فشار سازند
در بعضی از جاههای بسیارعمیق که امروزه حفاری میشود،به سازندهائی با فشاربیشتراز20000 پوند بر اینچ (پام)برخورد می شود و فشارهای سطحی بیشتر از 15000 پام گزارش شده است.این گونه چاه ها بایستی با گل خیلی سنگین حفاری شوند واصولا ً یکی از دلایل عمده استفاده از هر گلی کنترل فشار سازند در هنگام حفاری چاه می باشد . تکمیل چاه احتیاج به لوله های جداری و مغزی با کیفیت بالا و مرغوب- که در بعضی موارد از مواد مقاوم در برابر هیدروژن سولفوره ساخته شده اند – و وسایل سر چاهی مقاوم در برابر فشارهای فوق العاده زیاد، دارد. در هنگام حفر قسمت های متخلخل و تراوای یک چاه که در گاز،نفت یا آب تحت فشار می باشند همیشه خطر فوران وجود دارد. روش ها وتجهیزات جلو گیری از فوران تکامل یافته اند تا بتوانند با فشارهای برخورد شده ومشکلات کنترل چاه حتی در بیشترین اعماق زمین که مته ها در آن نفوذ کرده اند مقابله نمایند.
شیب فشار سازند:
فشار سازند ناشی از وزن سیالات درون سنگ های تراوا زیرزمین می -باشد و هر چه عمق بیشتر شود فشار بیشتر می شود. آب انباشته شده در درون سازندهای متخلخل و تراوا با افزایش عمق فشار بیشتری پیدا می- کند،درست همان طوری که در دریاها با افزایش عمق آب فشارزیاد می- شود. با افزایش عمق ، فاصله عمودی یعنی اخلاف
ارتفاع باعث افزایش فشار سیال می گردد، چه در دریاچه یا چاه و چه در سازندهای زیر زمینی باشد.
فشار هیدروستاتیک ، یعنی فشار سیال در حال سکون ، از حاصل ضرب عمق حقیقی عمودی در شیب فشار سیال بدست می آید. فشار هیدروستاتیک ناشی از واحد وزن یا چگالی یک سیال وارتفاع یا بلندی ستون سیال می باشد. مقدار فشارهیدروستاتیک ، همان طوری که در شکل 3 نشان داده شده بستگی به اندازه و شکل ستون سیال ندارد . فشار سیال معمولا ً بر حسب پوند بر اینچ مربع(پام) بیان می شود . معادله زیر چگونگی ارتباط وزن سیال (یا وزن مخصوص) و فاصله عمودی حقیقی (ارتفاع) وفشار هیدروستاتیک را نشان می دهد که در آن وزن سیال بر حسب پوند بر گالن و عمق بر حسب فوت می باشد.
P=0.052*W *D / که
فشار هیدروستاتیک ، پام = P
وزن سیال پوند بر گالن (PPG) = W
عمق عمودی فوت (ft) = D
فشار هیدروستاتیک را می توان بر حسب پوند بر فوت مکعب ، چگالی، واحد های متریک یا واحد های دیگر بیان کرد ولی باین منظور بایستی از معادله های دیگری
استفاده کرد. افزایش فشار حاصلاز افزایش واحد عمق ، شیب فشار نامیده می شود
شیب فشار با چگالی، یا وزن مخصوص سیالات مورد بحث یعنی آب خالص آب دریا، آب نمک سازند ،نفت،گاز یا گل، تغییرمی کند. جدول شماره یک فشار سیال را در 10 فوتی، 100 فوتی و1000 فوتی برای سازندهای متخلخل و تراوایی (فضاهای متخلخل با یک دیگر در ارتباطند) که از آب خالص یا آب دریا پر شده باشند، نشان می دهد. فشارهای سازند ی که در حین حفاری با آن رو برو می شویم به سه دسته تقسیم می شوند: عادی،غیر عادی زیاد و غیر عادی کم. فشار عادی سیال سازند عموما ً0/465 پام بر فوت فرض می شود که شیب فشار ستون آب نمک است.
فشار غیر عادی زیاد بطور تئوریک از 0/465 پام بر فوت تا 1 پام بر فوت می باشد . فشار غیر عادی کم سازند دارای شیب زیر 0/433 پام بر فوت می باشد، به اینگونه فشارها ممکن است در مخازن نسبتا ً یا کاملا ًتخلیه شده و یا جدول 1سازندهائی که در ارتفاعات فشار سیال در اعماق مختلف بالا قرار دارند وسازندهائی
عمق آب آب خالص آب دریا
که در دامنه کوههابه سطح (فوت) شیب 0/433 شیب0/442
زمین میرسند، برخورد (پام برفوت) (پام برفوت)
شود. در درون یک چاه 10 4/33 4/42
ممکن است هم باسازندهائی 100 43/3 44/2
دارای فشار عادی وهم دارای 442 433 1000
فشارغیرعادی کم برخورد
شود. سازندهای با فشارغیر
عادی زیاد اغلب در درون
یک چاه که دارای فشارعادی می باشد یافت می شوند.
فشارهای عادی و غیرعادی با در نظر گرفتن مقدار 0/465 پام بر فوت بعنوان شیب فشارعادی سازند، انتظار میرود که فشار یک سازند در عمق 10000 فوتی 4650 پام (پام بر فوت 465/0 برفوت 10000)باشد.چاهی که با گل 10 پوند بر گالن حفاری شده با شیب فشار 0/52 پام بر فوت ، در عمق 10000فوتی فشارهیدروستاتیک 5200 پام دارد . در این حالت فشار داخل چاه نسبت به فشار سازند 550 پام بیشتر است (4650-5200) وسیالی از سازند به چاه جلوگیری می کند.
فرض بر این است که سازندهائی که دارای فشار عادی می باشند با سطح در ارتباطند البته ارتباط مستقیمی که در شکل نشان داده شده اغلب غیر معمول می باشد علیرغم آن ارتباط فی مابین ماسه ها همین اثر را دارا می باشد.
توضیح زمین شناسی فشار عادی سازند اینست که اغلب مخازن زیر زمینی ماسه های پوشش- دارهستند که از طریق ارتباطات زیرزمینی با سازند های متخلخل سطحی در ارتباطند.
با وجودیکه فاصله افقی ممکن است چندین مایل باشد مجموع فواصل عمودی (یعنی اختلاف ارتفاعی ) که فشار هیدروستاتیک را بوجود می آورد برابر با عمق سازند می باشد سازند هایی که دارای فشارغیرعادی بالا هستند
بصورت مخازن بسته ای تلقی میشوند که ارتباطشان با سازند های دارای فشار عادی ، قطع می باشد .
مخازنی از این نوع معمولا ً در سازند های متخلخلی واقع میشوند که در بالا و پائین آنها سازند های ضخیم پلمه سنگی قرار دارد . بامر عمومی برآن است که آب درون پلمه سنگها ، در اثر فشرده شدن آنها تحت وزن "طبقات بالایی " (پوشند) خارج ودر لایه های تراواتر ماسه ای انباشته شده ، و اگر راه فرار نداشته باشند ، فشارهای خیلی زیاد را در ماسه سبب میشوند . فشارهای بسیار زیاد تا شیب 9/0 پام بر فوت عمق اندازه گیری و مشاهده شده است . بعضی مواقع فشار سازندهای غیر عادی زیاد برابربا فشار طبقات بالایی (پوشند)می باشد . فشار پوشند معمولا ً درحدود یک پام بر فوت فرض میشود ، باوجودیکه در اعماق کم اندکی کمتر می باشد .
فشار هیدروستاتیک در مقابل فشارسازند همانطور که نشان داده شد فشار هر سازند ، تحت شیب فشار سیال درون فضای متخلخل آن ، با عمق افزایش می یابد . توانائی سیال حفاری در یک چاه برای کنترل فشارسازند عموما ً بستگی به فشار هیدروستاتیک دارد . فشار هیدروستاتیک درون چاه نیز برحسب عمق افزایش می یابد و مقدار آن بستگی به وزن مخصوص یا واحد وزن سیال درون چاه دارد . نفت ، آب وگل برای حفاری چاههای نفت استفاده شده اند ولی برای کنترل فشار غیرعادی (زیاد) سازند بایستی از گلهای سنگین استفاده شود .
وزن مخصوص سیال حفاری همانطور که در جدول 2 نشان داده شده از 8 تا 22 پوند برگالن تغییرمی کند . در این جدول شیب فشار چندین سیال با وزن های مختلف بر حسب پام بر فوت نشان داده شده است . همانطور که قبلا ً ذکر شد وزن مخصوص سیال را می توان برحسب پوند بر فوت مکعب ، گرم بر میلی لیتر، چگالی ، یا پام بر 1000 فوت بیان کرد .
فشار هیدروستاتیک درهر نقطه از چاه را می توان به وسیله معادله ای که قبلا ً داده شده یا بوسیله حاصلضرب شیب فشار سیال در عمق حقیقی عمودی بدست آورد . شکل 5 ستون های گوناگونی از سیالات را نشان داده تا به این ترتیب روشن نماید که فشار هیدروستاتیک را می توان با راه های مختلف بدست آورد. ستون A یک چاه
10000فوتی با وزن گل 2 پوند بر گالن و شیب فشار624/0پام برفوت را نشان میدهد
، فشار هیدروستاتیک در ته چاه 6240 پام می باشد . ستون B دارای گل 15 پوند بر گالن می باشد که فشار هیدروستاتیکی معادل 7790 پام در 10000 فوتی ایجاد می کند . ستون C شبیه ستون A می باشد با این تفاوت که ارتفاع آن 1000 فوت کمتر است در نتیجه فشار هیدروستاتیک ته آن فقط 5616 پام می باشد . ستون D شبیه ستون C است با این تفاوت که 1000 فوت آب دریا با شیب فشار 442/0 پام بر فوت ، به بالای آن اضافه شده است بنا بر این فشار هیدروستاتیک ته چاه 6058 پام (442 + 5616 ) می باشد . ستون E شبیه ستون D می باشد با این تفاوت که وزن گل از 12 پوند بر گالن به 5/12 پوند بر گالن افزایش یافته است . مجموع فشار هیدروستاتیک در این حالت 6292 پام می باشد ، 5850پام برای 9000 فوت سیال 5/12 پوند بر گالن بعلاوه 442 پام برای 1000 فوت آب دریا . این مثال ها نشان می دهند که برای محاسبه مجموع فشار هیدروستاتیک ته چاه بایستی فشار استاتیک ستون سیالات را با هم جمع کرد . اگر سیال یا فشار برداشته شود به همان اندازه فشار ته چاه کاهش می یابد . اگر فشار هیدرولیکی به بالای ستونی از سیال وارد گردد فشار ته چاه مجموع فشار وارده بعلاوه فشار هیدروستاتیک ستون سیال خواهد بود .
فشار هیدروستاتیک فقط در مورد سیالات در حال سکون بکار میرود – یعنی در
وقتیکه حرکت و گردش وجود ندارد . اگر گل بگردش درآید فشار اضافی ناشی از
اصطکاک سیال در دالیزبین لوله های حفاری و دیواره چاه به سازند اعمال می گردد . مقدار افت فشار اصطکاکی سیال در دالیز بستگی به سرعت گردش گل ، خواص گل و فاصله بین لوله ودیواره چاه دارد . افت فشار ناشی از اصطکاک در مجرای دالیزهای کوچک وتنگ خیلی بیشتر از دالیزهای بین لوله ها وچاههایی است که دارای اندازه های معمولی می باشند .
فشار گردشی ( گل )فشارگردشی فشار لازم برای چیره شدن بر اصطکاک بین گل حفاری و هرآنچه که در موقع حرکت در لوله ها ، عبور از مته و بالا رفتن در دالیز با آن تماس پیدا می کند ، می باشد. فشار پمپ مجموع این اصطکاک ها می باشد. در این میان فشاری که باید به بار هیدروستاتیکی وارد بر سازند افزوده شود مقدار فشاریست که برای چیره شده بر اصطکاک ناشی از حرکت گل حفاری در دالیز و تماس آن با ساق حفاری و دیواره چاه ، مورد نیاز است . مجموع افت فشارها یا فشارهای گردشی با تغییر گرانروی و مقاومت ژلی گل ، طول و اندازه ساق حفاری ،
نا برابر بودن فشار هیدروستاتیک درون لوله های حفاری و دالیز، فشار گردشی گل را
به اندازه مقدار نا برابری تغییر میدهد. در صورتیکه وزن گل درون لوله- های حفاری کمتر از دالیز باشد اختلاف فشار اضافه میشود و در غیر این صورت بر عکس عمل خواهد شد .
شکل 6 نشان می دهد که فشار گردشی چگونه در یک چاه هدر میرود . فشار پمپ 2400 پام فرض شده است . اصطکاک ناشی از پیش رفتن گل در ساق حفاری 600 پام افت فشار ایجاد می کند و درست موقع رسیدن به مته 1800 پام از فشار گردشی باقی مانده است . افت فشار در فواره های مته 1600 پام و 200 پام هم در موقع
برگشت گل از کف چاه به سطح زمین در دالیز صرف میشود. در اینجا می توان دید که مجموع فشار اعمال بر کف چاه 5400 پام می باشد که مجموع 5200 پام فشار هیدروستاتیک ، بعلاوه 200 پام فشار گردشی لازم برای حرکت دادن گل درون دالیز از کف چاه تا سطح زمین می باشد.
فشار کوبشی و مکشی اگر گل حفاری دارای گرانروی و مقاومت ژلی زیادی باشد و مخصوصا ً اگر طول لوله های حفاری استفاده شده زیاد باشد ،در اثر حرکت به پائین ساق حفاری ،فشارهای بیشتری بر چاه اعمال میشود ، مخصوصا ً اگر حرکت آن سریع باشد . هر چه سرعت حرکت گل نسبت به لوله ها بیشتر باشد فشار بیشتری برای چیره شدن بر اصطکاک ناشی از چسبندگی گل به لوله ها و دیواره چاه لازم می باشد. اگر لوله ها هم زمان با گردش گل به پائین حرکت کنند حتما ً تاثیر آن بیشتر خواهد بود زیرا این دو اثر با هم جمع میشوند. مقدار فشار کوبشی بستگی به گرانروی و مقاومت ژلی گل ، نسبت بین اندازه لوله های حفاری و لوله های وزنه با قطر12چاه دارد .
مکش- برعکس فشار کوبشی – موقعیکه لوله های حفاری خیلی سریع بالا کشیده میشوند اتفاق می افتد ،زیرا گل با سرعتی که لوله ها بالا کشیده میشوند پائین نمی رود و این در عمل باعث مکش میشود موقعیکه فشار هیدروستاتیک فقط کمی از فشار سازند بیشتر است ، کاهش فشار بر اثر مکش ممکن است به سیال سازند اجازه دهد که
وارد چاه گردد . چنین وضعیتی موقعیکه مته گلی شده و خیلی سریع بیرون کشیده میشود بطور شدید تری می تواند رخ دهد . بیشترین خطر مکش موقعیست که مته نزدیک کف چاه باشد بنابراین در هنگام آغاز عملیات بیرون کشیدن رشته حفاری از چاه بایستی دقیقا ً بررسی گردد که آیا مکش اتفاق می افتد یا خیر. این را می توان با اندازه گیری حجم لازم گل برای پر کردن چاه موقع بیرون کشیدن لوله ها انجام داد. اگر مقدار گل پر کردن چاه از معادل لوله های بیرون کشیده شده کمتر است بایستی فرض شود که سیال خارجی وارد چاه شده است. در صورتیکه مشخص شود که در چاه مکش رخ داده ، لوله ها را بایستی به ته چاه برگردانده و گل آلوده را از چاه خارج کرده و در صورت لزوم قبل از پیمایش چاه گل را بهسازی کرد. حتی ممکن است لازم باشد
که وزن گل کمی بالا برده شود. برای اطمینان از وارد نشدن سیال سازند ، حجم گل لازم برای جایگزینی لوله های بیرون کشیده شده باید دقت اندازه گیری شده و با مقدار واقعی آن که بطور تئوریک با استفاده از اندازه لوله ها و تعداد استندهای بیرون کشیده شده محاسبه می گردد ، مقایسه شود. در طول راندن لوله ها به درون چاه بایستی افزایش مخازن گل بررسی گردد تا از جابجائی حجم صحیح گل به وسیله لوله های رانده شده در چاه اطمینان حاصل گردد. بطور خلاصه با توجه به نکات زیر می توان تغییرات فشار ناشی از حرکت لوله ها را ، چه در اثر کوبش و چه در اثر مکش- به حداقل رساند :
- تنظیم وزن مخصوص گل برای برابری و تراز فشار آن با فشار سازند بعلاوه مقداری اضافه فشار برای مواقع پیمایش (مرز پیمایش)
- استفاده از حداقل مقدار عملی برای گرانروی و مقاومت ژلی گل
- با احتیاط حرکت دادن لوله ها در هنگامیکه بیشترشان درون چاه هستند
- داشتن فاصله آزاد کافی بین لوله های حفاری و چاه.
پر کردن چاه اگر گل فقط اضافه فشارکمی نسبت به فشار سازند داشته باشد ، اندازه گیری گل استفاده شده برای پرکردن چاه در موقع بیرون آمدن ساق حفاری از آن ، حائز اهمیت بسیار می باشد. در اینجا بهترین راه ،اندازه گیری حجم گل می باشد که برای پر کردن جای لوله های خارج شده از چاه می باشد. اندازه گیری تعداد واقعی بشکه های لازم برای پر کردن چاه را می توان بوسیله (1) مخزن پیمایش، (2) با شمارش ضربه های پمپ، (3)حجم نمای گل، یا (4)تغییر سطح مخزن انجام داد. اندازه گیری با مخزن پیمایش از بیشترین دقت بر خوردار است زیرا به کمک آن پس از بیرون کشیدن هر تعدادی از لوله ها، مقدار دقیق گل لازم برای پر کردن چاه را می توان دید. شمارش تعداد ضربه های لارم پمپ برای پرکردن چاه بعد از بیرون کشیدن تعدادی از استندها می تواند روش مطمئنی باشد یا نباشد زیرا بستگی به بازدهی پمپ دارد. ابزار حجم نمای گل اغلب همراه با ابزار سنجنده جریان بکار می رود. مقدار تغییر سطح و حجم گل در مخازن که معمولا ً بر حسب اینچ یا بشکه و به ازای هر 5 استند لوله بیان میشود، بایستی روی دستگاه حفاری نصب شود تا تمام کسانیکه در گیر کارند هنگام پیمایش بتوانند بسرعت این اطلاعات را بررسی کنند. مخزن پیمایش بهتر است بصورت یک ظرف باریک و
عمیق ساخته شود طوریکه تغییر چندین اینچ در ارتفاع آن، معادل یک بشکه گل باشد. به کمک یک مخزن پرکننده ثقلی، چاه بطور اتوماتیک موقع بیرون کشیدن لوله های حفاری از چاه پر میشود. در هنگام نیاز مخزن پیمایش از مخازن اصلی گل میشود. هنگامیکه هر استند یا ردیف استندها بیرون کشیده میشود سطح گل در مخزن پیمایش به اندازه مقدار بشکه های معادل لوله های بیرون کشیده شده پائین خواهد رفت. مقدار گلی که برای پر شدن چاه از مخزن خارج شده باید بدقت تعیین و با مقدارتئوریک آن مقایسه گردد. بایستی مقدار گل مصرفی برای پر کردن چاه و مقداریکه از مخازن گل تخلیه شده اند بدقت محاسبه شوند و ارقام نیز مساوی باشند . شکل 7 یک مخزن پیمایش ثقلی دو قسمتی را نشان میدهد.
برای اندازه گیری گل می توان از شمارش ضربه های پمپ استفاده کرد زیرا یک پمپ رفت و برگشتی موقعیکه درست عمل کند مشابه با یک ابزار دقیق جابجائی مثبت می باشد. بر حسب اندازه پیستون و اندازه گام پمپ، تعداد معینی از ضربه های پمپ لازم است تا یک بشکه گل را از مخزن به درون چاه پمپ کند. اگر در چاه مکش یا هرز روی گل رخ داده باشد پس از بیرون کشیدن یک استند یا یک ردیف از استندهای لوله، تعداد ضربه های لازم برای پر کردن چاه ،کمتر یا بیشتر خواهد بود. اگر پمپ های گریز از مرکز برای تغذیه مکش بکار می روند همانطوریکه در پمپ های سه گامه استفاده
میشوند، شمارش ضربه های لازم پمپ برای پر کردن چاه می تواند گول زننده باشد زیرا پمپ تقویتی ممکن است گل را تحت فشار خود از درون پمپ گل اصلی به چاه بفرستد.
در هنگام لوله پائین برای اطمینان از اینکه گل خارج شده از چاه برابر با حجم لوله های اضافه و رانده شده در چاه میباشد میتوان از جریان سنج گل و ابزارسنجنده آن استفاده کرد. همچنین گل اضافه شده برای پر کردن چاه موقع بیرون کشیدن لوله ها
را میتوان با ابزار دقیق سیستم گل و یا اندازه گیری مشخص کرد. جریان یافتن گل از چاه را میتوان بوسیله جریان سنج تعیین وبا گل پمپ شده به
درون چاه مقایسه کرد. اگر حجم اندازه گیری شده کاملا ً با حجم لوله های خارج شده یکسان نباشد بلافاصله علامت هرز روی گل یا جریان گل به وسیله یک نشانگر نشان داده شده و یک چراغ فرمان یا آژیر خطر بکار می افتد.
تغیرات سطح مخازن گل،هرز روی یا جریان گل را موقع لوله بالا یا لوله پائین بطور قابل اعتمادی نشان میدهند، ولی ارتفاع گل در مخازن بزرگ تا وقتیکه مقدار جریان یا هرز روی چاه نسبتا ً زیاد نباشد، تغییر چندانی نمی کند. برای تعیین سطح مخازن گل ابزارهای دقیقی وجود دارند که میانگین سطح مخازن را ثبت کرده، و سریعا ً به حفار نشان میدهند که سیال افزایش یافته یا هرز رفته است. بسیاری از این ابزارها هم چنین مجهز به علائم اخطار سمعی وبصری برای اعلام افزایش مخازن گل یا هرز روی گل
هستند در عین اینکه مقادیر را برای بررسی های بعدی ثبت می کنند.
از آنجائیکه لوله های وزنه جابجائی بیشتری از لوله های حفاری دارند پر کردن چاه موقع خارج کردن و کنار گذاشتن آنها از بیشترین اهمیت برخوردار است. موقع خارج کردن لوله وزنه افت سطح گل در چاه چهاریا پنج مرتبه بیشتر از موقعیست که لوله حفاری از چاه خارج میشود، نتیجتا ً اغلب بایستی موقع خارج کردن لوله های وزنه چهار یا پنج دفعه چاه را پر کرد. در چنین شرایطی خطرناکترین وضعیت وقتی پیش می آید که چاه در اعماق کم، به لایه های ماسه ای گاز دار برخوردار می کند.
شکست سازند و هرزروی گل در یک چاه، توانایی سازند ها برای تحمل فشار گلی با وزن مخصوص معین و در یک عمق داده شده، بستگی به وزن پوشند و فشار درون فضای تخلخل سازند دارد. اگر فشار سیال درون چاه بیشتر از فشار شکست سازند باشد آنگاه سازند خواهد شکست و گل درون چاه گم میشود. هرزروی گل مخصوصا ً مواقعیکه سازندهای درون چاه دارای فشار زیاد هستند بسیار خطرناک می باشد زیرا بطور قطع موقعیکه سطح گل در چاه پائین رود سیلان رخ خواهد داد.
در نواحی مربوط به دوران چهارم زمین شناسی لایه های کم عمق به نسبت دارای آب بیشتری بوده، تخلخل زیاد تری داشته و کمتر فشرده و متراکم شده اند، بنابراین آنها از
سنگهای واقع در اعماق بیشتر سبکتر هستند. بنابراین سازندهای کم عمق با فشار کمتری می شکنند تا سنگهای چگالتر و متراکم شده تری که در عمقهای زیاد تر یافت میشوند. شکل 8 نموداریست از شیب فشار شکست که معمولا ًدر لوئیزیانای جنوبی دیده میشود، وزن های گل معادل با شیب های شکست داده شده اند. هنگامیکه قرار بر آنست که با گردش گل سنگین در چاه فشارسازند کنترل شود، بایستی شیب شکست مناسب با منطقه جغرافیائی باشد بایستی قبلا ً تمام چاه را تا جائیکه سازندها قادر به تحمل آن وزن گل هستند جداره گذاری کرد. فشار شکست را نبایستی فقط در رابطه با وزن گلی که چاه در یک عمق معین میتواند تحمل کند در نظر گرفت بلکه همچنین به فشاریکه ممکن است موقع جابجائی سیلان به ستون گل اضافه شود، توجه کرد. برای مثال، با مراجعه به نمودار شکست برای لوئیزیانای جنوبی میتوان دید که کفشک رشته جداری سطحی در عمق 4000 فوتی باید وزن گلیش معادل5/13 پوند بر گالن را تحمل کند. بعد از رسیدن وزن گل به 5/13 پوند بر گالن در موقع جابجا کردن سیلان و کشتن چاه دیگر جائی برای افزایش وزن گل یا اعمال فشار معادل آن در تاج چاه، باقی نمی ماند. اگر قرار است چاه عمیق تر شود و در عین حال حفاظت کافی برای مقابله چاه وجود داشته باشد، راندن یک رشته جداری دیگر ضروری است. هرزروی گل یکی از جدی ترین و پرخرج ترین مشکلاتی است که میتواند موقع حفاری
یک چاه اتفاق افتد. سازند هائی که ممکن است ر آنها هرزروی کامل گل اتفاق افتد عبارتند از:
1- سازند های کم عمق تراوا و سنگ دانه درشت(مانند ریگ یا ماسه های شل وسست
2- سنگهایی که دارای شکافهای باز وحفره ای (یاغاری) هستند.
3- سازندهائی که بطورطبیعی شکستگی دارند یا بسادگی شکسته میشوند.
برای اینکه هرزروی اتفاق افتد بایستی در سنگها مجراهایی برای پذیرش سیال و همچنین فشارکافی برای راندن آن به درون سازند وجود داشته باشد.
رشته جداریی که خوب سیمان نشده اغلب باعث هرزروی می گردد وسیمانکاری مجدد آن بهترین راه جلوگیری از هرزروی می باشد.
اگر موقع جابجائی سیلان با فشار زیر فورانگیرها هرزروی اتفاق افتد ممکن است کنترل سطحی تماما ً از بین رفته و فوران زیرزمینی اتفاق بیفتد. در اینحالت پیش از آغاز روش های عادی کنترل فشار چاه، لایه ایی که در آن هرزروی رخ داده بایستی مرمت شود. بعضی مواقع تنها راه مطمئن برای جلوگیری از هرزروی داشتن لوله های جداری کافی در چاه می باشد تا بتوان گل رابا وزنی بکار برد که برای کنترل فشار سازند لازم است. ممکن است این امکان وجود داشته باشد که یک ستون گل سنگین زیر ناحیه هرزروی گذاشته شود سپس باقی چاه را تاسرآن، از سیالی با وزن مخصوص کمتر پرکرد. ترکیب فشار هیدروستاتیک دوسیال می تواند سیال سازند را به عقب رانده و در جای خود نگاه دارد و در غیر اینصورت سیال وارد چاه خواهد شد.
سازندهای بافشار غیرعادی در بسیاری از مناطق، در عمق های مختلف به سازندهایی برخوردشده است که شیب فشار آنها بیشتر از مقدار عادی بوده است. حفاری در چنین سازندهایی احتیاج به دقت فراوان و مخارج زیاد داشته ودر مواقعی که بطور غیر منتظره به آن برخورد شده فورانهای پر خرجی رخ داده است. در سازندهای سست و نامستحکم، فشار غیرعادی و هرزروی گل مشکلات بهم وابسته ای هستند که ممکن است با هم رخ دهند.
فشردگی پلمه سنگ همانطوریکه قبلا ً ذکرشد، تشکیل فشار غیرعادی سازند بعلت فشرده ومتراکم شدن مواد رسوبی اولیه از قبیل گل، رس و ماسه های سست می باشد. همچنانکه مواد بیشترو بیشتری روی این رسوبها ته نشین میشوند با خارج شدن آب اضافی، سخت تر شده و تحت وزن لایه های بالایی پوشاننده خود متراکم می گردیدند. درجاهائیکه آب می توانست به سازند های تراوا، مانند لایه های ماسه ای، راه پیداکند، فشار معادل سیال درون سازند ماسه ای را بدست می آورد، البته بشرطیکه وزن لایه های پوشند بوسیله دانه های ماسه تحمل میشد. اگر فضای متخلخل با فشارعادی در ارتباط بود آنگاه سازند دارای فشار عادی می گشت. برعکس اگر سازند متخلخل با فشارعادی ارتباط نداشت آبی که از پلمه سنگ به زور وارد ماسه ها شده بود فشار بیشتری پیدا
میکرد و نهایتا ً مجبور بود قسمتی از وزن لایه های پوشند را تحمل کند. آبی که ازپلمه سنگ فشرده شده بود و راه فراری نمی یافت بصورت آب آزاد درون خلل و فرج پلمه سنگ باقی میماند. تمام پلمه سنگها دارای درجه ای از تخلخل می باشند این علیرغم آنست که ترارایی آنها در عمل ممکن است صفر باشد. در هر حال تخلخل پلمه سنگ موقع فشرده، و متراکم شدن آن کاهش می یابد. پلمه سنگهای دارای فشار غیرعادی تخلخل بیشتری (و بنابر این آب بیشتری) دارند تا پلمه سنگهایی که در همان عمق ولی با فشار عادی یافت میشوند.
تشخیص فشار غیر عادی اصول علمی مربوط به فرایند فشردگی پلمه سنگها نسبتا ً بخوبی شناخته شده اند. مهندسین میتوانند مقادیر فشار را در پلمه سنگ های دارای فشارغیر عادی با تقریب خوبی حدس زده و حدود برخورد با آنها را بکمک اطلاعات بدست آمده از نمودارهای الکتریکی و وزن مخصوص پلمه سنگهای چاههای مجاور با دقت نسبتا ً خوبی پیش بینی کنند. شواهد خوبی وجود دارد که بر اساس استفاده از آنها و تجزیه و تحلیل دقیق اطلاعات لرزه نگاری میتوان عمق سازندهای دارای فشارغیرعادی زیاد را پیش بینی کرد. علاوه بر تحلیل داده های لرزه نگاری، سازندهای پرفشار را میتوان به
کمک این عوامل مشخص کرد:
- سرعت حفاری
- پلمه سنگهای ریزش کننده
- وزن مخصوص پلمه سنگ
- گاز زدگی گل
- افزایش یونهای کلر
- افزایش درجه حرارت گل
- داده های بدست آمده از نمودارهای الکتریکی
سرعت حفاری مستقیما ً وجود سازندهای پلمه سنگی یا ماسه ای پر فشار را نشان می دهد.باید بخاطر داشت که تغییر نوع سنگها، چگونگی تمیز شدن کف چاه بوسیله گردش گل، وزن روی مته، دورمیز دوار خصوصیات گل و نوع وضعیت مته همگی در سرعت حفاری نقش دارند. همچنین به اثبات رسیده است که اختلاف بین فشار هیدروستاتیک و فشار تخلخل سازند تاثیر مهمی در سرعت حفاری دارد. موقعیکه وزن گل افزایش می یابد بایستی این اختلاف فشار در نظر گرفته شود.
برای اینکه سرعت حفاری بتواند وسیله ای برای شناخت گذر از فشارعادی به فشارغیرعادی باشد بایستی دیگر فاکتورهائی که در سرعت حفاری نقش دارند ثابت بمانند.
تغییر ناگهانی نوع سنگ را نمیتوان کنترل کرد ولی افزایش زیاد سرعت حفاری، سریع
شدن ناگهانی حفاری، میتواند نشانگر تغییر سازند باشد. در این حالت ممکن است واقعا ً به فشار زیاد برخورد نشده باشد ولی حفار بایستی در مورد امکان جریان یافتن چاه هوشیار باشد، موقعیکه احتمال نزدیک شدن به یک بخش پر فشار می رود می توان وزن روی مته و دور میزد وار را کنترل کرده و ثابت نگه داشت.
در حفاری استفاده از سرعت حفاری(سرعت کندن مته) برای پیش بینی سازندهای پر فشار مخصوصا ً در سازندهای نرم از قبیل پلمه سنگهای نواحی ساحلی معمول است.
روشی که بوسیله چندین شرکت نمودارگیری گل بکار می رود آنست که روند عادی تغییر سرعت حفاری تعیین میشود، سپس در هنگامیکه سرعت حفاری از خط روند عادی بیشتر میشود(در حالیکه سایر عوامل را ثابت نگه داشته یا تصحیح می کنند) آنرا برای اثبات احتمال وجود سازند پرفشار بکار میبرند.
همیشه امکان ثابت نگه داشتن وزن روی مته و دورمیز دوار وجود ندارد عدد همنواخت سرعت حفاری( نمای دی) را میتوان ار روی نگاره های همردیف شکل 9 بدست آورد.
اطلاعات لازم برای استفاده از این نگاره عبارتند از:
1- سرعت حفاری(کندن مته R.O.P) برحسب فوت برساعت
2- سرعت میزدوار(N) برحسب دور در دقیقه
3- وزن روی مته (W)بر حسب هزارپوند
4- اندازه مته (D) بر حسب اینچ
برای هر چه موثرتربودن این روش، نمای دی بایستی برای هر ده فوت چاه تعیین و رسم گردد. اگر وزن گل تغییر کند بایستی تغییر و تصحیح معادل آن در نمای دی انجام گیرد.
ریزش پلمه سنگ ممکن است نتیجه:
1- افزون بودن فشار سازند برفشار هیدروستاتیک گل
2- جذب آب یا باد کردن پلمه سنگ
3- فرسایش دیواره چاه دراثرگردش گل، فشارهای کوبشی یاحرکت لوله های حفاری
4- ساختارهای شیب دار یا شکاف دار باشد.
ریزش پلمه سنگ معمولا ً نتیجه افزایش فشارسازند نسبت به فشار هیدروستاتیک می باشد مخصوصا ً در شیل های نرمتر نواحی ساحلی ایالات متحده.
وزن مخصوص پلمه سنگ معمولا ً با ازدیادعمق افزایش می یابد زیرا براثر فشردگی آب آن خارج شده و وزن واحد آن افزایش می یابد. شکل10 روند عادی تغییر وزن مخصوص پلمه سنگ را نشان میدهد موقعیکه وزن مخصوص به زیر روندعادی کاهش
می یابد احتمال سازند پرفشارمی رود. استفاده واقعی از این طریق برای کشف افزایش فشارسازند بعلت مشکلات انتخاب قطعات نمونه پلمه سنگ و اندازه گیری دقیق وزن مخصوص آن مشکل می باشد.
گاز زدگی گل همیشه به عنوان اخطار سازند پرفشار محسوب شده ولی حضور آن همیشه مشکلی جدی نمی باشد. گاز ممکن است در نتیجه عوامل زیر وارد گل شود
1- وجود گاز در پلمه سنگها که نشانه آن فشار زیاد و حجم کم گاز می باشد و اغلب همراه با لایه های ضخیم پلمه سنگی دیده میشود.
2- گازهای حاصل از حفاری ماسه های گازدار که ممکن است موقتا ً در غلظت گاز گل تغییری ایجاد کند.
3- گاز پیمایش که بعد از پیمایش کامل رشته حفاری در چاه رخ می دهد.
4- گاز اتصال که مربوط به موقع اتصال هر لوله حفاری به رشته حفاری است.
5- گازیکه به علت ناکافی بودن وزن گل برای کنترل فشارسازند، وارد گل میگردد
از آنجائیکه گاز قابلیت تراکم دارد ممکن است درسطح زمین خطرناکتر از آن چیزی که هست بنظر آید. بسیاری از پلمه سنگها درون فضای تخلخلشان دارای گاز می باشند که مرتبا ً بداخل گل چاه حفر شده وارد میشود. ورود دائمی چنین گازی به گل یک خط مبنارا روی نگاره نمودار گل تشکیل داده و اغلب کاملا قابل پیش بینی است. معمولا ً به گازهای دارای چنین منشائی، توجه اندکی میشود. ماسه های گازدار
ممکن است گاز درون گل را بطور درخور توجهی افزایش دهند بخصوص اگر خیلی سریع حفاری شوند. بدین دلیل است که بسیاری از شرکتهای حفاری تاکید دارند که بسته به پمپ های گل، ماسه های گازدار را باید به نسبت باسرعت کمی حفاری کرد تا وقت کافی برای گردش گل و بیرون راندن گاز تخلخل باشد و از کاهش وزن گل جلوگیری بعمل آید. مقدار کمی گاز تحت شرایط ته چاه ، پس از رسیدن به سرچاه می تواند بصورت مقدار زیادی ظاهر شود. گاز پیمایش و گاز اتصال معمولا ً ناشی از کاسته شدن فشار هیدروستاتیک در دالیز میشود که بعلت مکش ویا کاهش فشار ته چاه در هنگام خاموش بودن پمپ ها، رخ می دهد. اگر عملیات پیمایش و اتصال با استفاده از روشهای مقرر و صحیح انجام گرفته باشد، گاز پیمایش یا گاز اتصال ممکن است هشداری باشد برای آنکه به مقادیر بیشتری از فشار تخلخل برخورد شده است.
پی بردن به افزلیش مقدار کلر در گل به سادگی تشخیص تغییرات مقدار گاز نیست . اندازه گیری کلر معمولا ً بوسیله گل شناس انجام می گیرد و اطلاعات ممکن است آنا ً در دسترس حفار نباشد . با این ترتیب بدست آوردن اطلاعات آنی در مورد تغییرات غلظت کلر مشکل است. همچنین باید توجه داشت که غلظت کلر در گل های آب نمکی و آب دریا زیاد است. بطور معمول باید مقدار کلر گلی که وارد چاه میشود و گلی که از چاه خارج میشود اندازه گیری شود. مقایسه روند اندازه های آنها ممکن است ورود سیال سازند به چاه را بعلت افزایش فشار تخلخل تائید کند. افزایش درجه حرارت
ممکن است کمکی در پیش بینی فشار تخلخل باشدیا نباشد. تغییرات درجه حرارت ممکن است به علت تغییر سرعت گردش گل، تغییروزن گل، افزایش گشتاور مته، افزودن سودسوزآور به گل یافشار بالاتر تخلخل سازند باشد. افزایش درجه حرارت به تنهائی نمی تواند نشان دهنده مواجه شدن با فشار تخلخل بیشتر باشد. درجه حرارت خط برگشت گل اگر بطور صحیح و برحسب عمق رسم شود می تواند در پبش بینی وجود سازند بافشارغیرعادی بکار رود، همچنانکه در شکل 11 نشان داده شده است. داده های نمودارهای الکتریکی می تواند دربدست آوردن اطلاعاتی از سازندهای با تخلخل پرفشار بسیار مفید باشد ولی این اطلاعات نوش داروی بعدازمرگ سهراب هستند، زیرا پیش از آنکه بتوان چنین اطلاعاتی را دراختیار حفار قرارداد، چاه باید حفر و نمودارگیری شود و داده های بدست آمده از نمودارها تفسیر و تجزیه و تحلیل شوند. مقاومت الکتریکی پلمه سنگها، سرعت عبور صوت ورسانایی الکتریکی ، بعضی از مشخصات بدست آمده بوسیله نمودارهای الکتریکی هستند که حفر سازندهای دارای فشارغیرعادی راتائید میکنند. روشی که برای تشخیص سازندهای با فشارغیرعادی بکار می رود مقایسه روند واقعی تغییر خواص پلمه سنگها، که از اندازه گیری نمودارها بدست آمده، باروند بنیادی تغییر خواص لایه های پلمه سنگی فشارعادی می باشد. فشرده و متراکم شدن عادی پلمه سنگها که با افزایش عمق پدید می آید باعث کاهش
تخلخل آن میگردد، مقاومت الکتریکی باعمق افزایش اما سرعت عبور صوت با آن کاهش می یابد. اگر از این روندها انحرافی مشاهده شود همانطور که در شکل 12 نشان داده شده احتمالا ً دال بر وجود فشار تخلخل غیرعادی خواهد بود.
