سیستم گردش گل و مخازن گل در دکل حفاری (Mud Circulating System)

قسمت های مختلف سیستم گردش گل در دکل حفاری عبارتند از:

١- پمپ های گل

۲- حوضچه های گل

٣- تجهیزات مخلوط کردن گل

۴- تجهیزات تصفیه گل

۵- لوله سطحی (Surface Pipe): منظور اولین رشته لوله جداری است که می تواند اعماق مختلفی داشته باشد..

۶- لوله قائم گل حفاری (Stand Pipe): لوله ای به شکل لوله های حفاری که در حالت قائم در سکوی برج (Derrick Floor) قرار گرفته و از یک طرف توسط لوله های گل حفاری متصل به پمپ های گل و از طرف دوم به شیلنگ گل (Mud Hose) وصل است

۷- شیلنگ خرطومی گل (Mud Hose): لوله ای از جنس پلاستیک ولی بسیار محکم که گل حفاری از درون آن عبور می کند.

مدار سیستم گردش گل

گل از مخزن ورودی به خط خروجی (Discharge Line) و لوله قائم (Stand Pipe) راه یافته و از آنجا به شیلنگ لاستیکی فشرده قابل انعطاف و بسیار قوی که خرطومی کلی (Mud Hose) نامیده می شود، پمپ می گردد. خرطومی کلی به هرزگرد متصل می شود. گل پس از ورود به هرزگرد به ترتیب از کلی، لوله های حفاری و لوله های وزنی پایین رفته و از مته خارج می گردد.

سپس با یک چرخش سریع از دالیز بالا رفته و از طریق ناودان گل روی الک لرزان (Shale Shaker) فرو می ریزد. الک لرزان، کنده ها را سرند کرده و داخل حوضچه گل می ریزد. گل دوباره به مخازن گل وارد شده و پمپ عمل بازگردانی به چاه را انجام می دهد.

برای جدا کردن ماسه یا ذرات بسیار ریز و لای مانند حفاری شده، وسایلی به نام ماسه زدا (Desander) و لای زدا (Desilter) روی مخازن گل نصب شده اند. باز گردانی مجدد ذرات ماسه و لای به درون چاه، وزن گل را ناخواسته افزایش داده و ممکن است باعث فرسایش رشته حفاری و سایر اجزا سیستم گردش گل گردد.

اگر با سازندی که دارای مقدار کمی گاز است مواجه شدیم، اغلب برای جدا کردن گاز از گل قبل از بازگردانی گل به چاه، یک گاز زدا (Degasser) به کار می رود. یک گل گاز زده (Gas Cut Mud) نباید مجددا در چاه به گردش در آید زیرا باعث کاهش وزن گل شده و ممکن است منجر به فوران گردد.

MUD Circulating System With Solids Control Equipment

MUD Circulating System Schematic

مخازن سیستم گردش گل

گل به کمک آخورک (Mud Hopper) که بیشتر افزودنی های خشک گل حفاری در آن ریخته می شوند، درون مخازن گل مخلوط می گردد. باید توجه داشت که بعضی از افزودنی های خشک مخصوصا کاستیک را هرگز نباید از طریق آخورک به گل اضافه کرد، زیرا طرز کار آخورک طوری است که اغلب اوقات مقدار کمی از افزودنی ها را به بیرون می پاشد و چون کاستیک ماده ای سوزنده است، ذرات پاشیده می شود و به هر کسی که برخورد کنند باعث سوختگی شدید می شود.

مخازن سیستم گردش گل دارای همزن هایی پارو مانند هستند که گل را به هم می زنند. برحسب خواص مورد نیاز گل حفاری، مواد نفتی یا آب مخلوط می گردد.

Mud Hopper

پمپ ها

پمپهای گل مهم ترین جزء در سیستم گردش گل می باشند. رانش پمپها با موتورهای الکتریکی انجام می گیرد. پمپ های دستگاه حفاری دورانی بسیار قوی بوده و قادر به جابه جایی حجم زیاد گل با فشار خیلی بالا می باشند. موقع گردش با هوا یا گاز به جای پمپ از کمپرسور استفاده می شود و احتیاجی به مخازن گل نیست.

