مباحث تخصصی حفاری

[hmdjml]

دراین تاپیک سعی میشود تا به بحثهای مختلف پیرامو حفاری پرداخته بشه.

 

[hmdjml]

بخش های مختلف در دکل حفاری

بخش های مختلف در دکل حفاری

بخش های مختلف در دکل حفاری


اصولا" در حفار ی دورانی دو نوع دكل وجود دارد :
I. دكل استاندارد كه با چهار پایه (Leg) كه روی یك پی چهار گوش قرار دارد و هر دفعه قطعه قطعه می كنند.
II. دكل خود فراز یكبار موقع ساخت سر هم بندی می شود = دكل چاقوئی = Jackknife Mast
هر دكل بر روی زیر سازه ای (Substructure) بنا میشود كه كار آن :

الف) نگهداری سكوی دستگاه حفاری و تامین فضا برای تجهیزات و كارگران
ب ) تامین فضا برای فورانگیر های زیر سكوی د ستگاه حفاری

معمولا" ظرفیت بار یك د كل استاندارد از ۲۵۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰۰ پوند ( ۱۲۵ تن تا ۷۵۰ تن ) تغییر میكند و بادهائی با سرعت ۱۰۰ تا ۱۳۰ مایل در ساعت ( ۲۰۸ - ۱٦۰ كیلومتر در ساعت ) را می تواند تحمل نماید بدون اینكه احتیاج به مهار دكل با سیم باشد.
قسمت های مختلف یك دكل حفاری :
1.جعبه قرقره تاج و سكوی تاج (میزاب ) Crown Block & Water Table
2.دكل خود فراز Mast
3.سكوی دكلبان Monkey Board
4.جعبه قرقره متحرك Traveling Block
5.قلاب Hook
6.هرز گرد Swivel
7.گیره بالا بر Elevator
8.كلی Kelly
9.بوش رانش كلی Kelly Bushing
10. بوش اصلی Master Bushing
11. سوراخ اتصال Mouse Hole
12. گمانه (چاهك كلی ) Rat Hole
13. آچار چپ Back up Tongs
14. آچار راست Make up Tongs
15. گردونه حفاری Draw works
16. وزن نمای حفاری Weight Indicator
17. تابلو حفار Driller’s Console
18. اتاق حفار Dog House
19. خرطومی كلی Rotary Hose
20. انباره روغن فورانگیر Accumulator Unit
21. راهرو Cat Walk
22. سرسره Pipe Ramp
23. خرك های لوله Pipe rack
24. زیر سازه دكل Substructure
25. ناودان برگشت گل Mud Return Line
26. الك لرزان Shale Shaker
27. چند راهه كاهنده (فورانگیر) Choke Manifold
28. جدا كننده گاز گل Mud – Gas Seperator
29. گاز زدا Degasser
30. حوضچه های گل Reserve Pits
31. مخازن گل Mud Pits
32. لای زدا Desilter
33. ماسه زدا Desander
34. پمپ های گل Mud Pumps
35. خروجی پمپها Mud Discharge Lines
36. سیلوهای مواد فله گل و سیمانBulk Mud Components Storage
37. انبار مواد گل Mud Hose
38. مخازن آب Water Tanks
39. مخزن گازوئیل Fuel Storage
40. موتورها و .......Engines & Generators
41. مجموعه فورانگیر گل Blow – out Preventor Stack
42. كابل حفاری Drilling Line
توضیح بخش های مختلف دكل حفاری ( نمای كناری):
١- های دریل یا (Hi drill) كه محافظت كننده فضای حلقوی یا آنولوس است.
۵٫٤٫۳٫٢- Top Rams و Shear Rams وBlind Rams و Rams Bottom كه اینها والوهائی هستند كه برای جلوگیری از فوران در زیر سكو نصب میگردند و در مواقع اضطراری Shear Rams را بكار برده و كلا"ارتباط فضای بیرون و داخل چاه را قطع می كنند. به مجموعه اینRams ها BOP یا Blow-out Preventor گفته می شود و وظایف مهار كنندگی را دارند.
