کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز

[فاطمه یاس]

کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز (قسمت اول)
​

کامپوزیت ها در افزایش استخراج نفت شِیل نقش مهمی ایفا میکنند با اینحال هنوز در صنعت نفت و گاز از تمام پتانسیل های این مواد استفاده نشده است. طی دهه گذشته در کشور آمریکا استخراج نفت از میادین ساحلی به شدت افزایش یافت و به این ترتیب کشور مذکور در تأمین انرژی مورد نیاز خود تقریباً به خودکفایی رسید. کشور آمریکا این موفقیت را بیشتر مدیون فناوری می داند که از آن به عنوان شکست هیدرولیکی یاد می شود.

در این فناوری سازندهای مجاور دیواره چاه که نفوذپذیری پایینی دارند توسط مته یا مواد منفجره (شلیک گلوله های مخصوص یا انفجار باروت) به طور مصنوعی شکسته یا سوراخ می شوند (مشبک کاری) و مایعات تحت فشار به همراه شن به داخل آنها تزریق می گردد تا از بسته شدن سوراخ ها جلوگیری شود. به این ترتیب نفت و گاز طبیعی از طریق این حفره ها به راحتی استخراج می گردد.

به گزارش انجمن مهندسان نفت آمریکا 60% چاه های نفت و گاز جهان با روش شکست هیدرولیکی مورد بهره برداری قرار می گیرند. طبق این گزارش از سال 2012 میلادی تا کنون 5/2 میلیون عملیات شکست هیدرولیکی در چاه های نفت و گاز سراسر جهان انجام شده که یک میلیون آن در کشور آمریکا صورت گرفته است. در هر عملیات حفاری، چاه نفت به 10 الی 40 بخش مجزا (سازند) تقسیم می شود و هر کدام از آنها طی یک مرحله جداگانه حفاری می گردند.

برای حفاری هر سازند به ابزاری نیاز است که به آنها پلاگ مسدود کننده گفته می شود. البته به همراه پلاگ های مسدود کننده از تجهیزات دیگری به نام توپَک نیز استفاده می گردد. صنعت نفت و گاز در هفته حداقل 20,000 عدد از این تجهیزات حفر چاه را سفارش می دهد که طی یک سال این رقم به بیش از یک میلیون می رسد. به گفته یکی از تولید کنندگان بزرگ تجهیزات کامپوزیتی که به صنعت نفت و گاز خدمت رسانی می کند، برای پلاگ های مسدود کننده کامپوزیتی و دیگر قطعاتی که در حفاری چاه نفت و گاز کابرد فراوانی دارند، تقاضا زیاد است.

سال گذشته نیز مجله الکترونیکی کامپوزیتس وُرلد در یکی از شماره های خود آورده بود که رشد بازار پلاگ های مسدود کننده، توپک ها و دیگر قطعات مورد استفاده در حفاری چاه ها به این معنی است که برای صنعت کامپوزیت فرصت زیادی ایجاد شده است تا بتواند سهم بزرگی از این بازار را به خود اختصاص دهد. با این وجود اگر تولید کنندگان کامپوزیت بتوانند به صنعت نفت و گاز محصولاتی عرضه نمایند که عملکرد بهتری داشته باشند و در مقابل دما و فشار بالای چاه های عمیق از خود مقاومت بالایی نشان دهند، تقاضا برای کامپوزیت ها باز هم افزایش خواهد یافت.

اجاره سکوهای حفاری و عملیات استخراج نفت و گاز، روزانه هزینه بالایی را به شرکت های حفاری تحمیل می کند. بنابراین باید برای آنها پلاگ های مسدود کننده ای تولید شوند که از دوام بالایی برخوردار باشند. به این ترتیب کار حفاری زودتر به اتمام می رسد و از وارد شدن خسارات مالی بیشتر به این شرکت ها جلوگیری به عمل می آید. به گفته یکی از مهندسان بخش تحقیق و توسعه شرکت وِذِرفورد (یکی از بزرگ ترین شرکت های خدمات نفت و گاز، واقع در ایالت تگزاس آمریکا)، برای اینکه صنعت کامپوزیت بتواند در بازار تجهیزات حفاری فرصت بیشتری به دست آورد، باید بتواند محصولاتی با عملکرد بالا عرضه نماید.

هرچه به اعماق پایین تر چاه های نفت و گاز نفوذ شود، حتی در زیر سازندهایی که حفاری شده اند، دما و فشار نیز بالاتر می رود. بنابراین صنعت نفت و گاز به محصولات کامپوزیتی نیاز دارد که بتوانند سال های سال در چنین شرایطی از خود عملکرد بالایی نشان دهند.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[فاطمه یاس]

کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز (قسمت دوم)

کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز (قسمت دوم)

چند پروژه حفاری که با استفاده از کامپوزیت ها اجرا شده است

صنعت نفت و گاز از چنان عظمتی برخوردار است که تنها در ایالت متحده آمریکا بیش از 2 میلیون نفر در آن مشغول به کار هستند. چند شرکت خصوصی در رأس این صنعت قرار دارند و پس از آنها نیز شرکت های بزرگ تری نظیر شِورون، اِکسون موبیل، شِل و شرکت چند ملیتی نفت و گاز انگلستان (بی پی) هستند که به اکتشاف و استخراج نفت و گاز می پردازند. شرکت های حفاری و شرکت های خدمات میادین نفتی به شرکت های مذکور خدمت رسانی می کنند و تجهیزات و ابزار مورد نیاز برای تکمیل چاه را در اختیار آنها قرار می دهند.

لازم به ذکر است به کلیه عملیاتی که بر روی یک چاه حفاری شده انجام می گیرد تا آماده بهره برداری شود (نظیر نصب لوله جداری، لوله آستری، سیمان کاری و غیره)، تکمیل چاه گفته می شود. از میان شرکت های خدمات میادین نفتی می توان به شرکت وِذِرفورد، شُلومبِرگِر (واقع در ایالت تگزاس، آمریکا)، هالیبِرتون (واقع در شهر هیوستون، ایالت تگزاس)، بِیکِرهِیوز (واقع در ایالت تگزاس که به زودی شرکت هالیبِرتون آن را خریداری خواهد نمود)، فُلوئور (واقع در شهر اِروینگ، ایالت تگزاس) و به شرکت ایتالیایی سایپِم اشاره نمود. قطعات مورد نیاز برای عملیات حفاری، نمونه گیری (مغزه گیری) از سیال داخل چاه (که جهت بررسی در اختیار مهندس نفت قرار می گیرد)، تکمیل چاه، بهره برداری از چاه و تجهیزات تعمیر چاه نفت و گاز توسط شرکت های مذکور تأمین می شوند.

از میان قطعات مذکور می توان به پلاگ های مسدود کننده،توپک ها، مجرابندهای پلی (که برخلاف پلاگ های مسدود کننده از میان آنها سیالی عبور نمی کند) و به تجهیزات سیمان کاری اشاره نمود. شرکت وِذِرفورد انواع کامپوزیتی قطعات مذکور را تولید می کند با این وجود هنوز هم با شرکت های کوچکتر و پیمانکاران فرعی قراردادهایی منعقد می کند تا برای این شرکت قطعات کامپوزیتی تولید کنند که در حفاری چاه ها از خود عملکرد بالایی نشان دهند.

شرکت ایمپَکت کامپوزیتس (واقع در شهر اِرلانگر، ایالت کِنتاکی) با استفاده از کامپوزیت های گرمانرم قطعات مورد نیاز حفاری چاه را تولید می کند. به گفته مدیر فناوری این شرکت، در حفاری چاه های نفت و گاز برای کامپوزیت ها فرصت زیادی وجود دارد اما باید برای استفاده از آنها استانداردهای مربوطه نیز تدوین شوند. به گفته او اگر قطعات کامپوزیتی مذکور طبق استاندارد تولید شوند، می توانند در کاربردی که برای آنها در نظر گرفته شده، از خود عملکرد بالایی نشان دهند. به این ترتیب رضایت مشتری جلب می گردد.

مدیر عامل شرکت وِذِرفورد نیز با این نظر موافق است. به گفته او برای حفاری چاه های نفت و گاز قطعات کامپوزیتی فراوانی تولید شده اند که از میان آنها می توان به پلاگ های مسدود کننده، پُرگَر لوله جداری و تجهیزات شناور (نظیر شیر شناور) اشاره نمود. توضیح اینکه پُرگَرها به دور لوله جداری بسته می شوند تا با متمرکز کردن آن در وسط چاه و ایجاد فاصله بین دیواره های چاه و لوله جداری سبب گردند که سیمان در اطراف لوله جداری به طور کامل پخش شود. ضمناً پُرگرها به کندن و تمیز کردن گل از دیواره های چاه نیز کمک می کنند. قطعاتی که برای حفاری چاه مورد استفاده قرار می گیرند باید عملکرد بالایی از خود نشان دهند. اما استانداردهایی که برای آزمایش آنها تدوین شده برای نمونه های کامپوزیتی هیچ دستورالعملی ذکر نکرده است. استانداردهای انجمن آزمایش و مواد آمریکا (اِی اِس تی اِم) نیز معمولاً برای آزمایش عملکرد قطعات کامپوزیتی مقرراتی را در نظر نگرفته است. شرکت های خدمات میادین نفتی علاقه مند هستند که در عملیات حفاری از تجهیزات کامپوزیتی استفاده کنند اما آنها از دشوار بودن روش های تولید قطعات مذکور شکایت دارند.

بیش از 20 سال است که بسیاری از تولیدکنندگان کوچک قطعاتی عرضه می کنند که در حفاری چاه های نفت و گاز به کار می روند و آنها را در اختیار شرکت های بزرگ خدمات میادین نفتی قرار می دهند. اما تنها قطعات تولیدی برخی از این تولید کنندگان توانسته اند رضایت شرکت های مذکور را جلب نمایند. از میان این قطعات، لوله جداری میانی و چنبر لوله جداری با روش پیچش الیاف تولید می گردند و به وسیله دستگاه هایی که با دست هدایت می شوند، ماشینکاری می گردند. لازم به ذکر است که هر لوله جداری پس از سیمانکاری چاه به وسیله چنبر روی سرجداره قبلی آویزان می شود. سرجداره نیز برای آویزان کردن لوله های جداری به کار می رود. در دما و فشار بالا قطعات استاندارد کامپوزیت الیاف شیشه و رزین اپوکسی که توسط تولید کنندگان کوچک تولید می شوند، بدون داشتن هیچگونه روکشی در معرض فشار داخل چاه قرار می گیرند. کیفیت پایین قطعات مذکور سبب می گردد که داخل چاه دچار شکست شوند و هزینه های سنگینی ایجاد نمایند. به همین علت شرکت های خدمات میادین نفتی به تولیدکنندگان بزرگ این محصولات سفارش دادند که با فناوری های پیشرفته خود برای آنها تجهیزات بادوام تری تولید نمایند.

بیشتر تولید کنندگان کامپوزیت و شرکت های خدمات میادین نفتی به این نتیجه رسیدند که برای حفاری چاه های نفت به تجهیزات بسیار خاص نیاز است. به همین دلیل آنها با یکدیگر یک پیمان نامه عدم افشا امضا نمودند. توضیح اینکه پیمان نامه عدم افشا قراردادی حقوقی میان دو طرف است که در آن موافقت می کنند اطلاعات محرمانه، دانش و دیگر معلومات مورد نظر خود را برای اهداف خاصی به اشتراک بگذارند اما آنها را از دسترس طرف سوم دور نگاه دارند.

امروزه شرکت هایی نظیر مَگنوم اویل (واقع در شهر کوریِس کریستی، ایالت تگزاس)، فورِم انرژی تکنالجیز (واقع در شهر هوستون، تگزاس)، داون هول تکنالجیز (واقع در شهر هوستون، تگزاس که به خاطر تولید پلاگ مسدود کننده ای که با نام تجاری باس هاگ شناخته می گردد، شهرت یافته است)، بی آر اویل تولز (واقع در شهر میدلَند، تگزاس)، شرکت دایاموندبَک اینداستریز (واقع در شهر کراولی، ایالت تگزاس) و چندین شرکت کوچکتر دیگر با استفاده از کامپوزیت ها تجهیزاتی نظیر پلاگ های مسدود کننده و توپک تولید می کنند.


منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[فاطمه یاس]

کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز (قسمت سوم)

کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز (قسمت سوم)

با استفاده از کامپوزیتها برای بازارهای هدف، توپک و پلاگ مسدود کننده تولید میشود

پلاگ مسدود کننده شرکت داون هول تِکنالِجیز که با نام تجاری باس هاگ شناخته میگردد، گواهینامه ثبت اختراع دریافت نموده است. از پلاگ مذکور برای مسدود کردن لوله های جداری استفاده می گردد که بار وارد بر آنها معادل 9 کیلوگرم نیرو می باشد (شکل زیر)

​

مهندس بخش تحقیق و توسعه شرکت داون هول تِکنالِجیز در مورد طراحی و فرآیند تولید پلاگ مذکور اینگونه توضیح داده است که "محور داخلی و هفت عضو استوانه ای شکل که درون آن جا می افتند، با استفاده از کامپوزیت الیاف شیشه نوع E و یک نوع رزین اپوکسی انحصاری و با فناوری پیچش الیاف تولید شده اند که بخش های ضخیم پلاگ را تشکیل می دهند. سپس قطعات مذکور مراحل پخت نهایی را در کوره طی کرده و توسط دستگاه سی اِن سی ماشینکاری می شوند و در ابعاد نهایی برش می خورند." شرکت داون هول تِکنالِجیز مجرابند دیگری نیز تولید نموده است که با نام تجاری سیل- اِکس (seal-X) شناخته می گردد. این محصول، هم از قطعات الاستومری (کشسان) انعطاف پذیر و هم از اجزاء سفت (غیر قابل انعطاف فلزی) تشکیل شده است.

طول پلاگ مسدود کننده باس هاگ 5/44 سانتیمتر و قطر خارجی آن 1/11 سانتیمتر است. پلاگ مذکور می تواند در عملیات حفاری دمای 121 درجه سانتیگراد و فشار 69 مگاپاسگال را تحمل نماید. البته این شرکت با استفاده از رزین اپوکسی مقاوم در برابر دماهای بالا، پلاگ مسدود کننده دیگری نیز تولید نموده است که می تواند در دمای 177 درجه سانتیگراد از خود عملکرد بالایی نشان دهد.
مهندس بخش تحقیق و توسعه شرکت داون هول تِکنالِجیز اینگونه ادامه داد که وقتی سایر قطعات حفاری چاه (رشته های جداری) که پلاگ باس هاگ به آنها متصل می گردد، به عمق مورد نظر رسیدند (به خصوص در حفاری چاه های افقی)، انرژی الکتریکی که توسط ژنراتور تولید شده به وسیله سیم یا کابل کنترلی که بالای چاه روی قرقره پیچیده شده است، به موتورهای الکتریکی که گرداننده تجهیزات دکل هستند، منتقل می گردد.

در اثر خروج سیال از سازند یک فشار تفاضلی (اختلاف فشار بین ستون گِل و فشار ته چاه) ایجاد می گردد و به موجب آن اجزای متحرک بخش خارجی پلاگ مسدود کننده به سمت پایین حرکت می کنند. در اثر فشاری که ایجاد می گردد، چنبر (آویزه) کامپوزیتی و فلزی خارج لوله جداری از بالای اجزای مخروطی شکل مجاور خود به سمت یکدیگر حرکت می کنند و به صورت شعاعی به سمت خارج باز می شوند. به این ترتیب سر جداره فلزی (که برای آویزان کردن لوله جداری به کار میرود) پلاگ مسدود کننده را سر جای خودش ثابت نگاه می دارد. همزمان با این مکانیسم، نیروهای مذکور سبب می گردند که مجرابند سیل-اِکس و مجرابند لاستیکی فشرده شوند و به صورت شعاعی باز گردند. به این ترتیب فضای حلقوی بین پلاگ و لوله جداری پر می شود و بین بخشی که باید حفاری گردد و بخش بعدی سازند یک مانع ایجاد می شود و این ناحیه به طور کامل و به صورت شعاعی مسدود می گردد. آویزه لوله جداری نمی گذارد که پلاگ مسدود کننده به صورت محوری روی دیواره چاه حرکت کند. مجرابند الاستومری، سازند قبلی را از بخشی که حفاری می شود، جدا می کند.

هنگامیکه پلاگ مسدود کننده سر جای خود قرار گرفت، محور داخلی و هفت عضو استوانه ای شکل پلاگ کامپوزیتی باس هاگ در اثر فشار رشته¬های جداری تحت تنش برشی قرار می گیرند و روی یکدیگر می لغزند. به این ترتیب رشته های جداری از پلاگ جدا می گردند و گلوله های مشبک کاری به سمت سازند مورد نظر شلیک می شوند. "لازم به ذکر است که سوراخ کردن لوله جداری پوششی چاه به وسیله گلوله های مخصوص، مشبک کاری نام دارد. به این ترتیب بین چاه و سنگ مخزن ارتباط برقرار می گردد و سیال به درون چاه جریان می یابد. در نتیجه چاه به تولید می رسد." پس از اینکه ناحیه بالای پلاگ مسدود کننده مشبک کاری شد و تجهیزات حفاری از چاه بیرون کشیده شدند، یک توپک کامپوزیتی به سمت دیواره چاه شلیک می شود. توپک مذکور روی لبه بالایی محور داخلی پلاگ مسدود کننده قرار می گیرد و به دیواره چاه فشار وارد می کند. این فشار هیدرولیک مضاعف سبب می گردد که محور داخلی پلاگ مسدود کننده باز هم به سمت پایین کشیده شود و به دیواره چاه فشار بیشتری وارد شود. مهندس بخش تحقیق و توسعه شرکت داون هول تِکنالِجیز از این مرحله به عنوان حدّ عملکرد یاد کرده است.

در این مرحله پلاگ مسدود کننده و توپک در وضعیت مناسبی قرار دارند و بخشی که باید حفاری شود را کاملاً مسدود کرده و آن را از سازندهای بعدی جدا می کنند. به این ترتیب سیال حفاری به نواحی مشبک کاری شده بالای پلاگ سرازیر می شود. در نتیجه عملیات شکست هیدرولیکی با موفقیت انجام می گردد. برای هر بخش مشبک کاری شده این فرآیند چندین مرتبه تکرار می گردد و به همین علت عملیات حفاری حدود یک هفته به طول می انجامد.

دست آخر نیز پس از خاتمه عملیات حفاری تمام پلاگ های روی دیواره چاه با مته سوراخ و خرد می شوند. پلاگ های شرکت داون هول تِکنالِجیز به گونه ای طراحی گشته اند که در عرض 6 دقیقه خرد می شوند و به صورت قطعاتی در می آیند که ابعاد آنها کوچکتر از 6/1 سانتیمتر می باشد. برای اطمینان از عملکرد بالای پلاگ باس هاگ، شرکت داون هول تِکنالِجیز یک برنامه آزمایشگاهی را به کار گرفته است که در آن سیستم شکست هیدرولیکی این پلاگ شبیه سازی شده است. شرکت داون هول تِکنالِجیز این سیستم شبیه سازی شده را اِف سی اِس اِس نامیده است.

سیستم مذکور قادر است فشار و دمای واقعی چاه را شبیه سازی نماید. در این شبیه سازی، پلاگ مسدود کننده درون یک لوله جداری فلزی قرار می گیرد که استاندارد AP15 CT انجمن نفت آمریکا در آن رعایت شده است و می تواند فشار داخل چاه را تحمل نماید. در مدل شبیه سازی شده، لوله جداری مذکور از یک سیال داغ پر می گردد. وقتی که پلاگ مسدود کننده به حد عملکرد خود می رسد و قبل از اینکه فشار داخل لوله جداری به اندازه ای بالا برود که لوله جداری یا پلاگ دچار شکست گردند، لوله جداری چندین مرتبه به دیواره چاه فشار وارد می آورد. آزمایش ها نشان دادند که بالا رفتن دمای داخل لوله جداری نیرو یا باری را به وجود می آورد که باعث می گردد روی هفت عضو استوانه ای شکل داخل محور لوله جداری یک تنش برشی وارد شود.

مقدار این نیرو در دمای 93 درجه سانتیگراد 132 کیلو نیوتن و در دمای اتاق (83 درجه سانتیگراد) 190 کیلو نیوتن می باشد. در دمای اتاق حد عملکرد پلاگ مسدود کننده به اندازه ای است که می تواند بیش از فشاری که توسط استاندارد API 5CT تعیین شده است را تحمل نماید. اما در دمای بالا استحکام برشی، استحکام کششی یا استحکام فشاری پلاگ کامپوزیتی باس هاگ کاهش می یابد. با این وجود آزمایش ها نشان داده اند که وقتی پلاگ مذکور به حد عملکرد خود می رسد، می تواند فشار 10,000 پاوند براینچ مربع و دمای 121 درجه سانتیگراد را تحمل نماید. شرکت داون هول تِکنالِجیز فعلاً قصد ندارد برای تولید محصولات خود از رزین های گرمانرمی نظیر پلی اِتِر اِتِرکِتون استفاده کند که می توانند دماهای بالاتری را تحمل نمایند. به عقیده این شرکت رزین های گرماسختی نظیر اپوکسی از آزمایش ها سربلند بیرون آمده اند و می توانند جوابگوی سفارشات مشتریان باشند.

ممکن است این شرکت در آینده برای تولید محصولات خود از پیش آغشته ها استفاده نماید. در اینصورت شرکت مذکور از فرآیند پیچشِ تَر استفاده خواهد نمود و به این ترتیب خواص مکانیکی پلاگ های مسدود کننده این شرکت ارتقاء خواهد یافت. در فرایند پیچشِ تَر ابتدا الیاف از حمام رزین عبور کرده و پس از آغشته شدن به رزین وارد مرحله پیچش می-گردند.

توپک ها وسایلی پیچیده هستند و معمولاً با استفاده از کامپوزیت رزین اپوکسی یا رزین فنولیک تقویت شده با الیاف شیشه تولید می گردند. توپک های مذکور راحت تر از نمونه های فلزی آسیاب و خرد می شوند ضمن اینکه در مقایسه با توپک های پلاستیکی در مقابل دما و فشار بالا از خود مقاومت بیشتری نشان می دهند. به علاوه توپک های کامپوزیتی در آب شور حل نمی شوند. معمولاً توپک هایی که در عملیات شکست هیدرولیکی مورد استفاده قرار می گیرند بین 4/25 الی 146 میلیمتر قطر دارند.

شرکت وِذِرفورد نیز توپک هایی تولید نموده است که مقاومت سایشی آنها 5 برابر نمونه های موجود در بازار می باشد. این شرکت توپک هایی با عملکرد بالاتر نیز تولید نموده است. در سال 2013 میلادی به توپک های مذکور گواهینامه ثبت اختراع اعطا شده است. این توپک ها تحت عنوان "توپک های کامپوزیتی با فناوری پیچش الیاف" به ثبت رسیده اند.

بخش صنعت در مورد "کنترل سایش" تحقیقاتی انجام داده است. در سال 2012 میلادی شرکت جِنِرال پلاستیکس اَند کامپوزیتس (واقع در شهر هیوستون، ایالت تگزاس) با بهره گیری از همین تحقیقات توانست با استفاده از الیاف بافت شده سه بعدی توپک های کامپوزیتی تولید نماید. توپک های مذکور گواهینامه ثبت اختراع دریافت نموده اند و استفاده از الیاف سه بعدی در آنها سبب گشته است که در مقایسه با دیگر توپک های کامپوزیت تقویت شده با الیاف، تنش برشی بین لایه ای در توپک های مذکور کمتر شود.

اخیراً با استفاده از موادی با استحکام بالاتر توپک هایی تولید شده اند که در آب شور و اسید حل می شوند. شرکت بِیکر هیِوز توپک هایی تولید نموده است که با نام تجاری این تالیک شناخته می گردند. توپک های مذکور دارای روکشی از جنس مواد نانوساختار می باشند. در نانو مواد به علت کوچک بودن سطح مشترک ذرات و افزایش سطح مؤثر، حلالیت افزایش می یابد. شرکت بِیکر هیِوز برای تولید این توپک ها از فناوری انحصاری خود استفاده نموده است. این فناوری بر پایه یک واکنش الکتروشیمیایی است که توسط مواد نانوساختار کنترل می شود. ماده نانوساختار مذکور از آلومینیوم سبک تر است و در مقایسه با برخی از انواع فولاد، از استحکام بالاتری برخوردار می باشد. اما در تماس با آب شور متلاشی می گردد.

شرکت تِروِس (واقع در شهر اوکلید، ایالت اوهایو) توپکی تولید نموده است که با نام تجاری تِرواَلوی شناخته می شود. توپک مذکور با استفاده از کامپوزیت آلیاژ نانو ساختار منیزیم-آلومینیم تولید شده است. کامپوزیت مذکور می تواند فشار 15,000 الی 20,000 پاوند بر اینچ مربع را تحمل نماید اما در تماس با یک الکترولیت یا در اثر یک محرک الکتریکی یا حرارتی متلاشی گشته و به پودر تبدیل می شود.

هر دو توپک شرکت های بِیکر هِیوز و تِروِس با لوله های کشویی (برای برقراری ارتباط بین لوله جداری و لوله مغزی و جابجایی سیال) و پلاگ های مسدود کننده رایج قابل استفاده هستند و چون بعد از عملیات حفاری متلاشی می گردند، لازم نیست که برای خارج کردن آنها از چاه فرآیند آسیابکاری اجرا شود. به این ترتیب در زمان و هزینه عملیات تکمیل چاه صرفه جویی می گردد. به گفته مدیرعامل شرکت تِروِس توپک تِرواَلوی ظرف چند ساعت متلاشی می گردد در حالیکه 5/1 روز طول می¬کشد تا توپک این تالیک شرکت بِیکِر هِیوز پودر شود.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت

 

[فاطمه یاس]

کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز (قسمت چهارم/آخر)

کامپوزیت ها در حفاری چاه های نفت و گاز (قسمت چهارم/آخر)

پیشرفت های بیشتر در فناوری تولید تجهیزات درون چاهی

به گفته مدیر عامل شرکت ایمپَکت کامپوزیتس (تولید کننده الیاف بلند و رزین های گرمانرم، واقع در شهر اِرلانگر، ایالت کِنتاکی)، رزین های گرمانرمی نظیر پلی اِتر اِتر کِتون و پلی فنیلین سولفید که در برابر خوردگی به خوبی مقاومت می کنند، برای تولید پلاگ های مسدود کننده از خود عملکرد بالایی نشان می دهند. اما در تولید این قطعات نمی توان رزین های اپوکسی را به طور کامل کنار گذاشت. زیرا گاهی اوقات شکل هندسی قطعات مذکور به گونه ای است که نمی توان آنها را با استفاده از رزین های گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند تولید کرد.

به گفته مدیر بخش توسعه تجاری شرکت آتومِیتِد داینَمیکس (واقع در شهر نیویورک، آمریکا)، با استفاده از فناوری انحصاری این شرکت در چیدمان خودکار پیش آغشته های گرمانرم می توان قطعاتی تولید نمود و در حفاری هایی که در خشکی و در دریا انجام می شوند، از آنها بهره برد. شرکت آتومِیتِد داینَمیکس تنها برخی از قطعات خاص ابزارهای درون چاهی را تولید می¬کند. کامپوزیت های گرمانرم با عملکرد بالا می توانند دمای 149 الی 232 درجه سانتیگراد و فشار 30,000 پاوند بر اینچ مربع را تحمل نمایند. بنابراین می توان در حفاری ها از آنها استفاده نمود. در تولید قطعات کامپوزیتی مورد استفاده در حفاری، پیشرفت دیگری نیز حاصل شده است.

به عبارت دیگر امروزه برای تولید قطعات مذکور به جای فناوری پیچش الیاف از فناوری قالبگیری فشاری استفاده می گردد. به نظر یکی از متخصصان شرکت گرین توئید (واقع در ایالت پنسیلوانیا، آمریکا)، قالبگیری فشاری آمیزه کامپوزیت رزین گرماسخت یا گرمانرم تقویت شده با الیاف بلند این امکان را فراهم می کند که فرآیند تولید قطعه به طور دقیق تر تحت کنترل قرار بگیرد. به این ترتیب احتمال بروز شکست در قطعه کاهش می یابد. شرکت گرین توئید با فرآیند قالبگیری فشاری، قطعاتی نظیر واشر، یاتاقان و قطعات استوانه ای شکل تجهیزات حفاری چاه را تولید می کند. ضمناً این شرکت در زمینه طراحی قطعات و ابزار نیز تخصص دارد. به علاوه واحد کنترل کیفیت این شرکت به مشتریان خدماتی ارائه می دهد.

علاوه بر استفاده از مواد با کارآیی بالا در تولید تجهیزات حفاری، امروزه برای استخراج نفت و گاز از فناوری هایی استفاده می شود که در آنها پلاگ ها و توپک های کمتری مورد استفاده قرار می گیرند. به این ترتیب زمان و هزینه حفاری کاهش می یابد. در شرایط فعلی که قیمت نفت یک سیر نزولی را طی می کند، نیاز به چنین فناوری هایی بیشتر احساس می شود. شرکت بِیکِر هیوز پلاگ مسدود کننده جدیدی تولید نموده است که با نام تجاری شَدو شناخته می گردد (شکل زیر).

​

پس از پایان یافتن عملیات تکمیل چاه و جمع آوری لوله های جداری و تجهیزات مشبک کاری، پلاگ مذکور آسیاب نمی گردد و از چاه خارج نمی شود. قطر داخلی پلاگ شَدو بزرگ است و با اندازه توپک این تالیک متناسب می باشد. می توان از پلاگ مذکور برای مسدود کردن لوله هایی استفاده کرد که در آنها سیالاتی با دِبی بالا (مقدار سیال عبوری) جریان دارند. بنابراین اولاً چون بعد از به تولید رسیدن چاه نیز پلاگ مذکور خارج نمی شود و ثانیاً از آنجا که توپک این تالیک نیز خود به خود متلاشی می گردد، با استفاده از این سیستم زمان تکمیل چاه و بهره برداری از آن کوتاه تر می شود.

طی عملیات شکست هیدرولیکی، توپک این تالیک می تواند فشار بالای سیالاتی که به داخل چاه تزریق می شوند را تحمل کند. پس از اینکه چاه به تولید رسید، توپک مذکور متلاشی می گردد بنابراین در لوله ها گیر نمی کند و از خود ضایعاتی بر جای نمی گذارد.

شرکت وِذِرفورد در میدان نفتی باکِن (واقع در آمریکای شمالی) برای عملیات تکمیل چاه و استخراج نفت شِیل از سیستمی به نام سِلِکت زون استفاده کرد. با استفاده از سیستم مذکور ظرف 24 ساعت دیواره چاه نفت به 25 الی 30 قسمت تقسیم شد که هر یک می بایست به طور جداگانه حفاری می گردیدند. در صورتیکه با پلاگ ها و تجهیزات مشبک کاری سنتی عملیات مذکور 6 الی 8 روز طول می کشید. به گفته این شرکت لوله کشویی سیستم مذکور باعث می شود که برای پایین فرستادن لوله از فشار آب استفاده نگردد و به این ترتیب مصرف آب 30 درصد کاهش می یابد. می توان در این سیستم از توپک های کامپوزیتی، آلومینیومی یا توپک های حل شدنی استفاده نمود.

آیا بازار تجهیزات حفاری کامپوزیتی رشد خواهد کرد؟

طی دهه گذشته تقاضا برای نیروی کاری که در زمینه حفاری به روش شکست هیدرولیکی از تخصص بالایی برخوردار باشد، افزایش یافت. ضمناً بازار تجهیزات کامپوزیتی حفاری چاه­های نفت و گاز نیز رونق بیشتری داشت. به علاوه در دوره مذکور تولید نفت و گاز طبیعی نیز یک روند صعودی را طی نمود. اما در حال حاضر کاهش قیمت نفت سبب گردیده است که در این بخش از صنعت، بازار پرسود محصولات کامپوزیتی دچار بحران گردد. با این وجود پیشرفت­هایی که در زمینه حفاری چاه­های نفت و گاز حاصل گشته و در بالا به برخی از آنها اشاره شد، تعداد قطعات مورد استفاده را کاهش داده است.

به گفته یکی از مهندسان بخش تحقیق و توسعه شرکت وِذِرفورد، از آنجا که امروزه با استفاده از تجهیزات پیشرفته، عملیات تعمیر و تکمیل چاه­های نفت و گاز راحت­تر از قبل انجام می­شود، لازم است تولید کنندگان مواد کامپوزیتی نیز کیفیت محصولات خود را ارتقاء بخشند تا قطعاتی که در اختیار مشتریان قرار می­گیرند، بتوانند در کاربردهای ساحلی یا فراساحلی دما و فشار بالا را تحمل نمایند. با مصرف ذخایر نفتی موجود، در آینده صنعت نفت مجبور است برای دستیابی به سوخت بیشتر حفاری را تا اعماق پایین­تر ادامه دهد.

در نواحی مذکور فشار و دما نیز افزایش می­یابد. بنابراین باید مواد کامپوزیتی بتوانند چنین شرایط دشواری را تحمل نمایند. انتظار می­رود که با گذشت زمان مواد و تجهیزات کامپوزیتی به بازار آیند که بتوانند در حفاری­های عمیق از خود عملکرد بالایی نشان دهند.



منبع: موسسه کامپوزیت ایران- نشریه الکترونیکی کامپوزیت