فناوری حفاری زیر فشار تعادل مخزن ( UBD )


موضوعات

آمار سایت

  • تعداد مطالب : 333
  • تعداد کاربران : 13179
  • تعداد دیدگاه ها : 292
  • بازدید امروز : 355
  • بازدید دیروز : 1,650
  • بازدید کل : 979,463

برچسب ها

  • مزایا و کاربردهای حفاری زیر فشار تعادل (UBD),بررسي امكان استفاده از حفاري زير فشار تعادلي (UBD),فناوری حفاری زیر فشار تعادل مخزن ( UBD ),فناوری حفاری زیر فشار تعادل مخزن مبانی فناوری حفاری فرو تعادلی مزایای حفاری فرو تعادلی - كاهش آسیب دیدگی سازند - افزایش سرعت حفاری - كاهش هرزروی سیال حفاری - افزایش عمر مته - به حداقل رساندن گیر اختلاف فشاری - بهبود ارزیابی سازند - نیاز كمتر به انگیزش چاه - تولید زود هنگام نفت - مزایای زیست محیطی چاههای كاندید حفاری فروتعادلی در ایران چاههای نامناسب برای حفاری فروتعادلی انتخاب سیال حفاری دو فازی محاسبه دبی بهینه برای سیال حفاری دو فازی - ناپایداری دیواره چاه - فرایند خودآشام لحظه ای - توان بالا آوردن کنده ها و تمیز نمودن چاه - شسته شدن دیواره چاه,

کاربران

کانال ما در آپارات

کاربر عزیز به سایت ما خوش امدی
برای استفاده از تمامی بخش ها در سایت عضو شوید.

تبلیغات

فناوری حفاری زیر فشار تعادل مخزن ( UBD )

فناوری حفاری زیر فشار تعادل مخزن ( UBD )

تاریخ : یکشنبه 01 دي 1392
بازدید : 1007
دیدگاه :
نوشته : هادی گلستانی

تکنولوژی حفاری در طول سال های متمادی توسعه یافته. از دلایل اصلی برای پیش رفت در این تکنولوژی افزایش دایمی درخواست انرژی بوده است، به عنوان مثال نفت ، گاز و همچنین افزایش قیمت انرژی. این دلایل پیش برنده صنعت نفت برای حفاری در مناطقی هستند که در گذشته محدودیت های تکنولوژیکی و اقتصادی داشتند.
حفاری فرو تعادلی یکی از این روش ها می باشد که در حال کمک به صنعت نیاز مند به افق های جدید در زمینه اکتشاف و تولید نفت و گاز است. حفاری فروتعادلی به عنوان یک مفهوم جدید در صنعت نیست بلکه به قدمت حفاری است. در واقع این تکنولوژی به عنوان یک روش خطرناک برای سلامتی و امنیت پرسنل شاغل در محوطه در نظر گرفته می شد. این روش در بخش های امنیت و تکنولوژي کم و بیش در صد سال گذشته رشد کرده و صنعت مدت نه چندان طولانی این روش را غیر ایمن برای عملیات خشکی و دریایی در نظر گرفت. اما برای شکوفا نگه داشتن این تکنولوژی، نیاز مداوم به نوآوری و گسترش تکنولوژی موجود می باشد که باعث بالا رفتن اعتبار و ارزش افزوده صنعت خواهد بود.
تکنولوژی حفاری در طول سال های متمادی توسعه یافته. از دلایل اصلی برای پیش رفت در این تکنولوژی افزایش دایمی درخواست انرژی بوده است، به عنوان مثال نفت ، گاز و همچنین افزایش قیمت انرژی. این دلایل پیش برنده صنعت نفت برای حفاری در مناطقی هستند که در گذشته محدودیت های تکنولوژیکی و اقتصادی داشتند.
حفاری فرو تعادلی یکی از این روش ها می باشد که در حال کمک به صنعت نیاز مند به افق های جدید در زمینه اکتشاف و تولید نفت و گاز است. حفاری فروتعادلی به عنوان یک مفهوم جدید در صنعت نیست بلکه به قدمت حفاری است. در واقع این تکنولوژی به عنوان یک روش خطرناک برای سلامتی و امنیت پرسنل شاغل در محوطه در نظر گرفته می شد. این روش در بخش های امنیت و تکنولوژي کم و بیش در صد سال گذشته رشد کرده و صنعت مدت نه چندان طولانی این روش را غیر ایمن برای عملیات خشکی و دریایی در نظر گرفت. اما برای شکوفا نگه داشتن این تکنولوژی، نیاز مداوم به نوآوری و گسترش تکنولوژی موجود می باشد که باعث بالا رفتن اعتبار و ارزش افزوده صنعت خواهد بود.
با این ذهنیت مفهوم «مفهوم حفاری فروتعادلی» گسترش یافته و با موفقیت در عملیات حفاری چه در قسمت های ساحلی و چه در قسمت های دریایی عملی شد. این پیش بینی می شود که این تکنولوژی با افزایش نرخ بازیافت نفت در یک چهار چوب زمانی کوتاه تر ، میلیون ها دلار صرفه جویی اقتصادی برای صنعت در بر خواهد داشت. تقریبا هر عملیات حفاری یک منبع بالقوه برای آسیب زدن به تولید چاه، هرز روی گل، گیر لوله ها در اثر اختلاف فشار و مشکلات عمومی مرتبط با حفاری می باشد. در حفاری فرو تعادلی ایده بنیادی نگه داشتن فشار ستون سیال حفاری در چاه، زیر فشار سازند در طول حفاری به جهت جلوگیری از اسیب دیدگی سازند است که نهایتا باعث کاهش بسیار زیادی در تولید از مخازن نفتی و گازی می شود.
در ادامه، این روش به کاسته شدن تجهیزات شبیه سازی و صرفه جویی های قابل توجهی منجر خواهد شد. حفاری فروتعادلی وقتی به طور حیح طراحی و عملی شود مشکلات ناشی از نفوذ بخشی از سیال حفاری در سازند را همچون مشکلات دیگر از قبیل واکنش های مخرب خاک رس، تله فازی و موارد دیگر را مرتفع می نماید. همان طور که قبلا نیز گفته شد در بسیاری از عملیات حفاری فروتعادلی صرفه اقتصادی مشاهده می شود که به علت کاهش زمان حفاری، افزایش میزان نفوذ، افزایش عمر مته، سرعت در زمینه کشف زون های تولیدی مخزن و قدرت تست دینامیک جریان در حین حفاری است. به همین جهت امروزه گفته می شود که حفاری فروتعادلی به جهت علاقه خاص به مخزن انجام می شود. بنابراین حفاری فروتعادلی به این دلیل انجام می شود که هم به نفع مخزن است و هم در جهت منافع حفاری می باشد.
باتوجه به این نکته که هیدروکربن هایی که امروزه یافت می شوند در مخازن با فشار رو به افت و مخازن با کیفیت پایین تر هستند و با  مشکلات حفاری مرسوم، اینجاست که حفاری فروتعادلی می تواند ارزشمند باشد. بزودی حفاری فروتعادلی یک تکنیک استاندارد و گسترده هم در میادین ساحلی و هم در میادین دریایی جایی که دانش زمین شناسی و مخزن در کنار هم هستند، خواهد شد.
2-طرح ریزی حفاری فروتعادلی
تکنولوژی حفاری فروتعادلی یک تکنیک بسیار مفید برای حفاری چاه ها به جهت به حداقل رساندن آسیب دیدگی سازند می باشد کدر عملیات حفاری فراتعادلی عمومیت دارد است. حفاری فروتعادلی وقتی اتفاق می افتد که فشار ته چاه که به وسیله حداکثر فشار هیدروستاتیکی ناشی از ستون سیال حفاری، اعمال شده کمتر از فشار سازند حفاری شده باشد. به طئر ساده تر می توان فرض کرد که حفاری فروتعادلی فشار چاه را در طول حفاری زیر فشار سازند نگه می دارد. این با حفاری مرسوم در جایی که فشار ته چاه حاصل از سیال در گردش کمتر از فشار سازند است که نتیجه آن فوران چاه در حین پیش رفتن حفاری است، تفاوت دارد. همان طور که در شکل های (1) و (2) نشان داده شده است حفاری فروتعادلی یک روش ارزشمند برای به حداقل رساندن هجوم مشکلات مربوطه است. به این علت که بیشتر هیدروکربن هایی که امروزه یافت می شوند در میادین با فشار رو به کاهش یا در مخازن با کیفیت پایین تری هستند استفاده از حفاری فروتعادلی مقرون به صرفه تر و اقتصادی تر خواهد بود.
 3-معیار(های) طراحی حفاری فروتعادلی
شریط حفاری فروتعادلی ممکن است از این روش ها بدست آید یا با به کار بردن سیالات حفاری تراکم ناپذیر یا با اضافه کردن گاز برای کاهش دادن چگالی سیال حفاری. انتخاب براساس عمق و فشار مخزن می باشد. شرایط حفاری فروتعادلی وقتی فراهم خواهد شد که تراکم گردش معادل که بوسیله سیال حفاری ایجاد می شود کمتر از فشار مخزن است. براساس فشار مخزن درجه وادار کنندگی حالت فرو تعادلی تضمین خواهد کرد که هیدرو کربن ها به طور مداوم به سمت فضای چاه جریان می یابند (هیدروکربن های فرض شده در مخزن موجود می باشند).
هنگام طراحی سیستم گردش حفاری، برای برآورده کردن تمام اهداف مناسب یک منطقه حفاری شده فروتعادلی بایستی معیارهای خاصی مدنظر قرار گیرند. این موضوع بارز است که مورد توجه قرار دادن این معیار ها برای سیستم فروتعادلی انتخاب شده راحت تر از بدست آوردن تمام اهداف لازم است. برای طراحی یک سیستم گردش حفاری فروتعادلی معیارهای زیر مورد توجه قرار می گیرند :
1.        فشار ته چاه
فشار ته چاه ناشی از گردش سیال بایستی در طول عملیات به دلیل ادامه کار، حفظ پایداری چاه و حفظ شرایط فروتعادلی و در زمان تکمیل چاه کنترل شود.
2.       تمیزی چاه
سیستم سیال حفاری بایستی تمیز بودن چاه در هر عمق یا شیبی را تضمین کند.
3.      تجهیزات جدا سازی سطحی
جریان مخزن به سمت چاه برای ایمن نگه داشتن تجهیزات سطحی جریانی با ظرفست عملیاتی محدود، فشار قابل تحمل این دستگاه ها و محدودیت های کاری لوله ها از لحاظ خوردگی بایستی کنترل شود.
4-انتخاب سیال های حفاری
یک پهنه گوناگون از سیستم های سیال در عملیات UBD مورد استفاده واقع می شوند
 
که شامل هوای مستقیم، بخار آب (Mist)، فوم، سیالات گازی شده و سیالات مایع مستقیم
 جمی باشند. بر اساس فشار (فضاهای خالی) سازند و عمق، یک انتخاب اولیه از سیستم های سیال حفاری بایستس صورت گیرد.
سیالات حفاری فرو تعادلی در 3 گروه کلاس بندی می شوند :
1.        یک فازی (Gas)
2.       دو فازی   Liquid + Gas / Gas + Liquid
3.       تک فازی (Liquid)
انتخاب یک سیستم سیال حفاری مناسب، برای استفاده جهت یک عملیات UBD موفق، همچنین انتخاب هرکدام از فاز ها هنگامی که سیستم سیال حفاری دو فازی مورد نیاز است کاری بسیار مشکل است. هر سیالی که اتنخاب شد بایستی بر پایه آثارش بر سازند، توانایی تمیز کاری چاه ، هیدرولیک عادی و تجهیزات جداسازی در سطح مورد ارزیابی واقع شود .انواع چگالی های سیال از عدد 0 تا 7 ( 12lbmgal'> ) تغییر می کنند بازه تغییرات سیالات حفاری گوناگون در شکل (3) موجود می باشد.
5-مفهوم آسیب دیدگی سازند
آسیب دیدگی سازند کاهش تراوایی یک زون / سازند تولیدی در نزدیکی فضای چاه و بنابراین کاهش بهره وری چاه             می باشد.بخش تاثیر پوسته اغلب به عنوان تعریف ضمنی، لایه یا سیلندری چسبیده به اطراف دیواره چاه است که باعث کاهش تراوایی می شود. دو پدیده می توانند تراوایی یک سنگ را کاهش دهند. یکی تغییرات تخلخل مربوط به باد کردن مواد معدنی خاک رس یا رسوب روی دیواره فضاهای خالی و مورد دیگر پلاگ شدن دهانه فضا های خالی است که مواد آلی یا غیر آلی باعث آن هستند. خرابی که بوسیله مواد آلی ایجاد می شود بدلیل ساختار هیدروکربن در زمانی است که فشار و دمای موجود در مخزن تغییر کرده باشند. آسیب دیدگی ناشی از مواد غیر آلی در اثر آزاد شدن یا به دام افتادن مواد ریز شامل دانه های طبیعی درجا و با سرعت پرتاب شدن مواد حاصل از واکنش های شیمیایی است.
6-دلایل آسیب دیدگی سازند
آسیب دیدگی سازند در اثر نفوذ سیالات خارجی و یا مواد جامد به قسمتی از دیواره چاه که بی حفاظ
می باشد ایجاد می گردد. عموما گل حفاری منبع اصلی این گونه اجسام آلوده کننده است. سیالاتی که به علت عملکرد برانگیزاننده مورد استفاده هستند ممکن است برخی تاثیرات نامطلوب داشته باشند که در عمل سودمندی عملکرد آنها را بی اعتبار میکند. اما درهرصورت بحث حاضر با آسیب دیدگی سازند ناشی از گل خفاری در طول عملیات حفاری مرتبط می باشد. در بسیاری از مناطق حفاری کار اصلی گل حفاری، کنترل فشار زیر سطحی است. برای دست یافتن به این قابلیت بایستی فشار ستون گل متجاوز از فشار سازند باشد. اکنون امکان تاثیرات مضری که مایعات گوناگون روی زون های تحت نفوذ واقع شده دارند را بررسی می نماییم.
7-هجوم مایع
آمادگی یا استعداد یک سازند خاص برای آسیب دیدن بوسیله سیالات خارجی، شدیدا به حجم کلی آن دارد. سنگ های کثیف (سنگ هایی با حجم کلی بالا) معمولا به فیلتراسیون گل پایه آبی که باعث هیدراته شدن و باد کردن اجزای درون دانه ای کلی می شود بسیار حساس هستندکه این مسااله در شکل (4) نشان داده شده است.
جا گرفتن آب در ماتریکس (دانه بندی) رس باعث یک انبساط فیزیکی در رس شده و نتیجه این انبساط در بعضی موارد بزرگ شدن رس تا 500 % اندازه اولیه آن است.این انبساط به طور واضح تاثیر مهمی در کاهش تراوایی دارد. فیلتراسیون نمکی گل باعث کاهش این نوع تراوایی شده و در حقیقت ممکن است باعث کاهش حجم رس و در بعضی موارد افزایش تراوایی نفت شود. بنابراین مشکلات ناشی از باد کردن رس به واکنش بین رس مورد نظر و فیلتراسیون گل موجود دارد.
پس همان طور که فیلتراسیون آبی گل در سنگ های کثیف نفوذ می کند بخش های درونی Clay همان گونه ای تغییر موقعیت می دهند که آب اشباع اضافه شده به آنها آزادی حرکت می دهد. حرکت این قسمت ها آنها را قادر می سازد تا در شبکه فضاهای خالی جابجا شوند بنابراین در مقابل جریان مانع ایجاد کرده و باعث کاهش تراوایی می  شوند. شکل (6) پدیده مهاجرت دانه ها در موقعیت خودشان که در نهایت باعث کاهش تراوایی سازند خواهد شد را به تصویر می کشد.
دیگر تاثیرات امکان پذیر ناشی از نفوذ سیالات خارجی :
(aساختن امولسیون با سیالات سازند
در مخلوط های با ویسکوزیته بالا نتیجه می شود و منافذ باریک بوسیله حباب های جداگانه ای پر می شوند.
(bسرعت یافتن مواد جامد
هنگامی که یک گروه مواد مختلف با نفت خام برخورد می کنند نتیجه آن می تواند سرعت یافتن مواد جامد باشد.
(cکاهش تراوایی نسبی گاز
این امر با حضور سیال سومی که مخلوط نشدنی است امکان دارد. به عنوان مثال سنگ گازی را در نظر بگیرید که از آغاز فقط شامل گاز و آب بوده است. اگر این مقطع بوسیله یک سیال پایه روغنی حفاری شده باشد نفوذ بعضی از مواد فیلتراسیون گل اتفاق خواهد افتاد. اگر گاز در حال تولید باشد ، مقداری از این روغن بداخل سنگ رفته و بنابراین مقداری از آن به عنوان اشباع کاهش نیافتنی بی حرکت باقی خواهد ماند. این امر تراوایی گاز در زون تحت تاثیر را کاهش داده و بنابراین تولید چاه را کم می کند. شکل (7) و شکل (8) پدیده تله فازی را به کمک تراوایی نسبی نشان می دهند.
 (dکاهش تراوایی نسبی نفت
این موضوع بدلیل افزایش تدریجی آب اشباع افزایش یافته، است. شکل (9) نشان می دهد که چگونه بعد از اینکه یک سیال پایه آبی با نفوذ خود باعث کاهش زیادی در پتانسیل تراوایی نفت شد، نیروهای فشار مویینگی که آب با درجه اشباع بیشتر را به دام می اندازند، مکانیسم تله فازی را سبب می شوند.                                                                    
(eبرآمدگی رس
یک رس معدنی وقتی در شرایط برآمدگی قرار دارد که بخش های مختلف رس تمایل به جمع شدن در کنار یکدیگر برای تشکیل دادن یک گروه یا مجموعه داشته و همچنین هنگامی که این برآمدگی ها یا گروه ها بالا آمده اند.این بخش های پراکنده که ممکن است در جایی که تراوایی کاهش یافته مجرای فضاهای خالی را پلاگ کرده باشند در شکل (10) نشان داده شده اند.
7-هجوم مواد جامد
این مطلب قابل فهم است که هجوم بخش های جامد اغلب ممکن است دلیل اصلی آسیب دیدگی سازند باشد. قسمت های جامد برای اینکه بتوانند به سنگ وارد شوند بایستی به طور طبیعی از دهانه فضاهای خالی کوچک تر باشند. بیشترین حالت نفوذ گل در چاه، هرز روی گل می باشد.
بدلیل نفوذ این گونه مواد خاص به درون سازند، تراوایی سازند کاهش می یابد. کاهش تراوایی براساس دو دلیل اصلی تقسیم بندی می شود :
1-پلاگ شدن فضاهای داخلی بوسیله بخش های جامد
2-کاهش شعاع موثر فضاهای خالی بدلیل افزایش برآیند آب درون شبکه فضاهای خالی و در نتیجه کاهش در تراوایی موثر برای نفت و گاز.
البته عمق نفوذ بخش جامد کمتر از قسمت مایع است. همچنین شدت آسب دیدگی با فاصله گرفتن از دیواره چاه کاهش می یابد. شکل های (11)، (12) و (13) مکانیسم نفوذ جامدات در مخزن با توجه به سایز قسمت های جامد را نشان می دهند. عکس شماره (11) نشان می دهد که نفوذ مواد جامد تا جایی که اندازه آنها خیلی کوچک است مشکلی ایجاد نمی کند. شکل های شماره (12) و (13) اندود گل ها (فاز جامد گل حفاری) را در بیرون و درون سازند هنگامی که سایز قسمت های جامد افزایش یافته اند نشان می دهند. همین طور که سرعت سیال با نفوذ در عمق بیشتری از سازند کاهش می یابد، قسمت های جامد راسب می شوند. رسوب یا ته نشست داخلی (تشکیل کیک) تراوایی را کاهش خوهاد داد که نامطلوب بودن این رسوبات را مشخص می کند.
آسیب دیدگی سازند می تواند تاثیر قابل توجهی در کاهش تولید داشته باشد و کاهش تولید جهانی بدلیل آسیب دیدگی سازند معادل با هزاران میلیارد دلار کاهش صرفه اقتصادی است.شناسایی و کاهش مشکلات ناشی از آسیب دیدگی سازند می تواند بازگشت سریع به صورت افزایش تولید و طول عمر میدان را در پی داشته باشد. یک پیش نهاد موثر برای این مشکل مرشوم حفاری فراتعادلی تکنیک حفاری فروتعادلی است که هیچگونه آسیب دیدگی سازند یا هرز روی گل در پی ندارد.
8-هرزروی گل
مشکلی که اغلب اوقات در حفاری چاه پیش روی ماست هرزروی غیر قابل قبول مقادیر قابل توجه سیال حفاری در               سازند های زیر زمینی است که تحت نفوذ چاه هستند. این مشکل اغلب تحت عنوان هرز روی گل و سازندی سیال حفاری به آن وارد می شود تحت عنوان زون هرز روی یا زون سارق نامیده می شود. دلایل متفاوتی می توانند در هرزروی گل که در حفاری چاه با آن روبرو هستیم دخیل باشند. به عنوان مثال سازندی که تحت نفوذ چاه است ممکن است به طور غیر عادی تراوایی بالا نشان داده یا ممکن است شامل شکستگی ها یا شکاف هایی در خود باشد.در کل، بطور ساده یک سازند ممکن است به اندازه کافی در مقابل فشار اعمال شده از طرف سیال مقاومت نشان نداده و تحت این فشار فرو ریخته و سیال حفاری مجال ورود بدرون سازند را پیدا کند. در ادامه هرز روی گل، اندود گل گسترش یافته و به سبب ته نشست مواد ریز در دیواره چاه، در مقابل
زون هرز روی، لوله های حفاری گیر خواهند کرد و بقیه مشکلات حفاری. شکل (14) پدیده هرزروی گل را شرح می دهد.
هنگامی که هرزروی گل اتفاق می افتد شما به یک عامل بازدارنده سریع احتیاج دارید تا کل برنامه حفاری و هزینه آن را تحت کنترل بگیرید. هرز روی گل می تواند تمام عملیات چاه را مختل کرده یا به تاخیر بیاندازد که هزینه اضافه زیادی در حفاری و تکمیل چاه در بر دارد. بعضی اوقات هرزروی می تواند یک موقعیت سخت کنترل چاه را در بر داشته و حتی می تواند گاهی اوقات به سمت از دست رفتن چاه حرکت کند.
9-گیر اختلاف فشاری
مشکل عمومی دیگر که در حفاری مرسوم است گیر اختلاف فشاری است، یک موقعیت که در آن رشته حفاری نمی تواند حجول محور چاه حرکت داشته باشد. گیر اختلاف فشاری زمانی اتفاق می افتد نیروهای تماسی زیادی که در اثر فشار پایین مخزن، فشار زیاد دیواره چاه یا هر دو ایجاد شده اند به سطح گسترده ای از بالای رشته حفاری اعمال می شوند. گیر اختلاف فشاری برای اکثریت قریب به اتفاق سازمان های حفاری، بزرگترین مشکل دنیای حفاری در بخش زمان و بهای مالی است.
مقطع نشان داده شده در شکل (15) یک لوله وزنی که در اندود گل فرو رفته گیر آن به خاطر هرز رفتن سیال در سازند تراوا گسترش یافته و در اثر اختلاف بین فشار گل حفاری و فشار سازند به دیواره چاه چسبیده است را نشان می دهد.
با گذشت زمان اگر رشته حفاری در همین حال ثایبت باقی بماند ممکن است سطح تماس افزایش یافته، رها کردن رشته حفاری را سخت تر نماید.
مشکل اختلاف فشاری بوسیله UBD قابل اجتناب است زیرا در UBD فشار مخزن از فشار چاه بیشتر بوده،
لوله ها  از دیواره چاه دور نگاه داشته می شوند در نتیجه گیر اختلاف فشاری رفع می شود.
10-افزایش نرخ نفوذ (ROP)
عملیات حفاری فروتعادلی لفزایش چشم گیری در ROP نسبت به عملیات فراتعادلی معمول نشان می دهد و این بدلیل کاهش فشار سر مته با استفاده از سیالات حفاری سبکتر می باشد. این موضوع می تواند تاثیر چشم گیری در کاهش زمان حفاری جهت دست یافتن به مناطقی با طول افقی بسیار زیاد، بهینه شدن عمر مته و احیانا کاهش هزینه های حفاری داشته باشد. واضح است که نرخ حفاری با گاز نسبت به حفاری با گل بسیار بالا تر است. یک حفاری با گاز به عنوان سیال حفاری حدود 35 روز طول می کشد در حالی که حفاری با گل بیش از 130 روز طول می کشد.
11-حفاری فروتعادلی امکان شناسایی مستقیم زون های تولیدی مخزن را فراهم می کند
تا زمانی که فشار هیدروستاتیکی سیستم چرخش سیال در یک حفاری فروتعادلی صحیح، پایین تر از فشار سازند حفاری شده است، شرایط جریان سیال سازند (نفت، آب یا گاز) به سمت چاه باید اتفاق بیافتد که اطلاعات ارزشمندی درباره فشار سازند و تراوایی در جا به ما می دهد.
نمایش مناسب جریان سیال تولید شده، در سطح توانایی تشخیص خوب زون های تولیدی مخزن را فراهم می کند و به عنوان یک کمک ارزشمند در هدایت زیرزمینی چاه است (اگر حفاری افقی باشد). باتوجه به تولید هیدروکربن مایع در طول حفاری فروتعادلی (باید توجه داشت که گاز تولیدی همراه نفت در Flare سوزانده می شود) در حین عملیات حفاری نفع اقتصادی نیز فراهم می شود. لذا از این فرآیند تولیدی در حین حفاری می توانیم تحت عنوان سودی در جهت کاهش هزینه های کل حفاری فروتعادلی که قبلا به عنوان محدودیت های عملیاتی این روش مطرح شده بود، یاد کنیم.
12-توانایی آزمایش جریان چاه در حین حفاری
اخیرا پروژه های متعددی، فواید شرایط ورود سیال سازند به چاه که در طول حفاری فروتعادلی اتفاق می افتد را جهت هدایت Draw Down Test، تک یا چند جریانی برای ارزیابی ظرفیت تولید سازند و مشخصات سازند در طول عملیات حفاری چک کرده اند.
13-عدم نیاز به روش های انگیزشی چاه
اگر سازند در طول حفاری و تکمیل چاه آسیب ندیده باشد نیازی به تحریک چاه برای حذف قسمت آسیب دیده نیست و اگر یک مرتبه سازند آسیب دیده باشد بازگرداندن آن به حالت بکر و دست نخورده بسیار مشکل است.
14-خلاصه
از بحث بالا نتیجه می گیریم که استفاده از حفاری فروتعادلی در حفاری برخی اتز مخازن در جهت بدست آوردن منافعی می باشند که در زیر مورد بحث قرار گرفته اند.
مزایای حفاری فروتعادلی از دید حفاری:
1-هیچ سیالی در طول حفاری فروتعادلی در سازند دچار هرزروی نمی شود
2-به حداقل رسیدن یا حذف شدن آسیب دیدگی سازند
3-افزایش 2 تا 5 برابری سرعت حفاری هنگام استفاده از حفاری فروتعادلی
4-افزایش عمر مته حفاری
5-کاهش درصد گیر لوله ها در طول حفاری فروتعادلی
شرح مزایای حفاری فروتعادلی از دید مخزن:
1-عدم نیاز به تمیز کردن چاه بعد از حفاری (به روش های انگیزشی چاه نیازی نیست)
2-کاهش پلاگ شدن سنگ ها در مخزن که منجر به طولید تا 5 برابر بیشتر نسبت به حفاری چاه در حفاری عادی می شود
3-قابلیت یافتن زون های با ظرفیت تولید بیشتر در مخزن در حین عملیات حفاری
با این حال که حفاری فروتعادلی سخت تر می باشد ما اکنون قادر به حفاری چاه های بیشتر در مخازن پیرتر و دستیابی به مناطقی که قبلا حفاری آنها بسیار مشکل به نظر می رسید، هستیم. بدلیل منافع حاصل شده بواسطه حفاری فروتعادلی قادر به استخراج نفت بیشتری نسبت به حالت قبل هستیم.
تجهیزات سطحی که در حفاری فراتعادلی استفاده می شوند در حفاری فغروتعادلی به چشم نمی خورند و تجهیزات ویژه ای با سیستم چرخه بسته مورد استفاده قرار می گیرند که جهت اطمینان از انجام شدن عملیات حفاری فروتعادلی با موفقیت کامل، طراحی شده اند که در شکل (18) نشان داده شده اند. تجهیزات سطحی حفاری فروتعادلی عبارتند از:
1-سیستم حفاری
2-تجهیزات تولید نیروی گاز
3-تجهیزات کنترل چاه
4-تجهیزات سطحی جدا کننده
چرخه بسته همان طور که از نامش پیداست به این معنی است که سیال حفاری بعد از طی عملیاتی در سطح دوبارهذ به چرخه بازگردانده می شود. این به این معنی است که هیچ ماده مضری در طول عملیات حفاری فروتعادلی به اتمسفر منتقل نمی شود که از دیگر فواید حفاری فروتعادلی است.
دلایل حضور تجهیزات سرچاهی حفاری فروتعادلی
·         در اصل برای کنترل ایمن سیال تولید شده در سطح بوسیله در نظر گرفتن شدت جریان و فشار آن
·         برای جدا کردن خورده سنگ ها، سیال تولید شده، و سیال حفاری از هم جهت چک کردن سیال حفاری، دریافت کردن اطلاعات لازم و تزریق دوباره آن به فضای چاه
·         برای اندازه گیری و آنالیز سریع سیال تولید شده
·         برای بالا بردن گاز در سیال حفاری که در شرایط حفاری فروتعادلی مجاز می باشد.
15-نتیجه گیری
داشتن یک شناخت خوب از مشکل مرسوم حفاری فراتعادلی، عوامل حفاری را به سمت طراحی دقیق عملیات حفاری هدایت می کند. اگر امکان این باشد که یک برنامه حفاری فروتعادلی درست طراحی و اجرا شود هنوز بهترین روش برای کاهش چشمگیر آسیب دیدگی سازند، هرزروی گل و گیر اختلاف فشاری است. حفاری فروتعادلی اجازه گردآوری اطلاعات ارزشمند لازم جهت بسیار خوب تخمین زدن مخازن نفت و گاز اقتصادی (ارزشیابی مخزن در طول حفاری) و افزایش تولید بوسیله در اختیار گرفتن فضای چاه را به ما داده و محیطی را ایجاد می کند که ما را به سمت بیشترین عملکرد سوق می دهد.بنابراین تولید را افزایش داده و با استفاده از تجهیزات سطحی و خاص خود خطرات همراه با حفاری فروتعادلی را کاهش می دهد.
با این که حفاری فروتعادلی می تواند ارزانتر از حفاری فراتعادلی مرسوم باشد اما از جهت دیگر بدلیل افزایش نرخ نفوذ و کاهش آسیب دیدگی سازند حفباری فروتعادلی اغلب به سمت هزینه بیشتر به جهت تکنیک حفاری موثر باز می گردد.
 

ذخایر طبیعی نفت و گاز تا کنون در دنیای کنونی با توجه به تجدید ناپذیر بودن آنها لزوم بکارگیری روش های نوین و بهینه در اکتشاف ، استخراج و بهره برداری ار این مخازن را امری ضروری و اجتناب ناپذیر ساخته است. بدون تردید افت فشار ناشی از برداشت زیاد از این مخازن موجب می شود تا روش های حفاری سنتی فرا تعادلی بتدریج کارایی خود را از دست بدهند. زیرا حفاری فرا تعادلی برای دستیابی به مخزن باعث بروز ضایعات جبران ناپذیر به سنگ مخزن و همچنین منجر به افزایش بیش از حد هزینه ها می شود. یکی از راه های اصلی برای بدست آوردن راندمان بالا در حفاری چاه ها و نیز تکمیل و تعمیر چاه های جدید و قدیم بدون صدمه زدن به مخزن ،/ حفاری فرو تعادلی یا زیر تعادلی ( Under Balanced Drilling )  می باشد. در این فصل ضمن بر شمردن مزایای این روش حفاری نسبت به روش متداول و معرفی سازند های کاندید ،/ نحوه انتخاب سیالات حفاری فروتعادلی و شاخص های تعیین کننده دبی های بهینه عملیاتی مورد بررسی قرار می گیرد و نتیجه محاسبات انجام شده با استفاده از نرم افزار Wellflo برای میدان نفتی پارسی ارائه خواهد شد.

از سال 1287 خورشیدی كه اولین چاه نفت ایران درمسجد سلیمان حفاری شد تا كنون، كلیه عملیات های حفاری و تكمیل چاهها به روش حفاری سنتی فرا تعادلی ( Over Balanced Drilling) بوده است.  در این روش به دلیل بیشتر بودن فشار ته چاهی سیال حفاری از فشار سازند، همیشه هجوم سیال حفاری به درون سازند وجود دارد.  معمولا" در سازندهایی كه بالای پوش سنگ (CapRock) قرار دارند،  اگر چه ضایعات حاصل از این هجوم، در فرآیند تولید هیدروكربن تاثیر بسزایی ندارند، لیكن موجب افزایش بیش از حد هزینه های حفاری می گردند.  اما این ضایعات در سازندهای زیر پوش سنگ كه حاوی هیدروكربن هستند(مخزن) به شدت باعث آسیب دیدگی غیر قابل جبران سنگ مخزن و در نتیجه كاهش شاخص     بهره دهی چاه (PI) می شوند.  برای جلوگیری از این آسیب دیدگیها باید از هجوم سیال حفاری به درون سازند، یعنی هرزروی آن جلوگیری نمود.  برای این كار باید فشار سیال حفاری در ته چاه كمتر از فشار سازند نگهداشته شود.  این روش حفاری فروتعادلی(Under Balanced Drilling) نامیده می شود. 

اگرچه بعضی از اشکال عملیات حفاری فروتعادلی نظیرحفاری با هوا،حفاری با گل هوا زده و...بیش از نیم قرن است که مورد استفاده قرار می گیرند،ولی روش حفاری زیر فشار تعادل در مخزن به شکل مدرن آن و با ابداع دستگاه فورانگیر دورانی از سال 1988میلادی در دریای شمال آغاز گردید.

میادین نفتی ایران كه در اثر سالها تولید متوالی از مخزن، دچار افت فشار متوسط مخزن گردیده اند نامزد مناسبی برای حفاری فروتعادلی به شمار می آیند که از جمله می توان به میادین گچساران،بی بی حکیمه،کرنج، پارسی، لب سفید، دهلران، دانان، سرکان و مالكوه اشاره نمود.

مخازن نفتی این میادین اكثرا" دارای شكافهای طبیعی هستند و میزان تراوایی و تخلخل سنگ مخزن در دامنه نسبتا" خوبی قرار دارند.  ولی فشارآنها در اثر سالها تولید به حدی كاهش یافته كه هنگام حفاری به روش مرسوم فرا تعادلی، تمام سیال حفاری به درون مخزن هجوم می برد، و علاوه بر آسیبهای فراوان به مخزن، مانع از ادامه عملیات حفاری می گردد.  هم اكنون انجام عملیات حفاری در میادین كرنج و پارسی به روش سنتی و معمول فرا تعادلی كاملا" از بین رفته است و با اینكه میزان شاخص بهره دهی در این میادین بسیار زیاد و دارای پتانسیل بالایی برای تولید نفت هستند، لیكن امكان دسترسی به لایه های تولیدی وجود ندارد و نیاز به استفاده از فناوری نوین حفاری فروتعادلی كاملا" احساس می شود.  در میادین گچساران و بی بی حكیمه نیز كه مخازن نفتی آنها در زمره مخازن شكافدار طبیعی هستند، عملیات حفاری در فواصل انتهایی چاه معمولاً بدون برگشت(روش کور) صورت می گیرد که در بعضی حالات رشته حفاری درون چاه گیر می کند و آزاد نمی شود و منجر به بریدن و عملیات مانده یابی و صرف هزینه های گزاف می شود.

مطالعات در خصوص بکارگیری روش حفاری فروتعادلی برای میادین نفتی ایران از سال   1998آغاز شد. در سال 2002 میلادی این مطالعات به صورت ویژه و کاربردی ادامه یافت که در نتیجه تجهیزات و ماشین آلات مورد نیاز طراحی و انتخاب گردیدند و در دی ماه سال 1383 برای اولین باردرکشور،تکنولوژی حفاری فروتعادلی در چاه شماره 333 میدان گچساران بدست متخصصین داخلی و پرسنل شرکت ملی حفاری ایران با موفقیت کامل بکار گرفته شد.

مبانی فناوری حفاری فرو تعادلی

اكثر چاههای نفت و گاز با روش حفاری دورانی كه در آن مته سنگ  را می شكافد حفاری می شوند.  در این روش، سیال حفاری از طریق رشته حفاری به درون چاه پمپ شده و از طریق دالیز به همراه كنده های حفاری شده سنگ به سطح زمین می آیند.  در عملیات حفاری فرا تعادلی، سیال حفاری دارای عملكردهای دیگری شامل: پایداری دیواره چاه، خنك كردن مته و مهمتر از همه، كنترل سیالات سازند می باشد.  اگر فشار سیال سازند و فشار هیدروستاتیك سیال حفاری در یك چاه با هم برابر باشند، چاه را در حالت متعادل می نامند.  بدیهی است كه در چنین حالتی هیچگونه جریانی از سازند به درون چاه یا بالعكس وجود ندارد.   تركیب و خواص سیال حفاری اغلب طوری انتخاب می شود كه فشار هیدروستاتیك آن بیشتر از فشار سیال درون سازند باشد.  در این حالت فشار فراتعادلی سیال حفاری از ورود سیالات سازند به درون چاه در حین عملیات حفاری جلوگیری می کند ولی جریانی از سمت چاه به طرف سازند وجود دارد. به منظور محدود کردن این جریان موادی به سیال حفاری افزوده می شود که با تشکیل «کیک کم تراوا» از شدت این جریان می کاهد.

 حفاری زیر تعادلی(Under Balanced Drilling)، نوعی عملیات حفاری می باشد كه در آن، فشار سیال حفاری درون چاه کمتر از فشار سیال سازند نگه داشته می شود که در چنین حالتی در هنگامی که یک لایه تراوا حفاری می شود،سیالات سازند به درون چاه جریان می یابند. بر همین اساس ، حفاری زیر فشار تعادل مخزن گاهی اوقات «حفاری در حال جریان» نیز نامیده می شود.  

 مزایای حفاری فرو تعادلی

مزایای روش حفاری فروتعادلی در مقایسه با روش حفاری فرا تعادلی عبارتند از: 

كاهش آسیب دیدگی سازند

بهره دهی قابل انتظار یك چاه اغلب در اثر آسیب دیدگی سازند اطراف چاه و كم شدن تراوایی كاهش می یابد.  این آسیب دیدگی ممكن است به علت ورود مایعات ، جامدات یا هر دو به درون سازند باشد.  در روش حفاری فروتعادلی(UBD  ) چنین صدماتی وجود ندارد ، ولی این بدین معنا نیست كه احتمال آسیب دیدگی سازند از جانب  سیال حفاری بطور كامل برطرف شده است ، چرا كه در بعضی حالات ، اختلاف پتانسیل شیمیایی بین سیال حفاری و سیال سازند باعث ورود آب سیال حفاری به درون سازند می‌شود و آسیب دیدگی را بوجود می‌آورد.  همچنین در روش   UBDممکن است در هنگام قطع گردش سیال حفاری حالت فوق تعادل بوجود آید و باعث  آسیب دیدگی سازند شود.

        همچنین با انجام حفاری فروتعادلی می‌توان از اثرات مخرب تهاجم مواد جامد و سیال حفاری كه باعث تغییر خاصیت‌ ترشوندگی سنگ،تغییر تراوایی‌های نسبی و مسدود شدن خلل و فرج‌ سنگ می‌شوند، جلوگیری نمود. این تغییرات باعث كاهش تراوایی مؤثر سیال مطلوب (نفت یا گاز) در مخزن می‌گردد. یک چاه نمونه که تحت حفاری فراتعادلی قرار گرفته است روزانه  100 تا  150 بشکه تولید میکند در حالی که اگر همین چاه به روش فروتعادلی حفاری شود بین 1000 تا 1500 بشکه در روز تولید خواهد کرد.

 افزایش سرعت حفاری

حفاری به روش فروتعادلی، سرعت حفاری  (ROP) را افزایش می دهد.  این به دلیل استفاده از سیالات سبك تر در عملیات حفاری فروتعادلی در مقایسه با سیالات سنگین در عملیات حفاری فرا تعادلی می باشد.  زیرا حفاری فروتعادلی از ایجاد فشار بالای تعادلی، روی سنگی كه زیر مته  قرار دارد، جلوگیری می كند.  از میان رفتن همین فشار محدود كننده باعث می شود كه برش سنگ  برای دندانه های مته  آسانتر گردد و در نتیجه براده های تولید شده، از ماندن در ته چاه رهایی یابند. این پدیده به تمیز شدن ته چاه كمك می كند و موجب افزایش میزان نفوذ پذیری مته حفاری و در نتیجه باعث پیشرفت و ازدیاد سرعت حفاری می گردد.  

 كاهش هرزروی سیال حفاری

حفاری فروتعادلی، یكی از راههای مؤثر برای به حداقل رساندن میزان هرزروی گل در حفاری مخازن نفت و گاز كه بطور طبیعی شكافدار هستند و یا مخازن تخلیه شده می باشد. معمولا" هرزروی سیال حفاری در زمانی كه  سیال حفاری به انتهای حفره باز سازند وارد شود، بیش از زمانی است كه به سطح بر می گردد.  این امكان برای هرزروی سیال حفاری هنگامی كه به درون یك ناحیه با تراوایی زیاد وارد می شود، افزایش می یابد. همچنین سیال حفاری ممكن است در شكافهای طبیعی كه دیواره چاه را قطع می كنند یا شكافهایی كه در اثر فشار اضافی گل حفاری بوجود می آیند، وارد شوند.  هرزروی گل در عملیات معمولی حفاری بسیار گران تمام می‌شود، چرا كه سیال از دست رفته باید جایگزین شود و با اضافه كردن مواد LCM , مسیر هرزروی مسدود گردد.  بنابراین چون در روش حفاری فروتعادلی هیچگونه نیروی فیزیكی برای رانش سیال حفاری به درون سازند وجود ندارد، میزان هرزروی سیال حفاری به كمترین حد ممكن می رسد.

افزایش عمر مته

هنگامی كه به جای گل حفاری معمولی از سیالات سبك شده حفاری استفاده شود، عمر مته افزایش می‌یابد. مقاومت تراكمی سنگ در اثر فشار فراتعادلی سیال حفاری، زیاد می‌شود. این محدودیت فشار در حین حفاری فروتعادلی وجود ندارد. بنابراین در مقایسه با حفاری متداول ، سنگ به آسانی می تواند بوسیله دندانه‌های مته خرد شود. 

به عبارت دیگر  رفع محدودیت فشار این امكان را برای كنده‌های حفاری فراهم می‌آورد كه بطور آسانتری با سیال حفاری همراه شوند و این باعث می‌شود كه كار آسیاب مجدد خرده سنگها بوسیله دندانه‌های مته به حداقل برسد . بنابراین مقدار كار لازم برای حفاری یك حجم معین از سنگ كاهش می یابد و افزایش بازده حفاری، سبب افزایش متراژ حفاری پیش از پایان عمر مته می‌گردد.

 به حداقل رساندن گیر اختلاف فشاری

در روش‌های حفاری معمولی، بدلیل رسوب جامدات درون گل حفاری، یك اندود گل(Mud Cake) بر روی دیواره چاه تشكیل می‌شود . در چنین حالتی رشته حفاری به دلیل بیشتر بودن فشار سیال حفاری  نسبت به فشار سازند، به اندود گل روی دیواره‌ می‌چسبد و قسمت زیادی از سطح جانبی آن در این حالت‌ ‌ گیر می‌افتد. در بعضی حالات برای آزاد كردن رشته حفاری ممكن است نیروی محوری بیشتری نسبت به مقاومت كششی لوله‌ها لازم باشد. این حالت را «گیر اختلاف فشاری» می‌نامند. در حین انجام حفاری فروتعادلی،هیچ گونه اندود گلی تشكیل نمی‌شود. بنابراین پدیده گیر اختلاف فشاری در حفاری  به روشUBD  روی نمی دهد.

 بهبود ارزیابی سازند

در حفاری فروتعادلی، حفاری سازندی كه دارای هیدروكربن باشد، باعث می شود نسبت حجم هیدروكربن به حجم كل سیال درون چاه افزایش یافته و به سطح زمین بیاید.  در نتیجه با مشاهده مستقیم سیال بازگشتی حفاری، وسیله ای برای كشف فوری نواحی دارای هیدروكربن فراهم می شود. هنگامی كه چاه بصورت فراتعادلی حفاری شود، ممكن است به گونه‌ای از كنار این نواحی تولیدی عبور شود. بدلیل برگشت سریع سیال حفاری كه كنده های حفاری و سیالات سازند  را با خود به همراه دارد، عمق نواحی نفت ده و گاز ده را می توان با استفاده از روش حفاری فروتعادلی با دقت بیشتری تعیین كرد. در صورتی كه در روشهای حفاری فرا تعادلی، نواحی دارای هیدروكدبن، با استفاده از آنالیز كنده های حفاری، آنالیز مغزه های حفاری و نمودارگیری یا لایه آزمایی با ساق مته (Drill Stem Test) مشخص می شوند.  به علاوه،كاهش و یا حذف اثرات تهاجم سیال حفاری به سازند و آسیب‌دیدگی سازند كه از مزایای حفاری  فروتعادلی می‌باشد، به تفسیر بهتر نمودارهای حفره‌‌باز كمك می‌نماید.

 نیاز كمتر به انگیزش چاه

در روش حفاری فرا تعادلی، پس از اتمام عملیات حفاری، به منظور افزایش بهره دهی چاه، عملیات انگیزش مانند اسیدكاری انجام می شود.  به این ترتیب با كاهش آسیب دیدگی سازند در روش UBD  از صرف هزینه های اضافی برای انگیزش چاه جلوگیری خواهد شد. 

 

تولید زود هنگام نفت

در حفاری به روش فرو تعادلی با فراهم بودن تجهیزات سطحی مناسب، می توان به محض ورود به یك ناحیه بهره ده هیدروكربن را دریافت نمود.  هنگامی كه عملیات حفاری برای نفوذ به نواحی بیشتر ادامه می یابد، نفت تولیدی جمع می شود. در چاههایی كه بصورت فروتعادلی حفاری می‌شوند، این امكان وجود دارد كه بتوان در حین حفاری از آنها بهره‌برداری نمود.  

 

مزایای زیست محیطی

حفاری به روش UBD از آلودگی احتمالی محیط بوسیله گل حفاری، در خلال حفاری و بعد از آن جلوگیری می‌كند؛ چرا كه سیالات هیدروکربنی كه در حین حفاری فروتعادلی از سازند تولید می‌شوند با استفاده از سیستم‌های سطحی بسته، جمع آوری و تفکیک می شوند و به این ترتیب میزان آلودگی محیط زیست به حداقل می رسد.

 دستیابی به مزایای فوق، به خصوصیات مخزن و سازندهایی كه حفاری می شوند بستگی دارد. 

 چاههای كاندید حفاری فروتعادلی در ایران

بر اساس مطالعات انجام شده ، و با توجه به وضعیت مخازن نفت و گاز كشور و با در نظر گرفتن مزایای روش حفاری فروتعادلی، چاههایی كه در ایران می توانند كاندید UBD باشند عبارتند از: 

1-     در چاههای اكتشافی وقتی كه هدف از عملیات حفاری، رسیدن به مخازن واقع در اعماق بیشتر كه در زیر نواحی تولیدی با فشار كمتر قرار دارند، باشد. حفاری به روش  معمول باعث ایجاد مشكلات بزرگی چون هرزروی سیال حفاری و همچنین گیر لوله‌های حفاری در نواحی بالایی می گردد.  به عنوان مثال، در چاه بی بی حكیمه 120، كه به منظور دستیابی به مخزن فهلیان حفاری شد ، پس از رسیدن به انتهای مخزن آسماری، 79000 بشكه گل پلیمری، 19000 بشكه انواع پیل و 4000 بشكه دوغاب سیمان به درون مخزن هرز رقت. 

2-       در چاههایی كه گرادیان فشار سازند و گرادیان فشار شكست در قسمت مخزن به یكدیگر نزدیك باشند. 

3-      هر سازندی كه امكان صدمه دیدگی داشته باشد، مخصوصا" مخازن تركدار طبیعی كه به صورت عمودی یا افقی  به روش معمولی حفاری می شوند.  بنابراین چاههای میادین گچساران، بی بی حكیمه و دهلران كاندید های خوبی برای استفاده از روش حفاری فروتعادلی می باشند.  نكته قابل ذكر اینستكه آسیب دیدگی شكافهای تولیدی مخازن می تواند خیلی شدید باشد.  همچنین، مخازن آهكی و ماسه ای نیز در روش حفاری فرا تعادلی متحمل آسیب های فراوانی می شوند.

4-     مخازنی كه دارای سنگ مخزن با تراوایی كم (كمتر از  md 800 برای) و استحکام زیاد می باشند. زیرا چنین مخازنی بعد از حفاری نیاز به انگیزش از نوع Hydraulic Fracturing  دارند.

5-    مخازنی که دارای سنگ مخزن از نوع  Highly Fractured  می باشند. بکارگیری حفاری فروتعادلی درچنین مخازنی امکان ادامه یافتن حفاری پس از رسیدن به اولین شکاف را بدون مشکل هرزروی فراهم می آورد.

6-      سازندهایی که در اثر سالها تولید متوالی از مخزن، دچار افت فشار متوسط شده اند. حفاری متداول در چنین مخازنی (Depleted Reservoirs ) باعث می شود که تمام سیال حفاری به درون مخزن هجوم ببرد و علاوه بر ایجاد آسیب های فراوان به مخزن،امکان ادامه عملیات حفاری از بین برود.

7-    سازندهایی که دارای فشار بسیار زیادی باشند.چنین سازندهایی نیاز به سیالات حفاری،تجهیزات سطحی وWellhead   بسیار گران برای تاُمین ایمنی و مهار جریان دارند.

8-      سازندهای سخت که نیاز به فشار مناسب چاه برای حفظ  پایداری دیواره ندارند.

9-    وقتی كه بخواهند از چاههای گازی یك میدان، به میزان حداكثر سقف فروش بر اساس قرارداد منعقده، تولید داشته باشند. حفاری این گونه چاهها به روش UBD می تواند رسیدن به سقف مورد نظر را تضمین نماید.

 چاههای نامناسب برای حفاری فروتعادلی

در بعضی از سازندها نیز حفاری به روش UBD مناسب نیست . این سازندها عبارتند از: 

1-      سازند هایی كه دارای استحكام زیادی نیستند.  چنین سازندهایی نیاز به فشار مناسب چاه برای حفظ پایداری دیواره دارند. 

2-    سازند هایی كه متورم می شوند و باعث كاهش قطر چاه می گردند، مثل سازند های پابده و گورپی كه حاوی مقدار زیاد شیل می باشند. 

 انتخاب سیال حفاری دو فازی

فاز گازی سیال حفاری مورد استفاده برای حفاری مخزن نمی تواند هوا باشد؛ زیرا درصد بالای اکسیژن موجود در هوا در شرایط فشار و دمای درون چاهی و در مجاورت گازهای هیدروکربنی که از سازند تولید می شوند یک مخلوط قابل اشتعال را بوجود می آورند. جرقه مورد نیاز برای انفجار این مخلوط در اثر سایش رشته حفاری با دیواره چاه تولید می شود . به دلیل خاصیت خنثی گاز نیتروژن ، از آن بعنوان فاز گازی سیال حفاری استفاده می شود. فاز مایع سیال حفاری متناسب با خواص سنگ مخزن و سیالات موجود در آن انتخاب می شود ؛  یعنی اگر سنگ مخزن آب خیس (Water Wet) باشد ، فاز مایع می تواند گازوییل و یا نفت خام باشد و اگر نفت خیس (Oil Wet) باشد ،فاز مایع آب یا آب نمک انتخاب می شود.

برای چاههای نفتی میادین جنوبی ایران همانند میادین گچساران ، بی بی حکیمه ،کرنج و پارسی که کاندیدهای خوبی برای حفاری فروتعادلی هستند ، سنگ مخزن غالباً آب خیس می باشد. بنابراین فاز مایع سیال تزریقی می بایست گازوییل و یانفت خام انتخاب شود . برای جلوگیری از احتراق درون چاهی و همچنین مشکل خوردگی لوله های جداری و رشته حفاری می بایست فاز گازی سیال حفاری را نیتروژن انتخاب کرد.

محاسبه دبی بهینه برای سیال حفاری دو فازی

ناپایداری دیواره چاه

        در روش معمول حفاری  به دلیل بیشتر بودن فشار هیدرواستاتیك سیال حفاری نسبت به فشار  سیال سازند، دیواره چاه دارای پایداری بیشتری است. ولی در روش UBD  این پایداری كمتر می‌شود و هر چقدر كه اختلاف فشار سیال حفاری و سیال سازند بیشتر شود، تمایل به ناپایداری دیواره چاه افزایش می یابد. این اختلاف فشار یک حد پایین برای فشار سیال حفاری ایجاد می کند كه فشار كمتر از آن، ادامه حفاری فروتعادلی را غیر ممکن می سازد. این حد فشار زیر تعادل بستگی به تنش‌های درونی سازند، مقاومت سازند، فشار مخزن و شمای دیواره چاه دارد.

 فرایند خودآشام لحظه ای

 ممکن است که فاز مایع سیال حفاری به علت آثار فشار مویینگی،وارد سازند در حال حفاری حتی در شرایط UBD شود. در سال 1993 بنیون و همکارانش نشان دادند که این عمل ممکن است باعث آسیب دیدگی سازند شود.

  فشار مویینگی در واقع به علت نیروهای بین سطحی جامد،مایع و گاز بوجود می آید و فشاری است که در درون محیط متخلخل ، مانع خروج سیال خیس کننده دانه های تشکیل دهنده سنگ سازند می شود . نیروهای مویین بستگی به ترکیب سیالات و ماتریس سنگ دارد و مشخص می کند که کدام سیال در درون محیط متخلخل،سیال خیس کننده (Wetting Phase) می باشد.

بعضی از سنگهای مخزن بطور طبیعی آب خیس می باشند. یعنی وقتی که از نفت اشباع شده باشند و درآب غوطه ور شوند،تمایل ورود آب به محیط متخلخل سنگ بیشتر خواهد بود.

در حفاری فروتعادلی،اختلاف فشار بین ستون سیال حفاری و سیال درون سازند باید برابر یا بیشتر از فشار مویینگی سنگ مخزن باشد تا سنگ مخزنی که مثلاً آب خیس است، آب موجود در سیال حفاری را خودآشام Imbibe)) نکند.در یک محیط متخلخل فشار مویینگی از رابطه زیر بدست می آید:                                                  

فشار فروتعادلی لازم برای جلوگیری از ورود آب سیال حفاری به درون سازند آب خیس، به اشباع اولیه آب سازند و اندازه خلل و فرج بستگی دارد. سازندهای نفت خیس قوی،آب را و سازندهای آب خیس قوی،هیدروکربن را خودآشام نمی کنند. سازندهای حاوی گاز در صورتی که شامل مواد معدنی نظیر سولفور، آسفالت ،  Pyrobitumen, Heavy Bitumen باشد و یا هنگامی که در اثر جابجا شدن یک ستون اولیه نفت توسط گاز، درجه اشباع نفت آن به مقدار غیرقابل کاهش رسیده باشد، بطور قوی نفت خیس می باشند.

 توان بالا آوردن کنده ها و تمیز نمودن چاه

در جریان دو فازی سیال حفاری،بعلت انبساط گاز،سرعت انتقال کنده ها به سطح افزایش می یابد.نواحی بحرانی برای تمیز کردن چاه،یکی ناحیه ایست که زاویه چاه از 45 تا 60 درجه تغییر می کند و دیگری ناحیه زیر مته می باشد. درون ریزی مخزن باعث افزایش سرعت فاز مایع و تمیزی چاه می گردد ولی در ناحیه زیر مته بدلیل محدود بودن میزان درون ریزی،سرعت فاز مایع فقط تابع میزان پمپاژ سیال حفاری درون رشته حفاری می باشد. همچنین در جریان دوفازی، فاز گازی باعث ایجاد جریان متلاطم (Turbulent) می گردد که از رسوب کنده ها روی دیواره جلوگیری می کند. [3]

بر اساس آخرین آزمایشات و نتایج بدست آمده، کمترین سرعت دالیزی لازم برای فاز مایع بمنظور بالا آوردن مؤثر کنده های حفاری، 165 فوت بر دقیقه برای چاههای عمودی و  177 فوت بر دقیقه برای چاههای با زاویه انحراف بیشتر از 10 درجه می باشد.

 شسته شدن دیواره چاه

بیشترین سرعت مجاز سیال دوفازی برای جلوگیری از شسته شدن دیواره چاه (Wash out)  برابراست با:                                                   

: بیشترین دبی مجاز مخلوط سیال،

A : سطح مقطع مسیر جریان

  : بیشترین سرعت مجاز، ft/s

بیشترین سرعت مجاز سیال دوفازی، از طریق آزمایش در محل، بدست می آید.

 با توجه به مطالعات به عمل آمده:

1-     اگر درصد حجمی فاز مایع سیالات برگشتی از چاه زیاد باشد، باید یك سیستم بسته برای تفكیك، جمع آوری و بر گرداندن آنها به مخازن، برای استفاده مجدد به كار گرفته شود.  معمولاً سیالات برگشتی از چاه حاوی سه یا چهار فاز می باشند كه، برای تفكیك فازها، باید از یك تفكیك كننده با ظرفیت و فشار كاری مناسب استفاده شود.

2-   برای چاه های نفتی میادین جنوبی ایران همانند میادین گچساران، بی بی حكیمه، كرنج و پارسی كه كاندید های خوبی برای حفاری زیر تعادلی هستند، سنگ مخزن اغلب (Water Wet) می باشد.  بنابراین فاز مایع سیال تزریقی می بایستی نفت گاز یا نفت خام انتخاب شود.  

3-    برای جلوگیری از احتراق درون چاهی و همچنین، رفع مشكل خوردگی لوله های رشته حفاری،       می بایستی فاز گازی سیال حفاری را نیتروژن انتخاب كرد. 

4-  در این مطالعه، با توجه به محاسبات انجام شده روی میدان پارسی، با استفاده از نرم افزارWellfloو همچنین اطلاعات موجود، حداكثر دبی مورد نیاز نیتروژن برای چاه های میدان پارسی و کرنج 1200 فوت مكعب در دقیقه می باشد. 

5-      ظرفیت پمپی كه مایع را به سمت پمپهای دکل  انتقال می دهد با در نظر گرفتن ضریب ایمنی و همچنین نوع پمپ های موجود به میزان  GPM 300 و فشار psi 50  در نظر گرفته می شود. 

6-     ظرفیت بوستر نیتروژن می بایستی به اندازه ظرفیت دستگاه تولید كنندۀ نیتروژن یعنی 1500 فوت مكعب در دقیقه باشد.

7-    شبكۀ كاهندۀ فشار كه برای حفاری فرو تعادلی در میادین نفتی ایران مورد نیاز می باشد عبارتند از: فورانگیر دورانی و دستگاه رانش لوله ها در چاه های زنده كه در شكلهای (7 و 6) نشان داده شده اند.

 8-  فشار كاری فورانگیر دورانی در حالت استاتیك باید به اندازۀ فشار كاری فورانگیرهای دكل یعنی  psi  5000 باشد، ولی فشار دورانی آن می بایستی متناسب با فشار مخزن انتخاب گردد.(فورانگیر دورانی موجود دارای فشار استاتیك  psi 3000و فشار دورانی  psi 1000می باشد.)

9-      فشار كاری دستگاه رانش لوله ها در چاههای زنده نیز باید همانند فشار كاری فورانگیر دورانی باشد.

10-          از تجهیزات بسیار مهم دیگر در حفاری زیر تعادلی میادین نفتی ایران تفكیك كنندۀ چهار فازی می باشد . ظرفیت این تفكیك كننده می بایستی متناسب با شاخص بهره دهی چاههای نفت و نسبت گاز به نفت باشد . از آن جایی كه میزان بهره دهی چاه های نفت میادین جنوب در دامنه 10000 تا 15000 بشكه در روز می باشد، ظرفیت تفكیك كننده نیز باید در همین دامنه انتخاب شود.  همچنین با توجه به نسبت گاز به نفت(GOR) در میادین ذكر شده ظرفیت تفكیك كننده چهار فازی نسبت به گاز نیز باید حدود 40 میلیون فوت مكعب در روز باشد.

11-          بالاخره، جامدات خروجی از تفكیك كننده باید به صورت دوغاب توسط پمپ های دورانی به محل مناسب انتقال داده شوند.

ارسال نظر برای این مطلب

این نظر توسط رضا در تاریخ 1392/10/3 و 16:21 دقیقه ارسال شده است

سلام. میشه نسحه ورد همراه با تصاویرشو بزارین؟
پاسخ : سلام. ان شالا به زودی میزاریم.


نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتی

تالار گفتمان نفت یاسوج


وبلاگ نفت یاسوج

آخرین ارسال ها

اطلاعات کاربری


عضو شويد

نام کاربری :
رمز عبور :

فراموشی رمز عبور؟

عضویت سریع
نام کاربری :
رمز عبور :
تکرار رمز :
ایمیل :
نام اصلی :
کد امنیتی : * کد امنیتیبارگزاری مجدد

آرشیو

خبرنامه

براي اطلاع از آپدیت شدن سایت در خبرنامه سایت عضو شويد تا جديدترين مطالب به ايميل شما ارسال شود

نظرسنجی

به نظر شما بهترین گرایش مهندسی نفت کدام است؟




کدهای اختصاصی

ADS