مبانی مهندسی سیالات حفاری

امروزه در علم حفاری بحث سیال حفاری از جایگاه و اهمیت خاصی برخورداراست و بنظر می رسد که اهمیت سیال حفاری جایگاه خود را از دست ندهد .سیستم گردش گل حفاری چه از نظر اهمیت و چه از نظر شباهت به سیستم گردش خون دربدن انسان تشبیه شده است .و بحث افزودنی های گل حفاری نیز قطعاً و بطور یقین از توجه خاصی در نزد مهندسین گل برخورداراست و شاید بتوان گفت که مهمترین موضوع موردبحث در این زمینه می باشد و همواره در جهت تحول و تغییر گل و تولید گل های حفاری جدیدتر و اقتصادی تر، متناسب با شرایط حفاری شرکتهای کوچک و بزرگ در رقابت هستند .

گل حفاری آمیزه ای از آب و مواد دیگر جهت سهولت و ادامه عملیات حفاری است که از دیر باز در حفاری های ایران مورد استفاده قرار می گرفت و بمرور زمان مواد مختلف با خواص گوناگون فیزیکی و شیمیایی به آن افزوده گشت.

ویژگی ها و تواناییهای گل حفاری:

۱)تمیز کردن ته چاه و انتقال کنده های حفاری به سطح زمین

۲)خنک کردن مته ولوله های حفاری

۳)روان کردن مته ولوله های حفاری

۴)اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش چاه

۵)کنترل فشارهای زیر زمینی

۶)معلق نگه داشتن کنده ها و مواد وزن افزای گل به هنگام قطع جریان گل

۷)ترخیص شن و کنده های حفاری بر روی الکهای لرزان و سایر جدا کننده ها

۸)تحمل قسمتی از وزن لوله حفاری و جداری

۹)به حداقل رساندن ضایعات و آسیبها به سازندهای مجاور چاه

۱۰)انتقال توان هیدرولیکی پمپهای گل به مته و بحرکت در آوردن تیغه های متحرک مته

دلایل افزودن مواد به گل حفاری

۱- افزایش وزن گل جهت غلبه بر فشار سازند

۲- کنترل PH گل برای جلوگیری از خوردگی لوله و ادوات حفاری و همچنین بالا نرفتن ویکوزیته گل

۳- کنترل water lose  یا mud filtrate  یا همان صاف آب گل حفاری (کنترل تراویده گل حفاری) به منظور جلوگیری از آسیب دیدن سازند . F . A

4- جهت پرکردن ترک خوردگی های دیواره چاه و جلوگیری از هرزروی گل

۵- جهت روان تر کردن مته و لوله ها و کم کردن گشتاور torque  و یا آزاد کردن گیر در لوله ها

۶- جلوگیری از زنگ زدگی و کنترل مسئله خوردگی

۷- کاهش و یا افزایش گرانروی گل و تحت کنترل درآوردن مسئله حمل کننده های حفاری

۸- مبارزه با آلودگی هایی که گل در حین حفاری سازنده های مختلف تحت تأثیر مواد شیمیایی در دماهای بالا به آنها دچار می شود و باعث می شوند که گل خواص خود را از دست بدهد .

عملکرد سیال حفاری

گل حفاری در ابتدا برای حمل کننده های حفاری و آوردن آن به سطح زمین مورد استفاده واقع می شد ولی بعد از آنکه حفاری پیشرفت نموده کار گل حفاری نیز زیادتر شده و خواص آن متنوع گردید. امروزه تشخیص داده شده که گل حفاری حداقل ده وظیفه مهم انسجام می دهد:

۱- کنده های حفر شده از ته چاه را بسطح زمین و بطور کامل منتقل نماید.

۲- مته و لوله های حفاری را خشک کرده و روان سازی نماید.

۳- دیواره ای زائد و کم نفوذ بسازد که مانع خروج گل به دیواره چاه گردد.

۴- فشارهای زیر زمینی را کنترل نماید.

۵- در هنگامی که عملیات حفاری متوقف است بتواند مواد سینگین گل حفاری را بصورت معلق نگه دارد.

۶- بتواند مقداری از وزن لوله های حفاری و جداری را تحمل نماید.

۷- شن و کنده های حفر شده را در سطح زمین ترخیص نماید.

۸- از نظر زمین شناسی، حداکثر اطلاعات از سازنده حفر شده را در اختیار قرار دهد.

۹- بتواند نیروی ئیدرولیکی را به نوک مته منتقل نماید و در سیستم گردش گل افت زیادی ایجاد نکند.

۱۰- هر نوع اثر منفی از طرف دیواره چاه را بداخل کاهش دهد.

۱۱- کنترل اثر خوردگی فلزات.

انتقال کنده های حفاری

یکی از مهمترین وظیفه گل حفاری انتقال کنده های حفاری به سطح زمین است. مایع حفاری که از نازلهای مته بصورت فواره ای جریان دارد باعث تمیز نمودن ته چاه و گوشه های مته می گردد که این عمل باعث تضمین عمر مته و بالا بردن راندمان حفاری است.

گل حفاری در حال گردش کنده های حفاری را از ته چاه تا سطح زمین حمل می نماید. تحت تاثیر وزن مخصوص کنده های حفاری مایل هستند که در گل حفاری غرق شده که این عمل باعث ته نشینی آنها می شود اما در صورتیکه سرعت گردش دورانی در حدی باشد که اثر وزن مخصوص را خنثی نماید، کنده ها براحتی به سطح زمین انتقال خواهد یافت. اثر گل حفاری در انتقال کنده ها به چند عامل بستگی دارد که در زیر تشریح گردیده است.در دقیقه بسیار موثر بوده است. سرعت جداری به عواملی نظیر ظرفیت پمپ، سرعت پمپ، دهانه چاه و اندازه لوله حفاری بستگی دارد. سرعت جداره ای از رابطه زیر محاسبه می گردد.

وزن مخصوص

وزن مخصوص، وزن واحد حجمی گل حفاری است و حالت شناوری به ذرات جامد می دهد. اضافه نمودن وزن مخصوص گل قدرت حمل ذرات را بیشتر می نماید (بواسطه تاثیر بر شناوری ذرات بعلت تداخل ذرات جامد موجود در گل.)

گرانروی

گرانروی تاثیر مهمی در قدرت گل حفاری دارد. گرانروی بستگی به غلظت و کیفیت و پراکندگی ذرات معلق دارد. گرانروی در چاهها سرعت جریان است که با MARSH FUMNEL اندازه گیری      می شود. گرانروی همچنین با گرانروی سنج های * اندازه گیری    می شود. این دستگاه ها بسیار با ارزش در اندازه گیری و کنترل گل حفاری بسیار با ارزش بوده و تغییرات گرانروی را می توان بوسیله آزمایشات راهنما * اندازه گیری نمود.

خنک کردن و روان سازی

گرمای قابل ملاحظه ای بر اثر اصطکاک در مته و در جاهایی که لوله های حفاری با سازند تماس دارند بوجود می آید. شانس بسیار ضعیفی وجود دارد که این گرما به سازند انتقال یابد گر چه این گرما می بایست بوسیله جریان گل حفاری انتقال یابد. گرمائی که در نقطه اثر اصطکاک به گل انتقال می یابد می بایست به سطح زمین برسد.

کل حفاری پایه آبی کمک زیادی به روانکاری لوله ها و مته نمی نماید مگر در مواردی که از گلهای روغنی همراه با مواد امولسیون کننده استفاده نمایند که تاثیر آن از کم شدن *، زیاد شدن عمر مته و کم شدن فشار پمپ مشخص می گردد.

تحت وزنهای بسیار زیاد گل حتی بهترین گل روغنی نیز قادر به حذف عوامل تخریب کننده مته نیست و در این شرایط در صورتی که از روان کننده های تحت فشار زیاد * استفاده شود کمک موثری جهت روان نمودن مته و لوله ها خواهد شد. بوسیله دستگاه * مشخصات روانکاری فشارهای زیاد تعیین می شود.

جهت کاهش گشتاور * که بوسیله لوله های حفاری بوجود می آیند، می توان از مواد خاص شیمیایی گل حفاری استفاده نمود.

دیواره سازی

یک گل حفاری خوب اندود خوبی نیز در دیواره بجای می گذارد و باعث تحکیم سازند می گردد تا مانع از عبور مایع حفاری به درون آن شود. مشخصات یک گل حفاری با اضافه نمودن در صد کلوئیدها به گل مثل بنتونیت و مواد شیمیایی دیگر باعث توسعه پخش ذرات و دی فلاکوله شدن آنها می گردد. در حالت های زیادی نشاسته یا مواد دیگر به گل حفاری اضافه می شود که مافاب یا * را کاهش دهد.

کنترل فشارهای تحت الارضی

جلوگیری موثر از فشار سازند بستگی به وزن مخصوص یا وزن گل دارد. شیب معمولی فشار معادل ۴۶۵% پوند بر اینچ مربع در هر فوت از عمق است. این فشاری است که توسط ستونی از آب سازند بوجود می آید. بطور نرمال وزن آب بعلاوه وزن ذرات که در اثر حفاری حمل می شود کفاف متعادل نمودن فشار سازند را می نماید. گر چه در بعضی حالات فشارهای غیر عادی نیاز به افزودن موادی با وزن مخصوص سننگین نظیر باریت (سولفات باریم) دارد تا فشار ستون گل را افزایش دهد. وزن مخصوص گل با ترازوی مخصوص سنجیده می شود که بر حسب پوند بر گالن، پوند بر فوت مکعب یا پوند بر اینچ مربع در هر ۱۰۰۰ فوت از عمق درجه بندی شده است. فشار ئیدرواستاتیک ستونی از گل که بر هر نقطه از چاه وارد        می شود از روابط زیر محاسبه می گردند:

پوند بر اینچ مربع، فوت، پوند، گالن، فوت مکعب، متر، وزن مخصوص، شناوری کنده ها و شن، معلق نگه داشتن کنده ها و شن ها، و ترخیص آنها در سطح زمین یک گل حفاری می بایست دارای چنان مشخصاتی باشد که جامدات را در حالت تعلیق تا سطح زمین انتقال دهد که این بخاطر ایجاد حالت ژله شدن یا خاصیت تیکسوتروپیک است که پس از قطع گردش دورانی باید بوجود آید و پس از شروع مجدد گردش دورانی، گل بحالت مایع خود برگشته و ذرات درشت همراه با شن را بسطح زمین انتقال دهد. برای اندازه گیری مقدار شن دستگاه مخصوصی وجود دارد که می توان مورد استفاده قرار داد در مقایسه با مقدار شن در آزمایش از نمونه FLOW LINE و PUMP SUCTION می توان فهمید که آیا مقدار شن از روی الک لرزان ترخیص شده است یا خیر.

در صورتیکه آزمایش نشان دهد که نسبت شن بالاست انتظار  می رود که سازند محتوی شن را حفاری نموده باشیم. شن سبب سائیدگی فراوان بوده، بنابراین چنان که از سیستم گل خارج نگردد به لوله های حفاری، پمپ و اتصالات صدمه وارد می آورد. آزمایش های سنجش مقدار درصد شن باید به طور مکرر روی گل حفاری انجام گیرد و اجازه داده نشود که نسبت شن بیش از دو درصد باشد.

محافظت از طول دیواره چاه و اطمینان از دریافت حداکثر اطلاعات

ارزش واقعی مشخصات یک گل حفاری در هنگامی مؤثر است که حداکثر حفاظت از دیواره چاه را نموده و حداکثر اطلاعات لازمه از سازند حفاری شده را در اختیار قرار دهد. برای مثال: ممکن است که نمک وارد شده در گل از سازند، گل را آلوده نموده و WATER  LOSS  را زیاد نماید، با وجود این ممکن است که نمک به گل افزوده شود که RESISTIVITY را کنترل نموده تا در صورت راندن نمودار الکتریکی ELECTRIC LOG نتیجه بهتر ثبت شود. مجدداً روغن GAS OIL ممکن است که خواص گل را توسعه بخشد و حتّی کمک به بهره دهی چاه نماید امّا در کار زمین شناس یا فسیل شناس اخلال به وجود آورد که ممکن است از استفاده آن در گل حفاری به این دلیل چشم پوشی شود.

انتقال نیروی هایدرولیک به مته حفاری

گل حفاری واسطه ای است که نیروی هیدرولیک موجود را از سطح به نوک مته انتقال می دهد. ئیدرولیک را در هنگام طراحی و برنامه ریزی یک چاه می بایست مورد توجه قرار داد. به طور کلی، به این معنی است که میزان گردش دورانی گل باید آن اندازه باشد که با حداقل نیرو از مته تا بالا را تمیز بنماید. خواص جریان یک گل، یعنی گرانروی پلاستیکی و ئیلدپوینت اثر قابل ملاحظه ای در جریان ئیدرولیک گل وارد می آورند و بنابراین می بایست آنها را کنترل کامل نمود. جامدات گل نیز می بایست در حداقل ممکن بوده و شدیداً کنترل گردد و برای نتیجه بهتر باید در حد معقولی باشد.

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: