دوره 1391، شماره 94 - ( 8-1391 )                   جلد 1391 شماره 94 صفحات 0-0 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

دخانی وحید. بهینه‌سازی شتاب الک‌های حفاری برای بهبود جداسازی خرده‌های حفاری. ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز. 1391; 1391 (94)

URL: http://ekteshaf.nioc.ir:80/article-1-223-fa.html


مدیریت نطارت بر تولید نفت و گاز شرکت ملی نفت ایران
چکیده:   (3481 مشاهده)
برای اولین بار در صنعت حفاری، شرکت National Oil Well Varco توانسته با ساخت دستگاهی با عنوان کنترل شتاب الک حفاری2 (CGC) از طریق تنظیم خودکار شتاب بسته به میزان جریان برگشتی گل از چاه، ظرفیت جداسازی خرده‌های حفاری را افزایش دهد[1]. در این نوشتار به بررسی مکانیسم این سیستم پرداخته شده تا زمینه به کارگیری این روش برای بهینه‌سازی عملیات جداسازی خرده‌های حفاری در دکل‌های حفاری داخل کشور نیز فراهم گردد. 1- طرز کار سیستم کنترل شتاب در الک‌های معمولی دکل‌های حفاری، به دلیل ثابت بودن نیرو و سرعت چرخش موتور، با افزایش وزن جریان برگشتی بر روی توری‌ها، شتاب الک کاهش می‌یابد. این امر با افزایش سیال ورودی و کاهش توانایی جداسازی خرده‌های حفاری سبب کاهش کارایی دستگاه می‌شود. همان‌گونه که در شکل 1 نشان داده شده در تجهیزات معمول، روند کاهش شتاب الک با افزایش وزن خرده‌ها (متناسب با جریان برگشتی از چاه)، با خط مشکی (KC-2.5HP) مشخص می‌شود. در واقع کاهش شتاب الک به علت ثابت بودن نیروی موتور و عدم امکان جبران نیروی لازم در صورت افزایش بار ناشی از وزن سیال اتفاق می‌افتد. برای غلبه بر این مشکل، یک شتاب‌سنج به صفحه توری الک و به قطعه‌ای به نام تنظیم‌گر فرکانس متغیر3 (VFD) که راهبری موتور را در اختیار دارد، متصل است. با نصب این تجهیز، VFD قادر است شتاب توری الک را پایش کرده و سرعت موتور را برای جبران تغییر وزن جریان برگشتی و خرده‌های جامد تنظیم کند. صفحه الک هنگامی که با مقدار کمی خرده‌های حفاری مواجه است با شتاب کمتری کار می‌کند و هنگامی که ذرات جامد گل و یا سیال خروجی افزایش می‌یابد شتاب الک برای جداسازی بهتر خرده‌ها افزایش داده می‌شود. این موضوع در شکل 1 توسط خط آبی رنگ (VSM-SM) نشان داده شده است. شتاب دستگاه به ازای صفر تا 100پوند وزن ورودی سیال به دستگاه در محدوده 3g/5، از 100 تا 300 پوند در محدوده 3g/6 و هنگامی که وزن اعمال شده جریان برگشتی بر روی توری به بیش از 300 پوند می رسد تا 3g/7 نیز افزایش پیدا می‌کند. این شتاب تا محدوده وزنی 500 پوند ثابت بوده و بعد از آن به دلیل محدودیت سرعت موتور کاهش می‌یابد. 2- مزایای طرح در صنعت حفاری اولین و بهترین عامل مقابله با خرده‌های برگشتی از چاه، الک‌های لرزان هستند. با استفاده از این فناوری، ظرفیت دریافت الک افزایش می‌یابد که این افزایش مزایای زیر را در پی دارد: • کنترل بهتر خرده‌های حفاری • کاهش زمان‌های غیر مفید حفاری • بهبود نرخ حفاری • کاهش هزینه‌های گل حفاری • کاهش خوردگی و پارگی توری‌های الک 3- نتایج آزمایشی طرح برای محاسبه ارزش افزوده این روش، از سال 2007 آزمایش‌هایی در قالب طرح‌های تحقیقاتی به اجرا درآمد. در این آزمایش‌ها ظرفیت جداسازی، انتقال و خشکی خرده‌ها و عمر صفحات با هدف دست‌یابی به رابطه این عوامل با تغییر در شتاب الک مورد بررسی قرار گرفت. در این آزمایش‌ها، مقدار جریان، نوع صفحات، زاویه الک و تمامی خصوصیات گل تحت کنترل بوده است. نتایج بررسی‌های آزمایشگاهی نشان داده که در ابتدای افزایش شتاب، ظرفیت جداسازی الک افزایش می‌یابد. به تدریج با افزودن شتاب دستگاه، نرخ افزایش ظرفیت الک به حدی کاهش یافته که در نهایت در نقطه شتاب آستانه4، دیگر در عمل ظرفیت الک تغییری نمی‌کند. نتایج تحقیقات نشان داد که با استفاده از CGC بدون تغییر قابل ملاحظه‌ای در عمر صفحات مشبک، ظرفیت الک تا بیش از 35 درصد قابل افزایش است. در روش آزمایشگاهی برای اندازه‌گیری ظرفیت جداسازی خرده‌ها توسط الک، نقطه انتهایی سیال بر روی الک ثابت فرض شده (شکل 2) و به ازای شتاب الک میزان شدت جریان اندازه‌گیری می‌شود. لازم به ذکر است که شتاب الک به مدت 10 دقیقه ثابت مانده، سپس شدت جریان متناظر با شتاب الک مورد آزمایش، اندازه‌گیری می‌شود. تحقیقات میدانی نیز نتایج بررسی‌های آزمایشگاهی را تأیید می‌کند. با افزایش شتاب، نرخ تغییرات نقطه انتهایی سیال بر روی الک کاهش می‌یابد. از آنجا که اندازه‌گیری دقیق نرخ جریان خروجی از چاه در عمل مشکل است، اندازه‌گیری نقطه پایانی بر روی الک روشی قابل اطمینان برای تعیین ظرفیت جداسازی خرده‌ها با فرض ثابت بودن شدت جریان است. محاسبه سرعت حمل ذرات بر روی الک، با رها کردن توپ پینگ‌پنگ در نقطه پایانی سیال بر روی الک و اندازه‌گیری زمان مورد نیاز برای طی مسیر باقیمانده تا انتهای الک انجام می‌شود. با دانستن فاصله طی شده و اندازه‌گیری زمان می‌توان سرعت حمل خرده‌ها را بر حسب اینچ بر ثانیه محاسبه کرد. نتایج بررسی‌های آزمایشگاهی و میدانی نشان داد که سرعت حمل خرده‌ها با مجذور شتاب بستگی مستقیم دارد. 4- نتایج آزمایش‌های عملی اندازه‌گیری ظرفیت جداسازی خرده‌ها توسط سه نوع الک مورد نظر توسط یکی از پیمانکاران حفاری خشکی انجام شده است. هر یک از الک‌ها برای جداسازی کامل جریان خرده‌های حفاری با نرخ جریانی 980 گالن در دقیقه با استفاده از صفحات مشبک 100API در حین حفاری حفره با نرخ حفاری 100 فوت بر ساعت با گل پایه آبی به کار رفتند. سه نوع الک به کار رفته عبارتند از: الف) KC-2.5HP بدون CGC ب) KC-2.5HP مجهز به CGC ج) KC-3.5HP مجهز به CGC نوع مرسوم الک حفاری (نوع اول) فقط موفق به جداسازی 85 درصد جریان برگشتی گل شد؛ در حالی که در دو الک دیگر که به CGC مجهز بودند جداسازی خرده‌ها از گل برگشتی به طور کامل انجام شد. لازم به ذکر است نقطه انتهایی سیال برگشتی بر روی الک نوع دوم در توری سوم و برای الک نوع سوم بر روی توری دوم قرار دارد. تحقیق انجام شده نشان ‌داد که استفاده از الک مجهز به CGC می‌تواند به ترتیب 25 و 50 درصد باعث صرفه‌جویی در مساحت توری مورد استفاده شود. این افزایش سطح استفاده نشدۀ توری، این اجازه را به پیمانکار حفاری می‌دهد که برای جداسازی همان حجم از خرده‌ها از توری‌های 2 تا 3 کلاس (API) ریزتر استفاده کند. پس از معرفی این سیستم به بازار تجهیزات حفاری در سال 2009 در آمریکا، سیستم CGC در بیش از 150 دکل حفاری در خشکی و دریا نصب و به کار گرفته شد. نتیجه‌گیری الک‌های حفاری اولین و بهترین ابزار برای مقابله با خرده‌های حفاری هستند. بررسی تحقیقات صورت گرفته نشان می‌دهد که الک‌های مجهز به سیستم کنترل شتاب الک (CGC) می‌توانند تا 35 درصد به ظرفیت جداسازی خرده‌های حفاری نسبت به الک‌های مرسوم بیافزایند. با افزایش ظرفیت جداسازی الک، سیستم CGC امکان کنترل بهتر و مؤثرتر جریان برگشتی گل حفاری را فراهم می‌کند. با وجود اینکه از ورود این سیستم به بازار مدت زمان زیادی نمی‌گذرد، این تجهیز در سه سال گذشته در بیش از 150 دکل حفاری نصب و استفاده شده است. پیشنهاد می‌شود در ایران نیز موضوع بهینه‌سازی شتاب الک‌ها با هدف افزایش بازدهی جداسازی خرده‌های حفاری به صورت پروژه‌های تحقیقاتی تعریف و در اختیار مراکز پژوهشی قرار گیرد. بدیهی است که پس از کسب اطمینان در خصوص مزایای این طرح، می‌توان نتایج حاصله را برای اصلاح سیستم‌های موجود در دکل‌های حفاری به کار گرفت.
     
نوع مطالعه: پژوهشي |
دریافت: ۱۳۹۲/۸/۲۷ | پذیرش: ۱۳۹۲/۹/۲۴ | انتشار: ۱۳۹۲/۹/۲۴

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA code

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2018 All Rights Reserved | Journal of Exploration & Production Oil & Gas

Designed & Developed by : Yektaweb

تحت نظارت وف ایرانی