بخشی از مقاله
چکیده
شیوه حفاظت دیواره یک چاه به صورت پایدار یکی از مهمترین معضلاتی است که در صنعت نفت و گاز با آن مواجه می شویم. به خاطر این حقیقت که ناپایداري چاه و مشکلات وابسته، هزینه هاي اضافی بالاي حفاري را دربرداشته و تأثیر شدیدي بر زمان حفاري دارد؛ لذا تحلیل پایداري چاه در مرحله برنامه ریزي خیلی از شرکت هاي عملیاتی قرار می گیرد.فاکتورهاي تأثیر گذار در ناپایداري چاه از قبیل مسیر فضاي چاه، امتداد و مقدار تنش در جاي میدان، خصوصیات سنگ، فشارهاي درجا و القا شده، تخلخل و فشارگل حفاري به طور معمول در آنالیزها مورد توجه قرار می گیرند. شکستگی ها و تفاوت بالاي تنش - به عنوان مثال اختلاف زیاد بین تنش هاي اصلی مؤثر در صفحه افقی - دلایل مهمتري از ناپایداري چاهها هستند.
علاوه بر این با توجه به فیلتر شدن گل حفاري، توده هاي سنگی با وجود شکستگی ها تمایل بیشتري به ناپایداري خواهد داشت که به علت کاهش در زاویه اصطکاك شکستگی و سست کردن بلوك ها می باشد. نتایج نشان می دهد که حضور شکستگی هاي طبیعی و کاهش زاویه اصطکاك شکستگی ها به دلیل تراوش آهسته گل تأثیر قابل توجه بر ناپایداري چاه در حین حفاري دارد. دانسیته گل حفاري به طور قابل ملاحظه اي تأثیراتی از قبیل تغییر شکل و افت گل در طی عملیات حفاري دارد که این مورد باید با دقت از لحاظ هندسه شکستگی و تنش فراگیر انتخاب شود .
کلمات کلیدي : پایداري چاه ، زاویه اصطکاك شکستگی، تنش درجا، مخازن شکافدار، تراوش آهسته گل، فشار گل
-1 مقدمه
با وجود اینکه تلاش هاي گسترده در طول سال هاي گذشته پی گرفته شده است، مشکلات ناپایداري چاهها در عملیات حفاري همچنان ادامه دارد. از علائم ناپایداري دیواره در حین حفاري پوسته پوسته شدن دیواره، گشادشدگی غیرطبیعی چاه به دلیل شکست دیواره ها، کوچک شدن قطر چاه به دلیل وجود جریان پلاستیک ،کاهش سرعت حفاري، ایجاد شکاف، ریزش دیوارة چاه و غیره است که به گیر کردن لوله حفاري، ایجاد اشکال در انتقال مواد جامد به سطح، بالا رفتن گشتاور و نیروي کشش، افزایش فشار گردش سیال حفاري، شکست رشته حفاري،کاهش کیفیت نمودارگیري و سیمان کاري، ابزار مانده یابی، کنارگذرزدن - حفاري انحرافی - و عملیات افزایش قطر چاه منجر می شود.
یک نوع دیگر از مشکلات پایداري، هرز روي گل می باشد که ناشی از شکافدار بودن دیواره است. علی رغم اینکه تغییرات عملیات یا کاربرد مواد درزگیر ممکن است کنترل حجمی را برگرداند، اما مثال هایی وجود دارد که به خاطر افت سیال غیر قابل کنترل - هرزروي غیر عادي - ، چاههاي متعددي را پلمب کردند. علاوه بر این، هرز روي سیال در گردش حفاري، اغلب یک پیش زمینه وقوع فوران هاي غیر قابل کنترلی می شود. درباره پایداري چاهها تا سال 1980 به طور جدي بحث نشده بود. باردلی - 1979 - مقاله معروفش را با عنوان» ریزش چاههاي مایل « انتشار داد که شروعی براي توجه بیشتر به این موضوع مهم در صنعت گردید.
