تصميم العمليات الإسمنتية - ( الجزء الرابع )

 **الطريقة البيانية**:

 تعتمد هذه الطريقة على تغير الضغط الذي تتعرض له وحدات الضخ أثناء عمليات السمنتة، وتتطلب رسم منحني التغير لهذا الضغط كتابع لحجم السائل الذي يتم ضخه داخل مواسير التغليف

Pa = f ( v)

اذا فرضنا أن تحول هذا التابع خطي في مرحلتي الانخفاض والارتفاع، فإننا نحصل على منحني مماثل لما هو معطى في الشكل حيث تسجل قيم الضغوط العظمى على أجهزة الضخ المقابلة لمختلف السرعات .

الشكل منحني تحول الضغط على أجهزة الضخ كتابع للحجم

نلاحظ في المثال المعطى بالشكل السابق أن بداية عملية السمنتة تتم بالسرعة الثالثة لجهاز الضخVaIII  لأن ضغط الجريان (Pc) أكبر مباشرة من الضغط الأعظمي لوحدة الضخ عند استخدامها بالسرعة الرابعة( PaIv)، وأصغر من الضغط الأعظمي الذي تتحمله عند تشغيلها بالسرعة الثالثة( PaIII ) أي أن : 

نذكر أن ضغط الجريان Pc ينتج عن الاحتكاك الداخلي للسوائل ( يتعلق بلزوجتها ) واحتكاكها مع السطوح التي تجري بمحاذاتها، بعد حقن حجم معين من السائل الإسمنتي بالسرعة الثالثة (VaIII ) .

ونتيجة لانخفاض الضغط الذي يتعرض له جهاز الضخ (لأن الضغط داخل المواسير يرتفع مع تزايد كمية السائل الإسمنتي ذي الوزن النوعي المرتفع الذي تم ضخه ) يتم الانتقال إلى السرعة الرابعة، والتي تتميز بإمكانية الضخ بغزارة أكبر. عندما يبدأ السائل الإسمنتي بالعبور إلى الفراغ الحلقي من خلال حذاء مواسير التغليف يتعرض جهاز الضخ لضغط متزايد بسبب ارتفاع الضغط في الفراغ الحلقي. تبدل سرعة جهاز الضخ من السرعة (  (PaIV    إلى السرعة ( VaIII) عند تجاوز الضغط القيمة الحدية للسرعة الرابعة (PaIV)، ثم تستخدم السرعة الثانية عند بلوغ الضغط القيمة العظمى للسرعة ( VaIII) وهكذا .... تنتهي عملية السمنتة ( وفق المثال المعطى في الشكل بالسرعة الأولى، لأن الضغط الأعظمي الذي يتعرض له جهاز الضخ في المرحلة النهائية من ضخ سائل الإزاحة أصغر من الضغط الحدي للجهاز عند هذه السرعة(PaI) وأكبر من الضغط الحدي عند السرعة الثانية " أي أن 

تعد الغزارة التي تضخها وحدة الضخ عند كل سرعة من المميزات الثابتة لها ( وتتعلق بتردد مكبس المضخة الرئيسية وقطر قميصها)، أي أنها ذات قيمة معلومة. إن الزمن اللازم لضخ السائل الإسمنتي وسائل الإزاحة عند استخدام وحدة ضخ وحيدة يحدد بالعلاقة الأتية:

حيث إن:

N : عدد سرعات وحدة الضخ التي سوف تستخدم أثناء عملية السمنتة.

 Vi - حجم السائل إلي يتم ضخه بالسرعة I m³))

Qai : غزارة وحدة الضخ عند تشغيلها بالسرعة I ( /m³ min  )

من أجل المثال المعطى في الشكل  فإن هذا الزمن يحدد على النحو الآتي:

من أجل رسم منحني تحول الضغط كتابع للحجم ( Pa = f ( V المقابل لكل عملية سمنتة ( بعد أن حددت الأرقام الرئيسية لكل من حجم السائل الإسمنتي ( Vfc) وحجم سائل الإزاحة( Vf) وضغط الضخ الأعظمي (Pmax )، وبناء عليه تم اختيار نوع جهاز الضخ)، يكفي تعيين إحداثيات نقطتين لكل جزء ( الجزء المقابل المرحلة تناقص الضغط AB والجزء الذي يقابله ارتفاع الضغط CD ). إن إحداثيات النقطة (A) التي تقابل بدء عملية السمنتة ( بدء ضخ السائل الإسمنتي ) هي: ( Pc ، O ) A

أما إحداثيات النقطة (D) المقابلة للحظة نهاية ضخ سائل الإزاحة ( أو نهاية عملية السمنتة )   فهيVfc +Vf Pa max)   D(إذن يبقى تعيين إحداثيات النقطتين ( C, B ) والذي يتم على النحو الآتي:

**حساب إحداثيات النقطة B** :

يتم تعيين إحداثيات النقطة (B ) بفرض الشرط الاتي:

PY = Pc

وذلك لأن: 0 = Pc + Py Pa

 ( الضغط الذي يتعرض له جهاز الضخ يساوي الصفر، أما الضغط الناتج عن الفرق في الأوزان النوعية للسوائل خارج وداخل مواسير التغليف فهو سلبي لأنه يوجد إسمنت داخل الأنابيب )

بالاستعانة بالشكل  يمكن كتابة الشرط السابق على النحو الآتي:

من هذه العلاقة نحدد ارتفاع السائل الإسمنتي داخل مواسير التغليف( LB) المقابل للنقطة (B) من المنحني ( والمقابلة لانعدام الضغط على أجهزة الضخ) على النحو الآتي:

مع العلم أن العلاقة السابقة تحوي مجهولا واحدا هو LB ( إن ضغط الجريان Pc يحدد قبل البدء بعملية السمنتة، كما أن الوزن النوعي لكل من السائل الإسمنتي وسائل الإزاحة معلوم أيضا). حجم السائل الإسمنتي الذي يتم ضخه داخل مواسير التغليف من بداية عملية السمنتة وحتى انعدام الضغط على جهاز الضخ (حتى النقطة B

الشكل وضعية السوائل في البئر خلال عملية السمنتة

a: وضعية السوائل عند انعدام الضغط على جهاز الضخ ( Pa = 0 )

B :وضعية السوائل عند تساوي ارتفاع السائل الإسمنتي داخل وخارج مواسير التغليف (0 = Py).

- حساب إحداثيات النقطة C من القسم المقابل لتزايد ضغط الضخ:

تقابل النقطة C ( كما هو ملاحظ من الشكل) تعرض جهاز الضخ لضغط يساوي ضغط الجريان، ولكن بعد ضخ كامل السائل الإسمنتي المقرر وجزء من سائل الإزاحة، أي أنها تقابل وضعية السوائل في البئر عند انعدام الضغط، الذي ينتج عن اختلاف في الوزن النوعي ( 0 = Py )، لأن الضغط الذي يتعرض له جهاز الضخ هو

Pa = Pc + Py

.تصادف هذه الوضعية فقط عند تساوي ارتفاع السائل الإسمنتي داخل وخارج مواسير التغليف، وكذلك تساوي الوزن النوعي لكل من سائل الحفر وسائل الإزاحة. يعين ارتفاع عمود سائل الإزاحة الذي يتم ضخه في مواسير التغليف حتى لحظة تعادل ارتفاع السائل الإسمنتي داخل وخارج الأنابيب ( وبالاعتماد على الشكل ) بالعلاقة الآتية:

حيث إن: