روشهای مبارزه و کنترل ارتعاشات

1- استفاده از جاذب ارتعاشات در رشته حفاری:

انرژی ناشی از ارتعاشات مکانیکی در صورتیکه از سیستم خارج نشود ، جمع شده و باعث خستگی ، تسلیم و نهایتا ً شکست فلز خواهد شد . انرژی ارتعاشی همواره از طریق نیروهای خارجی مانند ، اندرکنش مته / سازند ، رشته / سازند و سیستم گردش سیال حفاری ، به رشته وارد می شود . هر چه شرایط حفاری سختتر باشد ، مقدار انرژی ارتعاشی ، وارد شده به رشته حفاری بزرگتر خواهد بود ، انرژی تولید شده را می توان از طریق جاذب ارتعاشات به اشکال دیگر انرژی ، از جمله حرارت تبدیل و از سیستم خارج نمود .

چنانچه انرژی به روش فوق از سیستم خارج نشود ، روشهای دیگری از جمله اصطکاک و استهلاک فلزی باعث جذب انرژی ارتعاشی می شوند ، که این به طراحی و جنس فلز رشته بستگی دارد . ولی جذب انرژی ارتعاشی به روشهای فوق ، باعث کار داخلی بر روی نابجایهای موجود در ساختار کریستالی فلز شده ، در نهایت ایجاد ترک خستگی می کند ، شوئیدگی های مشاهده شده در اثر خستگی ناشی از حفاری در بعضی از مناطق به همین دلایل است .

جاذب های انرژی از مکانیزم فنر و دمپر استفاده می کنند . البته در صورتیکه سختی جاذب های انرژی به اندازه کافی نباشد ، قادر به ایفا نقش خود به صورت موثری نبوده ، نمی توانند مقدار قابل ملاحظه ایی از انرژی تولید شده را جذب نمایند ، لذا قسمت بیشتری از انرژی تولید شده به صورت اصطکاک و استهلاک جذب فلزی شده ، باعث ، خستگی و تخریب زود هنگام رشته می شود .

2- کنترل پارامترهای حفاری :  

کی دیگراز راههای مبارزه با ارتعاشات ، کاهش نیروهای خارجی از طریق کنترل پارامترهای حفاری است که عامل تولید ارتعاشی می باشند . کار ناشی از نیروهای دینامیکی هر چه بر واحد زمان بیشتر باشد ، شدت ارتعاشات بیشتر است ، لذا به منظور افزایش عمر رشته حفاری لازم است ، شدت ارتعاشات کاسته شود ،‌همانطور که قبلا ً اشاره شد ، انرژی وارده به رشته حفاری در اثر اندرکنش مته / سازند و رشته / سازند می باشد .

راساس تئوری ارتعاشات ،حداکثر دامنه ارتعاشات در فرکانس طبیعی سیستم اتفاق می افتد ، لذا حفار لازم است ، با توجه به شدت ارتعاشات و نیروهای منتقل شده به سطح اقدامات ذیل الاشاره را معمول دارد .

. کاهش یا افزایش RPM بمنظور فاصله گرفتن از فرکانس طبیعی رشته که مسئله تشدید در سیستم رخ ندهد .

. کاهش یا افزایش وزن روی مته WOB بمنظور کاهش آثار مخرب اندرکنش مته / سازند .

 در صورت امکان بهره گیری از موتور درون چاهی که باعث حذف اندرکنش رشته / سازند شده که یکی از منابع اصلی تولید ارتعاشات حذف می باشد ، ولی باید دانست اگر چه بهره گیری از موتور درون چاهی ، باعث کاهش شدت ضایعات خواهد شد ، ولی موجب حذف کامل ارتعاشات نخواهد شد ، چرا که ارتعاشات ناشی از اندرکنش مته / سازند ، همچنان باقی است .

 در صورت امکان بهره گیری از مته های الماسه بجای مته های سه کاجه بمنظور تغییر مکانیزم حفاری که باعث کاهش شدت ارتعاشات ناشی از درگیری مته / سازند خواهد شد .

