آشنايي با حفاري

[faridbensaeed]

حفاری
منبع http://geoblog.blogfa.com/post-13.aspx
مقدمه

سنگهاي متشكله پوسته زمين را دو دسته بزرگ تشكيل ميدهند . دسته اول سنگهاي آذرين كه بصورت گداخته از اعماق زمين خارج شده و پس از سرد شدن بصورت فعلي باقي مانده است . دسته دوم سنگهاي رسوبي كه توسط آب باران و جريان رودخانه ها به داخل درياها رانده شده و طي سالهاي متمادي طبقه طبقه روي هم انباشته شده و بر اثر فشار طبقات متراكم گشته شده اند. امروزه اكثر دانشمندان معتقدند كه نفت باقي مانده حيوانات و نباتاتي است ذره بيني به اسم پلانكتون كه اجساد آنها در لابلاي رسوبات گفته شده باقي مانده و سپس بر اثر فشار و حرارت و فعل و انفعالات شيميايي به نفت تبديل گشته اند و ميان خلل و فرج برخي از لايه هاي زمين محبوس مانده اند.
مواد نفتي اصولا از دو عنصر كربن و هيدروژن تركيب شده و بهمين دليل مواد هيدروكربوري ناميده مي شوند. اين هيدروكربورها بنابر نسبت تركيب كربن و هيدروژن داراي خواص متفاوتي هستند. بعضي خيلي سبك بوده بصورت گاز مي باشند و برخي مايع و پارهاي كاملا جامد هستند مثل اسفالت و قير. بنابراين هيدروكربورها بر حسب شرايط اوليه در هر نقطه از زمين بصورتهاي مختلفي يافت مي شوند. لايه هاي زمين كه نفت در آنها يافت مي شود بيشتر در طبقات سنگي آهكي متخلخل و سنگهاي ماسه اي مي باشند كه مانند اسفنج هيدروكربورها را در خود نگه ميدارند . چگونگي تشكيل و منشا بسياري از مواد معدني از جمله نفت بوسيله آزمايشهاي شيميايي و ذره بيني معلوم مي گردد. مثلا با آزمايش ذره بيني زغال و تحقيق در چگونگي تشكيل لايه هاي مجاور معدني معلوم مي گردد كه منشا زغال سنگ درختهايي است كه در سواحل درياهاي قديمي ميروييدند و سپس در زير لايه هاي متعدد زمين مدفون شده اند و پس از گذشت زمان بصورت رگه هاي زغال سنگ در آمده اند. اا طرز تشكيل نفت را نمي توان با آزمايشهاي ذره بيني يا آزمايشهاي سنگي كه نفت در آن جمع شده است معلوم ساخت زيرا نفت مايعي است روان كه از نقطه اي به نقطه اي ديگر جريان يافته و در نتيجه ممكن است در جايي غير از محلي كه بوجود آمده جمع گردد . نفت بصورت درياچه يا رود در انبارهاي زيرزميني قرار نگرفته بلكه در بين قسمتي از منافذ ريز و خلل وفرج لايه هاي زمين يافت مي شود و بقيه فضاهاي اين خلل و فرج را آب فرا گرفته است. در اين لايه هاي منفذدار آب و نفت و گاز لا هم جاي گرفته است. منتها بترتيب وزن مخصوص آنها ، آب كه از همه سنگين تر است در زير و نفت و گاز در بالاي آن .

هجرت نفت :
بطور كلي مي توان گفت كه نفت و گاز بصورت قطرات و حبابهاي بسيار كوچكي تشكيل يافته و قسمتي از خلل و فرج لايه اي كه در آنجا بوجود آمده اشغال مي كنند. قسمت ديگر اين خلل و فرج را معمولا آب نمك دريا كه در آنجا گير افتاده است مي گيرد. لا يه هاي رسوبي را كه قطرات نفت در آنجا بوجود آمده اصطلاحا مادر سنگ يا لايه نفت زا Source Rock مي گويند. قطرات نفت به ندرت در همان لايه و محلي كه تشكيل يافته اند مي مانند بلكه بر اثر عواملي از آنجا حركت كرده و در لايه هاي ديگري به نام مخزن جمع مي شوند . اين حركت و تغيير محل را در اصطلاح هجرت نفت مي گويند .

هجرت نفت شامل دو مرحله جراگانه است :
1- مرحله اول حركت نفت همراه آب و گاز از لايه هاي اصلي يا مادر سنگ تا لايه هاي مخزن كه آن را هجرت نخستين گويند .
2- مرحله دوم حركت آن درون خود سنگ مخزن كه در نتيجه جداشدن نفت و گاز و آب از هم و قرار گرفتن انها بترتيب وزن مخصوص صورت مي گيرد . طي اين مرحله است كه نفت در سنگهاي مخصوصي بنام نفتگير بدام مي افتد و از همين جاست كه نفت استخراج مي شود .
البته حركت يا هجرت نفت بكندي صورت مي گيرد كه مليون سال گذشته و سرعت آن معادل 30 تا 60 سانتي متر در سال است و اينجا معلوم مي گردد كه مليون ها سال گذسته كه منابع امروزي نفت در اعماق زمين تشكيل يابد . نفتي كه امروز از آن استفاده مي كنيم در حدود 10 تا 440 مليون سال پيش تشكيل يافته و نفتي كه امروز شرايط براي تشكيل آن فراهم مي گردد در آينده اي بسيار دور قابل استفاده خواهد بود.

چرا و چگونه نفت در ميان طبقات زمين بحركت در مي آيد :
حركت نفت بيشتر معلول حركات پوسته زمين و تراكم و درهم فشرده شدن لايه هاي رسوبي است كه بر اثر آن مايعات موجود در خلل و فرج لايه ها از جايي به جايي ديگر رانده مي شود . قسمتي از اين حركت بواسطه خاصيت فيزيكي خود آب و نفت و گاز است كه همواره بدنبال جايي هستند كه داراي فشار كمتري باشد و بهمين سبب به سطح زمين روي مي آورند.
چنانكه ميدانيم رودها و سيلابها در مسير خود مواد بسياري را از روي زمين شسته و با خود بدرون دريا ها حمل مي كنند . اين مواد در موقع ورود به دريا به ترتيب سنگيني خود از ساحل تا فاصله اي بعيد در دريا تهنشين مي شوند . نخست مواد سنگين و درشت مثل ريگ و ماسه در دهانه رود و ساحل دريا و بعد كمي جلوتر مواد سبك چون گل و لاي رسوب مي كنند و بالاخره مواد سبكتر كه در آب حل مي شوند مثل آهك همراه آب به نقاط دوردست و اعماق دريا حمل و تهنشين مي گردند. نفت تحت شرايط خاصي پديد مي آيد از جمله آنكه در موقع تشكيل نفت بواسطه عمق زياد دريا اكسيژن موجود در لايه هاي رسوبي خيلي كمتر است . اكسيژن هم چنانكه مي دانيم موجب فاسد شدن سريع مواد مي شود . به هر حال عمق دريا خود يكي از شرايط مساعد است و موجب مي گردد كه ذرات و مواد رسوبي لايه هاي نفت زا تشكيل گردند . آب و نفت و گاز مثل قطرات آبي كه در اسفنج جا مي گيرد در فواصل ذرات مذكور به دام مي افتد . اگر اسفنج حمام را بفشاريم ديواره هاي منافذ آن بهم فشره مي شوند و آب از آن خارج مي شود.
لايه هاي زمين نيز خاصيتي شبيه اسفنج دارند و مايعات محتوي خلل و فرج آن بر اثر بر اثر فشار بيرون رانده مي شوند . چون ميزان فشار وارد به قسمتهاي پايين تر لايع زيادتر از قسمتهاي بالاي آن است ، تخلخل و نفوذپذيري سقف هر لايه بيشتر از نفوذپذيري كف آن است و در نتيجه مايعات كه نفوذپذيرترين راه را براي عبور خود انتخاب مي كنند ودر نزديكي سقف لايه آسانتر حركت مي كنند . حال اگر چند لايه نفوذپذير روي هم انباشته شده باشند حركت مايعات رانده شده كم و بيش رو به بالاست زيرا مايعات بدنبال جايي هستند كه فشار كمتر و فضاي بيشتري داشته باشند.
مايعاتي كه بدين ترتيب رانده مي شوند در حركت خود از آسانترين راهي كه مي يابند يعني از ميان روزنه و منافذ لايه هاي نفوذپذير و كم مقاومت مثل ماسه و سنگ آهك فرار مي كنند ، بدين ترتيب اگر ذرات نفت يا حبابهاي گاز در لايه هاي تهنشين تشكيل شده باشند در موقع تراكم لايه ها از روزنه و مجراهاي مزبور گذشته و هر جا در سر راه خود به مانعي بر خوردند همانجا مي ايستند. حركات و چين خوردگي پوسته زمين كه همراه با تهنشين طبقات رخ ميدهد نيز ممكن است كه شكاف هايي در لايه پديد آورده ، هجرت و حركت نفت را آسانتر كند .
گاز و نفت از اين شكافها بالا ميروند تا به سطح زمين برسند مگر آنكه سر راه خود به طبقه غير قابل نفوذي بر خورده و بدام افتد. اگر سر راه نفت در موقع بالا رفتن از اين شكافها طبقه غير قابل نفوذي پيدا نمي شد امروز اثري از نفت در زير زمين وجود نداشت و صنعتي هم بدين نام وجود نداشت .


