آشنایی با مبانی حفاری زیر تعادلی UBD ـ مقایسه ی مزایای UBD در مقایسه با OBD ـ بخش دوم

مفاهیم مهندسی نفت ـ آشنایی با روش های نوین حفاری

● حفاری زیر تعادلی(Under Balance Drilling)

بیشتر چاه‌های نفت و گاز طبیعی با روش دورانی حفر می‌گردند که در آن مته حفاری سنگ‌های ته چاه را خرد می‌کند. سیال حفاری از درون لوله‌های حفاری به پایین پمپ شده و از فضای حلقوی میان لوله حفاری و دیواره‌ی چاه به سطح زمین باز می‌گردد. همراه با جریان این سیال در درون چاه، خرده‌های حاصل از عمل حفاری به سمت بالا حمل می‌شوند و بدین صورت درون چاه تمیز می‌شود.

در عملیات حفاری، سیال حفاری وظایف دیگری نیز بر عهده دارد که شامل حفظ استحکام دیواره‌ی چاه، خنک کردن مته و مهم‌تر از همه کنترل سیالات درون سازندهای حفاری شده است. هنگامی گفته می‌شود چاه در حالت تعادل ( Balance) قرار دارد که فشار سازند و فشار ناشی از ستون سیال حفاری با هم برابر باشند. در این حالت هیچگونه انتقال سیالی بین چاه و سازند رخ نمی‌دهد.

ترکیب و خواص سیال حفاری اغلب طوری انتخاب می‌شود که فشار سیال از فشار روزنه‌ای سیالات سازندی که درمعرض حفاری قرار می‌گیرند بیشتر باشد. در این شرایط فراتعادلی (overbalance) فشار سیال حفاری از ورود سیالات سازند به درون چاه در حین عملیات حفاری جلوگیری می‌کند. اما در این وضعیت مقداری از سیال حفاری به درون سازند نفوذ می‌کند که معمولا سعی می‌شود با افزودن موادی به گل و ایجاد یک لایه با نفوذ‌پذیری کم بر روی دیواره چاه، میزان این نفوذ را کاهش دهند.

در حفاری زیر تعادلی ( UBD) فشار سیال حفاری عملا کمتر از فشار روزنه‌های سیالات سازند نگه‌داشته می‌شود، در نتیجه در مواجهه با سازندهای نفوذپذیر، سیال سازند اجازه نفوذ به درون چاه در حال حفاری را پیدا می‌کند. در این روش تجهیزات و روش‌های خاصی برای کنترل جریان سازند در حفاری زیر تعادلی مورد نیاز است. اما این روش مزیت‌های قابل ملاحظه‌ای نسبت به حفاری معمولی دارد.

● ضرورت استفاده از حفاری زیر تعادلی (UBD)

استفاده از این روش مزیت‌هایی به همراه دارد که می‌تواند باعث بهبود در بازگشت سرمایه در حفاری یک چاه شود که از آن قبیل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

ـ افزاش سرعت حفاری و عمر مته

ـ کاهش احتمال گیر کردن رشته حفاری در درون چاه

ـ به حداقل رساندن هرز روی گل در حین حفاری

ـ بهبود بخشیدن به ارزیابی سازند

ـ افزایش تولید چاه

ـ کاهش و یا عدم نیاز به تحریک اولیه چاه

میزان موفقیت در رسیدن به اهداف بالا به شرایط هدف چاه در مخزن و لایه‌های حفاری شده و همچنین به شرایط خاص چاه بستگی دارد.

● افزایش سرعت حفاری

UBD می‌تواند موجب افزایش سرعت حفاری شود. منابع زیادی سرعت بالای حفاری‌های انجام شده توسط هوا و یا سیالات سبک شده را نسبت به حفاری فراتعادلی با سیالات حفاری معمولی گزارش داده‌اند، یک بررسی در سال ۱۹۹۳ نشان داد که سرعت حفاری با هوا(UBD) می‌تواند ۱۰ برابر بیشتر از حفاری با گل در یک سازند معین باشد.

● افزایش عمر مته

حفاری UBD فشارهای اعمال شده روی سنگ توسط سیال حفاری را برمی‌دارد. این مساله، میزان مقاومت ظاهری سنگ را کاهش می‌دهد به همین دلیل کار کمتری برای حفرمقدار معینی از سنگ مورد نیاز خواهد بود. منطقی است که این موضوع سبب افزایش عمر مته در عملیات حفاری می‌شود.

