بررسی نقش تکنولوژی های پیشرفته و نوآوری ها در زمینه حفاری
با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از آن در صنایع مختلف به ویژه تکنولوژی حفاری، صنعت انرژی قادر به دستیابی به منابع جدید نفت و گاز طبیعی برای پوشش نیاز فزآینده به این منابع در سطح جهان شده‌است. ما در اویلی کالا همواره در تلاش هستیم تا تازه‌ترین مطالب در حوزه نفت گاز پتروشیمی را گردآوری و منتشر نماییم.
تولید بیشتر اما حفر کمتر چاه، موجب کاهش اثرات مخرب بر محیط زیست شده‌است.
پیشرفت‌های فناوری نقش مهمی در برآورده شدن تقاضای جهانی انرژی خواهد داشت. زیرا آنها امکان کشف منابع جدید، دسترسی به مکان‌های سخت یا دورافتاده و توسعه مخازن به چالش کشیده را که قبلاً برای تولید اقتصادی نبودند، ممکن می‌سازند.
ما در این پست به بررسی تخصصی نقش فناوری‌ها و نوآوری‌ها در صنعت حفاری چاههای نفت و گاز، می‌پردازیم. سپس به همراه تصاویر این مفاهیم را توضیح خواهیم داد.
نمونه‌هایی از تاثیرات مثبت فناوری بر صنعت حفاری
با ترکیب قابلیت حفاری گسترده با فناوری برانگیختن پیشرفته، شرکت‌های نفتی می‌توانند چگونگی و مکان تعامل تحریک سیال با سنگ را بهینه کنند. در این صورت میزان تولید پایدار در چاه فراهم می‌شود.
رشد پیشرفت در این حوزه تفاوت را در مقایسه با انجام همان فرایند در یک دهه گذشته آشکار کرده است.
این نوع از فناوری‌های حفاری و تکمیل همچنین با استفاده از ترکیبی از شکستگی هیدرولیکی و حفاری‌های افقی و گسترده، باعث رشد اخیر در تولید از سنگ نفت زا و سایر مخازن نفت و گاز دسترس ناپذیر و سخت در بسیاری از نقاط جهان شده‌است.
نمونه‌های نوین تکنولوژی‌های ویژه حفاری
حفاری افقی
حفاری چند جانبه
حفاری طولانی دستیابی
حفاری خودکار
در بخش بعد به بررسی تخصصی این تکنولوژی‌ها می‌پردازیم.
حفاری افقی
در این مدل حفاری جهت‌دار با هدف حفر در رسیدن به منبع نفت و گاز متقاطع در نقطه ورود با شیب نزدیک به افقی منحرف شده و تا رسیدن به نقطه مورد نظر از چاه ادامه پیدا می‌کند.
ساخت چاه جهت دار از چاه معمولی پر هزینه‌تر اما میزان تولید آن بسیار بیشتر از چاه معمولی می‌باشد.
حفاری‌های افقی ارتباط بیشتری با سازه مخزن نسبت به چاه عمودی برقرار می‌کند. این روش این امکان را می‌دهد که هیدروکربن‌های بیشتری از چاههای معین تولید شود.
شش تا هشت حلقه چاه افقی که از یک محل حفر شده‌اند، می‌توانند به همان حجم مخزن نسبت به ۱۶ چاه عمودی دسترسی پیدا کنند.
استفاده از این فناوری و تعداد کلی پدهای چاه، جاده‌های دسترسی، مسیرهای خط لوله و امکانات تولید را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. همچنین تاثیرات بد محیط زیستی از اثرات استفاده از این نوع تکنولوژی در حفاری را به حداقل می‌رساند.
حفاری افقی اکثرا به منظور بهبود تولید نفت که اگر این مزیت در به کار گیری این تکنولوژی نبود استفاده از آن مقرون به صرفه نبود.
انواع مخازن زیادی وجود دارد که در آن مزایای احتمالی حفاری افقی مشهود است.
مزایای حفاری افقی مخازن
قسمت عمودی اولیه چاه افقی به طور معمول با همان تکنیک حفاری چرخشی که برای حفر اکثر چاههای عمودی استفاده می‌شود، حفر می‌شود. در آن کل رشته مته روی سطح چرخانده می‌شود. موتور درست بالاتر از بیت که در آن زمان فقط بیت می‌چرخد و رشته حفاری محکم است صورت می‌پذیرد.
از نقطه شروع ضربه تا نقطه ورودی، قسمت منحنی یک چاه افقی با استفاده از یک موتور هیدرولیک مستقر در بالای بیت نصب شده و توسط مایع حفاری سوار می‌شود.
هدایت سوراخ با به کارگیری موتور خنک کننده کمی خمیده یا “قابل هدایت” انجام می‌شود (امروزه فناوری حفاری جهت دار با استفاده از “RSS: Roter Steerable System” بهبود یافته است که اجازه می‌دهد سوراخ دیگری را دنبال کند که چرخش را ادامه داده که رشته حفاری. RSS باعث افزایش ایمنی و راندمان حفاری می‌شود).
بسته‌های سازنده پایین سوراخ که خوانش‌های حسگرهای مختلفی را به سطح اپراتورها در سطح منتقل می‌کنند در رشته مته نزدیک بیت قرار دارند.
سنسورها آزیموت (جهت در مقابل شمال) و شیب (زاویه نسبت به عمودی) مونتاژ حفاری و موقعیت (مختصات x ، y و z) بیت مته را در همه زمان‌ها فراهم می‌کنند.
سنسورهای سرریز اضافی می‌توانند و اغلب در رشته مته وجود داشته باشند. اطلاعاتی را در مورد محیط سرازیری (دمای سوراخ پایین و فشار، وزن روی بیت، سرعت چرخش بیت و گشتاور چرخشی) ارائه می‌دهند.
همچنین این امکان فراهم است تا معیارهایی چون خصوصیات بدنی سنگهای اطراف مانند رادیواکتیویته طبیعی و مقاومت الکتریکی را ارائه دهند، مشابه آنچه که با روشهای ورود به سیستم چاه سیم معمولی به دست می‌آیند، اما در این حالت در زمان واقعی حین حفاری در جلو بدست می‌آیند.
اطلاعات از طریق نوسانات ناچیز در فشار مایع حفاری در داخل لوله مته به سطح منتقل می‌شود.
حفاری چند جانبه
بعد از بررسی مورد اول مدل حفاری که به صورت افقی صورت می‌پذیرفت به مدلی دیگر از سبک حفاری به نام حفاری‌های چند جانبه می‌پردازیم. در برخی موارد ذخایر نفت و گاز طبیعی در لایه‌های جداگانه‌ای در زیر زمین قرار دارند. حفاری‌های چند جانبه به تولید کنندگان این امکان را می‌دهد تا از چاه اصلی جدا شوند تا بتوانند از ذخایر در اعماق مختلف استفاده کنند.
مزیت این روش موجب افزایش تولید از یک چاه می‌شود. همچنین تعداد چاههای حفر‌شده روی سطح را کاهش می‌دهد.
چاه چند جانبه یک چاه است که دارای یک یا چند شاخه چاه است که از چاه اصلی منشعب می‌شوند.
در این مدل ممکن است که چاه اکتشافی، یک چاه توسعه یا ورود مجدد به یک چاه موجود باشد.
این فرایند ممکن است به سادگی یک چاه عمودی با یک مسیر فرعی یا به اندازه یک چاه افقی پیچیده، گسترده شده با چند شاخه جانبی و فرعی پیچیده باشد.
ساختار حفاری چند جانبه، شامل موارد زیر است:
- چاه های چند شاخه
- چاه های چنگالی
- چاه هایی با چند شاخه، منشعب شده از یک چاه اصلی افقی
- چاه هایی با چند شاخه منشعب شده از یک چاه اصلی عمودی
- چاه هایی با انشعابات گوناگون و دو طرفه مخالف.
اين گونه از چاه‌ها دو گونه اساسی دارند که :
لبه‌های عمودی و لبه‌های افقی در شکل‌های T ، فن، تیغه‌هایی شبیه ستون فقرات که دو طرفه گسترش می‌یابند.
