فوران گیر

فوران گیر ها زمانی به کار می آیند که زمانی که در حین حفاری به سازندی برخورد کنیم که فشار آن از فشار حاصل از ستون گل درون چاه بیشتر باشد ، سیال آن سازند که ممکن است آب ، نفت و یا گاز باشد به داخل چاه وارد می شود در این حالت اصطلاحا چاه kick کرده است . این سیال وریدی بعد از مدتی خودر ا به سطح می رساند که اگر تمهیدات لازم جهت کنترل چاه صورت نگیرد ممکن خسارات جانی و مالی فراوانی به همراه داشته باشد به خصوص اگر سیال ورودی به داخل چاه گاز باشد این مساله خطرناک تر است چرا که گاز به دلیل سبک بودن خود را به سرعت به سطح می رساند و هر چه به سطح نزدیکتر شود به علت کاهش فشار هیدروستاتیک گل حجم گاز افزایش می یابد .گاز به محض رسیدن به سطح دارای حجم قابل ملاحظه ای است که پخش شدن آن درمجاورت موتورهای دکل ممکن است باعث انفجار و به وجود آمدن خسارات زیاد گردد.

بنابراین لازم است قبل از انکه فوران چاه خساراتی را به بار آورد توسط تجهیزاتی چاه را ایمن نموده سپس با افزایش وزن  گل (به مقداری که فشار ستون گل بیشتر از فشار سازند گردد ) اقدام به کشتن چاه نمود.

فروان چاه ممکن است در حین حفاری سازند، لوله بالا یا لوله پایین (tripping) ، راندن لوله های جداری راندن رشته تکمیلی و غیره رخ دهد.

در صورت وقوع فوران باید چاه ایمن گردد به عبارتی هم داخل رشته حفاری و هم فضای حلقوی را ایمن ساخت . در حین حفاری در رشته حفاری وجود float valve (شیر یک طرفه) درون bit sub و safety valve زیر Kelly و همچنین Kelly cock فاکتورهای ایمنی هستند که از خروج سیال به سطح از درون رشته حفاری جلوگیری می کنند. در حین tripping یا راندن لوله جداری همواره باید یک عدد safety valve در دسترس باشد که به محض فوران چاه آن را سریعا روی لوله ها بست و از خروج سیال از درون لوله ها جلوگیری نمود.

فوران گیر ها

قسمت اصلی سیستم کنترل، طغیان شکن یا فوران گیر (B . O . P . ( Blow Out Preventer می باشد. فوران گیر همراه با سایر تجهیزات برای بستن چاه به کار رفته و به حفار اجازه می دهد که سیلان را قبل از این که به فوران تبدیل شود کنترل کند.

برای بستن وایمن کردن فضای حلقوی یک مجموعه از شیرهای فورانگیر یا blow out preventor  روی چاه نصب می گردد تا در موقع لزوم با بستن این شیرها روی بدنه خارجی لوله های درون چاه فضای حلقوی را ایمن سازد . شیرهای فورانگیر عموما شیرهایی هستند که فشارهای بالا را تحمل می کنند و برای فشارهای مختلف ساخته می شوند. در د کلهای خشکی و یا روی سکوهای ثابت دریایی مجموعه شیرهای فورانگیر مستقیما زیر سکوی حفاری (floor) قرار دارند ولی در دکلهای شناور این مجموعه بر بستر دریا نصب می گردد . در هر دو حالت شیرهای فورانگیر به صورت هیدرولیکی از روی سکوی حفاری باز و بسته می شوند.

اصولا دو نوع فورانگیر وجود دارد:

الف) فورانگیر دالیزی (Annular preventor)

ب) فورانگیر زباله ای (ram type preventor)

فورانگیر دالیزی که به آن هایدرل (hydril) نیز می گویند. (hydril نام شرکت سازنده اغلب فورانگیر های دالیزی است) دارای یک قسمت (Element) لاستیکی است که با اعمال فشار روغن به پشت آن لوله درون چاه بسته می شود و اطراف لوله را کاملا می پوشاند . hydril  روی هر سایز لوله بسته می شود (برخلاف ram type) در صورت بستن هایدرل روی لوله امکان حرکت لوله ها به سمت بالا (strip out) و پایین (strip in) و چرخش لوله ها وجود دارد.

