آموزش مدلسازی چاه (بخش 1): مشخصات لوله مغزی، لوله جداری و لاینر

برای ساخت مدل چاه در نرم‌افزارهای پایپ‌سیم و پراسپر نیاز است که مشخصات کامل لوله مغزی (Tubing)، لوله جداری (Casing) و آستری (Liner) را داشته باشید. اطلاعات مربوط به این لوله‌ها در گزارش‌های حفاری و یا تکمیل چاه وجود دارد.

برای انتخاب لوله مغزی یا لوله جداری مناسب می‌توانید از کاتالوگ نرم‌افزار استفاده کنید (تصویر زیر). امکان وارد کردن مشخصات لوله به صورت دستی نیز وجود دارد.

Catalog: Several separate catalogs are aggregated into the PIPESIM casing Catalog. The API catalog represents standard casing sizes. The GOST, Tenaris, and VAM catalogs represent connections.

OD: Outside diameter of the casing.

ID: Inside diameter of the casing.

Thickness: Thickness of the casing wall.

Weight: Weight of the casing per standard length.

Roughness: The typical value for the absolute pipe roughness based on the material type. The default value is 0.001 inches (0.0254 mm).

Grade: Strength rating for the casing material.

مهمترین خواص مکانیکی مورد نیاز برای طراحی لوله مغزی و لوله جداری عبارتند از: مقاومت در برابر ترکیدگی (Burst resistance)، مقاومت در برابر مچالگی (Collapse resistance) و مقاومت کششی (Tensile strength).

لوله‌های جداری عموماً با گریدهای زیر موجود هستند:

H-40، J-55، K-55، N-80، L-80، C-90، T-95، P-110، Q-125.

بسته به عمق چاه، شرایط خورندگی، هزینه و شرایط مختلفی که در چاه وجود دارد باید از گریدهای فولادی مختلف استفاده کنیم. گرید لوله‌های فولادی در واقع همان گرید جنس و متریال لوله می‌باشد که براساس استاندارد بین‌المللی برای لوله‌های گوناگون مشخص می‌شود.

برای مثال لوله جداری با گرید J-55، دارای حداقل تنش تسلیم ۵۵۰۰۰ پام (psi) است. منظور از حداقل تنش تسلیم (Minimum yield strength) آن است که تحت آن یک ماده به طور دائم تغییر شکل می‌دهد.

مشخصات یک نمونه لوله جداری با قطر بیرونی ۵/۸-۱۸ اینچ به صورت زیر است:

Casing 18-5/8″:

Weight (PPF): 115

Grade: L-80

OD (in.): 18.625

ID (in.): 17.437

Drift (in.): 17.25

Collapse pressure (psi): 1630

Burst pressure (psi): 4460

کاربردهای رایج لوله جداری (H-۴۰ و J-۵۵ و K-۵۵ و M-۶۵ و N-۸۰ و R-۹۵): به دلیل قیمت پایین‌تر آن‌ها در مقایسه با دیگر گریدهای فولادی، لوله‌های جداری گریدهای J-۵۵ و K-۵۵ و N-۸۰ یک انتخاب محبوب برای چاه‌هایی است که الزامات سختگیرانه‌ای در مورد ویژگی‌های ضد خوردگی یا استحکام لوله وجود ندارد.

لوله جداری مقاوم در برابر خوردگی (L-۸۰ و C-۹۰ و T-۹۵ و C-۱۱۰): گریدهای فولاد L۸۰ – ۱ و C۹۰ و T۹۵ و C۱۱۰ مقاومت بالاتری در محیط‌های H۲S دارند.

چاه عمیق (P-۱۱۰ و Q-۱۲۵): با بالاترین تنش تسلیم در میان تمام گریدهای لوله جداری و ایده‌آل برای سازندهای پرفشار در چاه‌های عمیق.

زبری یا ناصافی لوله (Pipe roughness) که با نماد ε (اپسیلون) نشان داده می‌شود بیانگر ناهمواری‌های دیواره داخلی لوله‌ای است که برای انتقال سیالات استفاده می‌شود. زبری لوله باعث افزایش افت فشار اصطکاکی شده و واحد آن اینچ یا میلی‌متر است.

از زبری مطلق به عنوان متوسط فاصله بین قله‌ها و شیارها (دره‌ها) روی سطح لوله نام می‌برند. زبری مطلق معمولاً به واحدهای طولی مانند اینچ یا میلی‌متر بیان می‌شود. زبری مطلق یک عامل مهم در محاسبات دینامیک سیالات است، زیرا اثرات افت فشار در یک سیستم را تحت تأثیر قرار می‌دهد. هر چه زبری مطلق کمتر باشد، سطح صاف‌تر و مقاومت کمتری نسبت به جریان سیال خواهد داشت. لازم به ذکر است که در بیشتر محاسبات دینامیک سیالات به جای استفاده از زبری مطلق از زبری نسبی استفاده می‌شود که حاصل تقسیم زبری مطلق بر قطر داخلی لوله است و علت این امر این است که زبری در لوله‌های قطور از اهمیت کمتری برخوردار است.

زبری مطلق مواد مختلف در جداولی که به همین منظور تهیه شده‌اند گزارش می‌شود. همچنین از طریق دیاگرام مودی می‌توان تأثیر زبری لوله را بر جریان سیال دید.