آشنایی با آویزه آستری

از همان زمان که اولین چاه‌های نفت جهت استخراج این ماده گران‌بها زده شد، متخصصین و مهندسان این رشته دست به تحول در ابزار و وسایل مورد استفاده در این نوع عملیات زدند و با طراحی وسایل و اَدوات مربوطه، امکان حفر چاه را در هر شرایط مهیا ساختند. به طوری که هم‌اکنون حفر چاه چه در خشکی و چه در دریا و چه به صورت مستقیم (عمودی) و یا به صورت انحرافی ( افقی) وجود دارد. تنوع و کثرت این ادوات به حدی رسید که استانداردهای متعدد و مخصوص نفت تشکیل گردید مانند (ANSI , ASTM , ASME , API و …) طراحی و ساخت انواع ادوات (Equipment) ازجمله لوله های جداری (casing) لوله‌های استری (liners) مته‌ها (Rock Bit)، لوله‌های حفاری ( Drill Pipe) و غیره … همه در جهت تسهیل در امر حفاری و برداشت بیشتر از مخازن نفتی می‌باشد یکی از ادواتی که طی چند سال گذشته توانسته صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه‌های حفاری چاه ایجاد نماید آویزه آستری (Liner hanger ) می‌باشد که در این مقاله تا حدودی به معرفی آن می‌پردازیم.

تعریف آویزه آستری

آویزه آستری (Liner Hanger) ابزاری است که به‌وسیله آن می‌توان طول استفاده از لوله‌های جداری (Casing) را کاهش داد، یعنی با استفاده از لوله‌های استری (Liners) و اتصال آن به دیواره داخلی آخرین رشته لوله جداري (Casing) مقدار قابل‌توجهی از لوله‌های جداری و سیمان‌کاری اطراف لوله‌ها کاهش می‌یابد.

هدف آویزه آستری

در هنگام حفاری چاه و بعد از هر مرحله حفاری نیاز است که دیواره چاه که به علت متخلخل بودن امکان ریزش و یا خروج ماده نفتی و یا حتی ورود آب به دهانه چاه را دارد. توسط لوله‌هایی که به جداري (Casing) معروف هستند پوشش داده و پس‌ازآن سیمان‌کاری در اطراف آن می‌گردد. همین کار یعنی پوشش جداره توسط لوله جداری و سیمان‌کاری در هر مرحله از حفر چاه وجود دارد که باید تا سر چاه ادامه پیدا کند و این یعنی تحمل هزینه بالا جهت تأمین لوله‌های جداری و سیمان با استفاده از آویزه آستری ( Liner Hanger) در سایزهایی از حفاری که بتوان آن را نصب کرد می‌توان مقدار لوله‌های جداری را کاهش داده برای بهتر روشن شدن مطلب مثالی را بیان می‌داریم در مرحله اول حفاری معمولاً با حفره ۲۶ اینچ تا حدوداً ۵۰۰ متر حفاری می‌شود سپس لوله جداری ۲۰ اینچ رانده و بعد سیمان‌کاری می شود درمرحله بعدی حفره 17.1/2 و به طول مثلاً ۱۰۰۰ متر حفاری می‌شود که ۱۵۰۰ متر لوله جداری 13.3/8 اینچ (۵۰۰ متر جهت پوشش قسمت پوشانده شده با جداری 20 اینچ و 1000 متر حفره جدید حفاری شده) تا انتهای چاه رانده و بعد سیمان‌کاری می شود، در مرحله سوم حفره و مته 12.1/4 و به طول مثلاً ۲۰۰۰ متر حفاری می شود که برای راندن لوله جداری و سیمان‌کاری آن نیاز به ۲۰۰۰ متر لوله جداری 9.5/8 اینچ برای حفره جدید و 1500 متر برای حفره های قبلی نیازمند می‌باشد، که مجموعاً می‌شود ۳۵۰۰ متر لوله و سیمان‌کاری، حال ببینید وقتی که تا عمق مثلاً ۴۰۰۰ متری و در چند مرحله تا لوله 5 برسد چه مقداری لوله جداری و سیمان نیاز است. (شکل زیر)

برای حل این مشکلی از آویزه آستری (Liner Hanger) استفاده می‌شود. هم‌اکنون از آویزه‌های آستری در اندازه 9.5/8 به بعد استفاده می‌شود. یعنی معمولاً بعد از نصب لوله جداری 9.5/8 از یک آویزه آستری و لوله آستري “7 بعد از حفاری توسط شته 8.1/2 مورد استفاده قرار می‌گیرد. لاینر هنگر در جداره داخلی آخرین رشته لوله جداري نصب و قفل (Hang) می‌شود و دیگر نیازی نیست که لوله “7 تا سر چاه ادامه پیدا کند. بعد از عمل سیمان‌کاری ادامه حفاری تا عمق پایین‌تر و استفاده از یک آویزه آستری با قطر کمتر مثلاً  “5 در آستری “7 . (شکل روبرو)

انواع آویزه آستری

معمولاً آویزه‌های استری در دو نوع مکانیکی و هیدرولیکی ساخته می‌شوند.

1- آویزه آستری مکانیکی

Mechanical set Liner Hanger

نوع مکانیکی همان‌طور که از نام آن پیدا است بر اثر یک عمل مکانیکی نصب می‌گردد و بیشتر در چاه‌هایی استفاده می‌شود که عملیات حفاری چاه تقریباً به صورت مستقیم عمودی باشد. این نوع آویزه آستری خود از نظر نصب به چند گروه تقسیم می‌گردد.

1- از نظر تعداد کفشک (Slip)

الف – یک ردیفه

ب – دو ردیفه

2- از نظر شیار قفل کننده

 الف – شیار j شکل با 1/4 گردش

  ب- شیار جناغی با 1/2 گردش

٣- از نظر نوع استفاده

 الف – برای عملیات سبک

ب – برای عملیات متوسط

 ج- برای عملیات سنگین

طریقه نصب

Setting

بر روی یک آویزه آستری مکانیکی کشابی وجود دارد که روی آن کشاب کفشک‌ها (Slips) نصب‌شده‌اند و در آن شیاری همانند j )حرف انگلیسی) ایجادشده است بعد از قرار گرفتن آویزه در محل خود توسط فنرهای تعادل در میانه لوله جداری قرار می‌گیرد. با چرخش حدوداً 1/4 گردش آویزه، پینی که درون شیار حرکت می‌کند از محل قفل حرکت کرده و باعث حرکت طولی کشاب می‌شود. حال با رها شدن لوله آستری به پایین، وزن لوله باعث می‌شود که کفشک‌ها (Slips) روی قسمت مخروطی انتهای آویزه حرکت کرده و در جداره داخلی لوله بزرگ‌تر نفوذ کرده و باعث قفل شدن (Hanging) آستری در محل خود گردد.

مزایای آویزه آستری مکانیکی

• عمل نصب فقط با 1/4 گردش به چپ یا راست مهیا می‌شود.
• در هنگام لوله جداری خیلی سریع به طور اتومات Rejay می‌شود.
• ساختمان یک‌تکه و بدون جوشی دارد.
• از بروز نشتی به بالا جلوگیری می‌نماید.
• در نوع دوبل مخروطی تحمل بار بسیار زیادی را می‌نماید.
• عملیات سیمان‌کاری را به راحتی امکان‌پذیر می‌سازد.
• و از همه مهم‌تر نیازی به ادامه لوله‌های جداری و آستری تا بالای چاه نمی‌باشد.

آویزه آستری هیدرولیکی

Hydraulic Liner Hanger

این نوع آویزه به علت استفاده از نیروی هیدرولیک جهت نصب در لوله جداری نیازی به چرخش ندارد. و در راستای لوله‌های آستری قرار می‌گیرد. این نوع آویزه بیشتر در چاه‌هایی که چاه به صورت انحرافی و یا افقی حفر می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد. وجود یک فنر قوی استیل در پشت پیستون باعث می‌شود که تا زمانی نیاز به قفل شدن کفشک‌ها (Slips) در بدنه جداری داخلی نمی‌باشد پیستون در حالت خود باقی بماند با قرار گرفتن آویزه آستری در محل قفل شدن با استفاده از فشار گل حفاری که توسط Landing collar در پشت پیستون به وجود می‌آید، نیروی قوی‌تر از نیروی فنر به وجود می‌آید و باعث حرکت کفشک‌ها (Slips) روی قسمت مخروطی می‌شود. کفشک‌ها در جداره داخلی نفوذ کرده و باعث آویزان شدن آستری (Liners) می‌شود.

