ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز

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

---

جمع‌آوری به هنگام داده‌های چگالی و نرخ جریان با کاهش زمان‌های غیر مفید و تشخیص عوامل ایجاد مشکلات عملیاتی، کمک شایانی به کاهش هزینه حفاری و در نتیجه بهینه‌سازی به موقع عملیات حفاری می‌کند. حسگرهای اندازه‌گیری جرمی جریان (میترهای کوریولیس3)به تدریج توسط پیمانکاران دکل‌های حفاری در حال به کارگیری هستند. کاربرد این تجهیزات چه در دکل‌های نسل ششم دریایی و چه در دکل‌های خشکی یکسان است. داده‌های جمع‌آوری شده (چگالی و دبی جرمی) می‌توانند در سیستم کنترل دکل حفاری تجمیع شده و برای نمایش نمودار‌هایی که حاوی هشداردهنده‌هایی برای پیش‌آگاهی به حفار یا مهندس گل از تغییرات زیاد در پارامترهای حفاری هستند به کار برده شوند. تا قبل از این، اندازه‌گیری چگالی و نرخ جریان جزء پارامترهای کنترلی در دکل‌های حفاری محسوب نمی شوند. به طور مرسوم تعداد رفت و برگشت‌های پمپ گل برای محاسبه دبی ورودی جریان به چاه به کار می رود و چگالی گل نیز توسط مهندس گل هر 30 دقیقه یکبار ثبت می‌شود. در برخی از دکل‌ها دبی جریان خروجی از چاه - که فقط درصد جریان در لوله را نشان می‌دهد  - و چگالی گل خروجی از چاه نیز هر 30 دقیقه یکبار از پایین‌دست جداکننده‌ها اندازه‌گیری می‌شوند. در این نوشتار سعی شده است تا با طرح تئوری نحوه محاسبه جریان جرمی، کاربرد آن در تعیین جریان جرمی و چگالی گل برگشتی از چاه و مزایای آن در صنعت حفاری تشریح شود. 1- محل نصب جریان‌سنج‌های جرمی یکی از شیوه‌های مبتکرانه جمع‌آوری داده‌های مربوط به نرخ جریان و چگالی، استفاده از میترهای کوریولیس در ورودی و خروجی چاه است. یکی از این میترها در خروجی تانک گل و قبل از مکنده پمپ تزریق گل نصب می‌شود (شکل 1). دومین میتر کوریولیس نیز در مسیر لوله جریانی خروجی از چاه و قبل از ورود به اولین تفکیک‌گر خرده‌ها نصب می‌شود[1]. 2- تئوری اندازه‌گیری جریان جرمی توسط کوریولیس این جریان سنج از یک (یا دو) لوله U شکلِ بدون مانع به عنوان حسگر جریان تشکیل شده است. تعیین دبی در این ابزار دقیق بر اساس قانون دوم نیوتن می‌باشد. این لوله توسط نیروی الکترومغناطیسی سیم‌پیچی که در مرکز انحنای لوله قرار گرفته است به حرکت درآمده و در فرکانس طبیعی‌اش (در راستای قائم) ارتعاش می‌کند. سیال به داخل لوله U شکل جریان می‌یابد و مجبور به ارتعاش عمودی درون لوله می‌شود. وقتی لوله نصف سیکل ارتعاش خود را به سمت بالا طی می‌کند، سیال جریان یافته در لوله با کشاندن لوله به سمت پایین، در برابر حرکت اجباری آن به سمت بالا مقاومت نشان می‌دهد (شکل 2). سیال در حین خروج از لوله حسگر، یک حرکت رو به بالا ناشی از حرکت ارتعاشی لوله دارد و به محض جریان یافتن به دور انحنای لوله، مقاومتی در برابر حرکت عمودی لوله نشان نمی‌دهد. این اختلاف نیروها سبب پیچش لوله می‌شود. وقتی که لوله در نیمه دوم ارتعاشی خود به سمت پایین حرکت می‌کند در جهت مخالف پیچیده می‌شود که این پدیده پیچش، اثر Coriolis نامیده می‌شود [2]. با توجه به قانون دوم حرکت نیوتن، مقدار چرخش لوله حسگر (U شکل) به طور مستقیم به مقدار دبی جرمی سیال جاری در لوله وابسته است. حسگرهای ارتعاش در هر طرف لوله، سرعت ارتعاش لوله را اندازه‌گیری می‌کنند. به هنگام جریان سیال، لوله پیچ خورده و بین سیگنال‌های جریان در دو سوی حسگر اختلاف زمان ایجاد می‌شود. اختلاف زمان ایجاد شده به طور مستقیم متناسب با دبی جرمی سیال عبوری است .به دلیل ثابت بودن حجم سیال عبوری از درون لوله در واحد زمان، دانسیته سیال نیز قابل محاسبه است [2]. از ویژگی‌های این نوع میترها می توان به موارد زیر اشاره کرد[4و3]: * عدم وابستگی به دما، فشار، ویسکوزیته، عدد رینولدز و پروفایل سرعت سیال * توانایی اندازه‌گیری دبی جرمی و چگالی دقیق مایع، دوغاب و گاز * اندازه گیری جریان جرمی در محدوده kg⁄h 03/0 تا kg⁄h 1500000 * قابل ساخت تا سایز 12 اینچ * محدوده عملکرد فشار تا 900 بار (Psig 13050) * محدوده دما از 255- تا 400+ درجه سانتیگراد * قابلیت استفاده در اندازه‌گیری‌های نظارتی (Custody Transfer) 3-کاربرد جریان‌سنج‌ جرمی تاکنون دستگاه‌های اندازه‌گیری کوریولیس به صورت مجزا برای کاربردهای مختلفی از جمله کنترل خواص سیال، تشخیص سریع سیال ورودی به‌ چاه‌ و هرزروی گل و نیز حفاری به روش کنترل فشار4 مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اما ایده نصب این جریان‌سنج در ورودی و خروجی چاه برای اندازه‌گیری کامل نرخ چگالی جریان جرمی و حجمی، مزایای متعددی در کنترل عملیات حفاری در پی دارد. جمع‌آوری اطلاعات جریان‌سنج‌های تعبیه شده در ورودی و خروجی چاه و تجمیع به هنگام آن‌ها در سیستم پایش و پردازش عملکرد چاه، می‌تواند به عنوان ابزاری در اختیار حفار و مهندس گل باشد تا مشکلات حفاری در بخش‌هایی همچون راندمان تمیزکاری چاه، کمی کردن میزان تأثیر جاروب کردن خرده‌ها ، پایش گردش گل در ته چاه، پایش مسائل زیست محیطی، هرزروی گل، تشخیص سریع‌تر ورود سیال ناخواسته و بازدهی عملکرد پمپ را کاهش دهد. تخصیص پردازشگر برای تحلیل اطلاعات جمع‌آوری شده از سیال حفاری در ارائه تصویری شفاف از عملکرد حفاری و نیز امکان تشخیص علائم هشداردهنده مؤثر خواهد بود[1]. 3-1- راندمان تمیزکاری چاه اگرچه روش‌های متعددی برای تخمین راندمان تمیزکاری چاه ارائه شده است، اما هنوز دستیابی به روشی دقیق برای محاسبه اینکه تا چه حد خرده‌های حفاری توسط سیال حفاری حمل و یا تعلیق می‌شوند، یک چالش اساسی باقی مانده است. دبی جرمی خرده‌های تولید شده توسط مته حفاری با استفاده از نرخ نفوذ مته و قطر چاه قابل محاسبه است. جمع دبی جرمی تجمعی سیال حفاری ورودی به چاه و دبی جرمی خرده‌های ایجاد شده در اثر حفاری (با استفاده از نرخ نفوذ حفاری) و تفریق آن از جرم تجمعی سیال خروجی از چاه به صورت تئوری بیان‌کننده خرده‌های باقیمانده درون چاه است (شکل 3). ترسیم این اطلاعات به همراه داده‌های به دست آمده از نرخ جرمی خرده‌های ایجاد شده توسط مته می‌تواند پیش‌آگاهی دقیقی از احتمال ایجاد مشکل به مهندس حفار یا مهندس گل ارائه دهد[1]. برخی از مشکلات حفاری که می‌تواند با دسترسی به این اطلاعات مدیریت شوند عبارتند از: گیر لوله‌ها، گشتاور یا دراگ بیش از حد، به هم آمدگی چاه، افزایش دانسیته گل در گردش، هرز روی گل، ویسکوزیته زیاد، عملیات سیمانکاری ضعیف و یا نرخ حفاری کم. 3-2- کمی کردن میزان تأثیر جاروب کردن خرده‌ها دستیابی به میزان تأثیر جاروب کردن خرده‌ها به صورت کمی تنها با اندازه‌گیری چگالی گل خروجی میسر است. همان‌طور که در شکل 4 نشان داده شده است، تفاوت بین چگالی پیل (گل سنگین) ورودی به چاه و چگالی همان پیل هنگام خروج از چاه متناسب با میزان خروج خرده‌ها از چاه است. بررسی روند تغییرات چگالی پیل در هنگام خروج از چاه می‌تواند نشانه‌ای از تأثیر و یا عدم موفقیت عملیات جابجایی خرده‌ها باشد. تحلیل این اطلاعات می‌تواند برای ارزیابی میزان تأثیر عملیات انجام شده به کار برده شود[1]. 3-3- پایش چرخش گل از انتهای چاه تشخیص و کمی کردن حجم خرده‌های خارج شده از چاه بلافاصله بعد از گردش گل تا ته چاه6 یکی از مسائلی است که سبب افزایش زمان‌های غیر مفید دکل حفاری می‌شود. اگرچه این زمان اضافه پس از خروج خرده‌ها به عنوان NPT 7 ثبت نمی‌شود، ولی زمان غیر مفید گردش گل را افزایش می‌دهد. پایش دانسیته سیال خروجی از چاه در عمق مورد نظر می‌تواند راهنمای خوبی برای تعیین زمان مناسب بالا آمدن از انتهای چاه باشد (شکل5). مسیر ترسیم شده با عنوان Sloughing می‌تواند نشان‌دهنده انتقال ضعیف خرده‌ها از انتهای چاه باشد[1]. 3-4-پایش مقررات زیست محیطی عدم اطمینان در تشخیص سطح تماس نفت-آب هنگام جابجایی این سیال‌ها می‌تواند منجر به هدر رفتن حجم اضافی از سیال حفاری تهیه شده برای این جابجایی شود. به طور مثال فرض کنید که در یک چاه از آب دریا به عنوان سیال حفاری استفاده شده باشد. به طور معمول از پیل آب نمک (غلیظ) یا سیال حائل8 قبل از تزریق سیال SBM 9 استفاده می‌شود. هنگامی که پیل آب نمک پس از گردش در درون چاه به سطح می‌رسد، با تشخیص دقیق و ثبت و پایش تغییرات چگالی توسط میتر کوریولیس می‌توان زمان بهینه توقف عملیات جابجایی را تشخیص و از اختلاط نامناسب سیال پایه مصنوعی با آب دریا جلوگیری نمود (شکل 6). بدیهی است هدر رفتن بخشی از سیال گران‌قیمت و نیز آلوده شدن آب دریا از عوامل هزینه‌بر در صورت عدم تشخیص زمان بهینه توقف جابجایی سیال به شمار می‌روند[1]. 3-5-تشخیص هرزروی گل و ورود سیال‌های ناخواسته هرزروی گل به درون سازند به راحتی و با تفریق دبی خروجی سیال (با ملاحظه مقدار خرده‌ها) از دبی ورودی سیال قابل محاسبه است. همواره بخشی از سیال تزریقی برای ایجاد فیلتر صافاب به درون سازند از دست می‌رود. مقدار تجمعی هرزروی گل نیز در طی زمان قابل محاسبه است (شکل 7). ثبت داده‌های به هنگام، دقیق و قابل اطمینان از نرخ جریان در تشخیص هرزروی‌های غیرعادی و کاهش مشکلاتی از قبیل ناپایداری چاه، گیر کردن لوله‌ها، و یا حتی فوران نقش بسیار اساسی دارد. برای بهبود تشخیص ورود سیال ناخواسته به درون چاه استفاده از جریان سنج کوریولیس راه‌حل مناسبی است[1]. 3-6-پایش و مدیریت سیال حفاری اندازه‌گیری جرمی جریان خروجی از چاه می‌تواند در مدیریت سیال و پسماند حفاری به کار گرفته شود. این امر می‌تواند شامل داده‌های ورودی برای محاسبه حجم مورد نیاز رقیق‌سازی سیال و بهبود عملکرد سیستم کنترل ذرات جامد گل باشد. عملکرد کلی سیستم جداسازی خرده‌ها از سیال حفاری بستگی به میزان دبی جرمی خرده‌ها از درون چاه دارد. جرم خرده‌های خارج شده از چاه نیز تأثیر مستقیمی بر حجم پسماندهایی که باید به سیستم تخلیه یا ذخیره پسماند انتقال یابند، دارد. حجم ذرات جامد سبک باقیمانده در گل نیز به عنوان علامتی برای تعیین میزان حجم سیال مورد نیاز رقیق‌سازی کاربرد دارد. باید توجه نمود که حجم جداشده خرده‌های حفاری به عنوان تنها افزایه حاصل از عملیات حفاری نیست و سیال سازند نیز به می‌تواند به سیال حفاری افزوده شود. پایش موازنه جرمی چاه باید به همراه اطلاعات دیگری نظیر گشتاور، دراگ، نرخ نفوذ، وزن رشته حفاری و اطلاعات به هنگام فشار سازند به کار برده شود تا سطح اطمینان از نحوه تمیزکاری چاه را افزایش دهد[1]. نتیجه‌گیری جمع‌آوری داده‌های آنی دبی جرمی و حجمی و چگالی سیال ورودی و خروجی از چاه، راه‌ حلی ابتکاری برای بهینه‌سازی پارامترهای حفاری است. غلبه بر محدودیت‌های فناوری در اندازه‌گیری‌های دقیق و پیوسته از پارامترهای حفاری؛ اطلاعات ارزشمندی را برای گسترش مرزهای حفاری و بهینه‌سازی نرخ نفوذ حفاری در دسترس قرار می‌دهد.

متن کامل [PDF 1953 kb]   (2737 دریافت)    

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

---