اکتشاف و حفاریتجهیزات حفاری (Drilling Equipment)رشته حفاری (Drilling String)

دیوار تراش ها – چال بازکن ها / Roller Underreamer / Hole Opener

0

دیوار تراش – چال بازکن

بطور کلی دسته بندی جامعی برای دیوار تراش ها و چال بازکن ها  وجود ندارد . با مطالعه مقالات گوناگون متوجه خواهید شد که هر یک از صاحب نظران با توجه به برخی اصول ، تقسیم بندی های متفاوتی را برای این ابزار در نظر گرفته اند. من برای ارائه تقسیم بندی مناسب و توضیحات مربوطه ، سایت ها و مراجع متفاوتی را بررسی کردم . بهترین دسته بندی قابل ارائه به نظر من به شرح ذیل است. خواهشمندم دوستان صاحب نظر درصورتی که خطا و اشتباهی در ارائه این مطلب مشاهده نمودند ، لطفا بنده را از نظر خود بی نصیب نگذارند.

الف ) Reamears

ب ) Hole Openers

الف ) Reamears

ریمر ها بر اساس کاربرد به دسته های زیر تقسیم می شوند:

۱- Underreamers

۲- Roller Reamers

۳- RFID Reamers

۴- Fixed Blaed Reamers

۵- Bi Center Reamer Bit

۶- Near Bit Reamers

۷- Expandable Reamers

 که استفاده از آنها برای اهداف زیر است:

الف) تراشیدن دیواره و گشاد کردن چاه در نقطه نزدیک بالای مته جهت نگه داشتن کامل قطر چاه به اندازه قطر مته

ب) جهت افزایش زاویه انحراف با نصب در بالای منه در چاه های انحرافی

ج) به عنوان تثبیت کننده در رشته حفاری

د) به عنوان تراشنده حفره جاکلیدی (Key Seat) جهت از بین بردن آنها و هم قطر کردن این قسمت ها با قطر اصلی چاه، جهت کاستن از احتمال گیر کردن لوله های وزنی و مته، هنگام عبور از این قسمت ها

دیوار تراش بر اثر عوامل مختلف از جمله شکسته شدن بازوهای گشادکننده، عدم تعادل جرم ناشی از سایش غیریکنواخت بر روی برنده­ های ابزار، تحت ارتعاش شدید قرار گیرند. پایدارسازی مناسب، همراه با تبدیل های دوسر رزوه­ دار و ضرب­کوب (bumper sub)، عملکرد آنها را بهبود خواهد بخشید. با به کارگیری دو ابزار اتّکایی (پشت به پشت) (back to back)، که باعث ایجاد استحکام مضاعف خواهد شد ، باعث توزیع یکنواخت بارگذاری به تیغه های دیوار ترا ش خواهد شد و مانع از بارگذاری زیاد جانبی بر روی ابزار خواهد بود.

هنگام استفاده از ابزار دیوار تراش ، هیدرولیک، عامل مهمی محسوب می­شود و باید مورد توجه قرار گیرد. چون جریان باید از طریق این ابزار و همچنین سرمتّه ­ی راهنما (pilot bit) یا سرمتّه­ ی گوه ­ای (bull nose)، منحرف گردد، در نتیجه، طراحی باید با دقت انجام گیرد تا از گلی (Balling) شدن ابزار گشادکننده­ی سوراخ، ممانعت به عمل آید. قدرت اسب هیدرولیکی مصرف شده در این ابزار، ممکن است مشابه آنچه که با استفاده از قطر هم­ ارز به دست می­آید، باشد. در نتیجه، انتخاب نازل در این اجزا، یا در سرمتّه یا سرمته­ ی گوه­ ای، برای تمیزکاری مناسب و قدرت اسب هیدرولیکی، مهم می­باشد. آزمایش­های میدانی، نشان می­دهند که ۸۰-۷۵% جریان از درون ابزار بازکننده­ ی سوراخ، بین HSI و تمیزکاری مناسب سرمته­ ی گوه­ ای با سرمته­ ی راهنما، توازن برقرار خواهد کرد. نازل های خیاره­ دار، همانطور که قبلا مورد بحث قرار گرفتند، نیز برای تقویت HSI، مورد استفاده قرار می­گیرند.

مزایا و معایب استفاده از دیوار تراش ، در زیر به صورت خلاصه ارایه میشوند:

مزایا:

  • زمان رفت و برگشت کاهش خواهد یافت
  • هزینه­ ی کل کاهش می یابد
  • شدت پاسگی (dogleg) کاهش خواهد یافت
  • تولید افزایش می یابد
  • اندازه­ های افزایش یافته­ ی لوله­ ی جداری یا آستر
  • فضای حلقوی  برای سیمان­کاری افزایش می یابد
  • ریزش (sloughing) کاهش یافته ­ی شیل­ ها
  • تکمیل سوراخهای تکی (mono bore)

معایب:

  • ارتعاش اضافی
  • کنترل حفاری جهت دار کار مشکل تری خواهد بود
  • یکنواختی سوراخ چاه با استفاده از این ابزار ها تضمین نخواهد شد
  • پایداری سوراخ چاه کم خواهد بود
  • قابلیت چرخش کاهش خواهد یافت
  • بسته به سازند ممکن است ROP کاهش یابد 
  • گلی شدن (Bit Balling) سرمته در صورت نامناسب بودن هیدرولیک

۱- Underreamer

دیوار تراش با تیغه پشتی دستگاهی است که در طی یک عملیات حفاری برای بزرگتر کردن سوراخ ، پایین تر از یک قسمت دارای لوله جداری  یا قسمت که دارای محدودیت دسترسی است ، استفاده می شود. این نوع دیوار تراش را می توان بالاتر از مته یا بالاتر از مونتاژ Pilot  قرار داد .

طراحی های متفاوتی از این قطعه ، در اندازه های مختلف از چند اینچ تا بالای ۴۰ اینچ وجود دارد . این نوع از تراشنده ها معمولاً در عملیات حفاری چاههای هیدروکربنی ، حفاری چاه های زمین گرمایی و در بعضی مواقع در حفاری چاه آب استفاده می شوند.

این دستگاه به طور معمول از یک بدنه متصل به رشته حفاری و قطعات متحرک “بازوها” ، “بلوک” یا “تیغه ها” تشکیل شده است. این قطعات در هنگام پایین رفتن قطعه در جاه  در بدنه تراشنده جمع می شوند و در قسمت پایین چاه فعال شده و شروع به کار می کنند.

از این نوع دیوار تراش ها میتوان پس از حفاری یک چاه برای گشاد کردن قطر حفاری شده (Pilot Reaming) و یا برای گشاد کردن قطر حفاری در حین عملیات حفاری بالاتر از مته مورد استفاده قرار داد.

به طور کلی دیوار تراش ها برای ایجاد فضای بیشتر مابین لوله های جداری و دیواره چاه برای سیمان کاری بهتر و یا ایجاد فضای مناسب برای راندن لوله جداری با قطر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

Rhino-Reamer

Rhino-Reamer

تیغه دیوار تراش با توجه به نوع سازند حفاری به سه نوع نرم، متوسط و سخت تقسیم می شود .

طراحی تیغه های تراش دهنده ها به عنوان تکنولوژی شرکت های متفاوت مطرح می باشد و این طراحی ها باعث ایجاد مزیت رقابتی برای ابزارهای شرکت های متفاوت می باشد. یک نمونه طراحی این تیغه ها در کاتالوگ زیر قابل مشاهده است.

تأمین راستای چاه در دیوار تراش از اهمیت بالایی برخوردار است، بدین منظور در بالای دیوار تراش، پایدارکننده های سنگینی قرار می دهند تا اندازه قطر چاه و پایداری رشته حفاری تأمین شود.

۲- Roller Reamers

قطر چاه در برخی مواقع در اثر ریزش دیواره چاه یا انبساط و متورم شدن لایه های باریک تر از اندازه اولیه می شود. بدین منظور از تراش دهنده ها از نوع دیوار تراش غلتکی استفاده می شود تا محل های باریک و تنگ شده چاه را دوباره به حالت اولیه برگرداند .

در برخی مواقع نیز هنگامی که مته حفاری به دلیل خوردگی به سایز پایین تر از سایز اصلی رسیده است و یا در اصطلاح Under gauge شده است ، دیوار تراش های غلطکی با قرار گیری در رشته حفاری ، به حفاری چاه با سایز مناسب کمک می کنند.

در مواقعی که مته های نو در حفاری چاه مورد استفاده قرار می گیرند ، وجود دیوار تراش در رشته حفاری باعث اصلاح مشکلات هندسی چاه ناشی از  lateral shifting مته در هنگام حفاری می شود. از نگاه دیگر به عنوان عملکرد ثانویه دیوار تراش غلتکی ، می توان به آن به عنوان نوعی Stabilizer نیز نگاه کرد . زیرا که رشته حفاری را در حین حفاری در مرکز چاه نگه می دارد.

Roller Reamer

Roller Reamer

۳- RFID Reamer

استفاده از فناوری شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) در سالهای اخیر ، در طیف گسترده ای از صنایع ، از کاربرد در ردیابی دارایی افراد ، فروش در خرده فروشی ها ، فرستنده برای عوارض و حمل و نقل عمومی ، ردیابی بیماران در بیمارستان ها و برچسب های شناسایی در حیوانات ، افزایش یافته است. این فناوری در صنعت نفت و گاز به عنوان ابزاری برای بهبود عملکرد عملیاتی و مالی در بخش بالادستی و پایین دستی مورد استفاده قرار گرفته شده است.

RFID Technology

شرکت Weatherford هم اکنون اولین دیوار تراش (Reamer) فعال شده الکترونیکی در صنعت نفت و گاز را ارائه داده است . این دستگاه انعطاف پذیری بیشتری را برای انجام عملیات دیوار تراشی و دیوار تراشی در حین حفاری (HEWD) را فراهم می کند. حفاری با  ابزار  RipTide ™ RFID  شرکت Weatherford افزایش قطر سوراخ قابل حفاری را تا ۲۵ درصد بیش تر از قطر مته را حین عملیات HEWD امکان پذیر می کند ، و شامل طراحی پیشرفته و ویژگی های تکنولوژیکی است که آن را به گزینه مناسب در برنامه های مختلف تبدیل می کند.

فعال سازی RFID

بر خلاف ابزارهای معمولی HEWD که تمام اجزای سیستم را در یک بدنه اصلی قرار می دهند ، ریمر بهبود یافته شرکت Weatherford دارای دو قسمت اصلی است. طراحی دو قسمتی بدنه این امکان را می دهد تا ابزار با به صورت مکانیکی با مکانیسم ارسال توپک معمولی یا به صورت الکترونیکی  فعال شود . فعال سازی اکتریکی دستگاه مستلزم ریختن برچسب های  کوچک اما بسیار بادوام RFIDدر داخل لوله حفاری برای انتقال دستورالعمل ها به یک خواننده الکترونیکی واقع در کنترلر ابزار است.

گزینه فعال سازی مبتنی بر RFID با دادن امکان به اپراتور برای فعال یا غیرفعال کردن ابزار در هر زمان و در حین حفاری یا تریپ کردن ، عملکرد را افزایش می دهد. یکی از مزایای این تکنولوژی این است که از فعال شدن کاترها در حین انجام عملیات جارینگ جلوگیری می شود. فعال سازی الکترونیکی همچنین در گردش کامل و چرخش ، به محافظت از پوشش و ساختار ابزارهای برش در برابر آسیب در حین تمیز کاری چاه کمک می کند. یکی دیگر از مزایای این تکنولوژی که اجازه می دهد چندین دیوار تراش بصورت پشت سر هم در رشته حفاری قرار داده شوند و تک تک این دیوار تراش ها به صورت مجزا قابل کنترل خواهند بود.

۴- Fixed Blaed Reamers

Fix blade reamer

Fix blade reamer

۵- Bi Center Reamer Bit

این سرمته­ ها طوری طراحی شده­اند که از درون یک سوراخ یا رشته­ لوله­ ی جداری با اندازه­ ی مشابه عبور کرده و سپس هنگام دوران، سوراخ بزرگتری را ایجاد می­کنند (شکل زیر). متغیرهای اساسی در خصوص مته های معمولی در مورد این نوع از مته ها مانند مؤلفه ­ی وزن، WOB، مؤلّفه ­ی دورانی، rpm و دبی (Q)، هنوز قابل استفاده می­باشند.

BiCenter Bit

BiCenter Bit

اصطلاح “دومرکزی” (bicenter)، به دو محور مرکزی سرمته مربوط می­شود. یک محور، جدارتراش یا خط مرکزی حفّاری است و دیگری، خط مرکزی لوله­ ی جداری یا عبور از درون (Pass Throw)، می­باشد. در خصوص برش خارج از مرکز، همانطور که در شکل نشان داده شده است، هندسه به شما اجازه می­دهد سوراخهای بزرگتری نسبت به سرمته­ ی هم­مرکز معمولی، ایجاد کنید. همچنین، در سرمته­ ی دومرکزی، بخش­های متحرک وجود ندارند. گشادکردن سوراخ به طور همزمان، به شما اجازه می­دهد سوراخ بزرگتری حفر کنید که این عمل، چگالی چرخش هم­ ارز را کاهش می­دهد. بر اثر ماهیت پیوسته­ ی طراحی، بدون هرگونه قسمت متحرّک، نه تنها حفّاری و گشادکردن سوراخ را در یک مرحله (یک­بار رفت و برگشت به چاه) ممکن می­سازد بلکه نقص مکانیکی را نیز کاهش می­دهد. یکی از دلایل نگرانی، این است که نیروهای جانبی در سرمته و تیغه­ های جدارتراش، بر اثر عدم تعادل نیرو، ممکن است باعث برش شدید بر روی یک سمت سرمتّه­ ی دومرکزی و ارتعاش رشته لوله، شوند. از این گذشته، نیروهای عدم توازن، منجر به کج شدن و انحراف نامطلوب سرمتّه می­گردند. 

Bicenter Bit Drilling Line

Bicenter Bit Drilling Line

متغیرهای هندسی زیر، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده­اند، برای سرمته­های دومرکزی، ضروری می­باشند:

  • قطر حفّاری
  • قطر عبور از درون
  • حداکثر قطر ابزار
  • قطر راهنما (pilot diameter)
  • زاویه­ی تماس جدارتراش

قطر عبور از درون

قطر عبور (pass-thru diameter) ، همانطور که در شکل ، نشان داده شده است، قطر درونی لوله­ ی جداری یا پنجره ه­ایی است که سرمته باید تمیز کند. محدودیتی که کمتر جلب توجه می­کند، قطر فوران­گیر (blowout preventer) است. در شکل ، قابل مشاهده است که قطر عبوردادن با لوله ­ی جداری هم­ محور است ولی با اتّصال رشته­ لوله ­ی حفّاری، هم ­محور نیست.

قطر حفّاری

این قطر، همانطور که در شکل  نشان داده شده است، اندازه ­ی مورد نظر اپراتور است که سرمتّه آن را برای چاه او حفاری می کند. گاهی، ولی نه همیشه، این قطر، با مقادیر سرمتّه ­های رایج، مطابقت دارد. اپراتور، این قطر را بر اساس کاربرد و محدودیت­هایی که به وسیله­ ی قطرهای دیگر تحمیل می­شوند، انتخاب می­کند. قطر حفاری (drilling diameter) با رشته­ لوله­ی حفّاری، هم­ محور است.

حداکثر قطر ابزار

این قطر ، حداکثر اندازه­ ی ابزاری را تعریف می­کند که بتواند به سرمته متصل شود و هنوز از درون لوله­ ی جداری عبور کند. قابل توجه است که حداکثر قطر ابزار، با رشته لوله ­ی حفاری ، هم­ محور است ولی با سوراخ لوله­ ی جداری هم­ محور نیست. با توجه به شکل ، وقتی ابزار از حداکثر اندازه­ ی ابزار بزرگتر است، رشته­ لوله به درون لوله­ ی جداری جا نخواهد رفت. حداکثر قطر ابزار، حداکثر قطر ابزاری است که بدون اینکه از قطر انحراف سوراخ بیشتر شود، بر روی سرمته­ ی دومرکزی مونتاژ می­گردد و آن، فاصله از خطّ مرکزی اتصال به سنجه­ ی سرمتّه برروی سمت مخالف جدارتراش ضربدر ۲، می­باشد.

قطر سرمته ­ی راهنما

قطر راهنما، قطر سرمته برروی انتهای جلویی دومرکزی، است و باید کمتر یا برابر با حداکثر قطر ابزار باشد. امروزه اکثر سرمته های دومرکزی با قطر راهنمای کوچکتری نسبت به حداکثر قطر ابزار ساخته می­شوند. این، به طراح اجازه می­دهد برنده­ ها را بر روی جدارتراش در اطراف سرمتّه ی راهنما توزیع کند. این، نیروهای برنده را یکنواخت­تر توزیع می­کند و توازن نیرو را بهبود می بخشد.

زاویه­ی تماس جدارتراش

وقتی که حفاری صورت می­گیرد، این زاویه، ناحیه­ ی تماس بر روی سنجه را تعریف می­کند. وقتی زاویه­ ی تماس (contact angle) وسیع­تر باشد، می­توان تیغه ­ها، برنده و برنده­ های سنجه­ ی بیشتری بر روی جدارتراش قرار داد. زاویه­ ی تماس جدارتراش، دوام جدارتراش را تحت تأثیر قرار می­دهد. 

۶- Near Bit Reamer  ابزار جدارتراشی در حین حفاری (RWD)

این ابزار، انشعابی از سرمته­ ی دومرکزی می­باشند. به جای یک بدنه­ ی تکی، بخش جدارتراش، از این نظر که می­تواند به سرمته ­ی راهنما متصل شود، متفاوت خواهد بود . مانند یک سرمته­ ی دومرکزی (و برخلاف گشادکننده­ها از زیر)، بخشهای متحرک وجود ندارد. روش رایج، این است که سوراخ به اندازه­ی مورد نظر حفاری و گشاد می­شود در حالیکه با ابزار RWD، در یک مرحله (رفت و برگشت) حفاری و جدارتراشی انجام می­گیرد. چون بخش جدارتراش ابزار، بخش پیوسته­ ی سرمته ­ی راهنما نمی­باشد، اجازه می­دهد، ابزار در هر جای رشته­ لوله قرار داده شوند، انعطاف ­پذیری آرایش BHA را به طور متفاوتی فراهم میکند و علاوه بر این، قراردادن وصله­ ی ضربه را برای چاه­های انحرافی، ممکن می­سازد. برای مناسب­ترین عملکرد، وقتی که این ابزار در نزدیکی سرمته یا به دور از اجزای هیدرولیکی و مکانیکی سرمته قرار داده می­شوند، باید احتیاط شود. از این گذشته، با این طراحی انعطاف­پذیر که از مفهوم دومرکزی استفاده می­کند، اندازه­ های سرمتّه­ی راهنما و بالهای جدارتراش، مستقل از یکدیگر خواهند بود.

