چوک های سرچاهی (Choke): انواع روابط و کاربردهای آن‌ها

47 خواندن ثانیه
0
470

چوک های سرچاهی (Choke)

یکی از اجزای تجهیزات سرچاهی و Christmas tree چوکهای سرچاهی (choke) نام دارند. به نوعی میتوان چوک را مهمترین بخش از این تجهیزات نام برد.

چوک‌های سر چاهی جهت محدود کردن دبی‌های تولید برای کاهش جریان، محافظت تجهیزات سطحی از ضربه زنی، اجتناب از مشکلات شن (sand problem) به دلیل کاهش فشار بالا و کنترل دبی جریان برای اجتناب از مخروط شوندگی آب یا گاز (gas or water coning)استفاده میشود.

پس وظیفه اصلی چوک، کنترل جریان تولیدی چاه و در مرحله دوم کاهش فشار سیال تولیدی است. لازم بذکر است Christmas tree های چاههای نفت و گاز دارای اشکال و تایپهای مختلفی هستند و بسته به طراحی و فشار چاه و نوع سیال و نحوه تکمیل چاه، برای هر چاه در نظر گرفته میشوند.

در ادامه چند شکل شماتیک و واقعی از تجهیزات سرچاهی و Christmas tree چاههای نفت و گاز نشان آورده شده است.

تایپ Christmas tree  که در سه عکس آخر ملاحظه میکنید  FMC بوده و قادر به تحمل تا فشار ۱۰ هزارpsi  است.

  • طبقه بندی Choke ها:

بطورکلی چوک ها به دو دسته زیر تقسیم میشوند:

  • چوکهای ثابت یا fixed choke
  • چوکهای قابل تنظیم یا adjustable choke

۱)چوک ثابت fixed choke

همانطور که از نام آن مشخص است، سایز این چوکها ثابت بوده و پس از نصب قابل تغییر نیست. برای تغییر سایز این نوع چوک میبایست چاه بسته شده و فلنجهای آن باز شود. معمولا پس از رسیدن به شرایط پایدار تولید و پس از محاسبه سایز چوک برای رسیدن به جریان تولیدی مد نظر، این نوع چوک نصب میشود.

۲)چوک قابل تنظیم adjustable choke

برخلاف چوکهای ثابت در این نوع چوک توسط needle و stem  متصل به آن که به یک hand wheel اتصال پیدا میکند، قادر به تعویض سایز چوک در حین تولید خواهیم بود. معمولا نشانگرهایی روی ولو آن نصب میشود که مارا قادر به تغییر سایز بصورت دقیق میسازد. شکل­هایی از این چوک در ادامه آورده میشود.

** نکته ای در باب سایز چوکها:

سایز چوک بر اساس استاندارد بصورت کسری از ۶۴ بیان میشوند. مثلا ۶۴/۳۲ اینچ که به معنای ۰٫۵ اینچ است. این سایز توسط محاسبات و برحسب قدرت تولید چاه (پارامترهای مخزنی و تولید) تعیین میشود.

 

پس از معرفی مقدماتی این valve به مباحث جزیی تر آن وارد میشویم.

معمولاً افت فشار ایجادشده در چوک‌های چاه بسیار قابل‌توجه است. معادله‌ی کلی برای پیش‌بینی افت فشار عبوری چوکها برای همه انواع سیالات تولیدی وجود ندارد. مدل‌های متفاوت جریان چوک در کتاب‌ها موجود است.

**جریان چندفازی در چوک:

زمانی که نفت تولیدی به چوک سر چاه می‌رسد، فشار سر چاه معمولاً زیر فشار نقطه حباب نفت است که نشانگر وجود گاز آزاد در جریان عبوری از چوک است. چوک به‌طور متفاوتی بسته به دبی گاز و رژیم جریان (جریان صوتی و مادون صوت) رفتار می‌کند.

اصطلاحاً نسبت فشار پایین‌دست چوک (P2) به فشار بالادست چوک (P1) را نسبت فشار بحرانی  می‌نامند، اگر نسبت P2/P1 بزرگ‌تر از نسبت بحرانی (Rc) باشد، جریان زیربحرانی  است و در غیر این صورت جریان بحرانی  است. جریان مطلوب در گذر از چوک میبایست بحرانی باشد. مقدار نسبت بحرانی حدودا از مقدار ۰٫۵ نباید بیشتر باشد.

در نمودار زیر نرخ جریان جرمی گذرنده از چوک نسبت به فشار پایین‌دست چوک را ملاحظه میفرمایید.

ملاحظه میفرمایید که با افزایش فشار پایین دستی و نزدیک شدن آن به فشار بالادستی چوک، مقدار جریان کاهش میابد و جریان subcritical میشود. در حالت بحرانی مقدار جریان ثابت است بدین معنی که تا زمانیکه نسبت بحرانی به مقدار ۰٫۵ نرسیده است، تغییرات فشار در پایین دست چوک تاثیری در فشار بالادست چوک نخواهد داشت. این نکته بسیار مهمی است. در طراحی و عمل اگر سایز چوک به گونه ای تعیین شود که منجر به ورود به منطقه subcritical شود، علاوه بر کاهش تولید چاه، تغییرات جریان و فشار که در خط لوله بوجود می آید بر چاه تاثیر میگذارد.

بیان شد که در قسمت subcritical  تغییرات در پایین دست چوک در بالادست و چاه احساس خواهد شد. برای روشن شدن موضوع یک مثال برایتان میزنم: تصور کنید روبروی شخصی ایستاده اید و در حال صحبت هستید، جریان بادی از سمت مقابل شما میوزد و به صورت شما اصابت میکند، حال شما برای صحبت با شخص مقابل باید بر نیروی باد نیز غلبه کنید تا شخص مقابل متوجه حرفهای شما شود. حال اگر جریان باد به حدی قوی باشد که شما نتوانید بر آن غلبه کنید و به هرمیزان انرژی مصرف کنید نیز قادر به رساندن صحبتهای خود به شخص مقابل نباشید، این حالت همانند حالتی است

که در چوک وقتی در حالت ایده آل است و جریان بحرانی است رخ میدهد.

برای ملموس شدن این نسبت به یک مثال از یکی از چاههایی که کار کرده ام  اکتفا میکنم.

تصور کنید فشار قبل از چوک یا فشار upstream آن ۴۰۰۰ psi باشد، طبق مطالبی که در بالا عنوان شد، نسبت فشار بحرانی از مقدار حدود ۰٫۵ نباید فراتر برود که نتیجتا فشار بعد از چوک یا downstream آن نباید از ۲۰۰۰psi  بالاتر باشد.

 

**جریان بحرانی (صوتی)

تانگرن و دیگران در سال ۱۹۴۹ اولین پیشنهاد را روی محدودکننده‌های جریانی دوفازی مایع-گاز اجرا کردند. آن‌ها آنالیز رفتار سیستم انبساطی مایع-گاز را ارائه دادند.

چندین مدل تجربی جریان چوک در نیم‌قرن گذشته توسعه یافته است. به‌طورکلی آن‌ها از فرم زیر برای جریان صوتی گرفته شده‌اند:

به‌طوری‌که داریم:

Pwh : فشار جریان بالادستی سر چاه  psig،

q : دبی مایع  bbl/day،

R : نسبت گاز به مایع تولیدی  scf/bbl،

S: اندازه چوک برحسب ۶۴/۱ اینچ،

 C,m,n: مقادیر ثابت تجربی مربوط به خواص سیال می‌باشند.

بر اساس داده‌های تولید از میدان نفتی ten section در کالیفرنیا، گیلبرت در سال ۱۹۵۴ مقادیر C، m و n را محاسبه کرد. مقادیر ثابتها که توسط برخی محققان به‌دست‌آمده است در ادامه می آید:

**جریان فوق بحرانی (مادون صوت)

مدل‌سازی ریاضی جریان مادون صوت  سیال چندفازی از میان چوک، چندین دهه موردبحث بوده است. از این میان می‌توان به مدل‌های فورتوناتی (۱۹۷۲)، اشفرد (۱۹۷۴) و اشفرد و پیرس (۱۹۷۵) اشاره کرد. ساچدوا  در سال ۱۹۸۶ مطالعات اشفرد و پیرس را گسترش داد و رابطه‌ای برای پیش‌بینی نسبت فشار بحرانی پیشنهاد داد. او همچنین عبارتی برای یافتن مرز بین جریان بحرانی و فوق بحرانی استنتاج کرد. پرکینز  در سال ۱۹۹۰ بر اساس معادله انرژی، معادلاتی را که جریان آیزنتروپیک  مخلوط چندفازی را از میان چوک شرح می‌دهد، استنتاج کرد. مدل جریان چوک چندفازی ساچدوا معرف بیشتر مطالعاتی است که تاکنون در این زمینه انجام شده است و در بسیاری از نرم‌افزارهای مدل‌سازی شبکه تجاری استفاده شده است.

**تعمیرات چوک:

چوکهای تنظیم پذیر یا adjustable  به دلایل مختلف از جمله فشار اعمالی به آنها، عدم استفاده درست و اعمال فشار زیاد به هنگام operate کردن، آسفالتین و مواد جامد تولیدی چاه و … ممکن است نیاز به تعمیر یا تعویض بعضی قطعات داشته باشند.

در ادامه تعدادی عکس مربوط به چوک یکی از چاههاست که به دلیل شکستگی برخی قطعات داخلی من جمله seat  و hole هایی که سیال از آنها گذر میکند نیاز بع تعمیر داشته را ملاحظه میکنید.

 

نویسنده: محمد محمدی

 

بارگذاری توسط pedram nouri
بارگذاری در بهره‌برداری و فرآیند

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *