روش هاي حفاري در آ بهاي عميق
مريم حسين پور حفاري در آب هاي عميق، در مقايسه با حفاري در آبهاي کم عمق يا خشکي شرايطي کاملا متفاوت دارد و ورود ايران به اين عرصه، با توجه به فعاليت تعداد محدودي از کشورهاي صاحب نام در حوزه آب هاي عميق، موفقيتي بزرگ محسوب مي شود. در اين مطلب سعي شده است روش هاي حفاري در آّبهاي عميق به صورت اجمالي معرفي شود، همچنين با بهره گيري ازنظر برخي كارشناسان، نحوه به كارگيري اين روش ها مورد تحليل قرار مي گيرد.
تاريخچه حفاري و توليد در دريا
پديدار شدن عمليات نفتي در دريا، ابعاد تازه اي را در صنعت اکتشاف و توليد نفت گشود. در اين ميان، کساني که درگير پروژه هاي عظيمي همچون حفاري در آب هاي بسيار عميق درياها و ساختن شهرک هاي دريايي هستند، درخود احساس غرور و کمال مي کنند. امروزه در هر گوشه دنيا، تأسيسات نصب شده در دريا با ظرفيت هاي زياد و در اعماق بسيار بالاي آب، کار توليد گاز و نفت را انجام مي دهند. در اين ميان و در شرايط بد جوي در دريا و با وجود شرايطي همچون گردبادهاي شديد، زمين لرزه، توده هاي يخ، جزر و مدهاي شديد و جريان هاي شديد دريا، اين تأسيسات دريايي به طور شگفت انگيزي مقاومت مي کنند. چاه هايي که عمق آنها از 4500 متر بيشتر باشد، چاه عميق ناميده مي شوند. در ايالت متحده آمريکا، به چاه هايي که عمق آنها تا 6هزار متر باشد، چاه خيلي عميق و چاه هايي را که عمق آنها تا 7500 متر برسد، چاه بسيار عميق گويند. چاه هاي عميق براي پژوهش هاي نفتي و در سنگ هاي آذرين به منظور اکتشاف انرژي گرمايي آب هاي زيرزميني حفر مي شود.
انواع حفاري
حفاري دوراني
در اين روش حفاري، از مته هاي متنوعي استفاده مي شود. اين مته ها با حرکت چرخشي روي سنگ ها، آنها را خرد مي کنند، ضمن اينکه انرژي لازم براي به چرخش درآوردن مته و لوله با کمک سيستم دوراني تأمين مي شود. از مهم ترين عواملي که سرعت حفاري را افزايش مي دهد، گل حفاري است که در عمليات حفاري، همانند خون در بدن انسان عمل مي کند. به اين صورت که هنگام چرخش مته از نازل هاي (سوراخ) موجود روي مته خارج شده و کنده هاي حفاري (Cutting) را با بهره مندي از خاصيت حمل به سطح زمين انتقال مي دهد که اين عمل باعث افزايش سرعت حفاري مي شود و از قفل شدن مته در چاه جلوگيري مي کند. امروزه تقريبا در همه جاي دنيا براي حفر چاه هاي نفتي يا گازي، از سيستم حفاري دوراني استفاده مي شود.
شکل1- حفاري دوراني
حفاري ضربه اي
دستگاه هاي حفاري ضربه اي يا سيستم هاي ضربه اي، دستگاه هاي ساده اي هستند که براي پژوهش هاي آب يابي بسيار مناسبند. از اين دستگاه ها، بيشتر براي حفر چاه هايي که در داخل سنگ هاي مقاوم قرار دارند، استفاده مي کنند. اصول کار سيستم هاي ضربه اي، خرد کردن سنگ است. دستگاه حفاري ضربه اي، به يک خرک چهار قطبي يا يک دکل مجهز است که مته هاي حفاري با يک قرقره برگشت دهنده روي آن آويزان مي شوند. اين مته ها داراي حرکت رفت و برگشتي هستند و براي اجراي مانورهاي حرکتي پايين و بالا، از دستگاه رفت و برگشت جدا شده و به وسيله اي به نام چرخ قرقره که در نصب لوله ها نيز به کار مي رود، اتصال مي يابند. خرک هاي جدا شونده، چوبي يا فلزي هستند. پايه ها روي دال هاي سيماني که قبل از مونتاژ دستگاه آماده مي شوند، قرار مي گيرند. دکل هاي خم شونده يا تلسکوپي، دستگاه هاي خودکار قابل حمل حفاري را مجهز مي کنند. اين دکل ها به صورت دائمي در پشت يک کاميون نيز مي توانند ثابت شده باشند. دکل ها بايد با کابل هاي محکم، روي بلوک هاي سيماني استوار شوند.
شکل2 ، حفاري ضربه اي
انواع روش هاي حفاري (از نظر مسير حفاري) :
فناوري روش هاي حفاري
حفاري عمودي
در اين روش، حفاري به صورت عمود نسبت به سطح زمين انجام مي شود؛ اما در هر حفاري، يک انحراف از مسير (Drift) وجود دارد که در روش عمودي، اين انحراف بايد خيلي کم و در حد 1 تا 2 درجه باشد.
حفاري انحرافي
در اين روش، مسير حفاري نسبت به محور عمود بر سطح زمين، داراي زاويه است و حتي ممکن است به هنگام حفاري عمودي در يک قسمت، رشته هاي حفاري به ديواره چاه گير کنند و آزاد کردن آنها ممکن نباشد. در اين صورت بايد به اجبار، آن قسمت از لوله هاي حفاري که به ديواره چاه گير کرده است، قطع شود و پس از سيمان کردن آن قسمت با استفاده از روش حفاري انحرافي، اين منطقه را دور زده و دوباره به مسير حفاري قبلي بازگرديم.
حفاري افقي
حفاري در اين روش، با زاويه 90 درجه نسبت به محور چاه انجام مي شود. اين نوع حفاري مي تواند در سنگ مخزن بسيار به صرفه باشد، چرا که سطح تماس مخزن را با چاه افزايش داده و در نتيجه باعث برداشت بيشتر و بهتر از مخزن مي شود، اما اين روش به فناوري بالايي نياز دارد.
حفاري چند جانبه
اين روش بيشتر در چاه هايي مورد استفاده قرار مي گيرد که بر سطح دريا (offishore) يا همان سکوهاي نفتي و گازي دريايي قرار دارند. در اين روش حفاري از يک سکو در جهت هاي مختلف انجام مي شود، به صورتي که همزمان مي توان چند نقطه در يک مخزن يا مخازن مختلف را حفاري کرد.
حفاري تحت فشار
اين روش داراي سرعت حفاري بسيار بالايي است و در آن فشار گل حفاري را طبق استانداردها و معيارهاي مختلفي که باعث فوران چاه نشود، به ميزاني پايين تر از فشار سازند و سيال موجود در آن مي رسانند. کاربرد اصلي اين روش، در حفاري سازندهاي سخت است، به اين ترتيب که اگر فشار روي اين سازندها کم باشد، فشار خود سازند، موجب پاشيده شدن آن مي شود و سرعت حفاري را تا حد زيادي بالا مي برد؛ البته اين روش به فناوري پيشرفته اي نياز دارد.
حفاري مکانيکي
در اين روش به يکي از سه طريق ضربه اي، چرخشي و يا ترکيبي از اين دو، انرژي مکانيکي به سنگ منتقل مي شود. در اصطلاح، عملياتي را که به روش مکانيکي، موجب حفر چال در سنگ مي شود، حفاري مکانيکي مي گويند. امروزه 89 درصد حفاري ها به روش مکانيکي است. در معادن سطحي و حفاري هاي نيمه عميق، عمدتاً از ماشين هاي حفاري چرخشي با مته هاي مخروطي شکل و ماشين هاي ضربه اي سنگين استفاده مي شود؛ اما در معادن زيرزميني يا به طور کلي در عمليات زيرزميني، ماشين هاي ضربه اي مورد استفاده قرار مي گيرد.
حفاري حرارتي
به طور کلي صرف نظر از نوع روش و منشا انرژي، عملياتي را که به حفر چال در سنگ منجر مي شود، نفوذ پذيري مي نامند. در روش حرارتي، به کمک انرژي حرارتي، از آميختن هوا يا اکسيژن با يک نوع سوخت، ترجيحاً نفت سفيد، نفوذ پذيري در سنگ صورت مي گيرد. هوا يا اکسيژن و سوخت از دو مجراي جداگانه به داخل مخزني واقع در پشت مته ارسال مي شود و پس از اشتعال، شعله حرارت را از طريق نازل سر مته به سطح سنگ منتقل کرده و حرارت نيز سطح سنگ را متورق و آماده جدايي مي کند. در نهايت، با کمک فشار آب، قطعات متورق جدا و به سطح زمين منتقل مي شوند.
حفاري آبي
در اين روش، با استفاده از فشار آب تامين شده در سطح، حفر چاه امکان پذير مي شود و فشار آب با سايش سطح سنگ، مقاومت سنگ را درهم مي شکند. اين روش با افزايش فشار آب، در استخراج زغال سنگ و ذخاير پلاسر نيز کاربرد دارد.
حفاري لرزشي
در اين روش با ايجاد لرزش هايي با فرکانس 001 تا 00002 دور در ثانيه مي توان سنگ را شکست. يکي از متداول ترين روش هاي حفاري لرزشي، روش حفاري مافوق صوت است.
حفاري شيميايي
در اين روش با استفاده از فعل و انفعالات شيميايي ناشي از انفجار مواد منفجره، مي توان در طبقات حفاري کرد. معمولاً در اين روش از دو نوع خرج استفاده مي شود:
1)خرج سيلندري که باعث حفر پالسيلندري مي شود.
2) خرج چاتراش که افزايش قطر چال را به دنبال دارد.
حفاري الکتريکي
در اين روش با توليد ستون يا قوس يا جرقه اي، عمليات نفوذپذيري در سنگ انجام مي شود. در بعضي از اين روش ها، با وجود بالا بودن درجه حرارت، به دليل کوتاه بودن زمان تماس الکتريسيته، سنگ ذوب نمي شود؛ اما در ساير روش ها بر اثر بالا بودن درجه حرارت و طولاني بودن زمان الکتريسيته با سطح سنگ، پس از ذوب شدن سطح سنگ، سنگ مي شکند.
روش هاي نوين حفاري
فناوري حفاري ليزري
پژوهش ها درباره استفاده از فناوري ليزر براي حفاري چاه نفت، اولين بار در ارتش آمريکا در سال 1977 شروع شد. اين آزمايش نشان داد که سرعت حفاري با استفاده از اين روش بين 10 تا 100 برابر افزايش مي يابد. هدف اصلي از تمامي آزمايش هايي که تاکنون با ليزر انجام شده، دستيابي به بيشترين مقدار حفاري با کمترين هزينه ممکن و حداقل توان مورد نياز است. آزمايشي با عنوان پروژه ميراکل (Miracle project) از سوي دو دانشمند به نام هاي برين و گريوس انجام شد. آنها در اين آزمايش توانستند با استفاده از امواجي با طول موج 8/3 μm و با توان ليزري 600 تا 1200 کيلو وات و تابش ليزري به مدت 4 ثانيه به عمق سه اينچ در ماسه سنگ، حفاري کنند. با انتخاب سيستم ليزري، مي توانيم سرعت حفاري را تا اندازه قابل توجهي افزايش دهيم. استفاده از فناوري ليزري براي حفاري چاه نفت، پيامدهايي به همراه دارد که از جمله مهم ترين آنها مي توان به ايجاد ديواره سراميکي در چاه، کاهش احتمال توقف عمليات حفاري، کاهش تعداد روزهاي حفاري، ايجاد قطر يکسان از سطح تا انتهاي چاه، کاهش احتمال گيرکردن لوله هاي حفاري، امکان استفاده از لوله هاي سبک به جاي لوله هاي سنگين، کاهش آلودگي زيست محيطي و افزايش سرعت حفاري از 10 تا 100 برابر اشاره کرد. يکي از مهم ترين معايب حفاري ليزري، انتقال انرژي ليزر از منبع آن در سطح چاه به عدسي آن در انتهاي چاه است. سازوکار حفاري به وسيله ليزر به اين ترتيب است که با برخورد اشعه ليزر، سنگ ها خرد شده و سپس ذوب و در مرحله سوم بخار مي شوند. در اين مرحله جت سيالي، بخار توليد شده را به جداره چاه مي چسباند که خود به ايجاد ديواره سراميکي در جداره چاه منجر مي شود. اين جداره سراميکي فوايد فراواني را به همراه دارد.
شکل3 - حفاري ليزري
فناوري حفاري کانال پلاسما
ابداع روش هاي حفاري به منظور کاهش هزينه و آسان شدن عمليات، از موضوعات مهم محققان اين حوزه از صنعت است. با توجه به وجود مخازن هيدروکربوري در مناطق سخت و دشوار و همچنين کاهش طول دوره حفاري که هزينه ثابت سنگيني را به دنبال دارد، متخصصان اين رشته همواره در پي آن هستند تا مناسب ترين روش را براساس دانش فني روز براي حفاري چاه نفت شناسايي و آماده فرآيند عملياتي کنند. يکي از روش هاي نوين حفاري، روش حفاري کانال پلاسماست. گروهي از محققان در دانشگاه Strathclydeاسکاتلند، استفاده از برق پالسي و پلاسما با قدرت الکتريکي بالا را براي حفاري در سنگ بررسي کردند و تخمين زدند که با استفاده از روش هاي جديد اکتشاف، مي توان تنها از چاه هاي موجود در درياي شمال، حجمي معادل 1/3 ميليارد بشکه نفت استخراج کرد، ضمن اينکه با استفاده از اين فناوري ها و از طريق عمليات ترميمي در چاه هاي موجود و اکتشاف با هزينه کاراتر و توسعه ذخاير دست نخورده، مي توان سطح توليد موجود در فلات قاره بريتانيا را براي 15 تا 20 سال آينده حفظ کرد. در همين زمينه، اين گروه براي ايجاد "کانال پلاسما" در سنگ حفاري، از برق پالسي ولتاژ بالا استفاده مي کنند، به طوري که با عبور جريان برق پالسي، انفجار فوق العاده سريع کانال پلاسما در داخل سنگ در مدت کمتر از يک ميليونيم ثانيه اتفاق مي افتد و باعث شکستگي و خرد شدن سنگ مي شود. سنگ هاي خرد شده بر اثر نيروي انفجار به ديواره مي چسبند و يک ديواره سنگ ريزه در جداره چاه ايجاد مي شود. حفاري کانال پلاسما، در بطن سنگ محل حفاري با نيروي تخليه الکتريکي بسيار سريع پلاسما صورت مي گيرد. در اين روش، پلاسما بسرعت منفجر شده و انرژي از طريق آن به سنگ منتقل مي شود. اين انفجار سريع مثل يک پيستون بر سنگ مورد نظر اثر مي گذارد و آن را خرد و متلاشي مي کند. با استفاده از فناوري پرقدرت برق پالسي، پلاسما چند بار در ثانيه تشکيل مي شود. نتيجه اين روند مکرر، حفاري کنترل شده با کارايي بالاست.
ادامه در صفحه33