اغلب دستگاه های حفاری مجهز به دو پمپ گل می باشند که یکی از آن ها همواره در حال کار و دیگری به عنوان پمپ جایگزین یا پشتیبان بکار گرفته می شود. گاه می توان هر دو پمپ را همزمان مورد استفاده قرار داده و حجم زیادی از گل حفاری را در سیستم به گردش درآورد. در هنگام عملیات حفاری بر روی چاه های عمیق، دستگاه حفاری ممکن است ۳ یا ۴ پمپ را به کار گیرد. دستگاه حفاری یا از پمپ های دوگانه استفاده می کند و یا از پمپ های سه گانه.

در یک پمپ دوگانه، پیستون، سیال را در یک سمت بسوی خروجی پمپ می کند و در همان زمان در سمت دیگر پیستون سیال را به سمت داخل می کشد.

درحالی که پیستون به سمت جلو حرکت می کند، در یک سمت خود سیال را بسوی خارج پمپ می کند و در سمت دیگر پیستون، سیال به داخل کشیده می شود. بنابراین پمپ های دوگانه، دو مرحله ای هستند.

پمپ های دومرحله ای نسبت به پمپ های یک مرحله ای سیال بیشتری در هر رفت و برگشت پیستون پمپ می کنند. با وجود این، بدلیل اینکه این پمپ حفاری دو مرحله ای هستند، در اطراف میله پیستون آب بند دارند و این آب بند از حرکت سریعتر پمپ های دوگانه نسبت به پمپ های سه گانه جلوگیری می کند.

محدوده اسب بخار ورودی برای پمپ های دوگانه از ۱۹۰ تا ۱۷۹۰ است. بیشترین فشارخروجی برای پمپ های دوگانه در حدود ۵۰۰۰ psi است.

Duplex Mud Pump

پمپ های سه گانه گل حفاری

پمپ سه گانه دارای سه پیستون است که در استری به سمت عقب و جلو حرکت می کنند.

پمپ های سه گانه ۳۰ %وزن کمتری از پمپ های دوگانه دارند و هنگامی که قطعات دارای وزن کمتری باشند حمل و نقل و نصب آن ها آسان تر است.

مزیت های دیگر پمپ های سه گانه نسبت به پمپ های دوگانه عبارتند از ؛

– هزینه عملیاتی کمتری دارند.

– به قسمت انتهای پمپ راحت تر می توان دسترسی پیدا کرد.

– خروجی سیال پمپ تلاطم کمتری دارد، یعنی خروجی پمپ به اندازه پمپ دوگانه موج تولید نمی کند.

– مقادیر زیادی از سیال حفاری را با فشار بالا پمپ می کنند.

امروزه فشارهای بالا برای حفاری چاه های عمیق مورد نیاز می باشد به دلایل ذکر شده پمپ های سه گانه، تدریجاً پمپ های دوگانه را از رده خارج کرده اند.

در یک پمپ سه گانه، پیستون ها فقط زمانی که در جهت جلو در استری حرکت می کنند، سیال حفاری را به سوی خروجی سیستم گردش گل هدایت می کنند. در نتیجه هنگامی که آن ها به سمت عقب حرکت می کنند، سیال حفاری را در همان سمت پیستون بداخل می کشند. به همین دلیل پمپ های سه گانه یک مرحله ای نامیده می شوند.

Triplex Mud Pump

الک لرزان (Shale shaker)

استفاده از سیستم‌های کنترل جامدات یک روش مؤثر در جداسازی گل حفاری از کنده‌های حفاری می‌باشد. سیستم کنترل جامدات به‌عنوان مهم‌ترین بخش در مدیریت پسماند حفاری مطرح می‌باشد که تأثیر مستقیمی بر کیفیت عملیات حفاری، جلوگیری از آثار مخرب زیست‌محیطی، افزایش سرعت حفاری و کاهش هزینه‌ها دارد.

الک لرزان یا Shale shaker دستگاهی می‌باشد که با ایجاد ارتعاش باعث غربال گل حفاری می شود این روند به وسیله توری های لرزان که در دستگاه Shale shaker نصب می گردد انجام می‌پذیرد. این دستگاه به عنوان فاز اول تصفیه سیال حفاری در سیستم گردش گل پس از خروج از مسیر اصلی مسئولیت پاکسازی سیال توسط الک ها را به عهده دارد.

الک های مرتعش، کنده های درشت تر را جدا می کنند. این کنده ها در داخل تانک ذخیره، دریا یا دیگر ظروف برای دفع، جمع آوری می شوند. دستگاه Shale shaker دارای انواع مختلفی می باشد. الک های لرزان بر اساس نوع کارکرد به سه نوع زیر دسته بندی می شوند:

۱- الک لرزان با عملکرد خطی (Linear motion shale shakers)

۲- الک لرزان با حرکت بیضوی متعادل (Balanced elliptical motion shale shakers)

۳- الک های لرزان با حرکت دایره ای (Circular motion shakers)

از معروف‌ترین برندهای تولید کننده Derrick،KEMTRON MI-SWACO ،، می‌باشند .توری های مورد مصرف در الک های لرزان بر اساس نام تولیدکنندگان ، به همین نام‌ها و بر اساس تایپ‌ مختلف مانند FLC، Hyperpool، Mongoose، King cobra دسته بندی می‌گردند.

انواع توری های گل حفاری:

Derrick (FLC2000, FLC500, FLC600, HYPERPOOL
Mongoose
King Cobra

Shale Shaker Construction

ماسه زدا(Desander) و سیلت زدا (Desilter)

ماسه زدا (Desander) و سیلت زدا (Desilter) وسایل جدا کننده مواد جامد اضافی در گل های سبک می باشد. در هر دکل حفاری این دو دستگاه باید وجود داشته باشند زیرا اضافه شدن مقدار مواد جامد باعث ساییدن تمام دستگاه های سیستم گردش گل و تجهیزات حفاری می شود و آن خود باعث ضررهای جبران ناپذیری می گردد.

دستگاه Desander برای جداکردن ذرات یا بریده های درشت به کار می روند ولی Desilter برای جدا کردن ذرات بسیار ریز به کار می رود.

گاهی اوقات هردو دستگاه با هم کار می کنند بطوریکه گل اول از Desander عبور می دهند تا ذرات درشت مواد جامد جدا شود و سپس از Desilter عبور داده تا مقداری از ذرات ریز مواد جامد جدا شود.

Mud Desander & Desilter

گاز زدا (Degassing)

در بعضی مواقع سیال حفاری را از یک گاززدا عبور می دهند تا گاز از سیال حفاری جداشود. در صورت جدا نکردن گاز از سیال حفاری، مشکلات زیر پدید می آید :

۱) اگر گاز از سیال حفاری جدا نشود سبب می‌شود که سیال سبک گردد در نتیجه، سیال سازند می تواند وارد چاه شود (این حالت را کیک می گویند). پس به منظور جلوگیری از فوران چاه باید از آن جلوگیری کرد.

۲) در اثر گردش مجدد سیال حفاری گازدار ممکن است موجب گاززدگی پمپ شود به این معنی که پمپ به جای اینکه فقط سیال حفاری را پمپ کند، سیال حفاری و گاز را پمپ می کند که بازدهی پمپ را بسیار پایین می آورد.

مکانیزم عملکرد گاز زدا به این صورت است که سیال حفاری و گاز همراه آن از بالا وارد می شوند و بر روی چندین صفحه مغشوش کننده (اسپریدر) پخش می شوند. پخش شدن سیال حفاری، سطح بزرگی را برای خروج گاز از سیال فراهم می کند. همچنین یک پمپ خلاء، فشاری کمتر از فشار محیط اطراف در درون گاز زدا ایجاد می کند. این خلا نسبی ایجاد شده در درون گاززدا سبب می شود گاز براحتی از سیال حفاری پخش شده رها شود و جدا گردد.