روشهاي انتخاب مته در حفاريهاي نفت و گاز

انتخاب مته

روش های انتخاب مته

انتخاب مته مناسب در گذشته و قبل از توليد مته هايي با طراحي هاي جديد و ابتكاري و بهبود طراحي مته‌هاي پيشين، روندي نسبتاً ساده بود. هر چند تنوع مته‌ها در حال حاضر بسيار بيشتر شده و روند انتخاب مته بهينه پيچيده‌تر گرديده با اين حال ميتوان از برخي دستورالعملها براي انتخاب مته مناسب استفاده نمود.

انتخاب مته مناسب براي شرايط حفاري خاص، نيازمند ارزيابي عوامل موثر متعدد مي باشد. البته اگر تمامي پارامترهايي كه در انتخاب مته تاثير گذارند مورد بررسي قرار گيرند، انتخاب مته بسيار پيچيده خواهد شد. بنابراين هر يك از روشهاي انتخاب مته تنها پارامترهاي محدودي را مورد ارزيابي قرار ميدهند.

تا همين اواخر انتخاب مناسب ترين مته از طريق آزمون و خطا صورت مي‌گرفت، بنابراين انتخاب مته نامناسب گاه باعث صرف هزينه هاي بسيار مي شد. اما در سالهاي اخير محققين سعي كردند با استفاده از روشهايي كه توانايي پيش بيني رفتار سازند را كه در روشهاي پيشين انتخاب مته ناديده گرفته مي شد به كار گيرند و با شبيه سازي فرآيند حفاري، هزينه هاي حفاري را كاهش دهند. به اين ترتيب پارامترهاي ژئومكانيكي و مفاهيمي همچون قابليت حفاري سازند وارد فرآيند انتخاب مته بهينه شدند. در ادامه اي پيشرفتها نرم افزارها و پس از آنها برنامه هاي هوشمند كامپيوتري براي انتخاب مته به كار گرفته شدند.

برخي از مواردي كه به وسيله بسياري از مهندسين حفاري در انتخاب مته مورد توجه قرار  مي گيرند عبارتند از:

– جداول طبقه بندي IADC ليستي تقريبي از انواع مته هاي قابل استفاده در سازندهيا با سختي مشخص را ارائه مي دهند.

– نوع و مشخصات مته اي كه به طور اوليه انتخاب شده است بايستي براساس قيمت مته مورد ارزيابي قرار گيرد. قيمت مته حفاري نبايستي از هزينه روزنه دكل حفاري بيشترباشد.

– مته هاي مخروطي سه كاجه، مته هايي با بيشترين قابليت تطبيق بوده و انتخاب اوليه مناسبي براي قسمت هاي سطحي چاه مي باشند.

– مته هاي الماسه در سازندهاي غير شكننده كه داراي شكست پلاستيك مي باشند و يا در قسمت هاي تحتاني چاه هاي عميق، جايي كه به علت هزينه بالاي تعويض مته، مته اي با عمر بالا مورد نظر مي باشد و يا در چاه‌هاي با قطر كم، كه سادگي طراحي مته هاي الماسه در آنها مورد توجه قرار مي‌گيرد، بهترين كاركرد را دارا مي باشند.

مته هاي  PDC بهترين اجرا در مقاطع پيوسته كربناته يا تبخيري كه داراي ميانه لايه هاي شيل و ديگر انواع سنگهاي ترد نمي باشند، ارائه مي دهند.

– مته هاي PDC نبايستي در سازندهاي چسبنده، كه داراي تمايل زياد به چسبيدن به برنامه‌هاي مته مي باشند، مورد استفاده قرار گيرند.

– تا زماني كه انتخاب مته عمدتا براساس آزمون و خطا صورت گيرد، بايستي ارزيابي دقيق فرسودگي مته، پس از بيرون كشيده شدن از چاه، صورت گيرد.

عوامل اصلي كه امروزه در ارزيابي مته مورد بررسي قرار مي‌گيرند عبارتند از:

– سختي و سايندگي سازند

– نوع سيال حفاري

– شرايط جهت گيري چاه

– سيستم دوران

– مغزه گيري

– اندازه مته

– فرسودگي مته

– ركورد مته هاي استفاده شده

در اين فصل روشهاي عمده انتخاب مته كه داراي مقبوليت و كاربرد بيشتري مي باشند معرفي شده و مورد بررسي قرار مي‌گيرند. اين روشها شامل روش هزينه حفاري، روش انرژي ويژه و روشهاي انتخاب مته براساس خواص زمين شناسي و ژئومكانيكي سازند (قابليت حفاري) مي باشند.

21– روش هزينه حفاري

در بيشتر مواقع،‌ كاهش هزينه هاي چاه همراه با افزايش نرخ نفوذ است. اما با توجه به شرايط كنوني بازار مجريان و پيمانكاراني موفق ترند كه تا حد امكان اقتصادي‌تر عمل كنند. در سالهاي اخير هزينه دكل حفاري رو به كاهش بوده است اما قيمت مته ثابت باقي مانده يا افزايش يافته است. بنابراين پارامترهاي حفاري نبايستي فقط براساس افزايش نرخ نفوذ، تعيين شوند در عوض تصميم گيريها بايد بر روي كاهش هزينه حفاري واحد طول در ح فاري بازه مورد نظر، متمركز شود. با طراحي يك برنامه انتخاب مته براساس هزينه حفاري واحد طول ، فاكتورهاي اقتصادي مانند هزينه دكل، قيمت مته و نرخ نفوذ براي توليد كمترين هزينه حفاري، واحد طول، مورد ارزيابي قرار مي‌گيرند.

1-2-1- رابطه هزينه حفاري واحد طول

بيشترين و معمول ترين كاربرد هزينه حفاري، ارزيابي كارآيي مته رانده شده است. هزينه حفاري بازه حفر شده از يك چاه، در يك راندن مته، مجموع قيمت مته، هزينه تعويض مته و هزينه عملياتي دكل حفاري براي زمان مورد نياز براي حفاري آن بازه مي باشد. اگر هزينه راندن مته بر طول حفاري شده تقسيم شود، هزينه حفاري واحد طول بازه حفاري شده به دست مي‌آيد. هزينه حفاري واحد طول يك مته معين، در صورت انتخاب صحيح وزن روي مته و سرعت دوران، حداقل خواهد بود. وزن روي مته و سرعت دوران فقط بر دو پارامتر تاثير مي‌گذارند: هزينه حفاري در حين دوران مته  و طول حفاري شده  قيمت مته و هزينه بالا و پايين بردن رشته حفاري و تعويض مته براي يك راندن مشخصه مته ثابت مي باشند. كل زماني كه براي حفاري بازه مورد نظر  لازم است مجموع زمان حفاري  زمان توقف مته  و زمان بالا و پايين بردن رشته حفاري و تعويض

مته  مي باشد. رابطه هزينه حفاري بصورت زير ارائه شده است:

(2-1)                                            

كه در آن  هزينه حفاري واحد طول ،  قيت مته و  هزينه هاي ثابت عملياتي دكل  حفاري در واحد زمان و مستقل از ديگر عوامل مورد ارزيابي مي باشد.

متوسط زمان مورد نياز براي بالا و پايين بردن رشته حفاري و تعويض مته براي اعماق مختلف چاه و اندازه هاي مختلف مته را مي توان از جداول موجود استخراج نمود. به جاي استفاده از جدول، يك روش مناسب و استاندارد ديگر، در نظر گرفتن مقدار يك ساعت به ازاي هر 1000 فوت (305 متر) عمق مي باشد.

تا زماني كه تابع هزينه حفاري عوامل ريسك حفاري را در نظر نمي‌گيرد، نتايج ارزيابي هزينه حفاري بايستي به توسط قضاوت مهندسي اصلاح گردند. در صورتي كه ريسك برخورد با مشكلات حفاري مانند گير كردن لوله، انحراف چاه و غيره به طور چشمگير افزايش يابند، كاهش هزينه راندن يك مته لزوماً باعث كاهش هزينه يك چاه نمي گردد.

2-21– هزينه تجمعي حفاري واحد طول

براي ارزيابي كاركرد مته در حين حفاري، هزينه تجمعي حفاري واحد طول (CCF) محاسبه مي شود. اين مقدار با استفاده از رابطه (2-1) و با جايگزيني مقادير تجمعي زمان دوران و عمق (به جاي طول بازه حفاري شده) بدست مي‌آيد. در اين روش رابطه (2-1) براي تعيين هزينه حفاري واحد طول براي هر 10 فوت (سه متر) با محاسبه زمان تعويض مته  به كار مي‌رود. زماني كه مقدار هزينه تجمعي حفاري واحد  طول شروع به افزايش مي كند، در حالت

عادي فرض بر بيرون كشيدن مته مي باشد. وارگو (1982) دو منبعي اساسي زير را به عنوان دلايل عدم قطعيت در اين روش معرفي كرد:

– اشتباه در اندازه گيري و پيش بيني ،  و  

– ناتواني در تعيين دقيق تغييرات سازند، كه بر نرخ نفوذ كنوني و آينده تاثير مي‌گذارد.

به دليل عدم قطعيت در تعيين رمان بهينه بيرون كشيدن يك مته با استفاده از ‍‍CCF  و ارگو پيشنهاد داد كه مته پس از چندين افزايش پيوسته مقادير CCF و مقايسه آنها با مقادير متناظر هزينه حفاري واحد طول در بازه هايي به طول 3 متر ، تعويض شود. بنابراين هنگاميكه هزينه حفاري واحد طول تصاعدي (ICF)  از CCF بيشتر مي شود بررسي هايي بر روي اختلاف بين ICF و CCF براي تعيين حدود اقتصادي بودن ادامه حفاري انجام مي شود.

3-1- روش انرژي ويژه

اهميت انتخاب صحيح مته به دليل هزينه بسيار زياد حفاري چاههاي نفت و گاز و امكان كاهش اين هزينه به كمك انتخاب صحيح مته،‌به شدت افزايش يافته است. معيار رايج كنوني براي انتخاب مته ارزيابي ركورد مته هاي قبلي و هزينه حفاري واحد طول، براساس اطلاعات چاه هاي حفر شده قبلي است. ارزيابي ركورد مته هاي قبلي، يعني ارزيابي نرخ نفوذ و زمان حفاري توسط مته به دليل اينكه ممكن است مته ها سنگهايي با مقاومتهاي متفاوتي را حفاري كرده باشند و يا داراي پارامترهاي عملياتي مختلفي باشند به سادگي توليد نتايج قابل مقايسه بين مته هاي مختلف نمي كند. از طرفي رابطه هزنه حفاري نشان مي دهد كه هزينه حفاري واحد طول به وسيله پنج متغير كنترل مي شود: براي قيمت معلوم مته  و طول بازه مشخص  هزينه حفاري واحد طول نسبت به تغييرات هزينه دكل حفاري

در هر ساعت  زمان لازم براي رفت و برگشت رشته حفاري و تعويض مته  و زمان دوران مته  به شدت حساس مي‌باشد.

زمان تعويض مته  هميشه به سادگي تعيين نمي شود مگر اينكه مته مستقيما به درون چاه رانده شده حفاري كرده و سپس از چاه بيرون كشيده شود بدون آنكه در اين فاصله فعاليت جانبي ديگري صورت گيرد. اگر مته براي برخي مقاصد ديگر بيرون كشيده شود، بايستي دقت شود كه اين زمانها به زمانهاي تعويض مته يا حفاري اضافه نشوند.

هزينه دكل مي‌تواند هزينه حفاري واحد طول را به شدت تحت تاثير قرار دهد. براي يك قطر معلوم چاه كه با نرخ نفوذ يكسان در يك ميدان با دكلهاي مختلف حفاري شده است. هزينه حفاري در هر ساعت متفاوت خواهد بود و يك مته يكسان مقادير مختلفي از هزينه حفاري واحد  طول را به دست ميدهد. حتي اگر براي حذف اثر هزينه دكل، مقداري ثابت و دلخواه به هزينه دكل نسبت داده شود هر چند به اين ترتيب اثر هزينه دكل حذف مي‌شود، اما در اين حالت مقادير هزينه حفاري واحد طول، مقاديري واقعي نبوده و نمي‌توانند به هزينه هاي واقعي طراحي نسبت داده شوند، بنابراين مقدار هزينه حفاري واحد طول ، به عنوان معياري براي ارزيابي كاركرد مته، به وسيله عواملي كه اصلاً به رفتار مته مرتبط نيستند، تغيير مي كند.

با توجه به مطالب ارائه شده به نظر مي رسد روشي ساده و عملي كه بتوان به وسيله آن كاركرد يك مته را در هر بازه حفاري (يا هر سازند) اندازه گيري كرد، كمك بزرگي براي مهندس حفار خواهد بود. نتايج اين روش بايستي قابليت همبستگي با هزينه حفاري واحد طول را براي انتخاب مته را داشته باشند. در ادامه روش انرژي ويژه به عنوان روشي مكمل كه مي‌تواند به كمك روش هزينه حفاري انتخاب بهينه مته را ممكن سازد، معرفي مي‌گردد.

1-3-1انرژي ويژه در حفاري سنگ

مفهوم انرژي ويژه (SE) در حفاري سنگ اولين بار توسط تيله (1965) به عنوان شاخصي براي اندازه گيري كارآيي مكانيكي كارهاي انجام شده بر روي سنگ پيشنهاد داده شد. انرژي ويژه به عنوان انرژي مورد نياز براي حفر واحد حجم سنگ معرفي مي‌شود. اين مفهوم تاكنون به طور بسيار گسترده در مطالعات كارهاي انجام شده بر روي سنگ، هم به عنوان شاخص كارآيي و هم به عنوان مقياس قابليت حفاري، مورد استفاده قرار گرفته است. براي حفاري حجم مشخصي از سنگ يك حداقل انرژي كه به طور تئوري قابل محاسبه است، مورد نياز مي باشد. اين مقدار كاملا وابسته به طبيعت و ويژگيهاي سنگ مي باشد. در اجرا و در حفاري اين حجم از سنگ انرژي مورد نياز برابر و يا بيشتر از اين حداقل تئوري خواهد بود. تفاوت بين مقادير تئوري و حقيقي، همچنين تفاوت بين مقادير حقيقي، هنگام استفاده از ابزارهاي مختلف حفاري، وجود مقداري كار اضافي به عنوان مثال حفاري مجدد خرده هاي حفاري شده، غلبه بر اصطكاك و انرژي منتقل شده به سنگهاي اطراف چاه و همچنين گرم كردن سيال حفاري مي‌باشد. مقادير انرژي ويژه براي ابزارهاي  مختلف، كه سنگ يكساني را حفاري كرده‌اند، مي‌تواند به عنوان مقياسي براي تعيين ابزاري با بيشترين كارآيي در شرايط حفاري موجود، به كار رود.

همچنين مي‌توان از انرژي ويژه به عنوان شاخصي براي نشان دادن تغييرات ليتولوژي و تصحيح انتخاب مته براساس كاركرد حفاري، استفاده نمود. روش انرژي ويژه به تنهايي براي انتخاب مته به كار نمي رود بلكه به عنوان وسيله كمكي از طريق روشهاي ديگر مانند بررسي ركورد مته هاي قبلي و هزينه حفاري واحد طول مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

1-3-2 تعيين انرژي ويژه

در حفاري دوراني كار انجام شده را مي توان به دو بخش: كار انجام شده توسط نيروي محوري (وزن روي مته، W) و كار انجام شده توسط مولفه دوراني (گشتاور، T) تقسيم كرد. سرعت دوران N سطح درگير مته A و نرخ نفوذ R مي باشد. اگر با حفر حجم واحد از سنگ ، مته به اندازه Y پيشروي كند، كار انجام شده توسط نيروي محوري WY خواهد بود. كار انجام شده، توسط نيروي مماسي در هر دوران كامل  مي باشد كه با پيشروي مته به اندازه Y، مقدار  دوران كامل انجام مي شود. بنابراين كار انجام شده توسط گشتاور  با پيشروي مته به اندازه Y برابر مي‌شود با:

بنابراين كل كار انجام شده توسط مته  با پيشروي به اندازه Y و با صرفنظر كردن از انرژي از دست رفته يا صرف كارهايي غير از حفاري شده، مي‌تواند به صورت زير نوشته شود:

با توجه به اينكه حجم سنگ كنده شده برابر AY خواهد بود، بنابراين انرژي ويژه (SE) برابر خواهد شد با :

يا




به طوريكه در آن D قطر مته مي باشد. جداول انرژي ويژه به توسط رابطه فوق تهيه مي شود.
رابطه (2-5) همچنين نشان مي دهد كه براي مته اي معين در سازندي با مقاومت مشخص، انرژي ويژه در هر تركيبي از وزن روي مته و سرعت دوران، ثابت خواهد بود. زيرا افزايش WN معمولا باعث افزايش مقدار نرخ نفوذ R  تحت شرايط هيدروليك بهينه مي گردد. اين افزايش، تعادل رابطه (2-5) را حفظ خواهد كرد. از آنجاييكه نرخ نفوذ به شدت تحت تاثير تغييرات WN مي باشد و براي يك مته معين، مقادير بسياري براي نرخ نفوذ، در هر تركيب ممكن از مقادير WN به دست مي‌آيد، هنگامي كه انرژي ويژه با نرخ نفوذ مقايسه ميشود، حساسيت كمتر آن به تغييرات WN ، آن را به ابزاري مناسب براي انتخاب مته تبديل مي سازد. از طرفي انرژي ويژه ، اندازه گيري مستقيمي از كاركرد مته در سازندي مشخص بوده و شاخصي را بين اثر متقابل مته و سنگ فراهم مي‌سازد.
به سادگي مي‌توان نشان دادكه كار انجام شده توسط نيروي محوري معمولا يك يا دو درصد كار انجام شده توسط گشتاور بوده و در نتيجه قابل اغماض مي‌باشد. در نتيجه رابطه (2-5) بصورت تقريبي به رابطه زير تبديل مي شود:

(2-6)

1-3-3 شاخص كارآيي

نقش اصلي انرژي ويژه ، استفاده از آن به عنوان شاخص كارآيي حفاري سنگ مي باشد. اگر انرژي ويژه به درستي مورد استفاده قرار گيرد. ميتواند ارزيابي درستي از روند حفاري مته ارائه دهد. به منظور استفاده از اين روش، تعريف انرژي ويژه كه انرژي مورد نياز براي كندن حجم واحد سنگ است بايد مورد توجه قرار گيرد. در اين تعريف مفهوم انرژي شامل انرژي هدر رفته مانند انرژي منتقل شده به سنگهاي اطراف چاه و انرژي مورد نياز

براي خرد كردن مجدد خرده هاي حفاري نيز مي‌باشد. در بسياري از مطالعات نويسندگان به اشتباه فاكتور موثر را براي محاسبه انرژي هاي هدر رفته به كار ميبرند. اين موضوع به دليل عدم درك صحيح از مفهوم انرژي ويژه كه در آن همه انرژيهاي هدر رفته نيز تابعي از كارآيي حفاري (و در نتيجه كاركرد) وسايل مورد استفاده بوده و بايستي به عنوان بخشي از انرژي ويژه مصرف شده در حفاري در نظر گرفته شوند، مي‌باشد.

اشتباه رايج ديگر كه به دليل عدم درك صحيح مفهوم انرژي ويژه مي باشد در نظر گرفتن انرژي ويژه به عنوان يكي از خواص ذاتي سنگ و در نتيجه مرتبط ساختن ان با خواصي مانند مقاومت فشاري يا اضافه كردن فاكتورهاي قابليت حفاري به رابطه (2-6) مي باشد.

هنگامي كه تعريف درست انرژي ويژه مورد استفاده قرار گيرد، مقدار بدست آمده وابسته به عواملي مانند نوع و سايش مته، پاك كردن خرده‌هاي حفاري، نوع و خواص سنگ مي باشد. مته‌اي كه در يك بازه از سنگ همگن و بدون برخورد به مشكلي حفاري مي كند بايستي داراي انرژي ويژه ثابتي باشد و يا با ادامه حفاري افزايش كم و تدريجي مقدار انرژي ويژه را به دليل سايش پيوسته مته،‌ نشان دهد. هر افزايش ناگهاني در مقدار انرژي ويژه حاصل تغيير سازند يا مشكلات به وجود آمده براي مته مي‌باشد. انرژي ويژه به سادگي ليتولوژيهاي مختلف را از هم مجزا مي كند و دانستن مقادير مورد انتظار براي انرژي ويژه براي يك مته در سازند معلوم مي‌تواند مشكلات بوجود آمده براي مته را مشخص كند.

1-3-4 انتخاب مته براساس انرژي ويژه حفاري

در صورتي كه انرژي ويژه به طور صحيح در بررسي كاركرد مته استفاده شود، مي‌تواند به عنوان ابزاري مناسب در انتخاب مته مورد استفاده قرار گيرد. حفاري بهينه با مقدار پايين انرژي ويژه شناخته مي شود. در نتيجه مته‌هايي كه كمترين مقدار انرژي ويژه

را براي سنگ معلوم توليد كننده ، در شرايط برابر مته مناسب براي استفاده هاي بعدي در همان سازند مي باشند.

1-4روش قابليت حفاري

همانطور كه پیشتر در ماگماماینر گفته شد، يكي از ساده ترين روشهاي انتخاب مته، براساس كاركرد مته هاي استفاده شده در همان ميدان يا منطقه است اما ركورد مته هاي فقط كاركرد مته را در يك بازه حفاري نشان مي دهند و نشان دهنده اينكه مته در چه شرايطي حفاري كرده است و يا اطلاعات سنگ شناسي و يا پارامترهاي مقاومتي سازند چه بوده است،‌نمي باشند. از سوي ديگر معتبرترين معيار براي مقايسه كاركرد مته‌هاي مختلف، هزينه حفاري واحد طول مي باشد. اما اين روش نيز به دليل معايبي همچون وابستگي به عواملي كه به كارآيي مته مرتبط نيستند، عدم توانايي در ارزيابي مته هاي جديد و همچنين در نظر نگرفتن پارامترهاي مربوط به سازند مورد حفاري، نمي‌تواند پاسخگويي تمامي مشكلات موجود در اين زمينه باشد. به همين دليل برخي محققين استفاده از انرژي ويژه حفاري را در كنار هزينه حفاري واحد طول مطرح كرده اند كه اين روش نيز به دليل تاثير عوامل غير مرتبط با كارآيي مته در نتايج آن و همچنين نياز به اندازه گيري گشتاور در تمام طول چاه كه اغلب صورت نمي گيرد با كاستي هايي همراه مي باشد.

به دليل مشكلات ذكر شده در روشهاي قبلي و به منظور بررسي اثر پارامترهاي سازند در كارآيي مته، محققين روشهايي را براي كمي كردن اثر پارامترهاي ژئومكانيكي در انتخاب و كاركرد مته ارائه داده‌اند. اين روشها مي‌توانند به عنوان مكمل روشهاي ديگر انتخاب مته،‌همچون روش هزينه حفاري واحد طول به كار روند.  در مقياس بزرگ قابليت حفاري سازند (FD)  واكنش سازندي خاص را به حفاري توسط انواع مختلف مته، پيش بيني مي‌كند. اين روش همچنين براي بررسي اثر اصلاح نوع

خاصي مته بر روي حفاري يك سازند مشخص مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

مقاومت فشاري و قابليت حفاري به صورت تجربي و از طريق انجام آزمايش، در اوايل دهه 1960 به يكديگر مرتبط شدند. هر چند كه مقاومت فشاري بايستي به عنوان يك تابع از ميزان تنش جانبي توصيف شود، اين مفهوم كه مقاومت فشاري با افزايش تنش جانبي، افزايش مي‌يابد به خوبي شناخته شده و به سادگي با معيار شكست موهر قابل توصيف مي‌باشد.

در استفاده از اين روشها توجه به نكات زير ضروري مي‌باشد:

– پارامترهايي كه تحت عنوان كلي قابليت حفاري ارائه مي شوند تمامي عوامل ژئومكانيكي و زمين شناسي و ديگر عواملي را كه به صورت تئوري بر قابليت حفاري تاثير گذارند را در نظر نمي‌گيرند. اين روشها تنها عواملي را كه مي‌توان از اطلاعات موجود به دست آورد و از عوامل تعيين كننده و كنترل كننده قابليت حفاري مي‌باشند، در نظر مي‌گيرند.

تعيين دقيق پارامترهاي تاثيرگذار ديگر مستلزم صرف هزينه هاي اضافي مي‌باشد. در اغلب موارد تعيين اين پارامترها توسط اطلاعات موجود غير ممكن و يا با خطاي زياد همراه است.

خوشبختانه اين پارامترهاي باقيمانده تاثير چنداني در قابليت حفاري نداشته و در نتيجه نمي‌توانند در اعتبار قابليت حفاري برآورد شده تاثيرگذار باشند. نكته قابل توجه در مورد تمامي اين روشها، قابل اجرا بودن با استفاده از اطلاعات موجود و بدون صرف هزينه هاي اضافي مي‌باشد. – روشهاي ارائه شده به دو گروه روشهاي آزمايشگاهي و اجرايي كه به ترتيب به بررسي پارامترهاي ژئومكانيكي و زمين شناسي به صورت كوچك مقياس و بزرگ مقياس مي پردازند، تقسيم بندي مي شوند. روشهاي آزمايشگاهي به اندازه گيري مستقيم پارامترهاي ژئومكانيكي مي پردازند در حالي كه روشهاي اجرايي به استفاده از اطلاعات موجود براي تخمين پارامترهاي ژئومكانيكي تاكيد دارند.

– برخي از اين روشها براي نوع خاصي از مته و يا حفاري (به عنوان مثال حفاري با مته PDC يا حفاري جهت دار و يا افقي) به وجود آمده‌اند. همانطور كه گفته شد قابليت هاي حفاري كه در اين فصل ارائه ميشوند تمامي عوامل تئوريك موثر بر قابليت حفاري را در نظر نمي گيرند و در نتيجه برخي روشها كه عوامل تاثيرگذارتر بر نوع خاصي مته و يا حفاري را در نظر مي‌گيرند، صرفا براي اين نوع مته ها و يا حفاري ها طراحي شده‌اند.

انواع روشهاي انتخاب مته كه مبتني بر قابليت حفاري هستند، به طور خلاصه در جداول 2-1 و 2-2، معرفي شده‌اند. در ادامه برخي از اين روشها كه داراي كارآيي و مقبوليت بيشتر بوده و همچنين اطلاعات مورد نياز آنها اندازه گيري مي‌شود و در ايران از طريق شركتهاي نفتي قابل دستيابي است، به طور مختصر شرح داده شده‌اند.

جدول 2-1 روشهاي آزمايشگاهي تعيين قابليت حفاري


جدول 2-2- روشهاي انتخاب مته براساس تعيين قابليت حفاري با استفاده از داده هاي موجود

1-4-1تعيين پرامترهاي ژئومكانيكي سازند

اولين مرحله در تعيين قابليت حفاري، محاسبه پارامترهاي ژئومكانيكي سازند مي‌باشد اما روشهاي محدودي براي اندازه گيري و يا محاسبه خواص مكانيكي بر جاي سنگ وجود دارد . معمول ترين اين روشها، انجام آزمايشهاي مكانيك سنگي بر روي مغزه حفاري و يا محاسبه خواص مكانيكي سنگ از داده هاي چاه نمودارها مي باشد. بديهي است كه انجام آزمايش مستقيم بر روي مغزه روشي دقيق‌تر است، اما كار با مغزه، به دلايل زير بدون اشكال هم نيست:

– آزمايشهاي ژئومكانيكي در صنعت نفت معمولا در اولويت قرار ندارند. در بهترين شرايط فقط تعداد محدودي مغزه، آن هم بعد از انجام ديگر آزمايشهاي معمول و آناليزهاي رايج مغزه در دسترس قرار مي گيرد.

– آزمونهاي ژئومكانيكي به عنوان آزمايشهاي گران قيمت شناخته شده و در نتيجه معمولا تعداد محدودي از اين نوع آزمايشها انجام مي شوند

– اكثر آزمايشهاي ژئومكانيكي،‌ آزمايشهاي مخرب بوده و باعث از بين رفتن مغزه پس از انجام آزمايش مي شوند، در نتيجه اين آزمايشها كمتر مورد استقبال قرار مي‌گيرند.

– از بازه هاي مورد نظر كه معمولا داراي تخلخل و تراوايي بالايي بوده و در نتيجه از نظر مكانيكي بسيار ناپايدار مي‌باشند، اغلب مقدار كمي مغزه به دست مي‌آيد.

– در چاه‌هاي قديمي‌ نگهداري نامناسب مغزه‌ها خطاهاي زيادي در انجام آزمايش توليد مي كند. به علت اين كاستي‌هاست كه معمولا از انجام آزمونهاي ژئوكانيكي صرفنظر شده و يا تعداد بسيار محدودي مغزه براي اين آزمايشها تخصيص يافته و نتايج به دست آمده نيز ، بدون هيچ تصحيحي، براي بازه وسيعي ، تعميم داده مي شوند. از اين روست كه آزمايش بر

روي مغزه به تنهايي مورد استفاده قرار نگرفته بلكه اكثراً براي كاليبره كردن روشهاي محاسباتي و غير مستقيم به كار گرفته مي شوند.

از روش هاي غير مستقيم محاسبه خواص مكانيكي سنگ، كه از مقبوليت بيشتري برخوردارند، استفاده از داده‌هاي چاه نمودار صوتي و همچنين استفاده از تخلخل حاصل از چاه نمودارهاي مختلف مي باشد. چاه نمودارها عموما دربازه حفاري شده مخزن اندازه گيري شده و اندازه گيري مستقيمي از خواص پتروفيزيكي سنگ مخزن ارائه مي دهند، بنابراين مي توانند به عنوان يك واسطه آرماني، براي توليد خواص ژئومكانيكي به كار روند.

يك راه ساده براي برآورد خواص ژئومكانيكي، استفاده از روابط بين تخلخل سنگ و پارامترهاي ژئومكانيك مي باشد. اين روابط از گذشته دور مورد بررسي قرار گرفته و به اثبات رسيده اند. نتايج اين روش نسبت به روش صوتي با خطاي بيشتري همراه مي باشد اما به دليل سادگي روش عدم نياز به محاسبات پيچيده و زمان بر و همچنين عدم نياز به اطلاعات گسترده و از همه مهمتر استفاده از داده هاي تخلخل، كه به صورت معمول در تمامي چاه هاي نفت و گاز اندازه گيري مي ‌شود، مورد استفاده قرار مي گيرد.

رابطه بين تخلخل و خواص مكانيكي سنگ توسط مولفين مختلف، مورد بررسي قرار گرفته است. به عنوان مثال، ويلي و ديگران (1956 و 1958) يك رابطه نيمه تجربي بين تخلخل و سرعت صوت در سنگ را ارائه دادند. از طرفي تخلخل به عنوان تاثيرگذارترين عامل بر خواص الاستيك و مقاومتي انواع مختلف سنگ، در نظر گرفته شده و توسط بسياري از محققين به عنوان بهترين متغير براي پيش بيني مقاومت در سنگ هاي رسوبي گزارش شده است. روش اصلي جايگزين به جاي اندازه گيري مستقيم خواص ژئومكانيكي محاسبه خواص ژئومكانيكي با استفاده از سرعت موج فشاري و برشي مي‌باشد. در صنعت نفت از گذشته

دور اندازه گيري سرعت موج فشاري به عنوان يكي از چاه نمودارهاي استاندارد، شناخته شده و در اكثر قريب به اتفاق چاه ها اندازه گيري شده است. اما باي محاسبه خواص ژئومكانيكي از داده هاي صوتي به سرعت موج برشي نيز نياز ميباشد. مناسب ترين روش در اين زمينه استفاده از زمان سير موج فشاري و تركيب آن با اطلاعات چاه نمودارهاي غير صوتي براي دست يابي به مقادير قابل قبول زمان سير موج برشي مي باشد .مطالعات تجربي كه در اين زمينه صورت گرفته رابطه زمان سير موج فشاري و برشي را به عنوان تابعي از رفتار ژئومكانيكي سازند به اثبات رسانده‌اند.

 در يك بررسي ديگر سامرتن و همكاران ، 1969 تحقيقات انجام شده توسط گستالدر و رينال را توسعه داده و پيشنهاد دادند كه براي سنگهاي كربناته بايستي يك فاكتور كاني شناسي نيز در رابطه بين سرعت صوت و خواص ژئومكانيك، مورد استفاده قرار گيرد. الكينگتون و همكاران، 1982 رابطه بين آزمايشهاي بارگذاري نقطه اي انجام شده بر روي سنگهاي مختلف و خواص چاه نمودارها را مورد بررسي قرار داده و نتيجه گرفتند كه چاه نمودارهاي نوترون، گاما و صوتي پتانسيل بالايي براي تخمين مقاومت سنگ دارند. همچنين در سال 1984 ميسون نشان داد كه سختي و مقاومت فشاري سازند با زمان سير موج برشي رابطه دارد. مطالعات تجربي نيز روابط زمان سير موج فشاري، به دست آمده از چاه نمودارهاي صوتي را با سختي قابليت حفاري و مقاومت سنگ، به اثبات رسانده اند.

 

منابع و ماخذ

منابع فارسی :

1-  درويش زاده ، علی ” زمين شناسی ايران “

2- گزارش های تکميلی چاه های حفاری شده ، شرکت مهندسی و توسعه نفت

3- مطيعی ، همايون .” زمين شناسی ايران – چينه شناسی زاگرس “

4- وتوکوری وی اس . مترجم : حسينی محمد فاروق .

منابع انگليسی :

1. Winters W.J , Senger J. , Oliver M.S (1987) . “ application of the 1987 IADC Roller Bit Classification System .Spe 16143

2. McGehee D.y , Dahlem J.S.giek J.C Kost B , Lafuze D . Reins Vold C.h Steinke S.C (1992) “ The IADC Roller Bit classification system “

3. Hampton S.D  Garris S . Winter W.J (1987 ) . “ application of the 1987 Roller Bit Dull Grading System .”

4. Hartman, Howard L. SME Mining Engineering Handbook, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration Inc, 1992, p3.

5. . Swaziland Natural Trust Commission, “Cultural Resources – Malolotja Archaeology, Lion Cavern,” Retrieved August 27, 2007, [1].

6 . Peace Parks Foundation, “Major Features: Cultural Importance.” Republic of South Africa: Author. Retrieved August 27, 2007, [2].

7. Shaw, I. (2000). The Oxford History of Ancient Egypt. New York: Oxford University Press, pp. 57-59.

8. Shaw, I. (2000). The Oxford History of Ancient Egypt. New York: Oxford University Press, p. 108.

9. The Independent, 20 Jan. 2007: The end of a Celtic tradition: the last gold miner in Wales 10. The Romans in Britain: mining

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *