بخشی از مقاله
مکانیسم ایجاد باریت سگ در امر حفاري و مقایسه دو حالت استاتیکی و دینامیکی
چکیده:
باریت سگ یک عامل شناخته شده در کاهش عملکرد حفاري می باشد.جهت کنترل چاه در طول عملیات حفاري نگه داري مواد وزن افزا به صورت معلق در سیال حفاري یکی از حیاتی ترین امور صنعت حفاري می باشد که در صورت ته نشینی باریت مشکلاتی از قبیل تغییرات وزن سیال حفاري، عدم پایداري دیواره چاه کاهش نفوذ پذیري دیواره چاه و کاهش سرعت عملیات حفاري می شود در عملیات تکمیل چاه نیز باریت سگ باعث ایجاد اختلالاتی می شود ،بدلیل اینکه گل حفاري منبع خوبی از باریت می باشد ونیز باریت هم منبع سرشاري از باریم می باشد دراثر رخداد باریت سگ، باریت در سازند نفوذ کرده و با واکنش باریم موجود در باریت با فلوئوسیلیسیک اسید تشکیل نمک داده و رسوبات حاصل از این نمک منجر به کاهش تراوایی خواهد شد که در این صورت سازند نیاز به روش هاي ازدیاد برداشت و اسیدکاري مجدد خواهد داشت که این امر داراي بار مالی زیاد بوده پس درکل می توان گفت باریت سگ منجر به افزایش هزینه ها خواهد شد.در این مقاله باریت سگ در دو حالت دینامیکی و استاتیکی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است که در نظر داریم با بررسی عومل ایجاد باریت سگ شناخت کلی از این عوامل پیدا کرده تا از بروز آن و در نهایت مشکلات ایجاد شده در این امر جلوگیري بعمل آید.
واژه هاي کلیدي :باریت سگ ،باریت ،عملکرد حفاري ،هزینه
-1مقدمه
حفاري چاه هاي نفت و گاز کاري است دقیق، حساس و طاقتفرسا که به دلیل پیچیدگی تکنولوژي و تنوع تخصصهاي وابسته بـه آن امروزه به صورت انحصاري توسط معدودي از شرکت هاي بزرگ در دنیا انجام میپذیرد. صنعت حفاري جالـبتـرین و هیجـانانگیزتـرین فصـل داستان نفت است چرا که شرح تلاش سخت و غرورانگیز انسان است که با سلاح دانش و تجربه با طبیعت خشن و نیروهاي مرموز آن به مبارزه برمیخیزد.
تکنولوژي حفاري در طول سال هاي متمادي توسعه یافته که دلیل اصلی آن افـزایش دائمـی درخواسـت انـرژي ماننـد نفـت و گـاز وهمچنین افزایش قیمت انرژي بوده است. اما در حین این پیشرفت ها مشکلاتی نیز پیش آمده که از آن جمله میتوان به تـهنشـینی مـواد وزن افزاي سیال حفاري در حین حفاري یا در حالت استاتیک نام برد که به باریت سگ معروف است. باریت سگ عاملی است که در چاههاي نفت و گاز شناخته شده اما اطلاعات کمی در عملیات حفاري از آن وجود دارد که در مورد پیدایش آن میتوان موارد متعددي را مورد بررسی قرار داد. از آن جمله خصوصیات سیال یا ماده وزنافزا میباشد. براي این که بتوان در طول دوره حفاري یک چاه را تحت کنترل گرفت باید مواد وزنافزا را به صورت معلق در سیال حفاري نگه داشت که این یک امر حیاتی میباشد و این مورد در خصوص سیالات پایه روغنی و سیالات پایه سینتیکی بسیار سخت و دشوار میباشد. تعداد زیادي از چاهها در جهان سابقه هرزروي کامل یا طغیان چاه را دارند که این امر نشاندهنده به وجود آمدن مشکلی در سیال حفاري میباشد که یکی از این مشکلات میتواند تهنشینی باشد. اگرچه روشهاي محدود ثابتشدهاي وجود دارد که میتوان باریت سگ را پیشبینی کرد و یا در صورت بروز از آن مطلع شد ولی براي مهندس گلشناس تشخیص آن از راه مشاهده باز هم کاري سخت و دشوار میباشد و نیز مطالعات نشان داده که بررسی ویسکوزیته نمیتواند پتانسیل تهنشینی یک سیال حفاري را مورد مطالعه قرار دهد.
-2بازبینی مطالعات انجام شده
در کلیه مطالعاتی که در مورد باریت سگ انجام شده اساس و پایه کلیه تحقیقات، وزن گل فشار لوله قائم گشـتاور و Drag، کـاهش وافزایش حجم گل و تغییرات خصوصیات رئولوژي گل میباشد. مطالعات قبلی بر اساس اندازهگیري وزن گل انجام شد.آقاي برن تغییر وزن گل به میزان5/0 تا یک پوند بر گالن به واسطه تهنشین شدن مواد وزنافزا را به عنوان دلیلی بر وجود باریت سـگ تعریف کرده است اما در یک روش جدید که توسط مهندس روحی ارائه شده در هر لحظه فشار در عمـق مـورد نظـر در مقیـاس آزمایشـگاهی اندازه گیري می شود. زمان و هزینه در این روش نسبت به روشهاي قبلی کمتر میباشد. در ابتدا تصور میشد که باریت سـگ فقـط در حالـت ساکن رخ میدهد ولی بعداً مشخص گردید که در حالت دینامیکی و Slumping هم رخ میدهد و حتـی در ایـن حالـتهـا شـدیدتر از حالـت
استاتیکی رخ میدهد.
-3 علائم وجود باریت سگ
براي تشخیص و درمان باریت سگ در ابتداي امر باید علائم را شناخت که این علائم در سه مبحث وزن گل، فشار لوله قـائم، گشـتاور رخ نمودن پیدا می کنند به این صورت که در مورد وزن گل هر تغییر محسوسی در وزن گل که قابل توجیه نباشد میتوانـد یکـی از علائـم آن باشد و نیز در مورد فشار لوله قائم باید گفت که نوسانات غیر عادي در فشار لوله قائم میتواند یکی از علائم باریـت سـگ باشـد و همـین طـور گشتاور سیستم حفاري که در صورت ته نشینی باریت نیروي گشتاور وارد به سیستم حفاري را افزایش میدهد. در واقع شبیه وجود کندههـاي حفاري در چاههاي انحرافی عمل مینماید که باعث افزایش گشتاور و نیز یک اضافه کشش به وجود میآورد.
-4مشکلات ناشی از باریت سگ
مشکلاتی از جمله کاهش جریان، کنترل چاه و گیر لوله و ... توسط باریت سگ اتفاق میافتد که این باعث به وجود آمـدن یـک تـأثیر شدید مالی در هزینههاي عملیات حفاري میباشد که این مشکلات را به صورت مختصر توضیح داده میشود.
-1-4 تغییرات وزن گل داخل ـ بیرون چاه به دلیل تهنشینی مواد وزن گل از مقدار خواسته شده کمتر خواهد بود. -2-4 کنترل فوران چاه
به دلیل کاهش وزن گل توسط باریت سگ نمیتوان چاه را تحت کنترل درآورد و باعث بروز مشکلاتی میشود. -3-4 هرزروي گل
-4-4 عدم پایداري دیواره چاه
-5-4 گیر رشته حفاري
-6-4 کاهش سرعت حفاري
-7-4 کاهش نفوذ دیواره چاه
-5مکانیسم تهنشینی
همان طور که گفته شد به سه صورت تقسیم میشوند و آنها استاتیکی، دینامیکی و Slumping میباشد که اندازهگیري سایزها، تغییر شکل مواد و وسایل قسمت اصل و پایه شرایط استاتیکی هستند و در حالت دینامیکی باریت سگ دو عامل برجسته و مؤثر وجود دارد و آن دو نخستین همایش ملی فناوري هاي نوین در صنایع نفت و گاز،12 و 13 عامل -1 پایین بودن برش جریان که وابسته به فرآیندهاي حفاري است و -2 نارسایی بسیار پایین ویسکوزیته سیال است که وابسته به سـیال حفاري میباشد.
-1-5 حالت استاتیکی
این مکانیسم بستگی به خصوصیات ویسکوالاستیک سیال دارد که این خصوصیات خود نیز به مواد تشکیلدهنده گل حفاري دارند که باعث به وجود آمدن حالت ژلهاي در گل میباشد که این خاصیت ژلهاي جهت تعلیق مواد جامد در سیال حفاري کاربرد دارد.این نوع مکانیسم و اندازهگیري آن بسیار زمانبر میباشد و نیز وسیله دستگاه ویسکومتر نیز قابل اندازهگیري نمیباشد.
-2-5 حالت Slumping
کشف این پدیده توسط فیزیکدان معروف آقاي آ. اي. بایکوت صورت گرفت و مکانیسم آن به این صورت است که سرعت تهنشـینی در یک مقطع شیبدار بیشتر از یک مقطع کاملاً عمودي می باشد در این مورد سرعت تهنشینی مواد جامد 3 تا 5 برابر افزایش مییابد حتـی اگـر یک ژل بسیار قوي نیز در سیال ایجاد شود نمیتواند از تهنشینی مواد جلوگیري شود.
-3-5 حالت دینامیکی
هانسن، تریگ، راشل و زمورا در سال 1990 براي اولین بار نشان دادند که باریت سگ نه تنها در حالت استاتیک رخ میدهد بلکـه در دینامیکی نیز رخ میدهد و به طور کامل به دلیل مشکل گل حفاري نیست و به دو علت -1 عملیات حفاري -2 سیال حفاري است و نیـز ایـن دو علت نمیتواند رفتار مستقل نسبت به همدیگر داشته باشند یعنی به هم وابسته هستند.لازم به ذکر است که در حین گردش گل بسیار آرام تهنشینی بسیار شدیدتر نیز میباشد.
-1-3-5 خواص سیال حفاري و حالت دینامیکی باریت سگ
بدون شناخت عوامل بی ثباتی در خواص سیالات نمیتوان به طور مؤثر باریت سگ را کنتـرل کـرد. یـک روش جدیـد و سـاده پنجـره بهینه سازي براي مدیریت سیال حفاري است روشی که از تستهاي جریان آنالوس و چاههاي مشاهدهاي در مورد تـهنشـینی مـواد وزنافـزا در سیال حفاري مورد استفاده قرار گرفته است زمانی که استفاده از این روشها گسترش پیدا میکند و کاربرد بیشتري پیدا میکنـد تسـتهـاي جریان آنالوس همراه با عملیات هاي میدانی انجام گرفته و این فرصت بسیار مناسبتی براي یکی کردن نتایج میدانی و آزمایشـگاهی تـهنشـینی دینامیکی و ویسکوزیته سیال در حالت چرخش اندازهگیري شده در دستگاه شکل 1 میباشد.این تکنولوژي پتانسیل هاي باریت سگ دینامیکی را با استفاده از اندازهگیري افـت و نیـز ویسـکوزیته و میـزان نیـروي برشـی بدسـت میآورد و با روش پنجره بهینهسازي مقایسه میکند به صورتی که در شکل 2 نمایش داده شده است.درمکانهایی که ویسکوزیته پایینتر از حد پایینی lower limit مرتبط با تهنشینیهاي بسیار شدید است که در تستهاي آزمایشگاهی و میدانی مشاهده شده که داراي پتانسیل بالایی براي باریت سگ دینامیکی است و در حالتی که بالاتر از upper limit هستند نشانگر پتانسـیل کم براي باریت سگ دینامیکی می باشد اما براي مدیریت باریت سگ در یک سیال حفاري باید اندازهگیري شود و در نهایت میتوان گفـت کـه ویسکوزیته بین دو خط بهترین حالت براي باریت سگ میباشد. براي ایجاد تعادلی بین باریت سگ و مدیریت ECD ویسکوزیته سیال حفاري در محدوده پنجـره بهینـه مـیشـود و بـه صـورت طبیعـی سـگ دینامیکی متوسط کمتر از 1lb/gal اندازه گیري می شود و به
