أجزاء ومكونات برج الحفر

شكل (1)

فقدان التدوير (Lost circulation) هو عبارة عن تدفق غير منضبط لكامل طين الحفر مما يؤدي الى حصول خسارة في تدوير الطين نتيجة تسربه خلال التكوين، يشار الى هذه التكوينات أحيانًا باسم مناطق التسريب (thief zone).

تعتبر ظاهرة فقدان الطين احدى مشاكل الحفر.

مناطق فقدان طين الحفر

يوضح الشكل (1) مناطق التدوير المفقوده الجزئية والكاملة. في فقدان التدوير الجزئي (partial lost circulation)، يستمر الطين في التدفق إلى السطح مع حصول بعض الفقدان خلال التكوين. بينما يحدث فقدان التدوير الكلي (Total lost circulation) عندما يتدفق كل الطين في التكوين بدون عودة إلى السطح. إذا استمر الحفر أثناء فقدان التدوير الكلي، فيشار إليه بالحفر الأعمى. هذه ليست ممارسة شائعة في هذا المجال، ما لم يتم استيفاء جميع المعايير التالية:

• التكوين فوق منطقة التسريب (thief zone) مستقر ميكانيكياً.
• لا يوجد إنتاج.
• السائل عبارة عن ماء صافٍ.
• إنه مجدي اقتصاديًا وآمن.

أسباب فقدان طين الحفر

هناك العديد من الظروف التي يمكن أن تؤدي إلى فقدان تدوير الطين:

• تكوينات ذات كسور متأصلة (inherently fractured) بطبيعتها أو كهفية (cavernous) أو ذات نفاذية عالية.
• ظروف الحفر غير الملائمة.
• الكسور المستحثة (Induced fractures) الناتجة عن الضغوط المفرطة في قاع البئر ووضع البطانة الوسطية مرتفعًا للغاية.

الكسور المستحثة

قد تكون الكسور المستحثة أو المتأصلة أفقية على عمق ضحل أو رأسي على أعماق تزيد عن 2500 قدم تقريبًا. تنتج الضغوط المفرطة لحفر البئر عن معدلات التدفق المرتفعة (ارتفاع ضغط الاحتكاك للمجال الحلقي) أو خلال عمليات سحب انبوب الحفر واعادة إنزالة (tripping in) (ارتفاع ضغط التموَّر)، والذي يمكن يؤدي إلى كثافة الدوران المكافئة للطين (ECD). يمكن أن تحدث الكسور المستحثة أيضًا بسبب:

• تنظيف تجويف المجال الحلقي بشكل غير صحيح.
• وزن الطين الزائد.
• غلق البئر في غاز ضحل عالي الضغط.

توضح المعادلات 1 و 2 الظروف التي يجب الحفاظ عليها لتجنب تكسير التكوين أثناء الحفر والـ Tripping in على التوالي.

معادلة رقم 1

و

معادلة رقم 2

حيث:

• λ_mh = وزن طين ثابت
• Δλ_af = وزن طين إضافي ناتج عن فقدان ضغط الاحتكاك في المجال الحلقي
• Δλ_s = طين إضافي ناتج عن ضغط التموَّر (surge pressure)
• λ_frac = تدرج كسر ضغط التكوين بوزن الطين المكافئ (equivalent mud)
• λ_eq = كثافة دوران مكافئة للطين.

equivalent mud: هو وزن الطين اللازم لموازنه ضغط موائع التكوين.

التكوينات الكهفية

غالبًا ما تكون التكوينات الكهفية عبارة عن أحجار جيرية ذات تجاويف كبيرة. هذا النوع من فقدان التدوير سريع وكامل وأصعب من حيث الاحكام والعزل (seal). التكوينات عالية النفاذية التي من المحتمل أن تكون مناطق ذات تدوير مفقود هي تلك التكوينات ذات الرمال الضحلة التي لها نفاذية تزيد عن 10 دارسي. بشكل عام، الرمال العميقة لها نفاذية منخفضة ولا تسبب أي مشاكل في فقدان تدوير الطين. اما في مناطق التسريب (thief zone) غير الكهفية، ينخفض ​​مستوى الطين في خزانات الطين تدريجيًا، وإذا استمر الحفر، فقد يحدث فقد كامل للدوران.

منع فقدان طين الحفر

إن الوقاية الكاملة من فقدان تدوير الطين أمر مستحيل، لأن بعض التكوينات، مثل المناطق المكسورة بطبيعتها، أو الكهفية، أو المناطق عالية النفاذية، لا يمكن تجنبها إذا كان سيتم الوصول إلى المنطقة المستهدفة. ومع ذلك، يمكن الحد من فقدان تدوير لطين إذا تم اتخاذ بعض الاحتياطات، خاصة تلك المتعلقة بالكسور المستحثة. تشمل هذه الاحتياطات:

• الحفاظ على وزن الطين المناسب.
• التقليل من خسائر ضغط احتكاك المجال الحلقي أثناء الحفر والـ tripping in.
• تنظيف الحفرة بشكل مناسب.
• تجنب القيود في المجال الحلقي.
• إعداد البطانة لحماية التكوينات العليا الأضعف داخل المنطقة الانتقالية.
• تحديث ضغط مسام التكوين وتدرجات الكسر للحصول على دقة أفضل من خلال بيانات المجسات والحفر.

في حالة توقع مناطق فقدان الطين، يجب اتخاذ تدابير وقائية لعلاج الطين من خلال إضافة مواد منع فقدان التدوير ("LCMs" Lost-circulation materials) ويجب إجراء الاختبارات الوقائية مثل اختبار التسرب (leakoff test) واختبار سلامة التكوين (formation integrity test) للحد من احتمال فقدان التدوير.

الاختبارات الوقائية

اختبار التسرب (LOT)

يعد إجراء اختبار دقيق للتسرب أمرًا أساسيًا لمنع فقدان التدوير. يتم تنفيذ LOT عن طريق إغلاق البئر، والضغط للأعلى في التجويف المفتوح مباشرة من أسفل آخر سلسلة من البطانة قبل استمرار الحفر في الفترة التالية. على أساس النقطة التي ينخفض ​​عندها الضغط، يشير الاختبار إلى قوة حفرة البئر في مقعد البطانة، والتي تعتبر عادةً واحدة من أضعف النقاط في أي فترة من فترات حفر البئر. ومع ذلك، فإن تمديد LOT إلى مرحلة تمديد الكسر يمكن أن يقلل بشكل خطير من الحد الأقصى لوزن الطين الذي يمكن استخدامه لحفر الفترة المحددة بأمان دون فقدان التدوير. وبالتالي، يفضل إيقاف الاختبار في أقرب وقت ممكن بعد أن يبدأ مخطط الضغط في الانهيار.

اختبار سلامة التكوين (FIT)

لتجنب تكسير التكوين، يقوم العديد من المشغلين بإجراء FIT على مقعد البطانة لتحديد ما إذا كان تجويف البئر سيتحمل أقصى وزن متوقع للطين أثناء حفر الفترة التالية. إذا كان مقعد البطانة يتحمل ضغطًا يعادل كثافة الطين المحددة، يعتبر الاختبار ناجحًا ويستأنف الحفر.

عندما يختار المشغل إجراء LOT أو FIT، إذا فشل الاختبار، يجب تنفيذ بعض جهود الإصلاح (عادةً ضغط الأسمنت Squeeze cementing) قبل استئناف الحفر للتأكد من أن تجويف البئر مؤهل.

مقاييس التعافي

تتسبب مشكلة فقدان تدوير طين الحفر في التكوين تكلفة باهظة تتجاوز أسعار المنتجات المستخدمة في علاجها حيث يشمل تكلفة وقت الحفر وجميع الخدمات التي تدعم عملية الحفر. يمكن أن يؤدي فقدان الطين في المكمن النفطي او الغازي إلى تقليل (أو القضاء) بشكل كبير على قدرة المشغل على إنتاج من المنطقة المنتجة. تعتبر الوقاية أمرًا بالغ الأهمية، ولكن نظرًا لأن التدوير المفقود أمر شائع، فإن طرق العلاج الفعالة هي أيضًا أولوية عالية.

عند حدوث فقدان التدوير يكون إغلاق المنطقة ضروريًا ما لم تسمح الظروف الجيولوجية بالحفر الأعمى، وهو أمر غير مرجح في معظم الحالات. مواد منع فقدان التدوير (LCMs) الشائعة التي يتم خلطها مع الطين لسد مناطق الخسارة تكون مصنفة على النحو التالي:

• مواد ليفية (Fibrous)
• مواد متقشرة (Flaked)
• مواد حبيبية (Granular)
• مزيج من المواد الليفية والمتقشرة والحبيبية

تتوفر هذه المواد في عدة درجات (course, medium, fine) لإغلاق مناطق التدوير المفقودة المنخفضة إلى المعتدلة. في حالة فقدان التدوير الشديد، يصبح استخدام السدادات (plugs) المختلفة لإغلاق المنطقة إلزاميًا. من المهم معرفة موقع منطقة التدوير المفقود قبل وضع السدادة. تشمل الأنواع المختلفة من السدادات المستخدمة في جميع أنحاء الصناعة ما يلي:

• ضغط (Squeeze) البنتونيت / زيت الديزل
• ضغط الأسمنت / البنتونيت / زيت الديزل
• الأسمنت
• الباريت

يشير الضغط (Squeeze) إلى إجبار السائل على الدخول إلى منطقة التي حصل فيها فقدان للطين.

إستخدام مواد منع فقدان التدوير

تشير ميكانيكا الصخور ونظرية الكسر الهيدروليكي إلى أنه من الأسهل منع انتشار الكسر من سد (plug) الكسر لاحقًا لمنع دخول السوائل مرة أخرى. بسبب التكلفة العالية لمعظم أنظمة موائع الحفر الموزونة والمعالجة، يتم نقل LCM بشكل روتيني في النظام النشط في العديد من العمليات التي توجد فيها مناطق فقدان طين محتملة، مثل:

• مناطق "الركام Rubble" تحت الملح أو في منطقة مستنفدة معروفة.
• الكسور الطبيعية والمستحثة.
• تكوينات ذات نفاذية عالية و / أو مسامية عالية.
• التكوينات المتعرجة (مثل الحجر الجيري والطباشير)

إن استخدام LCM يسهل المعالجة الوقائية حيث يمكن حمله في سائل الحفر دون التأثير بشكل كبير على خصائص الانسيابية أو فقدان السوائل. يمكن أن تخفف المعالجة المسبقة من انتفاخ تجويف البئر، وخسائر التسرب، و / أو فقدان التدوير المحتمل عند حفر المناطق المستنفدة.

عند مواجهة منطقة الفقدان، فإن الأولوية القصوى هي إبقاء تجويف البئر ممتلئ بطين الحفر حتى لا ينخفض ​​الضغط الهيدروستاتيكي عن ضغط التكوين ويسمح بحدوث رفسة (kick). قد يتم تقليل الضغط الهيدروستاتيكي عن قصد لإيقاف الفقدان، طالما يتم الحفاظ على كثافة كافية لمنع مشاكل التحكم في البئر (well control). تشكل مناطق الفقدان أيضًا مخاطر عالية للالتصاق التفاضلي. يساعد تدوير خيط الحفر في تقليل هذه المخاطر أثناء تحضير علاج LCM. إذا كان موقع منطقة الفقدان معروفًا، فقد يكون من المستحسن سحب خيط الحفر إلى موقع أعلى المنطقة المصابة.

تتوفر مجموعة متنوعة من LCM، والجمع بين عدة أنواع وأحجام الجسيمات لأغراض المعالجة هو ممارسة شائعة. تشمل المواد التقليدية - وغير المكلفة نسبيًا - ما يلي:

• كربونات الكالسيوم ذات حجم محدد
•  ورق
•  قشور بذور القطن
•  قشور
•  ميكا
•  السيلوفان

نظرًا لأن فقدان تدوير طين الحفر كان دائمًا من أكثر المشكلات تكلفة التي تواجه الصناعة النفطية، فقد شجع التركيز على معالجة منطقة الفقدان بسرعة وأمان على تطوير مواد تتوافق مع الكسور لإغلاق المسام، بغض النظر عن التغيرات في الضغط المجال الحلقي. في بعض الحالات، يتم ضخ LCM القابل للتشوه والتوسع قبل عمل الأسمنت في المناطق التي من المتوقع حدوث خسائر فيها. يتمتع هذا النوع من المواد بمعدل نجاح مرتفع نسبيًا للوقاية من الخسائر الفادحة ومعالجتها.

مشاكل فقدان التدوير الشديدة التي لا تستجيب للعلاجات التقليدية قد تكون قابلة للمعالجة عن طريق تحديد حبوب LCM المائية، وإبقائها تحت ضغط عصر (squeeze pressure) معتدل لفترة محددة مسبقًا. تتوسع حبوب LCM في درجات حرارة قاع البئر بسرعة لملء الكسور وجسرها، مما يسمح باستئناف عمليات الحفر والتسميت بسرعة، وأحيانًا في غضون 4 ساعات أو أقل. 

بدلاً عن النوعين المذكورين اعلاه، تتوفر منتجات LCM سريعة الضبط والتي تتفاعل بسرعة مع سائل الحفر بعد رصد منطقة الفقدان وتشكل سدادة كثيفة ومرنة تملأ الكسر وتلتصق بجوف البئر. في بعض الحالات، أثبت هذا النوع من المكونات فعاليته لدرجة أن تدرج الكسر الطبيعي في التكوين زاد فعليًا، مما يسمح للمشغل باستئناف الحفر وزيادة وزن الطين بما يتجاوز القيود الموضوعة قبل المعالجة.

المصادر

1. "Lost circulation". (د.ت). petrowiki.spe.org. تم الاسترجاع 2022-10-28.

إقرأ أيضاً

• تلوث طين الحفر
• عدم استقرار تجويف البئر
• حفر الآبار
• سوائل الحفر
• تسميت الآبار
• برج الحفر

تعديل المقال