پوشاندن چاه بوسیله لوله های جداری یک بخش اساسی از عملیات حفاری و تکمیل چاه های نفت است و عبارت از این است که تعدادی لوله فولادی به یکدیگر متصل و بصورت یک رشته ممتد در چاه نصب شود.  در طول عملیات حفاری یک چاه راندن لوله های جداری بعلل مختلف لازم می شود.

استفاده از لوله های جداری بستگی به مشخصات، ویژگیها، عمق، منطقه و تولید پیش بینی شده چاه دارد لوله جداری در محل خود با پمپ کردن دوغاب به پشت آن سیمانکاری می شود.  وظایف عمومی لوله های جداری بقرار زیر است:

1-      ایجاد مسیری ثابت با قطر مشخص و دقیق که اجازه می دهد که از طریق آن عملیات بعدی حفاری، تکمیل و بهره برداری چاه امکان یابد.

2-      طبقات زمین پوشانده و از هم مجزا می شوند و در نتیجه ارتباط بین آنها قطع می شود و اجازه می دهد از یک لایه مشخص تولید شود.

3-      امکان استفاده از وسایل کنترل چاه و سرچاه و شیرهای تولید را فراهم می کند.

 

فشارهای تحت الارضی و نیروهای وارد بر لوله های جداری

لوله های جداری در چاه تحت تأثیر سه نیروی اصلی قرار دارند:

1-      فشار فروریختگی (یا لهیدگی) (Collapse Loading)

2-      فشار پوکش (Burst Loading)

3-      نیروی کششی (Tensile Loading)

 

نیروی فروریختگی

سطح خارجی هر رشته جداری در چاه تحت تأثر فشار ستون گل حفاری (که معادل فشار طبقات زمین است) قرار می گیرد.  سیال درون رشته جداری نیز باعث اعمال فشار بداخل لوله جداری می شود.  در صورتی که فشار خارج لوله از فشار داخل آن تجاوز نماید نیرویی به خارج لوله جداری وارد می شود که چون میل به فشردن لوله به داخل را دارد نیروی فروریختگی (Collapse Load) نامیده می شود.

 

نیروی پوکش

درهرژرفا، اگرفشاروارد بر داخل هر لوله از فشار خارجی تجاوز کند نیروی پوکش به رشته جداری وارد می شود که میل به انبساط و ترکاندن رشته جداری دارد.

 

نیروی کششی (Tensile Loading)

لوله های جداری بدنبال هم بسته می شوند و بداخل چاه فرستاده می شوند و هر شاخه لوله وزن تمام لوله های زیر خود را تحمل می کند.  لذا بالاترین شاخه لوله جداری همواره بیشترین نیروی کششی را تحمل می کند.  درمواردی که رشته لوله جداری گیرکند و کشیده شود نیرویی علاوه بر وزن لوله برآن وارد می شود.

هر لوله جداری درچاه تحت تأثیر نیروی شناوری گل قرار می گیرد و باعث می شود که قسمت پایین هر رشته جداری درحالت تراکم قرار گیرد.

لوله جداری سطی همواره وزن تمام رشته های جداری داخل چاه را تحمل می کند.  لذا همواره تحت نیروی تراکمی حاصل از وزن آنها می باشد.

 

انواع لوله های جداری بر حسب وظایف

1-        لوله جداری سطحی (Surface Casing)

این لوله جدار ی معمولاً در عمقی در حدود 200-50 متر و بدلایل زیر رانده می شود:

الف-    از ریزش دیواره های چاه و شسته شدن لایه های بی ثبات و نرم و نفوذ گل در لایه ای سطحی نفوذ پذیر جلوگیری کند.

ب-     بتوان لوله ناودانی را برای انتقال گل بازگشتی از حلقه چاه به طرف الک لرزان سوار کرد.

ج-      از آلودگی منابع آب زیرزمینی به گل حفاری، گازونفت و آب نمک سازند جلوگیری شود.

د-       امکان سوار کردن وسایل فورانگیر فراهم شود.

 

2-       لوله های جداری میانی (Intermediate Casing, Protective Casing)

راندن لوله جداری میانی بستگی به عمق چاه و شرایط زمین شناسی منطقه دارد.  این لوله بیشتر نقش محافظ و پوشاننده طبقات مزاحم و پرزحمت را دارد.  معمولاً در چاههای عمیق یک لوله جداری میانی و یا بیشتر باید رانده شود.

دلایل راندن لوله میانی به شرح زیر است:

الف-    تغییردرفشار طبقات و وجود لایه های کم شار وپرفشار که درنتیجه آن یاسیال سازندوارد چاه شود ویاهرزوری گل شروع شود.

ب-     آلوده شدن گل حفاری به سنگهای طبقات زمین(مخصوصاًسنگهای مازنی وپلمه سنگی).

ج-      بروزمارن، پلمه سنگ و نمک سیال در طبقات حفاری شده و احتمال ورود آن به داخل چاه ودر اثر فشار پوشند.

د-       بروز مشکلات حفاری از قبیل گشاد شدن بیش از حد چاه، گیر کردن لوله که در اثر باد کردن و ریزش دیواره های چاه در طبقات پلمه سنگی متورق، چسبنده و سیال رخ    می دهد.

 

علاوه بر دلایل فوق، حفاری و پیمایش لوله بالا، لوله پایین در چاههای عمیق که حفره باز طولانی دارند مشکل و گاهی غیر مطمئن است.  در چنین مواقعی لازم است لوله جداری میانی رانده شود.  لوله جداری میانی ایمنی بیشتری برای کنترل وجلوگیری ازفوران چاه ایجاد می کند و امکان بالا بردن فشارکار مجاز چاه را می دهد.

 

3-       لوله جداری تولید (Production Casing)

لوله تولید معمولاًآخرین وطولانی ترین لوله جداری است که در پایین لایه نفت ده رانده می شود و بستگی به روش تکمیل دارد.  این لوله تمام سازندهای فوقانی را می پوشاند و مسیر لازم را برای عبور و تولید نفت ایجاد می کند.

 

4-       لوله آستره (Liner)

گاهی بجای راندن لوله جداری سرتاسری لوله جداری را از ته چاه تا بالای پاشنه لوله جداری میانی رانده و به آن آویزان می کنند، این لوله آستری نامیده می شود.  فاصله نقطه آویز آستره تا کفشک لوله جداری بنا به روش تکمیل چاه بین 120-60 متر است.

(برای چاههای نفتی 60 متر و برای چاههای گازی 120 متر است.  هدف استفاده از لوله آستری کاهش هزینه است.  در مراحل بعدی عملیات بر حسب ضرورت می توان لوله آستری را تا سرچاه ادامه داد.  این لوله پس آویز نامیده می شود.  ضرورت میتواندبرمبنای برخوردبافشار غیر عادی و زیاد غیر منتظره و یا از بین رفتن لوله جداری قبلی باشد.

 

5-       لوله مغزی (Tubing)

برای لوله تولید چاه گاهی از لوله باقطر کمتر استفاده می شود که مغزی نامیده می شود.  لوله مغزی بوسیله آویز مغزه در جایگاه خود در سر چاه آویزان می شود و سیمان هم نمی شود.

 

در چاههای گازی رشته مغزی همراه با توپک های مخصوص رانده می شود.  در صورت زنگ زدن و پوسیدگی رشته مغزی تولید (که در چاههای گازی بعلت سرعت صعود فوق العاده زیاد، شدید است)، می توان آن را از چاه بیرون کشیده و رشته مغزی جدیدی راند.  رشته های مغزی برای عملیات مکیدن، زنده کردن، تولید گاز رانی چاهها نیز مورد استفاده دارد.

 

 

خواص و مشخصات لوله های جداری

لوله های مورد استفاده در پوشاندن چاههای نفت، از نوع لوله های بسیار قوی و گران قیمت هستند که از آلیاژهای مرغوب و پیشرفته فولادی و تحت عملیات گرمایی پیچیده و استاندارد ساخته می شوند و دارای خواص مکانیکی فوق العاده ای هستند که به آنها تاب تحمل تنش های شدید حاصل از فشار ساکن، فشار هیدرولیک نیروی ثقل و مکانیکی را می دهد.  صنعت حفاری نفت به انواع لوله های جداری از نظر اندازه، نوع و درجه فولاد محتاج است.  لوله های جداری طبق مقررات و استانداردهای ا.پی.آی (American Petroleum Institute) ساخته می شود.  لذا همواره در مباحث از مشخصات استاندارد (API Specification) صحبت می شود.  البته ممکن است در صنعت بعضی از انواع غیر استاندارد نیز استفاده شود.

معمولاً برای ساخت طراحی و استفاده از لوله های جداری به خواص زیر اشاره می شود.

1-      روش ساخت (Manufacturing Process)

2-      حدود طولی لوله (Length Range)

3-      اندازه قطر خارجی(Size Casing)

4-      درجه فولاد ((Steel Grade

5-      وزن اسمی (Nominal Weight)

6-      نوع اتصال (Casing Coupling & Thread)

7-      قطر مجاز (Drift Diameter)

8        مقاومت درمقابل محیطهای خورنده وگوگردی(sulfide &sour environment resistance)

 

روش ساخت لوله های جداری

لوله های جداری با روش ساخت و مشخصات شیمیایی لازم، طبق استاندارد تولید می شوند، محصولات ساخته شده با روش های استاندارد آزمایش می شوند.  لوله های جداری به دو روش بی درز (Seamless)، جوش الکتریکی (Electric Weld) ساخته می شوند.