مزیت چاه چند جانبه
چاه چند جانبه‌ای که عملکرد خوبی داشته باشد که جایگزین چندین چاه عمودی می‌شود :
- هزینه‌های حفاری و پایان کار را کاهش دهد
- افزایش تولید و زهکشی کارآمدتر مخزن
- مدیریت مخزن مؤثرتر بوده
- کمک به افزایش ذخایر قابل بازیافت
صرف نظر از سطح پیچیدگی، امروزه چاههای چند جانبه با فناوری حفاری جهت دارترین حالت حفر می‌شوند. اما همیشه خطرات خاصی از ناپایداری دریچه سوراخ، لوله گیر شده و مشکلات مربوط به مناطق تحت فشار تا پوشش، سیمان سازی و انشعاب وجود دارد.
اما به طور کلی مزایای این روش بسیار بیشتر از معایب آن بوده و بسیار سبک کارآمدی در تکنولوژی حفاری تلقی می‌شود.
افزایش بهره وردی ساختار چاههای چند جانبه
در مخازن کم عمق یا تهی، چاههای افقی شاخه‌ای اغلب مؤثر هستند، در حالی که در مخازن لایه‌ای، سوراخ‌های تخلیه عمودی معمولاً بهترین راه حل هستند.
در مخازن شکسته، لبه‌های دو طرفه ممکن است حداکثر قرار گرفتن در معرض مخزن را فراهم سازند. به ویژه هنگامی که جهت گیری شکستگی شناخته شده‌است.
حفاری دسترسی گسترده
چاه با دسترسی گسترده که در آن نسبت عمق اندازه گیری شده (MD) با عمق عمودی واقعی (TVD) حداقل ۲: ۱ است.
این مدل از چاه‌ها هزینه‌بر و از لحاظ فنی چالش برانگیز هستند اما مزیتی که دارند این است که در عملیات حفاری موجب کاهش نیاز به تجهیزات فرعی پر هزینه می‌شوند که از طریق استفاده از میدان ماهواره‌ای پیشرفته که با توسعه میدان‌های نزدیک ساحل که باعث کاهش خطرات بر محیط زیست که توسعه میدان در لایه‌های گوناگون انجام می‌شود.
درنتیجه این روش حفاری توجه مهندسان را به خود جلب کرده است.
حفاری دسترسی گسترده به تولید کنندگان این امکان را می‌دهد تا برای دستیابی به ذخایری که فاصله زیادی با دکل حفاری دارند و رسوب نفت و گاز طبیعی را در مناطقی که چاه عمودی نمی‌تواند به آنها دسترسی یابد همچون مناطق توسعه نیافته یا حساس به محیط زیست یکی از بهترین روش‌ها در زمینه تکنولوژی حفاری تلقی می‌شود.
در بخش آفشور استفاده از حفاری‌های پیشرفته به تولید کنندگان این امکان را می‌دهد تا به دور از سکوهای ساحلی به ذخایر دسترسی پیدا کنند و تعداد سکوهای مورد نیاز برای تولید کل نفت و گاز را به حداقل می‌رساند.
حفاری در حالت کشویی منجر به چندین ناکارآمدی می‌شود که در مسافت‌های طولانی ایجاد می‌شود. موتور باید حین حفاری جهت یابی‌شده از مسیر مورد نظر جهت‌یابی و در جهت خاصی حفظ شود. این جهت‌گیری از طریق ترکیبی از چرخاندن مته چندین چرخش و کار با لوله برای تبدیل آن به جهت مورد نظر حاصل می‌شود.
جزئیات قابل توجه حفاری
در چند کیلومتری خط، لوله ممکن است به چرخش ۱۵ تا ۲۰ در سطح نیاز داشته باشد تا بتواند یک بار ابزار را به پایین بچرخاند. زیرا رشته مته می‌تواند گشتاور را در چنین مسافت طولانی جذب کند. پس از قرارگیری ابزار، گشتاور رشته مته لازم است موتور را در جهت یابی مناسب در برابر گشتاور معكوس ایجاد‌شده توسط موتور به عنوان دریل‌های بیتی نگه دارد.
پکیج دارای سنسورهای جهت دار و پتروفیزیکی، الکترونیک برای کنترل و تله متری و باتری‌های برق است.
شیب سنجها هم در حالت بررسی و هم در حالت مداوم، داده‌های انحراف و شیب را ارائه می‌دهند.
در قسمت بالایی ابزار GeoSteering ، یک تثبیت کننده با گیج قابل تنظیم این امکان را می‌دهد تا دریلر جهت دار، ویژگی جهت گیری BHA را در حالت چرخشی تغییر دهد.
امروز حفاری افقی و حفاری دسترسی گسترده از فناوری “RSS: Roter Steerable System” استفاده می‌کند. این روش اجازه می‌دهد حفره را برای ادامه چرخش رشته حفاری با بهبود ایمنی و بازده حفاری هدایت کند.
علاوه بر این، انتخاب یک مایع حفاری باید تعدادی از عوامل مهم را متعادل کند.
چاه پایدار برای حفاری فواصل زیاد باز حفره طولانی در زاویه‌های زیاد افزایش روان بودن که موجب کاهش گشتاور و کشیدن، توسعه مناسب برای حمل و نقل موثر، به حداقل رساندن پتانسیل برای مشکلاتی از قبیل چسبیدن دیفرانسیل و گردش گمشده، به حداقل رساندن آسیب تشکیل فواصل تولیدی. چرخش لوله یکی دیگر از عوامل مهم در تمیز کردن حفره‌ها است.
هدف از برنامه تمیز کردن حفره در ERW بهبود عملکرد حفاری با جلوگیری از انسداد لوله، جلوگیری از حفره‌های تنگ در اتصالات تمامی این فرآیندها به منظور تسهیل عملکرد حفاری و بهره بردن از برترین تکنولوژی حفاری در این امر بسیار مهم می‌باشد.
حفاری خودکار
یکی از مهمترین اهداف نوآوری صنعت نفت، حفاری خودکار است. منابعی که اکنون درحال بهره‌برداری هستند مانند گاز شل و متان زغال سنگ نیازمند چاههای زیادی می‌باشد. همچنین روشی مناسب برای کنترل و مانیتورینگ هزینه می‌باشد و با مشکلاتی که اکثر بخش‌های مدیریتی با آن رو به رو می‌شوند در امان خواهند بود.
مزایای حفاری خودکار
- سرعت بیشتر انجام کار
- کارآمدی بیشتر
- با ایمنی بالا
- کاهش تعداد نیروی کار
در بخش تحقیق و توسعه شل سیستم حفاری با نام SCADAdrill ابداع کرده. در واقع کنترل نظارتی و جمع آوری داده‌ها، نوعی نرم افزاری است که برای کارخانه اتوماتیک و کنترل فرآیند به کار می‌رود و جزئی از سیستم جدید تولید چاه است. این روش هم اکنون در اروپا و امریکای شمالی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
سیستم ساخت چاه با استفاده از سه نوع مته حفاری نصب‌شده بر روی کامیون‌ها، برای ساخت مجتمع چاههای مورد نیاز برای استخراج گاز از ذخایر شیل یا زغال سنگ استفاده می‌کند. یک دکل حفاری “سوراخ بالا” ، قسمت عمودی چاهی که از طریق آن گاز استخراج می‌شود سپس از یک زاویه دو حفره میانی حفر می‌شوند که شروع می‌شوند و به صورت افقی حرکت می‌کنند تا به حفره ابتدایی برسند که از اینها برای آبگیری از سنگ و تشدید جریان گاز به کار می‌روند.
نوع سوم دکل نصب پمپ‌های لوله مورد نیاز برای بهره برداری از چاه است.
به دلیل وجود سنسورهای نصب‌شده روی مته، مسیر حفاری و عملکرد آن، نظارت می‌شود. اتوماسیون حفاری در سه مرحله جدا انجام می‌شود.
مراحل اتوماسیون حفاری
اولین مکانیزاسیون تجهیزات تکنولوژی حفاری مانند ماشین آلات است که طول لوله مته را به هم متصل می‌کند.
- مکانیزاسیون تجهیزات حفاری مانند ماشین آلات است که طول لوله مته را به هم متصل می‌کند.
- نظارت بر گشتاور و وزن موجود در بیت مته و کنترل این پارامترها برای دستیابی به سرعت مطلوب نفوذ و مسیر حفره.
- سوم، اتوماسیون کل فرایند، از جمله سرعت پمپ‌های کنترل گل حفاری است.
سیستم رایانه‌ای SCADAdrill به ابزار و کنترل‌های موجود یک دکل حفاری متصل می‌شود.
بنابراین می‌تواند ماشین آلات دکل را مدیریت و بر همه جنبه‌های فرآیند تکنولوژی حفاری نظارت کند.
پارامترهای تحت نظارت به عنوان کنترل بازخورد برای ماشین‌های دکل عمل می‌کنند. در این روش جهت یابی سوراخ مته به طور مداوم بررسی می‌شود. این کار به حصول اطمینان از حفر چاه به طور کارآمد و دستیابی به هدف خود کمک می‌کند. اگرچه قادر به کار بدون نظارت انسانی است، اما SCADAdrill به مهندسان خوب این امکان را می‌دهد تا از راه دور دکل را کنترل کنند. در صورت لزوم می‌توان کنترل را از دستگاه گرفت.
شل همچنین در حال توسعه نوع جدیدی از لوله پوشش به چاههای خط می‌باشد که این امر باعث می‌شود که کل چاه با همان قطر حفاری، به صورت ساده‌تری روند حفاری را طی کند.
در حال حاضر، چاه‌ها با استفاده از مرحله به مرحله حفر می‌شوند.
مراحل حفر چاه
سوراخ نخست زده می‌شود و تا زمانی که طرفین شروع به بی‌ثباتی کنند، حفر ادامه پیدا می‌کند. کم کم فرایند به فروپاشی ختم می‌شود.
در این مرحله عملیات حفر متوقف شده‌است. سوراخ به‌وجود‌آمده، با لوله استیل پوشانیده می‌شود. شکاف بین ضخامت سوراخ و قسمت بیرونی لوله پر می‌شود.
مرحله بعدی مته باید درون این سوراخ باشد، بنابراین از یک مته قطر کوچکتر استفاده می‌شود. حفاری تا زمانی که سوراخ در
آستانه فروپاشی قرار بگیرد، ادامه می‌یابد پس از آن روکش می‌شود و روند آن ادامه می‌یابد. با هر بار قطر حفره‌ها کاهش می‌یابد.
شل در حال توسعه، یك پوشش بسط‌یافته می‌باشد که می‌تواند انتهای هر لوله را “با شعله ور شدن” از انتهای لوله در زیر آن قرار دهد.
این روند با استفاده از درجه‌ای از استنلس استیل انجام داد که در حالی که هنوز در پارامترهای استحکام مورد نیاز برای تثبیت حفره باقی مانده است، یا با استفاده از یک لوله شکاف دار انجام می‌شود – الگوی شکافها به سطح خارج و داخل لوله ضرب می‌شوند، با ضخامت کامل فولاد نفوذ می‌کند. اما اجازه می‌دهد انتهای لوله با کشش قسمت‌های نازک‌تر از فولاد که در قسمت شیارها باقی مانده است، گسترش یابد.
نگاه تخصصی به مزیتهای تکنولوژی حفاری اتوماتیک:
مقدار انرژی لازم برای حفر گودال را کاهش می‌دهد. حفره‌های وسیع‌تر به انرژی بیشتری احتیاج دارند زیرا آنها مجبور به جابجایی مواد بیشتری هستند. بنابراین برای عمق معین متراژ، سنگهای کمتری باید از بین بروند.
همچنین از استیل کمتری استفاده می‌کند، سیمان کمتری مصرف می‌شود و کمتر از گل حفاری استفاده می‌کند. همچنین دکل حفاری کوچکتر همچنین امکان دستیابی به اعماق بیشتر را فراهم آورد.
منبع:
