آشنایی با تجهیزات کنترل چاه Well-Control Equipment

تجهیزات کنترل چاه، تجهیزاتی است که از بروز فوران پیشگیری می­کنند. فوران یک جریان غیر قابل کنترل از گاز، نفت یا سایر سیالات چاه به هوا یا یک ساختار زیرزمینی می­باشد. فوران زمانی رخ می­دهد که فشار ساختار درون چاه از فشار اعمال شده توسط ستون سیال حفاری بیشتر شود. فوران زندگی کارگران حفاری را به خطر می­اندازد و می­تواند سکوی حفاری که چندین میلیون دلار ارزش دارد، نابود کند و مقدار زیادی از نفت مورد نیاز را تلف نماید. همچنین باعث آسیب­ رسانی به محیط زیست می­شود. اگر چه فوران نسبتا نادر است ولی یک منظره وحشتناک و هراس انگیز می­باشد. سیال (نفت، گاز یا آب نمک) معمولاً با نیروی زیادی از چاه فوران می­کند و باعث آتش ­سوزی و تولید گرمای شدید می­شود بخصوص اگر سیال، حاوی گاز نیز باشد (شکل 1). مقدار صحیح گل حفاری با چگالی صحیح، از شکل ­گیری فوران و خروج سیالات درون چاه جلوگیری می­نماید. اگر مته در یک ساختار که دارای فشار بیش از حد انتظار است حفاری انجام دهد، یا کارگر حفاری اجازه دهد سطح گل حفاری در چاه پایین بیاید، سیال ساختار ممکن است وارد چاه شود و این امکان هست که چاه دچار جهش و ضربه گردد (kick). در زمان ضربه زدن، سیال ساختار (Formation Fluid) وارد چاه می­شود و مقداری از گل حفاری را از چاه بیرون می­راند. برای آشنایی با تجهیزات کنترل چاه همراه با دریلینگ استور باشید.

مقاله پیشنهادی: آشنایی با سیستم گردش سیال حفاری Circulating system

آشنایی با تجهیزات کنترل چاه

کارگر حفاری در اولین نشانه kick یعنی زمانی که سطح گل حفاری در مخزن بالا می­آید و گل از چاه جاری می شود بطوری که همزمان پمپ قطع یا خاموش می­باشد، باید اعمال صحیح تعیین شده را انجام دهد.

تشخیص kick معمولاً با کنترل کردن حجم گل در مخازن گل با استفاده از تجهیزاتی موسوم به Pit – Volume Indicator و یا به کمک دبی سنج­هایی Flow Indicator که دبی گل حفاری را کنترل می­کند انجام می­شود. کنترل حجم گل در مخازن می­تواند به تشخیص Kick کمک کند. افزایش حجم گل در مخازن نشانگر ورود سیال ساختار به درون چاه و کاهش حجم گل در مخازن بیانگر از دست رفتن گل حفاری و نفوذ آن به داخل زمین می­باشد. دبی­سنج­ها به تسریع فرآیند تشخیص کمک می­کنند. دبی­سنج معمولاً روی خط برگشت گل نصب می­شود و دبی گل خروجی از چاه را اندازه می­گیرد. دبی سیال خروجی از پمپ نیز اندازه­گیری می­شود. بیشتر بودن دبی خروجی از چاه نسبت به دبی پمپ، بیانگر وقوع پدیده Kick است. روش­های فوق تنها هنگامی مؤثرند که پمپ گل فعال است به هنگام خاموش بودن پمپ و توقف گردش سیال، بیرون زدن گل از چاه نشانه­ای بر وقوع Kick به شمار می­آید. همچنین به هنگام بیرون کشیدن رشته حفاری از چاه حجم لوله خارج شده از چاه با سیال حفاری جبران می­شود. اگر حجم سیال حفاری از لوله خارج شده کمتر باشد پدیده Kick رخ داده است.

فوران گیر­ها Blowout Preventers

جلوگیری کننده­ های فوران (Bop) بهمراه سایر تجهیزات و تکنیک­ها برای بستن چاه و اجازه دادن به کارگران جهت کنترل ضربه (Kick) قبل از اینکه به فوران تبدیل گردد استفاده می­شوند، معمولاً از چندین وسیله جلوگیری کننده از فوران که به مجموعه آنها Stack گفته می­شود، در بالای چاه استفاده می­شود. یک Stack شامل جلوگیری کننده حلقوی در بالا و حداقل یک مسدود کننده لوله ای (Ram Pipe) و یک مسدود کننده کور کننده (Blind Ram) در پایین می­باشد. این ترتیب و ترکیب تجهیزات به کارگر حفاری اجازه کنترل یک فوران در شرف وقوع (Impending Blowout) یا ضربه (Kick) را حتی اگر یکی یا بیشتر از جلوگیری کننده­ ها خراب باشد می­دهد. همچنین در بعضی از تکنیک­های کنترل چاه به هر دوی جلوگیری کننده ­های ضربه زن (Ram) و حلقوی (Annular) نیاز می­باشد (شکل 2).

فوران گیرهای حلقوی Annular Preventers

یک فوران­گیر حلقوی (شکل 3) دارای یک المان آب­بندی الاستیکی می­باشد که در هنگام عمل فاصله حلقه بین لوله حفاری یا غلاف­های حفاری تا دیواره چاه را آب­بندی و مسدود می­کند. اگر هیچ قطعه­ای از ساقه حفاری در داخل چاه نباشد. جلوگیری کننده حلقوی می­تواند دهانه چاه را مسدود نماید. شکل 4 عملکرد یک شیر فوران گیر حلقوی را در امر مسدود نمودن هر دو حالت چاه با لوله حفاری و چاه بدون لوله حفاری نشان می­دهد.

شکل 3 – آشنایی با تجهیزات کنترل چاه

فوران گیرهای مسدود کننده Ram Preventers

این فوران گیرها شیرهای فولادی بزرگی هستند که دارای المان­های آب­بندی و انسداد می­باشند. به یک نوع از این شیرها Pipe Ram گفته می­شود زیرا روی لوله حفاری بسته می­شود و فقط قادر به بستن چاه با لوله حفاری می­باشد. (شکل 5)

شیرهای فوران گیر کور کننده (Blind Ram Preventer) دارای دو صفحه کشویی می­باشند و با حرکت به سمت یکدیگر موجب بستن چاه می­شوند.

مقاله پیشنهادی: مشخصات شیرهای فورانگیر

(شكل 6) مسدود کننده­ های برشی کور کننده (Ram Blind – Shear ) که اکثر اوقات در حفاری دریایی استفاده می­شوند ، لوله حفاری را کاملاً بریده و چاه را مسدود می­نمایند. (شکل 7) این نوع از شیرها به یک واحد سکوی دریایی متحرک در حالت اضطراری مثلا یک طوفان شدید و ناگهانی اجازه ترک موقعیت را می­دهند. کارگران مسدود کننده برشی کور کننده را طوری می­بندند که لوله را می­برد و چاه را به سرعت مسدود می­نماید. از آنجا که کارگران حفاری نباید برای بیرون کشیدن رشته حفاری از چاه صبر نمایند، آنها می­توانند دکل حفاری را به سرعت از محل دور نمایند. بعد از اینکه حالت اضطراری سپری شد، می­توانند دکل حفاری را به جای اول بازگردانده و رشته بریده شده را در بیرون چاه بازسازی و اصلاح نمایند و عملیات حفاری را از سر بگیرند.

این عملیات که به (Cut And Run) مشهور است، آخرین راه حل می­باشد اما تعداد زیادی از دکل­های حفاری متحرک را از نابودی نجات داده است.

اکومولاتورها Accumulators

فوران گیرها، بوسیله سیال هیدرولیک تحت فشار که دریک انباره یا اکومولاتور ذخیره می­شود، باز و بسته می­گردند (شکل 8). بدلیل اینکه جلوگیری کننده­ ها باید به سرعت بسته شوند، گاز نیتروژن در کپسول­های فولادی، سیال هیدرولیک را تحت فشار ۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ پوند فشار بر اینچ مربع (حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ اتمسفر) قرار می ­دهد. لوله­ ها و خطوط فشار قوی سیال هیدرولیک را از اکومولاتور به Bop Stack حمل می­کند.

مقاله پیشنهادی: انواع لوله های جداری در حفاری

شکل 8 – اکومولاتور – تجهیزات کنترل چاه

وقتی که کارگر حفار شیرهای کنترل را بکار می­اندازد، سیال هیدرولیک مسدود کننده ­ها را بکار می­اندازد. یک صفحه کنترل از راه دور (شکل 9) که روی سطح دکل حفاری قرار دارد به طور عادی جهت کنترل فوران گیرها استفاده می­شود. محل نصب اکومولاتور به طور معمول در فاصله ۵۰ فوتی (۱۵ متر) از کف دکل قرار می­گیرد بطوری که اگر یک فوران و یا آتش سوزی رخ داد، این واحد آسیب ندیده و بتواند برای بستن فوران گیرها مورد استفاده قرار گیرد. روی دکل­های دریایی و سایت­هایی که روی زمین بطور فشرده قرار دارند، اکومولاتورها تا جایی که عملی است دور از کف دکل نصب می­شوند. در دمای پایین اکومولاتورها باید به طور مناسب پوشانده شوند و برای به جریان افتادن روغن هیدرولیک گرم شوند. در این موقع یک ضدیخ مانند اتیل گلیکول هم می­تواند به سیال هیدرولیک اضافه شود.

چوک­ها یا کاهنده ­ها Chokes

 یک چوک یک نوع شیر است که برای جلوگیری از ورود سیالات ساختاری در هنگام کشتن چاه مورد استفاده قرار می­گیرد (Well Killing). چوک­های قدرت در انواع قابل تنظیم از راه دور ( Remote power- Adjustable)، یا دستی (Manual) وجود دارند. یک چوک قدرت قابل تنظیم (Power Adjustable choke) بصورت پنوماتیکی یا هیدرولیکی از یک صفحه کنترل از راه دور روی کف دکل (شکل 10) عمل کرده و دارای یک ورودی و مدخل است که می­تواند به داخل محدود یا فشرده شود.

یک چوک قابل تنظیم دستی (Manually Adjustable) دارای یک اریفیس یا دهانه با اندازه متغیر است شبیه چوک (Power Adjustable) اما بصورت دستی کار می­کند و با یک هندل می­چرخد.

این چوک دارای یک محدود کننده جریان با اندازه ثابت می­باشد. در هر سه حالت نظر این است که چاه نتواند از طریق چوک به گردش کار خود ادامه دهد و فشار مخالف کافی (Back – Pressure) نتواند برای جلوگیری از ورود آتی سیالات ساختاری در هنگام فرایند تعطیل کردن با کشتن چاه (Well – Kiling) روی چاه نگهداشته شود.

منیفولدهای کاهنده Choke Manifolds

وقتی که یک ضربه یا Kick (یک جریان ناخواسته از ساختار زمین به سیال حفاری) رخ می­دهد بستن و مسدود کردن درون چاه با یک یا بیشتر از یک دستگاه جلوگیری کننده فوران تنها مرحلهء اول می­باشد. برای از سرگیری حفاری، کارگر حفاری باید ضربه یا Kick را به خارج چاه هدایت کند و گل حفاری با وزن مناسب را به درون چاه براند. گل با وزن مناسب فشار ساختار را متعادل کرده، بدین طریق چاه را تحت کنترل در آورده یا آن را می­کشد. جهت کشتن (Kill) یک چاه یک مجموعه از شیرها که به آنها منیفولد یا چند راهه چوک گفته می­شود به عنوان یک سیستم نصب می­شوند (شکل 11). بدلیل اینکه چوك­ها تحت فشار بالا مسدود شده یا سائیده و فرسوده می­گردند، چوک­های متعددی بطور عادی نصب می­شوند. آنها طوری چیده شده­اند که امکان قطع کردن را از یکی به دیگری می­دهد، لذا نام آن منیفولد چوک می­باشد. یک منیفولد یک مجموعه از لوله­ ها و شیرها است که جریان را از یک لوله دریافت می­کند و به چندین لوله دیگر هدایت می­کند و این کار را به وسیله باز و بسته کردن شیرها انجام می­دهد. منیفولد چوک به مجموعه یا Stack جلوگیری کننده از فوران با یک لوله و خط چوک متصل است. وقتی که چاه توسط جلوگیری کننده­ های فوران بسته می­شود، گل حفاری و سیال ساختار، از لوله چوک به خارج و از میان منیفولد چوک به بیرون جریان می­یابند.

جدا کننده گاز و گل Mud-Gas Separator

یک جداکننده گاز و گل (شکل 12) گل قابل استعمال خارج شده از چاه در هنگامی که یک ضربه (Kick) شروع به جریان یافتن به بیرون می­کند را ذخیره کرده و گاز قابل اشتعال را جدا می­کند به این صورت که آن را در فاصله مطمئنی از دکل سوزانده و یا تخلیه می­کند. بیشتر جدا کننده­ ها از یک شاخه لوله با قطر بزرگ تشکیل شده­اند. موج گیرها و تیغه ­های داخلی برای آرام کردن جریان گاز – گل استفاده می­شوند. در انتها از یک لوله خمیده شکل (Goose neck) برای انتقال گل حفاری به Shaker Tank استفاده می­شود. گاز لوله را در بالا جایی که گاز می­تواند بدون فشار معکوس خیلی زیاد روی گل حفاری شعله ور شود ترک و تخلیه می­کند. تجهیزات کنترل چاه، نیاز دارند که کارگر حفاری آنها را لحظه به لحظه بازرسی کرده و بکار بیندازد تا مطمئن شود که آنها در شرایط کاری خوبی هستند. حفاری­های نورانی مکرر وقتی که حفاری در مکان­هایی که انتظار می­رود تا فشار ساختاری به طور غیر معمول زیاد باشد، یک امر عادی می­باشند.