته حفاری در چاه نباشد ، توپک نشت کرده باشد، نمودارگیری توسط

سیم در جریان باشد گاز ناشی از مکش به سطح مهاجرت کرده باشد.

-در زمانی که فاصله مته از کف چاه زیاد باشد

برای محاسبه حاشیه امن فشار کاری در کشتن چاه به روش حجم سنجی از رابطه زیر

استفاده می شود.