گر چه اقدمات فوق باعث کاهش شدت ضایعات وارده به رشته خواهد شد ، ولی تاثیری بر روی ضایعات ناشی از ارتعاشات عرضی نخواهد داشت ، چرا که ارتعاشات عرضی به سطح منتقل نشده و وجود این نوع از ارتعاشات زمانی تشخیص داده می شود که ، ضایعات ناشی ازاین نوع ارتعاشات در سطح مشاهده شود .

ذا در صورت مشاهده ضایعات غیره منتظره در حفاری Top Hole لازم است ، مسئله سریعا‌ً بررسی و اقدامات عاجل مبذول گردد . به هر حال بهترین راه مبارزه با ارتعاشات عرضی بهره گیری از موتور درون چاهی ، بمنظور جلوگیری از لنگ زدن رشته ، درون چاه می باشد .   

3- اندازه گیری شدت و نوع ارتعاشات :  

 

رشته حفاری بطور طبیعی توان تحمل نیروهای استاتیکی و حدی از نیروهای دینامیکی را دارد ، لذا بمنظور کنترل نیروهای دینامیکی در حد توان رشته لازم است ، ارتعاشات رشته در حد قابل تحمل کنترل شوند ، برای کنترل دامنه ارتعاشات در حد توان رشته ، لازم است ، نسبت به اندازه گیری دامنه ارتعاشات اقدام گردد .

امروزه سیستمهای اندازه گیری شدت ارتعاشات چه درون چاهی و چه برون چاهی طراحی شده است .

1- سیستمهای اندازه گیری درون چاهی :

این سیستمها بمنظور حفاظت از تجهیزات حفاری انحرافی و افقی طراحی شده اند ، این تجهیزات بدلیل گرانی و حساسیت بالا ، لازم است در برابر نیروهای دینامیکی ناشی از ارتعاشات محافظ شوند‌، به همین دلیل همراه این تجهیزات از سنسورهای حساس به ارتعاشات استفاده می شود که همواره حین حفاری شدت ارتعاشات را اندازه گیری کرده و بصورت به هنگام اطلاعات را به سطح منتقل می نمایند ، اطلاعات دریافت شده در سطح پس از پردازش به صورت رنگ هایی وضعیت را نشان می دهند ، که آیا شدت ارتعاشات در حد مجاز و قابل تحمل است یا از حد قابل تحمل تجهیزات حفاری افقی بیشتر است ، بدیهی است در این موارد رشته حفاری نیز آسیب نخواهد دید چرا که حد تحمل رشته در برابر نیروهای دینامیکی بیشتر از تجهیزات حفاری افقی و انحرافی است . ولی باید توجه داشت که این روش اندازه گیری بدلیل تکنولوژی و حساسیت از هزینه بالایی برخوردار است ، لذا برای اندازه گیری ارتعاشات بجز در شرایط حفاری انحرافی ، مناسب نمی باشد .  

2- سیستم های اندازه گیری برون چاهی :

این سیستم ها توسط شرکتهای دارای تکنولوژی Mud Logging طراحی و ساخته شده اند ، اگر چه از تکنولوژی پایین تری برخودار بوده و ارزانتر هستند ، ولی از آنجایکه در حال حاضر این سیستم ها ماموریت کنترل چاه در شرایط حفاری مخزن را بر عهده دارند ، اغلب زمانی سر چاه حضور پیدا می کنند که حفاری در مخزن شروع شده باشد ، لذا جهت اندازه گیری و کنترل ارتعاشات رشته در حفاری Top hole  که بیشترین مشکلات را دارند ، کارایی نداشته اند .

لذا با توجه به موارد فوق الذکر بنظر می رسد ، وجود یک سیستم مستقل اندازه گیری که قادر باشد ، پارامترهای لازم را اندازه گیری ،‌تحلیل و نمایش دهد برای حفاری در مناطق شناخته شده و مشکل زاء در حفاری Top Hole لازم باشد ، ولی تا زمان تجهیز دستگاههای حفاری به این سیستم ، لازم است ، برای حفاری در مناطق شناخته شده و مشکل زاء از امکانات موجود بر روی دستگاه های حفاری ، استفاده نمود .

 تشخیص ارتعاشات محوری و پیچشی ، از روی نوسانات وزن نما و گشتاور سنج ممکن است ، و آثار این ارتعاشات بخوبی توسط حفار و کارکنان روی دستگاه قابل تشخیص است .

ارتعاشات عرضی اغلب به سطح منتقل نشده و از روی نشاندهندهای سطحی و کارکنان روی دستگاه قابل تشخیص نیست ، ولی از روی تاثیرات آن بر روی رشته حفاری می توان تشخیص داد،  ارتعاشات عرضی باعث لنگ زدن رشته شروع شده و در حالت شدید ، رشته با دیواره چاه تماس پیدا کرده ، دچار سایش می شود و باعث کاهش ضخامت لوله در ناحیه ابزار پیوند می شود،  لذا چنانچه سایش روی ابزار پیوند و یا ضایعات غیر منتظره در حفاری Top Hole مشاهده شود ، لازم است ، موضوع سریعا ً بررسی شده واقدامات احتیاطی مبذول گردد .   

4- طراحی دینامیکی رشته حفاری :  

در استاندارد های موجود ، رشته حفاری براساس نیروهای استاتیکی طراحی شده است ، طراحی رشته حفاری براساس نیروهای دینامیکی بسیار پیچیده است و می بایست توسط نرم افزارهای نوشته شده ، صورت پذیرد . رشته های حفاری موجود دراغلب موارد از استحکام و مقاومت کافی برخوردار می باشند ، تنها در مواردی که شدت ارتعاشات بسیار بالا باشد ،  رشته تسلیم شده و ضایعات وارده زیاد می شوند ، در چنین مواردی ، لازم است ، با توجه به مطالب فوق الذکر نسبت به کنترل نیروهای دینامیکی اقدام نمود .

از آنجائیکه نیروهای ارتعاشی از پایین به بالا منتقل می شوند ، لذا کاهش ضریب انتقال و جذب انرژی ارتعاشات ، باعث کاهش ضایعات وارده به رشته می شود . به همین منظور استفاده از تجهیزات جاذب ارتعاشات ، بسیار موثر است .

هر گونه تغییر ناگهانی در سطح مقطع رشته نقطه ضعیفی است ، که باعث تمرکز انرژی ارتعاشی در رشته می شود ، لذا بهره گیری از لوله های حفاری سنگین بالای بی . اچ . آ همواره می تواند باعث کاهش ضایعات وارده به رشته شود .

بمنظور بررسی دقیق نقاط ضعف رشته حفاری از نرم افزار شبیه ساز استفاده   می شود ،‌این نرم افزارها قادرند سطح تنش هر نقطه را با توجه به نیروهای وارده محاسبه نمایند .  

5- دوره بازرسی رشته حفاری :    

هدف اصلی از باررسی لوله ها یافتن ترکهای خستگی است ، چنانچه ترکهای ناشی از خستگی به اندازه ایی رشد کرده باشند ، که بتوان با دستگاه های بازرسی آنها را تشخیص داد ، بالغ بر 80% عمر خستگی لوله مصرف شده است ، به همین دلیل به محض تشخییص ترک خستگی توسط دستگاههای بازرسی لوله از رده خارج می شود .

اگر بدلیل عدم دقت دستگاه و یا اشتباه اپراتور ترک تشخیص داده نشود ،‌در اثر ادامه حفاری ترک رشد کرده و باعث سوراخ شدگی لوله می شود ، اگر بدلیل عدم تشخیص افت فشار ناشی از سوراخ شدگی لوله ، حفاری ادامه پیدا کند،  سوراخ رشد کرده و باعث قطع رشته می گردد .

ترکهای خستگی همواره از سطح شروع شده و بداخل رشد می کنند ، تخمین زده شده هزینه شکست لوله 10 برابر سوراخ شدگی است و هزینه ناشی از رده خارج کردن لوله طی فرآیند ، بازرسی بمراتب کمتر از سوراخ شدگی لوله ، طی فرآیند حفاری است ، بنابراین اگر فرآیند بازرسی به صورت دقیق و بموقع انجام پذیرد ،باعث کاهش هزینه های حفاری خواهد شد .