سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
اصول کنترول چاه
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱٠:٥٦ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٥/۸/٢۳
 

اصول کنترل چاه

 

به طور کلی Kick را می توان به دلیل غلبه فشار سازند بر فشار هیدروستاتیک که به دلیل غلبه فشار سازند بر فشار هیدروستاتیک گل حفاری رخ میدهد. در این صورت فشار سازندی بزرگتر، سیالات سازند را وادار به حرکت به سمت چاه می کند. این به جریان افتادن سیالات سازندی به چاه را Kick می گویند. اگر این جریان سیال با موفقیت کنترل شود، Kick کشته شده است. در غیر این صورت، فوران (Blow out) نتیجه یک Kick کنترل نشده است.

در این فصل ابتدا تعریف Kick و انواع کنترل چاه، بیان شده است. سپس دلایل و نشانه های Kick بررسی شده است. در بخش بعدی روشهای استاندارد کنترل چاه، مزایا و معایب هر کدام بررسی می شوند.

2-2) تعریف Kick ]6[

هر گونه جریان سیال سازند، Kick نمی باشد. ممکن است مقادیر کمی گاز، نفت و یا آب نمک در حین حفاری یا تریپ در سازندهای تنگ و محکم (Tight) به درون چاه نفوذ کند. یک جریان پیوسته از افقهای تراوا می تواند به صورت ایمن به وسیله ابزار و روشهای حفاری زیر تعادلی (UBD) به درون چاه هدایت شود. همچنین جریان دادن چاه در یک تست DST، برای تعیین کردن قابلیت تولید یک مخزن، Kick نمی باشد.

هر ورود سیال سازند به چاه که پدید آورنده یک موقعیت اضطراری کنترل چاه باشد، به عنوان Kick تعریف می شود. این بدان معناست که پس از تشخیص چنین موقعیتی بلافاصله با استفاده از فورانگیرها چاه را ببندیم و به وسیله یک کاهنده بر روی فضای حلقوی هم سیال را از چاه خارج کنیم وهم با نگه داشتن پس فشار کافی از ورود بیشتر سیال جلوگیری کنیم.

3-2) کنترل چاه

کنترل چاه بدین معناست که از پدید آمدن Kick جلوگیری کنیم و در صورت رخ دادن این پدیده آنرا به شکل ایمن از چاه خارج و چاه را به وضعیت نرمال برگردانیم. عملیات کنترل چاه را می توانیم به طور قراردادی به دو دسته طبقه بندی کرد.

1-3-2) کنترل اولیه

فرایند نگه داشتن فشار هیدروستاتیک سیال حفاری بیشتر از فشار سیال سازند و کمتر از فشار شکست سازند را کنترل اولیه می گویند. مقدار این اختلاف فشار فراتعادلی راTrip Margin  می گویند. با این اضافه فشارمی توانیم از ورود سیال سازند به درون چاه جلوگیری کنیم.

2-3-2) کنترل ثانویه

اگر به هر دلیلی فشار هیدروستاتیک سیال حفاری کمتر از فشار سیال سازند شود، سیال سازند ناخواسته  به درون چاه جریان پیدا می کند که به اصطلاح می گوییم Kick  رخ داده است. در این صورت باید به سرعت مجموعه فورانگیر را ببندیم تا از خارج شدن سیال حفاری از چاه ودر نتیجه  ورود بیستر سیال سازند به چاه جلوگیری کنیم. حالا با به کار بردن یکی از روشهای کنترل چاه Kick  را به صورت کنترل شده از چاه خارج می کنیم و به کنترل اولیه برمی گردیم.

4-2) شدت و اندازهKick

شدت یکKick  به دو عامل توانایی سازند برای جریان دادن سیال (تخلخل و تراوایی سازند) و میزان اختلاف فشار فروتعادلی بین سازند و چاه بستگی دارد. مجموع این دو عامل باعث یکKick  شدید خواهد شد.]7[

کمینه کردن اندازهKick  یک فاکتور اساسی برای افزایش ایمنی عملیات کنترل چاه می باشد.Kick  های کوچکتر، فشار آنالوس و فشار کاهنده کمتری را هم در زمان بستن چاه و هم در زمان بیرون راندنKick  ایجاد می کنند. اندازهKick  به پارامترهایی بستگی دارد که همه آنها مربوط به قابلیت تولید چاه می باشند ولی تعدادی از آنها را می توانیم کنترل کنیم. این پارامترها را میتوان به صورت زیر خلاصه کرد:]5[

پارامترهای قابل کنترل :

پارامتر

عامل تاثیر گذار

 

اختلاف فشار فرو تعادلی

وزن گل

 

طول حفاری شده از مخزن

سرعت حفاری + زمان تشخیص Kick  

 

مدت زمان فرو تعادلی بودن چاه

زمان تشخیصKick  و بستن چاه

 

قطر چاه

اندازه حفره

 

پارامترهایی که قابل کنترل نیستند :

  • تراوایی سازند
  • نوع و قابلیت حرکت سیال سازند
  • اثر پوسته ای

5-2) دلایلKick

در عملیات حفاری سعی می کنیم تا فشار هیدروستاتیک گل حفاری را بیشتر از فشار سازند نگه داریم. ولی گاهی اوقات به دلایل مختلفی فشار سازند بر فشار گل غلبه می کند و kick اتفاق می افتد. دلایل اصلی Kick  ها عبارتند از:

  • پر نکردن چاه موقع لوله بالا
  • Swabbing & Surging
  • وزن کم گل
  • فشار فرا عادی سازند(Abnormal Pressure)
  • هرزروی گل
  • گاز کم عمق
  • سرعت حفاری زیاد در سازندهای گازدار

بررسی ها در گذشته نشان می دهد که بخش اعظمی از مشکلات کنترل چاه در زمان عملیات Trip پیش آمده است. کاهش فشار ته چاه اغلب به دلایل زیر پدید می آید:]1[

  • نداشتن ECD در زمان خاموش کردن پمپها
  • کاهش سطح گل به دلیل پر نکردن چاه در زمان لوله بالا
  • مکش (Swabbing  )

1-5-2) پر نکردن چاه موقع لوله بالا

یکی از دلایل معمول Kick  می باشد. اگر سطح گل داخل چاه بیافتد، به دلیل کم شدن ارتفاع ستون گل فشار ته چاه کاهش می یابد. به محض بیرون کشیدن لوله های حفاری و وزنه از چاه، باید حجمی از گل معادل با حجم فلز جابجا شده اضافه کنیم تا چاه پر بماند. در غیر این صورت اگر فشار ته چاه کمتر از فشار سازند شود، از هر نقطه بدون جداری ممکن است Kick  رخ دهد.

اگر حجم گل مورد نیاز برای پر کردن چاه کمتر از حجم فلز جابجا شده باشد، آنگاه:

  • سیال سازند باید وارد چاه شده باشد.
  • گاز وارد شده به چاه منبسط می شود.

حجم فلز در طول مشخصی از لوله های وزنه تقریبا پنج تا ده برابر حجم فلز در همان طول از لوله های حفاری است. در نتیجه حجم گل بیشتری برای جابجا کردن لوله های وزنه لازم است. همچنین اگر چاه پر نشود، سطح گل خیلی بیشتر از حالت لوله های حفاری می افتد.

دو سیستم را می توانیم به منظور پر کردن چاه به کارببریم:

  • لاین Fill up  گل با شمارنده استروک
  • تریپ تانک با چرخش پیوسته گل

 

 

شکل 1-2) تریپ تانک با چرخش پیوسته گل

عملیات لوله بالا ممکن است به دو صورت Tripping Dry و Tripping Wet انجام شود. در حالتDry سطح گل، به ازاء خروج واحد حجمی لوله هم داخل آنالوس و هم داخل لوله حفاری می افتد. در حالت Wet سطح گل، به ازاء خروج واحد جابجایی فلز و واحد حجمی لوله فقط در آنالوس می افتد. در نتیجه در حالت Wet با بیرون کشیدن تعداد شاخه کمتری همان افت فشار در حالت Dry پدید می آید.

در زیر فرمولهایی برای محاسبه افت فشار حاصل از بیرون کشیدن هر فوت از لوله ها بیان شده است.]1[

 

2-5-2) Swabbing and Surging

در اثر بیرون کشیدن رشته حفاری، فشار ته چاه به زیر فشار سازند کاهش می یابد و در نتیجه سیالات سازند به درون چاه جریان می یابد. به این پدیده Swabbing یا مکش گفته می شود. به دلیل اصطکاک بین گل و رشته حفاری در حال بیرون کشیدن، یک افت فشار در آنالوس بوجود می آید که باعث کاهش فشار هیدروستاتیکی ستون گل می شود. مکش همچنین می تواند به علت هم قطر بودن ابزار ته چاهی (مته، تراشنده، تثبیت کننده، مغزه گیر و... ) با خود چاه بوجود آید که به آن Balled up شدن می گویند. وقتی این ابزار از داخل گل کشیده می شوند یک اثر پیستون مانند بوجود می آید. یک حجم گوچکی از سیال سازند ممکن است از قسمت بدون جداری به درون چاه جریان یابد. مجموع کاهش در هیدروستاتیک مربوط به این سیال با دانسیته پایین می باشد. اگر سیال سازند گاز باشد حتما به سمت بالا مهاجرت می کند و منبسط می شود. این انبساط ممکن است وقتی اتفاق بیافتد که تعداد کمی لوله در چاه مانده باشد یا هیچ لوله ای در چاه نباشد. پدیده مکش چه مقدارش بزرگ باشد یا کوچک، یک خطر شناخته شده می باشد.

در اثر راندن سریع لوله های حفاری به داخل چاه، فشار ته چاه افزایش می یابد. اگر از فشار شکست سازند تجاوز کند ممکن است هرزروی کامل گل اتفاق بیافتد. به این پدیده Surging گفته می شود.

 

شکل 2-2) پدیده های Swabbing & Surging

عوامل موثر بر مکش عبارتند از:

  • سرعت بیرون کشیدن لوله از چاه
  • وضعیت گل حفاری
  • وضعیت هندسی چاه
  • Balled up بودن ابزار ته چاهی

سرعت بیرون کشیدن لوله از چاه: این اثرپیستونی با سریع بالا کشیدن لوله ها افزایش می یابد. ناظر عملیات باید اطمینان حاصل کند که لوله ها به آرامی از ته چاه بالا کشیده می شوند. در نمودار زیر برای وزن گل برابر با ppg 9/16 سرعت بالا کشیدن لوله برای عمقهای مختلف پیشنهاد شده است. 

شکل 3-2) سرعتهای پیشنهادی بیرون کشیدن لوله با وزن گل ppg 9/16 ]2[

وضعیت گل حفاری: اگر گل دارای گرانروی و مقاومت ژل بالایی باشد، در این صورت تمایل دارد در حین بالا و پایین رفتن لوله به آن بچسبد. در نتیجه مکش و هرزروی کامل اتفاق می افتد. پس کنترل رئولوژی گل مهم می باشد. همچنین هرزروی آب را باید کنترل کرد تا از ایجاد یک کیک گل ضخیم که باعث کاهش قطر چاه می گردد، جلوگیری شود. مقدار Overbalance نیز باید به گونه ای باشد تا بتواند افت فشار ناشی از مکش را جبران کند.

وضعیت هندسی چاه: چاههای با Hole Clearness پایین و چاههای Slim Hole به دلیل فضای حلقوی کوچک باعث بیشتر شدن مکش می شوند. همچنین سازندهای متورم شونده، قطر چاه و فاصله مته یا تثبیت کننده ها تا دیواره چاه را کاهش می دهند.

Balled up بودن ابزار ته چاهی: چون لوله در زمان بیرون کشده شدن از چاه مانند یک پیستون عمل می کند، اگر مته یا سایر ابزار ته چاهی Balled up باشند، اثر مکش بیشتر خواهد شد. آنگاه با بالا کشیدن گل به سمت بالا، مستقیما هد هیدروستاتیکی گل بر روی سازند را کاهش می دهد. حالا اگر فشار چاه تقریبا بافشار سازند بالانس باشد، حتی چند فوت مکش می تواند منجر به Kick یا فوران شود.

3-5-2) وزن کم گل

این عامل، خود به تنهایی در چاههای توسعه ای که فشار سازند مشخص است دلیل Kick می باشد. در یک چاه اکتشافی که فشار سازند تا حدودی نامشخص است، خطر وزن کم گل خیلی بیشتر می باشد.

در یک زون تراوا، وقتی فشار هیدروستاتیک گل کمتر از فشار سازند شود، سیالات سازند وارد چاه می شوند. این اتفاق ممکن است ناشی از علتهای زیر باشد:

  • حفاری یک زون دارای فشار فراعادی
  • رقیق شدن سیال حفاری
  • کم شدن دانسیته سیال حفاری به علت ورود سیالات سازند به ویژه گاز
  • ته نشین شدن مواد وزن افزا
  • پمپ کردن یک ستون طولانی از سیال حایل سبک وزن در زمان سیمانکاری
  • بعد از سیمانکاری، وقتی سیمان شروع به بندش می کند فشار هیدروستاتیکی خود را از دست می دهد.

ذکر این نکته حایز اهمیت است که مقدار اضافه فشار گل نسبت به سازند، در صورت ثابت ماندن گرادیان فشار سازند، با زیاد شدن عمق افزایش می یابد.

4-5-2) فشار فراعادی سازند

برخورد تصادفی با زونهای تراوا با فشار فراعادی در حین حفاری، دلیل دیگری می باشد. به این خاطر که از نشانه های هشدار دهنده ای که در تشخیص فشار فراعادی به ما کمک می کنند، چشم پوشی کرده بودیم. افزایش سرعت حفاری، افزایش گاززدگی گل، کاهش دانسیته شیل، افزایش اندازه کنده ها، افزایش دما در مسیر برگشتی گل و غیره، تعدادی از این نشانه ها می باشند.

هر فشار سازندی که بیشتر از فشار هیدروستاتیک ستون آب اشغال کننده فضاهای خالی تا سطح باشد، به عنوان فشار فراعادی سازند تعریف می شود.

دلایل به وجود آورنده فشارهای فراعادی سازندی مربوط به ترکیبی از فرآیند های زمین شناسی، فیزیکی، ژئو شیمیایی و مکانیکی می باشند.

طبق تعریف، مقدار فشار فراعادی سازند باید بیشتر از فشار هیدروستاتیک نرمال و حتی به بزرگی فشار Overburden باشد. بنابراین گرادیان فشارهای فراعادی بین گرادیان هیدروستاتیک نرمال (0.433-0.465 psi/ft) و گرادیان Overburden (1.0 psi/ft) می باشد. در سازندهای با فشار نرمال، این مقدار مربوط به آب نمک با درجه شوری حدودا 100000 ppm می باشد.

5-5-2) هرزروی گل

وقتی هرزروی اتفاق می افتد، به سرعت فاکتور اضافه فشار فرا تعادلی از بین می رود و کنترل اولیه را از دست می دهیم. هرزروی ممکن است در نتیجه عوامل طبیعی و یا القایی باشد. عوامل طبیعی شامل وجود سازندهای شکافدار، حفره ای، تخلیه فشار شده و با فشار زیر نرمال می باشد. هرزروی القایی می تواند نتیجه شکستن مکانیکی سازند متاثر از عوامل زیر باشد:

  • وزن گل خیلی زیاد
  • فشار چرخشی خیلی زیاد ناشی از اصطکاک در آنالوس
  • قشار Surge ناشی از سریع راندن رشته حفاری به داخل چاه
  • بسته شدن مسیر برگشت گل در آنالوس هنگام چرخش (Packing off)
  • Breaking Circulation

شکل 4-2) نمونه ای از هرزروی گل

6-5-2) گاز کم عمق

یکی از خطرناک ترین موقعیت هایی که ممکن است با آن مواجه شویم حفاری بسته های گازی موجود در عمق کم می باشد. در چاههای اکتشافی بیشتر بسته های گازی کم عمق پیدا می شوند ولی در چاههای توسعه ای بیشتر ماسه های کم عمقی که با گاز شارژ شده اند، وجود دارند. در این مورد، سازندهای کم عمق با گاز فشار بالایی شارژ شده اند که از زونهای عمیق تر چاههای مجاور در اثر یک خرابی یا عیب در آن چاه مهاجرت کرده است. سیمانکاری ضعیف، خرابی لوله جداری، متروکه سازی ناقص چاه، فورانهای درون چاهی و عملیات چاههای تزریقی، همگی دلایل احتمالی هستند.