 

روش بی درز:

طبق تعریف استاندارد عبارت از لوله فولادی است که بدون جوشکاری ساخته می شود.  در این روش با عملیات گرم بر روی فولاد، در صورت لزوم با عملیات سرد لوله جات فولادی را به شکل ابعاد و خواص مورد لزوم تغییر شکل می دهند.

 

روش جوش الکتریکی:

طبق تعریف از یک جوش یک سره که بوسیله قوس الکتریکی یا جوش مقاومت الکتریکی، بدون استفاده از الکترود یا فلز خارجی دیگر ساخته می شود.  معمولاً این نوع جوش بعداً تحت عملیات گرمایی قرار می گیرد.

 

دسته بندی طولی لوله های جداری (length range)

شاخه های لوله های جدار با طول های مختلف ساخته می شوند.  طبق استاندارد طول لوله ها دسته بندی شده اند.  حدود طولی هر دسته طبق جدول زیر است:

دسته طولی (length range)حداقل و حداکثر طول شاخه هر دسته طولی
125-16 فوت
234-25 فوت
334 فوت و بیشتر

 

دسته های طولی لوله های مغزی (tubing) دارای حدود طولی زیر است.

 

دسته طولی (length range)حداقل و حداکثر طول شاخه هر دسته طولی
124-20 فوت
232-28 فوت

 

قطر خارجی لوله های جداری (outside diameter)

لوله های جداری همیشه با قطر خارجی اسمی خود بر حسب اینچ معمولاً در ابعاد استاندارد ساخته می شوند.  جدول زیر خطای مجاز در ساخت لوله های جداری نشان می دهد.

قطر طولی خطای مجاز در ساخت (Tolerance)
لوله های 4 اینچ و کمتراینچ 031/0 ±
لوله های 2/1-4 اینچ و بیشتردرصد 75/0 ±

البته مواردی مشاهده شده است که قطر خارجی لوله بیش از حد مجاز تغییر کرده است.

 

درجه فولاد (Steel Grade)

چندین نوع از فولادهای مورد استفاده در لوله های جداری استاندارد هستند که عبارتند از
p-110,G-95, C-75, N-80 , K-55, J-55 ,H-40 فولادهای S-95 , V-150 و چند نوع دیگر نیز ساخته می شوند که از علامت استاندارد ا.پی.آی استفاده نمی کنند.  مقدار عدد هر درجه فولاد عبارت از مقاومت واروی حداقل آن بر حسب 1000 پوند بر اینچ مربع است.  در مورد درجات فولاد در قسمت خواص مکانیکی فولادها بحث خواهد شد.

 

وزن اسمی (Casing Nominal Weight)

وزن اسمی لوله ها عبارت از وزن واحد طول لوله است (پوند بر فوت)، وزن های اسمی استاندارد معمولاً متوسط وزن بدنه لوله وطوقه اتصال ورزوه های آن است.  قطر داخلی و ضخامت      دیواره های لوله های تابع قطر خارجی و وزن واحد طول لوله هاست، اما قابل محاسبه بوسیله وزن اسمی نیستند و معمولاً باید از کمپانی سازنده کسب شود.  خطای مجاز وزن طولی لوله ها (tolerance) برای هر شاخه 5/6+ و تا 5/3- درصد وزنی است.

 

طوقه اتصال و رزوه لوله های جداری (casing thread and coupling)

همه لوله های جداری استاندارد دارای طوقه اتصال و رزوه هستند.  طوقه اتصال و رزوه ها نیز بنوبه خود بر حسب استاندارد ساخته می شوند.  اولین اتصال استاندارد، دنده ریز (8 round) است که به دو دسته طوقه اتصال و رزوه کوتاه، (ST & C) و طوقه اتصال رزوه بلند (LT & C) تقسیم می شوند.

طوقه اتصال رزوه بلند در مقابل کشش 30 درصد بیشتر از طوقه اتصال رزوه کوتاه مقاومت می کنند.

طوقه اتصال لوله های جداری همچنین دارای انواع سر صاف (plain end) باترس (buttress)، لبه برجسته (extreme line) می باشد.  اتصالات ویژه نظیر وم (VAM) و انواع هایدریل و پی اچ نیز ساخته می شود.

اتصالات باترس برای رشته های طولانی لوله جداری که تحت تنش طولی شدیدهستندبکار     می رود در حالیکه اتصالات E.L (که دارای مقاومتی زیاد در برابر تنش لوله وکشش هستند) برای چاهای پرفشار بکار می رود.  اتصال وم (V.A.M) همان مقاومت کش باترس را ارد.  باضافه آنکه بعلت تماس فلز با فلز عالی که در مقابل عبور و نشت گاز مقاومت می کند.  اتصالهای فوق عالی هایدریل برای مقاومت در فشارهای بسیار زیاد در چاههای گازی ساخته می شوند.  بطو کلی قیمت اتصالات باترس در حدود 5/1-2 درصد، طوقه اتصال VAM6%، و E.L در حدد 18% از اتصالات دنده ریزی استاندارد گرانتر است.

 

قطر مجاز (Drift diameter)

بر مفهوم قطر مجاز باید کاملاً دقت شود.  قطر مجاز لوله های جداری، حداقل قطر داخلی تضمین شده هر شاخه لوله است.  کارخانه سازنده مقدار عددی قطر مجاز هر اندازه لوله و هر وزن اسمی را طبق استاندارد مشخص می کند.  لوله های جداری توسط عملیات نورد و piereing فولاد ساخته می شودو مقدار واقعی قطر داخلی آن ممکن است تا حدود چند هزارم اینچ تغییر کند که ناشی از تغییر جزیی در ضخامت دیواره چاه و یا تمایل جزیی به بیضی بودن لوله است.  قطر مجاز لوله بزرگ ترین قطروسایل حفاری (مته، توپک و غیره) را که با خاطر جمعی از داخل رشته جداری عبور می کند.  برای محاسبات مختلف از جمله ظرفیت لوله جداری باید از قطر داخلی واقعی استفاده شود.

قطر مجاز و قطر داخلی لوله ها را می توان از جدول لوله های جداری استخراج کرد.

گاهی اوقات اشاره به قطر مجاز ویژه (special drift) می شود.  باین معنی که برای بعضی از لوله های جداری قطر مجازویژه داده می شود.  قطر مجاز چنین لوله ها با پرداخت قیمتی بیشتر توسط کارخانه سازنده بطور کامل امتحان شده است.

مقاومت در مقابل هیدروژن سولفوره (H2S resistance)

گاز هیدروژن سولفوره یک گاز اسیدی خطرناک است که با چند مکانیسم مختلف بر لوله های جداری اثر کرده و باعث خوردگی یا شکستن و ترک خوردگی فولاد می شود.  اثر این گاز بر فولاد بستگی به درجه حرارت محیط دارد و اگر درجه حرارت محیط از 175 درجه فارنهایت (80 درجه سانتیگراد) تجاوز کند، گاز هیدروژن سولفوره بر فولاد بی اثر است.  در درجه حرارت کمتر از 175 درجه فارنهایت تنها بعضی از انواع فولاد در مقابل این گاز مقاوم هستند جدول زیر اثر این گاز را بر انواع فولاد نشان می دهد.

اگر درجه حرارت از 175 (80)درجه تجاوز کنددرجه حرارت کمتر از 175(80)
N-80,P-110,C-75C-75, L-80, C-95
L-80, C-95, S-95, P-110S-95, J-55, K-55
80-110 KSTحداکثرسختی(Hardness)نبایداز26واحد

(rock well-c) تجاوزکند

 

خواص مکانیکی لوله های جداری

همانطور که قبلاً اشاره شد لوله های جداری از فولاد های پیشرفته ساخته می شود.  اصولاً خواص الاستیک فولاد و انواع آن باعث استفاده گسترده آن در شاخه های مختلف صنایع شده است.  خاصیت الاستیک یک جسم باین معنی است که اگر در اثر اعمال یک نیرو بر جسم، تغییر حالت یا اندازه ها درآن ایجاد شود پس از قطع نیرو جسم به حالت واندازه اولیه خودباز می گردد.  همچنین اگر یک میله فولادی را از دو طرف بکشیم افزایش طول پیدا می کند و با قطع نیرو به اندازه اولیه خود باز می گردد.  واکنش الاستیک فولاد (یا هر جسم) دیگر دارای حدودی است.  اگر نیروی وارد بر یک میله فولادی بتدریج افزایش یابد در یک نقطه افزایش طول زیادی در نمونه مشاهده می شود و اگر نیرو قطع شود جسم بحالت اولیه خود باز نمی گردد.  اگر نیرو باز هم افزایش پیدا کند طول لوله بیشتر می شود و به همان حال می ماند.  نقطه افزایش طول ناگهانی لوله نقطه واروی نامیده می شود.

جسم پس از گذشتن از نقطه واروی پلاستیک عمل می کند.  با افزایش بیشتر نیرو بر میله آهنی نقطه ای می رسد که سطح مقطع جسم کاهش یافته و نمونه وارد مرحله گسیختگی می شود.  و در آخر به نقطه گسیختگی نهایی می رسد.  البته لازم به توضیح است که تغییر طول که درباره آن صحبت شد بسیار کوچک و در حدود اجزاء میلی متر می باشد و تنها بوسیله خط کش های مکانیکی مخصوص قابل اندازه گیری است.

