ابزار کاربر

ابزار سایت


لوله_جداری

(Casing Types)لوله جداری

در عمل حفاری نمودن یک چاه با یک قطر مته ثابت وسپس تکمیل نمودن آن بوسیله یک اندازه لوله از سطح تا عمق مورد نظر بسیار ارزانتر خواهد بود. با این حال وجود لایه های پر فشار، سازندهای سستِ شکننده و شیل های دارای خاصیت متورم شوندگی در اعماق مختلف راندن لوله های جداری را برای حفاری نمودن این قسمت ها و رسیدن به عمق نهائی (TD) ضروری می نماید. بنابراین لوله های جداری با اندازه های مختلف برای پوشاندن قسمت های متفاوت درون چاه رانده می شوند که در نهایت حالت مخروطی شکلی (Tapered Shape) را به چاه خواهد داد.

انواع لوله های جداری

1. Conductor Pipe 2. Surface Casing 3. Intermediate Casing 4. Production Casing 5. Liner Casing

Conductor Pipe:

در ایران پس از تعیین محل چاه نخست پی زیر دکل و حوضچه زیر سکو (Cellar) را آماده و پس از کندن حفره ای کم عمق، حدودا ۱٫۵ متر، لوله ای به قطر “۳۰ یا “۴۲ موسوم به لوله راهنما (Conductor Pipe) در حفره نصب و پیرامون آنرا با سیمان می پوشانند. دلیل نصب این لوله ایجاد مسیری برای برگشت گل و پر کردن چاه و محافظت پی زیر دکل می باشد.

Surface Casing:

لوله های جداری سطحی یا Surface Casing جهت جلوگیری از ریزش سازندهای سستِ شکننده، که در هنگام حفاری قسمت های کم عمق با آنها مواجه می شویم، رانده می شود. این لوله جداری باید در سازندهای مناسب و سختی نظیر سنگ آهک نصب شود. این عمل ما را از عدم شکست سازند قرار گرفته در کفشک پس از شروع به حفاری مجدد مطمئن می نماید.

همچنین جداری سطحی برای ممانعت از فوران های ممکن در اثر وجود گاز سطحی درهنگام حفاری و نصب BOP کاربرد دارد. نقطه مناسب برای نصب لوله جداری سطحی به گونه ای انتخاب می گردد تا از لایه های دارای هرزروی، ماسه های حاوی آبهای زیرزمینی، لایه های هیدروکربنی سطحی و قسمت منحنی (Buildup Section) در چاه های انحرافی محافظت نماید. اندازه معمول این جداری در ایران “۸/۵-۱۸ است.

Intermediate Casing:

لوله های جداری میانی معمولا در زیر یا بالای سازندهای پر فشار، جهت نشت بندی (Seal off) روی لایه های دارای هرزروی زیاد و برای محافظت از سازندهای نمکی یا شیلی نصب می گردند. اطمینان از موفقیت آمیز بودن سیمانکاری پشت این لوله های جداری برای جلوگیری از ارتباط لایه های هیدروکربنی زیرین با سازندهای دارای آب زیرزمینی بالایی بسیار حائز اهمیت می باشد.

جهت جلوگیری از شکسته شدن سازندهای شکننده در اثر ستون سیمان اعمالی در هنگام سیمانکاری این لوله های جداری می توان از عملیات سیمانکاری چند مرحله (Multi-Stage Cementing) استفاده نمود. اندازه معمول این جداری در ایران”۸/۳-۱۳ است.

Production Casing:

لوله جداری تولیدی آخرین رشته جداری رانده شده در درون چاه است. این رشته برای مجزا کردن لایه های تولیدی، کنترل سیال تولیدی مخزن و اجازه دادن برای تولید از لایه های خاص مخزن به کار می رود. عملیات تکیل چاه در درون این رشته انجام می شود. اندازه معمول این رشته”۸/۵-۹ است.

Liner:

لوله آستری یا Liner نوعی از رشته های جداری است که به سطح نمی رسد. لوله آستری توسط مجموعه ای از Packer و Slips به نام Liner Hanger در درون رشته جداری میانی آویزان قرار می گیرد. در نمونه هایی از تکمیل چاه ها که در آنها لوله آستری استفاده می گردد، Liner و لوله جداری میانی به عنوان رشته جداری تولیدی ایفای نقش می نمایند.

بدلیل قرار گرفتن لوله های آستری در قسمت انتهایی چاه و آویزان بودن این لوله ها از درون رشته جداری میانی مهمترین معیار طراحی آنها، مقاومت در برابر فشار مچالگی (Collapse Pressure) موجود در قسمت تحتانی چاه است.

۱. Production Liner: این نوع آستری به جای راندن یک رشته کامل جداری جهت مجزا کردن لایه های تولیدی مخزن یا لایه های معین در هنگام تزریق (گاز و یا آب) استفاده می گردد.

۲. Tie-Back Liner: قسمتی از رشته لوله های آستری است که از عمق قبلی Liner Hanger تا سطح ادامه می یابد. این لوله آستری می تواند بدون سیمانکاری نیز استفاده شود.

وظایف لوله جداری را می توان به شرح زیر خلاصه نمود:

۱. جهت بازنگهداشتن چاه و فراهم نمودن یک محافظ در مقابل سازندهای سست و شکننده از لوله جداری استفاده می گردد. اگر چاه بدون لوله جداری باقی بماند، احتمال ریزش سازند و نیاز به حفاری مجدد وجود دارد.

۲. برای مجزانمودن لایه های متخلخل مخزن که دارای سیالات با فشارهای متفاوتی هستند و جلوگیری از آلوده شدن قسمت نفت ده (Pay Zone)، می توان همزمان از لوله های جداری و سیمان استفاده کرد. در این حالت امکان بهره برداری از یک عمق با ضخامت مشخص وجود دارد.

۳. لوله های جداری با جدا سازی لایه های کم عمق از فضای داخلی چاه می توانند از آلوده شدن سفره های آب زیرزمینی بوسیله گل حفاری جلوگیری نمایند.

۴. عمده روش های بهره برداری از چاه های نفت از لوله مغزی (Tubing) استفاده می کنند، که لوله جداری مکان مناسبی را برای نصب آن فراهم می سازد.

۵. لوله های جداری فضای مناسب برای نصب شیرهای فورانگیر (BOP) در زمان حفاری و تاج چاه (Wellhead)، در هنگام بهره برداری را فراهم می نمایند.

۶. همچنین لوله های جداری با ایجاد یک مسیر با عمق وقطر مشخص، امکان راندن وسایل مورد نیاز برای آزمایش چاه و تکمیل نهایی آن را میسر می سازند.

مزایا و معایب لوله های آستری

دلایل استفاده از لوله های آستری (Liner):

دو دلیل عمده برای استفاده از آستری تولیدی عبارتنداز: a) هزینه رشته تولیدی و زمان راندن و سیمانکاری به شدت کاهش می یابد،

b) طول قسمت تنگ شده چاه (Reduced Diameter) کوتاهتر است و امکان استفاده از لوله مغزی با اندازه های مختلف وجود دارد.

شرکت Brown-Hughes دلایل زیر را برای استفاده از لوله آستری ذکر نموده است:

۱. امکان راندن سریع و آسان رشته جداری در درون چاه باز (Open Hole)

۲. امکان تکمیل چاه با اعمال وزن کمتر به تجهیزات تاج چاه در سطح

۳. جلوگیری از هرزرویی و در نتیجه انجام عملیات با ایمنی بیشتر

۴. فراهم نمودن چاهی با قطر داخلی بیشتر برای جادادن رشته تکمیلی دوگانه (در چاههای عمیق آستری امکان انتخاب لوله مغزی با مقاومت بالاتر و قطر بیرونی، OD، بیشتر را ممکن می سازد)

۵. امکان حفاری با رشته لوله های حفاری که از پائین به بالا قطر بیرونی آنها افزایش می یابد

۶. هنگامی که دکل تحمل وزن رشته جداری بلندی را ندارد

۷. برای تکمیل چاه بوسیله PBR (Polished Bore Receptable)، این نوع تکمیل بهترین نشت بندی را بین لوله جداری و مغزی ایجاد می نماید

۸. عملیات تعمیر وتکمیل با سهولت بیشتری انجام می گردد

۹. جهت آزمایش قسمتهای حساس چاه که به صورت چاه باز آزمایش آنها ممکن نیست

۱۰. کاهش هزینه های چاه

۱۱. کاهش هزینه جابجایی و انتقال لوله های جداری برای چاه معین

۱۲. اجازه عمیق کردن چاه های قدیمی

۱۳. امکان آزمایش لایه های پایین تر چاه با هزینه کمتر، قبل از انسداد (Plugging) آنها و استفاده از لایه های بالایی

۱۴. فراهم کردن حجم بیشتری از سیال تولیدی در چاه هایی که از فرازآوری مصنوعی (Artificial Lift) در آنها استفاده می شود

۱۵. تسهیل انجام عملیات سیمانکاری در چاه های انحرافی (با زاویه انحنای بالا) با بالا و پائین نمودن رشته آستری.

مشکلات استفاده از لوله های آستری عبارتند از:

۱) احتمال رخداد نشت گاز یا سایر سیالات مخزن در نقطه Liner Hanger، موفقیت آمیز نبودن عملیات سیمانکاری اولیه بدلیل کم بودن فضای بین لوله ها و دیواره چاه.

مشخصات لوله های جداری لوله های جداری معمولا توسط پارامترهای زیر مشخص می گردند:

  قطر خارجی (OD) و ضخامت لوله (Wall Thickness)
  وزن واحد طول (معمولا بر حسب پوند در هر فوت )
  نوع کوپلینگ اتصال
  طول هر شاخه لوله
  درجه فولادی

قطر خارجی، داخلی و ضخامت لوله جداری

لوله های جداری با اندازه های مختلف در قسمت های مختلف چاه، جهت فراهم نمودن امکان حفاری چاه تا عمق نهایی با کمترین خطر به کار می روند. از آنجائیکه فشار در هر قسمت چاه متغیر است، این امکان وجود دارد که لوله های جداری هم اندازه ای با ضخامت دیواره متفاوت یا درجه فولادی متفاوت را برای گذر از آن منطقه به کار برد.

بنابرای لوله جداری سنگین تر یا دارای درجه فولادی بالاتر می تواند در طول قسمتی که دارای فشار بیشتری است یا نزدیک به سطح است ودر آنجا نیروی کششی بیشتری به لوله ها اعمال می گردد به کار برد. این نوع مرتب کردن و انتخاب نمودن لوله یک روش مناسب برای طراحی لوله های جداری است.

جزئیات بیشتر در مورد قطر ها و ضخامت لوله های جداری را می توان در استاندارد API SPEC 5A یافت. مقدار مجاز برای اختلاف در قطر خارجی بر اساس API در لوله هایی با قطر ۴’’ و کمتر و در لوله هایی با سایز بزرگتر و مساوی با ۴٫۵’’ مقداری در حدود ۰٫۷۵+_ اینچ است. مقدار اختلاف مجاز برای ضخامت لوله های جداری ۰٫۱۲۵+_ اینچ است.

در عمل حفاری نمودن یک چاه با یک قطر مته ثابت وسپس تکمیل نمودن آن بوسیله یک اندازه لوله از سطح تا عمق مورد نظر بسیار ارزانتر خواهد بود. با این حال وجود لایه های پر فشار، سازندهای سستِ شکننده و شیل های دارای خاصیت متورم شوندگی در اعماق مختلف راندن لوله های جداری را برای حفاری نمودن این قسمت ها و رسیدن به عمق نهائی (TD) ضروری می نماید.

بنابراین لوله های جداری با اندازه های مختلف برای پوشاندن قسمت های متفاوت درون چاه رانده می شوند که در نهایت حالت مخروطی شکلی (Tapered Shape) را به چاه خواهد داد.

انواع لوله های جداری به شرح زیر می باشند:

1. Conductor Pipe

2. Surface Casing

3. Intermediate Casing

4. Production Casing

5. Liner Casing

Conductor Pipe:

در ایران پس از تعیین محل چاه نخست پی زیر دکل و حوضچه زیر سکو (Cellar) را آماده و پس از کندن حفره ای کم عمق، حدودا ۱٫۵ متر، لوله ای به قطر “۳۰ یا “۴۲ موسوم به لوله راهنما (Conductor Pipe) در حفره نصب و پیرامون آنرا با سیمان می پوشانند. دلیل نصب این لوله ایجاد مسیری برای برگشت گل و پر کردن چاه و محافظت پی زیر دکل می باشد.

Surface Casing:

لوله های جداری سطحی یا Surface Casing جهت جلوگیری از ریزش سازندهای سستِ شکننده، که در هنگام حفاری قسمت های کم عمق با آنها مواجه می شویم، رانده می شود. این لوله جداری باید در سازندهای مناسب و سختی نظیر سنگ آهک نصب شود. این عمل ما را از عدم شکست سازند قرار گرفته در کفشک پس از شروع به حفاری مجدد مطمئن می نماید. همچنین جداری سطحی برای ممانعت از فوران های ممکن در اثر وجود گاز سطحی درهنگام حفاری و نصب BOP کاربرد دارد.

نقطه مناسب برای نصب لوله جداری سطحی به گونه ای انتخاب می گردد تا از لایه های دارای هرزروی، ماسه های حاوی آبهای زیرزمینی، لایه های هیدروکربنی سطحی و قسمت منحنی (Buildup Section) در چاه های انحرافی محافظت نماید. اندازه معمول این جداری در ایران “۸/۵-۱۸ است.

Intermediate Casing:

لوله های جداری میانی معمولا در زیر یا بالای سازندهای پر فشار، جهت نشت بندی (Seal off) روی لایه های دارای هرزروی زیاد و برای محافظت از سازندهای نمکی یا شیلی نصب می گردند. اطمینان از موفقیت آمیز بودن سیمانکاری پشت این لوله های جداری برای جلوگیری از ارتباط لایه های هیدروکربنی زیرین با سازندهای دارای آب زیرزمینی بالایی بسیار حائز اهمیت می باشد.

جهت جلوگیری از شکسته شدن سازندهای شکننده در اثر ستون سیمان اعمالی در هنگام سیمانکاری این لوله های جداری می توان از عملیات سیمانکاری چند مرحله (Multi-Stage Cementing) استفاده نمود. اندازه معمول این جداری در ایران”۸/۳-۱۳ است.

Production Casing:

لوله جداری تولیدی آخرین رشته جداری رانده شده در درون چاه است. این رشته برای مجزا کردن لایه های تولیدی، کنترل سیال تولیدی مخزن و اجازه دادن برای تولید از لایه های خاص مخزن به کار می رود. عملیات تکیل چاه در درون این رشته انجام می شود. اندازه معمول این رشته”۸/۵-۹ است.

Liner:

لوله آستری یا Liner نوعی از رشته های جداری است که به سطح نمی رسد. لوله آستری توسط مجموعه ای از Packer و Slips به نام Liner Hanger در درون رشته جداری میانی آویزان قرار می گیرد. در نمونه هایی از تکمیل چاه ها که در آنها لوله آستری استفاده می گردد، Liner و لوله جداری میانی به عنوان رشته جداری تولیدی ایفای نقش می نمایند. بدلیل قرار گرفتن لوله های آستری در قسمت انتهایی چاه و آویزان بودن این لوله ها از درون رشته جداری میانی مهمترین معیار طراحی آنها، مقاومت در برابر فشار مچالگی (Collapse Pressure) موجود در قسمت تحتانی چاه است.

۱. Production Liner: این نوع آستری به جای راندن یک رشته کامل جداری جهت مجزا کردن لایه های تولیدی مخزن یا لایه های معین در هنگام تزریق (گاز و یا آب) استفاده می گردد.

۲. Tie-Back Liner: قسمتی از رشته لوله های آستری است که از عمق قبلی Liner Hanger تا سطح ادامه می یابد. این لوله آستری می تواند بدون سیمانکاری نیز استفاده شود.

وظایف لوله جداری را می توان به شرح زیر خلاصه نمود:

۱. جهت بازنگهداشتن چاه و فراهم نمودن یک محافظ در مقابل سازندهای سست و شکننده از لوله جداری استفاده می گردد. اگر چاه بدون لوله جداری باقی بماند، احتمال ریزش سازند و نیاز به حفاری مجدد وجود دارد.

۲. برای مجزانمودن لایه های متخلخل مخزن که دارای سیالات با فشارهای متفاوتی هستند و جلوگیری از آلوده شدن قسمت نفت ده (Pay Zone)، می توان همزمان از لوله های جداری و سیمان استفاده کرد. در این حالت امکان بهره برداری از یک عمق با ضخامت مشخص وجود دارد.

۳. لوله های جداری با جدا سازی لایه های کم عمق از فضای داخلی چاه می توانند از آلوده شدن سفره های آب زیرزمینی بوسیله گل حفاری جلوگیری نمایند.

۴. عمده روش های بهره برداری از چاه های نفت از لوله مغزی (Tubing) استفاده می کنند، که لوله جداری مکان مناسبی را برای نصب آن فراهم می سازد.

۵. لوله های جداری فضای مناسب برای نصب شیرهای فورانگیر (BOP) در زمان حفاری و تاج چاه (Wellhead)، در هنگام بهره برداری را فراهم می نمایند.

۶. همچنین لوله های جداری با ایجاد یک مسیر با عمق وقطر مشخص، امکان راندن وسایل مورد نیاز برای آزمایش چاه و تکمیل نهایی آن را میسر می سازند.

مزایا و معایب لوله های آستری

× دلایل استفاده از لوله های آستری (Liner):

دو دلیل عمده برای استفاده از آستری تولیدی عبارتنداز:

a) هزینه رشته تولیدی و زمان راندن و سیمانکاری به شدت کاهش می یابد،

b) طول قسمت تنگ شده چاه (Reduced Diameter) کوتاهتر است و امکان استفاده از لوله مغزی با اندازه های مختلف وجود دارد.

شرکت Brown-Hughes دلایل زیر را برای استفاده از لوله آستری ذکر نموده است:

۱. امکان راندن سریع و آسان رشته جداری در درون چاه باز (Open Hole)،

۲. امکان تکمیل چاه با اعمال وزن کمتر به تجهیزات تاج چاه در سطح،

۳. جلوگیری از هرزرویی و در نتیجه انجام عملیات با ایمنی بیشتر،

۴. فراهم نمودن چاهی با قطر داخلی بیشتر برای جادادن رشته تکمیلی دوگانه (در چاههای عمیق آستری امکان انتخاب لوله مغزی با مقاومت بالاتر و قطر بیرونی، OD، بیشتر را ممکن می سازد)،

۵. امکان حفاری با رشته لوله های حفاری که از پائین به بالا قطر بیرونی آنها افزایش می یابد،

۶. هنگامی که دکل تحمل وزن رشته جداری بلندی را ندارد،

۷. برای تکمیل چاه بوسیله PBR (Polished Bore Receptable)، این نوع تکمیل بهترین نشت بندی را بین لوله جداری و مغزی ایجاد می نماید،

۸. عملیات تعمیر وتکمیل با سهولت بیشتری انجام می گردد،

۹. جهت آزمایش قسمتهای حساس چاه که به صورت چاه باز آزمایش آنها ممکن نیست،

۱۰. کاهش هزینه های چاه،

۱۱. کاهش هزینه جابجایی و انتقال لوله های جداری برای چاه معین،

۱۲. اجازه عمیق کردن چاه های قدیمی،

۱۳. امکان آزمایش لایه های پایین تر چاه با هزینه کمتر، قبل از انسداد (Plugging) آنها و استفاده از لایه های بالایی،

۱۴. فراهم کردن حجم بیشتری از سیال تولیدی در چاه هایی که از فرازآوری مصنوعی (Artificial Lift) در آنها استفاده می شود،

۱۵. تسهیل انجام عملیات سیمانکاری در چاه های انحرافی (با زاویه انحنای بالا) با بالا و پائین نمودن رشته آستری.

مشکلات استفاده از لوله های آستری عبارتند از:

۱) احتمال رخداد نشت گاز یا سایر سیالات مخزن در نقطه Liner Hanger،

موفقیت آمیز نبودن عملیات سیمانکاری اولیه بدلیل کم بودن فضای بین لوله ها و دیواره چاه.

مشخصات لوله های جداری

لوله های جداری معمولا توسط پارامترهای زیر مشخص می گردند:

  1. قطر خارجی (OD) و ضخامت لوله (Wall Thickness)
  2. وزن واحد طول (معمولا بر حسب پوند در هر فوت )
  3. نوع کوپلینگ اتصال
  4. طول هر شاخه لوله
  5. درجه فولادی

عوامل موثر بر طراحی لوله های جداری:

طراحی لوله های جداری یعنی تعیین عواملی که بر گسیختگی لوله های جداری موثراند و بر این اساس مناسبترین وزن ودرجه فولادی لوله های جداری برای عملیات جداری از نقطه نظر ایمنی و اقتصادی انتخاب شود. برنامه طراحی لوله های جداری باید به گونه ای باشد که در زمان تکمیل و بهره برداری از چاه مشکلی را ایجاد ننماید.

آشنایی با دانش تحلیل تنش و توانایی کاربرد آن جهت طراحی رشته جداری بسیار مورد نیاز است. محصول نهایی یک چنین طراحی توانایی ایستادگی و پایداری در مقابل فشار های درونی و بیرونی را خواهد داشت. وجود ناهنجاری هایی نظیر Dogleg در یک چاه می تواند باعث ایجاد خمش در لوله های جداری شود، لذا چنین مسائلی در طراحی باید در نظر گرفته شود. به صورت کلی می توان علل زیر را به عنوان عوامل اصلی طراحی ذکر نمود:

a. وضعیت بارگذاری در طول عملیات حفاری و بهره برداری،

b. خصوصیات مقاومتی در نقطه جداره گذاری نظیر توانایی تحمل شکست سازند در آن نقطه،

c. میزان زوال و سائیدگی (Deterioration) لوله ها در طول عمر آنها،

d. موجودی لوله های انبار (مهمترین عامل اقتصادی!)

معمولا قیمت لوله جداری با درجه فولادی آن متناسب است. به عبارت دیگر هرچه وزن لوله های جداری افزایش یابد قیمت آنها نیز بیشتر می شود. از آنجائیکه هزینه لوله جداری سهم عمده ای از هزینه های حفاری و تکمیل یک چاه را شامل می شود، مهندس طراح برنامه لوله های جداری باید سعی کند که از پائین ترین درجه فولادی و سبک وزن ترین آنها به همراه رعایت ایمنی استفاده نماید تا ارزان ترین طراحی ممکن را انجام دهد. طراحی غلط و اشتباه لوله های جداری می تواند باعث صدمات جبران ناپذیری شود.

این اندازه بر اساس ترتیب قرار گیری می‌باشد:

  • لوله جداری پایه: ۴۰ تا ۴۳ اینچ
  • لوله جداری دوم: ۵/۸ ۱۸ اینچ
  • لوله جداری سوم: ۳/۸ ۱۳ اینچ
  • لوله جداری چهارم: ۷ اینچ

برای اطلاعات بیشتر:

انواع لوله های تاسیساتی

تاریخچه صنعت تولید لوله و پروفیل در جهان

تفاوتهای لوله و تیوب

تاریخچه پیدایش صنعت لوله و پروفیل در ایران

لوله های اسپیرال فولادی

لوله چیست؟

لوله های مانیسمان

لوله گالوانیزه چیست

لوله های فولادی

لوله های صنعتی و جدار چاهی

لوله_جداری.txt · آخرین ویرایش: 2017/11/20 10:33 توسط maleki