 

هر انباشتگی گازی که در حین حفاری در عمقی بالاتر از نقطه نشاندن اولین رشته جداری با آن مواجه می شویم، به عنوان گاز کم عمق در نظر گرفته می شود. گاز کم عمق معمولا به شکل انباشتگی هایی در سازندهای رسوبی کم عمق با تخلخل و تراوایی بالا دیده می شود. این سازندها عموما به عنوان سازندهای کم فشار در نظر گرفته می شوند. در حفاری چنین سازندهای گازداری به علت مشکل بودن تشخیص زود هنگام ورود گاز باید خیلی احتیاط کنیم. به خاطر کم عمق بودن چاه گاز به محض ورود منبسط شده و با هشدار ناچیزی به سطح می رسد. در چنین چاهی، یک رشته جداری سطحی کوتاه در سازندی ضعیف نشانده شده است. به خاطر ریسک بالای شکست سازند در کفشک جداری و بالا آمدن گاز در اطراف چاه، لازم است که جریان را منحرف کنیم نه اینکه چاه را ببندیم.

7-5-2) سرعت حفاری زیاد در سازندهای گازدار

وقتی که یک سازند گازذار حفاری می شود، به خاطر آزاد شدن گاز از کنده ها در حین چرخش، گل گاززده می شود. مقدار گاز به حجم گاز داخل سازند، تراوایی سازند، سرعت حفاری و مدت زمانی که کنده ها در داخل چاه هستند که معادل مدت زمان بالا آمدن کنده هاست، بستگی دارد.

گاز داخل چاه در معرض فشار هیدروستاتیک نرمال قرار دارد. همراه با بالا آمدن گاز توسط گل، فشار کم شده و گاز منبسط می شود. مقادیر کمی گاز می تواند باعث کاهش زیادی در وزن گل برگشتی در سطح شود. با وجود اینکه تاثیرات سطحی زیاد به نظر می رسد، مجموع کاهش هد هیدروستاتیک داخل چاه خیلی کم می باشد. با یک گاز زدا (De-gasser) می توانیم قبل از اینکه گل دوباره وارد چاه شود، گاز را از آن جدا کنیم. در غیر اینصورت درصد گاز داخل گل زیاد شده و به طور صعودی کاهش بیشتری در هد هیدروستاتیک رخ می دهد.

اگر در یک سازند گازدار سریع حفاری کنیم، درصد گاز داخل گل به همان شکل زیاد می شود و مشکلاتی به وجود می آورد. انبساط سریع گاز نزدیک سطح باعث می شود تا در Bell nipple گاز به شدت از گل جدا شود و مقداری گل از چاه بیرون بریزد. این پدیده ادامه پیدا می کند و آنقدر گل از دست می رود تا فشار هیدروستاتیک به زیر فشار سازند می رسد و Kick به وجود می آید. این پروسه به محض شروع شدن به سرعت از کنترل خارج می شود.

6-2) تشخیص Kick

اگر به یک سازند تراوا که فشارش بیشتر از فشار هیدروستاتیک گل باشد نفوذ کنیم، کنترل اولیه از بین می رود و چاه Kick می کند. سیستمها و روشهای تشخیص Kick طوری طراحی شده اند که در زودترین زمان ممکن Kick تشخیص داده شود تا پرسنل حفاری سریع عکس العمل نشان داده و در نتیجه از شدت Kick کاسته شود.

نشانه های Kick را می توان به دو دسته تقسیم کرد. دسته اول، آنهایی که هشدار می دهند Kick قریب الوقوع می باشد و یا حداقل احتمال Kick وجود دارد؛ لذا در صورت بی توجهی به این علایم هشدار دهنده ممکن است کنترل اولیه را از دست بدهیم. دسته دوم آنهایی که نشان می دهند Kick قطعا رخ داده است. یعنی کنترل اولیه را از دست داده ایم و باید کنترل ثانویه را به کار ببریم.

1-6-2) نشانه های هشدار دهنده Kick

هشیاری در فهمیدن این نشانه ها مهم ترین مساله در ایمنی چاه می باشد. رعایت این مساله و واکنش مناسب نسبت به آن،باعث می شود تا چاه تحت کنترل بماند. نشانه های مختلفی تحت این عنوان ثبت شده اند که در همه چاهها یکسان نیستند. در یک چاه ممکن است این نشانه ها به صورت تک و یا مجموعی از چند تا باشند. حتی ممکن است نشانه Kick نباشند ولی به خاطر اهمیت موضوع باید حتما بررسی شوند. این نشانه های هشدار دهنده عبارتند از:

  • افزایش سرعت حفاری (Drilling Break)
  • افزایش گشتاور چرخشی (Torque) و Drag
  • کاهش دانسیته شیل
  • افزایش اندازه کنده ها و شکل آنها
  • تغییر خواص گل
  • گاز موجود در گل برگشتی – گل گاز زده
  • افزایش دمای گل برگشتی
  • کاهش D-exponent

در حین حفاری، با ثابت ماندن پارامترهای حفاری چون مته فرسایش می یابد؛ سرعت حفاری یک روند کاهشی پیدا می کند. افزایش ناگهانی سرعت حفاری می تواند بیانگر وارد شدن به یک سازند نرم باشد و این نشانه Kick نیست. در عین حال اگر اختلاف فشار بین هیدروستاتیک گل و سازند کم شود؛ سرعت حفاری افزایش می یابد. یک افزایش سریع در سرعت حفاری می تواند بیانگر این باشد که وارد یک سازند با فشار فراعادی شده ایم و حالت زیر تعادلی به وجود آمده است. البته کاهش ناگهانی سرعت حفاری می تواند بیانگر ورود به سنگ پوش (Cap Rock) باشد و ممکن است فشار زیادی در زیر آن باشد.

افزایش گشتاور و Drag اغلب زمان حفاری بازه های شیلی در حالت زیر تعادلی پیش می آید. شیل منبسط می شود، کنده ها بزرگتر شده و فضای آنالوس را محدود کرده و در نهایت شاید باعث گیر لوله ها شوند. این نشانه، اگر به همراه نشانه های دیگر به کار رود؛ می تواند یک بیانگر خوب برای فشار فرا تعادلی باشد.

دانسیته شیل با افزایش عمق، زیاد می شود ولی اگر یک زون با فشار فراعاذی حفاری شود؛ کاهش می یابد. دانسیته کنده ها را می توان در سطح اندازه گیری کرد و نمودار آن را بر حسب عمق کشید. این نمودار باید روندی نرمال داشته باشد. هر انحرافی در نمودار می تواند بیانگر تغییر سیال سازند و فشار فراعادی باشد.

اندازه و حجم کنده های شیلی که در شرایط زیر تعادلی حفاری می شوند بیشتر از شراط نرمال است. شکل زاویه دار و تیزی دارند. این اثر به این دلیل است که سیالی که در فشار بالا در فضاهای خالی محبوس شده وقتی با فشار هیدروستاتیک کمتر حفاری می شوند منبسط می شود. در نتیجه با انبساط شیل، سرعت حفاری و اندازه حفره زیاد می شود و حجم شیل بر روی شیکر زیاد می شود. خود شیل دارای تخلخل بالا و تراوایی کم می باشد و Kick به وجود نمی آورد. پس مشاهده دقیق شیل بر روی شیکر به همراه نشانه های دیگر می تواند بیانگر شراط زیر تعادلی مناسب برای Kick هنگام حفاری سازند بعدی باشد.

گل های با پایه آب شیرین،در صورت ورود سیال سازند میزان کلرید (در بعضی مواقع کلسیم) آنها افزایش می یابد. این نشانه در گلهای با پایه آب شور یا کلهای با میزان نمک بالا قابل رویت نمی باشد. در برخی انواع مشخص گل با واردشدن آب نمک به چاه دچار پدیده کلوخه شدن (Flocculation) می شوند. ذرات جامد پخش شده در گل به صورت کلوخه در می آیند و در نتیجه گرانروی گل بالا می رود. در گلهای اشباع با آب نمک با PH پایین، گرانروی کاهش می یابد. در گلهای روغنی آب وارد شذه به گل، به عنوان ذره جامد عمل نموده و گرانروی را افزایش می دهد. حضور گاز در گل تاثیر چندانی بر خواص شیمیایی وجریانی گل نمی گذارد. در سطح، گل کف می کند و دانسیته سطحی کاهش و در برخی موارد گرانروی افزایش پیدا می کند.

ورود گاز به گل به چند دلیل رخ می دهد. در حالت اول، به دلیل حفاری یک سازند گازدار متخلخل حتی در شرایط فرا تعادلی می باشد که Drilled Gas نامیده می شود. گاز از طریق کنده ها وارد گل می شود و در سطح در لاین برگشت گل قابل مشاهده است.در حالت دوم، به دلیل کاهش موقتی فشار هیدروستاتیک گل توسط پدیده مکش یا خاموش کردن پمپ هنگام اتصال لوله ها می باشد که Connection Gas نامیده می شود. این حالت نشان دهنده نزدیک تعادل شدن می باشد وباید وزن گل را افزایش دهیم. در حالت سوم، ورود گاز به دلیل بیشتر بودن فشار سازند تراوای مورد حفر از فشار گل می باشد.

گل گاز زده تاثیر خیلی کمی روی فشار ته چاه می گذارد و به تنهایی نشانه Kick نیست. ممکن است از طریق کنده ها وارد گل شده باشد. با این وجود به عنوان یکی از نشانه های احتمالی Kick با آن برخورد می کنیم. اگر گل به میزان زیادی گاز زده شده بود، باید افزایش سطح گل مخازن را بررسی کرد.

گرادیان دما در زونهای با فشار فرا عادی بیشتر از حالت نرمال است. این افزایش گرادیان دما قبل از رسیدن به زون با فشار فرا عادی رخ می دهد. بنابراین می تواند یک نشانه زودهنگام برای فشار فرا عادی باشد. محدودیت این نشانه در اندازه گیری آن در سطح می باشد که سرعت چرخش گل، زمان تریپ، حجم گل و تاثیرات محیطی روی آن اثر می گذارند. افزایش دمای گل در لاین برگشتی وقتی با نشانه های دیگر به کار رود؛ می تواند نشانه خوبی برای رسیدن به سر یک سازند با فشار فرا عادی باشد.

در سال 1966 "جردن و شرلی" از روی اطلاعات جمع آوری شده خلیج مکزیک رابطه ای برای سرعت حفاری نرمال شده به دست آوردند.]9[

 

R: سرعت حفاری (ft/hr)

N: سرعت چرخش (rpm)

W: وزن روی مته (lbs)

D: قطر مته (inch)

این پارامتر با تغییرات وزن گل و یا ECD به شکل زیر تصحیح می شود:

 

در بخشهای شیلی، نمودار  بر حسب عمق برای پیش بینی فشار فراعادی با یک موفقیت نسبی، مورد استفاده قرار می گرفت. روند d-exponent به صورت طبیعی با افزایش عمق افزایش پیدا می کند ولی در منطقه پر فشار مقدارش کمتر از مقدار مورد انتظار می شود.

ذکر این نکته حائز اهمیت است که هیچ کدام از این نشانه های هشدار دهنده به طور مجزا نشان دهنده فشار فرا عادی نمی باشند ولی اگر به صورت گروهی به کار روند؛ ابزاری ارزشمند برای تشخیص به موقع Kick خواهند بود.

2-6-2) نشانه های قطعی Kick

یک Kick وقتی رخ می دهد که فشار ستون گل کمتر از فشار سازند شود. خود Kick نشانه قطعی این می باشد که سیالات سازند وارد چاه شده اند و باید کنترل ثانویه را به کار ببریم. تشخیص Kick در زمان حفاری و تریپ متفاوت می باشد.

در زمان حفاری، جریان سیال به چاه منجر به دو تغییر در سیستم چرخش گل می شود.

  • حجم سیستم گل فعال افزایش می یابد.
  • جریان گل برگشتی بیشتر از جریان گل ورودی می شود.

در زمان تریپ، جریان سیال به چاه باعث می شود که چاه درست پر نشود. در صورت مشاهده، باید وجود جریان به وسیله عملیات Flow check بررسی شود. در صورت مثبت بودن، چاه باید بسته شود. در غیر این صورت، رشته حفاری به ته چاه برگردد و گل ته چاه با چرخش بالا آورده شود. استفاده از Trip tank مناسب ترین روش بررسی حجم گل در زمان تریپ می باشد. در زمان لوله بالا استفاده از سیستم پر کردن پیوسته چاه پیشنهاد می گردد. در زمان لوله پایین استفاده از Trip tank برای اطمینان از جابجایی درست گل پیشنهاد می شود.

در زمان عملیات حفاری موقعیت هایی پیش می آید که اثرات و نشانه های Kick را می توانند بپوشانند. تنظیم وزن گل در زمان حفاری، انتقال گل در زمان حفاری، هرزروی جزئی گل، تجهیزات کنترل ذرات جامد گل، گل گاز زدایی شده، نشتی تجهیزات سطحی و روشن و خاموش شدن پمپ گل این موقعیت ها را به وجود می آورند.

7-2) رفتار Kick

به منظور بررسی رفتار Kick فرض می کنیم سیال وارد شده به چاه گاز باشد.به دلیل پیچیدگی رفتار گاز نسبت به سیالات دیگری مثل آب نمک و هیدروکربن و همچنین خطر بالای آن، Kick گازی به عنوان خطرناک ترین و بدترین حالت Kick در نظر گرفته می شود. اگر بخواهیم روش کنترل کردن یک Kick گازی را به طور ساده بیان کنیم؛ باید بگوییم که وقتی گاز در یک چاه بالا می آید، با اجازه انبساط به آن، فشارش را کاهش می دهیم.

یک نشانه اولیه Kick افزایش حجم مخازن گل (Pit gain) می باشد. اگر سیال سازند در گل حل نشود؛ حجم سیال ورودی در شرایط ته چاه نزدیک به افزایش حجم مشاهده شده در سطح می باشد. ولی اگر حل شدنی باشد؛ افزایش حجم مخازن گل کمتر خواهد بود. در این حالت، آن گاز حل شده تاحدی در گل پنهان می شود و تشخیص آن نسبت به گازی که در حالت آزاد می ماند، مشکلتر می باشد.

رفتار گاز در گل پایه آبی و روغنی به خاطر قابلیت حل شدن آن در سیال حفاری متفاوت است. گاز هیدروکربنی تا یک میزانی در هر سیال حفاری حل می شود ولی از حل شدن آن در گلهای پایه آبی صرفنظر می کنیم. انحلال پذیری گاز در مایعات تابعی از ترکیب گاز و مایع، فشار و دما می باشد. به طور کلی انحلال پذیری با افزایش فشار، کاهش دما و افزایش تشابه مولکولی بین اجزای گاز و مایع، افزایش می یابد. در این رابطه باید به مفهوم فشار نقطه حباب نیز توجه کنیم. فشار نقطه حباب به فشاری گفته می شود که در آن اولین حباب گاز از حالت محلول آزاد می شود. گاز محلول در گل موقع بالا آمدن در یک عمقی تقریباً نزدیک سطح به فشار نقطه حباب خود می رسد. به خاطر آزاد شدن گاز از گل، احتمالاً همه گل بالای این عمق، از چاه خارج می شوند. اعتنا نکردن به افت فشار هیدروستاتیک گل حتی در اثر یک اتفاق و فوران گل و گاز به روی فلور یا کف سکو، باعث به خطر انداختن پرسنل می شود. به همین دلیل استفاده از Rotating Head در حین حفاری با گلهای پایه روغنی لازم می باشد.

در گلهای پایه روغنی با افزایش وزن گل ناشی از میزان ذرات جامد بالا، انحلال پذیری کاهش می یابد.