٦- Cellar = كه در زیر دكل و روی زمین به توسط سیمان درست شده و حالت یك گودال مكعبی شكل را دارد و حفاری از انتهای آن شروع می شود.
۷- BOP كه در بخشهای و و و توضیح داده شده است.
۸- لوله حفاری كه با Rotary Table درگیر است.
٩- Kelly Bushing = كه شش گوش یا سه گوش یا مربعی است و درون Rotary Table قرار گرفته و هنگامی كه روتاری تیبل می چرخد Kelly Bushing و لوله های متصل به آن نیز گردش میكند.
۱۰ –Kelly Cock = لوله ها به آن متصل شده و هرز گرد بوده و لوله حاوی گل حفاری نیز به آن متصل می شود.
١١- Travelling Block = سیم های بكسل حفاری روی آن قرار گرفته و توسط آنها رشته های حفاری بالا و پائین میشوند.
١۲ – Kelly = لوله ای است كه شش گوش بوده و در بخش بالائی دریلینگ پایپز قرار می گیرد و Kelly Bushing آنرا می چرخاند.
١۳ – Crown Block = كه در انتهائی ترین قسمت استرینگ قرار می گیرد و در انتهای دكل حفاری و وظیفه آن بالا و پائین بردن مجموعه حفاری است.
۱٤ – Monkey Board = كه سكوئی است كه دكلبان روی آن ایستاده و لوله ها را جابجا نموده و آنها را كم یا زیاد می كند.
۱۵ – Rat Hole = كه مجموعه كلی را درون آن قرار می دهند برای لوله پائین یا لوله بالا.
۱٦ – Steal Line Measurment = SLM كه لوله ها را متراژ كرده كه چه میزان لوله درون چاه وجود دارد.
۱۷ – Mouse Hole = كه لوله ای را كه قرار ات به رشته حفاری اضافه نمایند درون آن قرار می دهند.
تشریح بخش های مختلف سكوی حفاری در نمای پلان :
١- روتاری تیبل كه چرخیده و مجموعه لوله ها و استرینگ و كلی بوشینگ و متعلقات آنرا درون و بیرون چاه بچرخش در می آورد.
۲ – Driller’s Console كه در صفحات بعدی مفصلا" توضیح داده خواهد شد و محل استقرار حفار بوده و از این محل كنترل می گردد.
۳ – Blow-out Preventor = BOP كه در مواقع فوران از فوران چاه جلوگیری می كند و و یك دستگاه از آن هم در كنار كمپها قرار دارد.
٤ – Dog House كه محل استقرار افراد حفاری بوده و دستگاه Geolograph درون آن قرار دارد كه مسائل مربوط به چاه را ثبت می نماید(٩٫۷ ).
۵ – Drilling String یا رشته حفاری كه هر استند شامل سه شاخه بوده و هر شاخه ۳۱ فوت میباشد برابر با ۹ متر و توسط Tool Joint ها بیكدیگر اتصال می یابند كه جمعا" هر استند برابر با ۵/۳۰ متر طول دارد و در كنار دكل بحالت آویزان قرار دارند و از قسمت زیر Monkey Board آویزان هستند. رشته حفاری شامل لوله های حفاری Drilling Pipes و لوله های دیواره ضخیم مخصوصی است كه لوله های وزنه Dirilling Collars نامیده میشوند. طول هر كدام از لوله های حفاری ۳۰ فوت است و شاخه (Joint of Pipes) لوله نامیده می شود و انتهای طرفین هر شاخه رزوه دارد. طرفی كه رزوه های داخلی دارد مادگی (Pin) و انتهای دیگر آن با رزوه های خارجی نرینه (Box) نامیده میشود. دو انتهای رزوه دار لوله پیوند (Tool Joint) نام دارند و در واقع قسمتهای جداگانه ای هستند كه بوسیله سازنده ایكه رزوه ها راطبق مشخصات كارخانه درست میكند به قسمتهای خارجی لوله حفاری جوش می شوند. گاهی استند شامل ۳ لوله یا شاخه را سه تائی (Thribble) می نامند. استندها را كه طول آنها در حدود ۰ ۹ فوت میباشد می توان در دكلی كه ارتفاع آن١۳٦ فوت است جا داد.
٦ – لوله های وزنه كه قطر داخلی آنها از استندها كمتر بوده و در بیرون آن حالت مارپیچی دارند و برای اضافه شدن وزن استرینگ های حفاری بكار می روند و پیوند جوشی ندارند و نرینه و مادینه روی خودشان تراش شده است.
۷ – تانك نیتروژن كه شلنگهائی از قسمت Rams ها به اینجا وارد شده و فشار برای پشت والوها را فراهم می كند چون والوهای Rams بصورت هیدرولیكی عمل می كنند.
۸ – جعبه ابزار كه وسایلی از قبیل رابط های لوله های حفاری و غیره در آن نگهداری می شود. در پشت آن كابل حفاری یدك قرار دارد.
بخش های مربوط به گل حفاری و پمپاژ آن :
٩ – Mud Shaker و تانك زیر آن = كه گل حفاری روی توری شیكر آن ریخته و دو بخش دارد:
الف) Desilter (لای زدا) سیلت زدا
ب ) Desander كه اولی ذرات سیلت (در اندازه سیلت) را جدا می كند و دومی قطعات با اندازه ماسه را جدا سازی مینماید و مواد اضافی بعد از خروج از تانك زیرین آن به حوضچه ای رفته و ته نشین می كند.
۱۰ – Degasser یا تانك جدا كننده گاز = در این تانك گازهائی كه بهمراه گل حفاری بالا آمده جدا می گردد.
١١ – Mud Tank = كه در تانك گل وزن و ویسكوزیته و آلكالن و . . . . گل حفاری توسط گل شناس اندازه گیری میشود و در صورت كم بودن وزن یا هر مسئله دیگری ( در شماره ۱٢ توضیح داده شده است ).
١٢ – مخزن اضافه كننده مواد = در این مخزن موادی كه مورد نیاز است تا تركیب گل بحالت اولیه بازگردد به آن اضافه میشود.
١۳و١٤ – پمپهای گل یا Mud Pumps = كه دو دستگاه بوده و گل را با فشار بدرون Stand Pipes و در نهایت Drilling Pipes فرستاده و از طریق Kelly Cock بدرون چاه پمپ می شود و در بالای آن یك وسیله قرار دارد بنام Damper كه جلوی ضربات ناگهانی را كه پمپ وارد میكند گرفته و كار آن بسیار با اهمیت است. هر كدام از Mud Pump ها سه پمپ دارد یعنی Triplex است.
١۵- Draw Box = كه برق AC را به DC تبدیل كرده و كابل آن روی Crown Block می رود.
١٦- Drum مربوط به كابلها = كه به استرینگ ها متصل بوده و بالا و پائین بردن رشته های حفاری را انجام میدهد.
١۷- ژنراتورهای تولید برق است كه با گازوئیل كار كرده و سه دستگاه می باشد و همیشه دو دستگاه از آنها مشغول بكار بوده و یكی در حالت Stand by قرار دارد.
١۸- سكوی حفاری یا Platform = كه كل تجهیزات حفاری درون آن و یا در زیر آن روی سطح زمین قرار دارد .
١٩- Choke Manifold = كه افت فشار را باعث شده در هنگام خروج سیال از چاه و والوهائی دارد.
BHA) Bore Hole Assembly) :
ابزار بكار رفته در زیر Drilling Pipes را BHA گویند ، این ابزار عبارتند از:

الف) Drilling Collars = درحفاری معمولا"بین۲ تا۱۰ Collar بكارمی برند.
ب) Heavy Drilling Pipes = لوله هائی كه از نظر مقاومت و وزن بین Drilling Pipes و Drilling Collars هستند.
پ) Subها = لوله هائی كه كوچكتر از لوله های حفاری هستند كه بین كالرها قرار میگیرند.
Sub های مهم عبارتند از :
ُStabilizer : لوله ای استوانه ای با چند تیغه (زائده) بر روی خود كه به دیواره چاه چسبیده و باعث قرار گرفتن رشته های حفاری در وسط چاه می شود بعبارت دیگر از برخورد رشته حفاری بدیواره چاه جلوگیری می نماید.
Bit Sub : ایجاد اتصال بین مته و Collar یا Sub های بالائی می كند.
Cross Over Sub : اتصال بین دو لوله با اندازه های متفاوت را ممكن می سازد.
Rimmer : وسیله ای است دارای سه یا شش تیغه از جنس فولاد تنگستن كه بالای مته بسته شده و باعث یكنواخت كردن قطر چاه می گردد. این وسیله عموما" بل از راندن لوله های جداری یا آستری رانده می شود.

 

[MOΣIN]

محاسبات و مطالب مرتبط با حفاری

محاسبات و مطالب مرتبط با حفاری

محاسبات وزن لوله های وزنی برای جلو گیری از کمانش

Drill Collar Weight Calculation To Prevent Drill Pipe Buckling


Drill collar provides weight to the bit for drilling and keep the drill string from buckling. Additionally, drill pipe should not run in compression because it can get seriously damaged therefore we need to know weight of drill collar that is enough to provide weight to the bit

Drill pipe buckle due to insufficient of drill collar

Drill pipe straight because of sufficient drill collar weight


Drill collar weight in a vertical well

The following formula is used to determine required drill collar weight to obtain a desired weight on bit for a vertical well


WDC = (WOB x SF) ÷ BF


Where


WDC is drill collar weight in air, lb


WOB is a required weight on bit, lb


SF is a safety factor


BF is mud buoyancy factor


Drill collar weight in a deviated well

In a deviated well, the drill collar weight will not directly transfer to the bit because of well inclination which has direct affect on weight on bit

The following formula is used to determine required drill collar weight to obtain a desired weight on bit for a deviated well


((WDC = (WOB x SF) ÷ (BF x COS (θ*

Where


WDC is drill collar weight in air, lb


WOB is a required weight on bit, lb


SF is a safety factor


BF is mud buoyancy factor


θ is inclination of the well


Example: The deviated well has inclination of 30 degree in tangent section and planned mud weight is 12.0 ppg. Safety factor for this case is 25%


What is the drill collar weight to obtain the desired WOB of 50 Klb?


Buoyancy Factor = (65.5 – 12.0) ÷ 65.5 = 0.817


SF @ 25 % = 1.25


((WDC = (50,000 x 1.25) ÷ (0.817 x COS (30)


WDC = 88,333 Klb


In this case, drill collar weight in the air should be 88.3 Klb. In reality, the BHA does not only have the drill collar so you need to adapt this figure. For instant, the BHA consists of mud motor, stabilizer, LWD and HWDP which have a total weight of 30 Klb. Therefore, the actual drill collar weight is just only 58.3 Klb
(88.3 – 30)




​

 

[MOΣIN]

سیستم هیدرولیک
​

Drilling hydraulics affect directly drilling performance and this topic will focus on the basic principle of the drilling hydraulics


Circulation System on Drilling Rigs


Typically, the rig circulation system is composed of mud pumps which deliver drilling mud from mud pits to hoses and pipes down to the bottom of the hole. Drilling mud is moved through a bit into the annulus and is finally returned back to solid control equipment and the mud pits (you can see from the following diagram
​

Frictional Pressure Loss


Frictional Pressure Loss is pressure loss created when drilling mud flows through a flow path. Frictional pressure loss affects on pump pressure because higher frictional pressure loss, higher pump pressure is required to maintain the pump rate.


The following parameters affecting frictional pressure loss are as follows:


• Inner diameter of drill pipe, drill collar and heavy weight drill pipe


• Down hole tool as a mud motor, a rotary steerible tool, a MWD/LWD, etc


• Length of drill pipe, drill collar and heavy weight drill pipe


• Drilling fluid properties – mud weight, mud rheology (PV/YP)


• Hole size


• Length of the well


• Inner diameter of the previous casing string


• Flow area of the bit


• Flow rate


For more understanding, the diagram below demonstrates the frictional pressure loss during drilling operation.

Advantages of drilling hydraulics


• Optimize drilling performance (ROP)


• Improve hole cleaning


• Stabilize the wellbore


• Cool and lubricate drilling bits


• Transmit information from down hole tools (MWD/LWD)


• Provide wellbore stability


• Provide additional pressure besides hydrostatic pressure called equivalent circulating density (ECD)

​

 

[MOΣIN]

Riser Margin
One of Important Concepts For Deep Water Drilling




Riser margin in the mud weight increase below mud line to compensate bottom hole pressure in case of an accident disconnect or a failure marine riser close to the BOP stack at sea bed


The riser margin is described by a following equation

Where;


ρrm is riser margin, ppg


ρdf is drilling fluid density equivalent to formation pressure, ppg


ρsw is sea water density, ppg


L is riser length from sub sea BOP to rig floor, ft


D is true vertical depth of the well, ft


DW is water depth, ft


Note: When you consider adding the riser margin, you need to make sure that formation strength is sufficient. Additionally, you must not add trip margin and riser margin to the system because it is way over safety factor. If trip margin is higher than the riser margin, you must use the trip margin.


Example: Determine riser margin for this case

Drilling fluid weight equivalent to formation pressure = 9.2 ppg.


Sea water weight = 8.6 ppg


Length of riser to the rig = 8000 ft


Well TVD = 13,000 ft


Water depth = 8,000 ft

ρrm = 1.2 ppg


Riser margin for this case is 1.2 ppg.




​

 

[MOΣIN]

Stuck pipe is one of serious situations that sometimes happen on the rig. People put a lot of effort to free stuck pipe; however, when they reach the point that they can not free the pipe anymore, they may need to know where the stuck point is in order to plan to cut or back off drill pipe. This post will demonstrate you how to determine free point constant and calculate where a stuck point is



Firstly, we need to know the free point constant which can be found by this following table

Secondly, determine the depth where drill string gets stuck by the following formula


Depth of stuck pipe in feet = (Pipe stretch in inch x free point constant (FPC)) ÷ Pull force in thousands of pounds






Example: Determine where the stuck pipe depth is by given information: 3-1/2 in. 9.5 ppf drill pipe, 25 inch of stretch with 30,000 lb of pull force


From drill pipe stretch table, the free point constant is 6475 for 3-1/2 in. drill pipe 9.5 ppf


Feet of free pipe = (25 x 6475) ÷30


Feet of free pipe = 5396 ft


This mean there are 5396 ft of free drill pipe so when you know this figure, you can plan your wireline work for backing off drill pipe, colliding drill pipe, etc



​

 

[MOΣIN]

Total Flow Area --TFA

Total Flow Area --TFA

Total Flow Area (TFA) is summation of nozzle areas which fluid can pass through. When you consider about the TFA, you need to count all nozzles that you have in a bit or a reamer

Basically, you can determine flow area with a simple circle area formula

Where


Area in square inch


is a constant which approximately equates to 3.14159


D is diameter in inch


Let’s make it easier for our life. Normally, a diameter of nozzle is reported in xx/32 inch. For example, a bit has 3 nozzles and each one of them has size of 20/32 inch


The formula above can be simplified like this

Where


Area in square inch


N is nozzle size in number/32 inch


In order to find the total flow area of each bit or reamer, you must add all area of each nozzle


For instant, you use a bit that has a total of 5 nozzles. Three nozzles have a diameter of 10/32 inch and other 2 nozzles are 12/32 inch diameter. Determine the total flow area (TFA) of the bit


By the definition, you must sum every nozzle together in order to get the TFA; therefore, you can apply the formula above into this form

​