89/07/01

جداره گذاری و سیمانکاری چاه نفت

چاه نفت و گاز در واقع شبيه يك مخزن تحت فشار به همراه خط لوله اي مي باشد كه هيدروكربن ها را از مخزن به سطح مي كشاند. كاركرد مخزن تحت فشار بستگي به عملكرد لوله فولادي كه درون چاه قرار مي گيرد، دارد. اين لوله به نام لوله جداره گذاري مشهور است و تا پايان عمر چاه يكپارچگي چاه را تضمين مي كند. عمر متوسط يک چاه چهل سال يا بيشتر مي تواند باشد. به همين دليل، طراحي صحيح لوله جداره گذاري و در نظر گرفتن تمام نيروها و فاكتورهاي محيطي مربوطه اهميت حياتي دارد. جداره گذاري در زمان حفر چاه، تكميل و بهره برداري آن كاركردهاي مختلفي دارد. در يك چاه عميق، ممكن است دهها نوع جداره گذاري مختلف در مراحل گوناگون حفاري يا تكميل چاه صورت گيرد.

اطراف لوله جداره گذاري را سيمان مي پوشاند. سيمان، لوله جداره گذاري را در برابر نيروهاي وارده محافظت مي كند و از زوال آن در طولاني مدت جلوگيري مي كند. سيمان از خوردگي لوله جداره گذاري بر اثر وجود آب نمك دار در طبقات مختلف خاكي جلوگيري مي كند. همچنين سيمان وظيفه دارد از نفوذ آب و گازهاي مختلف موجود در طبقات زمين به فضاي حلقوي لوله جداره گذاري ممانعت به عمل آورد. از وظايف ديگر سيمان، آب بندي كردن بخشهايي از چاه مي باشد كه گل حفاري از آنجا نشت كرده و وارد طبقات خاكي مي شود. مي توان با استفاده از سيمان چاه را بست و از خروج گاز و ساير سيالات از آن جلوگيري نمود. در نهايت با سيمانكاري مي توان بخش انتهاي چاه را آب بندي كرده و چاه ديگري را با فاصله از چاه قديمي حفر نمود.

1- انواع لوله هاي جداره گذاري

لوله هاي جداره گذاري انواع مختلف دارند و ممکن است در يک چاه خاص، چندين نوع جداره گذاري صورت گيرد ولي آنچه رايج است و در اکثر چاههاي نفت ديده مي شود عبارت است از: لوله جداره گذاري اوليه، لوله جداره گذاري سطحي، لوله جداره گذاري مياني و لوله جداره گذاري بهره برداري

لوله جداره گذاري اوليه يا لوله هادي، قطورترين لوله محافظ چاه است و زماني کاربرد پيدا مي کند که خاکهاي سطحي زمين به قدري ناپايدار باشند که در حين حفاري، در اثر خورندگي و شستشوي خاکهاي ناپايدار توسط گل حفاري، حفره هاي کوچک و بزرگ در سطح ايجاد شود. طول اين لوله ها بسته به نوع خاکهاي سطحي بين 3 تا 6 متر است. هدف از قرار دادن لوله جداره گذاري اوليه عبارتست از: هدايت سيال حفاري در مسير برگشت به سطح دكل در حفاري چاه سطحي و ايجاد سيستم بسته گردش سيال- حفاظت طبقات غير مستحكم از خورده شدن توسط جريان گل حفاري - تحمل وزن تجهيزات سرچاهي و شيرهاي فوران گير.

جداره گذاري سطحي اولين بخشي از جداره گذاري است كه تا عمق كافي قرار مي گيرد كه در برابر فشار ناشي از لگد زدن طبقات مختلف مقاومت كند. وظايف لوله جداره گذاري سطحي عبارتست از:امکان نصب شيرهاي فوران گير در سر چاه در حال حفاري براي عميق تر کردن چاه – حفاظت منابع آب شيرين از آلودگي توسط گل حفاري - عا يق کاري طبقات غير مستحكم جهت جلوگيري از ريزش طبقات و ايجاد مشكل براي چاه .

جداره گذاري مياني براي چاههاي كم عمق نيازي نبوده ولي چاه عميق به چندين مورد از اين نوع جداره گذاري احتياج دارد. جداره گذاري مياني مانند ايستگاه بين جداره گذاري سطحي و جداره گذاري بهره برداري عمل مي كند. اهداف اوليه جداره گذاري مياني عبارتند از: افزايش فشار گل حفاري در چاه براي جلوگيري از فشار غير عادي طبقات و جلوگيري از فوران چاه به نحوي كه عميق كردن آن بدون خطر باشد- محافظت از عمليات جهت دار انجام شده مانند چاه جهت دار حفر شده زير جداره گذاري سطحي که با استفاده از جداره گذاري مياني محافظت مي شود.

جداره گذاري بهره برداري در مخازن با عمر بلند مدت صورت مي گيرد. اين جداره گذاري محلي براي لوله هاي تكميلي است كه از داخل آنها هيدروكربنها از مخزن به بيرون منتقل مي شوند. اگر لوله هاي تكميلي نشتي داشته باشند، جداره گذاري بهره برداري بايد بتواند در برابر فشار سيال مقاومت كند.

2- آماده سازي چاه

قبل از جداره گذاري عمليات زير جهت آماده سازي چاه انجام مي گيرد : عمليات نمودارگيري جهت تعيين قوس و انحراف چاه ، محاسبه قطر چاه با استفاده از قطرياب(CaliperLog) ، براي تعيين مقدار حجم دقيق محبوس بين ديواره چاه و لوله جداره گذاري ، اندازه گيري متوسط دما و دماي ماكزيمم در نقاط مختلف چاه براي تعيين مدت زمان سخت شدن دوغاب سيمان و برقوزني ديواره چاه براي كنترل كردن ديواره هاي چاه و به گردش درآوردن و فراوري (Treatment) گل حفاري.

3- آماده سازي رشته جداره گذاري

براي آماده سازي رشته لوله جداره گذاري معمولاً سه شاخه لوله به هم وصل شده و در انبار ذخيره مي شود. در محل چاه، مشخصات آنها از قبيل جنس و نوع فولاد، ‌ضخامت و نوع رزوه آن اندازه گيري و تمام لوله ها شماره گذاري مي شوند. علاوه برآن تجهيزات جانبي زير نيز بر روي لوله ها نصب مي گردد:

كفشك ها (Shoe) و طوق مهار (Shoe) که به لوله پيچ شده و از رزين ترموست براي جلوگيري از باز شدن اتصال پيچي بين آن دو استفاده مي شود.

هم مركز كننده ها (Centeralizers) که به انتهاي لوله و هم تراز كفشك ها و بالا و پايين ابزار سيمانكاري مرحله اي متصل مي شوند.

خراشنده ها (Scratchers) که به انتهاي رشته حفاري و احتمالاً‌ كمي بالاتر از انتها متصل مي شوند تا لايه سفت شده گل حفاري را از ديواره نفوذپذير چاه بزدايند.

4- تجهيزات جداره گذاري

كفشكها،قطعات استوانه اي هستند که لوله جداره گذاري را هدايت کرده و كمك مي كنند تا وارد بخش غيرجداره گذاري شده چاه شود. 

طوقه نشيمنگاهي براي ايجاد نشيمنگاهي براي توپي سيمانکاري بکار مي رود. 

مرکز ياب: قرار گرفتن لوله جداره گذاري در مرکز چاه ايجاد شده يكي از پارامترهاي مهمي است كه موفقيت سيمانكاري را تضمين مي كند. مرکز ياب وسيله اي است که اين منظور را برآورده مي سازد.   خراشنده ها وظيفه شكستن لايه گل خشك شده در ديواره چاه و ايجاد پيوند بهتر بين سيمان و طبقات خاكي را برعهده دارند. خراشنده ها مخصوصاً در لايه هاي قابل نفوذ كه لازم است لايه ايجاد شده از بين برده شود، بکار مي روند.

آب بندها در واقع ديسکهاي لاستيكي هستند كه قطر بزرگتري نسبت به قطر نامي چاه دارند. ديسك داراي شيارهاي مارپيچي است كه سبب مي شود دوغاب سيمان به سمت انتهاي بخش گشاد چاه حركت كند و حفره ها را بهتر پركند

سبدهاي سيمانكاري: ازا ين تجهيزات در نواحي ضعيف براي جلوگيري از هدر رفتن سيمان استفاده مي كنند.

کله گي سيمانكاري (Cementing Head):كله گي به سر لوله جداره گذاري پيچ شده و دو توپي سيمانكاري را نگه مي دارد. كله گي اجازه مي دهد كه سيال حفاري گردش كند و دوغاب سيمان پس از آزاد شدن توپي پايين به داخل پمپ شود. توپي هاي سيمانکاري در داخل کله گي قرار دارند. سيمان از داخل کله گي مي گذرد. با برداشتن پين پايين، توپي پاييني آزاد شده و پشت سر آن دوغاب پمپ مي شود. پس از گذشت زمان مشخص و پمپ شدن حجم مشخص سيمان به داخل چاه، توپي بالا آزاد مي شود.

توپي سيمانكاري: عموماً‌ براي جداكردن سيال هاي مختلف (گل حفاري- سيمان و مخلوط آن دو) در زماني كه سيالهاي مذکور از لوله جداره گذاري پمپ مي شود، مورد استفاده قرار مي گيرد. توپي ها از مخلوط شدن سيالها تا حد امكان جلوگيري مي كنند و خطر آلودگي سيمان را كاهش مي دهند.

5- سيمانكاري

عمليات سيمانكاري عبارت است از پركردن فضاي حلقوي بين ديواره چاه و جداره لوله جداره گذاري با دوغاب مناسب سيمان. در حالت کلي دو نوع سيمانکاري وجود دارد که هر کدام اهداف خاصي را برآورده مي سازند:

سيمانكاري رشته جداره گذاري: در اين نوع سيمانکاري ،جدا كردن سازند مولد از لايه ها و بستر مجاور ،محافظت رشته جداره گذاري از خوردگي و پوسيدگي به سبب وجود سيالهاي خورنده در بسترهاي مجاور، ايجاد آب بندي و جلوگيري از نشتي براي كنترل و ايمني تجهيزات سر چاهي مورد نظر مي باشد .

سيمانكاري تحت فشار يا سيمانكاري فشاري (Squeeze Cementing)در چاههاي مشبك (Perforated borehole).: در اين نوع سيمانکاري ، تزريق سيمان اضافي از بين شبكه هاي چاه مشبك براي تعمير سيمانكاري اوليه يا استحكام دهي آن،پركردن و يا آب بندي لايه تهي شده از نفت وجداسازي بستر از لايه هاي مجاور براي كاستن از درصد آب يا گاز نفوذي در نفت توليدي مورد نظر مي باشد .

سيمان: ترکيب اصلي سيمانهايي که در سيمانکاري چاههاي نفت بکار برده مي شوند، همان سيمانهاي صنعتي است با اين تفاوت که از لحاظ ترکيب ساختاري، موادي به آن اضافه مي شود که خاصيت پمپ پذيري دوغاب سيمان افزايش يابد. نوع مواد و ميزان مواد تشکيل دهنده سيمانهاي صنعت حفاري بايد به گونه اي باشد که خواص ذيل را در آنها ايجاد نمايد:

ويسکوزيته سيمان و زمان سفت شدن آن به صورتي باشد که بتوان آن را با پمپ در عمق معيني از چاه قرار داد. به محض قرار گيري در چاه بايد سريعاً و درکوتاه مدت مقاومت کافي در آن ايجاد شود تا از شکست مکانيکي جلوگيري به عمل آيد. از نظر ترکيب شيميايي، سيالات طبقات مختلف زمين بر روي آن تاثيري نگذارد. چنان قوامي داشته باشد که به مرور زمان تجزيه و فاسد نگردد و کيفيت خود را از دست ندهد. سيمان بايد فاقد نفوذپذيري باشد تا سيال طبقات در آن نفوذ نکند.

روش سيمانكاري:روش سيمانكاري به اين ترتيب است كه دوغاب سيمان با فشار درون لوله جداره گذاري وارد مي شود. دوغاب پس از عبور از درون لوله وارد فضاي حلقوي مي شود و تا ارتفاع از پيش تعيين شده بالا مي آيد. مسيري كه دوغاب سيمان طي مي كند شبيه مسير گل حفاري است. يعني از درون لوله جداره گذاري خارج شده و وارد فضاي حلقوي مي شود. وقتي فضاي حلقوي پر شد، ساکن مي شود و پس از مدتي خشک شده و سخت مي گردد.

نوشته شده توسط محمدرضا زارع |  لینک ثابت   •