بخشی از مقاله
چکيده :
يکي از مهمترين و بزرگترين معضلات صنعت نفت و گاز، خطر فوران چاه نفت / گاز در هنگام حفاري اين چاه ها مي باشد که به وفور و دفعات مکرر در ميدانهاي مختلف کشور عزيزمان ايران رخ داده و از نمونه هاي بارز و جديد آن مي توان به فوران چاه شماره ٢٤ ميدان نفت شهر، چاه شماره ٤١ ميدان نفت سفيد و يا فوران چاه شماره ٢٣ کنگان اشاره کرد. هنگامي که يک چاه فوران مي کند علاوه بر خطرات جاني براي پرسنل حفاري ، آلودگي هاي زيست محيطي و ضرر و زيانهاي مالي را هم در پي خواهد داشت . بنابراين براي پيشگيري از بروز اين خسارات بهتر است از هر گونه فوران چاه ها جلوگيري شود و اگر نتوانستيم از فوران چاه ها جلوگيري کنيم حداقل با داشتن آمادگي لازم و آموزش نيروهاي مجرب بتوانيم در کمترين زمان ممکن فوران را مهار و چاه را به کنترل خود در آوريم . زيرا هر چه از مدت زمان فوران يک چاه بگذرد به کنترل در آوردن آن مشکل تر بوده و بايد هزينه بيشتري صرف اين کار شود.
در اين مقاله بر آن شديم تا به بررسي علل به وجود آمدن سيلان و فوران چاه ها پرداخته و بهترين راه جلوگيري از سيلان و فوران چاه ها در هنگام حفاري را بيان کنيم .
واژگان کليدي : حفاري ، سيلان ، فوران ، فوران گيرها، کشتن چاه
مقدمه :
در عمليات حفاري دو تعريف اساسي براي فشار وجود داردکه عبارتند از :
١) فشار سازند : فشار سازند، حاصل نيروي ناشي از سيال درون آن و وزن طبقات روي اين سازند است .
٢) فشار هيدرواستاتيکي : نيروي است که که از جانب سيال حفاري به ديواره و ته چاه وارد مي شود.
هر گاه به هر دليلي فشار سازند به طور ناخواسته بيشتر از فشار هيدرواستاتيکي (که ناشي از گل حفاري است ) باشد سيال از سمت سازند به درون چاه جريان يافته (جريان ناخواسته ) که به اين پديده سيلان يا طغيان گويند. اگر جلوي ورود ناخواسته سيال سازند به درون چاه را نگيريم پس از مدتي (بسته به نوع سيال ) فشار هيدرواستاتيکي گل کاهش مي يابد و اگر جلوي اين پديده گرفته نشود نرخ کاهش فشار هيدرواستاتيکي به شدت افزايش يافته و سيال سازندي به سرعت خود را به سطح مي رساند و آنگاه کنترل کردن آن بسيار مشکل خواهد بود.اگر سيال سيازندي سيلان کرده را در سطح نتوانيم کنترل کنيم به آن فوران گويند
شکل (١):نمونه يک چاه سيلان کرده
شکل (٢):نمونه سيلان تبديل شده به فوران
مهمترين دليل به وجود آمدن يک فوران ،سيلان است ومهترين دليل سيلان ،غلبه فشار سازندي بر فشار هيدرواستيکي گل مي باشد.لايل بسيار زيادي براي غلبه فشار سازندي بر فشار هيدرواستاتيکي که گل به ته
چاه و ديواره آن وارد مي کند وجود دارد که به طور خلاصه و مختصر مي توانند به شرح زير باشند :
دلايل غلبه فشار سازندي برفشار هيدرو استاتيکي :
دلايل بسيار زيادي براي غلبه ي فشار سازندي بر فشارهيدرواستاتيکي و به وجود آمدن يک سيلان وجود دارد.ولي آنچه که در اينجا مهم است اين است که کليه ي اين سيلان ها را ميتوان به دو دسته کلي تقسيم
کرد:
١ - سيلانهاي نا متوازن : هنگامي که فشار سازندي بيش از فشار هيدرواستاتيک گل در مجاورت آن سازند شود اين نوع سيلان ها به وقوع مي پيوندند.دلايل بسيار زيادي براي اين امر وجود دارد که از جمله ي آنها مي توان به وجود لايه هايي بافشار غير نرمال و يا عدم تخمين صحيح فشار سازند و...... اشاره کرد.طبق آمار جهاني ٢٥ تا ٣٥درصد از سيلانهاي بوجود آمده از نوع سيلانهاي نامتوازن مي باشد.
همان طورکه ذکر شد يکي از مهمترين علل به وقوع پيوستن سيلانهاي نا متوازن وجود سازندهاي با فشار سازندي غير نرمال است . فشار سازندي نرمال به فشار سازندي اطلاق ميشودکه گراديان فشار آن برابر با باشد.سازندهايي که گراديان فشار آنها بيشتر ياکمتر از اين مقدار باشندرا سازندهاي با فشار غير نرمال مي نامند. دلايل بسيار زيادي وجود دارد که يک سازند با فشار عادي را به سازند با فشار غير عادي تبديل ميکند. براي مثال ميتوان به موارد زير اشاره کرد.
- گسل ها
با افزايش عمق ميزان تنش ها وارده بر سنگ افزايش مي يابد وقتي ميزان تنش ها از حدي فراتر رود سنگ ها ديگر توان تحمل اين تنشها را نداشته و مي شکنند. بر اثر اينکه اين شکستگي ها به چه نوع باشندپديده هايي همچون گسلها، چين ها و يا درزها به وجود مي آيند.که اين پديده ها سيال را در خود محصور کرده و توليد فشار غير عادي مي کنند. به خصوص اگر اين پديده گسل معکوس باشد. در گسلهاي معکوس که به گسلهاي رانده نيز معروفند در يک مقطع قائم عمود بر امتدادگسل کمر بالا نسبت به کمر پايين به طرف بالا حرکت مي کند. بر همين اساس يک لايه از طبقات زيرين زمين به طرف بالا حرکت کرده و در مجاورت طبقات بالا قرار مي گيرد اين لايه نسبت به طبقاتي که در مجاورت آنها قرار گرفته داراي فشار زيادتري مي باشد بنابراين هنگامي که در حال حفاري هستيم اگر چنين پديده اي را از قبل شناسايي نکرده باشيم با ورود به اين سازند با يک سيلان بسيار قوي روبرو خواهيم شد به خصوص اگر سيال سازند گاز باشد. در اينجا بايد اشاره کنيم که دليل اصلي فوران چاه شماره ٢٤ نفت شهر همين گسل هاي معکوس بوده که از قبل در ميدان شهر شناسايي نشده بود. اين گسل معکوس ميدان نفت شهر سازند داراي نفت و گاز را حدود ٤٠٠ متر بالا تر آورده بود که به محض ورود مته به اين سازند به سرعت فشار سازندي بر فشار هيدرواستاتيک غلبه کرده چاه دچار سيلان شديد شده و سيال سازندي به سرعت خود را به سطح رسانده و چون نتوانستند اين سيلان را کنترل کنند تبديل به يک فوران شد. اما با توجه به سابقه درخشان مهندسين نفت ايران در زمينه کنترل فورانها توانستند اين فوران را در کمترين زمان ممکن و با دانش و تنکنولوژي بومي کنترل کنند.
- شيل ها
شيلها داراي تخلخل (خاصيت ذخيره سازي ) زياد و تراوايي (خاصيت گذر دهي ) بسيار پاييني هستند بنابراين از حرکت سيالهاي سازندي در طي دوره هاي مختلف زمين شناسي جلوگيري کرده و سيال را در پشت خود محصور مي کند بدين ترتيب با گذشت زمان توليد يک سازند با فشار غير عادي مي کنند. لايه هاي شيلي در کليه ي اعماق زمين وجود داشته و هر چه در عمق پايين تري قرار گيرند داراي فشار غير عادي بيشتري خواهند بود
- لايه هاي نمکي
نمک به خاطر داشتن خاصيت پلاستيکي بالا به راحتي تغيير شکل داده و به بالا حرکت مي کنند و وقتي در پشت يک سازند تجمع پيدا کنند باعث مي شوند که آن سازند داراي فشار غير عادي شود.
- شکستگي ها
يکي ديگر از پديده هايي که در سيلانها و فورانها نقش گسترده اي دارند شکستگي ها مي باشند. سنگها وقتي تحت تنش قرار ميگيرند مي شکنند و اين شکسته شدن باعث ايجاد راهي به لايه ها و سازندهاي بالاتر مي شود. بنابراين سيال از اين راه ايجاد شده خود را به لايه هاي بالاتر مي رساند. در هنگام حفاري چنين مناطقي به محض ورود مته به اين لايه ها سيال به سرعت وارد چاه مي شود (به دليل آنکه ما انتظار وجود سيال را در چنين لايه هايي نداريم ) و باعث به وجود آمدن يک سيلان مي شود. در اغلب اين موارد سيال داراي فشار زياد بوده و در نزديکي سطح رخ مي دهد.سيال به سرعت خود را به سطح رسانده وکنترل آن مشکل خواهد بود و به
يک فوران تبديل مي شود. از نمونه هاي بارز آن مي توان به فوران چاه شماره ٤١ نفت سفيد اشاره کرد که دليل اصلي فوران اين چاه همين موضوع بوده است .
- عدم تخمين فشار سازند
عدم تخمين صحيح فشار سازند باعث انتخاب يک گل با وزن نا مناسب مي شود. انتخاب نادرست وزن گل باعث مي شود که فشار هيدرواستاتيکي که گل به ته چاه و ديواره ي آن وارد مي کندکافي نبوده و نتواند بر فشار سازند غلبه کند و نتيجه آن وارد شدن سيال سازند به درون چاه است .
٢ - سيلانهاي القايي :
اين نوع سيلان ها معمولآ در اثرخطاي انساني هنگام انجام عمليات حفاري بوجود مي آيد.که از جمله اين
خطاها مي توان به موارد زير اشاره کرد:
- پر نکردن چاه از گل حفاري در خلال عمليات لوله بالا:
در خلال عمليات بالا کشيدن رشته حفاري از درون چاه ، حجم گل در درون چاه به ميزان قابل توجهي کاهش مي يابد که بايد توسط پرسنل حفاري اين حجم گل به وسيله افزودن يک گل با وزن مناسب جبران شود.حال اگر اين کاهش حجم گل جبران نشود ويا اينکه مقدار آن مناسب نباشد باعث مي شود که فشار هيدرواستاتيکي چاه کمتر از فشار سازندي شده و چاه جريان پيدا کند. براي محاسبه ي وزن گل ميتوان از فرمول زير استفاده
کرد:
