لوله جدار چاه چیست؟ (بررسی ویژگی های آن)

لوله جدار چاه، لوله‌ای با قطر بزرگ است که مونتاژ شده و در قسمتی از چاه که اخیراً حفر شده، وارد می‌شود و معمولاً با سیمان در جای خود نگه داشته می‌شود.

در مراحل برنامه ریزی یک چاه، یک مهندس حفاری، معمولاً با نظرات زمین شناسان، اعماق استراتژیک را انتخاب می‌کند که در آن چاه باید با لوله محافظت شود تا حفاری بتواند به عمق مطلوب برسد.

در این مقاله به بررسی موارد زیر خواهیم پرداخت:

• لوله جدار چاه چیست؟
• ویژگی‌های لوله جدار چاه چیست؟
• ویژگی‌های مقاومتی لوله جدار چاه چیست؟
• انواع لوله جدار چاه
• نحوه کارکرد لوله جدار چاه
• نحوه تثبیت لوله جدار چاه

1# لوله جدار چاه چیست؟

لوله جدار چاه، لوله‌ای است که سوراخ حفرشده چاه را می‌پوشاند.

این لوله معمولاً از فولاد، فایبرگلاس یا PVC ساخته شده و به عنوان جزء ساختاری اولیه چاه عمل می‌کند و برای حفظ پایداری، جلوگیری از ریزش دیواره چاه و محافظت در برابر آلاینده‌های خارجی ضروری است.

لوله جدار چاه در حین حفاری نصب می‌شود و از سطح زمین تا کف چاه امتداد دارد.

لوله جدار چاه طراحی شده تا در برابر فشار بالا مقاومت کرده و یک مسیر مهر و موم شده برای جریان آب برای رسیدن به سطح فراهم کند.

1-1# مواد مورد استفاده در لوله جدار چاه چیست؟

از جمله موادی که برای ساخت لوله جدار چاه استفاده می‌شوند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• PVC
• فولاد
• فایبر گلاس

که در این بخش آنها را با هم مقایسه خواهیم کرد.

	پی وی سی	فولاد	فایبرگلاس
قدرت	مقاومت کم در برابر ریزش، استفاده محدود در چاه‌های عمیق	مقاومت بالا در برابر ریزش، مناسب برای چاه‌های عمیق	معادل فولاد نسبت به وزن، مناسب برای چاه‌های عمیق
خوردگی	بدون خوردگی، سطح داخلی صاف از رشد باکتری جلوگیری می‌کند.	خوردگی در طول زمان به دلیل واکنش‌های گالوانیکی، زنگ زدگی و باکتری‌های آهن، سطح زبر شده زمینه رشد باکتری‌ها را فراهم می‌کند.	بدون خوردگی، سطح داخلی صاف از رشد باکتری جلوگیری می‌کند.
نصب و راه اندازی	نصب آسان‌تر، نیروی کار کمتری مورد نیاز است.	نصب سخت‌تر، کار بیشتر مورد نیاز است.	مشابه PVC، نیروی کار کمتری مورد نیاز است.
هزینه	ارزان‌تر	گران تر	مشابه PVC، هزینه کمتری دارد.
دما	حساس به دماهای شدید	مقاوم در برابر دمای شدید	مقاوم در برابر دمای شدید
قرار گرفتن در معرض اشعه ماورای بنفش	در مقابل نور خورشید تخریب می‌شود مگر این که از پوشش محافظ استفاده شود.	بدون تخریب در نور خورشید	بدون تخریب در نور خورشید

2# ویژگی های لوله جدار چاه چیست؟

هنگامی که اندازه پوشش و عمق تنظیم انتخاب شد، بارهایی که روی لوله جدار چاه اعمال شده، محاسبه می‌شود.

با توجه به این بارها، ویژگی‌های لوله جدار چاه انتخاب می‌شوند.

لوله جدار چاه از نظر موارد زیر طبقه بندی می‌شود:

• قطر خارجی یا اندازه
• وزن
• درجه
• نوع اتصال

1-2# اندازه بدنه

اندازه پوشش یا قطر خارجی مفصل پوشش نیز از 11.5 تا 91.5 سانتیمتر متغیر است.

اندازه بدنه محدود به اندازه‌های استاندارد بوده که در بازار موجود هستند.

2-2# وزن بدنه

مفصل لوله جدار چاه با وزن بدنه مشخص شده که به عنوان وزن در هر متر داده می‌شود.

قطر داخلی یک مفصل لوله جدار چاه را طراحی و محدود کرده است؛ اما این قطر می‌تواند هنگام ساخت اتصال کمی متفاوت باشد.

حداقل قطر داخلی تضمین شده قطر رانش نامیده شده که هنگام برنامه ریزی برای عملیات بعدی مهم است. (مثلاً بیت حفاری که برای سوراخ کردن بخش بعدی اجرا می‌شود، باید کمتر از قطر دریفت باشد.)

3-2# طول مفصل لوله جدار چاه

طول لوله جدار چاه توسط API در سه محدوده استاندارد شده است:

• برد 1: 670 سانتیمتر
• برد 2: 945 سانتیمتر
• برد 3: 1280 سانتیمتر

متداول‌ترین محدوده، برد 2 بوده؛ اما ساخت لوله جدار چاه در طول دقیق غیرممکن است، بنابراین اندازه گیری هر مفصل لوله هنگام دریافت پوشش در محل دکل و ثبت طول کل در جدول اندازه گیری مهم خواهد بود.

اندازه گیری از بالای مفصل تا انتهای پین گرفته می‌شود.

4-2# درجه لوله جدار چاه

در طول فرآیند تولید لوله جدار چاه، انواع فرآیندهای درمانی را می‌توان انجام داد و با توجه به فرآیندی که روی فولاد اعمال می‌شود، اتصال لوله جدار چاه خواص فیزیکی خود را می‌گیرد.

پوشش در درجات طبقه بندی شده است. هر درجه با یک حرف و یک عدد نشان داده می‌شود.

حرف مربوط به ترکیب شیمیایی و عدد برای حداقل قدرت تسلیم است.

5-2# اتصالات

اتصالات لوله جدار چاه با استفاده از یک اتصال رزوه ای به یکدیگر متصل می‌شوند.

این اتصالات رزوه‌ای به صورت زیر طبقه بندی می‌شوند:

• ضد گاز
• مهر و موم فلز به فلز
• پریمیوم

مفاصل بدنه در هر انتها به صورت خارجی رزوه شده و سپس اتصالات توسط کوپلینگ‌هایی که به صورت داخلی رزوه می‌شوند به یکدیگر متصل خواهند شد.

در محل دکل، پوشش با کوپلینگ‌های نصب شده تحویل داده می‌شود.

انواع استاندارد رزوه‌ها عبارت اند از:

• اتصال رزوه کوتاه STC
• اتصال رزوه بلند LTC
• اتصال رزوه پایه BTC

برای عملکرد بهتر آب بندی هنگام اجرای یک رشته لوله جدار چاه، برخی از اقدامات لازم عبارت اند از:

• گشتاور آرایشی مناسبی را که سازنده تعیین می‌کند، اعمال کنید.
• قبل از اجرای پوشش، نخ‌ها را تمیز کنید.
• از نخ مناسب استفاده و بررسی کنید که آیا اتصالات دارای همان نوع نخ هستند یا خیر.
• ریسمان پوشش باید قبل از سوراخ کردن بخش بعدی برای یکپارچگی فشار آزمایش شود.

3# ویژگی‌های مقاومتی لوله جدار چاه چیست؟

برای طراحی بدنه، سه بار اصلی وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند و عبارت اند از:

• قدرت تسلیم
• فشار فروپاشی
• فشار ترکیدگی

سناریوهای زیادی باید برای طراحی بدنه به روشی واقع بینانه برای ارزیابی ریسک، یکپارچگی و همچنین برای هزینه یابی تصور شود.

1-3# قدرت تسلیم

استحکام تسلیم به عنوان تنش کششی تعریف شده که باعث ایجاد کشیدگی 0.5 درصد در واحد طول نمونه لوله جدار چاه می‌شود.

این مقدار با توجه به آلیاژ فولادی مورد استفاده برای ساخت اتصال لوله‌ها متفاوت است.

کوپلینگ‌ها همچنین دارای قدرت تسلیم خود بوده که می‌تواند بیشتر یا کمتر از مقاومت تسلیم بدنه اصلی باشد.

سازنده، داده‌هایی را برای هر دوی بدنه اصلی و کوپلینگ ارائه می‌دهد.

2-3# قدرت فروپاشی

این قدرت به عنوان حداکثر نیروی خارجی که پوشش را خرد می‌کند، تعریف می‌شود.

این امر می‌تواند، زمانی اتفاق بیفتد که فشار پشت بدنه بیشتر از فشار داخل آن باشد.

فشار خارجی تمایل دارد که مفصل پوشش را به سمت داخل خرد کند.

فشار فروپاشی بسته به شرایط می‌تواند متفاوت باشد.

طراحی برای یک محفظه خالی، ورود سیال یا نمک متحرکی که می‌تواند به سمت لوله جدار چاه جریان یابد، فشارهای فروپاشی متفاوتی ایجاد می‌کند.

به همین دلیل مهم است که هر موقعیتی را که می‌توان در طول عملیات با آن مواجه شد در نظر گرفت.

طبق آزمایشاتی که انجام شده، سیمان کاری، مقاومت در برابر فروپاشی پوشش را بهبود می‌بخشد.

سیمان کاری در بسیاری از موارد برای یکپارچگی چاه مهم است.

ایجاد فضای خالی بین سازه و لوله جدار چاه می‌تواند به عنوان مثال به نمک اجازه دهد تا آزادانه به سمت پوشش حرکت کرده و آن را فرو بریزد.

3-3# قدرت ترکیدگی

هنگامی که فشار داخلی بیشتر از فشار خارجی باشد، لوله جدار چاه ممکن است، بشکند.

فشار حاصل، تمایل به تغییر شکل مفصل لوله به سمت خارج دارد. اگر گاز از تشکیلات با فشار بالا ناشی شود، فشار ترکیدگی بیشتر است.

اگر اجازه داده شود که گاز در چاه بسته به سطح منتقل شود، فشار بیشتر خواهد بود؛ زیرا گاز نمی‌تواند منفجر شود و فشار کاهش نمی‌یابد که فشار هیدرواستاتیک بیشتری را اضافه می‌کند.

علاوه بر این بارگذاری‌ها، بدنه باید در برابر انواع دیگر بارگذاری‌هایی که باید در مرحله طراحی در نظر گرفته شوند، مقاومت کند:

• میزان خم شدن در چاه‌های دارای خم
• دما در چاه‌های با دمای بالا
• خوردگی در حضور سولفید هیدروژن H2S و دی اکسید کربن CO2
• بارگذاری دو محوری هنگام گرفتن ترکیب بارگذاری

4# انواع لوله جدار چاه

در این بخش به بررسی انواع لوله جدار چاه خواهیم پرداخت.

1-4# لوله هادی

بیرونی‌ترین لایه لوله پوشش، لوله جدار چاه هادی است.

اتصالات لوله جدار چاه هادی معمولاً 1219 سانتیمتر طول دارند؛ اما فقط در بالاترین سطوح چاه (معمولاً 1219 – 9144 سانتیمتر عمق) استفاده می‌شوند.

این بخش لوله از آلودگی خاک اطراف و مناطق آب زیرزمینی و آب شیرین جلوگیری کرده و همچنین، خطر ریزش دیواره‌های چاه را به حداقل می‌رساند.

لوله هادی گاهی اوقات لوله محرک نامیده می‌شود؛ زیرا می‌توان آن را با یک درایور شمع در بسیاری از محیط‌ های دریایی تنظیم کرد یا به سادگی وارد یک سوراخ از قبل حفر شده و سیمان کرد.

2-4# لوله پوشش سطحی

دومین لوله فولادی با قطر بزرگ، لوله جدار چاه سطحی است که می‌تواند، چندین هزار متر طول داشته باشد.

لوله جدار چاه سطحی به سطح سیمان می‌شود و مناطق آب شیرین را می‌پوشاند که به جلوگیری از آلودگی در حین حفاری و تکمیل چاه کمک می‌کند.

علاوه بر این، لوله جدار چاه سطحی به تقویت دیواره‌های چاه کمک کرده و وزن سایر بخش‌های جدار چاه (به استثنای آستر تولید) را تحمل می‌کند.

لوله سطحی همچنین به عنوان پایه‌ای برای جلوگیری از انفجار عمل کرده و مقاومت در برابر ضربه را برای حفاری عمیق تر فراهم می‌کند.

3-4# لوله پوشش میانی

لوله جدار چاه میانی بین روکش سطحی و لوله جدار چاه تولیدی قرار می‌گیرد تا بخش‌هایی از سوراخ باز (نواحی بدون محفظه چاه) را جدا کرده و عمق مطلوب چاه را امکان ‌پذیر کند.

لوله جدار چاه میانی برای رفع نواحی پرفشار اطراف یا محافظت در مناطق غیرعادی ضعیف کار می‌کند.

بسته به شرایط سوراخ چاه، این نوع لوله ممکن است، دارای فشار بالاتری نسبت به لوله جدار چاه دیگری باشد.

لوله پوشش میانی همچنین، برای جداسازی بخش‌های سوراخی که برای انحراف چاه در نظر گرفته شده‌اند، مهم است.

4-4# لاینر تولید

آسترها به عنوان یک لوله جدار چاه کم هزینه استفاده می‌شوند.

آسترها به جای روی سطح، از پایین لوله جدار چاه قبلی آویزان می‌شوند.

آنها ممکن است به جای پوشش کامل تولید برای ایجاد ایزوله در مناطق پرداختی، اجرا شوند.

5-4# لوله پوشش تولید

لوله جدار چاه تولیدی که گاهی به آن رشته نفت نیز می‌گویند، زمانی که لوله حفاری به شکل هدف خود رسید، در عمق چاه قرار می‌گیرد و می‌تواند در بالا، پایین یا در منطقه پرداخت قرار بگیرد.

کمی از چاه‌ها قادر به تولید مستقیم از طریق لوله جدار چاه هستند.

سیالات تولیدکننده، نفت یا گاز طبیعی، رسوباتی داخل لوله ایجاد می‌کنند، بنابراین یک لایه پوشش اضافی برای استخراج نفت یا گاز طبیعی از منطقه پرداخت ضروری است.

اگر قرار است، چاه در مرحله بعدی عمیق ‌تر حفر شود، لوله جدار چاه تولیدی باید به اندازه ‌ای بزرگ باشد که یک مته بتواند از آن عبور کند.

6-4# لوله تولید

در صورتی که چاه نتواند از طریق لوله پوششی تولیدی ساخته شود، لوله‌های تولید فولاد در آخرین رشته پوشش نصب می‌شوند.

لوله‌های تولیدی سبک ‌تر از لوله‌های پوشش فولادی هستند و می‌توان آنها را با استفاده از یک دکل سرویس کوچک، جدا و دوباره راه ‌اندازی کرد و کار تعمیر و نگهداری یا تعویض را بسیار آسان‌ تر می‌کند.

لوله تولید، مجرایی است که از طریق آن نفت، گاز طبیعی و آب از مناطق پرداخت به سطح برای پردازش آورده می‌شود و باید با دقت انتخاب شود؛ لوله‌هایی که خیلی باریک هستند، نرخ تولید بهینه را کاهش می‌دهند؛ اما لوله‌هایی که بیش از حد بزرگ هستند، هزینه‌ها را برای طراحی کلی بدنه چاه افزایش می‌دهند (به یاد داشته باشید که همه لوله های جدار چاه داخل یکدیگر قرار می‌گیرند).

7-4# انواع لوله جدار چاه از نظر جنس

لوله جدار چاه از مواد گوناگون و در اندازه‌های مختلفی وجود دارند که هر کدام برای رفع نیازها و کاربردهای خاص طراحی شده‌اند.

رایج‌ترین مواد عبارت اند از:

• لوله فولادی کربنی: لوله فولادی کربنی که به دلیل استحکام و دوام خود شناخته شده، به صورت گسترده در لوله جدار چاه در صنایعی مانند نفت و گاز استفاده می‌شوند.
  این لوله‌ها می‌توانند، فشار بالا و محیط‌های سخت را تحمل کنند.
• لوله فولادی ضد زنگ: با مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، لوله‌های فولادی ضد زنگ معمولاً در جدار چاه‌هایی که در معرض رطوبت و مواد شیمیایی هستند، استفاده می‌شوند.
• لوله پی وی سی: لوله‌های پی وی سی سبک و مقاوم در برابر خوردگی بوده و اغلب برای جدار چاه‌های کم عمق یا خانگی ترجیح داده می‌شوند.
• لوله‌های پوششی: UPVC لوله‌های UPVC (پلی‌وینیل کلرید غیرپلاستیک) با مزایای مشابه PVC، استحکام را افزایش داده‌ و برای کاربرد در جدار چاه‌های عمیق مناسب هستند.

5# نحوه کارکرد لوله جدار چاه

هنگامی که یک چاه حفر شد، اگر قرار است به یک چاه تولیدی تبدیل شود، چاه باید تکمیل شود.

در حالی که حفاری چاه تشکیلات سنگی را قطع می‌کند و به مهندسان حفاری اجازه می‌دهد تا به مخزن زیر برسند، طرف‌های خام چاه نمی‌توانند، خود را نگه دارند.

مانند استخوان‌های ستون فقرات شما که از طناب نخاعی محافظت می‌کند، لوله جدار چاه، لوله‌ای است که داخل چاه حفر شده برای محافظت و حمایت از جریان چاه قرار می‌گیرد.

علاوه بر ایجاد تثبیت و جلوگیری از فرورفتگی کناره‌های چاه، لوله جدار چاه از جریان چاه در برابر آلاینده‌های بیرونی و همچنین مخازن آب شیرین از ورود نفت یا گاز، محافظت می‌‌کند.

همچنین به عنوان لوله تنظیم، لوله جدار چاه شامل اجرای لوله فولادی داخل چاهی بوده که اخیراً حفر شده است.

فضای کوچک بین پوشش و طرف‌های تصفیه نشده چاه با سیمان پر شده تا لوله جدار به صورت دائم در جای خود ثابت شود.

1-5# لوله جدار یک چاه

لوله جدار چاه در بخش‌ها یا اتصالاتی ساخته می‌شود که به هم پیچ می‌شوند تا طول بیشتری را تشکیل داده که به آن رشته‌های پوششی می‌گویند.

هر انتهای مفصل پوشش دارای رزوه‌های نری است که توسط کلاهکی به نام محافظ رزوه محافظت می‌شود.

سپس کوپلینگی که از یک لوله فولادی استوانه ای کوتاه تشکیل شده و قطر آن کمی بزرگتر از اتصالات بوده و دارای رزوه‌های مادگی است، برای اتصال دو انتهای مفصل نری استفاده می‌شود.

برای اطمینان از مهر و موم محکم از ترکیب نخ در دو سر استفاده می‌شود.

لوله جدار از کف دکل اجرا شده، هر بار توسط آسانسورهای محفظه روی بلوک متحرک به هم متصل می‌شوند و به رشته پوشش قبلی که در چاه قرار داده شده، ضربه می‌زند.

انبرهای پوششی که بالای کف مته آویزان شده اند، هر مفصل پوشش را به رشته پوشش می‌پیچند.

هنگامی که وزن رشته محفظه به آویزهای پوششی که در بالای چاه قرار دارند و از لغزش یا نخ برای آویزان کردن بدنه در چاه استفاده می‌کنند، به داخل چاه کشیده می‌شود.

یک بخش گرد از لوله با یک سوراخ باز در انتهای آن به اولین رشته پوشش متصل شده تا بخش‌های جدار لوله را در اجرای پوشش به داخل چاه هدایت کند.

به‌ علاوه، در قسمت بیرونی بدنه، سانترایزرهای فنرمانندی به آنها متصل شده تا به قرارگیری رشته‌های پوششی در مرکز چاه کمک کنند.

پس از اجرای محفظه و قبل از سیمان کاری چاه، مته استفاده شده از طریق یک رشته حفاری وارد چاه شده و سپس مایع حفاری برای مدت معینی به گردش در می‌آید تا قلمه‌های باقیمانده از چاه خارج شود.

سپس یک دوغاب سیمان به داخل چاه پمپ شده و اجازه می‌دهد تا سخت شود. پس از سفت شدن سیمان، کف چاه حفاری شده و روند تکمیل ادامه می‌یابد.

6# نحوه تثبیت چاه توسط لوله جدار چاه

لوله جدار چاه، نوعی لوله است که در ساخت چاه‌ها به ویژه در صنعت نفت و گاز استفاده می‌شود.

درست مانند لوله مته، لوله جدار چاه نیز می‌تواند، کشش محوری را تحمل کند.

این یک لوله با قطر بزرگ است که در یک بخش حفر شده وارد شده و با سیمان در جای خود نگه داشته می‌شود.

بدنه، تحت کشش محوری وزن خود، فشار خارجی سنگ‌های اطراف آن و فشار داخلی سیال تصفیه کننده، قرار دارد.

هنگامی که به خوبی در جای خود سیمان شده است، فرآیند حفاری به روش‌های زیر کمک می‌شود:

• پشتیبانی سازه: روکش رشته مته را می‌چسباند و از فرورفتن ساختار ناپایدار بالایی جلوگیری کرده، یکپارچگی ساختاری چاه را فراهم کرده و از فروریختن آن در حین حفاری و تولید جلوگیری می‌کند.
• ایزوله: از آلودگی منطقه چاه آب جلوگیری کرده، سازندهای مختلف زمین شناسی را جداسازی می‌کنند تا از انتقال سیالات بین آنها جلوگیری شود.
  این امر برای حفظ یکپارچگی چاه و حفاظت از منابع آب زیرزمینی بسیار مهم است.
• حفاظت: پوشش، یک سوراخ داخلی صاف برای نصب تجهیزات تولید فراهم کرده، چاه را در برابر آلودگی‌های خارجی و عوامل محیطی محافظت کرده و تضمین می‌کند که منابع استخراج شده بدون آلودگی باقی می‌مانند. همچنین، مناطق پرفشار را از سطح می‌بندد و از هدر رفتن سیال در مناطق تولید جلوگیری می‌کند.
• تسهیل در تولید: لوله جدار چاه، امکان نصب لوله‌های تولید و سایر تجهیزات لازم برای استخراج نفت یا گاز از چاه را فراهم می‌کند.

لوله جدار چاه معمولاً از فولاد ساخته شده و در اندازه‌ها و درجه‌های مختلفی تولید می‌شوند، بسته به نیازهای خاص چاه و شرایطی که با آن مواجه می‌شود.