سیستم‌های تغییر مسیر جریان سیال حفاری

 
 
3-1-  هدف از سيستم تغيير جريان سيال
سيستم تغيير جريان سيال معمولاً در حفاري سازندهاي سطحي (Top-hole) استفاده مي‌شود.  اين سيستم جهت بستن چاه بر روي جريان فوران (Shut in or halt flow) طراحي نگرديده است، اما با اين حال اجازه مي‌دهد كه جريان سيال از دكل دور گردد.  سيستم تغيير جريان سيال جهت حفاظت از پرسنل و تجهيزات استفاده مي‌شود با تغيير مسير جريان فوران گازهاي سطحي و سيالات سازندي بيرون آمده از چاه به فاصله‌اي ايمن از خود دكل.  شكل 4 نشان مي‌دهد كه سيستم با جريان سيالات خطرناكي كه قبل از راندن رشته جداري كه قابليت نصب مجموعه شيرهاي فورانگير و شبكه كاهنده را داشته باشد روبرو است.  اين سيستم جهت نشت بندي كردن اطراف Kelly، رشته حفاري و لوله‌هاي جداري طراحي شده است تا جريان را به فاصله‌اي ايمن از دكل رهنمون سازد.  سيستم تغيير جريان همچنين داراي اجزاء نشت بند كننده برروي فضاي حلقوي است كه قابليت بستن سيستم بر روي وايرلاين و چاه باز را نيز دارد.  شيرهاي موجود در سيستم جريان فوران چاه را درهنگام بكار افتادن سيستم تغيير جريان راهنمايي مي‌نمايند.  نحوه عملكرد شيرها ممكن است به صورت يكپارچه با واحد سيستم تغيير جريان باشد.

1. وسايل تغيير مسير جريان سيال
   

سيستم تغيير جريان شامل يك تغيير دهنده مسير با فشار كم يا فورانگير داليزي با قطر داخلي مناسب جهت عبور مته براي مراحل حفاري بعدي است.  مسيرهاي خروجي با اندازه مناسب (6" يا بيشتر) به خروجي‌هاي زير تغيير دهنده متصل است.  اين مسيرها تا محلي با فاصله مناسب از چاه امتداد يافته تا اجازه خروج ايمن سيالات را فراهم نمايد.
شيرهاي فورانگير داليزي معمول (شكل 5) تغيير دهنده مسير Type Inset (شكل 6) يا     Rotating Head مي‌توانند به عنوان سيستم تغيير دهنده مسير جريان سيال مورد استفاده قرار گيرند.  فشار كاركرد عملياتي تغيير دهنده و مسيرهاي خروحي به گونه‌اي طراحي و انتخاب گرديده‌اند كه درهنگام تغيير دادن مسير جريان سيال درون چاه كمترين Back Press را درون چاه ايجاد نمايند.  مسيرهاي خروجي معمولاً در عمليات دريايي داراي قطر داخلي 10 اينچ يا بيشتر و براي عمليات خشكي داراي قطر داخلي 6 اينچ يا بيشتر مي‌باشند.
شكل 5 و شكل 6
اگر تغيير دهنده مسير جريان داراي شير يا شيرهايي بروي مسير خروجي باشد اين شيرها بايد از نوع Full Bore و كاملاً باز باشند.  (بايد از نظر قطر داخلي به اندازه قطر داخلي مسيري باشند كه برروي آن نصب گرديده‌اند) سيستم بايد به‌گونه‌اي باشد كه به صورت عملكرد هيدروليكي بوده و حداقل داراي يك شير مسير جريان به حالت باز بوده قبل از اينكه پكر تغيير دهنده جريان بسته شود.  در سيستم‌هاي قديمي هر يك از اجزاء داراي سيستم دستي بوده ( نظير شكل 7) اما امروزه به گونه‌اي تغيير يافته اند كه همه شيرها به صورت يك سيستم يكپارچه با تغيير دهنده جريان عمل مي‌نمايند.
شكل 7
براي بكار انداختن Operate سيستم در شكل 7 مراحل زير بايد انجام گيرد تا از بسته شدن چاه بروي جريان از چاه جلوگيري شود:
[list=a]

بازكردن شير B يا C بسته به جهت وزش باد.

بستن شير E

بستن شير A

در سيستم‌هاي مدرن‌تر، تغيير دهنده مسير جريان به عنوان يك سيستم يكپارچه با فورانگير داليزي عمل مي‌نمايد و تنها يك مسير تغيير دهنده مجهز شده است كه به دو مسير تغيير جهت داده شده است و با شيرهاي انتخابي كه ممكن مي‌سازد تغيير دادن مسير سيالات يا گازها به هر دو سوي دكل با توجه به جهت وزن باد يا در زمان واحد به هر دو سوي دكل (شكل 8) تغيير دهنده مسير جريان و تمامي شيرها بايد از نظر عملكرد آزمايش شده در هنگام نصب و در زمان‌هاي مناسب در طول عمليات تا از صحت عملكرد سيستم اطمينان حاصل شود.
توجه:  سيال بايد از درون تغيير دهنده مسير جريان و هر مسير خروجي پمپ شود در زمان‌هاي مناسب در طول عمليات عدم پلاگ شدن اين مسيرها معلوم شود.  بازرسي و تميز سازي تمامي سوراخ‌ها (Ports) حتي در نقاط پايين سيستم بايد انجام گيرد.  خالي كردن آلودگي‌هاي روغني و يا استفاده از سيستم گرم كن در مناطق سردسير مورد نياز است.
فشار هيدروليكي مورد نياز براي عملكرد سيستم تغيير دهنده ميسر جريان مستقيماً از واحد كنترل هيدروليكي با 3000 پام تأمين مي‌گردد.
3-3-  نكاتي در مورد تغيير هاي مسير جريان در حالت String on Bottom
1-  جريان دادن برگشتي چاه از طريق  مسير خروجي در جهت پايين  دست وزش باد و بستن تغيير دهنده مسير جريان سيال.
2-  پمپاژ با حداكثر سرعت و تعويض به سيال سنگين‌تر جهت كشتن چاه بدون توقف پمپاژ در صورت عدم وجود سيال سنگين از آب دريا استفاده كنيد.  (هرگز پمپ‌ها را خاموش ننماييد.)
3-  در صورت بروز اشكال در سيستم تغيير دهنده جريان قبل از كنترل فوران چاه و رسيدن سيال در حال فوران به سطح، تمامي پرسنل را از محوطه دكل دور نموده و همزمان اجازه دهيد كه پمپاژ گل (آب دريا) با حداكثر سرعت ادامه يابد.
3-4-  نكاني درمورد تغيير دادن مسير جريان در حالت String off BTM
در صورت نياز به تغيير دادن مسير جريان گاز، آب يا كنده‌هاي ماسه‌اي و جريان دادن برگشتي از طريق مسير خروجي در جهت پايين دست وزش باد و بستن تغييردهنده مسير جريان
1-  پمپاژ را به هيچ وجه متوقف ننموده و در صورت  اتمام گل درون تانكي‌ها از آب دريا به عنوان سيال پمپ شده استفاده نماييد به هيچ عنوان پمپ را خاموش ننماييد.
ترتيبي داده شود كه افرادي كه مورد نياز نيستند محوطه را ترك كرده و برنامه‌اي جهت دور كردن ساير افراد درگير نيز اتخاد شود.
در صورت بروز اشكال در سيستم تغيير دهنده جريان قبل از فوران دوباره چاه و رسيدن سيال به سطح تمامي پرسنل را از محوطه دور نموده و همزمان اجازه دهيد كه پمپاژ گل (آب دريا) با حداكثر سرعت ادامه يابد.
 
1-5-  Rotating Head
Rotating Central Heads يا Rotating Blowout Preventers (شير فورانگير گردان) مفهوم جديدي نيست.  Rotating Head جهت نگه داشتن يك نشت بندي ثابت در اطراف اجزاء در حال چرخش رشته حفاري به جزء اجزاء با قطر بزرگتر نظير مته يا Reamer مورد استفاده قرار مي‌گيرد.  اين نشت بندي در هنگام لوله پايين / بالا يا ضمن حفاري (در حالت استاتيك) انجام مي‌گيرد.  اين وسيله در ا بتدا جهت حفاري با هوا طراحي گرديد و بعدها براي حفاري با گل يا گاز يا حفاري ژئوترمال مورد استفاده قرار گرفت.  نمونه‌هاي اوليه اين وسيله براي حفاري در هنگام فوران مورد استفاده قرار گرفت كه باعث اعمال فشار زياد به تاج چاه نصب شده در زير آن گرديد.  مبناي اوليه طراحي و مهندسي اين نمونه‌ها امروزه نيز مورد  استفاده قرار مي‌گيرد.  به همراه مجموعه شيرها فورانگير API پيشنهادي نمايد كه Rotating Head به عنوان تغيير دهنده جريان مورد استفاده قرار گيرد.  (شكل 1 را مشاهده نماييد) Rotating BOP معمولاً در بالاي مجموعه شيرهاي فورانگير شامل Annular BOP Ram مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
Rotating Head توانايي نشت بندي برروي هر نمونه شكل از Kelly را دارا بوده و همچنين توانايي نشت بندي برروي هر نوع لوله حفاري خواه به صورت Upset, Flash Joint دار يا داراي Coupling را دارد.  عمليات خاصي جهت نگه داشتن لوله‌هاي مورد نياز نيست.  همزمان با بالا / پايين شدن اجزاء مختلف رشته حفاري Stripper Rubber تغيير شكل داده تا بتواند قطر خارجي اين اجزاء را نشت بندي نمايد.  در اين روش چاه در تمامي مراحل بسته است.  خروجي فلنج شكل زير قسمت Stripper Rubber اجازه مي‌دهد كه فشار از طريق مسير جريان به خارج هدايت شود.
شير فورانگير گردان براي استفاده در موارد زير مناسب است:

1. در هنگام حفاري در سازندهاي داراي H₂S
   
2. گردش به همراه گاز يا هوا
   
3. حفاري زير فشار تعادلي (UBD)
   
4. گردش با جريان معكوس
   
5. حفاري در مناطقي كه احتمال فوران در آنها وجود دارد.
   
6. حفاري ژئوترمال.
   

مسير فورانگير گردان از سه قسمت مهم زير تشكيل شده است: (شكل 10)
قسمت گردان
1-  The Rotating Assembly
2-  The Body (Bowl)
3-  Kelly Drive Unit(واحد گرداننده كلي)
بدنه با اتصال فلنج به بالاي فورانگير متصل شده و قسمت گردان با يك مكانيسم قابل بازشدن آسان درون آن قفل مي‌گردد.  واحد گرداننده Kelly برروي Kelly متصل شده و باعث چرخش Rotating Sleeve شده كه Stripper Rubber در قسمت زيرين به آن متصل است.  Stripper Rubber باعث نشت بندي بين فضاي حلقوي چاه و قسمت خارجي لوله‌هاي حفاري مي‌شود.  نشت بند Rotating Sleeve فضاي‌ مابين قسمت خارجي Rotating Sleeve و Rotating Assembly Housing را نيز نشت بندي مي‌نمايد.
Stripper Rubber به گونه‌اي طراحي شده‌است كه با افزايش فشار چاه، نشت بندي را بيشتر انجام خواهد داد.  بعضي از Rotating Head به گونه‌اي ساخته شده‌اند كه Stripper Ruble آنها از فشار هيدروليكي نيز استفاده مي‌نمايد.
امروزه حفاري زير فشار تعادلي(UBD) در صنعت نفت و گاز به صورت گسترده استفاده مي‌شود.  از مهمترين مزاياي UBD هزينه كمتر، كاهش مدت زمان حفاري، كاهش احتمال گير لوله‌ها در اثر Mud Cake ديواره و كاهش مشكلات احتمالي است.  بدليل آنكه UBD باعث جريان يافتن سيال از سازند به درون چاه خواهد شد يك عمليات  UBDدر صورتي موفق است كه از وسايل كنترل فوران مناسب براي كنترل وضعيت سيالات حفاري و سازندي استفاده نمايد.  در اين وضعيت Rotating Head به عنوان يك جزء مهم از سيستم كنترل فوران ايفاي نقش مي‌نمايد.
3-6-  سيستم كنترل تغيير دهنده جريان
سيستم كنترل تغيير دهنده جريان بايد به گونه‌اي طراحي شده باشد كه بتواند بوسيله تغيير دهنده جريان چاه را ببندد.  اين نيازمند باز كردن يك يا چندين مسير خروجي قبل از بستن تغيير دهنده جريان و همچنين بستن مسير به سمت نانكي هاي گل است.
سيستم كنترل تغيير دهنده جريان بايد قابليت بازكردن شيرهاي مسيرهاي خروجي و جريان و بستن اجزاء نشت بند كننده حلقوي (Annular Packing) برروي لوله‌ها يا چاه باز در مدت زمان 30 ثانيه از شروع عملكرد در صورتيكه جزء نشت بند كننده داراي قطر داخلي 20 اينچ يا كمتر باشد.  براي اجزاء نشت بند كننده با قطر داخلي بيشتر از 20 اينچ سيستم كنترل تغيير دهنده جريان بايد قابليت باز كردن شيرهاي مسيرهاي خروجي و جرايان و بستن برروي لوله‌ها را در مدت زمان 45 ثانيه داشته باشد.
سيستم كنترل تغيير دهنده جريان ممكن است از طريق فشار  هيدروليكي تامين شده توسط سيستم كنترل شيرهاي فورانگير (BOP) كار كند.  در اين حالت توانايي انبار، پمپ و مخزن فشا راز آنچه در سيستم تغيير دهنده جريان مورد نياز است بيشتر خواهد بود.  اگر چه در اين حالت بايد فشار با آنچه  كه در سيستم كنترل تغيير دهنده جريان نيا زدارد همخواني داشته باشد.  شير مسدود كننده بايد بر روي خط اصلي تأمين كننده فشار نصب شده باشد تا درصورت عدم استفاده از منبع تأمين كننده فشار براي سيستم  كنترل تغيير دهنده جريان آن را قطع كند.  عملكرد اين شير بايد مشخص شه باشد و محل آن بايد به خوبي در ديد باشد.  تمامي كاركرد سيستم كنترل تغيير دهنده جريان بايد از روي دكل قابل استفاده باشد.  همچنين يك مجموعه ديگر از سيستم كنترل تغيير دهنده جريان در محلي به دور از دكل بايد توانايي به كارانداختن سيستم را داشته باشد.  سيستم كنترل از راه دور بايد قابليت به كار انداختن سيستم تغيير دهنده جريان در هر مرحله و كنترل جهت جريان خروجي را داشته با