پژوهش سيمان و گل حفاري

[bahram torabi]

پژوهش سيمان و گل حفاري
روان كننده هاي گل حفاري (lubricants): چاهائيكهحفاري ميشوند معمولا به طور كامل عمود نيستند رشته هاي حفاري انعطاف پذير بوده ودرون چاه به كناره هاي آن برخورد كرده و مقاومت اصطكاكي ايجاد ميشود كه براي آن بهگشتاور اضافي قابل ملاحظه اي نياز است. ممكن است مقاومت اصطكاكي در بالا و پايينبردن لوله هاي حفاري نيز افتاده و عمل drag روي دهد. ميتوان با قرار دادن لايه اياز نفت و گريس يا عامل روان كننده بين قطعات فلزي متحرك، اصطكاك را كاهش داد. روانكننده هاي حفاري افزودنيهايي گل حفاري هستند كه ميزان تورك ناشي از عوامل فوق راپايين آورده و سبب روانكاري مته حفاري ميشوند شير آنها روي ضريب اصطكاك كه به صورتنسبت نيروي موازي سطح به نيروي عمود بر سطح تعريف ميشود ازريابي ميشود. ضريب اصطكاك = M نيروي موازي سطح=F نيروي عمود بر سطح=W مقدار براي سطوح همگن ثابت ميباشد. موادزيادي به اين منظور استفاده ميشود و در انواع مختلف وجود دارند. 1-1-نوع جامد: مهرههاي پلاستيكها، مهره هاي شيشه اي، بنتونيت، ميكاي ريز ، گرافيت 1-2-نوع مايع: انواعروغنها، گريسها، سيالات مصنوعي گليكول ، روغن هاي گياهي، صابونهاي اسيد چرب وسورفكتانتها امروزه خواص روان كنندگي سيالات حفاري تحت فشارهاي زياد (E.P lubricating) در سرچاهها، از طريق ظرفيت متحمل بار كه توسط دستگاهي بنام E.P mud tester تعيين كنترل ميگردد. اين خاصيت روي فرسايش سطوح فلزات بهم ديگر در فشارهايبسيار بالا (30000 تا PSI 100000) بحث ميكند. روانسازي سطوح فلزات توسط لايه ايمقاوم در برابر فشار در اثر واكنش سينمائي تحت A درجه حرارت زياد (در تماس با لايههاي سخت ) بوجود مي آيد. ايجاد ميشود. بنابراين بررسي مقاومت لايه و غشاء مهياربراي كنترل روانسازها ميباشد. 2-كاربرد (Application): هدف اوليه استفاده از اينمواد جدا كردن سطوح متحرك به منظور كاهش نيروي اصطكاك و پوشش دادن به آنها ميباشد. لذا با كاهش ضريب اصطكاك ميتوان عمر مته و رشته هاي حفاري را افزايش و همچنين فشاروارده به پمپ و لزجي شدن مته را به حداقل رساند مشتقات هيدروكربني در بسياري ازموارد افزوده قرار گرفته ولي در شرايط خاص از نظر افزايش درجه حرارت وعدم استفادهاز نوع سيال بالا جبار از روانسازهاي به شكل جامد (گرانيت....) استفاده ميشود. 3-خواصProperties) ): 1-1- خواص فيزيكي : شكل ظاهري: مايع يا جامد وزن مخصوص: درحدگازوئيل يا كمي بيشتر و كمتر از آب رنگ: معمولا قهوه اي حلاليت : معمولا در آب پخششده و در گازوئيل حل ميشوند. 1-2- خواص شيميائي: PH: حدود9-5 پايداري : بايد بهصورت همگن باشد 4-بسته بندي (Packaging) : معمولا شكل مايع آن در بشكه هاي مطمئن وفولادي با وزن خالص حدود170 كيلوگرم و شكل جامدان ميتواند در كيسه هاي چند لايه ايبسته بندي شوند. 5-روشهاي ارزيابي و كنترل كيفي و كاربردي : 5-1-روشهاي استاندارد (standard methods) 5-1-1- دستگاه E.P MUD Tester : دستگاهي است براي كنترل كيفي وارزيابي مواد روانساز ساخت شركت بارويد ميباشد دستگاه ساده اين است كه قدرت لغزندگيتحت فشار نسبي سيال حفاري و نيز سرعت سايش قطعات مكانيكي را در سيم هاي سيال مشخصاندازه گيري و پيش بيني ميكند . توجه : مقاومت سايشي جهت گردش ميله حفاري را گشتاورو مقاومت سايشي در بالا كشيدن و پايين بردن رشته حفاري را كشش يا drag گويند. نتايجآزمايشات اين دستگاه به عنوان استاندارد در ارزيابي روانسازها مورد استفاده قرارميگيرد. -1-2- وسايل مورد نياز يا متعلقات دستگاه (Accessories): 1- دستگاه كامل باآچار torquemeter 2- حلقه هاي آزمايش 3- بلوكهاي آزمايش 4- ظرف نمونه 5- آچار تنظيمو محكم كننده مهره 6- سوليس براي اندازه گيري عرض خراش با دقت 00518/0 5-1-3- دستورالعمل آزمايش (Procedure) : 1- بلوك و حلقه آزمايش از هر گونه آلودگي (گريس ياروغن) با استفاده از كينه يا دستمال و يا حلال خاصي شسته تميز شوند. به هنگامنگهداري آنها بايد سطح آنها را گريسكاري كرد تا از زنگ خوردن جلوگيري شود. ازآنجائيكه سطوح اين دو قطعه توسط پوشش كاملي از يك غشاء (film) لغزنده و روان محافظتميشوند بنابراين بايستي در نگهداري آنها دقت شده واز هر نوع آلودگي بدور نگهداشت. 2- حلقه آزمايش را در انتهاي شفت اصلي دستگاه قرار داده و مهره آن را با استفاده ازآچار رينگ محكم ببنديد تا از لغزيدن و سرخوردن حلقه در خلال آزمايش جلوگيري كند قفلشفت در قسمت عقب قاب دستگاه در جهت مخالف شفت تعبيه شده است. مهره را زياد محكمنبنديد چون ممكن است رزروه هاي آن بريده شوند . اگر حلقه از جايگاه خود حركت كردمهره را باز كرده و سطح باريك و كوچك روي شفت را تميز واز يك حلقه ديگر استفادهكنيد 3- بلوك آزمايش را در نگهدارنده خود كه در ته شفت متصل به تورك متر قرار داردنگهداريد.نگهدارنده بلوك را از هر نوع آلودگي گل حفاري دور سازيد. بلوك را كهآزادانه حركت ميكند مقابل حلقه قرار دهيد. اگر در حملش ثابت نباشد با يك لبه چاقوآن را تنظيم كنيد. اگر تنظيم نشود موقع آزمايش شكل خراش به صورت ذوزنقه يا مثلثخواهد بود كه بايد با مشاهده اين علائم آزمايش تكرار شود. علامت مستطيل شكلمطلوبترين است در صورت عدم تشكيل مستطيل بايد نگهدارنده بلوك كاملا بررسي و بوسييهشل كردن پيچ آن را باز كرد. 4- ظرف نمونه را كاملا تميز كرده وآن را با گل حفاري كهروي آن كاملا با ماده آزمايش پوشيده شده است ، در جايگاه خود قرار دهيد. 5- پيچنگهدارنده ظرف را شل كرده ظرف بند 4 را طوري بالا ببريد كه مجموعه حلقه و بلوك ( مكعب مستطيل)و نگهدارنده كاملا درون آن قرار گيرند سپس پيچ رامحكم ببنديد. 6- دستگاه را بدون بار روشن كنيد (هرگز دستگاه را تحت بار روشن نكنيد) اجازه دهيد بهمدت 1 دقيقه كار كنيد يا شدت جريان از 1 تا 2 آمپر در آمپرسنج مشاهده شود اگر شدتجريان بيشتر از 2 آمپر باشد نشاندهنده اين است كه دستگاه به طور صحيح كار نمي كند. 7- با تورك متر (torqumeter) را در جايگاه خود قرار داده و توسط بازوي آن در خلافجهت عقربههاي ساعت گشتاوري با نرخ 5in-1bf/sec اعمال كنيد ( اين فشار به بلوك منتقلشده و ايجاد نيروئي بر ضد حلقه خواهد كرد) اين كار ادامه دهيد تا اينكه يك شيرور (seizure) رخ دهد بار و قدرت شدت جريان را يادداشت كنيد. 7-1-تعريف شيرور (Seizure) : پاره شدن و گسيختگي قسمتي از فلز در تماس مابين سطح حلقه و بلوك تحت آزمايش بودهو نشاندهنده كم بنيهگي و درهم شكستگي كامل هر نوع قابليت و توانايي روان كنندگي تحتفشار است كه سيالات حفاري يا هر سيال مورد آزمايش از خود نشان ميدهد. 7-2- چگونگيتشخيص شيرور(Identifing): 1- افزايش سريع در شدت جريان (به طوريكه آمپر سنج نشانميدهد) و درمقابل افزايش جريان افزايش يافته و با ادامه آن فيوز دستگاه ميسوزد. 2- شدت جريان افزايش بسيار سريع و قابل توجه يافته سپس به حالت معمولي و نرمال ( قبلاز عمل شيرور بر ميگردد نوع دوم شدت كمتري نسبت به نوع اول داشته و معمولا درگشتاورهاي پايين (كمتر از 200in-1b ) و يا زمانيكه مواد جامد گل حفاري تسيار زياد وسائيده باشد اتفاق مي افتد. درخلال تشخيص شيرور در استفاده از آمپر سنج ، تغييراتواضحي در شكل چهارگوش خراشيده شده و نوسانات ويا صداي دستگاه اتفاق خواهد افتاد. صداي نرمال به صورت صداي وز وز ثابت خواهد شد در شيرور نوع دوم صداي دستگاه گوشخراش بوده و بعد از اين عمل سطح سائيده بلوك بزرگ و زبر شده برعكس آنچه كه در عملگذشتن سطح نرم و براق ايجاد ميشود . 8- هنگاميكه شيرور رخ ميدهد بار را سريعا كاهشداده به صفر برسانيد سپس حلقه آزمايش را عوض كنيد از هر بلوك ميتوانيد براي هشتآزمايش (بخاطر وجوه آن) استفاده كنيد. برداشتن سريع بار از وارد شدن بار زياد بهموتور جلوگيري ميكند. ميتوان ميزان بار را كه نبايد بيشتر از 8 آمپر باشد رويآمپرسنج مشاهده كرد اگر بار زياد باشد فيوز ميسوزد. 9- مراحل 7-1 را تكرار كنيدالبته با بار 50in-1b ، 5 دقيقه صبر كنيد مگر اينكه شيرور اتفاق افتاد در اين صورتبا شنيدن شيرور مراحل 1 تا 7 را با كاهش بار تا1n/1b50 اين دستورالعمل را آنقدرادامه دهيد تا عمل گذر (Pass) اتفاق بيافتد : 10-1- عمل گذشتن(Pass) : قابل قبولبودن مايع روان كننده به همراه گل حفاري پايه آبي با كاركرد دستگاه با يك بار ثابتبه مدت 5 دقيقه (بدون اينكه سيزور رخ دهد ) در اين موقع يك سطح نرم و صيقلي و صافروي بلوك ايجاد ميشود. 10-2- چگونگي تشخيص (Pass) : 1- كاركردن دستگاه به مدت 5دقيقه تحت بار ثابت كه آمپرسنج عدد ثابت را نشان داده و قسمت سائيده شده روي بلوككوچك صيقلي باشد. 2- كاركردن به مدت 5 دقيقه كه آمپرسنج رقم متعادلي را نشان داده وسطح سائيده بلوك و حلقه متوسط بوده و ممكن است به صورت صيقلي يا تيره (بستگي بهسائيدگي گل دارد) باشد. 11-محاسبه وگزارش نتايج (Calculation & Reporting Results) : 11-1- اندازه گيري عرض سائيدگي روي بلوك: ميتوان با استفاده از كوليس بادقت in 005/0 و بزرگنمايي كافي عرض محل سائيدگي را اندازه گرفت مثلا مقدار 095/0اينچ برابر 5/9 تا از صدهاي يك اينج است. بلوك را از گل تميز كرده و كوليس را درمركز بريدگي و موازي با لبه هاي آن قرار داده و مقدار عرض را يادداشت ميكنيم (w) 11-2- محاسبه فشار وارد روي بلوك : حاصلضرب عرض بريدگي (w) در طول آن (عدد ثابت 125/0) مساحت آن را مشخص خواهد كرد. تقسيم قرائت عدد تورك متر (كه درآن عمل گذشتناتفاق افتاده است) در بازوي آن (عدد ثابت 5/1) برابر ميزان نيروئي وارد بر مساحت آنخواهد بود اين فشار بيان كننده مقاومت پوسته يا حدنهائي فشار قابل تحمل لايه گلاست: 11-3- از معادله ساده زير ميتوان مقاومت پوسته را حساب كرد. مقاومت پوسته، P=Psi ظرفيت تحمل بار= قرائت تورك متر، T=in-1b عرض بريدگي ، صدمهايي از 1 اينچ=W معادله فوق از طريق زير محاسبه شده است. نيرو =فشار سطح (گشتاور)تورك =نيرو بازويگشتاور عرض × طول = مساحت براي دستگاه E.P.mud شركت بارويد: In=L 125/0 = طولبريدگي (ثابت) In=M 5/1= بازوي گشتاور (ثابت) پس خواهيم داشت: حال بايد w را برحسبصدهايي از اينچ حساب كرد: در اين دستگاه محدوده بازوي تورك متر in-1b600-0 ميباشد. از نمودار پيوست ميتوان به سادگي مقاومت پوسته را محاسبه كرد. با اين نمودار پرسنلسر چاه به راحتي ميتوانند خواص روانسازي سيالات در فشارهاي زياد را بررسي و كنترلكنند. در سمت چپ آن مقياس لگاريتمي از 50 تا in-1b600 براي ظرفيت تحمل بار وجوددارد. نتايج آزمايشگاهي نشان داده اند كه در عرض بريدگي بيشتر از اينچ عمل سيزوراتفاق افتاده و درمقادير كمتر از بسيار غيرممكن است. بنابراين نمودار لگاريتمي يااينچ درسمت چپ صفحه مشاهده ميشود. مقدار لازم براي مقاومت پوسته از محل تقاطع خطمستقيمي كه عدد قرائت تورك متر (سمت چپ) 1 به رقم صدهايي ازاينچ عرض بريدگي (سمتراست) وصل ميكند با شاخص مقاومت پوسته بدست مي آيد. مثال: اگر در قرائت تورك متربرابر in-1b400 عمل گذر اتفاق افتاده باشد و عرض بريدگي 5/9 صدهايي از يك اينچ باشدمقاومت پوسته را حساب كنيد. 12-گزارش نتايج: ميتوان گزارش نهايي را به صورت زيرارائه كرد و با جدول نتايج مقايسه كرد. 12-1 – پايين ترين بار (رقم بدست آمده ازتورك متر) بر حسب 1n-1b و ميانگين شدت برحسب آمپر كه در آن سيزور رخ داده استيادداشت شود. 12-2- وقتيكه عمل Pass اتفاق افتاد يا با 5 دقيقه كاركردن دستگاه عمل Seizure رخ نداده باشد نتايج زير را يادداشت كنيد. 12-2-1- ميزان بار (بدست آمده ازتورك متر)برحسب 1n-1b ( اين بار نشاندهنده ظرفيت عمل بار سيال تحت آزمايش است) 12-2-2- عرض بريدگي برحسب صدهايي از 1 اينچ 12-2-3- مقاومت پوسته برحسبPsi 12-2-4- ميانگين شدت جريان (كه آمپرسنج نشان ميدهد) برحسب آمپر 13-مراقبت از دستگاه: 13-1- اگر دستگاه به طور دائم كار كند با بلبرينگ موجود در قسمت پايين شافتي كه با تسمهكار ميكند، حداقل يكرتبه در روز يا غالبا در صورت نياز با گريس مناسب روان كاريشود. براي اينكار ميتوان از گريسخور عقبي تعبيه شده روي دستگاه استفاده كرد. 13-2- يا طاقانهاي اصطكاكي حايل بلوك كه توسط تورك متر جابجاو رانده ميشود به طور منظمگريسكاري شود از گريس خور جلوئي نزديك گريس خور بلبرينگ ميتوان استفاده كرد. 14-جدول نتايج مشخصات و پيشنهادات: محدوده كاري براي تعيين ظرفيت تحمل بار و عرضبريدگي بايد با استفاده از تجارب سرچاهي آزمايشگاهي پايه گذاري شوند يك نمونه ازراهنماي پيشنهادي براي آزمايشگاه و سرچاه به شرح زير اعلام ميشود. قرائت تورك متر (1n-1b) مقاومت پوسته(Psi) عرض بريدگي(1n100/1) ضعيف 100-0 2000< بالاي 25 250-100 15000-2000 8-25 عالي 450-250 15000> كمتر از 8 15-منابع و مواخذ : 1- Reference Manuall, Milchem 2- Nomograph for Extreme Pressure labricating properties of Drilling fluids P.J.ston 3- آزمايشگاه پايه آبي واحد پژوهش سيمان وگل حفاري ، پژوهشگاه صنعت نفت 4- كاتالوگ دستگاه Epmud rester 4- API 13A 1966