مزایای آویزه‌های آستری هیدرولیکی

1. آویزه‌های هیدرولیکی در چاه‌های انحرافی راحت‌تر از آویزه‌های استری مکانیکی نصب می‌شوند
2. هیچ‌گونه اصطکاکی ایجاد نمی‌کنند. بنابراین احتیاجی به فنر جاروب گر جهت خرد کردن زائدها هنگام ورود بوش‌هایی که قبلاً تنظیم‌شده‌اند به درون چاه را ندارد.
3. در سکوهای حفاری شناور به طور دلخواه استفاده می‌شوند به طوری که فنرهای فولادی آن‌قدر محکم هستند که آویزه‌ها امکان تنظیم مجدد و آزاد شدن را در صورت نیاز به وجود می‌آورند.
4. جنس کفشک‌ها نیتراته شده و به خوبی سخت می‌باشند و به طوری که به خوبی در جداره داخلی لوله نفوذ می‌کند.

کاربرد لاینرها

لاینر ها به منظور آب‌بندی چاه به کار می‌روند که زیر رشته بلندی از لوله جداری میانی قرار می‌گیرد. بنابراین با استفاده از لاینر موارد زیر محقق می‌گردد

1. ایجاد مجرای فلزی به منظور حفاری در عمق بیشتر و سرعت عمل و تسهيل عملیات حفاری
2. کنترل آب و گاز و نیز جلوگیری از ریزش چاه در اثر فشار لایه‌های زمین
3. محافظت در مقابل نیروی ناشی از نواحی بر فشار به هنگام عملیات حفاری
4. تکمیل چاه به طوری که به تجهیزات سر چاهی نیروی کمتری وارد شود.
5. تسهيل عمليات سیمان‌کاری
6. جلوگیری از اتلاف گل حفاری
7. امکان حفاری با استفاده از رشته‌هایی که قطرشان با افزایش عمق کاهش می‌یابد
8. افزایش کنترل چاه به هنگام عملیات حفاری
9. عمیق‌تر کردن چاه‌های قدیمی.

سیستم لاینر هنگر شامل مجموعه زیر می‌باشد

• لاینر ستينگ تولز (Liner Setting Tools)
• لاینر ستینگ تولز تشکیل شده از Tie back + LG که درون چاه رانده شده .
•  باعث محافظت لوله جداری میانی در مقابل خوردگی می‌شود.
• ايجاد مقاومت بیشتر در مقابل Collapse stress ناشی از فشارهای بیش از حد می‌کند.
• آب‌بندی و خارج کردن لاینر که از آن گاز نشت می‌کند.
• 2Liner swivel (کلاچ آستری)

لاینر سویول در واقع کلاچ مکانیکی است و موقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد که لاینر طول نسبتاً بلندی داشته باشد و یا هنگامی‌که عملیات حفاری انحرافی انجام می‌شود. لاینرسویول باعث می‌شود تا به هنگام نصب گردن آویزه (Hanger) فقط setting tools و Liner Hanger دوران کند و قسمت‌های تحتانی سويول و در نتیجه رشته زیر آن دوران نکند. در ضمن اگر آویزه (Hanger) نصب نشود مکانیزم کلاچ آن باعث آزاد شدن وزن Setting String می‌شود و در نتیجه در اثر دوران راست‌گرد کلاچ درگیر شده و setting آزاد می‌گردد

3Liner landing collar –

لاینر لاندینگ کالر معمولاً یک اتصال بالاتر از Shoe رانده می‌شود. لندینگ کالر در واقع نشیمنگاهی برایPlug  Liner wiper است و چفت داخلی تکیه‌گاهی برای Wiper plug و pump down plus می‌باشد.

4liner wiper plug-

در طی مراحل سیمان‌کاری این قطعه سیمان را از سیال جدا می‌کند و پس از تمیزکاری در لندینگ کالر قرار می‌گیرد.

5- Liner pump down plug

این قطعه به صورت پلاک صلب باعث تمیزکاری لاینر می‌شود.

6Liner flat shoe –

هنگامی‌که لاینر نصب شده سیمان از داخل لوله حفاری (Drill Pipe ) به گردش درمی‌آید و توسط Flast shoe به طرف بال و پشت لاینر حرکت می‌کند.