مشکلات حفاری و راه حل ها

در حین عملیات حفاری، اگر لوله ای را نتوان بدون آسیب رساندن به لوله و بدون تجاوز از دکل حفاری آزاد کرد و از سوراخ بیرون کشید، گیر تلقی می شود. ‘ حداکثر بار قلاب مجاز در این قسمت به چسبندگی لوله فشار تفاضلی و چسبندگی لوله مکانیکی پرداخته شده است.

چسباندن لوله با فشار دیفرانسیل

چسبندگی لوله با فشار دیفرانسیل زمانی اتفاق می‌افتد که بخشی از رشته حفاری در یک کیک گلی (فیلم غیرقابل نفوذی از مواد جامد ریز) که در حین حفاری روی دیواره یک سازند نفوذپذیر تشکیل می‌شود، قرار می‌گیرد. اگر فشار گل pm _که که بر روی دیواره بیرونی لوله اعمال می‌شود، بیشتر از فشار سیال شکل‌گیری باشد، p _ff که معمولاً اینطور است (به استثنای حفاری‌های نامتعادل)، آنگاه لوله گفته می‌شود به طور متفاوت گیر کرده باشد ( شکل 10.1 را ببینید ). فشار تفاضلی وارد بر قسمتی از لوله حفاری که در کیک گلی تعبیه شده است را می توان به صورت بیان کرد.

• 

  شکل 10.1-چسبیدن فشار دیفرانسیل.

……………..(10.1)

نیروی کشش، F _p ، مورد نیاز برای آزاد کردن لوله گیر کرده، تابعی از فشار دیفرانسیل است، Δ p . ضریب اصطکاک، f ; و ناحیه تماس، A _c ، بین سطح لوله و مادکیک.

……………..(10.2)

از Bourgoyne ^[1] ،

……………..(10.3)

جایی که

……………..(10.4)

در این فرمول، L _ep طول ناحیه نفوذپذیر، D _op قطر بیرونی لوله، D _h قطر سوراخ و h _mc ضخامت کیک گلی است. ضریب اصطکاک بدون بعد، f ، می تواند از کمتر از 0.04 برای گل پایه روغنی تا 0.35 برای گل پایه آب وزنی بدون روانکار اضافه شود.

معادله 10.2 و 10.3 پارامترهای قابل کنترلی را نشان می دهد که باعث افزایش نیروی چسبندگی لوله و عدم توانایی بالقوه آزادسازی لوله گیر شده می شود. این پارامترها عبارتند از: فشار دیفرانسیل بالا و غیر ضروری، کیک گلی ضخیم (اتلاف سیال پیوسته بالا برای تشکیل)، کیک گلی با روانکاری کم (ضریب اصطکاک بالا)، و طول لوله تعبیه شده بیش از حد در مادکیک (تاخیر زمان در عملیات آزادسازی).

اگرچه قطر سوراخ و لوله و زاویه سوراخ نقش مهمی در نیروی چسبندگی لوله ایفا می‌کنند، اما زمانی که برای برآوردن اهداف طراحی چاه انتخاب می‌شوند، متغیرهای غیرقابل کنترلی هستند. با این حال، شکل یقه های مته، مانند مربع، یا استفاده از یقه های مته با شیارهای مارپیچ و اتصالات ابزار بیرونی می تواند نیروی چسبندگی را به حداقل برساند.

برخی از شاخص های گیرکردن لوله در فشار دیفرانسیل در حین حفاری مناطق نفوذپذیر یا مناطق شناخته شده با فشار ضعیف، افزایش گشتاور و پسا هستند. عدم توانایی در رفت و برگشت رشته حفاری و در برخی موارد، چرخاندن آن؛ و گردش بی وقفه سیال حفاری. در صورت رعایت برخی یا همه اقدامات احتیاطی زیر می توان از چسبیدن لوله با فشار تفاضلی جلوگیری کرد یا وقوع آن را کاهش داد:

• با رعایت اهداف اقتصادی پروژه، کمترین تلفات مداوم سیال را حفظ کنید.
• پایین ترین سطح جامدات حفاری شده را در سیستم گل حفظ کنید یا در صورت مقرون به صرفه بودن، تمام جامدات حفاری شده را حذف کنید.
• از کمترین فشار دیفرانسیل با در نظر گرفتن فشارهای سواب و موج در حین عملیات قطع استفاده کنید.
• سیستم گلی را انتخاب کنید که کیک گلی صاف (ضریب اصطکاک کم) تولید کند.
• در صورت امکان همیشه چرخش رشته حفاری را حفظ کنید.

ممکن است به طور کامل از مشکلات چسبندگی لوله با فشار دیفرانسیل جلوگیری نشود. اگر چسبندگی اتفاق بیفتد، روش‌های میدانی رایج برای آزاد کردن لوله گیر کرده شامل کاهش فشار هیدرواستاتیک گل در حلق، لکه‌گیری روغن در اطراف بخش گیر کرده حفاری و شستشوی روی لوله گیر کرده است. برخی از روش های مورد استفاده برای کاهش فشار هیدرواستاتیک در حلق شامل کاهش وزن گل به وسیله رقیق سازی، کاهش وزن گل با گاز سازی با نیتروژن و قرار دادن پکر در سوراخ بالای نقطه گیر می باشد.

چسباندن لوله مکانیکی

علل چسبندگی مکانیکی لوله، حذف ناکافی قلمه های سوراخ شده از حلق است. ناپایداری گمانه، مانند غارنوردی، فروریختن یا فروریختن چاله؛ شیل پلاستیکی یا بخش نمک فشرده (خزنده)؛ و صندلی کلید

قلمه های سوراخ شده. تجمع بیش از حد برش های سوراخ شده در فضای حلقوی ناشی از تمیز کردن نامناسب سوراخ می تواند باعث چسبندگی مکانیکی لوله، به ویژه در حفاری چاه جهت دار شود. نشستن مقدار زیادی از قلمه های معلق به پایین هنگام خاموش شدن پمپ یا لغزش رو به پایین بستر قلمه های ثابت در سمت پایین یک چاه جهت دار می تواند مجموعه سوراخ ته (BHA) را بسته بندی کند که باعث چسبندگی لوله می شود. . در حفاری چاه جهت دار، یک بستر قلمه ثابت ممکن است در سمت پایین گمانه تشکیل شود ( شکل 10.2 را ببینید ). اگر این حالت در حین خروج وجود داشته باشد، به احتمال زیاد چسبندگی لوله رخ می دهد. به همین دلیل است که چرخاندن چندین بار از پایین به بالا با مته از پایین برای شستشوی هر بستر قلمه ای که ممکن است قبل از سفر وجود داشته باشد، یک روش معمول است. افزایش گشتاور/کشش و گاهی اوقات در فشار لوله حفاری در گردش، نشانه‌ای از تجمع بزرگ قلمه‌ها در حلق و مشکلات احتمالی چسبیدن لوله است.

• 

  شکل 10.2-چسبندگی مکانیکی لوله ناشی از برش های سوراخ شده: (الف) بستر قلمه ها در حین حفاری، و (ب) برش ها گیر کردن مته در حین خارج شدن.

ناپایداری گمانه این موضوع در Sec. 10.6; با این حال، مهم است که به طور خلاصه به مسائل چسبندگی لوله مرتبط با مشکلات ناپایداری گمانه اشاره کنیم. مشکل ترین مسئله حفاری شیل است. بسته به ترکیب گل و وزن گل، شیل می تواند به داخل نفوذ کند یا به صورت پلاستیکی به سمت داخل جریان یابد که باعث چسبندگی مکانیکی لوله می شود. در همه انواع سازند، استفاده از گل بسیار کم وزن می تواند منجر به فروریختن سوراخ شود که می تواند باعث چسبندگی مکانیکی لوله شود. همچنین، هنگام حفاری نمکی که رفتار پلاستیکی را تحت فشار روباره نشان می دهد، اگر وزن گل به اندازه کافی زیاد نباشد، نمک تمایل به جریان یافتن به سمت داخل دارد که باعث چسبندگی مکانیکی لوله می شود. نشانه های مشکل بالقوه چسبندگی لوله ناشی از ناپایداری گمانه، افزایش فشار لوله حفاری در گردش، افزایش گشتاور و در برخی موارد عدم بازگشت سیال به سطح است. شکل 10.3 چسبندگی لوله ناشی از ناپایداری چاه را نشان می دهد.

• 

  شکل 10.3 – چسبندگی لوله ناشی از ناپایداری چاه.

صندلی کلید. جای کلید یکی از دلایل اصلی چسبندگی مکانیکی لوله است. مکانیک صندلی کلید شامل پوشیدن یک سوراخ کوچک (شیار) در کنار یک سوراخ تمام سنج است. این شیار در اثر چرخش رشته حفاری با نیروی جانبی وارد بر آن ایجاد می شود. شکل 10.4 چسبندگی لوله ناشی از نشستن کلید را نشان می دهد. این وضعیت یا در سگ های سگ یا در لبه های ناشناخته در نزدیکی شستشو ایجاد می شود. نیروی جانبی که تمایل دارد لوله را به دیوار فشار دهد، که باعث فرسایش مکانیکی و در نتیجه ایجاد یک نشیمنگاه کلیدی می شود، توسط

• 

  شکل 10.4 – چسبیدن لوله به دلیل نشیمنگاه کلید.

……………..(10.5)

که در آن F _l نیروی جانبی است، T کشش در رشته حفاری درست بالای ناحیه صندلی کلید، و ϴ _dl تغییر ناگهانی در زاویه سوراخ است (که معمولاً به آن زاویه سگک گفته می شود).

به طور کلی، دویدن های طولانی می تواند باعث ایجاد صندلی های کلیدی شود. بنابراین، انجام حرکت برف پاک کن معمولی است. همچنین، استفاده از BHA های سفت تر باعث به حداقل رساندن وقوع شدید سگ می شود. در حین بیرون آمدن از سوراخ، مشکل چسبیدن لوله صندلی کلید هنگامی که چندین پایه لوله بیرون کشیده شده اند و سپس به طور ناگهانی لوله گیر می کند نشان داده می شود.

بسته به اینکه چه چیزی باعث چسبندگی لوله شده است، می توان لوله های مکانیکی گیر کرده را به روش های مختلفی انجام داد. به عنوان مثال، اگر علت مشکوک تجمع قلمه ها یا سوراخ کردن آن باشد، چرخش و رفت و برگشت رشته حفاری و افزایش سرعت جریان بدون تجاوز از حداکثر تراکم معادل مجاز در گردش (ECD) یک راه حل ممکن برای آزاد کردن لوله است. اگر علت باریک شدن سوراخ در نتیجه شیل پلاستیکی باشد، افزایش وزن گل ممکن است لوله را آزاد کند. اگر علت باریک شدن سوراخ در اثر نمک باشد، گردش آب شیرین می تواند لوله را آزاد کند. اگر لوله در قسمت صندلی کلید گیر کرده باشد، محتمل ترین راه حل موفقیت آمیز عقب نشینی از زیر صندلی کلید و بازگشت به داخل سوراخ با یک درب بازکن برای سوراخ کردن بخش کلید است. این منجر به عملیات ماهیگیری برای بازیابی ماهی می شود. تصمیم گیری در مورد مدت زمان ادامه تلاش برای آزادسازی لوله های گیر کرده در مقابل عقب نشینی، وصل کردن مجدد، و سپس انحراف یک مسئله اقتصادی است که عموماً توسط شرکت عامل مورد توجه قرار می گیرد.

تعریف

گردش از دست رفته به عنوان جریان کنترل نشده گل کامل به یک سازند تعریف می شود که گاهی اوقات به عنوان منطقه دزد شناخته می شود. شکل 10.5 مناطق با گردش از دست رفته جزئی و کل را نشان می دهد. در گردش ناقص از دست رفته، گل به سمت سطح جریان می یابد و مقداری از دست دادن به سازند ادامه می یابد. با این حال، گردش کامل از دست رفته زمانی اتفاق می‌افتد که تمام گل به یک سازند بدون بازگشت به سطح جریان می‌یابد. اگر حفاری در طول گردش کل از دست رفته ادامه یابد، به آن حفاری کور می گویند. این یک روش معمول در میدان نیست، مگر اینکه سازند بالای منطقه دزد از نظر مکانیکی پایدار باشد، هیچ تولیدی وجود نداشته باشد و سیال آب شفاف باشد. اگر از نظر اقتصادی امکان پذیر و ایمن باشد، حفاری کور نیز ممکن است ادامه یابد.

• 

  شکل 10.5 – مناطق با گردش از دست رفته.

مناطق و علل از دست رفته گردش خون

سازندهایی که ذاتاً شکسته، غاردار یا دارای نفوذپذیری بالا هستند، مناطق بالقوه گردش خون از دست رفته هستند. علاوه بر این، تحت شرایط خاص حفاری نامناسب، شکستگی‌های ناشی از آن می‌توانند به مناطق بالقوه گردش از دست رفته تبدیل شوند. علل عمده شکستگی های ناشی از فشارهای بیش از حد پایین چاله و قرار گرفتن پوشش میانی، به ویژه در ناحیه انتقال، بسیار زیاد است.

شکستگی های ناشی از یا ذاتی ممکن است در عمق کم افقی یا در اعماق بیش از 2500 فوت عمودی باشند. فشارهای بیش از حد چاه ناشی از نرخ جریان بالا (افت فشار اصطکاک حلقوی بالا) یا اصطکاک بیش از حد سریع (فشار موج بالا) است. منجر به ECD گلی شود. علاوه بر این، تمیز کردن نامناسب سوراخ حلقوی، وزن بیش از حد گل یا بسته شدن در چاه در گاز کم عمق با فشار بالا می‌تواند باعث شکستگی شود که می‌تواند باعث از بین رفتن گردش خون شود. معادله 10.6 و 10.7 به ترتیب شرایطی را نشان می دهد که باید حفظ شود تا از شکستگی سازند در حین حفاری و سقوط به داخل جلوگیری شود.

……………..(10.6)

……………..(10.7)

که در آن λ _mh = وزن گل ساکن، Δλ _af = وزن اضافی گل ناشی از کاهش فشار اصطکاک در حلقه، Δλ _s = گل اضافی ناشی از فشار موج، λ _frac = گرادیان شکست تشکیل-فشار در وزن گل معادل، و λ _eq = معادل تراکم گردش گل

سازندهای غار اغلب آهکی با غارهای بزرگ هستند. این نوع گردش از دست رفته سریع، کامل و سخت ترین آب بندی است. سازندهای با نفوذپذیری بالا که مناطق بالقوه از دست رفته گردش هستند، آنهایی از ماسه کم عمق با نفوذپذیری بیش از 10 دارسیس هستند. به طور کلی، ماسه عمیق نفوذپذیری پایینی دارد و هیچ مشکلی برای از دست دادن گردش خون ایجاد نمی کند. در مناطق سارق غیرغاری، سطح گل در مخازن گل به تدریج کاهش می یابد و در صورت ادامه حفاری، ممکن است گردش خون از بین برود.

پیشگیری از گردش خون از دست رفته

جلوگیری کامل از گردش خون از دست رفته غیرممکن است زیرا برخی از سازندها مانند نواحی ذاتا شکسته، غاردار یا با نفوذپذیری بالا، در صورت رسیدن به منطقه هدف قابل اجتناب نیستند. با این حال، محدود کردن افت گردش خون در صورت انجام اقدامات احتیاطی خاص، به ویژه موارد مربوط به شکستگی های ناشی از آن، امکان پذیر است. این اقدامات احتیاطی شامل حفظ وزن مناسب گل، به حداقل رساندن تلفات فشار اصطکاک حلقوی در حین حفاری و اصطکاک، تمیز کردن سوراخ کافی، اجتناب از محدودیت در فضای حلقوی، تنظیم پوشش برای محافظت از سازندهای ضعیف‌تر فوقانی در منطقه انتقال، و به روز رسانی فشار منفذ سازند و شکستگی است. گرادیان برای دقت بهتر با داده های لاگ و حفاری. اگر مناطق با گردش از دست رفته پیش بینی می شود، اقدامات پیشگیرانه باید با تصفیه گل با مواد با گردش از دست رفته (LCM) انجام شود.

اقدامات اصلاحی

هنگامی که گردش از دست رفته رخ می دهد، آب بندی منطقه ضروری است، مگر اینکه شرایط زمین شناسی اجازه حفاری کور را بدهد، که در بیشتر موارد بعید است. LCM های معمولی که معمولاً با گل مخلوط می شوند تا مناطق از دست رفته آب بندی شوند ممکن است به عنوان فیبری، پوسته پوسته، دانه ای و ترکیبی از مواد فیبری، پوسته پوسته و دانه ای دسته بندی شوند.

این مواد در گریدهای معمولی، متوسط ​​و خوب برای تلاش برای مهر و موم کردن مناطق کم تا متوسط ​​گردش خون از دست رفته در دسترس هستند. در صورت از دست رفتن شدید گردش خون، استفاده از شاخه های مختلف برای آب بندی منطقه اجباری می شود. با این حال، مهم است که قبل از تنظیم دوشاخه، مکان ناحیه گردش خون از دست رفته را بدانید. انواع مختلفی از شاخه های مورد استفاده در سراسر صنعت شامل فشار بنتونیت/روغن دیزل، فشار سیمان/بنتونیت/روغن دیزل، سیمان و باریت می باشد. فشار دادن به فشار دادن مایع به منطقه از دست رفته گردش خون اشاره دارد.

تعریف

انحراف سوراخ خروج ناخواسته مته از مسیر گمانه از پیش انتخاب شده است. چه حفاری یک بخش مستقیم یا منحنی سوراخ، تمایل بیت به دور شدن از مسیر مورد نظر می تواند منجر به هزینه های حفاری بالاتر و مشکلات حقوقی مرز اجاره شود. شکل 10.6 نمونه هایی از انحرافات سوراخ را ارائه می دهد.

• شکل 10.6- مثالی از انحرافات سوراخ.

علل

دقیقاً مشخص نیست که چه چیزی باعث می شود یک مته از مسیر مورد نظر خود منحرف شود. با این حال، به طور کلی توافق شده است که یک یا ترکیبی از چندین عامل زیر ممکن است مسئول انحراف باشد:

• ماهیت ناهمگون شکل گیری و زاویه شیب.
• ویژگی های رشته حفاری، به ویژه آرایش BHA.
• تثبیت کننده ها (محل، تعداد، و فاصله ها).
• وزن اعمال شده بر روی بیت (WOB).
• زاویه شیب سوراخ از عمودی.
• نوع مته و طراحی مکانیکی اولیه آن.
• هیدرولیک در بیت.
• تمیز کردن نامناسب سوراخ

مشخص است که مقداری نیروی حاصل که بر روی مته وارد می شود باعث ایجاد انحراف سوراخ می شود. مکانیک این نیروی حاصل پیچیده است و عمدتاً توسط مکانیک BHA، اندرکنش سنگ/بیت، شرایط عملیاتی بیت، و تا حدی کمتر، توسط هیدرولیک حفاری-سیال کنترل می‌شود. نیروهای وارد شده به مته به دلیل BHA مستقیماً با ساختار BHA (به عنوان مثال، سفتی، تثبیت کننده ها، و ریمرها) مرتبط است. BHA یک عضو ساختاری انعطاف پذیر و الاستیک است که می تواند تحت بارهای فشاری کمانش کند. شکل کمانش یک BHA طراحی شده به مقدار WOB اعمال شده بستگی دارد. اهمیت کمانش BHA این است که باعث می شود محور مته با محور مسیر سوراخ مورد نظر منطبق نشود و در نتیجه باعث انحراف شود. سفتی و طول لوله و تعداد تثبیت کننده ها (محل قرارگیری آنها و فاصله آنها از دیواره چاه) دو پارامتر اصلی هستند که بر رفتار کمانش BHA حاکم هستند. اقداماتی که می تواند تمایل کمانش BHA را به حداقل برساند شامل کاهش WOB و استفاده از تثبیت کننده هایی با قطر بیرونی است که تقریباً با دیواره گمانه همخوانی دارند.

سهم اندرکنش سنگ/بیت در نیروهای انحرافی بیت توسط خواص سنگ (مقاومت چسبنده، بستر یا زاویه شیب، زاویه اصطکاک داخلی) کنترل می شود. ویژگی های طراحی مته (زاویه دندان، اندازه بیت، نوع بیت، تغییر بیت در مورد بیت های مخروطی غلتکی، محل و تعداد دندان ها، مشخصات بیت، ویژگی های هیدرولیک بیت)؛ و پارامترهای سوراخکاری (نفوذ دندان به داخل سنگ و مکانیسم برش آن). مکانیک اندرکنش سنگ/بیت موضوعی بسیار پیچیده است و کمترین درک را در رابطه با مشکلات انحراف حفره دارد. خوشبختانه، ظهور ابزارهای اندازه‌گیری حفره حفاری که امکان نظارت بر پیشروی مته را در طول مسیر مورد نظر فراهم می‌کند، عدم درک ما از مکانیک انحراف سوراخ را قابل قبول‌تر می‌کند.

خرابی های لوله حفاری را می توان در یکی از دسته های زیر قرار داد: پیچ خوردگی ناشی از گشتاور بیش از حد. جدایی به دلیل تنش بیش از حد؛ ترکیدن یا فروریختن به ترتیب به دلیل فشار داخلی بیش از حد یا فشار خارجی. یا خستگی در نتیجه بارهای چرخه ای مکانیکی با یا بدون خوردگی.

تویستوف

شکست لوله در نتیجه پیچ خوردگی زمانی اتفاق می افتد که تنش برشی ناشی از گشتاور بالا از تنش برشی نهایی ماده لوله بیشتر شود. در حفاری چاه عمودی، گشتاورهای بیش از حد به طور کلی در روش های معمول حفاری مشاهده نمی شود. با این حال، در حفاری های جهت دار و با دسترسی گسترده، گشتاورهای بیش از 80000 پوند بر فوت رایج است و به راحتی می تواند باعث ایجاد پیچش در اجزای رشته حفاری نادرست انتخاب شده شود.

فراق

شکست جداسازی لوله زمانی اتفاق می افتد که تنش کششی القایی از تنش کششی نهایی مواد لوله بیشتر شود. این وضعیت ممکن است زمانی ایجاد شود که چسبندگی لوله اتفاق بیفتد و علاوه بر وزن موثر لوله معلق در سوراخ بالای نقطه گیر، یک اضافه کشش اعمال شود.

سقوط و ترکیدن

شکست لوله در نتیجه ریزش یا ترکیدگی نادر است. با این حال، در شرایط شدید وزن زیاد گل و از دست دادن کامل گردش خون، ممکن است ترکیدگی لوله رخ دهد.

خستگی

خستگی یک پدیده پویا است که ممکن است به عنوان شروع ریزترک ها و انتشار آنها در ماکروترک ها در نتیجه اعمال مکرر تنش ها تعریف شود. این فرآیندی از شکستگی های ساختاری پیشرونده موضعی در مواد تحت اثر تنش های دینامیکی است. به خوبی ثابت شده است که یک عضو سازه ای که ممکن است تحت یک بار اعمال بار استاتیکی خراب نشود، اگر به طور مکرر اعمال شود، ممکن است به راحتی تحت همان بار از کار بیفتد. شکست تحت بارهای چرخه ای (تکرار) شکست خستگی نامیده می شود.

خرابی خستگی رشته حفاری رایج ترین و پرهزینه ترین نوع خرابی در عملیات حفاری نفت/گاز و زمین گرمایی است. اثر ترکیبی تنش های چرخه ای و خوردگی می تواند طول عمر یک لوله حفاری را تا هزار برابر کاهش دهد. تنش های چرخه ای توسط بارهای دینامیکی ناشی از ارتعاشات رشته حفاری و معکوس شدن بار خمشی در بخش های منحنی سوراخ و سگک ها ناشی از چرخش ایجاد می شوند. خوردگی لوله در هنگام حضور O ₂ ، CO ₂ ، کلریدها و / یا H ₂ S رخ می دهد. H ₂ S شدیدترین عنصر خورنده برای لوله فولادی است و برای انسان کشنده است. صرف نظر از اینکه چه چیزی ممکن است باعث خرابی لوله شده باشد، هزینه عملیات ماهیگیری و گاهی اوقات تلاش های ناموفق برای بیرون آوردن ماهی از سوراخ می تواند منجر به از دست دادن میلیون ها دلار در از کار افتادن دکل، از بین رفتن ابزارهای گران قیمت یا رها کردن چاله شود. بخش از قبل حفر شده در زیر ماهی.

علیرغم حجم وسیعی از کارهایی که به خرابی خستگی لوله اختصاص داده شده است، هنوز کمترین درک از آن وجود دارد. این عدم درک به تنوع گسترده داده های آماری در تعیین نوع سرویس و محیط رشته حفاری، میزان بارهای عملیاتی و فراوانی وقوع (تاریخچه بار)، دقت روش ها در تعیین تنش ها، کنترل کیفیت در حین ساخت، نسبت داده می شود. و کاربرد داده های خستگی مواد.

پیشگیری از خرابی لوله

اگرچه خرابی لوله را نمی توان به طور کامل از بین برد، اقدامات خاصی وجود دارد که می توان آن را به حداقل رساند. شکست‌های خستگی را می‌توان با به حداقل رساندن تنش‌های چرخه‌ای القاء شده و تضمین یک محیط غیرخورنده در طول عملیات حفاری کاهش داد. تنش های چرخه ای را می توان با کنترل شدت سگک و ارتعاشات رشته حفاری به حداقل رساند. خوردگی را می توان با روبنده های خورنده و کنترل pH گل در حضور H ₂ S کاهش داد. جابجایی و بازرسی مناسب رشته حفاری به طور معمول بهترین اقدامات برای جلوگیری از خرابی است.

تعریف و علل

ناپایداری گمانه وضعیت نامطلوب یک بازه سوراخ باز است که اندازه و شکل گیج و/یا یکپارچگی ساختاری خود را حفظ نمی کند. علل را می توان به دسته های زیر دسته بندی کرد: شکست مکانیکی ناشی از تنش های درجا، فرسایش ناشی از گردش سیال و مواد شیمیایی ناشی از برهمکنش سیال گمانه با سازند.

انواع و مشکلات مرتبط

چهار نوع مختلف ناپایداری گمانه وجود دارد: بسته شدن یا باریک شدن سوراخ، بزرگ شدن یا شسته شدن سوراخ، شکستگی و فروپاشی. شکل 10.7 مشکلات ناپایداری سوراخ را نشان می دهد.

• شکل 10.7-انواع مشکلات ناپایداری سوراخ.

بسته شدن سوراخ بسته شدن چاله یک فرآیند باریک وابسته به زمان ناپایداری گمانه است. گاهی اوقات به آن خزش تحت فشار روباره گفته می‌شود و عموماً در بخش‌های شیل و نمک با جریان پلاستیک رخ می‌دهد. مشکلات مربوط به بسته شدن سوراخ عبارتند از افزایش گشتاور و کشش، افزایش چسبندگی احتمالی لوله و افزایش سختی فرود بدنه.

بزرگ شدن سوراخ بزرگ شدن سوراخ ها را معمولاً شستشو می نامند زیرا سوراخ به طور نامطلوبی بزرگتر از آنچه در نظر گرفته شده است می شود. بزرگ شدن حفره ها عموماً در اثر فرسایش هیدرولیکی، ساییدگی مکانیکی ناشی از رشته حفاری و ذاتاً ریزش شیل ایجاد می شود. مشکلات مرتبط با بزرگ شدن سوراخ عبارتند از افزایش سختی سیمان کاری، افزایش انحراف سوراخ بالقوه، افزایش نیازهای هیدرولیکی برای تمیز کردن موثر سوراخ، و افزایش مشکلات احتمالی در طول عملیات چوب‌برداری.

شکستگی. شکستگی زمانی اتفاق می افتد که فشار سیال حفاری چاه از فشار سازند-شکستگی بیشتر شود. مشکلات مربوطه عبارتند از از دست دادن گردش خون و وقوع ضربه احتمالی.

سقوط – فروپاشی. فروپاشی گمانه زمانی رخ می دهد که فشار سیال حفاری برای حفظ یکپارچگی ساختاری سوراخ حفاری شده بسیار کم باشد. مشکلات مربوط به آن چسبندگی لوله و از بین رفتن احتمالی چاه است.

اصول ناپایداری گمانه

قبل از حفاری، استحکام سنگ در برخی از عمق ها با تنش های سنگ درجا (تنش روبار موثر، تنش های محدود افقی موثر) در تعادل است. با این حال، در حالی که یک سوراخ در حال حفاری است، تعادل بین استحکام سنگ و تنش‌های درجا مختل می‌شود. علاوه بر این، سیالات خارجی معرفی می شوند و یک فرآیند تعامل بین تشکیل و سیالات گمانه آغاز می شود. نتیجه یک مشکل بالقوه ناپایداری سوراخ است. اگرچه حجم وسیعی از تحقیقات منجر به بسیاری از مدل‌های شبیه‌سازی پایداری گمانه شده است، اما همگی در داده‌های ورودی مورد نیاز برای اجرای تجزیه و تحلیل، کمبود یکسانی در عدم قطعیت دارند. چنین داده‌هایی شامل تنش‌های درجا، فشار منفذی، خواص مکانیکی سنگ، و در مورد شیل، شیمی تشکیل و سیالات حفاری است.

مکانیزم های مکانیکی سنگ شکست

شکست مکانیکی گمانه زمانی رخ می دهد که تنش های وارده بر سنگ از مقاومت فشاری یا کششی سنگ بیشتر شود. شکست فشاری ناشی از تنش های برشی در نتیجه وزن کم گل است، در حالی که شکست کششی ناشی از تنش های معمولی در نتیجه وزن بیش از حد گل است.

معیارهای شکست که برای پیش‌بینی مشکلات ناپایداری سوراخ استفاده می‌شوند، معیار حداکثر تنش نرمال برای شکست کششی و معیار حداکثر انرژی کرنش اعوجاج برای شکست فشاری است. در معیار تنش حداکثر نرمال، شکست زمانی رخ می دهد که تحت اثر تنش های ترکیبی، یکی از تنش های اصلی عمل کننده به مقدار شکست مقاومت کششی سنگ برسد. در معیار حداکثر انرژی اعوجاج، شکست زمانی رخ می دهد که تحت تأثیر تنش های ترکیبی، انرژی اعوجاج به همان انرژی شکست سنگ در تنش خالص برسد.

ناپایداری شیل

بیش از 75 درصد از سازندهای حفاری شده در سراسر جهان، سازندهای شیل هستند. هزینه حفاری منتسب به مشکلات ناپایداری شیل بیش از نیم میلیارد دلار در سال گزارش شده است. علت ناپایداری شیل دو جنبه دارد: مکانیکی (تغییر تنش در مقابل محیط مقاومت شیل) و شیمیایی (برهمکنش شیل/سیال-فشار مویرگی، فشار اسمزی، انتشار فشار، تهاجم گمانه-سیال به شیل).

ناپایداری مکانیکی همانطور که قبلاً گفته شد، ناپایداری مکانیکی سنگ می تواند رخ دهد زیرا وضعیت تنش درجا تعادل پس از حفاری مختل شده است. گل مورد استفاده با چگالی معین ممکن است تنش های تغییر یافته را به حالت اولیه نرساند. بنابراین، شیل ممکن است از نظر مکانیکی ناپایدار شود.

ناپایداری شیمیایی ناپایداری شیل ناشی از مواد شیمیایی ناشی از برهمکنش حفاری-سیال/شیل است که استحکام مکانیکی شیل و همچنین فشار منفذ شیل در مجاورت دیواره‌های گمانه را تغییر می‌دهد. مکانیسم‌هایی که به این مشکل کمک می‌کنند عبارتند از فشار مویرگی، فشار اسمزی، انتشار فشار در مجاورت دیواره‌های گمانه و هجوم سیال گمانه به شیل هنگام حفاری بیش از حد متعادل.

فشار مویرگی. در طول حفاری، گل موجود در گمانه از طریق رابط منفذ و گلو با سیال منفذی بومی در شیل تماس می گیرد. این منجر به ایجاد فشار مویرگی، p _cap ، که به صورت بیان می شود

……………..(10.8)

جایی که σ کشش سطحی است، ϴ زاویه تماس بین دو سیال، و r شعاع منافذ گلو است. برای جلوگیری از ورود سیالات گمانه به شیل و تثبیت آن، افزایش فشار مویرگی مورد نیاز است که می تواند با سیستم های گلی پایه نفتی یا سایر ارگانیک های کم قطبی به دست آید.

فشار اسمزی. هنگامی که سطح انرژی یا فعالیت در سیال منفذی شیل، a _s ، با فعالیت در گل حفاری متفاوت است، a _m ، حرکت آب می تواند در هر دو جهت در سراسر یک غشای نیمه تراوا در نتیجه ایجاد فشار اسمزی، p _os رخ دهد . یا پتانسیل شیمیایی، μ _c . برای جلوگیری یا کاهش حرکت آب در سراسر این غشای نیمه تراوا که کارایی خاصی دارد، Em _. ، باید فعالیت ها یکسان شوند یا حداقل، تفاوت های آنها به حداقل برسد اگر m _کمتر از s باشد ، _{افزایش دهید} پیشنهاد می شود E _{m را} و بالعکس. فعالیت گل را می توان با افزودن الکترولیت هایی که می تواند از طریق استفاده از سیستم های گلی مانند آب دریا، نمک اشباع/پلیمر، KCl/NaCl/پلیمر و آهک/گچ ایجاد شود، کاهش داد.

انتشار فشار. انتشار فشار یک پدیده تغییر فشار در نزدیکی دیواره گمانه است که در طول زمان رخ می دهد. این تغییر فشار در اثر فشردگی سیال منفذی بومی توسط فشار گمانه-سیال pwfl _{ایجاد می شود} و فشار اسمزی p _os .

تهاجم سیال گمانه به شیل. در حفاری معمولی، فشار تفاضلی مثبت (تفاوت بین فشار چاه-سیال و فشار سیال منفذی) همیشه حفظ می شود. در نتیجه، سیال گمانه مجبور می شود به داخل سازند جریان یابد (پدیده از دست دادن سیال)، که ممکن است باعث برهمکنش شیمیایی شود که می تواند منجر به ناپایداری شیل شود. برای کاهش این مشکل، از افزایش ویسکوزیته گل یا در موارد شدید، از گیلسونیت برای جلوگیری از شکستگی های کوچک استفاده می شود.

تجزیه و تحلیل پایداری چاه

چندین مدل در ادبیات به تحلیل پایداری چاه می‌پردازند. ^[2] اینها شامل مدلهای بسیار ساده تا بسیار پیچیده مانند الاستیک خطی، غیرخطی، الاستوپلاستیک، صرفاً مکانیکی و فیزیکوشیمیایی است. صرف نظر از مدل، داده های مورد نیاز شامل خواص سنگ (نسبت پواسون، استحکام، مدول الاستیسیته) است. تنش های درجا (بار اضافی، افقی)؛ فشار سیال منفذی و شیمی؛ و خواص گل و شیمی.

به غیر از داده های گل، داده ها اغلب با مشکلات در دسترس بودن و/یا عدم قطعیت ترکیب می شوند. با این حال، تجزیه و تحلیل حساسیت را می توان با فرض داده ها برای بسیاری از متغیرها برای ایجاد پنجره های ایمنی برای انتخاب و طراحی گل انجام داد.

پیشگیری از ناپایداری گمانه

پیشگیری کامل از ناپایداری گمانه غیرواقعی است زیرا احیای شرایط فیزیکی و شیمیایی در محل سنگ غیرممکن است. با این حال، مهندس حفاری می تواند مشکلات ناپایداری گمانه را با رعایت شیوه های درست میدانی کاهش دهد. این اقدامات شامل انتخاب و نگهداری مناسب وزن گل، استفاده از هیدرولیک مناسب برای کنترل ECD، انتخاب مسیر مناسب سوراخ و استفاده از سیال گمانه سازگار با سازند در حال حفاری است. اقدامات میدانی اضافی که باید دنبال شود، به حداقل رساندن زمان صرف شده در سوراخ باز است. استفاده از داده های آفست چاه (استفاده از منحنی یادگیری)؛ نظارت بر تغییرات روند (گشتاور، فشار در گردش، کشیدن، پر کردن در هنگام خاموش شدن). و همکاری و به اشتراک گذاری اطلاعات.

تعریف

زمانی که یک ماده خارجی وارد سیستم گل می شود و باعث ایجاد تغییرات نامطلوب در خصوصیات گل مانند چگالی، ویسکوزیته و فیلتراسیون می شود، به گل گفته می شود که آلوده می شود. به طور کلی، سیستم‌های گلی مبتنی بر آب بیشترین آسیب را به آلودگی دارند. آلودگی گل می تواند ناشی از درمان بیش از حد سیستم گل با مواد افزودنی یا از ورود مواد به گل در حین حفاری باشد.

آلاینده های رایج، منابع و روش های درمانی

رایج ترین آلاینده های سیستم های گلی مبتنی بر آب جامدات (افزوده شده، حفاری شده، فعال، بی اثر) هستند. گچ/انیدریت (Ca ++ ) سیمان/آهک (Ca++ ) آب آرایشی (Ca++ ، Mg++ ) بی کربنات ها و کربنات های محلول (HCO ₃ ^– , CO ₃ ^– )؛ سولفیدهای محلول (HS- ^, S- ⁾ ؛ و جریان آب نمک/نمک (Na+ ، Cl- ⁾ .

آلودگی مواد جامد جامدها موادی هستند که برای تشکیل یک سیستم گلی (بنتونیت، باریت) و موادی که حفاری می شوند (فعال و بی اثر) اضافه می شوند. مواد جامد اضافی از هر نوع نامطلوب ترین آلاینده برای سیالات حفاری هستند. آنها تمام خواص گل را تحت تأثیر قرار می دهند. نشان داده شده است که جامدات ریز، در ابعاد میکرون و زیر میکرون، برای راندمان کلی حفاری بسیار مضر هستند و اگر جزء ضروری ترکیب گل نباشند، باید حذف شوند. حذف جامدات حفاری شده با استفاده از تجهیزات جداسازی مکانیکی (شکرها، سنگ زدایی، دسیلترها و سانتریفیوژها) به دست می آید. شیکرها مواد جامد را در اندازه قلمه ها (تقریباً 140μ یا بزرگتر) حذف می کنند. سنگ زدا مواد جامد را به اندازه شن (تا 50μ) حذف می کند. دیسیلترها مواد جامد را در اندازه سیلت (تا 20μ) حذف می کنند. وقتی مواد جامد از نقطه برش دسیلترها کوچکتر می شوند، ممکن است لازم باشد از سانتریفیوژها استفاده شود. لخته‌سازهای شیمیایی گاهی اوقات برای لخته‌سازی جامدات ریز به اندازه‌های بزرگ‌تر استفاده می‌شوند تا بتوان آنها را با تجهیزات حذف مواد جامد حذف کرد. لخته سازهای کل تفاوتی بین انواع مختلف جامدات قائل نمی شوند، در حالی که لخته سازهای انتخابی جامدات حفر شده را لخته می کنند اما جامدات باریت اضافه شده را نه. به عنوان آخرین راه حل، گاهی اوقات از رقت برای کاهش غلظت مواد جامد استفاده می شود.

آلودگی یون های کلسیم منابع یون کلسیم عبارتند از: گچ، انیدریت، سیمان، آهک، آب دریا و آب آرایشی سخت/شیر. یون کلسیم یک آلاینده اصلی برای سیستم های گلی تصفیه شده با خاک رس سدیم مبتنی بر آب شیرین است. یون کلسیم تمایل دارد تا از طریق تبادل پایه جایگزین یون های سدیم روی سطح رس شود و در نتیجه باعث تغییرات نامطلوب در خواص گل مانند رئولوژی و فیلتراسیون می شود. همچنین باعث می شود رقیق کننده های اضافه شده به سیستم گل بی اثر شوند. درمان بستگی به منبع یون کلسیم دارد. به عنوان مثال، کربنات سدیم (خاکستر سودا) اگر منبع آن گچ یا انیدریت باشد استفاده می شود. اگر یون کلسیم از آهک یا سیمان باشد، بی کربنات سدیم درمان ارجح است. اگر درمان از نظر اقتصادی غیرقابل قبول شد، به سیستم گلی مانند گل گچ یا گل آهکی که می تواند آلاینده را تحمل کند، نفوذ کنید.

آلودگی بیو کربنات و کربنات. یون‌های آلاینده (CO ₃ ^– , HCO ₃ ^– ) از حفاری تشکیل‌های حاوی CO2 _، تخریب حرارتی مواد آلی در گل یا بیش از حد تصفیه با خاکستر سودا و بی‌کربنات هستند. این آلاینده‌ها باعث می‌شوند که گل دارای عملکرد بالا و استحکام ژل و کاهش pH باشد. درمان سیستم گل با گچ یا آهک توصیه می شود.

آلودگی سولفید هیدروژن یونهای آلاینده (HS- ^, S- ⁾ عموماً از حفاری یک سازند حامل H2 _S هستند. سولفید هیدروژن کشنده ترین یون برای انسان است و برای فولاد مورد استفاده در حین عملیات حفاری بسیار خورنده است. (باعث شکنندگی شدید لوله حفاری می شود.) حذف H ₂ S با استفاده از روی، مس یا آهن انجام می شود.

نمک/آب شور جریان دارد. یون ها، Na+

Cl-، که در نتیجه حفاری مقاطع نمک یا از جریان آب شور سازند وارد سیستم گل می شوند، باعث می شوند گل دارای قدرت تسلیم بالا، اتلاف سیال زیاد و کاهش pH باشد. برخی از اقدامات برای درمان عبارتند از رقیق کردن با آب شیرین، استفاده از پراکنده کننده ها و مواد شیمیایی از دست دادن مایعات، یا تبدیل به گلی که در صورت افزایش هزینه درمان، مشکل را تحمل می کند.

مقدمه

تولید آسیب سازند به عنوان آسیب به امر غیبی توسط امر اجتناب ناپذیر تعریف شده است که باعث کاهش ناشناخته در غیرقابل سنجش می شود. در یک زمینه متفاوت، آسیب سازند به عنوان آسیب به مخزن (کاهش تولید) ناشی از سیالات سوراخ چاه مورد استفاده در حین حفاری / تکمیل و عملیات کار تعریف می شود. این منطقه ای است با کاهش نفوذپذیری در مجاورت سوراخ چاه (پوست) در نتیجه هجوم سیال خارجی به سنگ مخزن. شکل 10.8 آسیب پوستی تشکیل شده را نشان می دهد.

• شکل 10.8 – آسیب پوستی تشکیل.

سیالات گمانه

سیالات گمانه به عنوان سیالات حفاری، سیالات تکمیلی یا سیالات کار طبقه بندی می شوند. سیالات حفاری به عنوان گل، گاز یا گل گازدار طبقه بندی می شوند. دو نوع گل وجود دارد: پایه آب (پلیمر خالص، بنتونیت خالص، بنتونیت/پلیمر) و پایه روغن (امولسیون معکوس، روغن). سیالات تکمیل و کار اکثراً آب نمک و بدون مواد جامد هستند.

مکانیسم های آسیب

آسیب سازند ترکیبی از چندین مکانیسم از جمله مسدود شدن جامدات، تورم یا پراکندگی ذرات خاک رس، تغییرات اشباع، برگشت ترشوندگی، انسداد امولسیون، انسداد آبی-فیلتر، و رسوب متقابل نمک های محلول در فیلتر چاه-سیال و آب سازند است.

