آیا در حین حفاری، مرتباً دچار هرزروی و ریزش چاه میشوید؟ آیا علل واقعی آن را شناسایی کردهاید؟
حفاری یک عملیات اصلی در اکتشافات زمینشناسی، معدن، ساخت فونداسیون شمع و سایر زمینههای مهندسی است. با این حال، پروژهها اغلب با مشکل ریزش گمانه و "تلفات در حین حفاری" (هدر رفتن سریع سیال حفاری) مواجه میشوند. این امر نه تنها منجر به حجم زیادی از هدررفت گل و ریزش گمانه میشود، بلکه برنامهها را به تأخیر میاندازد، هزینهها را افزایش میدهد و میتواند کیفیت گمانه و ایمنی ساخت و ساز بعدی را به خطر بیندازد. بر اساس تجربیات میدانی، این مقاله علل ریشهای هدررفت گردش را تجزیه و تحلیل میکند و اقدامات متقابل هدفمندی را برای هدایت پروژههای مشابه پیشنهاد میدهد.
علل اصلی از دست دادن گردش خون از دست دادن گردش خون به ندرت توسط یک عامل واحد ایجاد میشود؛ این امر معمولاً ناشی از تعامل بین شرایط تشکیل و عملکرد عملیاتی است. علل را میتوان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
عوامل زمینشناسی - محدودیتهای ذاتی سازند خود سازند عامل اصلی مستعدکننده برای هرزروی گل است. هنگامی که حفاری واحدهای زمینشناسی خاصی را قطع میکند، خطر هرزروی گل به شدت افزایش مییابد:
لایههای ماسهای سست: تخلخل بین دانهای زیاد و سیمانی شدن ضعیف، نفوذ سریع سیال حفاری را از طریق فضاهای خالی آسان میکند. هدررفتها به ویژه در ماسههای ریزدانه و لایههای سیلتی مشهود است.
تودههای سنگ شکسته: کربناتها، گرانیتها و سایر سنگهایی که دارای شکستگیها، درزهها یا حفرههای انحلالی توسعهیافته هستند، دارای مسیرهای نامنظمی هستند که از طریق آنها گل میتواند به سرعت خارج شود و پدیده «افت در حین حفاری» را ایجاد کند.
سایر واحدهای نامطلوب: کنگلومراها، مناطق گسل خورده و خرد شده دارای ساختارهای سست و ناپایداری هستند که نه تنها باعث افزایش هدررفت سیال میشوند، بلکه خطر ریزش چاه را نیز افزایش میدهند و دشواری ساخت و ساز را دو چندان میکنند.
عوامل عملیاتی - تأثیرات قابل کنترل ساخت و ساز حتی در شرایط زمین شناسی مطلوب، عملیات نامناسب می تواند باعث از دست رفتن گردش آب شود. دو مسئله عملیاتی از همه مهم تر هستند:
سرعت حفاری بیش از حد: پیشروی سریع با استفاده از نرخ چرخش یا نفوذ بیش از حد بالا باعث ایجاد اختلال شدید در دیواره گمانه، از بین رفتن پایداری آن در میدان نزدیک، ایجاد ترک یا پوسته پوسته شدن و خروج سیال حفاری میشود.
خواص نامناسب سیال حفاری: سیال حفاری مانع اصلی محافظت از گمانه است. اگر ویسکوزیته خیلی پایین باشد، نمیتواند یک کیک فیلتر مؤثر تشکیل دهد؛ اگر چگالی ناکافی باشد، نمیتواند فشار سازند را متعادل کند. هر دو حالت از آببندی مؤثر منافذ و شکستگیها جلوگیری کرده و منجر به هدررفت میشود.
اقدامات متقابل هدفمند مقابله با از دست دادن گردش خون نیازمند رویکرد «ابتدا پیشگیری، سپس اصلاح» با درمانهای لایهای و درجهبندیشده است که مشکل را از ریشه حل میکنند.
بهینهسازی خواص سیال حفاری برای تقویت محافظت از چاه سیال حفاری اولین خط دفاعی در برابر هرزروی است. تنظیم فرمولاسیون سیال میتواند به طور قابل توجهی آببندی و پشتیبانی ساختاری را بهبود بخشد:
افزایش ویسکوزیته و چگالی: بنتونیت، مشتقات سلولز، پلی آکریل آمید و افزودنیهای مشابه را برای افزایش ویسکوزیته اضافه کنید تا سیال بتواند بهتر به دیواره چاه بچسبد و یک کیک فیلتر تشکیل دهد؛ چگالی را به طور متوسط افزایش دهید تا فشار آببندی بیشتری در برابر منافذ و شکستگیهای سازند ایجاد شود.
اصلاح هدفمند: برای مناطق شنی سست، مواد فیبری مانند خاک اره یا پوسته برنج را برای بهبود قابلیت تعلیق و مسدود کردن اضافه کنید؛ برای مناطق شکسته، عوامل زودگیر (سیمان، سیلیکات سدیم) را اضافه کنید تا سیال بتواند به سرعت در شکستگیها ژل تشکیل دهد و یک آببند تشکیل دهد.
مواد مسدودکننده را برای آببندی نقاط فعال ریزش قرار دهید. در صورت بروز ریزش، فوراً مواد مسدودکننده را به داخل چاه وارد کنید تا مستقیماً منافذ و شکستگیها را پر کرده و مسیرهای سیال را مسدود کنید:
مواد معمول برای مسدود کردن: خاک رس (بنتونیت)، خاک اره، سیمان، الیاف پنبه، پوست گردو و غیره. مواد را بر اساس شدت نشت انتخاب کنید. برای نشتهای جزئی، خاک رس یا خاک اره ممکن است کافی باشد؛ برای نشتهای متوسط، مخلوطی از سیمان و خاک رس با استفاده از سخت شدن سیمان، آببندی طولانی مدت را افزایش میدهد.
روش جایگذاری: از جایگذاری مرحلهای و تکنیکهای «حفاری و مسدود کردن» استفاده کنید - مواد را به آرامی به منطقهی ریزش وارد کنید و در عین حال گردش گل را حفظ کنید تا مواد به مسیرهای نشتی منتقل شوند، حفرهها را پر کنند و یک درپوش پایدار تشکیل دهند که از ریزش بیشتر جلوگیری کند.
کنترل پارامترهای حفاری برای کاهش اختلال در چاه عملیات عملیاتی مناسب برای جلوگیری از هدر رفت سیال با به حداقل رساندن آسیب به دیواره چاه ضروری است:
کاهش نرخ نفوذ: سرعت چرخش و نرخ پیشروی را کاهش دهید، به خصوص هنگام عبور از ماسههای سست یا لایههای شکسته؛ رویکرد «دور در دقیقه کم، پیشروی کم» را اتخاذ کنید تا ضربه مته به دیواره کاهش یابد و آشفتگی محدود شود.
زمان لازم برای تشکیل کیک فیلتر: حفاری آهستهتر به سیال زمان میدهد تا یک کیک فیلتر یکنواخت و متراکم روی دیواره گمانه رسوب کند، دیواره را بیشتر تثبیت کند و منافذ ریز را آببندی کند تا خطر هدررفت کاهش یابد.
پر کردن و حفاری مجدد برای افت شدید وقتی افت شدید است و مسدود کردن معمول با شکست مواجه میشود - یا وقتی ریزش چاه در مقیاس بزرگ رخ میدهد - ممکن است پر کردن مجدد فاصله و حفاری مجدد مورد نیاز باشد:
انتخاب مصالح پرکننده: خاک رس، دوغاب سیمان یا مخلوط خاک رس و سیمان را ترجیح دهید. خاک رس برای آببندی کمهزینه و مؤثر است؛ دوغاب سیمان سفت میشود و تقویتکنندهای با مقاومت بالا برای دیواره گمانه فراهم میکند.
روش پر کردن و حفاری مجدد: فاصله بین ریزش و حاشیه بالای آن را با ماده انتخاب شده پر کنید تا قسمت آسیب دیده پر شود. اجازه دهید ماده به اندازه کافی (معمولاً 24 تا 48 ساعت، که با توجه به شرایط ماده و سازند تنظیم میشود) خشک شود تا یک آببندی پایدار تشکیل شود، سپس حفاری را از سر بگیرید. در حفاری مجدد، دوباره سیال حفاری را بهینه کرده و نفوذ را کنترل کنید تا از عود جلوگیری شود.
نتیجهگیری: ریزش چاه و هدررفت در حین حفاری امری رایج است و از شرایط ذاتی سازند (ماسههای سست، مناطق شکسته) و عوامل قابل کنترل (سرعت حفاری بیش از حد، عملکرد ضعیف سیال حفاری) ناشی میشود. برای مدیریت مؤثر ریسک، بررسیهای سازند قبل از ساخت را برای پیشبینی مناطق مستعد هدررفت انجام دهید؛ در طول ساخت، با بهینهسازی خواص سیال و کنترل پارامترهای حفاری از هدررفت جلوگیری کنید؛ و در صورت وقوع هدررفت، یک واکنش درجهبندیشده اعمال کنید که شامل مسدود کردن، پر کردن مجدد و در صورت لزوم، حفاری مجدد باشد. اتخاذ طرز فکر «اول پیشگیری، دوم اصلاح» و تنظیم اقدامات برای مطابقت با ویژگیهای سازند و واقعیتهای میدانی برای غلبه بر مشکلات هدررفت، تضمین عملیات حفاری روان و بهبود کیفیت و کارایی ساخت و ساز ضروری است.