اگرچه ابزار گشادکننده­ ی سوراخ دارای مزایای ذاتی می­باشند ولی خطرات مکانیکی و محدودیت­های عملکرد مرتبط با این ابزار، باید مدنظر قرار گیرد. انتخابهای درستی باید صورت گیرند به طوریکه تمیزکاری مناسب سوراخ در سرمته­ ی راهنما و ابزار گشادکننده­ی سوراخ، حاصل شود و از گلی­ شدن سرمته ، پرهیز گردد. همچنین باید دقت شود که ممکن است سرمته­ ی راهنما و جدارتراش سازندهای مختلف را همزمان حفاری کنند و به پارامترهای حفاری مختلفی، احتیاج داشته باشند. همچنین، دوران ابزار در درون لوله­ ی جداری، پیشنهاد نمی­شود.

Near Bit Reamer

Near Bit Reamer

۷- Expandable Reamers

دیوار تراش های منبسط شونده به منظور بهبود بهره وری و کاهش ریسک در حین حفاری در سازندهای مشکل ساز در آب های عمیق و سایر چاه های فرا ساحل ، که در آن پایداری چاه مهمترین چالش است ، ایجاد شده است. اولین دیوار تراش ها از این نوع با توپک فعال می شدند . پس از فعال شدن تیغه های این دیوار تراش ها ، بدون متوقف کردن سیستم گردش گل امکان بسته شدن تیغه ها وجود نداشت. در طراحی های نسل دوم ، عملکرد به گونه ای اصلاح شد که امکان غیر فعال کردن تیغه ها بدون توقف سیستم گردش گل جهت تمیز کاری چاه به وجود آمد.

برخی از دیوار تراش ها با استفاده از تغییر فشار هیدرواستاتیک چاه فعال و غیر فعال می شوند.

برخی دیگر از انواع دیوارتراش ها با استفاده از یک توپ فعال و غیر فعال می شوند.

ب) چال تراش (Hole Opener)

باز کردن یا گشاد کردن سوراخ، از سطح صورت می­گیرد. به طور مشخص ، این عملیات با استفاده از چل تراش ها که دارای برنده­ های ثابتی می­باشند، انجام می­گیرد. در چال تراش ها نیازی به فعال سازی کاتر ها ماننده Underreamer ها نیست. برای استفاده از چال تراش ها ابتدا سوراخ راهنما (pilot hole) حفّاری می­شود و در مرحله بعد با استفاده از گشادکننده­ ها یا بازکننده­های سوراخ، گشاد می­شود. مشکلات ذاتی مربوط به گشادکننده­ها عبارتند از:

  • کم بودن قابلیت اعتماد به عملکرد ابزار
  • ضعف موجود در قسمت­های متحرک
  • عدم امکان بهینه­ سازی توازن جریان 
  • رفت و برگشت (به چاه) اضافی، اغلب لازم می­باشد

کاترها، با توجه به سازند حفاری شده، می­توانند در محل دکل حفاری تعویض شوند. طبقه ­بندی کاتر ها مشابه طبقه ­بندی  کاتر سرمتّه­ ها می­باشد. اندازه ­گیر گشادکننده­ی سوراخ نیز پس از بیرون کشیدن، مانند سرمتّه­ های حفاری، صورت می­گیرد .

Type of hole opener

Type of hole opener

لوله حفاری نفت / مشخصات و سایز / قیمت (Drill Pipes)

مقاله قبلی

شیر های صنعتی/ همه چیز درباره شیرهای صنعتی/ علائم اختصاری و کاربرد انواع شیرها

مقاله بعدی

شما همچنین ممکن است دوست داشته باشید

نظرات

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.