از سال 1980 چاهها پیچیده تر شدند و عملیات حفاري به طور عادي در محیطهاينسبتاً سخت اجرا شدند، به علاوه پرداختن به این کار تکنیکی از رخدادهاي غیر برنامه ریزي شده است که حداقل ده درصد بودجه میانگین عملیات پیش بینی نشده را به خود اختصاص می دهد؛ این هزینه ممکن است یک میلیارد دلار در هر سال در گسترة جهانی باشد. پر واضح است که ناپایداري چاه نتیجه پدیده هاي مختلف زیادي شامل برهم کنش سیال و سنگ و همچنین تقابل تنش هاي متفاوت، رفتار غیر عادي سازند و اجراي عملیات حفاري نامناسب می باشد. در این مقاله تحلیل هاي مختلف از سنگ هاي شکافدار و هجوم سیال پرداخته شده است و اصول مدلسازي در توده هاي سنگی شکافدار آورده شده است.ب1م
-2 روش هاي عملی براي تخمین تنش هاي درجا براي کاربردهاي پایداري چاه در حوضه هاي رسوبی
معمولاً فاکتورهایی که در عدم پایداري چاه مؤثر واقع می شوند، شامل جهت حفر چاه، جهت و بزرگی میدان هاي تنش برجا، خصوصیات تودة سنگ، فشار منفذي برجا و القایی و فشار گل حفاري می باشد. مقدار و جهت تنش هاي درجا پارامترهاي کلیدي هستند که براي مدلسازي چاه به کار می روند. متأسفانه فقط اندازگیري هاي محدودي در هر چاه وجود داردح یک روش این است که پروفیل تنش بر پایه نمودار هاي چاه معمولاً - نمودارهاي تصویري - و دیگر اطلاعات رسم و ارتباط دقیق بین آنها را بحث نمود. براي مثال در یک حوضه رسوبی آرام، یک مدل تنش ساده شده ممکن است به کار رفته و نتایج خوبی را هم داشته باشد. حال آنکه در یک رژیم تکتونیک قوي، مدلسازي تنش بسیار پیچیده است.
تعیین تنش با نمایش تئوري هاي اسکلت سنگ ها به دو روش انجام می شود؛ تکنیک معکوس - برگشتی - تنها روشی است که در یک زمان، اندازه و امتداد هر دو تنش افقی درجا را تخمین می زند. با توجه به کمبود اندازگیري ها یا اطلاعات چاه جهت سادگی در مدلسازي، بیشتر کارهاي مکانیک سنگ براین فرض است که میدان تنش برجا، افقی و عمودي است. روش دوم مدل تحلیلی را بیان می کند که می تواند امتداد و لغزش یک میدان تنش برجا را از سطح شکستگی هاي القا شده چاه تعیین کند. با کاربرد متداول از لاگ هاي تصویري چاه، پتانسیل استفاده از تصویر چاه براي بهبود مدلسازي تنش برجا وجود دارد.کامل کردن اندازگیري هاي مختلف از راه تحلیلی مشکل است ولی براي توسعه قابل دسترسی، از قبیل اطلاعات شکستگی، نشانه هاي شکستگی داخل چاه - خط اثر شکستگی چاه - و خصوصیات جدا کنندة دیواره چاه در یک مدل سازگار می باشد.ب1م
-3 آنالیز پایداري چاه
به طورکلی عوامل ناپایداري چاه می توانند مکانیکی، شیمیایی و یا ترکیبی از این دو باشد. عوامل مکانیکی بیشتر به وزن نامناسب گل حفاري - کم یا خیلی زیاد بودن آن - و روش حفاري نامناسب - میزان حفاري، گشتاور و لرزش لوله ها، بالا و پایین بردن لوله ها - وابسته اند در حالی که عوامل شیمیایی تحت تأثیر شدید گل حفاري هستند و در اثر عواملی مانند هیدراته شدن شیل، آماس و پراکندگی، انحلال سازندهاي حل شدنی، ترشوندگی در طول شکستگی ها، فرسایش به وجود می آیند که با انتخاب گل مناسب و بازدارنده هاي کافی می توان بر این معضل فائق آمد. نخستین شرط براي پایدار ماندن یک چاه در حین حفاري، وجود تعادل بین تمرکز تنش در نزدیک دیوارة چاه و مقاومت سنگ است.بنابراین ناپایداري چاه به دلیل شکست سنگهاي دیوارة چاه در حالتی می باشد که شدت تنش مؤثر در دیواره از مقاومت سنگ تجاوز کند.
آنالیز کمی پایداري چاه بر اساس تعیین توزیع جدید تنش ها، کرنش ها و فشار منفذي در سنگهاي دیوارة چاه بعد از عملیات حفاري انجام می شود.آنالیز الاستیک خطی شاید به دلیل سادگی اجراي آن رایج ترین مدل می باشد. به عبارت دیگر محبوبیت آن به این دلیل است که مدلهاي پیچیده تر به اطلاعات و داده هاي بیشتري نیاز دارند که در عمل براورد بیشتر آنها بسیار مشکل می باشد. در حالت الاستوپلاستیک، تحلیل پایداري مکانیکی مدل واقعی تر بوده، زیرا براساس آن حتی بعد از تحت تنش قرار گرفتن سنگ تا حد بحرانی، لازم نیست که شکست کامل رخ دهد و سنگ از دیواره جدا شود. بنابراین آنالیز شکست را می توان با روش اجزاء محدود و مدلهاي پلاستیک بهبود بخشید. معیاري که جهت پایداري دیواره استفاده می شود، بر مبناي آغاز رفتار پلاستیک در یک نقطه از سنگ می باشد.
-4 پدیده هاي تغییر خواص گل و راهکارهاي مقابله با آن
هر چند هر دو حالت داده هاي تئوري و میدانی نشان می دهد که افزایش وزن گل در سازندهاي شکافدار بر اساس حل پیوسته یک نقش منفی را بر پایداري چاه بازي می کند - سانتارلی ، . - 1992 از طرف دیگر هر وسیله اي که کاهش تراوش گل و افزایش رئولوژي گل را سبب شود، تأثیرات مفیدي خواهد داشت.ب2م تأثیر فشار و دما برگل حفاري، تغییر شکل الاستیک و یا پلاستیک چاه و رسیدن یا نزدیکی به شکستگی ها - حمله ناگهانی شکستگی - از عواملی هستند که باعث ایجاد پدیده هاي نامطلوب در حین حفاري می گردد. یک حجم گل حفاري که در هنگام پیشروي حفاري به طور آشکار ناپدید می شود و بعد از اینکه حفاران یک هرزروي گل آشکار را مشاهده کردندمعمولاً، وزن گل را کاهش می دهند یا پمپ هاي گل را خاموش می کنند.کاهش مؤثر وزن گل به برگشت مقداري یا همه گل حفاري از دست رفته می انجامد. این برگشت گل حفاري می تواند به صورت کیک چاه - فططف ئئک - w نشان داده شود.
اگر وزن گل دوباره افزایش داده شود تا این کیک به وجود آمده خنثی گردد؛ این امر ممکن است یک هرزروي جدید گل حفاري را منجر شود و دیگر پدیده هاي همین نوع خواهیم داشت. حالت توصیف شده فوق بخصوص در مخازن پر فشار و دما بالا 1 - دبد - خطرناك هستند، به خاطر اینکه اغلب یک حاشیه باریک بین فشار خلل و فرج و گرادیان شکستگی وجود دارد. بنابراین تغییر وزن گل و ایجاد ناپایداري می تواند یک کیک یا شکست هیدرولیکی ناخواسته را سبب شود. تغییر ساختار چاه و حمله ناگهانی شکستگی که عامل اصلی فشار بالاي چاه هستند، با تنش هاي درجا ارتباط مستقیم دارند. بعلاوه خصوصیات الاستیک سنگ وابسته به دما هستند؛ دماي بالا رفته فقط برحجم گل تأثیر نخواهد گذاشت بلکه تولید یک ماتریکس سنگ نرم تر با تمایل بیشتري به تغییر شکل الاستیک را در پی دارد.ب3م
