DRILLING FLUID

تئوری کنترل چاه

 

به منظور کشتن چاه فشار ته چاه باید برابر یا بیشتر از فشار سازند گردد  اساس .کنترل چاه را می توان به این صورت توضیح داد که فشار در دو طرف یک ظرف  u  شکل باید برابر گردد . شکل صفحه 29 اظافه گردد

 

 

در این ظرف  u   شکل یک طرف ان  drill pipe  های موجود در چاه و طرف دیگر ان انالوس است . فرض کنید که هر دو طرف این ظرف با گل  10 ppg  پر شده باشد و نیز اینکه سیستم در هر دو سیر بسته باشد . در این خالت فشار هیدرواستاتیک برابر با وزن گل  و نیز هر فشار اعمال شده از طرف سطح می باشد .. دو طرف این سیستم یک فشار یکسان ایجاد می کند . . هر دو طرف دارای  0 psi  فشار اعمالی از سطح هستند . در این حالت سیستم در حالت بالانس قرار دارد . پس موضوع کشتن چاه بالانس کردن فشار در دو طرف سیستم می باشد .

 

مثال 2

شکل صفحه 30 اضافه شود

 

 

 

فرض کنید که سیستم در بالای دو طرف بسته باشد . فشار ته چاه  6000 psi  است .فشار هیدرواستاتیک گل فقط  5200  psi  می باشد .  6000 psi  در این زمان برای حرکت دادن گل و فوران در صورتی که  U  به صورت باز رها شود کافی می باشد .در این حالت کاری که باید صورت گیرد این است که به منظور متعادل کردن فشار سازند از طریق سطح فشاری اعمال شود . از انجایی که ظرف  U  شکل با گل  10 ppg  در هر دو طرف پر شده است به کار بردن فشار سطحی برابر برای در تعادل نگه داشتن خود ظرف  U  مورد نیاز می باشد . این مساله را از طریق ریاضی بررسی می کنیم

 BHP =hp +surface pressure

Surface pressure = BHP –Hp

Surface pressure = 6000-5200 =800 psi

 بنابراین برای کشتن چاه و نیز بالانس بودن ان نیاز به بکار بردن  800 psi  فشار از طریق سطح می باشد .

 

 

مثال 3

 

شکل صفحه31

 

 

 

 

فرض کنید  لوله ها با گل  10 ppg  و انالوس با گل  9 ppg  پر شده باشد . . می خواهیم فشار ته چاه را در هر دو طرف بالانس کنیم  با فرض بسته بودن سیستم

 HP (9 ppg)=0.052  * 9 * 10000 = 4680 psi

 Hp (10 ppg )= 0.052 *10 * 10000 = 5200 psi

 برای بالانس دو طرف باید فشار را به سمتی اعمال کنیم که دارای فشار هیدرواستاتیک کمتری می باشد . در این مساله انالوس دارای گل با وزن کمتر بوده و فشار باید به انالوس اعمال شود . در این حالت از طریق سطح باید فشار کافی به انالوس اعمال تا برابر با فشار موحود در لوله ها شود .

 Hp (10 ppg ) = hp (9ppg ) + surface pressure  

 5200 psi = 4680 + surface pressure

Surface pressure = 5200 -4680 =520 psi

 

  مثال 4

شکل صفحه 33

 

 

 

 

 فرض کنید دو طرف در خالت بسته قرار دارند

لوله ها با گل  10 ppg  پر شده اند و طول ان 10000 فوت

فشار سازند 6000  psi

انالوس با 7000 فوت گل  10 ppg  و 3000 فوت با گاز پر شده است

می خواهیم SIDPP  و  SICP  مورد نیاز برای بالانس سازند با   ظرف  U  و نیز بالانس دو طرف  U  را محاسبه کنیم

  فشار تعادلی سازند و لوله ها

 BHP =FP = SIDPP +HP (10 ppg)

 فشار تعادلی سازند با انالوس

 BHP = FP =SICP +HP (10 ppg)

 

  و برای تعادل لوله ها و انالوس داریم

 SIDPP + hP (10000 ft) =SICP +HP(7000 ft)

Hp (10 ppg , 10000 ft )= 5200

Hp (10 ppg , 7000 ft ) = 3640 psi

Fp = 6000 psi

 

 با در نظر گرفتن داده های بالا داریم

 6000 = 5200 + SIDPP

SIDPP = 800 psi

 

6000 = 3640 + SICP

SICP = 2360 psi

 یعنی برای تعادل سازند با لوله ها 800  psi  و برای تعادل انالوس و سازند 2360  psi  فشار لازم است

با این فشار سازند و لوله ها و انالوس در تعادل با یکدیگر قرار می گیرند

 

 مثال شماره 5

شکل صفحه 35

 

 

 

 

فشار گردشی گل 2500  psi  قبل ار وارد شدن گاز به سیال در حالت باز بودن چاه است . در این مثال فرض کنید مشخصات زیر وجود دارد .

در سیستم گردش گل وجود دارد و مجموع افت فشار درزمانی که  پمپ هاکار می کنند  2500  psi  است

افت فشار در انالوس در زمانی که پمپ ها کار می کنند 100  psi  است

لوله ها به طول 10000   فوت و با گل  10 ppg  پر شده اند و انلوس 3000 فوت ان با گاز و 7000 فوت ان با گل  10 ppg  پر شده است

فشار سازند 5700  psi

SIDPP  و  SICP  را محاسبه کنید

 BHP (drill pipe )=BHP (annulus )= fp

 

 گفتیم که مجموع افت فشار قبل از  kick  برابر با 2500  psi  بود از این 2500  psi  ، 2400  psi  ان در تجهیزات سطحی و نازل مته و لوله های حفاری و 100  psi  هم در انالوس افت پیدا کرده است . افت فشار در انالوس 100  psi  فشار اظافه در ته چاه ایحاد می کند که عامل ان اصطکاک گردشی در انالوس می باشد . . افت فشار انالوس بعلاوه افت فشار  choke  بعلاوه فشار هیدرواستاتیک گل و گاز در سمت انالوس برابر با فشار هیدرواستاتیک در سمت انالوس می باشد .

 BHP ( ann )=hp (mud )+ hp (gas) + choke and ann loss

Hp (mud )= 10 * 0.052 * 7000 = 3640 psi

Hp (gas ) =0

Ann press loss =100 psi

 فشار هیدرواستاتیک براب تعادل با سازند عبارت است از

 5700 = 3640 + 0 + 100 + choke press

Choke press =1960 psi

 یعنی برای تعادل انالوس با سازند 1960  psi  باید اعمال شود حال تعادل لوله ها با سازند . . گفتیم که قبل از  kick  افت فشار برابر با 2500 بود در شرایط استاتیک داریم

FP=SIDPP +hp 10 ppg

5700 = 5200 + SIDPP

SIDPP = 500 psi

 بنابراین 500  psi  فشار از سطح باید به داخل لوله ها قبل از اینکه هر گونه حرکت گلی صورت گیرد باید اعمال شود . . قبل دانستیم که به 2500  psi  اضافه بدلیل وجود اصطکاک نیاز داریم. بنابراین پمپ های ما باید 3000  psi  را روی  gauge  نشان دهند . در یک ظرف  U  شکل بسته به طور اتوماتیک بین دو طرف تعادل ایجاد می شود .    فرض کنید که دارای یک سیستم بسته هستیم  که در دو طرف دارای تعادل بوده و 100  psi  در فشار نمای هر دو طرف نشان داد ه می شود اگر به سمت انالوس فشاری تحمیل کنیم که 200  psi  را نشان دهد فشار نمای لوله ها هم در این حالت 200  psi  نشان خواهند داد و فشار ته چاه به اندازه 100  psi  بالا خواهد رفت . 100  psi  فشار در تمام نقاط سیستم بسته احساس خواهد شد .

 

سمت لوله ها یه طور نرمال با سیالات سازند الوده نمی شود . بنابراین فشار هیدرواستاتیک در این قسمت توسط گل اعمال می شود . اگر با یک نسبت ثابت پمپ کنیم  می توانیم فشار را در سمت لوله ها محاسبه کنیم.  از انجایی که سیستم متعادل است می توانیم فشار درون لوله ها را معادل با فشار سازند در نظزر بگیریم که در این حالت فشار انالوس هم با فشار سازند و فشار لوله ها برابر می شود . بنابراین ما می توانیم با داشتن فشار داخل لوله ها فشار را در ته چاه  ثابت نگه داریم  . با داشتن افت فشار و فشار هیدرواستاتیک گل در لوله ها و  SIDPP  می توانیم فشار سازند را را در همه حال محاسبه نماییم .

از انجایی که انالوس با سیالات سازند الوده می شود از سمت  casing  نمی توانیم فشار ته چاه را محاسبه نماییم . اما هر تغییری در فشار  casing  در فشار لوله ها نیز تغییر ایجاد خواهد نمود . سیستم بالانس و بسته می شود به طوری که هر گونه تغییری در سمت  choke  در تمام نقاط سیستم به طور مساوی اعمال می شود بنابراین می توانیم فشار ته چاه را در نقطه مورد نظر ثابت نگه داریم . این مطالب اساس کنترل چاه بود .

 

پروسه کشتن چاه

قبلا توضیح دادیم که فشار ته چاه را می توان با دانستن افت فشار سیستم و دانستن فشار هیدرواستاتیک اعمال شده به وسیله گل در لوله ها در هر زمان کنترل  کرد . افت فشار سیستم به طور مرتب و قبل از رویداد هر گونه  kick  باید ثبت کرد . همچنین افت فشار در حالتی که وزن یا خصوصیات گل تغییر می کند را باید ثبت  کرد . افت فشاری که در موقع پمپاز بدست می اید به طور نرمال 1-3 بشکه در دقیقه می باشد . افت فشار سیستم معمولا در گردش نرمال بنا به چند دلیل بدست نمی اید .

 الف – افت فشار در گردش نرمال  بعلاوه هر گونه  shut in pressure  ممکن است برای پمپ ها و اتصالات سطحی بیش از میزان واقعی باشد .

 

ب -  هر گونه تغییر در میزان باز کردن چوک در پمپاژ نرمال ممکن است باعث تغییرات شدید افت فشار در چوک شود  که در این صورت کنترل چوک را مشکل می کند .

 

پ – گلی که در طی کشتن چاه در انالوش  displace  می شود باید قبل از برگشت مجدد به داخل چاه سنگین شود . همچنین این گل به دلیل الودگی امکان دارد که نیاز به بازسازی داشته باشد .  اکثر دکلها فاقد تجهیزات لازم جهت بازسازی سریه گل هستند .

 

ج – پمپاژ سریعتر منجر به افت فشار بیشتر در انالوس می شود. افزایش میزان افت فشار در انالوس احتمال وقوع هرزروی را افزایش می دهد .

 

 

 Slow rate  : به   pump rate  که افت فشار سیستم از ان بوجود می اید و برای مواقع کنترل فوران مورد استفاده قرار می گیرد گفته می شود . لازم به ذکر است که در این مواقع از اصطلاحات دیگری مانند  educe pump rate , slow pump pressure , kill rate , reduce circulating  pressure  نیز استفاده می شود .

 

 Slow pump  1-2 بشکه در دقیقه در بسیاری از موارد یک مرو بهینه به شمار می رود زیرا با این میزان افت فشار سیستم پایین بوده و نیز گل می تواند با این میزان افزایش یافته و یا بازسازی شود و اینکه استرس مکانیکی کمتری در این حالت به پمپ ها وارو می شود . مقدار کمتر از این میزان نیز عملی نمی باشد زیرا موتور پمپ ها قدرت کافی برای حرکت دادن پمپ در RPM  پایین ندارند .

در صورتی که قبل از به وقوع پیوستن   kick  میزان  slow pump  مشخص نشده باشد از روش زیر می توانید ان را بدست اورید .

 

الف – چاه راببندید و  SIDPP  و SICO  را ثبت نمایید .

