What role do mud tanks play in the drilling fluid circulation system?

في عملية استكشاف وتطوير النفط والغاز، تُعدّ عمليات الحفر الحلقة الأساسية للحصول على الموارد الجوفية. ويُعدّ نظام تدوير سوائل الحفر العنصر الأساسي لعمليات حفر النفط، ويؤدي خزان الطين، باعتباره المعدّة الرئيسية للنظام، العديد من الوظائف الأساسية. تناقش هذه الورقة الدور المحدد لـ خزانات الطين في نظام تداول سائل الحفر، بما في ذلك تخزين وتنقية ونشر سائل الحفر، فضلاً عن توفير ضمان مستقر لتشغيل النظام، وما إلى ذلك، ويشرح بالتفصيل أهمية خزانات الطين لضمان سلامة وكفاءة عمليات الحفر.

一.تكوين خزان الطين

يتكون خزان الطين عادةً من جسم الخزان، وجهاز الخلط، ونظام التحكم في المستوى، وأنابيب الدخول والخروج، وملحقات التوصيل المتنوعة. يُصنع الخزان عادةً من صفائح فولاذية ملحومة ذات قوة وحجم كافٍين لتلبية احتياجات تخزين سائل الحفر أثناء عملية الحفر. يُركّب جهاز الخلط داخل الخزان، مما يمنع ترسب جزيئات الطور الصلب في سائل الحفر، ويحافظ على اتساقه واستقراره. يراقب نظام التحكم في المستوى مستوى سائل الحفر في الخزان فورًا لضمان ثباته ضمن النطاق الصحيح لتجنب فيضانه أو ضخه. تُستخدم أنابيب الدخول والخروج لتنظيم تدفق سائل الحفر، وهي متصلة بمعدات أخرى في نظام دوران سائل الحفر بأكمله. تتكامل هذه المكونات الهيكلية معًا، وتضمن معًا الأداء الفعال لوظيفة خزان الطين.

ثالثا.مبدأ عمل خزان الطين

خزان الطين هو من المعدات الهامة لتخزين ومعالجة وتداول الطين في عملية حفر النفط، ومبدأ عمله هو كما يلي:

تخزين الطين: يتميز خزان الطين بسعة تخزينية مناسبة لكمية كبيرة من الطين. أثناء عملية الحفر، يجب حقن الطين في البئر باستمرار، ويوفر خزان الطين مكانًا ثابتًا لتخزين الطين لضمان استمرارية عملية الحفر.

دوران الطين: يتم ضخ الطين الموجود في خزان الطين بواسطة مضخات الطين، ونقله إلى أنبوب الحفر من خلال خطوط الأنابيب ذات الضغط العالي، ثم رشه من فوهة مثقب الحفر، ثم يحمل قصاصات الحفر من المساحة الحلقية بين جدار البئر وأنبوب الحفر للعودة إلى الأرض والتدفق مرة أخرى إلى خزان الطين، مما يشكل نظام دوران طين كامل.

فصل الطور الصلب: عادةً ما تُجهّز خزانات الطين بمعدات فصل الطور الصلب المتنوعة، مثل الغربالات الاهتزازية، وأجهزة إزالة الرمل، وأجهزة إزالة الطين، وغيرها. باستخدام الغربال الاهتزازي عالي التردد، يتم فصل الطين الموجود في الجسيمات الأكبر من قطع الحفر والمواد الصلبة الأخرى، مما يُتيح التنقية الأولية للطين. من ناحية أخرى، تستخدم أجهزة إزالة الرمل ومزيل الطين مبدأ قوة الطرد المركزي لفصل جزيئات الرمل والطين الأصغر في الطين بشكل أكبر، مما يُحسّن نقاءه.

معالجة الطين: وفقًا لمتطلبات عملية الحفر، يجب تعديل أداء الطين ومعالجته. على سبيل المثال، تُضبط اللزوجة والكثافة ومعدل فقدان الماء وغيرها من معايير أداء الطين بإضافة عوامل معالجة كيميائية لتلبية احتياجات الظروف الجيولوجية المختلفة وعمليات الحفر. بالإضافة إلى ذلك، يمكن التحكم في درجة حرارة الطين باستخدام أجهزة التسخين أو التبريد لضمان استقرار أدائه.

التحكم في مستوى السائل: تُركّب مستشعرات مستوى السائل في خزان الطين لمراقبة ارتفاع مستوى السائل في الوقت الفعلي. عندما يكون مستوى السائل مرتفعًا جدًا أو منخفضًا جدًا، يُرسل مستشعر المستوى إشارة للتحكم في تشغيل مضخة الطين وإيقافها أو إعادة تعبئة الطين، وذلك للحفاظ على استقرار مستوى السائل في خزان الطين، ومنع فيضانه أو نقص إمداده.

三.الدور الأساسي لخزان الطين في نظام تداول سوائل الحفر

1. وظيفة تخزين سوائل الحفر

تلبية الحاجة إلى الحفر المستمر

الدور الأساسي لـ خزان الطين تتمثل وظيفة خزان الطين في تخزين كمية كبيرة من سائل الحفر لتلبية احتياجات الدورة المستمرة أثناء عملية الحفر. أثناء عمليات الحفر، يُضخ سائل الحفر باستمرار إلى البئر من رأس البئر، ويحمل شظايا الصخور إلى السطح، ثم يعود إلى خزان الطين للتخزين بعد التنقية. مع ازدياد عمق البئر، تزداد كمية سائل الحفر المطلوبة تبعًا لذلك، وتضمن سعة التخزين الكبيرة لخزان الطين استمرار إمداد سائل الحفر طوال دورة الحفر. على سبيل المثال، في بعض عمليات حفر الآبار فائقة العمق، يمكن أن تصل سعة تخزين خزانات الطين إلى آلاف الأمتار المكعبة، مما يوفر أساسًا ماديًا متينًا لعمليات حفر طويلة ومتواصلة.

احتياطي لحالات الطوارئ

بالإضافة إلى تلبية الاحتياجات المستمرة لعمليات الحفر الاعتيادية، توفر خزانات الطين أيضًا الاحتياطيات اللازمة من سوائل الحفر لمواجهة حالات الطوارئ. أثناء عملية الحفر، قد نواجه مواقف معقدة مثل ارتفاع ضغط البئر وتسربات البئر. عند حدوث ارتفاع ضغط البئر، يجب ضخ كمية كبيرة من سائل الحفر عالي الكثافة في الوقت المناسب لموازنة ضغط التكوين ومنع الانفجار؛ وعند حدوث تسرب في البئر، يجب تجديد سائل الحفر الكافي بسرعة للحفاظ على الضغط في عمود سوائل البئر ومنع انهيار جدار البئر. في هذا الوقت، يصبح سائل الحفر المخزن في خزان الطين ضمانًا مهمًا للموارد لمواجهة حالات الطوارئ هذه، ويمكن استخدامه بسرعة في اللحظة الحرجة للتحكم الفعال في الوضع المعقد في قاع البئر وضمان سلامة عمليات الحفر.

2. وظيفة تنقية سائل الحفر

فصل الجسيمات في الطور الصلب

يحمل سائل الحفر عددًا كبيرًا من جسيمات الطور الصلب، مثل فتات الصخور المستخرجة من قاع البئر أثناء عملية التدوير. إذا لم تُفصل هذه الجسيمات عن سائل الحفر في الوقت المناسب، فسيكون لذلك آثار سلبية عديدة على عمليات الحفر، مثل تآكل معدات الحفر، وانخفاض أداء سائل الحفر، والتأثير على استقرار جدار البئر. يُعد خزان الطين جزءًا مهمًا من نظام تنقية سائل الحفر، ويعمل مع الغربال الهزاز، وجهاز إزالة الرمل، وجهاز إزالة الطين، وغيرها من معدات التنقية لتحقيق فصل فعال لجسيمات الطور الصلب عن سائل الحفر. بعد عودة سائل الحفر من رأس البئر، يدخل أولًا إلى خزان الطين، حيث يخضع لترسيب أولي، وتستقر الجسيمات الأكبر من فتات الصخور في قاع الخزان. بعد ذلك، يُنقل سائل الحفر الموجود في الخزان بواسطة مضخة الطين إلى الغربال الهزاز، الذي يستخدم اهتزاز شبكة الغربال لغربلة جسيمات الطور الصلب كبيرة الحجم. بعد ذلك، يدخل سائل الحفر المُعالج بواسطة الغربال المهتز إلى جهاز إزالة الرمل والطين، مستخدمًا قوة الطرد المركزي ومبادئ أخرى لفصل جزيئات الرمل والطين الأصغر حجمًا. ومن خلال هذه السلسلة من عمليات التنقية والمعالجة، يُزيل خزان الطين جزيئات الطور الصلب بفعالية من سائل الحفر، مما يضمن نظافته، ويُحسّن أداءه وعمره الافتراضي.

إزالة الغازات الضارة

أثناء عملية الحفر، قد تعود بعض الغازات الضارة الموجودة في التكوين، مثل كبريتيد الهيدروجين (H₂S) والميثان (CH₄)، وما إلى ذلك، إلى السطح مع سائل الحفر وتذوب فيه. لا تشكل هذه الغازات الضارة تهديدًا خطيرًا لصحة عمال الحفر فحسب، بل قد تسبب أيضًا انفجارات وحوادث سلامة أخرى. إلى حد ما، يكون لخزانات الطين وظيفة إزالة هذه الغازات الضارة. عادةً، يأخذ تصميم خزانات الطين في الاعتبار تركيب أجهزة تفريغ الغاز، مثل صمامات التنفس وأنابيب العادم وما إلى ذلك. عندما يدخل سائل الحفر إلى خزان الطين، ستتسرب الغازات الضارة المذابة في سائل الحفر تدريجيًا بسبب انخفاض الضغط والتحريك. من خلال صمام التنفس وأنبوب العادم والأجهزة الأخرى، سيتم تفريغ هذه الغازات الضارة إلى منطقة آمنة لتجنب تراكمها في الخزان. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز بعض خزانات الطين المتقدمة أيضًا بمعدات خاصة لمعالجة الغاز، مثل أجهزة إزالة الكبريت، وأجهزة إزالة الغاز، وما إلى ذلك، والتي يمكنها إزالة ومعالجة الغازات الضارة في سائل الحفر بشكل أكثر فعالية، مما يضمن بيئة آمنة لعمليات الحفر.

3. وظيفة خلط سوائل الحفر

تعديل الأداء

أثناء عملية الحفر، يجب تعديل أداء سائل الحفر آنيًا وفقًا للظروف الطبقية المختلفة ومتطلبات عملية الحفر. يوفر خزان الطين منصة تشغيل لتعديل أداء سائل الحفر. على سبيل المثال، لزيادة كثافة سائل الحفر لموازنة ضغط التكوين عالي الضغط، من الضروري إضافة الباريت ومواد ترجيح أخرى إلى خزان الطين؛ ولتحسين الخواص الريولوجية لسائل الحفر، مثل تقليل اللزوجة وتحسين السيولة، قد يلزم إضافة عوامل معالجة كيميائية مثل المخفف ومخفض اللزوجة؛ وعند الحاجة إلى تحسين أداء حماية جدار سائل الحفر، من الضروري إضافة بعض الإضافات ذات التأثير المكوّن للأغشية. من خلال الإضافة الدقيقة لمختلف الإضافات والخلط والمزج الكامل في خزان الطين، يمكن جعل أداء سائل الحفر يلبي احتياجات مراحل الحفر المختلفة، مما يضمن سير عمليات الحفر بسلاسة.

4. توفير ضمان مستقر لتشغيل النظام

استقرار الضغط ومعدل التدفق

يؤدي خزان الطين دورًا هامًا في استقرار ضغط ومعدل تدفق سائل الحفر في نظام دورانه. يتأثر سائل الحفر بعوامل مختلفة أثناء دورانه، مثل بدء تشغيل المضخات وتوقفها وتغيرات مقاومة المعدات، مما يؤدي إلى تقلبات في الضغط ومعدل التدفق. تُخفف سعة تخزينه الكبيرة من هذه التقلبات، مما يوفر بيئة عمل مستقرة نسبيًا لنظام الدوران بأكمله. عندما يرتفع معدل تدفق المضخة فجأةً، يُخزن خزان الطين سائل الحفر الزائد مؤقتًا لتجنب الضغط الزائد على النظام؛ وعندما ينخفض معدل تدفق المضخة، يُعيد خزان الطين تعبئة سائل الحفر في الوقت المناسب للحفاظ على معدل التدفق الطبيعي للنظام ومنع تسربه. تساعد وظيفة تثبيت الضغط ومعدل التدفق هذه على حماية معدات الحفر وإطالة عمرها الافتراضي، كما تضمن دوران سائل الحفر بشكل متساوٍ ومستقر لتحسين جودة عمليات الحفر.

دور الاتصال والانتقال

خزان الطين هو محور الربط والوصلة الانتقالية بين مختلف المعدات في نظام تدوير سائل الحفر. يجمع سائل الحفر المُعاد من رأس البئر ويربطه بمعدات أخرى، مثل الغربال الهزاز، وجهاز إزالة الرمل، وجهاز إزالة الطين، ومضخة الطين، وغيرها، عبر أنابيب الاستيراد والتصدير، مما يضمن تدفقًا منتظمًا لسائل الحفر في نظام التدوير بأكمله. في عملية تدوير سائل الحفر، خزان الطين يؤدي هذا الاتصال دور الجزء العلوي والسفلي، بحيث تعمل جميع المعدات معًا لتشكيل نظام متكامل وفعال لتوزيع سوائل الحفر. على سبيل المثال، يدخل سائل الحفر العائد من رأس البئر أولًا إلى خزان الطين، وبعد المعالجة الأولية، يُنقل عبر مضخة الطين إلى معدات التنقية اللاحقة لمزيد من المعالجة، ثم يُعاد سائل الحفر النظيف بعد المعالجة إلى خزان الطين للتخزين، ثم يُضخ في البئر لإعادة التدوير. يضمن هذا الاتصال والانتقال التشغيل السلس لنظام توزيع سوائل الحفر، وهو أحد العوامل الرئيسية لتحقيق عمليات حفر فعالة.