اگر هیچ یک از اجزای ستون حفاری (Drill stem) در داخل چاه وجود نداشته باشد، فوران گیر مدور حفره چاه را به طور کامل می بندد.

فورانگیر های زبانه ای ram type از دو زبانه فلزی شبیه به هم ساخته شده است که روی لوله بسته می شود . این نوع فورانگیر ها دارای انواع مختلف زیر می باشند:

• شیرفورانگیر کور (blind ram) :‌وقتی که رشته حفاری درون چاه نباشد از این فورانگیر استفاده می شود چرا که جایگاهی برای لوله روی زبانهها در نظر گرفته نشده است در مواقع خاص در صورت وجود لوله درون چاه بستن این فورانگیر باعث له و پرس شدن لوله می گردد . با این حال چاه به حالت ایمن در می آید.

• شیر فورانگیر از نوع shear: همانند blind ram است وقتی که رشته حفاری درون چاه نباشد از آن استفاده می گردد . در صورت بروز فوران غیرقابل کنترل به نحوی که هیچکدام از فورانگیرهای دیگر قادر به مهار چاه نباشند و از درون رشته حفاری نیز خروج سیال وجود داشته باشد با بستن ram shear رشته لوله درون چاه بریده و به داخل چاه می افتد (به خاطر تیز بودن shear ram) و چاه بسته و ایمن می گردد.

Shear rams

• در هر چاه یا از blind ram استفاده می شود یا از shear ram معمولا shear در چاه های اکتشافی و wildcat که شناخت کافی از فشار سازندها وجود ندارد مورد استفاده قرار می گیرد.
• شیر فورانگیر از نوع pipe ram :‌در مواقعی که رشته حفاری و یا جداری درون چاه باشد از این فورانگیر استفاده می شود. به نحوی که روی لوله بسته شده بدون آنکه آسیبی به لوله وارد سازد باعث ایمن شدن چاه می شود.

Shear Ram

Shear Ram BOP detail

انواع دیگر شیرهای فوران گیر

علاوه بر دو نوع ذکر شده از انواع دیگری از شیرهای فوران گیر، بسته به شرایط و در موقعیت های مختلف استفاده می شود که در ادامه شرح داده می شود:

۱- فوران گیر های چرخشی (Rotary Preventers)

این نوع فوران گیر ها این امکان را فراهم می کنند که رشته حفاری همراه با چرخش وارد یا خارج شود. در بالای فوران گیر های معمولی قرار داده شده و به منظور حفاری تحت فشار، زمانی که گل حفاری با چگالی پایین مورد نیاز است (در مواقعی که افزایش چگالی، باعث افت گردش گل می شود. استفاده می گردن. اساسا این نوع فوران گیر ها بیشتر برای حفاری با هوا یا گاز استفاده می شوند.

Rotary Preventers

۲- فوران گیر ها ی درونی (Internal Preventers )

از دیگر شیرهای فوران گیر که بسته به شرایط و در موقعیت های مختلف استفاده می شود BOP های درونی می باشد. فوران گیر های درونی شیری است که اگر چاه شروع به جریان در طول فرآیندهای stripping نماید، می تواند در استرینگ حفاری قرار داده شود. شیرهای توپی(ball valves) نیز می تواند به عنوان BOP درونی استفاده شوند. بعلاوه همچنین BOP های درونی نوع check valve) dart -type) نیز موجود می باشند.
این نوع BOP باید قبل از اینکه لوله حفاری در چاه stripped back شود در استرینگ حفاری قرار داده شود.زیرا این عمل این امکان را می دهد که گل حفاری پس از رسیدن به پایین چاه به سمت پایین استرینگ حفاری پمپاژ شود BOP های درونی در صورت نیاز با چرخاندن به درون یک استرینگ حفاری همراه با شیر یا dart در موقعیت باز نصب می‌شوند. وقتی که BOP نصب شد، شیر می تواند بسته شده یا dart آزاد شود.

