مهندسی حفاری کاربردی جلد دوم

کتاب مهندسی حفاری کاربردی جلد دوم

با توجه به توسعة رشتة مهندسی نفت در سطح دانشگاه‌های کشور در سال‌های اخیر و از آن‌جا ‌که کتاب مهندسی حفاری کاربردی، یکی از کتب مرجع حفاری بوده که توسط اساتید و مهندسین مجرب صنعت نفت آمریکا گردآوری و به رشته تحریر درآمده است، مرا ترغیب نمود تا به کمک جمعی از دانشجویان کارشناسی ارشد این رشته به ترجمه این اثر مطابق با اصطلاحات رایج در صنایع نفت و گاز بپردازم که در این‌جا از کلیه این عزیزان کمال تشکر و سپاس بعمل می‌‌آید.

جهت دستیابی خوانندگان این اثر به پاسخ مسائل مطرح شده در کتاب، در آخر هر فصل، پاسخ تشریحی مسائل آورده شده است. در حل اکثر مسائل به چندین روش پرداخته شده است تا خوانندگان با روش‌های مختلف حل مسائل آشنا شوند.

برای مشاهده مقالات معرفی کتب کلیک نمایید

در فرآیند حفاری یک چاه به مته‌های حفاری نیاز داریم. مته‌های حفاری مهمترین ابزار استفاده شده توسط مهندسین حفاری می‌باشند. انتخاب بهترین نوع مته و شرایط عملیاتی مناسب برای مته یکی از اساسی‌ترین مسائلی است که مهندسین حفاری با آن سر و کار دارند. انواع متفاوتی از مته برای مواجه شدن با شرایط مختلف حفاری دورانی ساخته شده‌اند. برای یک مهندس حفاری مهم است که اصول طراحی مته را فرا بگیرد تا بتواند تفاوت بین انواع مته‌های موجود را درک کند.

 

 انواع مته‌ها

مته‌های موجود در حفاری دورانی براساس نوع طراحی به مته‌های تیغه سایشی(Drag bit)  و مته‌های تیغه غلطکی (Rolling cutter bit) تقسیم می‌شوند. همه مته‌های تیغه سایشی شامل تیغه‌های ثابت هستند که با بدنه مته یکی می‌باشند و به عنوان یک مجموعه واحد با رشته لوله می‌چرخند. استفاده از این نوع مته به آغاز حفاری دورانی در قرن نوزدهم بر می‌گردد. مته‌های تیغه غلطکی دو یا چند مخروط دارند که هر کدام از مخروط‌ها شامل دندانه‌های برنده بروی خود می‌باشند که همزمان با چرخش مته در ته چاه حول محور مخروط می‌چرخند. یک مته تیغه غلطکی دو مخروطی در سال 1909 میلادی ساخته شده بود.

 

فهرست مطالب

فصل پنجم 11

مته‌های حفاری دورانی 11

1-5  انواع مته‌ها 12

1-1-5  مته‌های تیغه سایشی 12

2-1-5  مته‌های الماسی پلی کریستال (PCD) 15

3-1-5  مته‌های تیغه غلطکی 19

4-1-5  طبقه‌بندی استاندارد مته‌ها 26

2-5  مکانیزم‌های شکست سنگ 33

1-2-5  مکانیزم‌های شکست سنگ در مته‌های سایشی 33

2-2-5  مکانیزم شکست سنگ در مته‌های تیغه غلطکی 40

3-5   انتخاب مته و ارزیابی آن 45

1-3-5  درجه بندی میزان فرسایش دندانه‌ها 48

2-3-5  درجه بندی میزان فرسایش یاتاقان‌ها 49

3-3-5  درجه بندی میزان فرسایش قطر مته 50

4-3-5   فرسایش غیر معمول مته 53

4-5  عوامل موثر در فرسایش دندانه‌ها 55

1-4-5   تاثیر ارتفاع دندانه‌ها بر سرعت فرسایش دندانه‌ها 55

2-4-5  تأثیر وزن روی مته بر سرعت فرسایش دندانه 59

3-4-5  تأثیر سرعت میزدوار بر سرعت فرسایش دندانه‌ها 61

4-4-5  تاثیر هیدرولیک سیال حفاری بر سرعت فرسایش دندانه‌ها 62

5-4-5  معادله فرسایش دندانه 62

5-5   عوامل موثر در فرسایش یاتاقان‌ها 65

6-5   پایان کار یک مته 68

7-5  عوامل موثر در سرعت حفاری 71

1-7-5  نوع مته 72

2-7-5  ویژگی های سازند 72

3-7-5  خصوصیات سیال حفاری 74

4-7-5 شرایط عملیاتی مته 82

5-7-5  فرسایش دندانه‌های مته 89

6-7-5  هیدرولیک مته 91

7-7-5  معادلات مربوط به سرعت حفاری 95

8-5  عملیات مته 105

1-8-5  تجهیزات ته چاهی 105

2-8-5  جلوگیری از آسیب های تصادفی مته 106

3-8-5  انتخاب وزن روی مته و سرعت میزدوار 107

تمرینات 117

فصل ششم 129

فشار سازند و مقاومت شکاف 129

1-6   فشار سازند 129

1-1-6  فشار غیرعادی سازند 131

2-1-6   اثرات فشردگی 132

3-1-6   اثرات سنگ شدگی 139

4-1-6   اثرات اختلاف دانسیته 142

5-1-6   اثرات مهاجرت سیال 143

2-6  روش‌هایی برای تخمین فشار خلل و فرج 144

1-2-6   پیش بینی فشار سازند 146

2-2-6   تخمین فشار سازند در حین حفاری 157

2-3-6   بررسی فشار سازند با استفاده از نمودارگیری چاه 190

3-6  مقاومت شکاف سازند 207

4-6  روش‌های تخمین فشار شکاف 211

1-4-6  پیش‌بینی فشار شکاف سازند 212

2-4-6   بررسی فشار شکاف سازند 222

تمرینات 229

فصل هفتم 241

طراحی جداره چاه 241

مقدمه 241

1-7 ساخت لوله جداری 244

2-7  استاندارد سازی لوله جداری 246

3-7  خواص عملکردی لوله جداری استاندارد API 255

1-3-7  کشش 256

2-3-7  فشار ترکیدن 259

3-3-7   فشار مچاله شدن 261

4-3-7  خلاصه عملکرد لوله جداری 266

5-3-7  تأثیر فشار ترکیبی 266

6-3-7  تأثیر خمش یا زانو 285

7-3-7 تأثیر سولفید هیدروژن 293

8-3-7  تأثیر رفتار میدانی 296

4-7  معیار طراحی لوله جداری 297

1-4-7  انتخاب عمق جاگذاری لوله جداری 298

2-4-7 انتخاب اندازه لوله جداری 301

3-4-7 انتخاب وزن، درجه و اتصالات 304

1-3-4-7  لوله جداری سطحی 305

2-3-4-7  لوله جداری میانی 309

3-3-4-7 لوله جداری میانی با یک لاینر 311

4-3-4-7   لوله جداری تولیدی 311

5-7  بررسی‌های خاص طراحی 325

1-5-7  شوک باری 325

2-5-7 تغییرات فشار داخلی 326

3-5-7 تغییرات فشار خارجی 331

4-5-7  تأثیرات دمایی 335

5-5-7  تأثیرات نشست 337

6-5-7  جاگذاری لوله جداری 337

تمرینات 348

فصل هشتم 353

حفاری جهت‌دار و کنترل انحراف 353

1-8- تعاریف و دلایل برای حفاری جهت‌دار 353

2-8- طراحی مسیر چاه جهت‌دار 358

1-2-8-  مسیر ازدیاد و تثبیت شید 360

2-2-8-  مسیر ازدیاد و تثبیت شیب S 366

3-2-8-  مسیر ازدیاد- تثبیت- تقلیل جزئی- و تثبیت شیب (S” “اصلاح شده) 367

4-2-8-  اهداف چندگانه 367

5-2-8-  روش‌های ربع جهت و قطب‌نما 371

6-2-8-  طراحی مسیر X-Y 372

3-8  محاسبه مسیرچاه 380

1-3-8  روش تانژانتی یا مماسی 381

2-3-8  روش میانگین‌گیری زاویه و یا زاویه میانگین 383

3-3-8  روش حداقل انحنا 386

4-8  طراحی نقطه شروع انحراف و تغییر مسیر 388

1-4-8  جهت مته 390

2-4-8  به دست آوردن روابط تغییر جهت De 391

3-4-8  محاسبه زاویه شیب جدید، α_N 395

4-4-8  به دست آوردن روابط زاویه رخ ابزار، γ 396

5-4-8  به دست آوردن روابط نموگراف Ouija Board 396

6-4-8  تغییر زاویه کلی و نرخ سگ پا 399

7-4-8  دیاگرام راگلند(Ragland) 401

8-4-8  طراحی تغییر مسیر و جبران گشتاور معکوس موتور گل 403

5-8    اندازه‌گیری‌های حفاری جهت‌دار 413

1-5-8  معرفی ابزار مغناطیسی تک خوان 414

2-5-8  دستگاه‌های مغناطیسی چند خوان 421

3-5-8  ابزارهای هدایت کننده 424

4-5-8  ابزارهایی برای اندازه‌گیری مسیر در طول عملیات حفاری 430

5-5-8   منبع و تداخل مغناطیسی 437

6-5-8  اندازه‌گیری با ژیروسکوپ 444

7-5-8 دقت پیمایش و موقعیت حفره چاه 457

6-8   ابزارهای انحراف چاه 464

1-6-8   Whipstock های مخصوص چاه‌های حفره باز 465

2-6-8   Whipstock های مخصوص چاه‌های جداره‌دار 469

3-6-8   مته‌های فواره‌ای 472

4-6-8   موتورهای گل جابجایی مثبت 476

5-6-8    توربین‌ها 484

6-6-8 استفاده از PDM برای حفاری‌های جهت دار و مستقیم 490

7-6-8 حفاری با PDM 496

8-6-8 تاثیر تغییر فشار رشته حفاری بر افزایش طول لوله حفاری 503

9-6-8 طراحی تغییر مسیر چاه با استفاده از PDM 504

10-6-8 استفاده از توربین برای حفاری چاه‌های مستقیم و جهت دار 514

7-8    اصول تجهیزات ته چاهی (BHA) 527

1-7-8   آمار ستون لوله ای شکل 531

2-7-8     تجهیزات ته چاهی ساده (Slick) 535

3-7-8 تجهیزات ته چاهی تک-پایدارکننده (Single-Stabilizer BHA) 543

5-7-8 تحلیل BHA های چند-پایدارکننده 554

6-7-8BHA  مورد استفاده برای افزایش زاویه انحراف 558

7-7-8 تجهیزات ته چاهی تثبیت زاویه انحراف چاه 561

8-7-8 تجهیزات ته چاهی کاهش دهنده زاویه انحراف چاه 565

9-7-8 چرخش رشته حفای 567

8-8 کنترل انحراف 575

1-8-8 کنترل انحراف در حفاری چاه‌های با قطر زیاد 576

2-8-8 کنترل انحراف و نیروهای زمین شناسی 582

3-8-8 تئوری های کنترل انحراف 585

تمرینات 603

جداول مربوط به مسائل 631

مراجع 648

نامگذاری 651

ضرایب تبدیل متریک SI 653

مدل سیال توانی 656

ضمیمه ب 659

ایجاد معادلات حاکم بر محاسبات جریان در شیار برای جریان دالیزی سیالات غیرنیوتنی 659

مدل پلاستیک بینگهام 659

مدل سیال توانی 666