الصيانة الحقلية لوحدة سوائل الحفر
Field Maintenance of Drilling Fluids
مصطفى عبدالستار
يضم سائل الحفر الية عند دورانة داخل البئر قطع الصخور المحفورة او المنسلخة من على جدار البئر. والتي بالامكان بقائها على شكل قطع صخور او رمل او بالامكان ان تتما او تتشتت داخل السائل مودية الى زيادة لزوجتة. ان عزل الاجزاء الصلبة الغير مرغوب بها تتم عادة بوسائل ميكانيكية مثل الغرابيل الهزازة (shale shakers) عازلات سايكلون (cyclone separators) النابذات المركزية(centrifuges) وغيرها وفيما يلي عمل كل منها :
- الغرابيل الاهتزازية (The Shale Shakers)
يمر سائل الحفر العائد من البئر الى السطح على الغربال(الغرابيل) الهزازة ان تعزل قطع الصخور المحفورة عن السائل. يتكون الغربال الهزاز من غرابيل دوارة او اهتزازية ذات فتحات مناسبة للسماح بمرور سائل الحفر والمواد الصلبةالعائدة لة مثل البنتونايت والبرايت ونفس الوقت عدم السماح بمرور قطع الصخور المحفورة. يبين الشكل الاتي يبين غربال اهتزازي ذو سطح واحد .
يتم جمع قطع الصخور المعزولة في حقل تفريغ وترما كنفايات او ربما تستعمل من قبل الجيولوجي لتحليل التكوين.
ان سائل الحفر الذي يمر من خلال الغربال الاهتزازي يسقط (الشكل الموضح اعلاة) في حفر انحدار تدعي مصيدة الرمل والتي تقع تحت الغربال الاهتزازي مباشرة حيث تعزل بواسطة الترسيب (بسبب الجاذبية) قطع الصخور المحفورة الصغيرة الحجم والتي تمكنت من العبورخلال الغربال الاهتزازي. توجد في مصيدة الرمل صمامات والتي يتم فتحها بين فترة واخرى لابعاد الجسيمات الصلبة الموجودة فيها تدعى صمامات تفريغ.
- 2. مزيلات الرمل والغرين (Desanders And Desilters)
يرسل سائل الحفر العائد من الغربال الاهتزازي الى طاقم من مزيلات الرمل والغرين بواسطة مضخة نابذة (Centrifugal Pump) صغيرة. ان مزيلات الرمل والغرين عبارة عن هايدروسيكلون (Hydro cyclones) التي تعي وفق مبدا عزل الجسيمات الصلبة عن سائل الحفر بواسطة القوة الطاردة المركزية Centrifugal Pump)) . ان احد المشاكل المهمة في منظومات سوائل الحفر هي درجة تراكم المواد الصلبة المحفورة التي تمر من خلال الغربال الاهتزازي والتي تبقى معلقة في احواض سوائل الحفر وتدور بصورة مستمرة. ان هذة الزيادة المستمرة في محتوى المواد الصلبة تؤدي الى :
– تقلل من سرعة الحفر.
– تضعف من خواص الجريان (تزداد اللزوجة – مقاومة الجل – الكثافة).
– تسبب استهلاك مبكر للمضخة وتقلل من فترة اشتعال الحافرة.
لذالك بين فترة واخرى يجب رمي جزء من سائل حفر المنظومة الى احواض السائل الاحتياطية مع اضافة كمية اضافية من الماء لتحضير الحجم المطلوب. ومن ثم يجب اضافة مواد تثقيل اضافية لاستعادة الكثافة المطلوبة. تم مواد التثقيل في السائل المرمى تمثل خسسارة مادية. ولغرض تفادي هذة الخسارة فقد تم استعمال عازلات سايكلون في اعمال الحفر التي بامكانها ان تنبذ المواد الصلصالية ذات الكثافة المنخفضة فقط (وزن نوعي =2.5 – 2.7) وتستبقي البرايت ذو الكثافة العالية. هذة المعداد ان صممت بصورة صحيحة فانها تنبذ 75% من الصلصال وتستبقي 80 -90 % من البرايت هذة وان عازلات سايكلون بامكانها ان تستبقي في ظروف عمل ملائمة مواد فقدان سائل الحفر الخشنة. ان عازلات سايكلون لا تحتوي على اجزاء داخلية متحركة وانما تتكون من :-
أ مقطع اسطواني علوي مع انبوب دخول مماسي(الشكل الموضح اسفل ). وان المقطع الاسطواني مزود بانبوب موجة للدوامة (Vortex Finder Pipe) والذي نهايتة السفلى تكون اسفل نهاية انبوب الدخول مباشرة. ان السائل النظيف يخرج من خلال انبوب موجة الدوامة نحو الاعلى.
ب مقطع مخروطي ينتهي بمقطع اسطواني ذو قطر صغير (Apex) والذي خلالة تخرج المواد الصلبة.
يحفز سائل الحفر بصورة مماسية في دخول الهايدروسايكلون وتقود القوة النابذة المركزية الناتجة الجسيمات الصلبةالى جدار الهايدروسايكلون وفي النهاية يتم تصريفها من الطرف الاسفل Apex مع حجم من سائل الحفر ويعاد تصريفة الى احواض سائل الحفر تحت ظروف الضغط الجوي. اما الجزء السائل من طين الحفر فانة يخرج من الجهة العليا للهايدروسايكلون كفائض ويرسل الى احواض سائل الحفر الاحتياطي. ان السائل ومحتوى الاجزاء الصلبة الذي يمر من الفتحة العليا والفتحة السفلى بالامكان السيطرة عليها بواسطة تغيير هبوط الضغط عبر السايكلون. لقد تم ترتيب الهايدروسايكلونات بحيث يكون بامكانها عزل جسيمات الرمل الكبيرة µm 74 ≤ . وهذا الطاقم من الهايدروسايكلون يوصف بمزيلات الرمل Desander. يوجة سائل الحفر من مزيلات الرمل الى مزيلات الغرين Desilter التي تبعد الجسيمات الصلبة الصغيرة والتي قطرها بحدود 2 – 74 مايكروميترµm . وبما ان حجم جسيمات البرايت اقل من 74 µm فان ذلك يعني عدم امكانية استعمال مزيلات الغرين في سوائل الحفر المثقلة. ان مجال حجم التشغيل لاي نوع من الهايدروسايكلون تعتمد على القطر الداخلي للجزء المخروطي يبين الشكل في الاسفل الحجم المكافئ لسائل الحفر المبعد لاحجام مختلفة من الهايدروسايكلون.
– منظف سائل الحفر(Drilling Fluid cleaner)
عند استعمال سوائل الحفر المثقلة يتم ابدال مزيل الرمل والغرين بمنظف لسائل الحفر بهدف انقاذ البرايت. يتكون منظف السائل من مجموعة من الهايدروسايكلونات ذات قطر داخلي يساوي 4 عقدة موضوع فوق غربال ذو طاقة اهتزازية عالية وفتحات تتراوح اقطارها مابين 40-120 مايكروميتر. في هذة الترتيب يقوم الهايدروسايكلون بابعاد الرمل والبرايت اللذان يجريان نحو الاسفل ويسقطان على الغربال الهزاز. وهنا بامكان البرايت ان يمر من خلال الغربال ويعاد استعمالة ثانية بينما تحتجز جسيمات الرمل ويتم ابعادها كنفايات. هذة المنظومة لها ميزة توفير المركبات القيمة مثل( البرايت – KCL – النفط وسائل الحفر) كما ان المواد التي ترمى كنفايات تكون اكثر جفافا الامر الذي يؤدي الى تقليل مشاكل التصريف والابعاد.
النابذات(Centrifuges)
تستعمل النابذات القوة الطاردة المركزية ايضا لعزل المواد الصلبة الثقيلة عن السائلوالمواد الصلبة الخفيفة الداخلة في تركيب سائل الحفر تتكون نابذة تصفيف (ترويق)(Decanting Centrifuge) السائل من اناء (Bowl) حديدي مخروطي الشكل بوضع افقي يدور بسرعة عالية يحتوي الاناء على ناقل(conveyor) ثنائي اللولب(double screw) يدوران في نفس الاتجاة وفي اتجاة دوران الاناء ايضا ولكن بسرعة ابطا قليلا. يحتوي الناقل على محور دوران مجوف(hollow spindle) الذي يدخل من خلالة سائل الحفر. يدخل سائل الحفر الى نابذة تصفيق السائل من خلال المحور المجوف ويوزع على الاناء وان القوة الطاردة المركزية التي تنتج من دوران الاناء تمسك المزيج على شكل بركة (pond) مقابل جدار الاناء. في هذة البركة تترسب جسيمات الرمل والغرين مقابل الجدران وتقوم ريش الناقلة بقشط او دفع المواد الصلبة المترسبة باتجاة النهاية الضيقة للاناء. اين تجمع على شكل جسيمات رطبة ولكن بدون ماء حر (طليق). السائل وجسيمات الصلصال التي يقل اقطارها عن 2مايكروميتر والتي لا يمكن فصلها بواسطة النابذات تجمع كفائض من الفتحات الكبيرة الموجودة في النهاية الكبرى (الواسعة) للاناء. في حالة تغيير لزوجة ونقطة المطاوعة ومقاومة جل سائل الحفر من الضروري معالجتة بواسطة الاضافات الكيمياوية (البنتونايت وغيرها..). بعد ذلك يتم سحب سائل الحفر النظيف بواسطة مضخات التلقيم (charge pumps) ومضخات جهاز الحفر لاستعادة دورته داخل البئر.
عازلات الغاز (Degasifies)
بامكان الغازات ان تدخل في سائل الحفر عن طريق ما يلي :
أ. من الصخور المحفورة فيما اذا كانت تحتوي على الغازات.
ب. عن طريق التماس الغاز (Gas Effusion) اذاكان ضغط هذة الغازات اكبر من الضغط الهايدروستاتي لسائل الحفر.
ج. وبدرجة اقل عن طريق انتشار الغاز (Gas Diffusion) بسبب فرق نسبة التركيز بالغاز.
بصورة عامة يوجد الغاز في سائل الحفر على شكل فقاعات حرة او ممتص على سطح الجسيمات الصلبة. اذا كانت الفقاعات كبيرة فانها تتطاير او تنفصل عندمرور سائل الحفر بالغرابيل الاهتزازية بالمجرى وفي احواض سائل الحفر. اما فقاعات الغاز الصغيرة التي سرعة صعودها تكون قليلة فانها تبقى مع سائل الحفر.اذا كانت كمية الغاز الموجودة في السائل تؤثر على خواص السائل واهمها زيادة لزوجتة اضافة الى انها تؤثر سابيا على عمل المضخة. ففي هذة الحالة من الضروري استعمال وسائل خاصة لازالة هذا الغاز والتي تدعى بعازلات الغاز (Degasifies). ان عزل الغازعن سائل الحفر مهم اثناء الحفر المتوازن (عندما يكون ضغط عمود السائل يساوي ضغط الموائع في التكوين) او عند الحفر تحت التوازن (Under Balance Drilling) اي عندما يكون ضغط عمود سائل الحفر اقل من ضغط الطبقات المحفورة بهدف الحصول على سرعة حفر عالية. في مثل هذة الحالات يدخل الغاز الى البئر بصورة مستمرة من الطبقات عند توقف الحفر وفي بعض الاحيان اثناء عملية الحفر ايضا.
المصدر( هندسة الحفر/ د.حسين ربيعة)
