آشنایی با ابزار و وسایل حفاری جهت دار ـ بخش پایانی

مفاهیم مهندسی نفت ـ آشنایی با روش های نوین حفاری

● ابزارها

▪ لوله‌های طوقه‌ (Drill Collar):

لوله‌های فولادی سنگین و سختی هستند که درانتهای رشته‌های حفاری به منظور تأمین وزن روی مته (WOB) و هم‌چنین سختی رشته حفاری قرارمی‌گیرند. ازنظر ساختار بدنه دوگونه مارپیچی و صاف وجود دارد (شکل۱) که درحفاری جهت‌دار نوع مارپیچی ترجیح‌ داده می‌شود. شیارهای مارپیچی که روی بدنه لوله طوقه توسط ماشین تراشیده می‌شود، سبب کاهش سطح تماس لوله با دیواره چاه به میزان ۴۰درصد می‌گردد درحالی که تنها ۴۰درصد از وزن لوله کاهش می‌یابد. این کاهش سطح تماس باعث کاهش احتمال چسبیدن لوله به دیواره چاه (Differential Sticking) و گیرکردن آن می‌شود. لوله طوقه به طور میانگین ۳۱ فوت طول دارد و ازنظر اندازه طول لوله و جنس فولادی آن، غیراز لوله طوقه معمولی سه نوع لوله دیگر وجود دارد.

- لوله طوقه کوتاه که درطول‌های ۱۵- ۱۰- ۵ فوت ساخته می‌شوند.

- لوله طوقه غیرمغناطیسی که از آلیاژ خاصی از فولاد زنگ نزن با کیفیت بالا ساخته می‌شود.

- لوله طوقه غیرمغناطیسی کوتاه.

▪ ساب شناور (Float Sub)

یک لوله کوتاه که یک سرآن پین (نرینه) و سردیگر آن باکس (مادینه) است و محلی برای قرارگرفتن شیرشناور (Float Valve) می‌باشد. معمولاً بالای موتورهای دکل (PDM) نصب می‌شود.شیرشناور برای جلوگیری از حرکت سیال حفاری به سمت بالا از درون لوله حفاری تعبیه می‌شود. و در واقع یک شیر یک‌طرفه است که اجازه می‌دهد گل از داخل رشته حفاری وارد چاه شود اما مسیر برگشت ان را می‌بندد و گاهی‌اوقات درساب بالای مته (Bit Sub) هم نصب می‌شود.

▪ تثبیت کننده‌ها (Stabilizer)

تثبیت کننده‌ها جزء ضروری تقریباً همه رشته‌های حفاری درچاه‌های جهت‌دار هستند. تثبیت‌کننده‌های نزدیک مته (Near bit Stabilizer) معمولاً جایگاه شیرشناور هم هستند. برروی لوله تثبیت کننده تیغه‌هایی نصب شده که به صورت ۳۶۰ درجه سطح لوله را پوشش می‌دهد و معمولاً روی این تیغه‌ها توسط مواد سخت پوشش داده می‌شود.

وظایف اصلی تثبیت کننده‌ها عبارتند از:

۱) کنترل انحراف چاه

۲) کاهش خطر چسبیدن لوله به چاه (Differential Sticking)

۳) تراشیدن و صاف کردن ناهمواری‌ها و کجی‌های چاه (Dogleg)

از نظر نحوه اتصال تیغه‌ها به بدنه لوله دونوع تثبیت کننده وجود دارد:

۱) تیغه‌های جوش‌داده شده (Welded blade stabilizer)

دراین نوع، تیغه‌ها توسط عملیات جوشکاری و حرارت بالا، با کیفیت بالا به بدنه لوله متصل می‌شوند. تیغه‌ها می‌توانند مستقیم و یا مارپیچی باشند (شکل ۲). این نوع تثبیت کننده‌ها درسازندهای سخت توصیه نمی‌شوند چراکه احتمال کنده‌شدن تیغه‌ها وجود دارد. این نمونه بیشتر برای چاه‌های با قطر زیاد و یا در سازندهای نرم مناسب است، چراکه امکان استفاده از حداکثر شدت جریان سیال حفاری را فراهم می‌کنند، درضمن این نوع تثبیت کننده ارزان‌تراست.

۲) تیغه‌های یکپارچه Integrat – blade stabilizer

دراین مدل یک قطعه فلز یکپارچه به شکل لوله درآمده و توسط دستگاه، تیغه‌ها روی آن شکل می‌گیرند. این نمونه از نمونه قبل گران‌تراست. در این نمونه لبه بیرونی تیغه‌ها کمی گرد شده‌اند تا از آسیب ‌رسیدن به دیواره جلوگیری شود و هم‌چنین تماس تیغه با بدنه چاه بیشتر گردد. این تثبیت کننده‌ها معمولاً توسط کربید تنگستن(نوعی آلیاژ فلزی) پوشش داده می‌شوند (شکل ۳).

۳) غلتک‌های تراشنده (Roller Reamer)

این تراشنده‌ها به منظور حفظ اندازه چاه، کاهش گشتاور (Torque) درلوله و هم‌چنین ثابت نگه‌داشتن رشته حفاری دردونوع نزدیک مته و رشته حفاری موجودند و معمولاً درسازندهای سخت مفید می‌باشند (شکل ۴).

۴) توربین (Turbin)

این دستگاه براساس مکانیزم چرخش گریز از مرکز (سانتریفیوژ) سیال کارمی‌کند. انرژی ازسرعت و حجم سیال حفاری به یک استاتور (Stator) ثابت و زاویه‌دار منتقل می‌شود که سبب ایجاد یک نیروی چرخشی در روتور (Rotor) مقابل آن می‌گردد (شکل ۵). هرترکیب استاتور و روتور یک گام (Stage) نامیده می‌شود. یک توربین درعملیات حفاری جهت‌دار ازچندین گام تشکیل شده است. این وسیله امروزه چندان متداول نیست و معمولاً توسط متخصصان رانده می‌شود.

۵) ساب خمیده (Bent Sub)

ساب خمیده لوله دارای پین و باکس می‌باشد که قسمت پین (نرینه) باید با باکس (مادینه) هم‌سایز و هم‌سازباشد. پین معمولاً با زاویه‌ای نسبت به محور بدنه ساب ساخته می‌شود. این زاویه معمولاً بین ۱ تا ۳ درجه است که به اندازه ۱/۲ درجه تغییر می‌کند. ساب خمیده بلافاصله بالای PDM یا توربین قرارمی‌گیرد و با اعمال نیرو به مته سبب حرکت آن دریک مسیر کمانی شکل می‌شود .

۶) چاله‌بازکن (Hole Opener)

این وسیله یک ابزار لوله‌ای شکل با قطر ثابت است که برای بازکردن چاه‌های هدایت‌گر (Pilot Well) استفاده می‌شود. برای سازندهای مختلف دارای برشگرهای متفاوت است که می‌توان آن‌ها را درمحل چاه عوض کرد (شکل ۷).

۷) وایپ استاک (Whip- Stock)

یک وسیله ایجاد انحراف درچاه است که درچاه‌های باز (Openhole) و یا جداری شده (Cased hole) کاربرد دارد. ویپ استاک درچاه باز قابل بازیابی است و معمولاً برای ایجاد یک انحراف عمیق درچاه‌های با حرارت بالا و یا دکل‌های کوچک مورد استفاده است. درچاه جداری شده برای ایجاد انحراف از مسیراولیه از درون جداری‌ها (Casing) به کارمی‌رود، درون جداری محکم و ثابت می‌شود تا اجازه انحراف ازدرون آن را بدهد و سپس در پایان کار درهمان جا، رها می‌شود (شکل ۸).

۸) جارهای حفاری (Drilling Jar)

برای اعمال ضربه به سمت بالا یا پایین طراحی شده‌اند، درچاه‌های جهت‌دار همراه رشته حفاری رانده می‌شوند تا درهنگام گیرکردن لوله (Pipe Stock) درچاه با اعمال ضربه آن را آزاد کنند. جارهای می‌توانند هیدرولیکی، مکانیکی و یا هیدرومکانیکی باشند (شکل ۹).

۹) موتورهای قابل هدایت (Steerable Motor)

ازآخرین دستاوردهای تکنولوژی حفاری جهت‌دار است: این دستگاه یک PDM است که هم می‌تواند بچرخد و با حفر سازند به پیش رود و هم درصورت لزوم جهت‌ داده شود. یک غلاف خمیده این امکان را می‌دهد که درهنگام جهت‌دهی، دستگاه نسبت به محوررشته حفاری منحرف شود و با استفاده ازاین انحراف می‌توان اصلاحات کوچک را درمسیر چاه اعمال کرد (شکل ۱۰).

● اصطلاحات

▪ Differential Sticking :

هنگامی که اختلاف فشارسیال درون چاه و فشار سازند زیاد باشد فشار سیال باعث چسباندن لوله به دیواره چاه و درنتیجه گیرکردن آن می‌شود.

▪ Dogleg:

میزان خمیدگی کلی درمسیر چاه را گویند که شامل تغییرات زاویه عمودی (inclination) و یا زاویه افقی (Azimooth) می‌باشد.

▪ Near bit Stabilizer :

تثبیت کننده‌ای که درست بالای مته نصب می‌شود .

▪ Open hole :

قسمتی از چاه که درآن لوله جداری (Casing) نصب نشده است.

▪ Casing :

لوله‌های فولادی محکم و پایداری هستند که برای محافظت از دیواره چاه و یک سری وظایف دیگر بعد از حفاری درون هرقسمت از چاه قرارداده می‌شوند.

▪ Pilot hole :

چاهی با قطر کمتر از قطر نهایی که برای ایجاد انحراف اولیه درمسیر چاه حفر می‌گردد.

▪ Weight On bit :

وزنی که معمولاً توسط لوله‌های طوقه برروی مته اعمال می‌شود که به عملیات حفاری و سرعت پیشروی آن کمک کند.

تدوین:

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