بخشی از مقاله
چکیده
آگاهی از فشار پمپ مورد نیاز برای داشتن جریان سیال کارآمد و همچنین آگاهی از رفتار پروفیل فشار در طول رشته حفاری و فضای آنالوس چاه از پارامترهای بسیار مهم در عملیات حفاری به شمار می روند. پیش بینی تغییرات فشار با وجود رفتار غیر نیوتنی سیالات حفاری بسیار پیچیده می شود٬ از طرفی نیاز به استفاده از ابزاری که سریع و دقیق قادر به تخمین این پارامترها باشند امری ضروری به نظر می رسد. آنچه دلیل وسیعی برای کامل کردن تلاشهای گذشته به نظر می رسد این است که نرم افزاری طراحی شود که با حداقل داده های ورودی مورد نیاز و کوتاهترین زمان ممکن ترسیم دقیقی از شرایط مطلوب عملیات با استفاده از ارائه ی یک روش گرافیکی در اختیار کاربر قرار دهد.
در این مطالعه برای پیش بینی پروفایل فشار در تمامی سیستم گردشی سیال٬ یک نرم افزار تهیه گردیده است. این نرم افزار قادر است تمامی پارامترها را در -nنقطه که کاربر می خواهد بررسی کرده و خروجی مطلوب جهت هدایت کاربر برای داشتن یک عملیات حفاری کارآمد ارائه دهد. برای تهیه این نرم افزار تمامی معادلات ریاضی با استفاده از نرم افزار متلب کدنویسی شده اند به نحوی که مسئله را به -n المان تقسیم کرده و محاسبات را برای این المانهای بسیار کوچک انجام می دهد. لذا کاربر قادر خواهد بود٬ بصورت نقطه به نقطه تغییرات سایر پارامترها را مشاهده نماید. در این مقاله ٬ برای صحت دقت محاسبات از داده های واقعی چندین چاه استفاده شد و نشان داده شده است که یک نزدیکی قابل قبول بین خروجی نرم افزار و داده های واقعی وجود دارد.
۱- مقدمه
در حین عملیات - well site - باید روی پارامتر افت فشار در طول سیستم گردش گل توجه کافی صورت پذیرد. ما مطمئنا نیاز به اندازه فشار در یک نقطه خاص درون حفره چاه مثل پاشنه لوله جداری یا یک زون هرزروی گل خواهیم داشت یا ممکن است بخواهیم فشار مورد نیاز پمپ یک حجم مشخص از گل در یک نرخ مشخص چقدر است. انواع گوناگون فشار به خاطر مکانیزم های مختلف بصورت فشارهای هیدروستاتیک و هیدرولیک یا فشارهای تماسی وجود دارند.
این نکته باید در نظر گرفته شود که فشار در یک نقطه از سیستم گردش گل٬ مجموع فشارهای مذکور که در آن نقطه وجود دارند٬ می باشد. منظور از فشار پمپ٬ فشاری است که بوسیله پمپ برای انتقال سیال حفاری از پمپ گل و جریان در طول دیواره چاه و سپس برگشت به خطوط جریان ایجاد می شود. بعبارتی این همان فشار هیدرولیکی می باشد که می تواند در یک نقطه از سیستم گردشی محاسبه شود.[1]
۲- مروری بر تحقیقات انجام شده
کندال و گوینس - 1959 - یک برنامه جت مته - Jet-Bit Program - برای داشتن ماکزیمم توان هیدرولیکی و نیروی تماسی - Impact Force - یا سرعت جت - Jet Velocity - ارائه دادند. آنها شرایط مربوط به داشتن ماکزیمم توان هیدرولیکی قابل دستیابی مته در پمپها ٬ رشته حفاری و چاه و همچنین مینیمم نرخ گردش گل برای تمیزسازی چاه از خرده های حفاری را در مقاله خود نشان دادند. آنها همچنین نشان دادند با انتخاب مناسب سایزهای نازل و با استفاده از نتایج ارائه شده ٬ ماکزیمم مقادیر قابل دستیابی برای سطح تا کل عمق بدست آمده است. در پایان یک روش گرافیکی ساده از انتخاب سایزهای نازل و نرخ جریان ارائه دادند.[2]
براون و کابرلی - 1960 - روابطی برای افت فشار اصطکاکی در قسمت های دارای سطح مقطع دایروی سیستم چرخشی گل ارائه دادند. آنها در مطالعات خود از فاکتورهای تصحیح ارائه شده توسط نویسندگان مختلف استفاده کردند. آنها برای سادگی محاسبات خود٬ در قسمت های حلقوی٬ قطرهای معادل را معرفی کرده و فاکتورها را روی آنها بررسی کردند. آنها نتایج خود را بصورت جدولی ارائه دادند که قابل استفاده برای انواع سایزهای لوله و لوله جداری است.[3]
شاح و ژوو - 2009 - تصحیحاتی برای پیش بینی افت فشار اصطکاکی هنگام عملیات ایجاد شکاف - Fracturing - در طول لوله مغزی مستقیم - Straight Tubing - و لوله مغزی سیار - - Coiled-Tubing ارائه دادند. مطالعات آنها بر اساس تست های - Slurry-Flow - با 1 ½ - in.CT - بود که 35 lbm/1000gal از - guar gel - ژل تهیه شده بود. تصحیحات ارائه شده با داده های آزمایشگاهی و داده های میدانی واقعی CT-Fracturing تصدیق شده بود.[4]
افت فشار به میزان فشاری که برای جابجایی یک سیال در یک فاصله خاص٬ مورد نیاز است گفته می شود. فشار پمپ عبارت است از مجموع فشارها از پمپ تا برگشت مجدد گل به خطوط جریان. بعبارتی برای بررسی فشار پمپ باید افت فشار گل در تمامی مسیرهای جریان گل درحین حفاری محاسبه شود.این مسیرها شامل تجهیزات سطحی ٬ لوله ایستا٬ شیلنگ حفاری ٬سویول ٬ لوله چندبر و درون لوله های رشته حفاری که می تواند شامل لوله های حفاری و لوله های وزنی باشد .
بعد از آن نوبت به افت فشار ایجاد شده توسط نازل های مته است. این مسیر رفت گل به ته چاه است. در مسیر برگشت باید افت فشار ایجاد شده را در فضای حلقوی اطراف لوله های وزنی و لوله های حفاری تا موقعی که جریان سیال دوباره به سطح میرسد٬ محاسبه شود. آنالیز این شرایط با رفتار غیر نیوتنی سیال حفاری٬ پیچیده می شود.[5]
٣- روش کار :
در این مطالعه فرضیات بدین صورت در نظر گرفته شده است:
-1رشته حفاری و لوله های جداری یا حفره باز هم مرکز هستند.
-2 قسمت های حفره باز٬ دایره ای شکل با قطر مشخص است .
-3 ایزوترمال است.
-4 حالت مرزی در محاسبات سرعت های بحرانی در NRe=2000 در نظر گرفته شده است.
٣- ۱- الگوریتم برنامه
داده های ورودی برنامه عمق ها و خصوصیات فیزیکی رشته حفاری و سیال حفاری و قطر چاه در این عمق ها می باشد.
-2-3 مطالعات میدانی
در این قسمت برای مقایسه خروجی نرم افزار با اطلاعات واقعی٬ پروفایل فشار٬ برای چاه شماره KSH-B-001 واقع در میدان گازی کیش با نرم افزار تهیه شده٬ شبیه سازی شده است.در جدول 1 خلاصه ای از مشخصات چاه ارائه شده است.