وصل کردن مواد جامد. شکل 10.9 نشان می دهد که مسدود شدن فضاهای منافذ مخزن-سنگ می تواند ناشی از مواد جامد ریز در فیلتر گل یا مواد جامد خارج شده توسط فیلتر در ماتریس سنگ باشد. برای به حداقل رساندن این نوع آسیب، مقدار مواد جامد ریز در سیستم گل و از دست دادن سیال را به حداقل برسانید.

• شکل 10.9- آسیب سازند ناشی از مسدود شدن مواد جامد.

تورم ذرات خاک رس. این یک مشکل ذاتی در ماسه سنگی است که دارای رس های حساس به آب است. هنگامی که یک فیلتر آب شیرین به سنگ مخزن حمله می کند، باعث متورم شدن خاک رس و در نتیجه کاهش یا مسدود شدن کامل نواحی گلو می شود.

تغییر اشباع تولید بر اساس میزان اشباع در سنگ مخزن پیش بینی می شود. هنگامی که یک فیلتر سیستم گل وارد مخزن می شود، مقداری تغییر در اشباع آب و در نتیجه کاهش بالقوه در تولید ایجاد می کند. شکل 10.10 نشان می دهد که از دست دادن سیال زیاد باعث افزایش اشباع آب می شود که منجر به کاهش نفوذپذیری نسبی سنگ می شود. برای اطلاعات بیشتر به بخش خصوصیات حمل و نقل در جلد مهندسی عمومی این کتابچه مراجعه کنید.

• شکل 10.10- آسیب سازند ناشی از اشباع.

معکوس ترشوندگی سنگ های مخزن دارای طبیعت مرطوب آب هستند. نشان داده شده است که در حین حفاری با سیستم‌های گلی مبتنی بر نفت، سورفکتانت‌های اضافی موجود در فیلتر گل که وارد سنگ می‌شوند می‌توانند باعث برگشت ترشوندگی شوند. از تجربه میدانی گزارش شده و در آزمایشات آزمایشگاهی نشان داده شده است که تا 90 درصد از دست دادن تولید می تواند توسط این مکانیسم ایجاد شود. بنابراین، برای جلوگیری از این مشکل، مقدار سورفکتانت اضافی مورد استفاده در سیستم‌های گلی مبتنی بر نفت باید به حداقل برسد.

انسداد امولسیونی ذاتی سیستم‌های گلی مبتنی بر نفت، استفاده از سورفکتانت‌های اضافی است. این سورفکتانت ها وارد سنگ می شوند و می توانند امولسیونی را در فضاهای منافذ تشکیل دهند که از طریق مسدود شدن امولسیون مانع تولید می شود.

انسداد آبی-فیلتر. در حین حفاری با گل پایه آب، فیلتر آبی که وارد مخزن می شود می تواند باعث ایجاد انسداد شود که پتانسیل تولید مخزن را کاهش می دهد.

رسوب نمکهای محلول هر گونه رسوب نمک های محلول، چه در اثر استفاده از سیستم های گل نمکی یا از آب سازند یا هر دو، می تواند باعث مسدود شدن مواد جامد و مانع تولید شود. برای اطلاعات بیشتر، به فصل خسارت سازند در جلد مهندسی عملیات تولید این کتابچه مراجعه کنید .

مقدمه

در طول دهه گذشته، مطالعات زیادی برای به دست آوردن درک در مورد تمیز کردن سوراخ در حفاری چاه جهت دار انجام شده است. کار آزمایشگاهی نشان داده است که حفاری در زاویه شیب بیشتر از تقریباً 30 درجه نسبت به عمودی مشکلاتی را در حذف قلمه‌ها ایجاد می‌کند که در چاه‌های عمودی با آن مواجه نمی‌شویم. شکل 10.11 نشان می دهد که اگر سرعت جریان برای یک رئولوژی گل معین کمتر از یک مقدار بحرانی معین باشد، تشکیل یک بستر قلمه متحرک یا ثابت به یک مشکل آشکار تبدیل می شود.

• شکل 10.11- ایجاد بستر قلمه ها در چاه های جهت دار.

تمیز کردن ناکافی سوراخ می تواند منجر به مشکلات پرهزینه حفاری مانند چسبندگی مکانیکی لوله، سایش زودرس گز، حفاری آهسته، شکستگی سازند، گشتاور و کشش بیش از حد روی رشته حفاری، مشکلات در کنده کاری و سیمان کاری، و مشکلات در فرود بدنه شود. شایع ترین مشکل گشتاور و کشش بیش از حد است که اغلب منجر به ناتوانی در دستیابی به هدف در حفاری با زاویه بالا/گسترده می شود.

عوامل در تمیز کردن سوراخ

سرعت حلقوی سیال. سرعت جریان عامل غالب در حذف قلمه ها در حین حفاری چاه های جهت دار است. افزایش سرعت جریان باعث حذف موثر قلمه ها در هر شرایطی می شود. با این حال، میزان افزایش سرعت جریان ممکن است توسط حداکثر ECD مجاز، حساسیت بخش سوراخ باز به فرسایش هیدرولیکی، و در دسترس بودن توان هیدرولیک دکل محدود شود.

زاویه شیب سوراخ. کار آزمایشگاهی نشان داده است که وقتی زاویه سوراخ از صفر به حدود 67 درجه از عمودی افزایش می‌یابد، تمیز کردن سوراخ دشوارتر می‌شود و بنابراین، نیاز به سرعت جریان افزایش می‌یابد. الزامات سرعت جریان در حدود 65 تا 67 درجه به حداکثر می رسد و سپس کمی به سمت افقی کاهش می یابد. همچنین نشان داده شده است که در دمای 25 تا تقریباً 45 درجه، خاموش شدن ناگهانی پمپ می تواند باعث کنده شدن قلمه ها به پایین شود و ممکن است منجر به مشکل مکانیکی چسبندگی لوله شود. اگرچه شیب سوراخ می تواند منجر به مشکلات تمیز کردن شود، اما به دلیل نیازهای حفاری مخزن غیرقابل دسترس، حفاری در دریا، اجتناب از سازندهای مشکل ساز و ردیابی جانبی و حفاری افقی در مخزن الزامی است. اهداف در توسعه کل میدان (تولید اولیه و ثانویه)، نگرانی های زیست محیطی، و اقتصاد برخی از عواملی هستند که در انتخاب زاویه سوراخ دخالت می کنند.

چرخش رشته حفاری. مطالعات آزمایشگاهی نشان داده اند و موارد میدانی گزارش داده اند که چرخش رشته حفاری اثرات متوسط ​​تا قابل توجهی در افزایش تمیز کردن سوراخ دارد. سطح افزایش اثر ترکیبی از چرخش لوله، رئولوژی گل، اندازه قلمه ها، سرعت جریان، و از همه مهمتر، رفتار دینامیکی رشته است. ثابت شده است که حرکت چرخشی ریسمان در اطراف دیواره گمانه در هنگام چرخش عامل اصلی افزایش تمیز کردن سوراخ است. همچنین، به هم زدن مکانیکی بستر قلمه در سمت پایین سوراخ و قرار دادن قلمه ها در معرض سرعت سیال بالاتر زمانی که لوله به سمت بالای سوراخ حرکت می کند، نتیجه عمل چرخش لوله است.

اگر چه در تمیز کردن سوراخ ناشی از چرخش لوله سود مشخصی وجود دارد، اما محدودیت‌های خاصی برای اجرای آن وجود دارد. به عنوان مثال، در حین ساختن زاویه با یک موتور پایین چاه (حالت کشویی)، چرخش نمی تواند القا شود. با سیستم های چرخشی فرمان جدید، این دیگر مشکلی ندارد. با این حال، چرخش لوله می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های چرخه‌ای شود که می‌تواند باعث تسریع شکست لوله‌ها به دلیل خستگی، سایش پوشش و در برخی موارد، تخریب مکانیکی بخش‌های سوراخ باز شود. در حفاری باریک، چرخش زیاد لوله می تواند به دلیل تلفات فشار اصطکاک حلقوی بالا باعث ECD های بالا شود.

خروج از مرکز سوراخ/لوله. در قسمت شیب دار سوراخ، لوله به دلیل نیروی جاذبه، تمایل دارد در سمت پایین گمانه قرار گیرد. این یک شکاف بسیار باریک در بخش حلقوی زیر لوله ایجاد می کند که باعث می شود سرعت سیال بسیار کم شود و بنابراین امکان انتقال قلمه ها به سطح وجود ندارد. همانطور که شکل 10.12 نشان می دهد، وقتی خروج از مرکز افزایش می یابد، سرعت ذرات/سیال در شکاف باریک کاهش می یابد، به خصوص برای سیال با ویسکوزیته بالا. با این حال، از آنجا که خروج از مرکز توسط مسیر چاه انتخاب شده کنترل می شود، تأثیر نامطلوب آن بر تمیز کردن سوراخ ممکن است اجتناب ناپذیر باشد.

• شکل 10.12-پروفایل سرعت سیال در حلقۀ خارج از مرکز (بعد از Hzouz و همکاران ^[3] ).

میزان نفوذ در شرایط مشابه، افزایش سرعت حفاری همیشه منجر به افزایش تعداد قلمه ها در حلقه می شود. برای اطمینان از تمیز کردن خوب سوراخ در حین حفاری با نرخ نفوذ بالا (ROP)، سرعت جریان و/یا چرخش لوله باید تنظیم شود. اگر از حدود این دو متغیر فراتر رفت، تنها راه حل کاهش ROP است. اگرچه کاهش ROP ممکن است تأثیر مخربی بر هزینه‌های حفاری داشته باشد، اما منفعت اجتناب از سایر مشکلات حفاری، مانند چسبیدن لوله‌های مکانیکی یا گشتاور و کشش بیش از حد، می‌تواند از ضرر در ROP بیشتر باشد.

خواص گلی. عملکرد سیالات حفاری بسیار زیاد است و می تواند تأثیرات رقابتی منحصر به فردی داشته باشد. دو خاصیت گل که تأثیر مستقیمی بر تمیز کردن سوراخ دارند، ویسکوزیته و چگالی هستند. عملکرد اصلی چگالی تثبیت مکانیکی گمانه و جلوگیری از نفوذ مایع سازند به داخل حلق است. هر گونه افزایش غیرضروری در چگالی گل فراتر از انجام این عملکردها، تأثیر نامطلوبی بر روی ROP خواهد داشت و تحت تنش‌های درجا ممکن است باعث شکستگی سازند شود. تراکم گل نباید به عنوان معیاری برای افزایش تمیز کردن سوراخ ها استفاده شود.

از طرف دیگر، ویسکوزیته وظیفه اصلی تعلیق مواد وزنی مورد نظر اضافه شده مانند باریت را دارد. تنها در حفاری چاه عمودی و جارو کردن قرص با ویسکوزیته بالا، ویسکوزیته به عنوان یک درمان در تمیز کردن سوراخ ها استفاده می شود.

خصوصیات قلمه. اندازه، توزیع، شکل و وزن مخصوص قلمه ها بر رفتار دینامیکی آنها در یک محیط روان تأثیر می گذارد. وزن مخصوص اکثر سنگ ها تقریباً 2.6 است. بنابراین، وزن مخصوص را می توان یک عامل غیرمتغیر در حمل و نقل قلمه ها در نظر گرفت. اندازه و شکل قلمه ها تابعی از انواع بیت ها هستند (مخروط غلتکی، فشرده پلی کریستالی-الماس، ماتریس الماس)، آسیاب مجدد که پس از تولید آنها انجام می شود و شکستگی توسط بمباران خود و با رشته مته چرخان. کنترل اندازه و شکل آنها غیرممکن است حتی اگر یک گروه بیت خاصی برای تولید آنها انتخاب شده باشد. انتقال قلمه های کوچکتر در حفاری چاه جهت دار دشوارتر است. با این حال، با مقداری افزایش ویسکوزیته و چرخش لوله، به نظر می رسد ذرات ریز در حالت تعلیق باقی می مانند و بنابراین حمل و نقل آسان تر می شوند.

حفاری _{H 2} سازندهای S-Barning یکی از سخت ترین و خطرناک ترین مشکلات را برای انسان و تجهیزات ایجاد می کند. اگر شناخته شده یا پیش بینی شود، الزامات بسیار خاصی وجود دارد که باید مطابق با بین المللی رعایت شود. Assn. قوانین و مقررات پیمانکاران حفاری. گاز کم عمق ممکن است در هر زمانی در هر منطقه ای از جهان مواجه شود. تنها راه مبارزه با این مشکل این است که هرگز در چاه بسته نشوید. در عوض، جریان گاز را از طریق یک سیستم دیورتر منحرف کنید. گاز کم عمق پرفشار را می توان در اعماق چند صد فوتی که شیب تشکیل-شکستگی بسیار کم است، مشاهده کرد. خطر این است که اگر چاه بسته شود، احتمال شکستگی سازند بیشتر می شود که منجر به شدیدترین مشکل فوران، ضربه زیرزمینی می شود.

تجهیزات

یکپارچگی تجهیزات حفاری و نگهداری آن از عوامل اصلی در به حداقل رساندن مشکلات حفاری است. هیدرولیک مناسب دکل (قدرت پمپ) برای تمیز کردن کارآمد زیرین و سوراخ حلقوی، قدرت بالابر مناسب برای خروج کارآمد، بارهای طراحی دریک مناسب و بار کششی خط حفاری برای اجازه کشیدن بیش از حد ایمن در صورت مشکل چسبندگی، و سیستم های کنترل خوب (رم) پیشگیری کننده ها، جلوگیری کننده های حلقوی، بازدارنده های داخلی) که امکان کنترل ضربه را در هر موقعیت ضربه ای فراهم می کنند، همگی برای کاهش مشکلات حفاری ضروری هستند. سیستم‌های نظارت و ثبت مناسب که تغییرات روند را در تمام پارامترهای حفاری نظارت می‌کنند و می‌توانند داده‌های حفاری را در زمان بعدی بازیابی کنند، سخت‌افزار لوله‌ای مناسب که به‌طور خاص برای سازگاری با تمام شرایط حفاری پیش‌بینی‌شده مناسب است، و تجهیزات موثر برای نگهداری و جابجایی گل که از ویژگی‌های گل اطمینان حاصل می‌کند. طراحی شده برای توابع مورد نظر خود نیز ضروری است.

پرسنل

با توجه به شرایط مساوی در طول عملیات حفاری/تکمیل، پرسنل کلید موفقیت یا شکست آن عملیات هستند. هزینه های کلی چاه در نتیجه هر مشکل حفاری/تکمیل می تواند بسیار بالا باشد. بنابراین، ادامه آموزش و آموزش برای پرسنل درگیر به طور مستقیم یا غیرمستقیم برای اقدامات موفق حفاری/تکمیل ضروری است.