آویزه آستری

آشنایی با آویزه آستری

مقدمه

از همان زمان که اولین چاه‌های نفت جهت استخراج این ماده گران‌بها زده شد، متخصصین و مهندسان این رشته دست به تحول در ابزار و وسایل مورد استفاده در این نوع عملیات زدند و با طراحی وسایل و ادوات مربوطه، امکان حفر چاه را در هر شرایطی مهیا ساختند. به طوری که هم‌اکنون حفر چاه چه در خشکی و چه در دریا و چه به صورت مستقیم (عمودی) و یا به صورت انحرافی (افقی) وجود دارد.

تنوع و کثرت این ادوات به حدی رسید که استانداردهای متعدد و مخصوص نفت تشکیل گردید مانند (ANSI, ASTM, ASME, API و…) طراحی و ساخت انواع ادوات (equipments) از جمله لوله‌های جداری (casing) لوله‌های استری (liners) مته‌ها (Rock Bit)، لوله‌های حفاری (Drill Pipe) و… همه در جهت تسهیل در امر حفاری و برداشت بیشتر از مخازن نفتی می‌باشد.

یکی از ادواتی که طی چند سال گذشته توانسته صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌های حفاری چاه ایجاد نماید آویز آستری (Liner Hanger) می‌باشد که در این کتابچه تا حدودی به معرفی آن می‌پردازیم.

تعريف

آویزه آستری (Liner Hanger) ابزاری است که به وسیله آن می‌توان طول استفاده از لوله‌های جداری (Casing) را کاهش داد؛ یعنی با استفاده از لوله‌های آستری (Liners) و اتصال آن به دیواره داخلی آخرین رشته لوله جداری (Casing) مقدار قابل توجهی از لوله‌های جداری و سیمان‌کاری اطراف لوله‌ها کاهش می‌یابد.

هدف

در هنگام حفاری چاه و بعد از هر مرحله مته‌کاری نیاز است که دیواره چاه که به علت متخلخل بودن امکان ریزش و یا خروج ماده نفتی و یا حتی ورود آب به دهانه چاه را دارد، توسط لوله‌هایی که به جداری (Casing) معروف هستند پوشش داده و پس از آن سیمان‌کاری در اطراف آن می‌گردد.

همین کار یعنی پوشش جداره توسط لوله جداری و سیمان‌کاری در هر مرحله از حفر چاه وجود دارد که باید تا سر چاه ادامه پیدا کند و این یعنی تحمل هزینه بالا جهت تأمین لوله‌های جداری و سیمان با استفاده از آویزه آستری (Liner Hanger) در سایزهایی از حفاری که بتوان آن را نصب کرد می‌توان مقدار لوله‌های جداری را کاهش داد.

برای بهتر روشن شدن مطلب مثالی را بیان می‌داریم.

در مرحله اول حفاری معمولاً با مته ۲۶ تا حدود ۵۰۰ متر مته‌کاری می‌شود؛ سپس لوله ۲۰ جداری و بعد سیمان‌کاری.

مرحله بعدی مته و به طول مثلاً ۱۰۰۰ متر مته‌کاری می‌شود. حال نیاز به ۱۰۰۰ متر لوله است که با آن ۵۰۰ متر اولیه می‌شود ۱۵۰۰ متر لوله و سیمان‌کاری.

در مرحله سوم مته و به طول مثلاً ۲۰۰۰ متر لوله و سیمان‌کاری که نیاز به ۲۰۰۰ متر لوله جداری اینچ می‌باشد که مجموعاً می‌شود ۳۵۰۰ متر لوله و سیمان‌کاری.

حال ببینید وقتی که تا عمق مثلاً ۴۰۰۰ متری و در چند مرحله تا لوله ۵ برسد چه مقداری لوله جداری و سیمان نیاز است. (شکل زیر)

برای حل این مشکل از آویزه آستری (Liner Hanger) استفاده می‌شود. هم‌اکنون از آویزه‌های آستری در اندازه به بعد استفاده می‌شود؛ یعنی معمولاً بعد از نصب لوله جداری از یک آویزه آستری و لوله آستری بعد از مته‌کاری توسط مته مورد استفاده قرار می‌گیرد.

لاينرهنگر در جداره داخلی آخرین رشته لوله جداری نصب و قفل (Hang) می‌شود و دیگر نیازی نیست که لوله تا سر چاه ادامه پیدا کند. بعد از عمل سیمان‌کاری ادامه مته‌کاری تا عمق پایین‌تر و استفاده از یک آویزه‌ی آستری با قطر كمتر مثلاً در آستری . (شکل روبرو)

انواع آویزه آستری

معمولاً آویزه‌های آستری در دو نوع مکانیکی و هیدرولیکی ساخته می‌شوند.

1- آویزه آستری مکانیکی Mechanical set Liner Hanger

نوع مکانیکی همان‌طور که از نام آن پیدا است بر اثر یک عمل مکانیکی نصب می‌گردد و بیشتر در چاه‌هایی استفاده می‌شود که عملیات حفاری چاه تقریباً به صورت مستقیم عمودی باشد. این نوع آویزه آستری خود از نظر نصب به چند گروه تقسیم می‌گردد.

1- از نظر تعداد کفشک (Slip)

الف- یک ردیفه

ب- دو ردیفه

2- از نظر شیار قفل کننده

الف- شیار j شکل با گردش

ب- شیار جناغی با گردش

٣- از نظر نوع استفاده

الف- برای عملیات سبک

ب- برای عملیات متوسط

ج- برای عملیات سنگین

طریقه نصب Setting

بر روی یک آویزه آستری مکانیکی کشابی وجود دارد که روی آن کشاب کفشک‌ها (Slips) نصب شده‌اند و در آن شیاری همانند j (حرف انگلیسی) ایجاد شده است بعد از قرار گرفتن آویزه در محل خود توسط فنرهای تعادل در میانه لوله جداری قرار می‌گیرد.

با چرخش حدوداً گردش آویزه، پینی که درون شیار حرکت می‌کند از محل قفل حرکت کرده و باعث حرکت طولی کشاب می‌شود. حال با رها شدن لوله آستری به پایین، وزن لوله باعث می‌شود که کفشک‌ها (Slips) روی قسمت مخروطی انتهای آویزه حرکت کرده و در جداره داخلی لوله بزرگ‌تر نفوذ کرده و باعث قفل شدن (Hanging) آستری در محل خود گردد.

مزایای آویزه آستری مکانیکی

عمل نصب فقط با گردش به چپ یا راست مهیا می‌شود.
در هنگام لوله جداری خیلی سریع به طور اتومات Rejay می‌شود.
ساختمان یک تکه و بدون جوشی دارد.
از بروز نشتی به بالا جلوگیری می‌نماید.
در نوع دوبل مخروطی تحمل بار بسیار زیادی را می‌نماید.
عملیات سیمان‌کاری را به راحتی امکان‌پذیر می‌سازد.
از همه مهم‌تر نیازی به ادامه لوله‌های جداری و آستری تا بالای چاه نمی‌باشد.

آویزه آستری هیدرولیکی Hydraulic Liner Hanger

این نوع آویزه به علت استفاده از نیروی هیدرولیک جهت نصب در لوله جداری نیازی به چرخش ندارد ودر راستای لوله‌های آستری قرار می‌گیرد. این نوع آویزه بیشتر در چاه‌هایی که چاه به صورت انحرافی و یا افقی حفر می‌شود مورد استفاده قرار می‌گیرد.

وجود یک فنر قوی استیل در پشت پیستون باعث می‌شود که تا زمانی نیاز به قبل‌شدن کفشک‌ها (Slips) در بدنه‌ جداری داخلی نمی‌باشد پیستون در حالت خود باقی بماند با قرار گرفتن آویزه آستری در محل قفل شدن با استفاده از فشار گل حفاری که توسط lending colier در پشت پیستون به وجود می‌آید.

نیروی قوی‌تر از نیروی فنر به وجود می‌آید و باعث حرکت کفشک‌ها (Slips) روی قسمت مخروطی می‌شود. کفشک‌ها در جداره‌ی داخلی نفوذ کرده و باعث آویزان شدن آستری (Liners) می‌شود.

مزایای آویزه‌ آستری هیدرولیکی

1- آویزه‌های هیدرولیکی در چاه‌های انحرافی راحت‌تر از آويزه‌های آستری مکانیکی نصب می‌شوند.

2- هیچ‌گونه اصطکاکی ایجاد نمی‌کنند، بنابراین احتیاجی به فنر جارویگر جهت خرد کردن زائدها هنگام ورود بوش‌هایی که قبلاً تنظیم شده‌اند به درون چاه را ندارد.

3- در سکوهای حفاری شناور به طور دلخواه استفاده می‌شوند به طوری که فنرهای فولادی آن‌قدر محکم هستند که آویزه‌ها امکان تنظیم مجدد و آزاد شدن را در صورت نیاز به وجود می‌آورند.

4- جنس کفشک‌ها نیتراته شده و به خوبی سخت می‌باشند و به طوری که به خوبی در جداره داخلی لوله نفوذ می‌کند.

کاربرد لابنرها

لاینرها به منظور آب‌بندی چاه به کار می‌روند که زیررشته بلندی از لوله جداری میانی قرار می‌گیرد، بنابراین با استفاده از لاینر موارد زیر محقق می‌گردد.

1- ایجاد مجرای فلزی به منظور حفاری در عمق بیشتر و سرعت عمل و تسهیل عملیات حفاری

2- کنترل آب و گاز و نیز جلوگیری از ریزش چاه در اثر فشار لایه‌های زمین

3- محافظت در مقابل نیروی ناشی از نواحی پرفشار به هنگام عملیات حفاری

4- تکمیل چاه به طوری که به تجهیزات سرچاهی نیروی کمتری وارد شود.

5- تسهيل عمليات سیمان‌کاری

6- جلوگیری از اتلاف گل حفاری

7- امکان حفاری با استفاده از رشته‌هایی که قطرشان با افزایش عمق کاهش می‌یابد.

8- افزایش کنترل چاه به هنگام عملیات حفاری

9- عمیق‌تر کردن جاده‌های قدیمی

سیستم لاینرهنگر شامل مجموعه زیر می‌باشد

1- لاینر ستینگ تولز (Liner Setting Tools)

لاینرستینگ تولز تشکیل شده از Tie back + LG که درون چاه رانده شده.

باعث محافظت لوله جداری میانی در مقابل خوردگی می‌شود.
ایجاد مقاومت بیشتر در مقابل Collapse stress ناشی از فشارهای بیش از حد می‌کند.
آب‌بندی و خارج کردن لاینری که از آن گاز نشت می‌کند.

2- Liner swivel (کلاچ آستری)

لاینرسویول در واقع کلاچ مکانیکی است و موقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد که لاینر طول نسبتاً بلندی داشته باشد و یا هنگامی که عملیات حفاری انحرافی انجام می‌شود.

لاینرسویول باعث می‌شود تا به هنگام نصب کردن آویزه (Hanger) فقط setting tools و Liner Hanger دوران کند و قسمت‌های تحتانی سویول و در نتیجه رشته زیر آن دوران نکند. در ضمن اگر آویزه (Hanger) نصب نشود مکانیزم کلاچ آن باعث آزاد شدن وزن Setting String می‌شود.

در نتیجه در اثر دوران راست‌گرد کلاچ درگیر شده و setting آزاد می‌گردد.

3-Liner landing collar

لاینر لاندینگ کالر معمولاً یک اتصال بالاتر از Shoe رانده می‌شود، لندینگ کالر در واقع نشیمنگاهی برای Liner wiper plug است و چفت داخلی تکیه‌گاهی برای وام Wiper و Pump down plug می‌باشد.