ب‌-                   SICP  را با استفاده از چوک ثابت نگه داشته و سپس پمپها را به  rate  مورد نیاز بیاورید .

ت‌-                   توجه کنید که   circulating pressure  بعد از اینکه پمپ ها   kill rate  رسیدند به دست می اید .

ث‌-                   در این حالت  kill rate  برابر است با  pressure circulate  مشاهده شده   منهای  SIDPP

 

Shut in pressure

 

 

 بعد از مشخص شدن  kick  و بستن چاه لازم است تا ُ SIDPP  معلوم شود . هدف از تعیین  SIDPP  مشخص کردن فشار سازند و بکار بردن وزن گل مناسب برای کشتن چاه است .

SIDPP  در واقع عبارت است از فشار اضافه ای که سازند به فشار هیدرواستاتیک گل درون لوله ها وارد می کند .

زمان مورد نیاز برای اینکه Shut in pressure   پایدار شود به نفوذ پذیری سنگ ، درحه    under balance   نوع  influx  و عمق چاه بستگی دارد .

در بعضی از موارد گاز به دلیل سبک تر بودن نسبت به گل تمایل به بالا امدن در انالوس دارد . بالا امدن گاز باعث افزایش فشار در لوله ها و انالوس می شود . در این موارد لازم است که توجه داشته باشید افزایش فشار ناشی از این گاز معرف نادرستی از فشار اصلی سازند می باشد .

فشار ثبت شده  در سمت  drill pipe  و  casing  که بیشتر از فشار مورد نیاز برای تعادل با فشار سازند است  trapped pressure  نامیده می شود .   trapped pressure  در دو حالت بوجود می اید

الف – بستن چاه بودن خاموش کردن کامل پمپ ها

ب – مهاجرت گاز

لازم به ذکر است که  trapped pressure  باعث خواهد شد که تمام محاسبات کشتن چاه نادرست باشد .

اگر چه ممکن است حضور  trapped pressure  در ازمایشات سرسری مشخص نشود با عین حال پرو سه زیر روش معین کردن ان را توضیح می دهد .

1-       ابتدا از طرف  casing  مقادیر کم ( کمتر از 1 بشکه ) را تخلیه کنید و پس از ان چاه را ببندید . اگر فشار لوله ها در هر بار که گل از چوک بیرون می ریزد به طور پیوسته شروع به کاهش کرد عملیات بالا را مجدد تکرار کنید .

2-       اگر بعد از دو بار تکرار موفق فرایند فوق  SIDPP  یکسان باقی ماند این همان SIDPP  واقعی می باشد . لازم به ذکر است که بعد از بدست اوردا SIDPP  واقعی عمل  bleed off  باید قطع گردد زیرا تکرار ان باعث  influx  بیشتر می شود .

3-       لازم است است که از سمت  casing  فقط موارد کم ( 4/1 الی 2/1 بشکه ) بیرون ریخته شود زیرا بیرون ریختن مقادیر بیشتر گل ممکن است باعث  influx  بیشتر گردد .

مثالهایی وجود دارد که در ان  float valve  در داخل لوله ها قرار دارد  float valve  یک شیر یک طرفه می باشد که از حرکت سیال به داخل لوله و افزایش فشار جلوگیری می کند . وقتی که یک  float valve  در داخل لوله ها باشد به طور طبیعی از ثبت فشار kick  روی  gauge  فشار ممانعت به عمل می اورد .   در این حالت برای بدست اوردن  SIDPP  باید راه دیگری را در پیش گرفت.

 برای بدست اوردن  SIDPP  در صورتی که یک  float valve  بکار رفته باشد دو روش وجود دارد . در روش اول   kill rate  قبل از وقوع  kick  مشخص شده است و روش دوم زمانی است که افت فشار سیستم قبل از وقوع  kick  مشخص نشده باشد .

 

مورد اول : SIDPP  را در حالت مشخص بودن  kill rate  بدست می اوریم) float valve)استفاده شده است  

 

 

الف – چاه را ببندید و  SICP  را ثبت کنید و  kill rate  که قبل بدست اورده اید معین نمایید

ب –  SICP  را ثابت نگه داشته و پمپ ها را به  kill rate  معین شده برسانید

پ – به  circulating pressure  بدست امده از پمپ ها با  kill rate  معین توجه نمایید .

ت – پمپ ها را خاموش کرده و چوک را ببندید .    circulating pressure  بدست امده از پمپ ها با  kill rate  مشخص شده منهای circulating pressure بدست امده با همان  pump rate  عبارت خواهد بود از  SIDPP

 

 

 

مورد دوم :  kill rate  مشخص نشده است (float valve    استفاده شده است )

 

الف – چاه را ببندید و یک پمپ حجم پایین و فشار زیاد   به  standpipe  وصل نمایید .

ب – پمپ را روشن کنید و تمام   line  ها را با گل پر کنید . هر گونه هوای باقی مانده در لوله ها باعث قرائت نادرست فشار می شود .

پ – فشار پمپ ها را افزایش دهید . تا سیال شروع به حرکت نمایید و اولین فشار باعث حرکت سیال همان  SIDPP  می باشد .

 

 

تعیین نوع  influx

 

 اگر یک  kick  اتفاق بیفتد نوع سیال وارد شده را می توان معین نمود سیال می تواند اب ، گاز ، نفت یا ترکیبی از هر سه انها باشد . البته لازم به ذکر است که تعیین نوع انها یک محاسبه تقریبی می باشد .. اگر نوع سیال ترکیبی از اب و گاز و نفت باشد تعییت انها تقریبا غیر ممکن می باشد . فرمولهای بدست اوردن نوع سیال ورود ی به صورت زیر است :

 

 Influx gradient = (mud gradient ) – (SICP – SIDPP ) /  length of influx

 

 که  mud gradient  مساوی است با گرادیانت گل در لوله ها حفاری و   influx gradient  گرادیان سیال چاه

 برای تبدیل مقدار گرادیان سیال  باید ان را بر عدد  0,052 تقسیم کنید .

 به عنوان یک قانون عمومی یک سیال با گرادیان  1-3 ppg  گاز است و  3-5 ppg  مخلوط اب و گاز و نفت  و  5-7 ppg  اب یا مخلوط اب و نفت است

 

مثال : فرض کنید چاهی با داده های زیر داریم

 Tvd             =            10000 ft

Mw in drill pipe                 =  12 ppg

Hole id                           = 9.875 “

DP OD =                                      5”

SIDPP  =                                     520 psi

SICP  =                                                650 psi

Pit gain   =                                                                   40 bbls

 نوع سیال را تعیین نمایید

 

 Mud gradient     =                           12 * 0.052   =   0.624  psi /ft

 Ann vol           =              (9.857 ) ^ 2   -         ( 5 ) ^ 2   /   1029             = 0.07 bbl / ft

 

 Length of influx   =                          pit gain (bbls )         /              ann vol   =    40 / .07 = 571 ft

 

Gradient influx   =  mud gradient   - (SICP – SIDPP ) /  len of influx

  = 0.624 –(650 -520 ) / 571      =         0.391 psi / ft

 

 حال این گرادیان را به وزن تبدیل می کنیم

 0.391   /   0/052   = 7.5

 

 یعنی سیال اب یا مخلوط اب و نفت است

محاسبه وزن گل برای کشتن چاه

بعد از بستن چاه و معین کردن  SIDPP  و  SICP  و نیز   GAIN  مرحله بعد وزن گل مناسب برای کشتن چاه محاسبه شود

وزن گل برای کشتن  KMW  گفته می شود و از طریق فرمول زیر بدست می اید :

 

 KMW   =    SIDPP   *  19.12  /  TVD   + OMD

 

OMD  وزن گل قبل از  KICK  است

 یا

 

KWM   =   SIDPP /  0.052 * TVD     + OMD





نوع مطلب :
برچسب ها :
لینک های مرتبط :

یکشنبه 14 دی 1393 :: نویسنده : رضا سپهوند


درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : رضا سپهوند
نویسندگان
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
امکانات جانبی
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic