آشنایی با سیستم گردش سیال حفاری Circulating System

این سیستم وظیفه دارد تا سیال حفاری را به سمت مته در انتهای چاه و سپس در جهت عکس به سمت سطح زمین به منظور تمیز کردن و تصفیه شدن به حرکت درآورد. در این سیستم، سیال حفاری باید از میان ساقه حفاری به طرف پایین رفته و پس از یک گردش سریع از دور و اطراف به سمت بالا در فضای حلقوی بین ساقه حفاری و دیواره چاه یا جداره جریان یابد (شکل ۳۶). یک سیستم گردشی از پمپ­ های گل، شیلنگ گردان (Rotary Hose)، مفصل گردان یا محرک فوقانی (Swivel or Top Drive)، ساقه حفاری، مته، خط برگشت گل و مخازن گل برای حرکت سیال، تسویه گل و جریان مجدد آن بداخل چاه استفاده می­کند. برای آشنایی با سیستم گردش سیال حفاری همراه با دریلینگ استور باشید.

تجهیزات نامبرده شده اعضای اصلی این سیستم می­باشند در صورتی که سیستم مذکور از هوا یا گاز بعنوان سیال حفاری استفاده نماید کمپرسور هم باید اضافه گردد).

شکل 35 – اجزای اولیه سیستم تصفیه گل حفاری

شکل 36 – نحوه جریان سیال حفاری درون چاه

سیال حفاری Drilling Fluid

 اهداف اصلی استفاده از سیال حفاری عبارتند از:

1- تمیز کردن انتهای چاه از ذرات کنده شده

2- خنک و روان­کاری مته و ساقه حفاری

3-خارج کردن براده ­ها از چاه

4- تقویت دیواره ­های چاه بطوری که به داخل چاه ریزش نکنند

5-جلوگیری از ورود سیالات موجود در ساختار زمین به داخل دیواره چاه

گل­های مایع Liquid Muds

سیال در گردش معمولاً یک مایع می­باشد ولی در بعضی اوقات می­توان از یک گاز یا هوا نیز به عنوان سیال حفاری استفاده کرد. یک سیال می­تواند مایع یا گاز باشد. اگر سیال در گردش مایع باشد در بیشتر اوقات ترکیبی از آب است اگرچه گاهی اوقات از نفت یا گازوئیل هم استفاده می­شود. به هر دو نوع سیال حفاری با بنیان آبی یا بنیان نفتی، گل حفاری (Mud Drilling) یا گل (Mud) می­گویند زیرا شبیه به گل می­باشند. با وجود این بسیاری از گل­های حفاری مرکب می­باشند.

افزودنی­های شیمیایی خاص و مواد سنگین کننده در آنها برای دست­یابی به اهداف مورد نظر اضافه می­شود. اضافه کردن بنتونیت (Bentonite) یا آتابولگیت زمینی (Attapulgite Ground) به گل حفاری خاصیت Thixotropic می­دهد. سیال Thixotropic تا زمانی که در حال حرکت می­باشد مایع است و زمانی که از حرکت باز می­ایستد برای مثال وقتی که حفاران پمپ گل را خاموش می­کنند تبدیل به سیالی ژله مانند می­شود و یا به حالت شبه جامد در می­آید.

گل­های Thixotropic براده ­های ایجاد شده توسط مته را حمل کرده و وقتی که حفاری صورت می­گیرد آنها را از چاه بالا می­آورند. وقتی که حفاری متوقف می­شود برای مثال وقتی که کارگران یک اتصال را به هم می­بندند یعنی زمان افزودن یک اتصال لوله به رشته حفاری که حفاران پمپ گل را متوقف می­کنند، گل برای جلوگیری از سقوط براده ­ها به داخل چاه حالت ژله­ای پیدا می­کند. سولفات باریم که یک ماده معدنی سنگین است جهت افزایش چگالی گل به آن افزوده می­شود. مواد شیمیایی مانند کبرا چو (Quebracho)، لیگنیت (Lgnite) یا زغال سنگ قهوه­ای، پلیمرها، لیگنوسولفاته های بهینه شده ( Modified Lignosulfate) و تعدادی از فسفاته­ ها جهت کنترل ضخامت گل یا ویسکوزیته و افزایش قابلیت ذرات جامد در گل برای رسوب دادن یک لایه روی دیواره چاه، استفاده می­شوند. رسوب گلی روی دیواره به جلوگیری کردن از ایجاد مزاحمت و مشکل از طرف سیالات موجود در ساختار زمین کمک می­کند و فروریزی دیواره را کنترل می­کند.

هوا، گاز و کف Air, Gas, and Foam

در صورتی که ساختار زمین دارای سیالات با فشار بالا نباشد می­توان از هوای فشرده، کف یا گاز طبیعی به عنوان سیال حفاری استفاده کرد. استفاده از این سیالات دارای معایب و مزایانی می­باشد. هوا، گاز و کف، حفاری خیلی سریع را ممکن می­سازند. از آنجایی که این سیالات بسیار سبک می­باشند و چگالی کمی دارند، فشار انتهای چاه را خیلی زیاد افزایش نمی­دهند. چگال کننده یک سیال، باعث افزایش فشار زیاد در انتهای چاه می­شود. فشار در انتهای چاه تمایل دارد که براده­ های ایجاد شده توسط مته را در پایین نگه دارد بنابراین براده ­ها در مسیر حفاری قرار می­گیرند و در نتیجه برنده­ های مته همیشه به راحتی نمی­توانند سنگ­های بریده نشده را حفر نمایند. و به جای آن براده ­هایی که توسط فشار سیال در پایین نگه داشته شده­اند را مجدداً می­برد و حفر می­کند. از آنجا که هوا، گاز و کف سبک هستند، و فشار را در انتهای چاه خیلی افزایش نمی­دهند در نتیجه ذرات بریده را نیز در ته چاه نگاه نمی­دارند. براده­ ها فوراً از انتهای چاه بالا آورده می­شوند و مته به راحتی ساختار کنده نشده را حفر می­کند.

از ایرادات این روش ایجاد رسوب روی دیواره چاه (Wall Cake) خواهد بود که علت تشکیل آن نیز تماس آب موجود در چاه­ ها با ذرات حفاری شده می­باشد. این امر استفاده از هوا و گاز را بعنوان سیال حفاری بسیار محدود می­نماید.

مخازن گل حفاری Muct Tariks

 وظیفه اصلی این مخازن عبارتند از ۱) جمع­آوری و انباشتن گل جریان یافته از چاه، ۲) تأمین و تدارک سیال جهت پمپ برای گردش سیال، ۳) ذخیره گل کافی برای تأمین سیال مورد نظر در موقعی که عمق چاه افزایش پیدا می­کند و نیاز به گل بیشتری می­باشد.

 گل در مخازن گل به کمک یک قیف گل مخصوص (Hopper) ریخته می­شود و با آب مخلوط می­شود. از آنجائیکه این مواد سوزآور هستند باید هنگام ریختن آنها به داخل مخازن دقت لازم بعمل آید تا به کارگران آسیبی نرسد.

پمپ­های گل Mud Pumps

پمپ گل از اجزاء اوليه هر سیستم گردش سیال حفاری و از می­باشد. فشار پمپ، سیال را از مخزن گل حفاری (pit) و از میان ساقه حفاری به مته و سپس به کمک ساختار حلقوی و برعکس به سمت مخزن (pit) منتقل می­کند (شکل ۳۷). پمپ­ها نیروی خود را از موتورهای الکتریکی که به طور مستقیم به آنها متصل شده­اند دریافت می­کنند و یا توسط Compound دوران می­نمایند.