Internal BOP dart Type

Internal BOP Ball Type

آرایش مجموعه شیرهای فوران گیر

نحوه آرایش مجموعه وسایل شیرهای فوران گیر بر مبنای فشار کارکرد عملیاتی آنها است. هر یک از اجزاء مجموعه شیرهای فوران گیر باید دارای حداقل فشار کارکردی برابر با بیشترین فشار سطحی پیش بینی شده باشد. در شکل ۲-۱ مثالی از نحوه آرایش اجزاء برای فشار کارکرد ۱۰M و ۱۵M پام بر مبنای API RP53 برای حفاری در خشکی ارائه شده است.(برای خلاصه نویسی از حرف “M” به عنوان علامت ۱۰۰۰ استفاده می گردد.)

BOP Arrangement – Sample

در برخی از فشارهای کارکرد عملیاتی آرایش های خاص مورد استفاده قرار می گیرد. نحوه این چیدمان با توجه به نیازهای ایمنی و شرایط چاه توسط کارفرما و پیمانکار تعیین می گردد. در شکل های زیر آرایش های متنوع ارائه شده است.

کد گزاری اجزاء شیرهای فوران گیر:

برای هریک از این اجزاء از علامت های زیر استفاده می شود:

• G = Rotating Head
• A = Annular Blowout  Preventer
• R = Single Ram Type Preventer
• R_d = Double Ram Type Preventer
• R_t = Triple Ram Type Preventer
• S = Drilling Spool

دلایل و علائم فوران

برخی از دلایل فوران عبارتند از: وزن کم گل، مکش، پر نکردن چاه موقع لوله بالا.

الف) سریع شدن حفاری

سریع شدن حفاری ممکن است همراه با کم شدن فشار پمپ و زیاد شدن ضربه های آن و ازدیاد حجم تانک های گل باشد. با سریع شدن حفاری باید پمپ را خاموش و لوله چندبر را بالا کشیده و چاه را بررسی نمود؛ اگر چاه ساکن باشد، می توان بدون آنکه نیاز به بالا بردن وزن گل باشد به حفاری ادامه داد.

ب) چاه در موقع لوله بالا کمتر از مقدار لازم گل می گیرد.

۷۰ درصد فورانها ناشی از پر کردن چاه به اندازه کافی می باشد. در موقع لوله بالا عمل مکش ممکن است باعث داخل شدن مایع سازند به چاه گردد. مکش در اثر سریع بالا کشیدن لوله های بالا بودن گرانروی پلاستیکی و نقطه واروی (YP)، یا گلی شدن مته و پایدار کننده به وجود می آید. در این حالت باید از تانک کوچک و دقیق برای پر کردن چاه استفاده شود

علائم وقوع فوران

الف) سرعت بیش از حد لوله حفاری به هنگام برگشت به سطح

ب) پر نکردن چاه به اندازه کافی در هنگام لوله بالا

ج) افزایش کلسیم گل خروجی

د) مشاهده گل گاز زده یا آب زده

هـ) افزایش غیر قابل انتظار حجم گل در تانک ها

و) کاهش فشار پمپاژ

ز) افزایش دمای گل در خروج از چاه

ح) افزایش تعداد ضربان پمپ ها (Strokes)

ط) کاهش وزن روی مته

با افزایش چگالی گل حفاری می توان از فوران جلوگیری کرد.

واحد انباره (Accumulator unit)

واحد انباره (Accumulator unit) مربوط به سیستم کنترل فشار (Pressure Controlling) است. فوران گیر ها به وسیله سیال هیدرولیکی که تحت فشار در وسیله ای به نام انباره نگهداری می شود، باز و بسته می شوند. در این واحد عملیاتی، چندین مخزن بطری شکل یا کره ای شکل قرار دارد که سیال هیدرولیکی درون آنها ذخیره شده است.

خطوط فشار قوی، سیال هیدرولیکی (Hydraulic Fluid) را از انباره به فوران گیر ها می برند و موقعی که حفار از شیرهای کنترل استفاده می کند سیال، فوران گیر ها را به کار می اندازد. از آنجا که باید در مواقع ضروری، فوران گیرها به سرعت بسته شوند، سیال هیدرولیکی به وسیله نیتروژن تحت فشار ۱۵۰۰ تا ۳۰۰۰ پام در سیلندرها نگهداری می شود.

انباره معمولا حداقل ۱۰۰ فوت دورتر از سکوی دستگاه حفاری قرار دارد تا در صورت وقوع فوران یا آتش سوزی، به انباره آسیب نرسد و بتوان از شیرهای روی انباره برای بستن فوران گیرها استفاده کرد.

چند راهه کاهنده (Choke Manifold)

هنگام بروز سیلان اولین قدمی که باید برداشته شود بستن چاه توسط یکی یا بیشتر از فوران گیر ها می باشد. برای از سرگیری حفاری باید سیال را با گردش گل از چاه بیرون رانده و گلی با وزن مناسب در چاه به گردش درآید (یعنی این که باید چاه کشته شود یا تحت کنترل در آید). بنابراین، یک سری شیرهای کنترل، پستانک و لوله های مربوط که در مجموع چند راهه کاهنده نامیده می شوند به عنوان قسمتی از سیستم نصب می شوند. چند راهه کاهنده به وسیله خط کاهنده (Choke Line) به مجموعه فوران گیر ها(B.O.P Stack) متصل می شود. این مجموعه در موقع بستن چاه به وسیله فوران گیر ها، می تواند گردش مدار بسته گل حفاری را انجام دهد و همچنین خروج و دفع سیال ورودی سازند (سیلان) از درون خط کاهنده فوران گیر و چند راهه کاهنده صورت می گیرد.

Chock Manifold

دو نمونه کاهنده وجود دارد که عبارتند از: کاهنده های قابل تنظیم (Adjustable Chokes) و کاهنده های ثابت (Fixed Chokes). کاهنده های قابل تنظیم به وسیله هوا یا هیدرولیکی کار می کنند و دهانه آن را می توان کم کرد یا کاملا بست و ممکن است بین حالت کاملا باز یا بسته بی نهایت اندازه متغیر وجود داشته باشد..

یک کاهنده ثابت دارای دهانه ثابت برای جریان می باشد. در هر دو مورد، هدف گردش گل از درون کاهنده و نگه داشتن پس فشار کافی روی چاه برای جلوگیری از ورود بیشتر سیال سازند، موقع کشتن چاه می باشد.

کاهنده ها تحت فشار زیاد در معرض مسدود یا فرسوده شدن هستند بنابراین، معمولا احتیاج به نصب و آرایش چندین کاهنده مختلف در کنار هم وجود دارد به طوری که در صورت نیاز استفاده از هر کدام امکان پذیر باشد و این وجه تسمیه چند راهه کاهنده می باشد.

کاهنده های قابل تنظیم معمولا به وسیله تابلوی کنترل از راه دور (Remote Control Panel) روی سکوی دستگاه حفاری کنترل و تنظیم می شوند.

جداکننده گاز و گل (Mud – Gas Separator)

جداکننده گاز و گل یک جزء ضروری در هر دستگاه حفاری برای تخلیه سیلان از چاه و کشتن آن می باشد. تفکیک کننده گاز و گل، موقع گردش گل به منظور بیرون راندن سیلان، مانع هدر رفتن گل قابل استفاده خروجی و هم چنین تفکیک گاز شده که می توان آن را در فاصله ای امن و دور از چاه سوزاند.

اغلب جداکننده های گاز و گل از قطعه لوله ای با قطر زیاد ساخته شده اند. موج گیرهای داخلی برای آرام کردن جریان گاز و گل به کار می روند و قوزکی در پایین تعبیه شده که باعث جریان گل به مخزن الک لرزان شده و در ضمن باعث به وجود آمدن ستونی از سیال گشته که گاز در بالا قرار می گیرد. لوله تخلیه در بالا به گاز اجازه خروج و سوخته شدن می دهد بدون این که پس فشار زیادی به گل وارد کند.