1- مقدمه
از سال 1287 خورشيدي كه اولين چاه نفت ايران درمسجد سليمان حفاري شد تا كنون، كليه عمليات هاي حفاري و تكميل چاهها به روش حفاري سنتي فرا تعادلي( (Over Balanced Drillingبوده است. در اين روش به دليل بيشتر بودن فشار ته چاهي سيال حفاري از فشار سازند، هميشه هجوم سيال حفاري به درون سازند وجود دارد. معمولا" در سازندهايي كه بالاي پوش سنگ (CapRock) قرار دارند، اگر چه ضايعات حاصل از اين هجوم، در فرآيند توليد هيدروكربن تاثير بسزايي ندارند، ليكن موجب افزايش بيش از حد هزينه هاي حفاري مي گردند. اما اين ضايعات در سازندهاي زير پوش سنگ كه حاوي هيدروكربن هستند(مخزن) به شدت باعث آسيب ديدگي غير قابل جبران سنگ مخزن و در نتيجه كاهش شاخص بهره دهي چاه (PI) مي شوند. براي جلوگيري از اين آسيب ديدگيها بايد از هجوم سيال حفاري به درون سازند، يعني هرزروي آن جلوگيري نمود. براي اين كار بايد فشار سيال حفاري در ته چاه كمتر از فشار سازند نگهداشته شود. اين روش حفاري فروتعادلي( Under Balanced Drilling) ناميده مي شود.
اگرچه بعضی از اشکال عمليات حفاری فروتعادلي نظيرحفاری با هوا،حفاری با گل هوا زده و...بيش از نيم قرن است که مورد استفاده قرار می گيرند،ولی روش حفاری زير فشار تعادل در مخزن به شکل مدرن آن و با ابداع دستگاه فورانگير دوراني از سال 1988ميلادی در دريای شمال آغاز گرديد. [5]
ميادين نفتي ايران كه در اثر سالها توليد متوالي از مخزن، دچار افت فشار متوسط مخزن گرديده اند نامزد مناسبي براي حفاري فروتعادلي به شمار مي آيند که از جمله می توان به ميادين گچساران،بی بی حکيمه،کرنج، پارسی، لب سفيد، دهلران، دانان، سرکان و مالكوه اشاره نمود.
مخازن نفتي اين ميادين اكثرا" داراي شكافهاي طبيعي هستند و ميزان تراوايي و تخلخل سنگ مخزن در دامنه نسبتا" خوبي قرار دارند. ولي فشارآنها در اثر سالها توليد به حدي كاهش يافته كه هنگام حفاري به روش مرسوم فرا تعادلي، تمام سيال حفاري به درون مخزن هجوم مي برد، و علاوه بر آسيبهاي فراوان به مخزن، مانع از ادامه عمليات حفاري مي گردد. هم اكنون انجام عمليات حفاري در ميادين كرنج و پارسي به روش سنتي و معمول فرا تعادلي كاملا" از بين رفته است و با اينكه ميزان شاخص بهره دهي در اين ميادين بسيار زياد و داراي پتانسيل بالايي براي توليد نفت هستند، ليكن امكان دسترسي به لايه هاي توليدي وجود ندارد و نياز به استفاده از فناوري نوين حفاري فروتعادلي كاملا" احساس مي شود. در ميادين گچساران و بي بي حكيمه نيز كه مخازن نفتي آنها در زمره مخازن شكافدار طبيعي هستند، عمليات حفاری در فواصل انتهايی چاه معمولاً بدون برگشت(روش کور) صورت می گيرد که در بعضی حالات رشته حفاری درون چاه گير می کند و آزاد نمی شود و منجر به بريدن و عمليات مانده يابی و صرف هزينه های گزاف می شود.
مطالعات در خصوص بکارگيری روش حفاری فروتعادلی برای ميادين نفتی ايران از سال 1998آغاز شد. در سال 2002 ميلادی اين مطالعات به صورت ويژه و کاربردی ادامه يافت که در نتيجه تجهيزات و ماشين آلات مورد نياز طراحی و انتخاب گرديدند و در دی ماه سال 1383 برای اولين باردرکشور،تکنولوژی حفاری فروتعادلي در چاه شماره 333 ميدان گچساران بدست متخصصين داخلی و پرسنل شرکت ملی حفاری ايران با موفقيت کامل بکار گرفته شد.
2- مباني فناوري حفاري فرو تعادلي
اكثر چاههاي نفت و گاز با روش حفاري دوراني كه در آن مته سنگ را مي شكافد حفاري مي شوند. در اين روش، سيال حفاري از طريق رشته حفاري به درون چاه پمپ شده و از طريق داليز به همراه كنده هاي حفاري شده سنگ به سطح زمين مي آيند [18]. در عمليات حفاري فرا تعادلي، سيال حفاري داراي عملكردهاي ديگري شامل: پايداري ديواره چاه، خنك كردن مته و مهمتر از همه، كنترل سيالات سازند مي باشد. اگر فشار سيال سازند و فشار هيدروستاتيك سيال حفاري در يك چاه با هم برابر باشند، چاه را در حالت متعادل مي نامند. بديهي است كه در چنين حالتي هيچگونه جرياني از سازند به درون چاه يا بالعكس وجود ندارد. تركيب و خواص سيال حفاري اغلب طوري انتخاب مي شود كه فشار هيدروستاتيك آن بيشتر از فشار سيال درون سازند باشد. در اين حالت فشار فراتعادلی سيال حفاري از ورود سيالات سازند به درون چاه در حين عمليات حفاری جلوگيری می کند ولی جريانی از سمت چاه به طرف سازند وجود دارد. به منظور محدود کردن اين جريان موادی به سيال حفاری افزوده می شود که با تشکيل «کيک کم تراوا» از شدت اين جريان می کاهد. [11]
حفاري فرو تعادلي(Under Balanced Drilling)، نوعي عمليات حفاري مي باشد كه در آن، فشار سيال حفاری درون چاه کمتر از فشار سيال سازند نگه داشته می شود که در چنين حالتی در هنگامی که يک لايه تراوا حفاری می شود،سيالات سازند به درون چاه جريان می يابند. بر همين اساس ، حفاری زير فشار تعادل مخزن گاهی اوقات «حفاری در حال جريان» نيز ناميده می شود.
3- مزاياي حفاري فرو تعادلي
مزاياي روش حفاري فروتعادلي در مقايسه با روش حفاري فرا تعادلي عبارتند از:
3-1- كاهش آسيب ديدگي سازند
بهره دهي قابل انتظار يك چاه اغلب در اثر آسيب ديدگي سازند اطراف چاه و كم شدن تراوايي كاهش مي يابد. اين آسيب ديدگي ممكن است به علت ورود مايعات ، جامدات يا هر دو به درون سازند باشد. در روش حفاري فروتعادلي(UBD ) چنين صدماتی وجود ندارد ، ولي اين بدين معنا نيست كه احتمال آسيب ديدگی سازند از جانب سيال حفاری بطور كامل برطرف شده است ، چرا كه در بعضي حالات ، اختلاف پتانسيل شيميايی بين سيال حفاری و سيال سازند باعث ورود آب سيال حفاری به درون سازند می‌شود و آسيب ديدگی را بوجود مي‌آورد. همچنين در روش UBDممکن است در هنگام قطع گردش سيال حفاری حالت فوق تعادل بوجود آيد و باعث آسيب ديدگي سازند شود[9].
همچنين با انجام حفاری فروتعادلی می‌توان از اثرات مخرب تهاجم مواد جامد و سيال حفاری كه باعث تغيير خاصيت ترشوندگی سنگ،تغيير تراوايی‌های نسبی و مسدود شدن خلل و فرج سنگ می‌شوند،جلوگيری نمود. اين تغييرات باعث كاهش تراوايی مؤثر سيال مطلوب (نفت يا گاز) در مخزن می‌گردد. يک چاه نمونه که تحت حفاری فراتعادلی قرار گرفته است روزانه 100 تا 150 بشکه توليد ميکند در حالی که اگر همين چاه به روش فروتعادلی حفاری شود بين 1000 تا 1500 بشکه در روز توليد خواهد کرد. [4]
3-2- افزايش سرعت حفاري
حفاري به روش فروتعادلي، سرعت حفاري (ROP) را افزايش مي دهد. اين به دليل استفاده از سيالات سبك تر در عمليات حفاري فروتعادلي در مقايسه با سيالات سنگين در عمليات حفاري فرا تعادلي مي باشد. زيرا حفاري فروتعادلي از ايجاد فشار بالاي تعادلي، روي سنگي كه زير مته قرار دارد، جلوگيري مي كند. از ميان رفتن همين فشار محدود كننده باعث مي شود كه برش سنگ براي دندانه هاي مته آسانتر گردد و در نتيجه براده هاي توليد شده، از ماندن در ته چاه رهايي يابند. [17] اين پديده به تميز شدن ته چاه كمك مي كند و موجب افزايش ميزان نفوذ پذيري مته حفاري و در نتيجه باعث پيشرفت و ازدياد سرعت حفاري مي گردد.
3-3- كاهش هرزروي سيال حفاري
حفاری فروتعادلی، يكی از راههای مؤثر برای به حداقل رساندن ميزان هرزروی گل در حفاری مخازن نفت و گاز كه بطور طبيعی شكافدار هستند و يا مخازن تخليه شده می باشد. معمولا" هرزروي سيال حفاري در زماني كه سيال حفاري به انتهاي حفره باز سازند وارد شود، بيش از زماني است كه به سطح بر مي گردد. اين امكان براي هرزروي سيال حفاري هنگامي كه به درون يك ناحيه با تراوايي زياد وارد مي شود، افزايش مي يابد. [1] همچنين سيال حفاري ممكن است در شكافهاي طبيعي كه ديواره چاه را قطع مي كنند يا شكافهايي كه در اثر فشار اضافي گل حفاري بوجود مي آيند، وارد شوند. هرزروی گل در عمليات معمولی حفاری بسيار گران تمام می‌شود، چرا كه سيال از دست رفته بايد جايگزين شود و با اضافه كردن مواد LCM , مسير هرزروي مسدود گردد. بنابراين چون در روش حفاري فروتعادلي هيچگونه نيروي فيزيكي براي رانش سيال حفاري به درون سازند وجود ندارد، ميزان هرزروي سيال حفاري به كمترين حد ممكن مي رسد.
3-4- افزايش عمر مته
هنگامی كه به جای گل حفاری معمولی از سيالات سبك شده حفاری استفاده شود، عمر مته افزايش می‌يابد. مقاومت تراكمی سنگ در اثر فشار فراتعادلی سيال حفاری، زياد می‌شود. اين محدوديت فشار در حين حفاری فروتعادلی وجود ندارد. بنابراين در مقايسه با حفاری متداول ، سنگ به آسانی می تواند بوسيله دندانه‌های مته خرد شود. [14]
به عبارت ديگر رفع محدوديت فشار اين امكان را برای كنده‌های حفاری فراهم می‌آورد كه بطور آسانتری با سيال حفاری همراه شوند و اين باعث می‌شود كه كار آسياب مجدد خرده سنگها بوسيله دندانه‌های مته به حداقل برسد . بنابراين مقدار كار لازم برای حفاری يك حجم معين از سنگ كاهش می يابد و افزايش بازده حفاری، سبب افزايش متراژ حفاری پيش از پايان عمر مته می‌گردد.
3-5- به حداقل رساندن گير اختلاف فشاری
در روش‌های حفاری معمولی، بدليل رسوب جامدات درون گل حفاری، يك اندود گل(Mud Cake) بر روی ديواره چاه تشكيل می‌شود . در چنين حالتی رشته حفاری به دليل بيشتر بودن فشار سيال حفاری نسبت به فشار سازند، به اندود گل روی ديواره می‌چسبد و قسمت زيادی از سطح جانبی آن در اين حالت گير می‌افتد. در بعضی حالات برای آزاد كردن رشته حفاری ممكن است نيروی محوری بيشتری نسبت به مقاومت كششی لوله‌ها لازم باشد. اين حالت را «گير اختلاف فشاری» می‌نامند. در حين انجام حفاری فروتعادلی،هيچ گونه اندود گلی تشكيل نمی‌شود. بنابراين پديده گير اختلاف فشاری در حفاری به روشUBD روی نمي دهد. [8]
3-6- بهبود ارزيابي سازند
در حفاري فروتعادلي، حفاري سازندي كه داراي هيدروكربن باشد، باعث مي شود نسبت حجم هيدروكربن به حجم كل سيال درون چاه افزايش يافته و به سطح زمين بيايد. در نتيجه با مشاهده مستقيم سيال بازگشتي حفاري، وسيله اي براي كشف فوري نواحي داراي هيدروكربن فراهم مي شود. هنگامی كه چاه بصورت فراتعادلی حفاری شود، ممكن است به گونه‌ای از كنار اين نواحی توليدی عبور شود. بدليل برگشت سريع سيال حفاري كه كنده هاي حفاري و سيالات سازند را با خود به همراه دارد، عمق نواحي نفت ده و گاز ده را مي توان با استفاده از روش حفاري فروتعادلي با دقت بيشتري تعيين كرد. [8] در صورتي كه در روشهاي حفاري فرا تعادلي، نواحي داراي هيدروكدبن، با استفاده از آناليز كنده هاي حفاري، آناليز مغزه هاي حفاري و نمودارگيري يا لايه آزمايي با ساق مته (Drill Stem Test) مشخص مي شوند. به علاوه،كاهش و يا حذف اثرات تهاجم سيال حفاری به سازند و آسيب‌ديدگی سازند كه از مزايای حفاری فروتعادلی می‌باشد، به تفسير بهتر نمودارهای حفره‌‌باز كمك می‌نمايد.
3-7- نياز كمتر به انگيزش چاه
در روش حفاري فرا تعادلي، پس از اتمام عمليات حفاري، به منظور افزايش بهره دهي چاه، عمليات انگيزش مانند اسيدكاري انجام مي شود. به اين ترتيب با كاهش آسيب ديدگي سازند در روش UBD از صرف هزينه هاي اضافي براي انگيزش چاه جلوگيري خواهد شد.
3-8- توليد زود هنگام نفت
در حفاري به روش فرو تعادلي با فراهم بودن تجهيزات سطحي مناسب، مي توان به محض ورود به يك ناحيه بهره ده هيدروكربن را دريافت نمود. هنگامي كه عمليات حفاري براي نفوذ به نواحي بيشتر ادامه مي يابد، نفت توليدي جمع مي شود. در چاههايی كه بصورت فروتعادلی حفاری می‌شوند، اين امكان وجود دارد كه بتوان در حين حفاری از آنها بهره‌برداری نمود.
3-9- مزاياي زيست محيطي
حفاري به روش UBD از آلودگی احتمالی محيط بوسيله گل حفاری، در خلال حفاری و بعد از آن جلوگيری می‌كند؛ چرا كه سيالات هيدروکربنی كه در حين حفاری فروتعادلی از سازند توليد می‌شوند با استفاده از سيستم‌های سطحی بسته، جمع آوری و تفکيک می شوند و به اين ترتيب ميزان آلودگی محيط زيست به حداقل می رسد.
دستيابي به مزاياي فوق، به خصوصيات مخزن و سازندهايي كه حفاري مي شوند بستگي دارد.
4- چاههاي كانديد حفاري فروتعادلي در ايران
بر اساس مطالعات انجام شده در اين تحقيق، و با توجه به وضعيت مخازن نفت و گاز كشور و با در نظر گرفتن مزاياي روش حفاري فروتعادلي، چاههايي كه در ايران مي توانند كانديد UBD باشند عبارتند از:
4-1- در چاههاي اكتشافي وقتي كه هدف از عمليات حفاري، رسيدن به مخازن واقع در اعماق بيشتر كه در زير نواحي توليدي با فشار كمتر قرار دارند، باشد. حفاري به روش معمول باعث ايجاد مشكلات بزرگی چون هرزروی سيال حفاری و همچنين گير لوله‌های حفاری در نواحي بالايي مي گردد. به عنوان مثال، در چاه بي بي حكيمه 120، كه به منظور دستيابي به مخزن فهليان حفاري شد ، پس از رسيدن به انتهاي مخزن آسماري، 79000 بشكه گل پليمري، 19000 بشكه انواع پيل و 4000 بشكه دوغاب سيمان به درون مخزن هرز رقت.
4-2- در چاههايي كه گراديان فشار سازند و گراديان فشار شكست در قسمت مخزن به يكديگر نزديك باشند.
4-3- هر سازندي كه امكان صدمه ديدگي داشته باشد، مخصوصا" مخازن تركدار طبيعي كه به صورت عمودي يا افقي به روش معمولی حفاري مي شوند. بنابراين چاههاي ميادين گچساران، بي بي حكيمه و دهلران كانديد هاي خوبي براي استفاده از روش حفاري فروتعادلي مي باشند. نكته قابل ذكر اينستكه آسيب ديدگي شكافهاي توليدي مخازن مي تواند خيلي شديد باشد. همچنين، مخازن آهكي و ماسه اي نيز در روش حفاري فرا تعادلي متحمل آسيب هاي فراواني مي شوند.
4-4- مخازني كه داراي سنگ مخزن با تراوايي كم (كمتر از 800 mdبرای نفت و 5 md برای گاز) و استحکام زياد مي باشند. زيرا چنين مخازني بعد از حفاري نياز به انگيزش از نوع Hydraulic Fracturing دارند.
4-5- مخازنی که دارای سنگ مخزن از نوع Highly Fractured مي باشند. بکارگيری حفاری فروتعادلی درچنين مخازنی امکان ادامه يافتن حفاری پس از رسيدن به اولين شکاف را بدون مشکل هرزروی فراهم می آورد.
4-6- سازندهايی که در اثر سالها توليد متوالی از مخزن، دچار افت فشار متوسط شده اند. حفاری متداول در چنين مخازنی (Depleted Reservoirs ) باعث می شود که تمام سيال حفاری به درون مخزن هجوم ببرد و علاوه بر ايجاد آسيب های فراوان به مخزن،امکان ادامه عمليات حفاری از بين برود.
4-7- سازندهايی که دارای فشار بسيار زيادی باشند.چنين سازندهايی نياز به سيالات حفاری،تجهيزات سطحی وWellhead بسيار گران برای تاُمين ايمنی و مهار جريان دارند.
4-8- سازندهای سخت که نياز به فشار مناسب چاه برای حفظ پايداری ديواره ندارند.
4-9- وقتی كه بخواهند از چاههای گازی يك ميدان، به ميزان حداكثر سقف فروش بر اساس قرارداد منعقده، توليد داشته باشند. حفاری اين گونه چاهها به روش UBD مي تواند رسيدن به سقف مورد نظر را تضمين نمايد.
5- چاههاي نامناسب براي حفاري فروتعادلي
در بعضي از سازندها نيز حفاري به روش UBD مناسب نيست . اين سازندها عبارتند از:
5-1- سازند هايي كه داراي استحكام زيادي نيستند. چنين سازندهايي نياز به فشار مناسب چاه براي حفظ پايداري ديواره دارند.
5-2- سازند هايي كه متورم مي شوند و باعث كاهش قطر چاه مي گردند، مثل سازند هاي پابده و گورپي كه حاوي مقدار زياد شيل مي باشند.
6- انتخاب سيال حفاری دو فازی
فاز گازی سيال حفاری مورد استفاده برای حفاری مخزن نمی تواند هوا باشد؛ زيرا درصد بالای اکسيژن موجود در هوا در شرايط فشار و دمای درون چاهی و در مجاورت گازهای هيدروکربنی که از سازند توليد می شوند يک مخلوط قابل اشتعال را بوجود می آورند. جرقه مورد نياز برای انفجار اين مخلوط در اثر سايش رشته حفاری با ديواره چاه توليد می شود . به دليل خاصيت خنثی گاز نيتروژن ، از آن بعنوان فاز گازی سيال حفاری استفاده می شود. فاز مايع سيال حفاری متناسب با خواص سنگ مخزن و سيالات موجود در آن انتخاب می شود ؛ يعنی اگر سنگ مخزن آب خيس (Water Wet)باشد ، فاز مايع می تواند گازوييل و يا نفت خام باشد و اگر نفت خيس (Oil Wet)باشد ،فاز مايع آب يا آب نمک انتخاب می شود.
برای چاههای نفتی ميادين جنوبی ايران همانند ميادين گچساران ، بی بی حکيمه ،کرنج و پارسی که کانديدهای خوبی برای حفاری فروتعادلی هستند ، سنگ مخزن غالباً آب خيس می باشد. بنابراين فاز مايع سيال تزريقی می بايست گازوييل و يانفت خام انتخاب شود . برای جلوگيری از احتراق درون چاهی و همچنين مشکل خوردگی لوله های جداری و رشته حفاری می بايست فاز گازی سيال حفاری را نيتروژن انتخاب کرد.
7- محاسبه دبی بهينه برای سيال حفاری دو فازی
7-1 ناپايداری ديواره چاه
در روش معمول حفاري به دليل بيشتر بودن فشار هيدرواستاتيك سيال حفاری نسبت به فشار سيال سازند، ديواره چاه دارای پايداری بيشتری است. ولی در روش UBD اين پايداری كمتر می‌شود و هر چقدر كه اختلاف فشار سيال حفاری و سيال سازند بيشتر شود، تمايل به ناپايداری ديواره چاه افزايش می يابد. اين اختلاف فشار يک حد پايين برای فشار سيال حفاری ايجاد می کند كه فشار كمتر از آن، ادامه حفاری فروتعادلی را غير ممکن می سازد. اين حد فشار زير تعادل بستگی به تنش‌های درونی سازند، مقاومت سازند، فشار مخزن و شمای ديواره چاه دارد. [11]
7-2 فرايند خودآشام لحظه ای
ممکن است که فاز مايع سيال حفاری به علت آثار فشار مويينگی،وارد سازند در حال حفاری حتی در شرايط UBD شود. در سال 1993 بنيون و همکارانش نشان دادند که اين عمل ممکن است باعث آسيب ديدگی سازند شود.
فشار مويينگی در واقع به علت نيروهای بين سطحی جامد،مايع و گاز بوجود می آيد و فشاری است که در درون محيط متخلخل ، مانع خروج سيال خيس کننده دانه های تشکيل دهنده سنگ سازند می شود . نيروهای مويين بستگی به ترکيب سيالات و ماتريس سنگ دارد و مشخص می کند که کدام سيال در درون محيط متخلخل،سيال خيس کننده (Wetting Phase) مي باشد.
بعضی از سنگهای مخزن بطور طبيعی آب خيس مي باشند. يعني وقتی که از نفت اشباع شده باشند و درآب غوطه ور شوند،تمايل ورود آب به محيط متخلخل سنگ بيشتر خواهد بود.
در حفاری فروتعادلی،اختلاف فشار بين ستون سيال حفاری و سيال درون سازند بايد برابر يا بيشتر از فشار مويينگی سنگ مخزن باشد تا سنگ مخزنی که مثلاً آب خيس است، آب موجود در سيال حفاری را خودآشام Imbibe)) نکند.در يک محيط متخلخل فشار مويينگی از رابطه زير بدست می آيد:
فشار فروتعادلی لازم برای جلوگيری از ورود آب سيال حفاری به درون سازند آب خيس، به اشباع اوليه آب سازند و اندازه خلل و فرج بستگی دارد. سازندهای نفت خيس قوی،آب را و سازندهای آب خيس قوی،هيدروکربن را خودآشام نمی کنند. سازندهای حاوی گاز در صورتی که شامل مواد معدنی نظير سولفور، آسفالت ، Pyrobitumen, Heavy Bitumen باشد و يا هنگامی که در اثر جابجا شدن يک ستون اوليه نفت توسط گاز، درجه اشباع نفت آن به مقدار غيرقابل کاهش رسيده باشد، بطور قوی نفت خيس می باشند.
7-3 توان بالا آوردن کنده ها و تميز نمودن چاه
در جريان دو فازی سيال حفاری،بعلت انبساط گاز،سرعت انتقال کنده ها به سطح افزايش می يابد.نواحی بحرانی برای تميز کردن چاه،يکی ناحيه ايست که زاويه چاه از 45 تا 60 درجه تغيير می کند و ديگری ناحيه زير مته می باشد. درون ريزی مخزن باعث افزايش سرعت فاز مايع و تميزی چاه
می گردد ولی در ناحيه زير مته بدليل محدود بودن ميزان درون ريزی،سرعت فاز مايع فقط تابع ميزان پمپاژ سيال حفاری درون رشته حفاری می باشد. همچنين در جريان دوفازی، فاز گازی باعث ايجاد جريان متلاطم (Turbulent) می گردد که از رسوب کنده ها روی ديواره جلوگيری می کند. [3]
بر اساس آخرين آزمايشات و نتايج بدست آمده، کمترين سرعت داليزی لازم برای فاز مايع بمنظور بالا آوردن مؤثر کنده های حفاری، 165 فوت بر دقيقه براي چاههای عمودی و 177 فوت بر دقيقه برای چاههای با زاويه انحراف بيشتر از 10 درجه مي باشد.
7-4 شسته شدن ديواره چاه
بيشترين سرعت مجاز سيال دوفازی برای جلوگيری از شسته شدن ديواره چاه (Wash out) برابراست با:
(4)
= بيشترين دبی مجاز مخلوط سيال،
= A سطح مقطع مسير جريان
= بيشترين سرعت مجاز، ft/s
بيشترين سرعت مجاز سيال دوفازی، از طريق آزمايش در محل، بدست می آيد.
8- نتيجه گيري
با توجه به مطالعات به عمل آمده:
8-1 اگر درصد حجمي فاز مايع سيالات برگشتي از چاه زياد باشد، بايد يك سيستم بسته براي تفكيك، جمع آوري و بر گرداندن آنها به مخازن، براي استفاده مجدد به كار گرفته شود. معمولا" سيالات برگشتي از چاه حاوي سه يا چهار فاز مي باشند كه، براي تفكيك فازها، بايد از يك تفكيك كننده با ظرفيت و فشار كاري مناسب استفاده شود.
8-2 براي چاه هاي نفتي ميادين جنوبي ايران همانند ميادين گچساران، بي بي حكيمه، كرنج و پارسي كه كانديد هاي خوبي براي حفاري زير تعادلي هستند، سنگ مخزن اغلب (Water Wet) مي باشد. بنابراين فاز مايع سيال تزريقي مي بايستي نفت گاز يا نفت خام انتخاب شود.
8-3 براي جلوگيري از احتراق درون چاهي و همچنين، رفع مشكل خوردگي لوله هاي رشته حفاري، مي بايستي فاز گازي سيال حفاري را نيتروژن انتخاب كرد.
8-4 در اين تحقيق، با توجه به محاسبات انجام شده روي ميدان پارسی، با استفاده از نرم افزارWellfloو همچنين اطلاعات موجود، حداكثر دبي مورد نياز نيتروژن براي چاه هاي ميدان پارسی و کرنج 1200 فوت مكعب در دقيقه مي باشد.
8-5 ظرفيت پمپي كه مايع را به سمت پمپهای دکل انتقال مي دهد با در نظر گرفتن ضريب ايمني و همچنين نوع پمپ هاي موجود به ميزان GPM 300و فشار 50 psi در نظر گرفته مي شود.
8-6 ظرفيت بوستر نيتروژن مي بايستي به اندازه ظرفيت دستگاه توليد كنندۀ نيتروژن يعني 1500 فوت مكعب در دقيقه باشد.
8-7 شبكۀ كاهندۀ فشار كه براي حفاري فرو تعادلي در ميادين نفتي ايران مورد نياز مي باشد عبارتند از: فورانگير دوراني و دستگاه رانش لوله ها در چاه هاي زنده
8-8 فشار كاري فورانگير دوراني در حالت استاتيك بايد به اندازۀ فشار كاري فورانگيرهاي دكل يعني 5000 psi باشد، ولي فشار دوراني آن مي بايستي متناسب با فشار مخزن انتخاب گردد.(فورانگير دوراني موجود داراي فشار استاتيك 3000 psi و فشار دوراني 1000 psi می باشد.)
8-9 فشار كاري دستگاه رانش لوله ها در چاههاي زنده نيز بايد همانند فشار كاري فورانگير دوراني باشد.
8-10 از تجهيزات بسيار مهم ديگر در حفاري زير تعادلي ميادين نفتي ايران تفكيك كنندۀ چهار فازي مي باشد . ظرفيت اين تفكيك كننده مي بايستي متناسب با شاخص بهره دهي چاههاي نفت و نسبت گاز به نفت باشد . از آن جايي كه ميزان بهره دهي چاه هاي نفت ميادين جنوب در دامنه 10000 تا 15000 بشكه در روز مي باشد، ظرفيت تفكيك كننده نيز بايد در همين دامنه انتخاب شود. همچنين با توجه به نسبت گاز به نفت(GOR) در ميادين ذكر شده ظرفيت تفكيك كننده چهار فازي نسبت به گاز نيز بايد حدود 40 ميليون فوت مكعب در روز باشد.
8-11 بالاخره، جامدات خروجي از تفكيك كننده بايد به صورت دوغاب توسط پمپ هاي دوراني به محل مناسب انتقال داده شوند.
حفاری انحرافی
در اصطلاح علم حفاری، به دانش حفر یك چاه در امتداد یك مسیر مایل از پیش‌تعیین شده برای رسیدن به هدف مشخص (target) حفاری جهت دار گفته می شود و در برخی موارد از آن به حفاری كج، مایل و هدایت شده نیز تعبیر شده است. حفاری جهت دار اولین بار در دنیا برای حفر یك چاه از ساحل به زیر دریا جهت بهره برداری از نفت مخزن زیر آن استفاده شده است. البته چندی پس از آن در ایالت تگزاس آمریكا از این روش برای خاموش كردن و كنترل فوران یك چاه كمك گرفته شد. تاریخچه معینی از حفر اولین چاه انحرافی در ایران وجود ندارد، اما برخی از كارشناسان صنعت نفت، عمر این روش را بیش از هفده سال نمی‌دانند.
هنگام حفر یك چاه اصل بر این است كه روش حفاری عمودی (vertical) برای رسیدن به مخزن استفاده گردد، ولی در بعضی موارد به دلایل فنی یا اقتصادی به جای این روش، از روش حفاری جهت دار (Directional) استفاده می‌شود،
كه این موارد به شرح زیر است:
1. مكان غیر قابل دسترسی (Inaccessible Location)
در بعضی از موارد به دلیل قرار گرفتن مخزن در زیر موانع طبیعی یا غیرطبیعی از قبیل مناطق مسكونی، شهر، فرودگاه، رودخانه، دریا، كوهستان و... از این روش در حفر چاه استفاده می‌گردد. می‌توان این مورد را به سه دسته تقسیم كرد:
1-1) حفاری در زیر مناطق مسكونی:
این مورد به خصوص در میدان نفتی اهواز كه 85 كیلومتر طول و 15 كیلومتر عرض دارد
و در امتداد شهر اهواز كشیده شده است به دفعات مشاهده دیده می‌شود. از آن جمله می‌توان به چاه " 18 اهواز" و یا چاه‌هایی كه به صورت انحرافی در زیر " بیمارستان شركت نفت اهواز" و " فرودگاه" این شهر حفاری شده است اشاره كرد.
2-1) حفاری در مناطق كوهستانی مرتفع
برخی از مخازن نفت و گاز از لحاظ جغرافیایی در ناحیه‌ای كوهستانی و مرتفع قرار دارند. بنابراین جاده سازی برای انتقال تجهیزات به محل مورد نظر بسیار پرهزینه بود است و استفاده از روش انحرافی مقرون به صرفه می‌باشد. همچنین در نواحی كوهستانی به دلیل اختلاف ارتفاع زیاد از سطح دریا، در صورت استفاده از روش حفاری عمودی فشار مخزن به شدت كاهش می‌یابد بنابراین بهتر است از روش انحرافی برای حفر چاه استفاده كرد به عنوان نمونه می‌توان از چاه " 24 پاریس" یاد كرد.
3-1) حفاری از ساحل به زیر دریا
با توجه به هزینه مخارج بسیار بالای ساخت و یا اجاره سكوی های دریایی و حفاری در دریا روش مقرون به صرفه برای حفاری مخازن نزدیك به ساحل این است كه ابتدا چاه در ساحل حفر گردد ولی مسیر آن به زیر دریا منحرف شود كه در ایران نمونه این كار در میدان نفتی خارك انجام شده است.
2.حفاری در گنبدهای نمكی و در گسلها (Salt Dome and Fault Drilling)
با توجه به اینكه مخازن نفتی ایران عمدتاً از نوع آهكی، با طاقدیس بسیار عظیم در اعماق زمین است، این روش در ایران كاربرد چندانی ندارد.
3.حفاری حفره زهكشی ِِDrain Hole Drilling) )
در مخازنی كه فشار كلاهك‌گازی (gas Cap) و یا گاز محلول در مخزن نقش اندكی در بالا راندن نفت از مخزن دارد از این روش استفاده می‌گردد در این روش حفاری به صورت عمودی شروع و در مخزن به صورت افقی خاتمه می‌ِیابد. حفاری مخزن به صورت افقی باعث می شود كه سطح تماس چاه با مخزن افزایش یافته و دبی ورودی مخزن به چاه افزایش یابد.
4.حفاری چاه امدادی یا آتش‌نشان (Relief Well Drilling)
برای خاموش كردن و كنترل یك چاه فوران كرده از چاه انحرافی استفاده می‌گردد كه نمونه این عملیات در چاههای " آغاجاری 131" و " مارون126" انجام گرفته است.
5.حفر چند چاه از یك سكوی نفتی ((Multiple Wells
به دلیل هزینه زیاد ساخت سكوی نفتی از یك سكو چند چاه به طور انحرافی حفر می‌گردد. این روش در‌آبهای خلیج فارس توسط شركت نفت فلات قاره ایران انجام می‌شود.
6.حفر چندین چاه از یك حفره چاه به جای حفر چند چاه جداگانهMulti Lateral Wells)
در این روش از یك حفره چاه عمودی به طور انحرافی چند شاخه چاه حفر می‌گردد.
7.كج كردن چاه (Side Tracking)
شاید متداول‌ترین و اولین تكنیك حفاری انحرافی در ایران كج كردن چاه بوده است. گاهی اوقات بدلیل گیر كردن ابزار حفاری (fish) و بالا نیامدن آن و یا تصحیح عمق ورود به مخزن انتهای چاه را سیمان (plug) كرده و از كنار آن حفاری را ادامه می‌دهند این كار به دفعات در مخازن ایران انجام شده است.
8.عبور دادن چاه از چند لایه تولیدی متوالی(Multiple Sand from Single Well Bore) گاهی اوقات به جای حفره یك چاه عمودی در مخزن بهتر است مسیر چاه را از چند لایه‌ی نفتی به طور انحرافی عبور داد تا تولید بیشتر گردد.
به منظور یکپارچگی و ساده بودن جستجو لطفا تاپیک های مشابه نذارید
البته با اجازه از ادمین بزرگ:cool:
Sent from my GT-S6102 using Tapatalk 2