بخشی از مقاله
چکیده
حفاری انحرافی یک کارضروری برای حفاری چاه درتسهیلات انرژی یک سیستم زمین گرمایی تحریک شده - EGS - است. آرایش چاههای تولیدی وتزریقی بایددقیقاًدر داخل سیستم شکست سازند قرار گیرد تا چرخش سیال و تولید گرمای مؤثر وجود داشته باشد. ابزارهای حفاری انحرافی کنونی، برای دمای 175 هستند درحالی که محیط حفاریEGS، نیازمند عملیات در بازه ی دمایی حدود 300است. یک طرح برنامه ی فنآوری های زمین گرمایی وزارت انرژی آمریکا - GTP - ،آغاز به ساخت سیستمی شامل مته ی حفاری، موتور انحراف وسیال کرده است که قادر به حفاری انحرافی در 300می باشد. تحقیقات وپیشرفت ها نشان دادکه تاکنون درطرح، تصورکلی از سیستمی وجود دارد که تمام نیازها را بر طرف کرده است. در این تحقیق، طراحی وساخت برای ایجاد نمونه های اولیه مورد بررسی واقع میشوند تا در چاههای زمین گرمایی رانده شوند.
-1 مقدمه
در طول سال های زیاد استفاده از انرژی های فسیلی برای تولید گرما و پیش برد صنایع مختلف، علاوه بر صدمات زیست محیطی ناشی از آلاینده های ناشی از این سوخت ها، ذخایر آن ها نیز رو به اتمام است. بنابراین محققان در پی استفاده از روشی نوین برای تولید انرژی هستند که یکی از سالم ترین و بهترین و از همه مهم تر، کم هزینه ترین این راه ها، استفاده از چاه های زمین گرمایی است. این چاه ها نیاز به حفاری شدن در دما و فشار بالا دارند که خود نیازمند ابزار های خاصی است. در این تحقیق، به طراحی، تولید و بررسی ابزار های جدیدی برای این امر پرداخته می شود.
-2 بحث
برنامه فن آوری زمین گرمایی - GTP - وزارت انرژی آمریکا - DOE - روی پیشرفت فن آوری های حفاری سرمایه گذاری کرده است تا هزینه های حفاری چاه را کم کند و اقتصاد انرزی را بهبود بخشیده و چاه های زمین گرمایی را تحریک کند. در یک نگاه، سیستم های حفاری انحرافی می توانند مکان یابی دقیق چاه را در یک سیستم تحریک شده زمین گرمایی مخزن شکاف دار، فعال کند که فاصله ی ته چاهی آن حدوداً 3000 ft از نزدیک سر چاه های فاصله دار است.
- U.S. Department of Energy, 2006 - پروژه GTP که تعریف آن »سیستم حفاری انحرافی با دمای بالای 300 C، که شامل مته حفاری، موتور هدایت کننده و سیال حفاری می باشد که برای سیستم های زمین گرمایی تحریک شده است« می باشد، طراحی، ساخت و تست میدانی نمونه آزمایشی مته ی حفاری، موتور انحراف و سیال حفاری آن به نحوی برعهده گرفته شده است که بتواند حداقل 50 ساعت در دمای - 572 F - 300 C و تا عمق 10000 m کار کند. سیستم برای قطر چاه 8/5 inc ساخته می شود. تجهیزات یک موتور حفاری انحرافی دارای پیچیدگی کمتری است و شامل مته حفاری، موتور گل و بنت ساب است. هنگامی که رشته حفاری نمی چرخد - حالت لغزش - ، بنت ساب منحرف می شود و یک بار جانبی را در همه جهات و به صورت مساوی روی مته ایجاد میکند که نتیجه ی آن مسیر قابل توجه مستقیم چاه است.
2-1تخمین گردشدمایچاهEGS
در مناطقی که پیشرفت در ساخت نیروگاه برق زمین گرمایی مد نظر گرفته شده است، دمای ایستا یا دست نخورده سازند ممکن است تا - 932 F - 500 C بالا باشد. با چرخش سیال - سیال حفاری به داخل لوله های حفاری پمپ می شود و از طریق آنالوس بر می گردد - ، سیال حفاری، چاه را خنک می کند و دمایی که ابزار آلات حفاری تجربه می کنند، به طور قابل توجهی کمتر است. - . - Saito and Sumio, 2000شبیه سازی دمای چاه، برای پیش بینی تاریخچه دما بر حسب زمان تجربه شده توسط ابزار آلات حفاری در چاه های EGS انجام گرفته است.
یک مدل دما و فشار دینامیکی تجاری موجود، استفاده شده است - - Vefring et al, 1994 و . - Anfinsen et al, 1995 - این مدل، از خواص ترموفیزیکی ورودی همه ی اجزا که شامل سازند، رشته جداری و رشته حفاری فلزی، سیمان جداری، و سیال حفاری هستند، استفاده می کند. خواص ترموفیزیکی سیال حفاری، برحسب ترکیب بندی سیال حفاری محاسبه می شود. با شبیه سازی مدل های ابزار آلات، در سیستم حفاری توسط انرژی مکانیکی و انرژی هیدرولیکی، گرما تولید می شود. گرما به دلیل انتقال جریان میابد و همرفت اجباری برای رسیدن به دمای تخمین زده شده ی ته چاه، محاسبه می شود.
2-2 متهحفاریباقابلیت کاردر 300
محیط چاه زمین گرمایی، چالش های منحصر بفردی را برای مته های حفاری ایجاد می کند. چاه های EGS معمولاً تا عمق زیاد حفاری می شوند و از سنگ های آذرینی که استحکام بالای آن ها توسط فشار محدود، تقویت شده تشکیل شده است. برای درک این موضوع که کدام مته ی حفاری، در حفاری این سنگ های سخت موفق بوده است، مطالعات پیشین از مناطقی همچون سازند های بازالت ایسلند و غرب شتلند، سازند های گرانیت جنوب استرالیا و ویتنام مرور شد.
علاوه بر این، اطلاعاتی از چاه 55-29 دهانه نیوبری مرور شد تا لیتولوژی پیشبینی و روبرو شده در چاه های EGS را درک کنند. مجموعه ای از مغزه های سنگ ها که تصور می شد مکمل مناسبی برای سازند های آذرین سنگ سخت زیرین است، تهیه و در یک شبیه ساز حفاری ته چاهی، در فشار محدود - 6000 psi - 41/4 MPa حفاری شد تا قابلیت حفاری سنگ و اطلاعات عملکرد چهار مدل مته که شامل مته های الماسی پلی کریستال - PDC - ، مته های الماسی آغشته، مخروط چرخنده و مته های ترکیبی PDC مخروطی چرخنده - شکل - 2 هستند، بدست آید.
3-2 موتورانحراف باقابلیت کاردر 300
گزینه های حفاری انحرافی در بیشتر چاه های سنتی در دمای 200 C و یا کمتر از آن، به خوبی عمل می کنند. چاه های EGS، طراحی و چالش مواد جدیدی را برای ساخت ابزارهایی با قابلیت کار در - 572 F - 300 C ارائه کرده است. یک نوع از این ابزارها که در حال حاضر برای حفاری چاه های زمین گرمایی استفاده می شود، توربین است. توربین وسیله ای قابل قبول و قادر به کار در محیط هایی با دمای بالا می باشد که برای قابلیت RPM بالا معروف است ولی قابلیت تحمل گشتاور پایینی را دارد.
مطالعات حفاری اشاره شده در قسمت های قبل، استفاده از مته های مخروطی چرخشی یا PDC مخروطی چرخشی آغشته، با WOB بالا یا RPM پایین را برای حفاری سازند های سخت پیشنهاد می کنند تا در نتیجه، توربین انتخابی ضعیف باشد - . - Orazzini et al, 2011 به مته ی اولیه در مشارکت با یک توربین، مته ی الماسی آغشته گفته می شود که دارای تهاجم پایینی است و اغلب برای حفاری سازند
