بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه با استفاده از پارامترهایی نظیر فشار استند پایپ - SPP - ، گشتاور - Torque - ، وزن لوله های حفاری - Load Hook - ، مقدار سیال حفاری موجود در مخازن - PVT - ، دبی پمپها یا میزان سیال ورودی به داخل چاه نفت - GPM - و تعدادی دیگر از داده های حفاری، برخی از پارامترهای حساس چاه که تغییرات آنها ممکن است باعث مشکل در امر حفاری و نهایتا ایجاد خسارات های جبران ناپذیری شود، با استفاده از سنسورهای نصب شده در مکانهای به خصوصی از دکل تحت کنترل قرار می گیرد.
مقدمه
در هنگام حفاری تنها پارامترهای حفاری موجود در سطح زمین هستند که وضعیت چاه و تجهیزات حفاری درون چاه را بازگو می کنند . عدم کنترل این پارامترها یا شاخصه ها موجب ایجاد اختلال در امر حفاری یا بروز حوادثی می گردد که مسلما به سبب آن حفاری متوقف خواهد شد . البته ابزارهایی در درون چاه وجود دارند که در امر حفاری کم ک های زیادی میکنند اما همین ابزارها نیز خود نیاز به کنترل مداوم داشته تا از حوادث حین حفاری در امان بمانند.
این پارامترها عبارتند از وزن روی مته - WOB - ، فشار دالیزی - SPP - ، تعداد دور مته در هر دقیقه - RPM - ،
جریان ورودی چاه - GPM - ، گشتاور وارد به لوله های حفاری و مته - Torque - ، وزن گل - MW - ، میزان گاز یا هیدرو کربن ورودی به گل حفاری - THC - ، ضریب رسانایی گل - Mud Conductivity - و چند پارامتر دیگر که در ادامه بحث به آن پرداخته می شود.
روش تحقیق:
این مطالعه حاصل تجربیات و ساعتها مانیتورینگ کارشناسان کسب اطلاع از گل حفاری می باشد . با تحلیل و بررسی نمودارهای ثبت شده توسط سیستم های نرم افزاری نمودارگیری سطحی مستقر در چاههای هیدروکربنی و گاهاً هیدروترمالی این نتایج به دست آمده است
ارایه موجود تنها به بررسی رخدادهایی میپردازد که عدم رسیدگی به آن باعث ایجاد ضرر و زیانهای مالی و گاهاً جانی میشود . شاید سالها به طول انجامد تا یک کارشناس تمامی اتفاقات رخدادی در یک دکل حفاری را دیده و تغییرات نموداری آن را ثبت کند.
آشنایی با طرز عملکرد سنسورها
در کل سنسورهای مادلاگینگ یا بصورت دیجیتال و یا بصورت آنالوگ کار می کنند. در سیستم آنالوگ، سنسور از طریق فرستادن فرکانسی بین ُ تا ًٍ میلی آمپر تغییرات ایجاد شده را به واحد نمودارگیری ارسال میکند. سنسورهای دیجیتال تنها با وجود اجسام فلزی در زیر آن عکس العمل نشان داده و به واحد نمودارگیری پالس میفرستد . از سنسورهای آنالوگ بر روی مخازن گل که تغییرات سطح گل حفاری مخزن بسیار مهم است استفاده میشود و از سنسورهای دیجیتال برای شمارش حرکت قطعات متحرک فلزی دکل که ثبت آنها اهمیت دارد همانند تعداد استروک - دفعات رفت و برگشت راد پمپ - پمپ های گل و تعداد دور در دقیقه میز دوار مورد استفاده قرار میگیرد.
استفاده از داده ها
در نمودارگیری سطحی پس از دریافت سیگنالها و آنالیز آنها توسط کامپیوترهای ویژه این کار مستقر در چاه حفاری، لاگها و نمودارهایی ترسیم میگردد . کم و زیاد شدن این نمودارها توسط کارشناسان متخصص بررسی گردیده و نتیجه حاصله بصورت لحظه به لحظه در صورت نیاز گزارش میگردد. کارشناسان باید طوری کارآزموده باشند که تمامی اتفاقات حفاری را تجزیه و تحلیل کرده و از حوادث آتی جلوگیری به عمل آورند . در زیر اهم این حوادث شرح داده میشود.
جلوگیری از بریدن لوله ها
لوله های حفاری که در درون چاه قرار دارند، به مرور زمان دچار زنگ زدگی و فرسایش می گردند. با توجه به اینکه این لوله ها تحت فشار بسیار زیاد هستند بعد از مدتی تحمل خود را در برابر این فشار از دست داده و فشار زیاد گل حفاری که در درون لوله جریان دارد باعث سوراخ شدن لوله - Wash out - و نهایتا بریدن لوله می گردد . معمولا اولین اشخاصی که می توانند این موضوع را متوجه شوند زمین شناسان مستقر در چاه، از طریق مشاهده مقدار زیاد اکسیده آهن و براده آهن در نمونه های بدست آمده از چاه - Cutting - می باشند.
معمولا قبل از بریدن لوله، سوراخهای کوچکی در لوله ایجاد و سپس به یک حفره یا شکاف تبدیل میشود - تصویر ٌ - . در این هنگام متخصصین نمودارگیری سطحی با استفاده از دو پارامتر این فرآیند را تشخیص می دهند. ٌ. فشار درون چاهی - SPP - ٍ. مقدار دبی ورودی گل حفاری به درون چاه . - GPM - در لحظه سوراخ شدن و بزرگتر شدن سوراخ، کم کم فشار درون چاهی کاهش پیدا کرده و بر میزان دبی گل حفاری ورودی به چاه افزوده میشود. - تصویر َ - .
تصویرٍ: نمودار افت فشار بر روی سیستم نمودارگیری. فلش A افت فشار و فلش B افزایش دبی ورودی به چاه را نشان می دهد . سیستم نرم افزاری ژئودیتا
از دیگر مواردی که باعث بریدن لوله های حفاری میشود افزایش گشتاور وارده به لوله های حفاری است . در بسیاری موارد به دلیل سخت شدن سازند فشار ناگهانی به لوله های حفاری در حال چرخش وارد می شود. سیستم نمودارگیری سطحی دارای سنسوری است بنام گشتاور سنج .
- Torque - این سنسور بر روی کابل منبع تغذیه میز دوار که باعث چرخاندن لوله های حفاری میگردد نصب می گردد و با استفاده میدان مغناطیسی ایجاد شده اطراف این کابل شدت گشتاور را محاسبه می کند . در هنگامی که نیرویی ناگهانی بخواهد از دوران لوله های حفاری جلوگیری کند - همانند سخت شدن سازند - دستگاه منبع تغذیه برق بیشتری را به میز دوار ارسال میکند، در نتیجه میدان مغناطیسی اطراف کابل تغذیه بیشتر می شود . در این صورت کارشناسان نمودارگیری سطحی موضوع را به کارفرما اطلاع داده تا وی دستور به کم کردن وزن روی مته کند.
تصویر : نمونه ای از سوراخ شدن لوله های حفاری - Wash out - در اثر فرسودگی تصویر َ: افزایش ناگهانی گشتاور - فلش - C باعث بریدن لوله ها شده است . افت فشار ناگهانی - فلش - A و افزایش ناگهانی جریان ورودی به چاه - فلش - B از علایم لوله و فشار سیال حفاری. این حادثه است. سیستم نرم افزاری ژئودیتا.
تصویر : بریدن لوله های حفاری. در تصویر بالا پین - Pin - لوله حفاری بریده شده در داخل باکس - Box - لوله حفاری بعد باقی مانده است .
جلوگیری از مچالگی - Collapse - شدن لوله ها و مته
لازمه پیش راندن مته حفاری اعمال وزن بر روی مته - WOB - می باشد. بدین منظور علاوه بر لوله های حفاری لوله های دیگری نیز به عنوان لوله های وزنه که قبل از لوله های حفاری قرار میگیرند در چاه رانده میشود. این لوله دارای ضخامت و مقاومت بیشتری نسبت به لوله های حفاری هستند. اعمال وزن بر روی مته توسط این لوله ها انجام میشود چرا که اگر توسط لوله های حفاری این عمل صورت گیرد لوله های حفاری در چاه مچاله میشوند . در اینجا حفاری طوری صورت میگیرد که لوله های وزنه عمل اعمال وزن را بر عهده داشته باشند.
در این موقعیت معمولا شخص حفار خود به خوبی به این موضوع واقف است و به هیچ عنوان از وزنی که به او برای حفاری توصیه شده بالاتر نمی رود. اما در صورتی که حفار غفلتا از این محدوده عبور کرد، بخش نمودارگیری سطحی وی را در این منظور یاری میکند. خاطر نشان می شود که برای نشان دادن وزن روی مته هیچ سنسوری در درون چاه قرار ندارد و محاسبه این پارامتر بصورت محاسباتی است که از کم کردن وزن محاسبه شده لوله های حفاری از وزن اعمال شده بر روی قلاب یا هوک - Hook - Load قرقره متحرک بدست می آید.
جلوگیری از فوران
شاید یکی از شایع ترین و خطرناکترین حوادث در سکوی حفاری، فوران چاه های نفت و گاز باشد. این حادثه بصورت ناگهانی اتفاق نمی افتد. فوران چاه بر اثر چندین مورد اتفاق می افتد، این موارد عبارتند از : ٌ. فوران نفت یا گاز ٍ. فوران آب نمک َ. فوران یا نفوذ کلسیم ُ. فوران آب بخار. معمولا پارامترهای زیادی وجود دارند که با استفاده از آن کارشناسان نمودارگیری میتوانند فرآیند فوران را قبل از وقوع اطلاع دهند . مهمترین فاکتور در پیش گیری از فوران بررسی و مانیتورینگ لحظه به لحظه حجم مخازن گل می باشد .
قبل از وقوع فوران، کم کم به میزان گل درون مخازن افزوده می شود و در بعضی مواقع حتی دبی ورودی به چاه به دلیل سهولت برگشتن گل حفاری از ته چاه به سطح زمین زیاد میشود که نتیجتا ممکن است فشار درون چاهی نیز افت پیدا کند . این تغییرات بوجود آمده معمولا خاص آب نمک است . در فوران گاز یا نفت - علی الخصوص گاز - علاوه بر فاکتورهای یاد شده وزن گل خروجی نیز ممکن است افت پیدا میکند و علاوه بر این میزان بسیار زیادی گاز توسط سیستم تشخیص گاز - Gas - detector and Gas Chromatograph ثبت می گردد.
در فوران کلسیم که در سازندهای آهکی اتفاق می افتد به دلیل فشار زیاد سازند یون کلسیم به داخل گل حفاری تزریق میشود . در این حالت گل خاصیت خود را از دست داده و زمینه برای فوران آماده میشود . سیستم نمودارگیری سحی بر روی مخازن گل دارای یک سنسور به نام سنسور ضریب رسانایی گل - Mud Conductivity - می باشد . این سنسورر ضریب رسانایی گل را نشان می دهد . یعنی هر چه عناصر رساناتر - مانند کلسیم - در گل افزایش پیدا کند رسایانی گل هم افزایش می یابد . سنسورهای دیگر که در این مورد به خصوص فوران آب تحت فشار و داغ یا بخار آب مهم می باشند
سنسورهای دمای گل خروجی و وزن گل خروجی هستند در هنگام رسیدن به مخ ازن آب داغ، گل حفاری در تماس با آن به یکباره افزایش دمای چشمگیری پیدا میکند که در نتیجه باعث روانروی گل و در نتیجه فوران می گردد. در این حالت به دلیل ورود آب به گل حفاری وزن آن نیز دچار افت می شود . در هنگام فوران چاه توسط فورانگیرهای نصب شده روی دهانه چاه بسته می شود و فشار درون چاهی - Stand pipe - pressure افزایش می یابد.
تصویر ِ: بعد از فوران چاه و بسته شدن ورودی چاه، فشار درون چاهی کم کم افزایش می یابد. سیستم نرم افزاری ژئودیتا.