● کاهش هرز روی سیال حفاری

هرز روی سیال حفاری زمانی رخ می‌دهد که سیال در مواجهه با سازندهای باز و یا با نفوذپذیری بالا به جای جریان یافتن به سوی سطح زمین وارد سازند شود. بیشتر این هرز روی در هنگام برخورد به شکاف‌های طبیعی که در مجاورت چاه قرار دارند و یا شکاف‌هایی که توسط فشار بالای سیال حفاری القاء می‌شوند رخ می‌دهد. از آنجایی که در UBD هیچ نیرویی برای راندن سیال به درون سازند وجود ندارد این روش به میزان چشمگیری هرز روی سیال را کاهش می‌دهد.

● کاهش احتمال گیرکردن رشته حفاری

در حین حفاری فراتعادلی(OBD) هنگامی که سیال حفاری به درون سازند نفوذ می‌کند، لایه‌ای به اسم کیک گل (Mud cake) از رسوبات جامد بر روی دیواره چاه تشکیل می‌شود. اگر رشته حفاری وارد این کیک شود، اختلاف فشار سیال حفاری و سیال درون کیک بر سطح رشته حفاری وارد می‌شود و باعث می‌شود که میزان نیروی محوری برای بالا کشیدن رشته حفاری از مقاومت کششی لوله‌ها فراتر رود. در این حالت گفته می‌شود که رشته حفاری دچار گیر اختلافی ( differential sticking) شده است. درUBD نه کیک بر دیواره تشکیل می‌شود و نه نیرویی بر رشته حفاری وارد می‌آید که باعث گیر کردن آن شود.

● کاهش آسیب دیدگی سازند

آسیب سازند زمانی رخ می‌دهد که مایع و یا جامدات یا هر دوی آنها در حین حفاری از چاه وارد سازند شوند. اگر فشار سیال حفاری کمتر از فشار روزنه‌ای سازند باشد، نیروی محرکه ایجاد شده سبب می‌شود ورود جامدات و مایعات به درون سازند متوقف شود.

البته در بعضی مواقع اختلاف پتانسیل شیمیایی مواد سازنده سیال حفاری و سازند، سبب نفوذ سیال به سازند می‌شود که در UBD نمی‌توان جلوی آن را گرفت. جلوگیری از آسیب سازند به منزله داشتن تولید بهتر در آینده است.

● سریعتر به تولید رساندن چاه

هنگامی که چاه به صورت UBD حفاری می‌شود. تولید هیدروکربن از لحظه حفر سازند بهره‌ده آغاز می‌شود. با داشتن تجهیزات مناسب می‌توان، نفت تولیدی در حین حفاری را جمع‌آوری کرد.

● کاهش نیاز به تحریک چاه

تحریک چاه می‌تواند شامل اسیدکاری برای برطرف کردن آسیب دیدگی چاه باشد و یا شکاف هیدورلیکی که می‌تواند برای تضمین تولید مناسب در مخازن با نفوذپذیری پایین و یا جبران آسیب دیدگی سازند مورد استفاده قرار گیرد. کاهش آسیب دیدگی سازند به منزله کاهش هزینه‌های تحریک چاه می‌باشد.

● بهبود در ارزیابی سازند

هنگامی که یک چاه تحت حفاری UBD قرار می‌گیرد، سیال از هر سازند نفوذپذیر به محض حفر شدن وارد حفره چاه می‌شود. حفر هر سازند حامل هیدروکربن که نفوذپذیری و نیروی محرکه مناسبی داشته باشد، سبب افزایش درصد هیدروکربن در سیال حفاری می‌شود. با داشتن تجهیزات تشخیصی می‌توان سازندهای بهره‌ده مناسب را به محض حفاری مشخص ساخت.

● مزایای زیست محیطی

مزایای زیست محیطی زیادی در حفاری UBD می‌تواند نهفته باشد. با حفاری توسط سیال خشک گازی، دیگر مایعات حفاری مخزن که بعد از حفاری باید دور ریخته شوند، وجود ندارد. مواد شیمیایی مورد استفاده در سیالات مورد استفاده در روش UBD از قبیل میست (Mist) و کف ( foam) اغلب قابل تجزیه در طبیعت هستند و مشکلات چندانی برای محیط زیست ایجاد نمی‌کنند.

از سوی دیگر، سیالات سازند که در حین حفاری UBD تولید می‌شوند، در سیستم‌های سطحی باز باید به دقت جابه جا شوند تا موجب آلودگی محیط زیست نگردد. در سیستم‌های سطحی بسته، کنده‌های حفاری و سیالات تولیدی در مسیر معینی قرار دارند که احتمال آلودگی محیط را به حداقل می‌رساند.

تدوین:

مهندس توماج فرود ـ دانشجوی کارشناسی ‌ارشد مهندسی حفاری-‌بهره‌برداری دانشگاه صنعتی امیرکبیر ـ خبرنگار مهندسی نفت سرویس مسایل راهبردی دفتر مطالعات خبرگزاری دانشجویان ایران(ISNA)