نحوه مشبك كاري و اثر آن بر روي بهره دهي چاه
در اين قسمت به بررسي انواع روشهاي مشبك كاري، چگونگي محاسبه ضريب پوسته ناشي از مشبك كاري با گرافهاي نموگرام، تاثير آن بر روي ضريب بهره دهي چاه جهت انتخاب گلوله هاي مشبك كاري مناسب بهمراه محاسبه ضريب بهره دهي ارائه شده است . قسمت عمده تكميل يك چاه م شبك كردن لايه توليدي آن مي باشد . با اين عمل ارتباط بين لايه توليدي و چاه انجام مي پذير د. براي بر قراري اين ارتباط نياز است كه جداري پوششي چاه توسط گلوله هاي مشبك كاري سوراخ گرد د. پس از مشبك كاري و ارتباط چاه با سنگ مخزن سيال بدرون چاه جريان يافته و امكان توليد از چاه مهيا مي گردد. ليكن، ميزان توليد از چاه با انتخاب فواصل مناسب جهت مشبك كاري، بهينه سازي طول شبكه ه ا، تراكم و زاويه گلوله ها ارتباط مستقيم دارد . كاربرد مدل هاريس بدليل اينكه با فرض عدم وجود آسيب ديدگي سازند در هنگام حفاري چاه و انجام پروسس مشبك كاري ارائه شده بود، كاربرد چنداني براي استفاده كنندگان نداشته اس ت. لذا در سال ١٩٧٥ توسط هون گ مطالعه جامع تري صورت پذيرفت كه كاربرد زيادي نيز تا قبل از ارائه نرم افزار هاي پيشرفته در سال ١٩٩2 داشته اس ت. هونگ توانسته بود در اين مطالعه محاسبه ضريب پوسته ناشي از آسيب ديدگي مشبك كاري و آسيب ديدگي ناشي از سنگ مخزن را با هم ارائه نمايد . او از منحني هايي بنام نموگرام كه بعدها استفاده زيادي از آن گرديد جهت محاسبه اين فاكتورها استفاده نمود . انواع الگوهاي مشبك كاري بصورت ساده و متناوب بيانگر اثر اين الگوها با زاويه ها ي مختلف و حالتهاي متفاوت مي باشد، كه بكار گيري موثر آن بستگي به ترآوايي افقي و عمودي در يك سازند دارد . اثر اين الگو هاي مشبك كاري بر روي نسبت بهره دهي چاه بر حسب ميزان نفوذ گلوله ها با زاويه ٩٠ درجه و تراكم ٤ گلوله بر فوت نسبت به حالتهاي ديگر بيشتر مي باش د. مقايسه سه الگوي مشبك كاري با زاويه ٩٠ درجه در حالت ساده و حالت متناوب نشان مي دهد كه الگوي مشبك كاري بصورت متناوب داراي بيشترين اثر بهره دهي ميباشد .بررسيها بيانگر كم اثر بودن قطر مشبك كاري بر روي ضريب پوسته ناشي از مشبك كاري مي باشد، ليكن اين ميزان با افزايش تراكم گلوله بر فوت و ميزان نفوذ گلوله در سازند، باعث افزايش بهره دهي چاه مي گردد.
همواره قبل و بعد از مشبك كاري يك چاه اين سوالات پيش مي آيد كه بايد بدان پاسخ داده شود:
-آيا پيش از مشبك كاري لوله جداري پوششي تميز مي باشد و حد فاصل مشبك كاري در دسترس هست يا خير؟
-آيا اختلاف فشار در قبل و بعد از مشبك كاري وجود دارد، اگر وجود دارد اين مقدار چقدر بايد باشد؟
-چه گلوله اي و با چه عمق نفوذي بايد با توجه به نوع سنگ مخزن انتخاب گردد؟
-بمنظور بالا بردن ضريب بهره دهي چاه تراكم گلوله (تعداد گلوله بر حسب طول) چه مقدار انتخاب شود؟
مقدمه
قسمت عمده تكميل يك چاه مشبك كردن لايه توليدي آن مي باشد . با اين عمل ارتباط بين لايه توليدي و چاه انجام مي پذيرد . بر اي بر قراري اين ارتباط نياز است كه جداري پوششي چاه سوراخ گردد . انتخاب حد فاصل مشبك كاري با مطالعه كامل سنگ مخزن و نمودارهاي رانده شده در هنگام حفاري چاه (ارزيابي پتروفيزيكي) و وضعيت توليدي چاههاي مجاور آن با دقت زياد توسط مهندسين مخازن ارائه و با نظارت مهندسين توليد انجام مي پذيرد . اهميت مشبك كاري تا حدي است كه هر گونه نقض و يا اشتباه در عمليات مي تواند مشكلات عديده اي براي چاه ايجاد نمايد.
ميزان توليد از چاه با انتخاب فواصل مناسب جهت مشبك كاري، بهينه سازي طول شبكه ها تراكم و زاويه گلوله ها ارتباط مستقيم دارد.
انواع مشبك كننده ها
گلوله هاي مشبك كننده
اين گلوله ها با روش بخصوصي بطرف ديواره فلزي چاه در عمق مورد نظر شليك مي گردد . در حقيقت مشابه گلوله هاي تفنگ عمل مي كند كه پس از انفجار گلوله فلزي از آن خارج و به سمت ديواره فلزي چاه پرتاب مي گردد . كاليبر گلو له در اندازه هاي 8/1 الي 1 اينچ و سرعت نهايي گلوله تا ١٠٠٠ متر در ثانيه بوده است . اين نمونه مشبك كننده ها ديگر استفاده نمي شوند.
شهاب فلزي مشبك كننده
همانطور كه قبلا گفته شد عمليات مشبك كاري در ابتدا با استفاده از گلوله هاي معمولي انجام مي گرفت ليكن با پي شرفت تكنولوژي، در حال حاضر بيشتر از گلوله هاي مخصوص يا شهاب فلزي (جت) بدليل اندازه (قطر سوراخ) و عمق نفوذ بيشتر استفاده مي شود.
در اين حالت در حقيقت گلوله از دهانه تفنگ خارج نميگردد ، بلكه در اثر انفجار ديواره فلزي بحالت ذوب در آمده و تغيير شكل داده و در اث ر فشار زياد بصورت جت به خارج از فشنگ راه يافته وبه صورت يك شعاع گازي به سمت پوشش جداري چاه حركت مي كند و با سرعت تقريبي ٦٥٠٠ متر در ثانيه با آن برخورد مي نمايد و با ايجاد فشاري معادل ٥ ميليون پوند بر اينچ مربع و حرارت توليدي جداره پوششي را سوراخ مي كند و ا ز داخل آن و ديواره سيماني به داخل سنگ مخزن نفوذ كرده و ارتباط چاه با سنگ مخزن را ايجاد مينمايد. كه عمق آن به طول و پهناي اين شعاع گازي بستگي دارد.
نحوه مشبك كاري، نوع و اندازه تفنگ انتخاب شده تأثير مستقيم بر بازده و كيفيت عمليات خواهد داشت . در حال حاضر انو اع مشبك كننده ها از نوع دوم با استاندارد هاي جهاني وجود دارند كه توسط شركت هاي سرويس دهنده در حال استفاده مي باشند . خوشبختانه در ايران نيز از سال ١٣٧٤ اين نوع گلوله ها توسط صنايع دفاع توليد و توسط شركت سرويس دهنده ايراني (ملي حفاري) در چاههاي مختلف بكار گر فته شده است و نتايج خوبي در بر داشته است..
اجزاي تشكيل دهنده گلوله
مواد منفجره اصلي ، ورقه فلزي مخروطي شكل داخلي ، مواد منفجره اوليه، فتيله انفجاري ، پوشش و محافظ خارجي (آلومينيمي يا سراميكي)، محرك، جايگاه فتيله انفجاري
عوامل موثر بر بازده و كارآيي گلوله ها
1) نوع و زاويه ورقه مخروطي شكل بخش داخلي گلوله
2) مقدار مواد انفجاري گلوله
3) فاصله گلوله از سازند در لحظه شليك ، اين امر در قطر ورودي به شبكه و عمق نفوذ آن در سنگ مخزن موثر مي باشد.
4) دانسيته و تراكم سازند
5) موقعيت تفنگ درون لوله جداري
6) شكل داخل چاه و جنس جداري پوششي
7) مشخصات و موقعيت سنگ مخزن
شكل 1- گلوله هاي شهاب فلزي با اجزاء تشكيل دهنده آن و عملكرد گلوله
تراكم و جهت گلوله هاي مشبك كننده
هم اكنون انجام عمليات مشبك كاري با تراكم ٤ و ٦ گلوله در فوت داراي بيشترين كاربرد مي باشد و استفاده از تراكم ٤ گلو له در فوت داراي ميزان شاخص بهره دهي مشابه با طول معادل بصورت حفره باز مي باشد، استفاده از تفنگ مجهز به گلوله هايي با تراكم بيشتر باعث كاهش افت فشار دروني خواهد شد و مشبك كاري با لوله هاي جهت دار ممكن است باعث افزايش شاخص بهره دهي بميزان ٢٠ درصد گردد.
روشهاي مشبك كاري
در ابتدا پس از تعيين نوع گلوله مشبك كاري توسط مهندسين توليد بر اساس نوع و جنس سنگ مخزن و ديگر پارامترهاي مربوطه گلوله هاي مذكور به حامل گلوله ها متصل و با وسايل مخصوص و با سيم تحت كنترل به داخل چاه فرستاده مي شوند . هنگامي كه مشبك كننده ها به درون چاه فرستاده مي شوند توسط مهندس توليد فواصل مورد نظر با نمودارهاي بخصوصي كه قبلا در چاه رانده شده است تطابق عمق صورت مي گيرد و هنگاميكه مشبك كننده ها به عمق مورد نظر مي رسند توسط عامل الكتريكي شوك لازم جهت ايجاد انفجار در فتيله انفجاري بوجود م ي آيد . اين سيم كه به تمامي گلوله ها متصل مي باشند در مسير انفجار خود باعث مي شود كه انفجار بداخل فشنگ سرايت كرده و فشنگ عمل اصلي خود را انجام بدهد. ايجاد شبكه ها بر روي لوله جداري پوششي داخل چاه مي تواند بدلخواه و در جهات مختلف بر اساس موقعيت داخل چاه انج ام پذيرد . به طور كلي مي توان طوري برنامه ريزي نمود كه تمامي شبكه ها در يك جهت و يا تحت زاويه اي با يكديگر قرار گيرند.
تعداد شبكه ها در واحد طول نيز نسبت به موقعيت لايه ها و مشخصات آنها نيز متفاوت مي باشد و معمولا از تراكم يك گلوله الي شش گلوله در فوت متفا وت مي باشد ليكن در اكثر مواقع از تراكم چهار گلوله در فوت در چاههاي نفتي و تراكم دو گلوله در فوت در چاههاي گازي استفاده مي شود.
مشبك كاري در شرايط بالاي فشار تعادل
اين روش معمولاً پس از تكميل چاه و ج ابجايي گل حفاري با سيال سبك تر (مانند گازوئيل و نفت) انجام مي شود و طول تفنگ در اين نوع مشبك كاري معمولاً كوتاه تر از عمليات نوع قبل مي باشد.
بدليل آسيب ديدگي نوار حامل گلوله پس از شليك، احتمال توقف و گير كردن ابزار وجود دارد.
در مقايسه اين روش با سيستم ق بل، احتمال مسدود شدن شبكه ها، هرزروي سيال سنگين به درون سازند و نياز به سبك سازي سيال ستون چاه توسط دستگاه لوله مغزي سيار كاهش يافته و معمولاً چاه بطور طبيعي جريان مي يابد.جهت محاسبه under balance pressure به اطلاعاتي در خصوص فشار مخزن، عمق مشبك كاري و سيال درون چاه نياز مي باشد روش محاسبه بصورت ذيل مي باشد.
الف) محاسبه فشار هيدروستاتيك در مقابل شبكه هاي پيشنهادي
ب) محاسبه اختلاف فشار مخزن و فشار هيدروستاتيك
مشبك كاري به روش TCP
اين روش معمولاً در زمان تكميل چاه مورد استفاده قرار مي گيرد كه طي آن گلوله هاي مشبك كننده درون محفظه فلزي لوله اي شكل كه در انتهاي لوله هاي مغزي نصب مي شود تا عمق مور د نظر رانده شده، سپس توسط ابزار مخصوص بصورت مكانيكي، هيدروليكي و يا الكتريكي عمل شليك صورت مي گيرد.
از اين روش همچنين براي مشبك كاري چاههايي كه داراي انحراف زياد بوده و فواصل مورد نظر جهت مشبك كاري با استفاده از روش هاي معمولي (استفاده از كابل و سيم) در دسترس نمي باشند كاربرد دارد.
مزايا و معايب مشبك كاري با روش TCP
الف) مزايا
1) امكان استفاده از تفنگهاي با قطر زياد.
2) قابليت افزايش طول فواصل مشبك شده در هر مرحله.
3) امكان انجام عمليات با تراكم زياد گلوله ها.
4) امكان مشبك كاري چاههايي كه داراي انحراف زياد مي باشند.
در شكل ٢ انواع مشبك كاري نشان داده شده است.
ب) معايب
1) حجم زيادي از ضايعات گلوله ها پس از مشبك كاري در چاه باقي خواهد ماند.
2) مقاومت حرارتي و بازده گلوله ها با گذشت زمان كاهش مي يابد.
3) امكان بررسي تعداد گلوله هاي شليك شده بجز با خارج سازي TCP و لوله مغزي امكان پذير نمي باشد.
4) مصرف زمان توسط دكل بمنظور راندن ابزار مشبك كاري.
5) از آنجايي كه معمولا TCP در زمان استقرار دكل و وجود رشته تكميلي موقت رانده مي شود، انجام عمليات مشبك كاري بصورت Under Balance غير ممكن مي باشد.
شكل 2- انواع مشبك كاري در حضور دكل و پس از تكميل چاه
تعيين ضريب پوسته با فرض قرار گرفتن چاه در يك مخزن هموژن
هاريس اولين منحني هاي محاسبه شده فاكتور ضريب پوسته در پارامترهاي مشبك كاري را ارائه نمود . كه اين فاكتورهاي ضريب پوسته در محاسبه نسبت بهره دهي چاه (بهره دهي چاهي كه مشبك كاري شده نسبت به حالتي كه چاه بصورت حفره باز در نظر گرفته شود) مورد استفاده قرار مي گرفت.
كاربرد مدل هاريس بدليل اينكه با فرض عدم وجود آسيب ديدگي سازند در هنگام حفاري چاه و انجام پروسس مشبك كاري ارائه شده بود ، كاربرد چنداني براي استفاده كنندگان نداشته است. لذا در سال 1975 توسط هونگ مطالعه جامع تري صورت پذيرفت كه كاربرد زيادي نيز تا قبل از ارائه نرم افزار هاي پيشرفته در سال ١٩٩٢ داشته است.
هونگ توانسته بود در اين مطالعه محاسبه ضري ب پوسته ناشي از آسيب ديدگي مشبك كاري و آسيب ديدگي ناشي از سنگ مخزن را با هم ارائه نمايد . او از منحني هايي بنام نموگرام كه بعدها استفاده زيادي از آن گرديد جهت محاسبه اين فاكتورها استفاده نمود . معمولا ارتباط جريان چاه و افت فشار آن در حالت شبه يكنواخت از رابطه ذيل پيروي مي كند.
ضريب پوسته كل برابر ضريب پوسته ناشي از مشبك كاري و سنگ مخزن مي باشد . كه بصورت نمونه در شكل ٤ نموگرام جهت تعيين فاكتور ضريب پوسته نشان داده شده است . كه اين نمودارها به ٥ پارامتر مخزن كه در شكل ٣ نشان داده شده بستگي دارند.
شكل 3- يك محيط متخلخل با منطقه آسيب ديده
اين پنج پارامتر شامل الگوي طولي (h) كه بين ٣ تا ١٥ اينچ، قطر چاه (dw) كه بين ٦ تا ١٢ اينچ، نسبت ترآوايي عمودي به افقي (Kz /Kr) كه بين 25/0 تا ٢ اينچ، زاويه و جهت (θ) مشبك كاري كه بين صفر تا 180 درجه و عمق نفوذ گلوله ها (a p) كه بين ١ تا ٢٠ اينچ متغير مي باشد، در نظر گرفته شده اند.
مسير نشان داده شده بر روي نموگرام روش محاسبه ضريب پوسته ناشي از مشبك كاري با استفاده از اين الگو را نشان مي دهد . با فرض حفر چاه در يك مخزن هموژن همانگونه كه قبلا شرح داده شد ضر يب پوسته ناشي از مشبك كاري (Sp) سبب افت فشار جرياني بواسطه جريان همگرا در محل توليد مي گردد . يك ناحيه با ترآوايي آسيب ديده نه تنها باعث تغيير جريان در محيط متخلخل، كه سبب افزايش افت فشار جرياني نيز مي گردد و آن را بصورت ضريب پوسته آسيب ديده (S d) نشان مي دهند.
شكل 4- الگوي نمودار نموگرام براي تعيين ضريب پوسته ناشي از مشبك كاري
شكل 5- الگوي نمودار نموگرام براي تعيين ضريب پوسته آسيب ديدگي در محدوده منطقه آسيب ديده
مجموع ضرايب پوسته آسيب ديده ناشي از مشبك كاري و سنگ مخزن بيانگر ضريب پوسته كل مي باشد و در صورتي كه ناحيه آسيب ديده نباشد، در اين صورت ضريب پوسته كل با ضريب پوسته ناشي از مشبك كاري (St = Sp) برابر است. وقتيكه يك ناحيه آسيب ديده كلي ناشي از مشبك كاري و سنگ مخزن باشد اين مقدار در تعيين نسبت بهره دهي چاه ن اشي از تكميل چاه با مشبك كاري بكار مي رود . كه معادله آن در حالت نيمه پايا به صورت ذيل مي باشد.
ضريب بهره دهي مخصوص براي حالت جريان نيمه پايا پس از تكميل چاه بصورت مشبك كاري از رابطه ذيل پيروي مي كند.
شكل 6- الگوهاي مشبك كاري (آرايش قرار گرفتن گلوله ها) و پارامترهاي متناظر h و θ
نتيجه گيري
اثر ميزان نفوذ و تراكم گلوله
بررسي ميزان نفوذ گلوله ها بر حسب نسبت بهره دهي چاه براي سه حالت تراكم گلوله بر فوت (2، 1 و 4 گلوله در فوت) با فرض ثابت بودن قطر گلوله بيانگر همخواني آن با نتايج هاريس در 2و 4 گلوله در فوت مي باشد . نتايج مذكور با مدل مك داول و ماسكات همخواني كمتري را نش ان مي دهد . همچنين نفوذ گلوله ها بيش از ٦ اينچ اثر مطلوبي بر روي بهره دهي چاه دارد.
اثر الگو هاي مشبك كاري
قبلا در شكل ٦ انواع الگوهاي مشبك كاري بصورت ساده و متناوب نشان داده شده است. اين الگوها با زاويه هاي مختلف و حالتهاي متفاوت كه بكار گيري موثر آن بست گي به ترآوايي افقي و عمودي در يك سازند دارد . اثر اين الگو هاي مشبك كاري بر روي نسبت بهره دهي چاه بر حسب ميزان نفوذ گلوله ها با زاويه ٩٠ درجه و تراكم ٤ گلوله بر فوت بيشتر مي باشد . مقايسه سه الگوي مشبك كاري با زاويه ٩٠ درجه در حالت ساده و حالت متناوب نشان مي دهد كه الگوي مشبك كاري بصورت متناوب داراي بيشترين اثر بهره دهي مي باشد.
اثر قطر مشبك كاري
بررسيها بيانگر كم اثر بودن قطر مشبك كاري بر روي ضريب پوسته ناشي از مشبك كاري مي باشد، ليكن اين ميزان با افزايش تراكم گلوله بر فوت و ميزان نفوذ گلوله در سازند، ب اعث افزايش بهره دهي چاه مي گردد.
اثر قطر چاه
در رابطه ٣ نسبت شعاع ريزش به شعاع چاه re /rw به صورت لگاريتمي ظاهر مي شود، بنابر اين تاثير آن روي نسبت بهره دهي قابل ملاحظه نيست.