شکل 37 – پمپ گل حفاری

سیکل و گردش گل حفاری The Mud Cycle

گل حفاری از تانک مکش گل و از میان لوله تخلیه به یک لوله عمودی ایستاده، یا Standpipe پمپ می­گردد. لوله ایستاده یک لوله فولادی می­باشد که روی یکی از پایه ­های دکل بصورت عمودی نصب شده است (شکل ۳۸) گل حفاری از داخل لوله ایستاده (Stand Pipe به داخل یک شلنگ لاستیکی، قابل انعطاف و محکم که به آن شلنگ گردان (Rotary Hose) یا شلنگ کلی (Kelly hose) می­گویند پمپ می­شود. شلنگ چرخان به مفصل گردان یا (Swivel) متصل شده است، گل حفاری وارد مفصل گردان (Swivel) یا واحد محرک فوقانی (Top Drive Unit) می­شود و از میان کلی (Kelly)، لوله ­های حفاری و وزنه­ های حفاری به سمت پایین جاری می­شود و از مته خارج می­گردد. گل حفاری سپس یک گردش و دوران U شكل تند انجام داده و به سمت بالای چاه از میان ساختار حلقوی (Annulus) عازم می­گردد. در انتها گل حفاری بوسیله یک لوله فولادی با خط برگشت گل (Mud Return Line) یا خط جریان (Flow line) چاه را ترک کرده و بر روی یک صفحه مرتعش به نام (Shale Shaker) می­ریزد.

شکل 38 – نحوه قرارگیری لوله ایستاده

لرزاننده یا Shaker بعد از اینکه براده­ ها و ذرات ریز روی صفحه لرزان پراکنده شدند آنها را الک می­کند. در مکان­هایی که محیط زیست آنها حساس و آسیب­پذیر است هم در زمین و هم در دریا براده­ های Shaker قبل از آنکه دور ریخته شوند ابتدا جمع­آوری و سپس تصفیه می­گردند. گل حفاری که از Shale shaker به مخزن و تانک گل ریخته می­شود، تصفیه شده و توسط پمپ گل مجدداً درون چاه به گردش در می­آید. (شکل ۳۹) آرایش و جانمایی یک سیستم تصفیه گل را نشان می­دهد. کارگر حفاری، آب، خاک رس، و سایر مواد را برای جبران ضایعات درون چاهی و تنظیم خواص گل طبق شرایط دیواره چاه در ساختار جدید اضافه می­کند.

شکل 39 – آرایش و جانمایی سیستم تصفیه گل

به دلیل وجود ذرات ریز شن و گل و لای در اکثر دیواره چاه­ ها و برخورد گل حفاری با آنها دستگاه­ های ماسه­گیر (Desilter) و شن­گیر (desander) (شکل ۴۰) به طور عادی روی تانک­های گل جهت جدا کردن این ذرات بسیار کوچک نصب شده­اند. چنانچه گل و لای و شن از گل جدا نگردند و به همراه گل حفاری به درون چاه، جریان یابد، او گل را از نظر وزن مخصوص سنگین­تر می­نماید و ثانياً باعث فرسایش و خوردگی سريع لوله­ های حفاری و دیگر سیستم گردش سیال می­گردد.

شکل 40 – دستگاه­ های شن­گیر و ماسه ­گیر

گاززداها Degassers

اگر یک ساختار حاوی گاز باشد برای جدا کردن این گاز از گل حفاری از دستگاهی بنام گاززدا استفاده می­شود. گل برگشته از چاه قبل از آنکه مجدداً بدرون چاه جریان یابد، توسط این وسیله گاززدایی می­شود. (شکل ۴۱). Degasserها به دو دسته اتمسفری و خلأیی تقسیم می­شوند. در نوع اتمسفری که تا دهه ۷۰ طراحی و ساخته می­شد، گل به داخل مخزن پمپ شده و به سمت دیواره مخزن اسپری می­شود. این برخورد باعث جدایی ذرات گاز از گل شده، گل بدون گاز از ته مخزن خارج می­شود. در نوع دوم یعنی Vacuum Fill Degasser گل همراه با گاز به داخل مخزن جریان می­یابد. مخزن دارای صفحاتی چین­دار است که گل از بین آنها عبور می­کند.

افزایش سطح و آشفته شدن جریان به علت وجود چین­ها باعث افزایش کارایی دستگاه می­گردد. گاز جدا شده از گل که در بالای مخزن جمع می­شود بوسیله یک پمپ خلاء تخلیه می­شود. گل حفاری حاوی گاز نباید مجدداً به درون چاه وارد شود زیرا باعث کاهش وزن مخصوص گل شده و این امر به فوران چاه که پدیده خطرناکی می­باشد کمک می­کند.

شکل 41 – دستگاه گاززدا Degasser