نقطه واروی یعنی نقطه ای که تغییر طول زیاد و غیر قابل برگشتی در جسم ایجاد می شود و واکنش جسم در مقابل نیرو از مرحله  الاستیک به مرحله پلاستیک وارد می شود، از نظر مهندسی مواد بسیار مهم است.  طراحی وسایل و قطعات همیشه در حدود عملکرد لاستیک فولاد انجام می شود.

کمیت مقاومت واروی (yield strength) فولاد و دیگر اجسام بر حسب پام (پوند بر اینچ مربع) بیان می شود.  نقطه واروی انواع درجات فولاد را طبق روش های استاندارد ا. پی. آی در کارخانه سازنده آزمایش واندازه گیری می شود.  چون تعیین نقطه واروی بااعمال متوالی نیرواندازه گیری تغییر طول، مخصوصاً در نقطه واروی مشکل است.  طبق روش  استاندارد نمونه ها 2 اینچی ساخته می شود و نیروی واروی مقدار نیرویی است که در نمونه 5/0 درصد اضافه طول ایجاد کند.

 

درجات فولاد استاندارد مجموعه ای از یک حرف و یک عدد است.  عدد نشان دهنده مقاومت واروی حداقل است.  مقاومت واروی حداقل طبق تعریف، هشتاد درصد مقاومت واروی هر نوع فولاد است.  بر اساس مقاومت واروی هر یک از انواع فولاد، مقاومت لوله جات ساخته در مقابل فشار خارجی، فشار داخلی و نیروی کششی تعیین می شود، کمیت این مقاومت ها که بروش استاندارد نیز مورد آزمایش قرار می گیرد در جدول های مربوطه مشخص شده است.  در جدول همراه مقاومت فروریختگی پوکشی و کششی انواع فولاد و اندازه نشان داده شده است.

وقتی که یک رشته جداری در چاه رانده می شود در یک آن بیشتر از یک نیرو تحمل می کند.  به این معنی که هر لوله جداری علاوه بر آن که فشارهای خارجی یا داخلی را تحمل می کند نیروی لوله های زیرین خود را نیز تحمل می کند.

لذا باید خواص مکانیکی لوله را تحت اثر دو نیرو بررسی کرد.  در عمل ممکن است بطور کلی چهار حالت رخ دهد:

1-      لوله تحت کشش است وفشار بر خارج آن وارد می شود، در این صورت دراثر تنش طولی مقاومت فروریختگی لوله کاهش می یابد.

2-      لوله تحت کشش است و فشار به داخل آن وارد می شود، دراین صورت دراثر تنش طولی مقاومت پوکشی لوله کاهش می یابد.

3-      لوله تحت تراکم است و فشار به خارج لوله وارد می شود، در این صورت در اثر تنش طولی مقاومت فروریختگی لوله تقویت می شود.

4-      لوله تحت تراکم است و فشار به داخل لوله وارد می شود، در این صورت دراثر تنش طولی مقاومت پوکشی لوله تقویت می شود.

برای محاسبه تغییر مقاومت های لوله جداری تحت اثر نیروهای طولی از بیضی تنش دو محوری استفاده می شود.  بر اساس درصدی از تنش طولی که در لوله ایجاد شده کاهش یا افزایش مقاومت های فروریختگی یا ترکشی لوله از این بیضی محاسبه می شود.

 

تجهیزات لوله های جداری (casing jewelry)

برای راندن و سیمانکاری لوله های جداری وسایل مختلفی است که یک دسته تجهیزات لوله جداری است که شامل:  کفشک (shoe)، طوقه سیمان (cement collar)، پرگر (centralizer) است.

کفشک هادی و راهنمای لوله جداری در حین پایین رفتن آن است.  کفشک یک طوقه سیمانی همسان (از لحاظ اندازه، وزن اسمی و رزوه) با لوله جداری است.  پایین آن بصورت دماغه و گرد است، تا مانع گیر کردن و برخورد لبه لوله جداری با دیواره های چاه شود.

طوقه سیمانی نیز یک طوقه همسان با لوله جداری است و محل نشستن جداره روب سیمان بالا و پایین، پس از جابجایی گل و سیمان به پشت لوله جداری است و درعین حال، اجازه می دهد همواره مقداری سیمان بین آن وکفشک باقی بماند.  لذا همیشه طوقه سیمان یک شاخه یا بیشتر بالای کفشک قرارمی گیرد تا از وجود سیمان خوب در پشت کفشک مطمئن بود.  معمولاً مقداری از سیمان در اطراف پلاگ بالایی آلوده به گل می شود و استفاده از روش فوق مانع رسیدن به خارج و اطراف کفشک لوله جداری می شود.

کفشک و طوقه سیمان ممکن است درانواع کفشک ساده (guide shoe) و طوقه سیمان ساده (baffle collar) ساخته شوند و یا بصورت شناور (float) پر شونده (automatic fill up) .

کفشک و طوقه سیمان شناور کاربرد مختلفی دارند، از جمله:

اولاً:  باعث می شود که بستگی به ارتفاع گل داخل لوله، رشته جداری درچاه شناور باشد، ثانیاً:  شیر پس فشار که داخل آنها تعبیه شده در اثر فشار خارج لوله جداری بسته شود و در واقع تجهیزات شناور، شیر یکطرفه هستند، لذا با پایین رفتن رشته جداری مانع ورود هر نوع سیالی از پایین به داخل آن می شوند، ثالثاً:  می توان در حین پایین رفتن و یا پس از رسیدن به ته چاه، گل را از داخل لوله جداری به گردش درآورد.

مسئله مهمتر این است که دوغاب سیمان معمولاً از گل حفاری سنگین تر است.  پس از جابجا کردن سیمان به پشت لوله جداری، تجهیزات شناور بصورت شیر یکطرفه پایین لوله جداری را بسته و مانع پس جریان بداخل لوله جداری می شوند.

 

نوع دیگرگفشک و طوقه سیمان نوع پر شونده است که با اسامی پرشونده اتوماتیک
(automatic fill up) و یا پرشوند اختلاف فشاری (differential fill up) نامیده می شود.  تجهیزات پرشونده این امکان را می دهند، مادام که رشته جداری در چاه پایین می رود از ته پر شود.  اساس کار این نوع وسایل بر اختلاف فشار خارج و داخل لوله جداری است.  پرشونده های مورد استفاده معمولاً هر یک به تنهایی تا 90 درصد رشته جداری را پر می کنند.  استفاده از تجهیزات پرشونده خاصیت پیستونی را یکی از عوامل اصلی هرزوری  گل در حین راندن رشته جداری است کاهش می دهد، زیرا فشار دمشی یا فروکوبی (surge pressure) گل حفاری بر سازند کم می شود.  وسایل پرشونده در عین حال ضرورت پرکردن متوالی رشته جداری (از بالا) را حذف می کنند.  هر زمان که لازم شود می توان گردش گل را در رشته جداری انجام داد و درصورت ضرورت نیزباپمپ کردن یک گلوله مخصوص وسایل پرشونده رابه وسایل شناور معمولی تبدیل کرد.

همانطور که توضیح داده شده تجهیزات پرشونده تا 90 درصد داخل لوله جداری را پر وسپس بسته می شوند.  لذا نباید از آنها در رشته های جداری که لایه های نفت و گازده را می پوشاند استفاده کرد.  معمولاً بر حسب شرایط چاه در هر رشته جداری ترکیبات مختلف انواع طوقه سیمان و کشفک استفاده می شود.

ازدیگرتجهیزات، لوله های وسایل مضاعت (duplex jevlery) ووسایل سیمان زنی چند مرحله ای (multistage cementer) می باشد.  تجهیزات مضاعف شامل کشفک مضاعف (duplex shoe) طوقه سیمان مضاعف(duplex collar) است.  با استفاده از وسایل مضاعف احتیاجی به پمپ نمودن سیمان مخلوط شده به داخل رشته جداری و جابجایی آن به پشت آن نیست، بلکه دوغاب سیمان یکسره از طریق لوله حفاری به پشت رشته جداری فرستاده می شود.  با این روش سیمانکاری از آلوده شدن سیمان کاملاً جلوگیری می شود.  در عین حال که در زمان سیمانکاری نیز صرفه جویی قابل ملاحظه ای می شود.  این روش برای سیمانکاری رشته های جداری بزرگ، نظیر 28 . 30 و رشته های طولانی 20 و 8/5-18 استفاده می شود.

نحوه کار بدین ترتیب است که کفشک یا طوقه سیمان مضاعف به پایین لوله های جداری بسته می شود.  رشته جداری پس ازرسیدن به ته چاه برکف گودال ویا سرجداره قبلی آویزان می شود، سپس لوله های حفاری بداخل چاه فرستاده می شود که به پایین آن Stinger بسته شده است.

 

در ته چاه sting وارد دهانه آکندی کفشک مضاعف (sealing port) می شود، پس از Sting in ارتباط داخل لوله حفاری بالوله جداری قطع می شود، سپس سیمان در سر چاه مخلوط و از طریق لوله حفاری به پشت لوله جداری فرستاده میشود، پس از زدن سیمان با انداختن یک لوله روب، سیمان داخل لوله حفاری تا stinger تمیز می شود و متعاقب آن stinger از کفشک خارج می شود.

وسایل سیمان زنی چندمرحله ای موارد استفاده زیادی دارد.  از جمله هنگامیکه هرزروی سیمان حتمی و احتمال بازگشت سیمان به سطح زمین کم است و یا اینکه بعلت طولانی بودن رشته جداری احتمال آلودگی سیمان می رود که باعث کاهش بست سیمان می شود.  با استفاده از سیمان زن چند مرحله ای می توان دالیز لوله جداری در چند مرحله و بترتیب از پایین به بالا سیمان کرد.

 

پرگرها (centralizers)

پرگرها به دوررشته جداری بسته می شوند تا با متمرکز کردن آن در وسط چاه و ایجاد فاصله بین دیواره های چاه و لوله جداری، در حین سیمانکاری بدو منظور اساسی دست یافته شود.

1-      سیمان در اطراف لوله جداری بطور کامل پخش شود.

2-      بین سازند و لوله جداری لایه ای از سیمان با ضخامت کافی ایجاد شود.  بستن پرگر بور لوله جداری، درواقع روش مکانیکی دست یابی به نظریات فوق است که همراه سیمان مناسب دارای خواص سیمان خوب ونیز سرعت زیاد دردالیز و ایجاد تلاطم درآن، مورداستفاده قرارمی گیرد.

پرگرها باید قدرت کافی برای تمرکز رشته جداری در چاه و فضای کافی برای گذر جریان گل و سیمان از کنار خود داشته باشد و نیز باید یک لایه متقارن سیمان بدور لوله جداری بوجود آورند.  پرگرها با دور کردن رشته جداری از دیواره های چاه ، مانع چسبیدن و کاهش نیروی مقاوم در برابر حرکت رشته جداری در چاه می شود و درعین حال خطر گیر اختلاف فشاری (differential pressure sticking) را تقلیل می دهد.  پرگرها به کندن وتمیز کردن اندود گل از

 

دیواره های چاه کمک می کند و از شیار دارد شدن (channeling) سیمان در اطراف رشته جداری جلوگیری می کند.

پرگرها در انواع مختلف ساخته می شوند.  مهمترین آنها که فعلاً در کار ما متداول و موارد استفاده دارددونوع است: پرگرفنری وپرگرسخت.  پرگرفنری دردونوع کشیده(straight centralizer) و مارپیچ (spiral) ساخته می شود و برای تمرکز رشته جداری در چاه باز استفاده می شود.

پرگر سخت که (rigid centralizer) یا (positive centralizer) نامیده می شود برای در وسط قرار دادن رشته جداری در رشته جداری دیگر استفاده می شود.  معمولاً سه عدد از این نوع پرگر در بالای رشته جداری و چند عدد بین رشته جداری و حوالی کفشک رشته جداری قبلی قرار داده می شود.

هر چه پرگر بیشتری در چاه استفاده شود، سیمان پشت لوله جداری یکنواخت و بهتر خواهد بود، اما از آنجا بردن تعداد زیادی پرگر، باعث کندی لوله در چاه و نیز احتمال خطر گیر کردن رشته جداری را زیاد می کند.

معمولاً سر حفارها علاقه چندانی به استفاده از این وسیله را ندارند.  روشهای مختلفی برای انتخاب پرگر در رشته جداری وجود دارد که معمولاً بر حسب وضعیت چاه استفاده می شود.  پرگرهایی که بدور چند شاخه پایین رشته دارند نقش مهمی دارند.

 

سر جداره ها (casing heads)

لوله های جداری پس از سیمانکاری و قبل از بستن سیمان باید بر سر چاه آویزان شوند.  به این منظور از سر جداره (casing heads) استفاده می شود.

سر جداره ها در طول حفاری، پایه قرار گرفتن وسایل کنترل چاه و در مرحله تکمیل، محل سوار کردن کلیه وسایل تکمیل و بهره برداری چاه خواهند بود.

 

سرجداره ها درانواع مختلف از لحاظ اندازه و فشار، نوع کاربرد ساخته می شود.  این وسایل علاوه بر تحمل وزن رشته جداری، فشار سر چاه را تحمل می کنند.

معمولاً وسایل سرچاه بامقاومت های 2000،300،5000، 000ر10، 000ر15پام ساخته می شوند که بر حسب فشار سازند تشکیلات زمین شناسی هر منطقه مورد استفاده قرار می گیرند.

 

سرجداره پایه (casing head housing, braden head)

سرجداره پایه به لوله جداری سطحی بسته میشود وپایه اصلی برای سوارکردن وسایل فوران گیر، سر جداره های بعد و سری تکمیل و بهره برداری چاه است.  سر جداره پایه وزن تمام لوله های جداری یک چاه را تحمل می کند، نیروی وارده به سر جداره پایه از طریق لوله جداری سطحی به زمین منتقل می شود.  سر جداره پایه پیچی (screw-on-casing head) را با اندازه گیری و نصب دقیق لوله جداری سطحی نسبت به عمق چاه سطحی، طوری قرار می دهند که فلنج بالای آن 173 سانتی متر (5 فوت و 8 اینچ) از سطح محل چاه فاصله داشته باشد.  در صورت قرار نگرفتن سر جداره در محل مناسب، معمولاً بالای شاخه اول رشته جداری را از محل لازم بریده و سر جداره پایه جوشی (weld-on type head) سوار و جوش می شود.

در مناطق نفتخیز جنوب، بطور معمول لوله جدرای سطحی ً8/5-18 یا 20 اینچ است و سر جداره پایه از نوع پام 2000-20 است.  در دو طرف این سر جداره دو مجرا وجود دارد که محل سوار کردن شیرهای خروجی و ارتباط با دالیز لوله جداری سطحی و لوله جداری میانی می باشد.

 

چنبر لوله جداری (slip and seal assembly)

هر رشته جداری، پس ازسیمانکاری بوسیله چنبر روی سر جداره قبلی آویزان می شود.  برحسب چگونگی عملیات امکان استفاده از سه نوع چنبر وجود دارد.  دراین جابه انواع آن اشاره می شود.  لازم به توضیح است که اسامی سی.ام.دبلیو-سی و آ-دبلیو چنبر ها فقط مربوط به محصولات ساخت شرکت کامرون است.

1-        چنبر خودکار (The CA Seal & Slip Assembly)

این نوع چنبر قادر به تحمل وزن لوله های جداری خیلی سنگین است و قسمت آکند
(seal assembly) با استفاده از وزن رشته جداری بطور خودکار عمل کردن و دور لوله جداری آکندودالیزچاه رامسدودمی کند.  این نوع چنبررا که از نوع یک تکه است (wrap-around type)، می توان در روی سکو به دور لوله جداری بسته و با دو رشته سیم نازک معمولی فوران گیر ها پایین برده و در جام سر جداره انداخت سپس با شل کردن وزن رشته جداری چنبر و قسمت آکند عمل می کند.  باید توجه کرد که برای عمل کردن قسمت آکند این چنبر حداقل مقداری معین نیرو (وزن رشته جداری) لازم است (به کتاب مقررات حفاری و کاتالوگ کامرون مراجعه شود).

 

2-       چنبر نیمه سنگین (The AW Slip And Seal Assembly)

معمولاً برای آویزان کردن لوله های جداری ً8/5-9 و ً7 از این نوع چنبر استفاده می شود.  این نوع چنبر، نظیر چنبر اتوماتیک رانده میشود با این تفاوت که قسمت آکند نه بوسیله وزن رشته بلکه با سفت شدن چند پیچ شش پر مخصوص دور لوله جداری را آکند می کند.

 

3-       چنبر چند تکه سنگین (The WC Slip And Seal Assembly)

اگر به دلایلی آویزان کردن لوله جداری ً8/3-13 را نتوان با چنبر خودکار انجام داد می توان از چنبر چند تکه سنگین استفاده کرد.  برای قرار دادن این نوع چنبر فوران گیر دالیزی را برداشته وسپس قسمت آویز چنبر درجام سر چداره قرار داده می شود.  پس ازآن سمت آکند را بسته و با سست شدن پیچهای مخصوص دور لوله جداری مسدود می شود.

 

ماسوره سر جداره (casing head spool)

قسمت بعدی از وسایل سر جداره، ماسوره سر جداره است.  در بالا و پایین این وسیله فلنج تعبیه شده است.  پایین ماسوره سر جداره برای قرار گرفتن بوشینگ مسدود کردن دور جداری ساخته شده است و در بالا جام آویزان نمودن لوله جداری بعدی تعبیه شده است.  در دو طرف ماسوره سر جداره فضای خروجی با اتصال پیچ دار یا فلنجی و یا داخل دنده خورده تعبیه شده است.  معمولاً پس از راندن رشته جداری ً8/3-13 و آویختن آن در سرجداره پایه ، ماسوره ً8/3-13 سوار می شود که فلنج پایین آن 2000-20 پام است و فلنج بالای آن یا 5000-ً8/5-13 و یا 3000-12 است.

 

بوشینگ رشته جداری (نوعx) (x- bushing)

بوشینگ لوله جداری وظیفه قطع ارتباط بین داخل لوله جداری و فضای بین فلنج ها و چنبر را دارد و در واقع مسدود کننده ثانوی است که بصورت یک تبدیل، فشار کار مجاز سر چاه را در بالای خود افزایش می دهد: بوشینگ نوع x به قسمت داخلی و زیرین سر جداره چسبیده و آن را مسدود می کند و حلقه آکندی آن (p-seal) بدور لوله جداری فشرده و آکنده می شود.  حلقه  آکندی از ماده قابل قالب گیری پلاستیکی (a moul –ded asbeos ring) ساخته می شود و با فشردن عده های پرکننده پلاستیک (plastic packing gland) بدورش، عمل کرده و به لوله جداری محکم چسبیده و ارتباط بالا و پایین خود را قطع می کند.

مقالات

دیدگاهتان را بنویسید