اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

فصل ۲ مسایل اختصاصی در باب اکتشاف، حفاری و تکمیل چاه گاز طبیعی

۲ـ۱٫ مقدمه

این فصل فراهم آورنده یک نگاه کلی و ابتدایی در خصوص مشکلات مربوط به اکتشاف، حفاری و تکمیل چاه های گاز طبیعی می باشد. این فصل به عنوان یک مبحث جامع و فراگیر در این زمینه به شمار نمی آید،  بلکه هدف فراهم آوردن بینشی جدید در ارتباط با گاز طبیعی و چالش های مهندسان در زمینه دسترسی به مخازن گاز می باشد. این فصل، برای یک مهندس نفت، که از تجاربی در خصوص چاه های نفت برخوردار می باشد، فراهم آورنده مسایل منحصر به فردی است که متفاوت از چاه های نفت تلقی می شوند. مثال ها و محاسبات ارائه شده نیز معرف طبیعت ویژه چاه های گاز و تفاوت آنها از چاه های نفت می باشند.

۲ـ۲٫ اکتشاف

تا اواخر دهه ۱۹۷۰، عملیات حفاری بر مبنای عملیات فرضی استوار بود. چاههای جدید، حتی در نواحی مناسب، تحت عنوان “گربه وحشی[۱]” (چاه های اکتشافی اولیه) قلمداد شده و نرخ ۱۰ درصدی عملیات (یعنی یک چاه قابل اکتشاف در برابر نه چاه خالی برای هر ده عملیات حفاری) به عنوان یک نرخ جذاب در نظر گرفته شده بود.

فناوری های اندکی در تاریخچه صنعت نفت وجود دارند که قابلیت انطباق آن از نظر اهمیت با برآوردهای زمین لرزه ای سه بعدی[۲] و تأثیر آن بر روی اکتشاف و فرآیند تولید امروزی وجود داشته باشند (Greenlee و همکاران، ۱۹۹۴).

Aylor (1998) در یک مطالعه گسترده این موضوع را پیشنهاد نمود که در یک دوره اصلی بین سالیان ۱۹۹۰ و ۱۹۹۶، زمانی که کاربرد سیستم برآورد لرزه ای سه بعدی محقق شد، نرخ موفقیت کلی در زمینه شناسایی چاه های تجاری از ۱۴ درصد به ۴۹ درصد افزایش یافت. همچنین در طی این دوره، چاه هایی که تحت پوشش برآوردهای لرزه ای سه بعدی قرار داشتند از ۱ درصد به ۴۴ درصد رسیدند. موردی که از اهمیت بالسویه ای در این مبحث برخوردار می باشد شناسایی بهتر ویژگی های نامناسب در برابر ویژگی های مناسب مخازن مربوطه می باشد. وی مشخص ساخت که فرآیند سه بعدی “به صورت کارآمدی  ۴/۱ از میانگین ۴/۳ ظاهرا معتبر قبلی را مردود شمرده و به علاوه دو ویژگی جدید را در تحقیقات سه بعدی ارائه داده است که قبلا ناشناخته بوده اند”.

اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

تحقیقات زمین لرزه ای مدرن همچنین از ارتقای قابل توجهی در یک سری از نواحی اکتشافی مهم همانند موارد ذیل برخوردار می باشند:

• تعریف و ارزیابی ساختار زمین شناسی[۳]

• قابلیت شناسایی ناحیه گذر[۴]

• قابلیت تعیین مناسب چاه و مخصوصاً اجتناب از یک چاه نامناسب[۵]

• کاهش تعداد حداقلی ذخایر مورد نیاز قبلی جهت اکتشاف مخازن[۶]

برآوردهای لرزه ای شامل ایجاد رخدادهای زمین لرزه ای، یعنی یک زمین لرزه کوچک، با قابلیت انتقال به ناحیه پایین دست از سطح مورد نظر، می باشد. در روزهای اولیه این فناوری، چندین هزار پوند مواد منفجره مورد استفاده قرار می گرفت. امروزه، کامیون های سنگین تامپر[۷] (وایبروسیس[۸]) که قابلیت ایجاد نوسانات از طریق فرآیند چکش زنی[۹] زمین را دارند مورد استفاده قرار می گیرند. این ماشین ها اقدام به تولید محدوده تکراری و پایای فرکانس های مشخصی نموده و به عنوان یک منبع ترجیحی در مقایسه با کاربرد دینامیت مورد استفاده قرار می گیرند. در داخل دریا، از مخازن طراحی شده خاص با نوعی تفنگ بادی[۱۰] کاملاً پرفشار جهت ضربه به آب استفاده می شود که با برخورد با آب سبب ایجاد نوسان در کف دریا می شود. این انرژی لرزه ای به پوسته زمین[۱۱] منتقل شده و متعاقباً با توجه به خواص صوتی مختلف به لایه های سنگ برخورد می نماید، و پس از آن این انرژی به عنوان یک موج بازتابی برگشت داده می شود (Dobrin، ۱۹۷۶). متعاقباً این موج به وسیله آرایه ای از سنسورها تحت عنوان ژئوفون ها[۱۲] یا هیدروفون ها[۱۳] ثبت می شوند. شکل ۲ـ۱ نشان دهنده فرآیند جمع آوری داده های لرزه ای می باشد.

محصول چگالی و سرعت (rv) تحت عنوان امپدانس صوتی[۱۴]، Z، خوانده می شود. میزان انرژی بازتابی منوط به کنتراست امپدانس صوتی بین صخره ها می باشد. چنین موردی را می توان از طریق یک معادله ساده بیان نمود که در آن ضریب بازتاب R_c به شرح ذیل تعریف می گردد:

[۱] wildcat

[۲] ۳D seismic measurements

[۳] Geologic structure delineation

[۴] By-passed zone identification

[۵] Well targeting, and especially avoiding bad ones

[۶] Reduction of previously required minimum reserves to exploit
reservoirs

[۷] heavy-duty thumper trucks

[۸] vibroseis

[۹] hammering

[۱۰] airguns shoots

[۱۱] earth crust

[۱۲] geophones

[۱۳] hydrophones

[۱۴] acoustic impedance

اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۲ـ۳٫ حفاری

حفاری یکی از مهمترین و پیچیده ترین عملیات در صنعت نفت و گاز به شمار می آید. این مورد متشکل از مجموعه زیادی از تجهیزات (مته های حفاری و لوله ها / رشته ها، لوله گذاری)، سیالات (سیالات / گل حفاری، سیالات تکمیل چاه، دوغاب سیمان، سیال سازند) و جابجایی ها (جابجایی تجهیزات، جابجایی برشی مرتبط با سیالات و جامدات / سنگ ها، و گردش کل[۱]) است. فرآیند حفاری را می توان در یک دکل حفاری که حاوی کلیه تجهیزات ضروری می باشد انجام داد. یک روش نوعی حفاری را می توان تحت عنوان حفاری چرخشی[۲] نام برد که در شکل ۲ـ۵ نشان داده شده است، که در آن یک مته چرخشی به لوله حفاری یا رشته مربوطه متصل می شود. به هنگام چرخش رشته حفاری، مته حفار به داخل زمین نفوذ نموده و به عمق های مختلف رسیده و در نهایت به ناحیه مورد هدف می رسد. در عین حال، سیال حفاری یا گل حفاری در امتداد لوله حفاری پمپ شده تا قابلیت فراهم آوردن تأثیر هیدرولیکی، کنترل فشار، تثبیت سازند مورد نظر، ممانعت از هرزروی سیال[۳]، و قابلیت انتقال سنگ های بریده شده به سطح زمین از طریق مجرای برگشت گل و مواد حفاری شده به خارج یا آنالوس[۴] که بین لوله حفاری و سوراخ ایجادی قرار می گیرد به وجود آید.

در طی حفاری ممکن است به انواع و اندازه های مختلف مته های حفار بر مبنای سختی و اندازه گمانه نیاز باشد (غالباً اندازه مته به هنگامی کمتر خواهد بود که عمق حفاری عمیق تر باشد). به طور مشابه، وزن گل را می بایست همراه با عمق حفاری تغییر داد، چرا که در اعماق مختلف و لایه های مختلف ژئولوژیکی، فشار سازند و نفوذپذیری متغیر خواهد بود (هر چه که فشار بیشتر باشد، وزن گل سنگینتر خواهد بود).

در طی فرآیند حفاری، انواع مختلف لوله جداری[۵] (لوله هادی[۶]، لوله جداری/ محافظ سطحی[۷]، لوله جداری / محافظ میانی[۸] و غیره) در داخل چاه جای می گیرند. سیمان غالباً بین بخش بیرونی لوله و گمانه[۹] مربوطه قرار گرفته تا قابلیت فراهم آوردن جامعیت ساختاری و ایزوله سازی بین نواحی مختلف را به وجود آورد (مثال مرتبط با یک گمانه چاه گاز در شکل ۲ـ۸ در بخش ۲ـ۴ “تکمیل چاه” نشان داده شده است).

[۱] circulation

[۲] rotary drilling

[۳]

[۴] annulus

[۵] casing

[۶] conductor

[۷] surface casing

[۸] intermediate casing

[۹] borehole

اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۲ـ۳ـ۱٫ حفاری چاه گاز طبیعی

مشکلات منحصر به فرد متعددی وجود دارند که بر روی حفاری چاه های گاز طبیعی تأثیرگذار می باشند. در عین آنکه فصل جاری و بخش کنونی سعی در فراهم آوردن یک توصیف جامع در خصوص حفاری ندارد، یکسری از محاسبات و ملاحظات مهندسی در ارتباط با حفاری چاه های گاز در مبحث جاری ذکر خواهند شد.

علاوه بر مسایل تحت پوشش ذیل، مشخصه های خاصی وجود دارند که منحصر به چاه های گاز طبیعی نیز قلمداد نشده و به توجه بیشتری در ارتباط با بهره گیری از آنها نیاز می باشد (پروفسور Ali Ghalambor، ارتباطات شخصی، ۲۰۰۹):

۲ـ۳ـ۲٫ حفاری چاه های عمیق

حفاری برای گاز در عمق های بیشتر از ۱۵۰۰۰ فوت زیر خط گل، مخصوصاً در مناطق دریایی، که در آنها مجموع عمق از سطح ممکن است فراتر از ۳۰۰۰۰ فوت گردد، تحت شرایط دمایی فراتر از ۶۰۰ درجه فارنهایت و فشار بیش از ۴۰۰۰۰ psi انجام می شود. تحت این شرایط، ابزارهای MWD/LWD (اندازه گیری به هنگام حفاری و نمودارگیری به هنگام حفاری) از عملکرد مناسبی برخوردار نخواهند بود و بنابراین مدیریت فشار در طی عملیات حفاری می بایست با استفاده از مدل های ریاضی اعمال شود. این مدل ها از اندازه گیری سطحی و متعاقباً از قیاس فشارهای درون چاهی با استفاده از چگالی سیال و سرعت آن استفاده می نمایند (Bland و همکاران، ۲۰۰۵). فشردگی و انبساط حاصل آمده از فشار و دمای سیالات در این محدوده های مشخص به طور قابل توجهی تغییر می کند. شکل ۲ـ۶ نشان دهنده برآوردهای حقیقی آزمایشگاهی چگالی سیال در فشار ۳۰۰۰۰ psi در برابر چگالی قیاس شده بر مبنای همبستگی های معتبر تا ۲۰۰۰۰ psi می باشد. میزان انحراف در این زمینه قابل توجه می باشد. در نظر بگیرید که با توجه به مجموع عمق ۳۰۰۰ فوتی، یعنی عمقی که صرفاً ممکن است در کاربردهای دریایی مدرن با آن سر و کار داشته باشیم، تفاوت در چگالی (۰٫۰۹ g/cc) می تواند منجر به ایجاد تفاوت ۱psi 1200 بین فشارهای قیاسی و حقیقی بر حسب ستون سیال حفاری در این عمق مشخص شده گردد.

اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۲ـ۳ـ۳٫ آسیب دیدگی در طی عملیات حفاری

انسداد فاز آبی[۱] به عنوان یک ویژگی مهم در انتخاب سیالات حفاری بشمار می آید، و در عین آنکه چنین موردی در کلیه چاهها می تواند صحت داشته باشد، این ویژگی مخصوصاً برای چاههای گاز با قابلیت نفوذپذیری / تراوایی و فشار کم صحیح است. پس از تثبیت داده های بیشمار آزمایشی، Bennion و همکاران (۱۹۹۶) اقدام به ارائه همبستگی های مرتبطی نمودند که اجازه تعیین “شاخص انسداد فاز آبی[۲]“، I_APT، را فراهم آورده و مقدار آن مشخص کننده شدت بالقوه انسداد فاز آبی می باشد. بر این مبنا I_APT به شرح ذیل مشخص می شود:

[۱] Aqueous phase trapping

[۲] index of aqueous phase trap

۲ـ۳ـ۴٫ فوران گاز[۱]

هجوم ناگهانی سیالات داخل مخزن به ستون سیال حفاری که غالباً در چاه های گاز رخ می دهد تحت عنوان “فوران گاز” خوانده می شود. این فوران که در حقیقت ناخواسته است  منجر به افزایش در فشار فضای حلقوی[۲]  در مقایسه با فشار بسته لوله حفاری[۳]  می شود. این مورد ضرورت وزن کشی گل حفاری به منظور بگردش درآوری و ممانعت از هجوم گاز را به وجود می آورد.

[۱] Gas Kick

[۲] annular pressure

[۳] shut-in drill pipe pressure

۲ـ۴٫ تکمیل چاه

به هنگامی که چاه تا اندازه مشخص شده حفاری گردید و مخزن گاز از نقطه نظر اقتصادی مقرون بصرفه و جذاب ارزیابی شد، متعاقباً آمادگی انجام رویه تکمیل چاه به وجود می آید. فرآیند تکمیل بسیار مهم می باشد چرا که این رویه قابلیت ایجاد کانال مورد نیاز جهت اتصال چاه به مخزن را دارد. این فرآیند به عنوان یک مؤلفه چند رشته ای به شمار آمده و نیازمند مهندسین تکمیل، حفاری، مخزن و تولید و متخصص مکانیک سنگ جهت کار توأمان با یکدیگر به منظور حاصل آوردن موفق پروژه می باشد.

۲ـ۴ـ۱٫ انباشت مایع[۱] در چاه های گاز

انباشت مایعات در چاه های گاز به عنوان یک موضوع جدید به شمار نیامده و بعنوان یک مسئله شناخته شده برای سالیان متمادی می باشد (Turner و همکاران، ۱۹۶۹، Lea و Nickens، ۲۰۰۴، Gool و Currie، ۲۰۰۸، Solomon و همکاران، ۲۰۰۸). این فرآیند به هنگامی رخ می دهد که سرعت گاز به زیر “سرعت بحرانی گاز” افت می نماید و بنابر این گاز دیگر از قابلیت بالا بردن مایعات (میعانات هیدروکربنی یا آب مخزن) به سمت سطح برخوردار نمی باشد. این مایعات مجدداً به درون چاه ریخته شده و در ته چاه انباشته می شوند که خود سبب کاهش تولید گاز یا حتی “کشتن” چاه می شود.

[۱] Liquid Loading

اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

۲ـ۴ـ۲٫ فشار سرلوله جداری[۱]

سرلوله جداری یا فشار جداری به عنوان یکی دیگر از چالش های مخصوص چاه های گاز به شمار می آید. از نقطه نظر تئوریکی، فشار جداری در بخش دالیز می بایست به صفر برسد آن هم به هنگامی که دالیزهای جداری از پوشش سیمانی برخوردار باشند یا آنکه با سیالات مرتبط همانگونه که در شکل ۲ـ۸ نشان داده شده اند پر گردیده باشد. در حقیقت، فشار سرلوله جداری در حد صفر نمی باشد. دلایل احتمالی وجود حفره ها در لوله مغزی با قابلیت اتصال بین لوله مغزی و بخش جداری، نشتی در آب بندی مجرابند / توپک یا حتی سیمان کاری ضعیف می باشند.

بخش خدمات مدیریت مواد معدنی ایالات متحده (MMS) دارای خط مشی های اکید با جزئیات مربوطه در خصوص چاه هایی می باشد که از فشار جداری پایدار برخوردار هستند. به طور مثال، بر مبنای یک دستورالعمل ارائه شده به وسیله MMS (Bourgeoi، ۱۹۹۴)، برای چاه های عملیاتی قرار گرفته شده در خلیج مکزیکو (GoM) در بخش بیرونی قاره ای (OCS)، کلیه فشارهای سرلوله جداری، به استثنای محرک لوله جداری[۲] یا جداری سطحی[۳]، را می بایست به در اسرع وقت به مدیر منطقه ای چه به صورت نوشتاری یا مکتوب و چه به صورت تلفنی گزارش نمود. ذیلاً ضروریات تفصیلی حاصل آمده از این منبع ذکر می شوند: در صورتی که فشار سرجداری کمتر از ۲۰ درصد فشار واروی[۴] داخلی حداقلی (MIYP) لوله جداری تحت تأثیر قرار گیرد و در نهایت به فشار صفر از طریق یک شیر سوزنی ۲/۱ اینچی در خلال یک مدت ۲۴ ساعته یا کمتر برسد، چاه دارای فشار جداری می تواند تولید هیدروکربن ها از فرآیند تکمیل کنونی را تداوم بخشد، و در عین حال، اپراتورها می بایست قابلیت کنترل و ارزیابی چاه از طریق انجام آزمایشات تشخیصی مورد نیاز به وسیله MMS را داشته باشند.

[۱] Casinghead Pressure

[۲] Drive casing

[۳] structural casing

[۴] yield pressure

اکتشاف حفاری تکمیل چاه گاز طبیعی ۲ کتاب مهندسی پیشرفته گاز طبیعی

در نهایت و به طور خلاصه حفاری چاه گاز و فرآیند تکمیل یک ویژگی بسیار مهم در ارتباط با تضمین بهره وری یا بازدهی چاه گاز به شمار آمده و در عین حال چنین عملیاتی بسیار گرانقیمت می باشد. از آنجایی که غالب اکتشافات در داخل بخش های عمیق دریا که از فشار و دمای بالایی (HPHT) برخوردار هستند رخ می دهند، برخی از آنها با محتوای زیاد H₂S و CO₂، سبب می شوند تا فرآیند حفاری و تکمیل چاه از چالش و هزینه بیشتری برخوردار گردد. چاه های جدید که دارای ضروریات بالاتری در ارتباط با حفاری و سیالات تکمیلی، تجهیزات، متالورژی مرتبط با لوله و راهکارهای کنترل شن و ماسه می باشند، در صورتی که ماسه های تشکیل دهنده سازند از استحکام چندانی برخوردار نباشند. به واسطه نگرانی های محیط زیستی و مسایل مربوط به دستورالعمل ها و مقررات مرتبط، لازم است تا قابلیت انجام این فرآیند به طور مناسب و در اسرع وقت را داشته باشیم.