آشنایی با حفاری جهت‌دار (Directional Drilling) ـ روش‌ها و کابردها ـ بخش اول

● تعریف:
حفاری جهت‌دار نوعی از حفاری است که در آن مسیر چاه بر اساس نقشه‌ای معین و از پیش طراحی شده، برای رسیدن به ناحیه هدف (Target Area) از حالت عمودی منحرف می‌شود. این نوع حفاری زمانی انجام می‌شود که بنابه دلایلی هدف نهایی از محلی که بر روی زمین شروع به حفاری می‌کنیم به صورت جانبی دارای فاصله باشد.
● واژگان:
▪ ناحیه هدف(Target Area):
ناحیه‌ای معین در عمق از پیش‌ تعیین شده که بر اساس طراحی‌انجام گرفته، چاه باید آن ناحیه را قطع کند.
▪ (MWD"(Measured While Drilling" :
نوعی از دستگاه‌های موقعیت‌یاب و اندازه‌گیری که در انتهای رشته حفاری و بالای مته قرار می‌گیرند و این امکان را فراهم می‌آورند که درحین عملیات حفاری بتوان موقعیت دقیق چاه را تعیین کرد.
▪ kick:
به شرایطی گفته می‌شود که به علت زیادبودن فشار سازندهای حفاری شده نسبت به فشار هیدرواستاتیک ستون گل، سیال سازند وارد چاه شود.
▪ فوران(Blow out):
در صورتی که پس از پیدایی kick، این شرایط کنترل نشود و سیال پر فشار به سطح زمین برسد، باعث ایجاد فوران و در برخی مواقع آتش‌سوزی می‌شود.
▪ کشتن چاه (Well Killing):
روش‌های جلوگیری از راه‌یافتن سیال سازند به سطح زمین و فوران را روش‌های کشتن چاه (Well Killing) می‌گویند.
▪ (Measured depth):
طول واقعی چاه از نقطه شروع حفاری تا هر نقطه دلخواه درمسیر آن.
▪ (Build up):
قسمتی از چاه که زاویه شیب (inclination) افزایش می‌یابد.
▪ (Build up Rate):
سرعت تغییر زاویه چاه (Build up Rate) را معمولاً به ازای هر ۱۰۰فوت عمق اندازه‌گیری شده (Measured depth)، بر حسب درجه بیان می‌کنند.
▪ مانده (Fish):
قطعاتی نظیر تکه‌های لوله‌ حفاری، تکه‌های مته و یا ابزارهای دیگر که بنابه هر دلیل درون چاه سقوط کرده و یا در میانه چاه‌ گیر کرده‌اند و ادامه عملیات حفاری را مختل می‌نمایند.
▪ موتور گل(Mud Motor):
موتورهایی که نیروی محرکه خود را از گلی که با فشار به درون لوله‌ها پمپ می‌شود به دست می‌آورند.
▪ انحراف از مسیر اولیه(Side Track):
عملیاتی که به‌منظور جهت‌دهی دوباره به مسیر چاه انجام می‌گیرد، این کار با حفاری مجدد از نقطه‌ای بالاتر از انتهای چاه آغاز می‌شود.
● تاریخچه:
حفاری جهت‌دار برای اولین بار در سال "۱۹۲۹" با ساخت دستگاه‌های دقیق اندازه‌گیری زاویه چاه (inclination) مورد توجه قرار گرفت. در اوائل دهه "۱۹۳۰" اولین چاه جهت‌دار در خلیج هانتینگتون کالیفرنیا حفاری شد. به تدریج با توسعه میدان نفتی خلیج هانتینگتون و حفر دو حلقه چاه جهت‌دار دیگر، چاه‌هایی به دست آمد که میزان تولید بیشتری داشتند.
حفاری جهت‌دار تا سال "۱۹۳۴" طرفداران چندانی نداشت، تا این‌که در این سال یک چاه در کنرو (Conroe) تگزاس دچار فوران (Blow out) شد. در این هنگام پیشنهاد شد با حفر یک چاه جهت‌دار، برای برخورد با چاه اول و پمپ گل به درون آن، مانع از ادامه فوران شوند (well killing). با انجام موفقیت‌آمیز این پروژه، حفاری جهت‌دار به عنوان راه حلی برای مسائل دشوار و دستیابی به مخازن پیچیده از سوی شرکت‌های حفاری و نیز مشتری‌ها مورد استقبال قرار گرفت.
امروزه ، باتوجه به بالا بودن هزینه‌های جاری برای تولید و استخراج نفت و گاز ، حفاری جهت‌دار به عنوان یک ضرورت جلوه می‌کند. می‌توان گفت مهم‌ترین خصوصیت این روش آن است که تولید‌کنندگان را در سراسر جهان قادر می‌سازد از مخازنی برداشت نمایند که برداشت از آن‌ها از نظر اقتصادی با هیچ روش دیگری امکان‌پذیر نیست.
توسعه و پیشرفت در موتورهای گل (Mud Motor) را می‌توان از مهم‌ترین عوامل در پیشرفت صنعت حفاری جهت‌دار دانست. هم‌چنین ساخت دستگاه‌های موقعیت‌سنج بادقت بالا به توسعه این صنعت کمک شایانی نموده است. هم‌اکنون، دستگاه‌های هدایت‌گر (Steering tools) پیشرفته به ‌عنوان وسایلی برای جهت‌دهی به موتورهای گل جایگزین وسایل موقعیت‌سنج قدیمی شده اند. این دستگاه‌ها به‌وسیله کابل به درون لوله حفاری رانده شده و پس از قرارگرفتن در جای مناسب و گذشتن از فواصل معین، اطلاعات را به سطح زمین می‌فرستند. این اطلاعات به‌ وسیله کامپیوتر پردازش شده و موقعیت دقیق چاه و شرایط دما و فشار ته چاه از آن‌ها استخراج می‌گردد.
در دهه "۱۹۸۰"، یک نمونه جدید از این دستگاه‌ها به عنوان وسیله‌ای با دقت و صرفه اقتصادی قابل قبول ساخته و معرفی گردید. امروزه دستگاه‌های "MWD" با موتورهای گل قابل هدایت، رانده می‌شوند. نمونه جدید این دستگاه‌ها به همراه دستگاه‌های لاگ (logg) اشعه گاما و مقاومت، ساخته شده است که همزمان با عملیات حفاری، امکان بررسی و شناسایی سازند را فراهم می‌آورد.
● کاربردها:
▪ انحراف از مسیر اولیه (Side Track):
انحراف از مسیر اولیه، اولین روش برای حفاری جهت‌دار بود. هدف از این کار دورزدن و یا گذشتن از روی مانده‌های درون چاهی (fish) بود. امروزه انحراف مایل بسیار متداول است و به عنوان مثال هنگامی که تغییرات پیش‌بینی نشده درساختار زمین‌شناسی مشاهده می‌شود از این روش استفاده می‌شود.
▪ مکان‌های غیرقابل دسترسی:
هنگامی که مخزن و یا هدف حفاری (target) زیر یک شهر، رودخانه و یا یک مسیر محیط زیست حساس واقع شده باشد، لازم است که دستگاه حفاری را در مکانی دورتر از آن قرار داد. در این مواقع با حفر یک چاه جهت‌دار می‌توان به هدف دسترسی پیدا کرد.
▪ حفاری گنبدهای نمکی (Salt Dome):
گاهی مخازن نفتی زیر گنبدهای نمکی که پوش سنگ‌های سختی هستند، مشاهده می‌شوند. حفاری از درون لایه‌های نمکی مشکلات بسیاری به همراه دارد. یک راه حل برای گریز از این مشکلات استفاده از حفاری جهت‌دار و اجتناب از ورود به لایه‌های نمکی است.
▪ گسل‌ (Fault):
گاهی ‌اوقات چاه‌هایی که به‌صورت عمودی حفاری شده‌اند، کج می‌شوند. این پدیده معمولاً به دلیل وجود گسل در لایه‌های زیر سطحی است. معمولاً بهتر است که یک چاه جهت‌دار حفر شود و از برخورد با گسل پرهیز کنیم.
▪ چاه‌ اکتشافی چندگانه (Multiplex Well) از یک دهانه چاه:
می‌توان با مسدود کردن یک چاه در عمق معین و ایجاد انحراف، یک چاه جدید حفر کرد. دهنه یک چاه می‌تواند به‌ عنوان نقطه‌ای برای انشعاب چاه‌های دیگر مورد استفاده قرارگیرد. این عمل اکتشاف و بررسی لایه‌های زیر سطحی را بدون نیاز به حفر چندین چاه کامل، میسر می‌سازد.
▪ حفاری از خشکی به درون دریا (onshore):
با نصب دکل در خشکی و حفر چاه جهت‌دار می‌توان به مخازنی که در زیر سطح آب قراردارند، دسترسی پیدا کرد. با این کار می‌توان ضمن نصب شیرهای سرچاهی در خشکی ، از هزینه‌های بالای حفاری در دریا نیز اجتناب کرد.
▪ حفاری چاه‌های چندشاخه (Multiwell) در دریا (offshore):
حفاری جهت‌دار از یک سکوی دریایی به‌ صورت چاه‌های چندشاخه اقتصادی‌ترین راه برای توسعه یک میدان دریایی است. در خشکی نیز، زمانی که محدودیت مکانی داریم مانند نواحی باتلاقی و یا جنگل‌ها از روش حفاری چاه‌های چندشاخه استفاده می‌شود.
▪ تقاطع با چند لایه بهره‌ده با استفاده از یک حلقه چاه:
در این روش، یک چاه جهت‌دار به‌گونه‌ای حفر می‌شود که چندین لایه مخزنی شیب‌دار را با هم قطع کند. این روش، این امکان را فراهم می‌آورد که با استفاده از تکمیل چندگانه چاه همزمان از چند مخزن مجزا بهره‌برداری شود.
▪ چاه‌های فرونشانی (Relief Well):
هدف از این نوع چاه‌ها ایجاد ارتباط با چاه‌های درحال فوران در زیر سطح زمین است تا با پمپ کردن سیال به درون آن‌ چاه بتوان عملیات کشتن چاه (Well Killing) را انجام داد. مشکلی که وجود دارد اندازه کوچک هدفی است که چاه انحرافی باید به آن برسد. بنابراین، این کار نیاز به یک طراحی دقیق و استفاده از دستگاه‌های موقعیت‌یاب حساس دارد.
▪ چا‌ه‌های افقی (Horizontal Well):
کاهش تولید از یک مخزن به‌ عوامل زیادی بستگی دارد. این عوامل می‌تواند شامل مخروطی شدن آب و گاز و یا نفوذپذیری عمودی سنگ مخزن باشد. در این هنگام مهندسین می‌توانند با طراحی و حفر چاه‌های افقی بر این مشکلات غلبه کنند. چاه افقی نوع خاصی از چاه‌های جهت‌دار است که خود به انواع شعاع کوتاه، متوسط و بلند تقسیم می‌شود. این تقسیم‌بندی بر اساس سرعت افزایش زاویه چاه (Build up Rate) انجام می‌گیرد.

تدوین: مهندس توماج فرود ـ دانشجوی کارشناسی ‌ارشد مهندسی حفاری-‌بهره‌برداری دانشگاه صنعتی امیرکبیر ـ خبرنگار مهندسی نفت سرویس مسائل راهبردی خبرگزاری دانشجویان ایران

منبع : خبرگزاری ایسنا