بخشی از مقاله
چکیده
حفاری فروتعادلی در چاه های مخزن ترکدار آهکی سبب حل مشکلات حفاری و تولید بسیار بالائی شده است. حفاری فروتعادلی کاملا" با حفاری فرا تعادلی معمول متفاوت است. در حفاری به روش فرو تعادلی با کم کردن وزن گل، وزن هیدرواستاتیک ستون سیال کم می شود و فشار در سر چاه بالا می رود. در واقع با هوا دار کردن گل فشار هیدرواستاتیک در ته چاه کم می شود و این عمل باعث جریان سیال از مخزن به چاه می شود و سبب افزایش فشار سر چاه می شود.
در حفاری به روش فرو تعادلی به دلیل وضیعت متفاوت فشار ته چاهی، از سیالات حفاری سبک و مناسب استفاده می شود. حفاری فروتعادلی نیاز به استفاده از گل سنگین برای حفظ تعادل ندارد زیرا گل سنگین خود سبب کم کردن سرعت حفاری، هرزروی سیال حفاری، گیر کردن لوله های حفاری می شود. در این مقاله ضمن بر شمردن مزایای حفاری فروتعادلی نسبت به حفاری فراتعادلی و معرفی کاندیدهای مناسبت جهت استفاده از حفاری فروتعادلی، نحوه انتخاب سیالات حفاری فروتعادلی جهت افزایش بهره وری و کاهش مشکلات حفاری فروتعادلی مورد بررسی قرار می گیرد.
واژه های کلیدی: حفاری فروتعادلی، کاندیدهای حفاری فروتعادلی، مزایای حفاری فروتعادلی، سیالات حفاری فروتعادلی
-1 مقدمه
مسئله ای که اغلب کارشناسان جامعه جهانی نفت برآن توافق نظر دارند، این است که بیشتر مخازن هیدروکربوری بالغ جهان در دوره انتهای تخلیه خود قرار دارند و دستیابی به مخازن حفاری نشده جدید، نیاز به پذیرش ریسک حفاری در آب های عمیق و استخراج مخازن عمیق تر دارد که هر کدام چالش های مربوط به خود را دارند. دستیابی به بازیابی بیشتر بر اساس روش ها و امکانات جدید و تعیین دقیق ذخایر بالقوه ای که با کمک این روش های امکانات، شناسایی و تولید می شوند، همواره مورد توجه کارشناسان صنعت نفت بوده است که با درک بهتر از شرایط موجود و مشخصات مخزن تحقق می یابد.
از جمله تکنیک هایی که رسیدن به این مقصود به سرعت در حال توسعه می باشد، حفاری فروتعادلی می باشد. در این روش، فشار ته چاه برای سیال حفاری در طی عملیات حفاری، کمتر از فشار حفره ی سازند نگهداری می شود و در نتیجه سیالات داخل سازند می توانند وارد فضای حلقوی چاه شوند. امروزه، کارشناسان در حال مطالعه بر روی سیالات کم فشاری هستند که در عملیات حفاری چاههای نفت و گاز از آن استفاده شود تا از این طریق ضمن افزایش سرعت حفاری، عمر طولانی مته و صدمه زدگی کم به سازندها، هزینه های جاری حفاری را نیز کاهش دهند. هر چه سیال حفاری سبکتر باشد، میزان آسیب دیدگی سازند کمتر است.
زیرا افزایش درصد حجمی فاز مایع در سیال حفاری، ممکن است باعث تغییر خاصیت ترشوندگی سنگ، تغییر تراوایی نسبی و مسدود شدن خلل و فرج سنگ شود. این تغییرات می تواند موجب کاهش تراوایی موثر سیال سازند و آسیب دیدگی سازند شود. در حفاری فروتعادلی، انتخاب نوع سیال حفاری بر اساس گرادیان فشار سازند صورت می گیرد یعنی هر چه گرادیان فشار سازند بیشتر باشد، سیال حفاری مورد استفاده نیز سنگین تر خواهد بود. برای چاههای نفتی میادین جنوبی ایران همانند میادین گچساران، بی بی حکیمه، کرنچ و پارسی که از کاندیدهای خوبی برای حفاری فروتعادلی هستند، سنگ مخزن غالبا ترشوندگی می باشد. بنابراین فاز مایع سیال تزریقی می بایست گازوئیل یا نفت خام انتخاب شود.
حفاری با هوا در اواخر دهه 1940 آغاز شد ولی به خاطر شکستهای اولیه در بکارگیری این تکنیک جدید، رکوردی نسبتا" طولانی در آن بوجود آمد. تا اینکه در اواخر دهه 1960 دوباره کاربرد این تکنیک اوج تازه ای گرفت، چرا که ثابت شد در لایه هایی که پایداری آنها کم است و با جذب آب ریزش می کنند، حفاری با هوا نه تنها نتیجه ای عالی دارد بلکه می توان با این روش سریعتر حفاری کرد و تعداد مته کمتری نیز استفاده نمود. استفاده از هوا در حفاری، دست آورد آخرین کوششها برای جایگزین نمودن گلهای سبک حفاری بجای گلهای سنگین است که منبع و منشاء بسیاری از مشکلات در حفاری می باشند. گلهای سنگین علیرغم مزایای زیادی که دارند سرعت حفاری و دوام مته را کم می کنند، بر لایه های تولیدی و لایه های رسی اثر منفی و زیان آور می گذارند 2]،.[1
-2 مبانی حفاری فروتعادلی
اکثر چاههای نفت و گاز با روش حفاری دورانی که در آن مته سنگ را می شکافد حفاری می شوند. در این روش، سیال حفاری از طریق رشته حفاری به درون چاه پمپ شده و از طریق دالیز به همراه کنده های حفاری شده سنگ به سطح زمین می آیند. در عملیات حفاری فراتعادلی، سیال حفاری دارای عملکردهای دیگری شامل: پایداری دیواره چاه، خنک کردن مته و مهمتر از همه، کنترل سیالات سازند می باشد. حفاری فروتعادلی، نوعی عملیات حفاری می باشد که در آن فشار سیال حفاری درون چاه کمتر از فشار سیال سازند نگه داشته می شود که در چنین حالتی در هنگامی که یک لایه تراوا حفاری می شود، سیالات سازند به درون چاه جریان می یابد.
بر همین اساس، حفاری زیر فشار تعادل مخزن گاهی اوقات " حفاری در حال جریان " نیز نامیده می شود. با توجه به نوع چاه و هدف از حفر آن تکنیکهای مختلفی، ترکیب روش های تزریق بعلاوه انتخاب سیال و گاز را می توان برای حفاری فروتعادلی بکار برد. پیش از آغاز به کار، باید دلایل دقیقی مبنی بر لزوم حفاری فروتعادلی یک چاه وجود داشته باشد این موضوع به انتخاب تکنیک مناسب برای حفاری کمک شایانی خواهد کرد. مواردی که لازم است مشخص شوند عبارتند از: فشار مورد نیاز در ته چاه، انتخاب سیال، انتخاب سیستم بالابری، جریان ورودی مخزن، ارزیابی بهترین روش، طراحی چاه، طراحی تجهیزات سطحی و مسائل عملیاتی در هر حال باید مشخص شود که آیا با انجام حفاری فروتعادلی به اهداف مورد نظر می توان رسید یا خیر.
کنترل چاه در حفاری فروتعادلی بیشتر به جریان سیال بستگی دارد تا فشار و طراحی چاه بر اساس کمترین مقدار جریان ورودی مخزن صورت می گیرد به دلیل وجود جریان نفت، آب، گاز و کنده های حفاری، به یک مدل سازی جریان چهار فازی نیاز می باشد. در حفاری فروتعادلی خطر فوران ناگهانی چاه کاهش می یابد، زیرا مقدار فشار مخزن معلوم است جریان ورودی مخزن بطور پیوسته مشاهده و کنترل می شود جریان در سطح مهار می شود و سیستم سطحی قادر به فرآیند کل جریان چاه می باشد. برای بدست آوردن اطلاعات ابتدا باید فشاری را که گیرنده حفاری در ته چاه ثبت می کند قرار مشخص شود اطلاعات بیشتر را می توان از طریق نمودارگیری در حین حفاری با استفاده از اشعه گاما و اندازه گیری در حین حفاری بدست آورد.
نمودارگیری معمولی در حفاری فروتعادلی، به تجهیزات تکمیلی ویژه ای نیاز دارد در روی سطح باید فشار، درجه حرارت و دبی های جریان مشاهده و کنترل شوند اطلاعات اضافی نیز از طریق تجزیه تحلیل سیالات کنده های حفاری و گازها بدست می آید. حفاری فراتعادلی، دارای تفاوتهای مهمی با سیالات حفاری فروتعادلی هستند، چرا که در حفاری فروتعادلی هرزروی نداریم و از مواد تولید کننده فیلتر کیک برای کنترل هرزروی استفاده نمی شود. وزن و چگالی سیالات حفاری فروتعادلی، برای کنترل فشار سطح است، ولی در حفاری فراتعادلی، چگالی برای کنترل فشار ته چاه و جلوگیری از جریان سیال از سازند به درون چاه است.
در سیالات حفاری فراتعادلی، برای افزایش قدرت تمیز کنندگی چاه، از مواد افزایش دهنده گرانروی استفاده می کنند در حالی که در حفاری فروتعادلی، هیدروکربن تولیدی به همراه سیال حفاری، باعث افزایش سرعت درون فضای حلقوی و تمیزی چاه می شود و نیازی به این مواد در میان نیست. در حفاری فراتعادلی جلوگیری از ورود جریان سازند به درون چاه، مهمترین وظیفه سیالات حفاری تلقی می شود. در حفاری فراتعادلی فشار سیال حفاری همواره بیشتر از فشار منافذ سازند است و این بدان معنی است که هیچ سیالی از سوی سازند به سیال در حال گردش درون چاه اضافه نمی شود.