حفاري :
براي يافتن نفت در يك ناحيه نخست بايد به كمك زمين شناسي و ژئوفيزيك معلوم گردد كه آيا ساختمان لايه هاي زمين در ناحيه مورد نظر به شكلي است كه تشكيل نفتگير را بدهد يا خير ؟ پس از اخذ نتيجه مثبت كار حفاري آغاز مي گردد .
حفر چاه به چند طريق انجام مي شود ، امروزه حفاري چاه هاي نفت و گاز اصولا با روش مته وار ، مته توربيني انجام مي شود و روشهاي ديگر نيز در مرحله تحقيق مي باشند و همچنين در حفر چاه هاي كم عمق آب از دستگاه حفاري ضربه اي استفاده مي شود. دستگاه حفاري ضربه اي كه در گذشته بيشتر بكار مي رفت عبارت بود از دلوچه فولادي سخت و لبه تيزي كه به انتهاي يك سيم فلزي بسته شده و به وسيله يك جرثقيل فرو مي رفت و بالا مي آمد و بدين ترتيب زمين را سوراخ ميكرد. در واقع اين طريق كندن چاه مثل آن بود كه ما با يك ديلم چاله اي در زمين بكنيم و خاك آنرا با سطل بيرون بكشيم. در سال 1859 كلنل دريك اولين چاه نفت امريكا و جهان را در ايالت پنسيلوانيا به اين طريق حفاري كرد .
در چاه دريك كه با سيستم ضربه اي حفر گرديد و در عمق 23 متري به نفت رسيد براي جلوگيري از ريزش سنگ و ماسه طبقات ، لوله هاي فلزي بتدريج و به فاصله هاي كمي پشت سر مته حفاري بداخل چاه رانده مي شد . در مدت زمان كوتاهي بعد از حفر اولين چاه روش ضربه اي تا اندازه اي تكميل گرديد و چاه هايي تا عمق 300 متر توسط دلم هاي سنگيني كه از دكل حفاري با طناب اويزان مي شد حفر مي گرديد . گاهي اوقات اطراف لوله را با كيسه هاي مملو از حبوبات مي بستند تا حبوبات در مجاورت آب متورم گرديده و از نفوذ آبهاي سطحي به طبقات نفت زا جلوگيري كند . بعدها استفاده از مواد منفجره جهت ايجاد روزنه و شكاف در داخل طبقات نفتي صورت گرفت . به اين ترتيب حركت نفت بت سهولت بيشتري بطرفت دهانه چاه ادامه يافت . ولي دست يافتن به طبقات عميق تر و مخازن سر شار از نفت لزوم بكارگيري دستگاه هاي كاملتر و بهتري را ايجاب مي كرد تا اينكه از اوايل قرن 20 براي حفر چاه هاي نفت روش حفاري با مته دوار آغاز شد .
دكل حفاري يك ستون عظيم فولادي به بلندي تقريبا 40 متر و شبيه تيرهاي چهارپايه انتقال فشارقوي برق مي باشد و در نقطه اي كه براي حفر چاه توسط زمين شناس تعيين شده است نصب مي گردد . محل نصب دكل را بايد با سيمان زيرسازي كرد تا در مقابل دكل حفاري و فشارهاي وارده مقاومت كند . مصالحو لوازم حفاري از قبيل موتورها ، تلمبه ها ، مولدها ، لوله هاي حفاري و غيره را نيز بايد به محل مذكور حمل كرد كه مستلزم ساختن جاده اي است كه مقاومت حمل بارهاي سنگين را داشته باشد . در نقاطي كه كه محل حفاري دور از شهرها و آبادي ها مي باشد در صورت امكان فرودگاه كوچكي جهت نقل و انتقال كاركنان و رساندن مواد غذايي و وسايل مورد نياز ساخته مي شو وآب مورد نياز نيز از رودخانه يا چاه هاي نزديك تامين مي گردد و در صورتيكه امكان آنها نباشد بايد با تانكر آب به محل رساند .
عمل چاه كني بوسيله يك رشته لوله كه بهم پيوند شده و در نوك آن سرمته يا تيغه و در بالاي آن يك صفحه يا ميز دوار قرار دارد انجام مي گيرد . وسط صفحه دوار يك سوراخ 4 يا 6 پر است كه از درون يك لوله 4 يا 6 پهلو كه اولين قسمت رشته حفاري است مي گذرد .
اين لوله حفاري توسط يك سيم فلزي به قرقره اي كه در انتهاي فوقاني دكل قرار دارد آويزان است . سيم فلزي مذكور بكمك منجنيق هاي قوي كه روي صفحه حفاري قرار دارند رشته حفاري را بالا و پاين مي كشند . منجنيق دستگاه هاي حفاري كه براي كندن چاه هاي عميق بكار مي روند قدرت جابجايي 500 تن را دارد و در پشت منجنيق موتورهاي مربوطه روي پي مخصوصي نصب شده اند و قدرت اين موتورها در حدود 1500 تا 2000 اسب بخار است .
سر مته يا تيغه مته را به نوك لوله 4 يا 6 پر مي بندند و از سوراخ وسط صفحه دوار عبور مي دهند تا بزمين برسد بعد صفحه دوار بوسيله زنجيرهاي ارتباط توسط موتورها بكار مي افتد تا بدين وسيله در حاليكه لوله 4 يا 6 پر مي چرخد سنگيني آن به مته وارد شود و اين باعث فرورفتن مته و سوراخ كردن زمين مي شود . بايد توجه داشت كه قطر مته بزرگتر از قطر لوله 4 يا 6 پر مي باشد . و پس از حفاري زمين فضايي بين لوله حفاري و جدار چاه باقي مي ماند كه گل حفاري در آن وجود خواهد داشت .
مساله اي كه حال با آن روبرو هستيم بالا كشيدن خاك و خرده سنگهايي است كه مته از دل زمين تراشيده است . براي بيرون آوردن خرده سنگهاي تراشيده شده از دل زمين گل مخصوصي يا دوغابي را كه از آب و خاك و برخي مواد شيميايي تهيه شده است و آنرا گل حفاري مي گويند بكار مي برند . گل حفاري در انواع مختلف آبي و روغني مي باشد و در حالتهاي بخصوصي از هوا و يا كف بجاي گل حفاري استفاده مي شود .
در قسمت فوقاني لوله 4 يا 6 پر كه به قرقره دكل آويزان است كاسه گردنده اي بنام ته لوله يا ته مته قرار دارد كه شبيه كله اي است كه روي گردن درازي قرار گرفته باشد . گل حفاري در حاليكه لوله 4 يا 6 پر مي چرخد از درون اين كاسه يا گلوگاه بدرون رشته حفاري تلمبه مي شود و گل حفاري با فشار از داخل رشته حفاري گذشته و به سر مته مي رسد . سر مته هم داراي سوراخ هايي است كه گل با فشار بسيار زياد از آنها خارج مي شود . در اين حالت گل باعث جدا شدن تراشيده ها از كف زمين مي شود و آنها را از فضاي بين لوله حفاري و چاه به سطح زمين حمل مي كند . گل حفاري غير از بالا آوردن تراشه هاي زمين كاربردهاي ديگري نيز در ته چاه انجام مي دهند كه عبارتند از خنك كردن و روان كردن مته . علت اينكه بجاي آب از گل حفاري استفاده مي شود اينست كه خرده سنگهاي حفاري شده داراي وزن مخصوص زيادي هستند و با اينكه گل بعلت سرعت زياد آنها را با خود بالا مي آورد معهذا بايد گرانروي گل بحدي باشد كه بتواند خرده سنگها را با سهولت وبه سرعت از چاه خارج كند .
گلي كه بدين ترتيب خرده سنگها را از چاه بيرون مي كشد و بدرون صافي مخصوصي كه شبيه غربال است هدايت مي شود در آنجا خود گل از صافي عبور كرده اما خرده سنگها روي صافي باقي مي مانند و گل پس از عبور از صافي در مخزني جمع آوري و از آنجا مجددا بداخل رشته حفاري تلمبه مي شود . بدين ترتيب جريان دائمي گل از درون كاسه گردان به داخل رشته حفاري و سرمته و از آنجا به فضاي بين رشته حفاري و چاه و تا صافي مخزن ادامه پيدا مي كند .
گل حفاري باعث مي شود ستون گل حفاري به ديوار چاه فشار آورد و مانع ريزش آن شود . به علاوه بدنه چاه را اندود كرده و را منافذ آنرا مي گيرد و ديگر آنكه در مواقعي كه مته در اعماق زياد به لايه گاز يا نفت مي رسد ستون گل مانع مي شود كه گاز يا نفت از منافذ لايه مذكور كه ممكن است فشار زياد هم داشته باشد بروي چاه را يابد . به همين جهت غلظت و وزن گل حفاري بايد بيش از وزن آب و بحدي باشد كه بتواند فشار لايه متخلخل مذكور را خنثي كند .
براي اطلاع يادآور مي شويم كه وزن يك ليتر گل بين 2 تا 4 كيلو تغيير مي كند . وزن گل را مي توان با افزودن آب و يا برخي مواد معدني كم و يا زياد كرد . از خواص مهم و جالب ديگر گل حفاري آنست كه وقتي بر اثر تلمبه جريان دارد كاملا آبكي است اما همين كه تلمبه و در نتيجه جريان متوقف گرديد گل مذكور دلمه مي شود و بصورت يك ماده ژلاتيني منعقد مي گردد و به عبارت ساده تر سفت مي شود . اين خاصيت گل بسيار ضروري و مفيد است زيرا وقتي تلمبه متوقف مي شود جريان نيز بند مي آيد در غير اين صورت خرده سنگهاي تراشيده كه در آنست دوباره سرازير شده و به ته چاه بر مي گردد و در نتيجه سر مته در آنها گير مي كند . اما وقتي گل خاصيت دلمه شدن داشته باشد هنگامي كه جريان متوقف گردد خرده سنگها در گل دلمه يا بسته شده باقي مي مانند تا موقعي كه دوباره گل جريان پيدا كند .
فرض كنيم كه چاه به عمق 10 متري رسيده است . ابتدا به كمك منجنيق قوي لوله لوله 4 يا 6 پر را كه مته سر آن بسته شده از چاه بيرون مي كشيم تا سر مته بالاي صفحه دوار قرار گيرد . آنوقت سر مته را از سر لوله 4 يا 6 پر باز مي كنيم و خود لوله 4 يا 6 پر را در سوراخ مخصوصي كه اصطلاحا چاله موش نام دارد قرار مي دهيم . بعد سر مته را در گيره مخصوصي قرار داده و يك لوله كه داراي ديواره ضخيمي است و آنرا گردن مته يا طوق مته گويند در سر مته ميبنديم و سر مته و طوق مته متصل به آن را آنقدر در چاه فرو مي بريم كه در حدود 0.5 متر از طوق مته بالاي ميز دوار باقي بماند . در اينجا طوق مته را با لوله ديگر ميبنديم و بعد با منجنيق لوله 4 يا 6 پر را از چاله موش بيرون آورده و به طوق مته وصل مي كنيم . طرز بهم بستن اين لوله ها مانند بستن پيچ و مهره است و دندانه اين لوله طوري ساخته شده است كه باز و بسته كردن آن آسان بوده و ضمنا زود خراب و هرز نمي شود .
گيره اي كه با آن طوق مته را به ميز دوار بسته بوديم باز كرده و لوله را آزاد مي كنيم و رشته حفاري را كه از سر مته ، طوق مته و لوله 4 يا 6 پر مي باشد به درون چاه ميبريم (تقريبا در حدود 1 متري چاه) سر مته را نگه داشته و تلمبه گل را بكار مي اندازيم تا گل حفاري بجريان افتد و ميز دوار را نيز بحركت در آورده و رشته حفاري را آهسته آهسته پايين مي بريم . البته منجنيق وزن رشته حفاري را كه به سر مته وارد مي آورد كنترل مي كنيم . اين وزن بستگي به اندازه سر مته و تعداد طوق مته دارد و نمي توان بيش از 80% ورن طوق مته را به سر مته وارد كرد و بقيه رشته حفاري هميشه در حال كشش مي باشد تيغه مته با سنگيني كه از بالا بر آن وارد مي شود و همچنين بر اثر چرخيدن ، دل زمين را شكافته و به اندازه بلندي لوله طوق مته (حدود 9 متر) بعمق چاه مي افزايد . در اين موقع بكمك منجنيق رشته حفاري را از چاه بالا كشيده و لوله لوله 4 يا 6 پر را از طوق مته باز كرده و در چاله موش قرار مي دهيم . آنگاه يك طوق مته يا لوله حفاري بسر طوق مته اي كه در چاه است مي بنديم و رشته حفاري را آنقدر پايين مي بريم كه سر لوله حدود 0.5 متر از ميز دوار بالاتر باشد . حال لوله لوله 4 يا 6 پر را از چاله موش بيرون آورده و روي لوله جديد مي بنديم و به حفاري ادامه مي دهيم و عمليات حفاري بهمين طريق ادامه پيدا مي كند . با توجه به طريقه كار مي بينيم كه كار حفاري كار يكنواخت و دشواري است و فقط بردباري و روحيه قوي و پشتكار زياد گروه حفاري و نيز مهارت متصدي كار كه مسئول بكار انداختن منجنيق ، ميز دوار و تلمبه گل حفاري است سبب مي شود كه چنين كار دشواري به پايان برسد .
كار حفاري شبانه روزي مي باشد و كاركنان در تمام مدت سال بدون وقفه در سه نوبت 8 ساعته و يا دو نوبت 12 ساعته كار مي كنند و تعداد آنها در حدود 6 يا 7 نفر است و هر كدام كار خاصي انجام مي دهند . مته همچنان خاره ها را مي تراشد و در دل زمين فرو مي رود و چاه عميق و عميقتر مي گردد .




Casing :
گرچه ستون گل حفاري از چاه محافظت نموده و مانع ريزش ديواره هاي آن است معهذا از اين به بعد بايد به فكر آن باشيم كه چاه را با لوله هاي آهني آستر كنيم تا ديواره آن نريزد . معمولا از همان لحظات اول كه شروع به كندن چاه مي كنند از روي اطلاعاتي كه از عمليات اكتشاف بدست آمده مي توان فهميد كه چاه پس از اتمام در چه حدودي عمق خواهد داشت . با توجه به اين معلومات وقتي چاه به لايه مورد نظر رسيد شروع به آستر كردن مي كنند . براي آستر كردن چاه (لوله جداري) لوله فولادين در چاه رانده شده و فاصله بين لوله و ديواره از پايين به بالا بوسيله سيمان پر مي شود . در قسمت بالاي لوله كه كمي از لبه چاه بيرون است تعدادي شير بزرگ نصب مي شود و بالاي اين شيرها دستگاه شير كنترل فوران نصب مي گردد و تمام آن شيرها در زير سكوي حفاري قرار دارند و بهمين علت سكوي حفاري در حدود 8 متري از سطح زمين مي باشد . نصب اين شيرها خيلي ضروري است زيرا چنانچه مته به لايه اي با فشار زياد برخورد كند مايع موجود در آن لايه شروع به فوران خواهد كرد كه بكمك اين اين شيرها در چاه بسته شده و از فـــوران مايع جلوگيري مي شود .


نحوه جداربندي چاه بهنگام حفاري به اين طريق است كه وقتي عمق آن به ميزان پيش بيني شده رسيد لوله اي فولادين در چاه نهاده و فاصله بين آن و ديواره چاه به كمك تلمبه با سيمان پر مي كنند . وقتي كه ديواره چاه بوسيله لوله محصور گرديد به عمليات حفاري ادامه مي دهند . با كار گذاشتن لوله در چاه طبعا دهانه چاه تنگــــتر مي شود و بنابراين در موقع ادامه حفاري بايد از تيغه مته كوچكتري استفاده شود . چاه هاي با عمق متوسط كه در لايه هاي مشخص حفر مي گردند معمولا به 2 تا 3 حلقه پوشش يا جداربندي احتياج دارند . اما براي چاه هاي آزمايشي در لايه هاي نامشخص به تعداد بيشتري جدار نياز است . اكنون فرض كنيد كه عمق چاه به 4000 متري رسيده است و سر مته ساييده شده و بايد عوض شود . براي اين كار ناگذير بايد تمام رشته حفاري كه ده ها تن وزن دارد از چاه بيرون كشيده شود . اين كار بوسيله منجنيق انجام مي گردد و رشته حفاري تا جايي كه ممكن است با گيره بسته مي شود و سپس لوله ها بالا كشيده شده و در كناري روي سكوي قرار داده مي شود . طول اين لوله ها در حدود 30 متر و تعداد آنها سه عدد است . بدين ترتيب وقت كمتري براي بيرون آوردن لوله ها از چاه تا راندن آنها به داخل چاه صرف مي شود و قرقره دكل مي تواند تا حدود 500 تن بار را تحمل كند .
چنين روندي ادامه دارد تا به لايه نفت يا گاز دار برسيم و از اين به بعد بايد دقت بيشتري مبذول داشت چون وقتي كه مته به داخل لايه نفت دار رسيد در صورتي كه فشار مخزن بيش از فشار گل باشد فورا شروع به فوران مي كند و در غير اين صورت گل گم خواهد شد از اين رو متصدي كار حفاري بايد با دقت فراوان مراقب گل باشد كه از چاه خارج ميگردد تا در صورت مشاهده حباب هاي گاز يا اضافه شدن حجم گل در حوضچه هاي گل كه نشانه نزديك بودن خطر است . شيرهاي كنترل فوران را بسته و وزن گل را براي كنترل فوران اضافه كند . پس از متعادل شدن فشار مخزن و گل حفاري كار همچنان ادامه پيدا خواهد كرد . ممكن است قطرات سياه نفت با گل بالا بيايد كه يكي از علامت هاي نفت در لايه هاي حفاري شده است . بعد از اتمام حفاري لايه نفت يا گاز دار عمليات نصب لوله ها و شيرهاي بهره برداري انجام مي گيرد و در نواحي اكتشافي چاه مورد نظر قرار مي گيرد و مقدار بهره برداري و فشار و ديگر خواص آن بررسي مي گردد .
در برخي نقاط مانند ايران براي استخراج نفت از مخزن زيرزميني احتاجي به تلمبه نيست زيرا نفت در اثر فشار موجود در طبقات نفت دار به سطح زمين ميرسد اما مخازن نفتي بعضي از كشور هاي ديگر داراي فشار كافي نبوده و نفت بطور طبيعي از چاه خارج نمي شود و براي استخراج آن بايد تلميبه بكار رود .

بهره برداري بوسيله تلمبه :
توليد نفت از چاه هايي كه داراي فشار زياد هستند نسبت به چاه هاي ديگر بسيار ساده تر و كم خرج تر است . اما هنگامي كه فشار طبيعي چاه ها به تدريج كم شود از ميزان توليد آنها نيز به مراتب كاسته مي گردد تا حدي كه فقط مي توان بوسيله تلمبه قدرت توليدي آنها را محفوظ نگه داشت از اين رو پس از آنكه فشار طبيعي يك چاه توليدي از حد لازم كمتر شد از شيوه توليد با تلمبه استفاده مي شود . در اين شيوه با وارد آوردن فشار لازم از خارج بوسيله تلمبه هايي كه در سطح زمين نصب گرديد نفت را از مجراي لوله حفاري كه درون آن پيستون فشار دهنده و لوله مكنده اي كار گذاشته شده بالا كشيده و استراج ميكند . تعادل بين وزن ميله مكنده و نفتي كه بالا كشيده مي شود بوسيله يك وزنه مخصوص و يا سيلندري كه با هواي فشرده اي كار ميكند محفوظ مي گردد .

حفاري دو گانه يا چند گانه :
يك منطقه نفت خيز ممكن است داراي بيش از يك منبع توليدي نزديك بهم باشد كه هر كدام از نظر فشار به وزن مخصوص و غيره با هم اختلافات فاحشي داشته باشند و بدين ترتيب مستلزم عمليات حفاري جداگانه اي باشند . اين امر ممكن است در مورد يك جاه و يا با يكبار حفاري با شيوه هاي دوگانه و يا چندگانه صورت گيرد . اين نوع حفاري معمولا با صرفه تر از شيوه حفر چاه هاي متعدد براي رسيدن به هر كدام از اين منابع مجاور يا حفر چاه به ترتيب عمق لايه ها ميباشد .
كاوش و حفاري براي يافتن نفت و گاز امروزه در همه جا از دشت و صحرا گرفته تا كوه و دريا جريان دارد . عميق ترين جاهي كه تا كنون حفر شده 7500 متر عمق داشته است . چندين سال است كه حفاري زيردريا نيز توسعه زيادي يافته است و براي اين كار اسباب و وسايل مخصوصي ساخته شده است مانند سكوهاي پولادي كه در بستر دريا نصب ميشود و دكل و ساير وسايل حفاري و محل سكونت افراد روي آن نصب گرديده و حفاري از روي اين سكوها كنترل مي شود .
امروزه مليونها نفر كارگر ماهر ، تكنسين ، مهندس و غيره در صنعت نفت در سرتاسر دنيا مشغول كار بوده و بكمك انواع و اقسام وسايل مدرن و ماشين آلات ، لوله هاي فلزي ، كابل هاي فولادي ، سيمان ، مواد شيميايي و ... از طريق انجام عمليات حفاري در توسعه اين صنعت كوشا هستند .




حفاري


كندن چاه و رسيدن به هدف مورد نظر را حفاري مي گويند حفاري يكي از كارهاي پيچيده و گران و طاقت فرسا وتخصصي در صنعت نفت بشمار مي رود. هر كاري كه ما قبل از حفاري انجام داده باشيم در صورتي كه عمل حفاري بدرستي انجام نگيرد بي فايده است.
بنابراين به حفاري خيلي اهميت مي دهند قبل از حفاري ما فقط با تخيل و فرضيات مختلف لايه ها و عمق ها را تعيين مي كنيم ولي در حفاري واقعاً به اينها مي رسيم زمين شناس، مهندس راه و ساختمان، حفار و … همه دست به دست هم مي دهند تا حفاري به طور مداوم انجام شود. چون هزينه دكل و لوازم حفاري خيلي گران است.بنابراين حفاري در سه نوبت و بطور 24 ساعته انجام مي گيرد .
تعيين محل حفاري نيز مهم است مثلاً فاصله آن از مناطق مسكوني، چاههاي مجاور، مسكوني فشار قوي برق و ….. كه اينها همه تخصصي و مخصوص به خود را دارند بعد از تعيين محل مهندس راه و ساختمان اقدام به نصب كردن وسايل مورد نياز، اتاق ها، جاده و … مي كند سپس دكل به منطقه آورده مي شود و عمل بطور 24 ساعته انجام مي شود.
عمل حفاری بوسیله دکل صورت میگیرد . این دکل ابتدا بصورت جدا از هم به محل آورده میشود . سپس آن را در محل سر هم کرده و آمده حفاری میکنند . دکل و وسایل حفاری بصورت کرایه ای و گران قیمت می باشند بنابراین عمل حفاری بصورت 24 ساعته انجام میگیرد .

لوازم و قطعات حفاری عبارتند از :
Hook : قلاب آویزان از قطعات و رشته های بالا و پایین رو و متصل به دکل حفاری
Swivel : دستگاه متصل کننده قسمتهای دوار داخل چاه و قسمت های ثابت در خارج
Mud line : لوله قابل انعطاف ( لاستیکی ) جهت انتقال گل حفاری به داخل لوله های حفاری
Derrick : دکل حفاری
Kelly : لوله با قطع 6 ضلعی یا 4 ضلعی که بوسیله یک رابط به ........ و از طرف دیگر به لوله های حفاری داخل چاه متصل میگردد
Stand pipe : لوله انتقال گل از داخل پمپها به لوله لاستیکی
Kelly bushing : بوشن که با دواران خود ... را به حرکت در می آورد
Rotary table : صفحه دوار
Sub-Structure : پایه های زیر دکل
Foundation : پی بتونی زیر دکل
Seller : چاله ای که جاه در آن حفر میشود
Blow out control : دستگاه جلوگیری کننده از فوران چاه
Flow line : لوله انتقال گل برگشتی از داخل چاه به مخازن گل حفاری
Shale shaker : محل تفکیک گل حفاری از مواد و سنگ ریزه های حفاری شده
Screen : توری فلزی یا الک
Return tank : مخزن یا محل تجمع گل برگشتی از چاه
Mud pump : پمپ های ارسال گاز از .... به داخل چاه
Casing : لوله های دیوار بندی در اندازه های مختلف
Annulus : مجرای برگشت گل و مواد حفاری شده از چاه به خارج
Drill pipe : لوله حفاری که محتوی گل ارسالی به داخل چاه است
Bit : مته حفاری


برنامه ریزی حفاری چاه :


یکی از مهمترین بخش های حفاری برنامه ریزی حفاری می باشد. برنامه ریزی حفاری به فاکتورهای اصول مهندسی، قدرت آنالیز افراد و تجربه کافی، احتیاج دارد. علارقم وجود روش های برنامه ریزی متفاوت، نتیجه همه آنها حفاری امن، با کمترین هزینه که بتواند از نظر فنی خود را توجیح کند.
برنامه ریزی چاه به سه عامل بستگی دارد:
1- حفاران با تجربه می باشد که از ارتباط تمامی بخش های حفاری کاملا آگاه است.
2- استفاده از ابزار و نرم افزارهای موجود در بازار
3- استفاده از قدرت آنالیز و تجزیه و تحلیل
همان طور که گفته شده هدف یک برنامه ریزی چاه سه فاکتور مهم و اساسی در حفاری می باشد که این عوامل به یکدیگر کاملا مرتبطند و رسیدن به بهترین حد یکی باعث کاسته شدن از دیگری خواهد شد. پس قدرت یک برنامه ریز چاه، بدست آوردن یک حد اپتیمم میان این سه فاکتور است.
الف) یک حفاری امن


حفاری امن به معنی استفاده از تمامی قوانین و احتیاتات لازمه در حفاری برای محافظت از نیرو های انسانی و ابزار و وسائل می باشد. یکی از مهمترین عوامل برنامه ریزی چاه می باشد که خوشبختانه در سال های اخیرشرکت های داخلی بیشتر به آن توجه می نمایند. ایمنی نتنها استفاده از ابزار و وسائل ایمنی در هنگام حفاری است، بلکه تمامی نکات فنی و مهندسی برای حفاری چاه را شامل می شود. جالب است که بدانید یکی از مهمترین عوامل در ایمنی، استفاده از داده های آماری موجود در منطقه است. در سال 1979 شرکت حفاری ترنکی اقدام به حفاری در منطقه ای با فعالیت بالای حفاری شد. بعد از جمع آوری اطلاعات لازم بنظر رسید که حفاری تا عمق 9000 فوتی بدون مشکل پیش رود. ولی در عمق 8759 فوتی چاه ناگهان دچار فوارن شد. بعد از بررسی علل متوجه شدند که در چند چاه در منطقه با چنین مشکلی روبرو شده بودند. این خرابی بیش از 16 میلیون دلار خسارت وارد آورد در صورتیکه فقط با پرداخت حداکثر 800 دلار تمامی اطلاعات چاه های حفاری در منطقه در اختیار شرکت قرار داده می شد. با توجه به این واقعه، برای داشتن یک حفاری امن تمامی نکات ایمنی و اطلاعات لازمه می بایستی مورد مطالعه قرار گیرند. خوشبختانه در کشور ما این اطلاعات بصورت مجانی در اختیار شرکت ملی نفت قرار دارد و دیگر نیازی به پرداخت هزینه های جانبی نیست.
ب) کمترین هزینه


هدف با ارزش یک حفاری پرداخت کمترین هزینه برای حفاری می باشد. همان طور که می دانید پرداخت هزینه در عملیات چاه های حفاری بصورت روزی و یا قراردادی می باشد. یک برنامه ریز می بایستی بهترین نوع قرارداد را برای چاه شناسایی کرده و سپس مفاد آنرا تنظیم نماید. در صورت اشتباه در محاسبات زمانی و ابزاری ممکن است خسارات جبران نشدنی را به شرکت وارد کند.
ج) چاه قابل استفاده


هدف نهایی یک حفاری رسیدن به نقطه مورد نظر در زیر زمین و بهربرداری منابع زیر زمینی می باشد. این مهم فقط بوسیله چاهی که تمامی نکات فنی را رعایت کرده باشد، بدست خواهد آمد. حال درصورتیکه برای بخاطر صرفه جویی در هزینه، قطر نهایی چاه کمتر از حد مورد نظر باشد، به بهترین حالت بهربرداری از چاه که هم از نظر صرفه اقتصادی و هم از نظر عمر چاه مهم می باشد، نخواهیم رسید. با توجه به نکات ذکر شده، برنامه ریزی چاه هم از نظر فنی، هم از نظر ایمنی باید در اپتیمم حالت خود باشند با بتوان چاهی با کمترین هزینه، و بیشترین کارایی حفاری کرد.
حفاری جهت دار


مواقعی پیش می آید كه حفاری عمودی غیر ممكن است مثلاً مخزن ما زیر منطقه مسكونی و یاتجاری و … قرار دارد یادر بعضی مواقع قطعه ای درچاه گم شده و عمل حفاری غیر ممكن است بعضی از مخازن نیز clouser آنها بصورتی است كه اگر اقدام به حفاری عمودی كردیم چاه به آب نمك نشسته واز كار می افتد در این موقعیت ها تكنولوژی هایی وجود دارد كه حفاران میتوانند بوسیله آنها اقدام به حفاری جهت دار كنند این نكته نیز قابل توجه است كه لوله حفاری قادر به خم شدن حتی تا زاویه 90 نیز میباشد.
حفاری جهت دار روش های متفاوتی دارد مثلاً‌ از ابتدا جهت دار حفاری كنیم و یا اینكه مقداری عمودی و مقداری جهت دار. در بعضی موارد زمین شناس تشخیص می دهد سازنده ی كه به آن حفاری عمودی برخورد می كنند باحفاری جهت دار برخورد نمی كنند در صورتی كه این سازنده سخت باشد عمل حفاری كند پیش می رود بنابراین با برنامه ریزی دقیق و حساب شده به اصطلاح لایه را دور می زنند در مناطق دریایی هزینه سكوی نفتی گران تمام می شود بنابراین با یك سكوی نفتی از چندین مخزن مختلف برداشت می كنند و ابتكار فقط با حفاری جهت دار امكان پذیر است.
موارد مورد استفاده در گل حفاری
مقدمه


برای انجام مراحل مختلف اکتشاف مواد معدنی فلزی و غیر فلزی ، نفت ، گاز و آب و همچنین به منظور بررسی و مطالعه خصوصیات سنگ شناسی ، آلتراسیون و کانی سازی لایه‌های زیرزمینی یک منطقه به حفاری می‌پردازند. انواع مهم حفاری عبارتند از : نوع مغزه گیر ، نوع روتاری و نوع ضربه‌ای. مواردی که برای حفاری استفاده می‌شود تابع روش حفاری ، مقاومت سنگها ، میزان شکستگی ، عمق ، مواد گازی و ترکیب کانی شناسی سنگ است.
نقش مواد در گل حفاری
کنترل وزن مخصوص:


برای منترل مخصوص از باریت ، گالن و آهک استفاده می‌شود. در مواردی که فشار آب و یا گاز در منطقه حفاری زیاد باشد، یا حفاری در سنگ خاصی (نظیر شیل) صورت گیرد، از باریت می‌توان استفاده نمود. در صورتی که فشار آب و یا گاز در سنگهایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد، از گالن استفاده می‌کنند. از آهک به منظور کاهش وزن مخصوص کمک می‌گیرد.

مواد تغییر دهنده غلظت :


به منظور بازیابی سریع مواد حفاری شده ، جلوگیری از گیر کردن مته و افزایش سرعت حفاری ، از نبتونیت سدیم‌دار ، اتاپولژیت (Attapulgite) ، آزبست ، موسکویت ، گرافیت و دیاتومیت می‌توان استفاده کرد.
کنترل ترکیب شیمیایی محلول حفاری
ترکیب شیمیایی محلول حفاری بر غلظت ، وزن مخصوص ، سرعت حفاری و دستگاههای حفاری تاثیر مستقیم می‌گذارد. مواد معدنی مورد استفاده عبارتند از بی‌کربنات سدیم ، نمک ، آهک ، دولومیت و ژیپس.
مواد معدنی که در حفاری استفاده می‌شوند:
<LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">بنتونیت : به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری در چاههایی که درز و شکاف زیاد دارند. می‌تواند از نبتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاه استفاده نمود. نبتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می‌دهد. و در نتیجه درصد بازیابی پودر و سنگ افزایش می‌یابد. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">میکا : برای جلوگری از گیر کردن مته در سنگهای دارای خاصیت چسبندگی زیاد ، نظیر وزن گسلی یا در سنگهای مارنی از میکا باید استفاده شود. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">گرافیت : هر گاه مته و محور آن به هنگام حفاری گیر کند استفاده از گرافیت لازم می‌آید که البته بعد از بر طرف شدن مانع باید آن را از چاه خارج کرد. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">باریت : برای کنترل وزن مخصوص از باریت استفاده می‌کنند. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">گالن : به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفاده می‌نمایند. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">آهک و دولومیت : جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصیت قلیای از آهک و دولومیت می‌توان استفاده نمود. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">ژیپس : برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانیهای رسی از ژیپس استفاده می‌شود. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">آزبست : به منظور افزایش درصد مواد حفاری می‌توان از آزبست استفاده نمود. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">نمک : در موقع حفاری به منظور کنترل قطر چاه و همچنین برای کنترل پراکندگی رسها از نمک استفاده می‌شود. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l0 level1 lfo5; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">کربنات و بی‌کربنات سدیم : به منظور کنترل محلولها و جلوگیری از خطر آلودگی ، کربنات را مورد استفاده قرار می‌دهند.
پرلیت و خاکسترهای آتشفشانی : این مواد به عنوان سیمان بکار می‌روند.

سيستم گردش گل


سيال حفاري اگر مايع باشد قسمت عمده آن آب است و گاهي نفت جزء اصلي آن است. از رس هاي مخصوصي براي شكل دادن به گل حفاري استفاده مي شود و باريت براي افزايش وزن مخصوص گل بكار ميرود. مواد شيميائي براي كنترل گرانروي (Viscosity) گل و افزايش توانائي ذرات جامد گل براي اندود نمودن ديواره چاه بكار مي روند. ١٪ تمامي چاههاي نفت حفاري شده از هواي متراكم يا گاز طبيعي براي سيال حفاري بجاي گل استفاده كرده اند. مخازن گل داراي همزن هائي هستند(Agitators) (پارو مانند) كه گل را بهم زده و مخلوط مي كنند.
انواع گل حفاري :
a) گل پايه آبي
b) گل هوا و كف : نوعي گل پايه آبي بوده كه در طبقات با شكستگي زياد مورد استفاده قرار مي گيرند.
c) گل پايه روغني : بخش عمده آن گازوئيل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و بقيه آن آب نمك و ديگر افزودنيها مي باشد.
به چند دليل در حفاريها از گل روغني استفاده مي شود :
A. در بخشهاي مخزني جهت جلوگيري از ريزش چاه
B. جلوگيري از ريزش شيل
C. عدم نفوذ زياد گل بدرون سازند
الف ) گاهي نوع خاص از گل تزريق مي شود به نام پيل : كه با ويسكوزيته بيشتر است و هنگامي كه چاه ساكن است بدرون چاه اضافه ميشود و جلوگيري از هرزروي كه يا از LCM (مواد كنترل كننده هرزروي) و يا از Hv Pill (پيل با ويسكوزيته زياد يا پيل غليظ)استفاده مي شود.
ب ) سلاگ : با وزن حجمي بيشتري است و در هنگام لوله لوله بالا مورد استفاده قرار مي گيرد.
موادي كه به گل اضافه مي شود :
1) كاستيك (Na OH) براي تغيير در PH و قليائي نمودن گل
2) رس : جهت بالا بردن ويسكوزيته آن
3) باريت : (Ba SO4) : بمنظور بالا بردن وزن گل
4) CMC Hv : جهت بالا بردن ويسكوزيته در پيل
5) كلسيم (Ca) : بالا بردن سختي گل حفاري
6) بنتونيت به منظور بالا بردن ويسكوزيته
7) LCM (Loss Controller Material): افزودنيهائي مثل پوست گردو ، پوست شكلات ميكا و . . . براي نفوذ در داخل خلل و فرج ( در هنگام هرزروي بالا استفاده مي شود).
مشخصات گل حفاري :

صاف آب (WL : Water Loss) : بر حسب cc.
پايه آبي : PH
Ca : بر حسب ppm
ALK: آلكالينيتي
پايه روغني : ES : مربوط به سالينيتي ( شوري ) و عدم دو فاز شدن گل
HPHT : مربوط به صاف آب است .
آنالیز گل حفاری


در بخش گل حفاری خواص سیال حفاری را مورد بررسی قرار می دهند و از آنجا كه مثلاً بنتونیت Bentonite به تنهائی از پس كلیه وظایف گل حفاری بر نمی آید. یك سری افزودنی به گل اضافه می كنند كه در این آزمایشگاه با انجام آزمایشهای مختلف تركیب یك گل با خصوصیات مورد نظر بدست می آورند. مثلاً یكی از افزودنیها CMC می باشد كه برای افزایش viscosity به گل اضافه است. از خواص دیگر گل می توان به موارد زیر اشاره كرد :
<LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l2 level1 lfo4; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">viscosity (گرانروی ) كه در دورRPM 600 اندازه گیری می شود با استفاده از دستگاه Rheometer انجام می گیرد. (یكی دیگر از خواص گلPlastic viscosity است ) تعیین yield point یکی دیگر از خواص گل حفاری است. <LI class=MsoNormal dir=rtl style="TEXT-JUSTIFY: kashida; MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: justify; TEXT-KASHIDA: 0%; tab-stops: list 36.0pt; mso-list: l2 level1 lfo4; mso-margin-top-alt: auto; mso-margin-bottom-alt: auto">هرچه yield point بالاتر باشد حمل قطعات وcuttings توسط گل راحت ترصورت می گیرد.
از خواص مهم گل mud filtrate است كه با دستگاه API Standard filter press اندازه گیری می شود. Mud filtrate مقدار آبی است كه سیال حفاری در حین circulation از دست می دهد. در دستگاه مورد نظرگل را داخل یك محفظه می ریزند و مقدار آبی كه در زمان 30 دقیقه تحت فشارpsi 100 از گل جدا می شود برحسب cc/30 min گزارش می گردد. همچنین دراین آزمایش ضخامت mud cake را نیز اندازه گیری می كنند. با افزودن یك سری مواد می توان ضخامت mudcake را كاهش داد.
از خصوصیات دیگر گل حفاری استحكام ژله ای گل است.
یكی دیگر از دستگاههایی كه برای اندازه گیری هرز روی و بهینه كردن آن بكار می رود تا آن را به حداقل برساند bridging material tester) BMT) می باشد. در این دستگاه برای هر نوع سازندی یك مدل اختیار می شود. مثلاً برای سازند ماسه سنگی یك مدل گلوله ای را در نظر می گیرند و میزان هرز روی گل را از داخل این مدل اندازه گیری می كنند.
در آزمایشگاه اسید زنی آزمایشات مربوط به اسیدكاری انجام می شود. می دانیم كه پس از سیمان كاری به چاه اسید می زنند تا سیمان باقی مانده خارج شده و شسته شود. Acidizing Instrument در این واحد قرار دارد، قلب این دستگاه پمپ آن است. در این دستگاه فشار و حرارت بر روی سنگ اعمال می شود. در واقع اسید با یك فشار معین به داخل core تزریق می شود. در این دستگاه فشار و حرارت برروی سنگ اعمال می شود. به این وسیله كربناتهای داخل مغزه حل می شوند. پس از اسید زنی تراوایی را دوباره اندازه گیری می گیرند، خروجی این دستگاه بصورت print شده تهیه شود.

خواص مكانیكی گل كه باید در آزمایشگاه تعیین شوند عبارتند از :
1.Plastic viscosity) PV)
2. Yield point) YP)
3. Gel Strength) gs)
4. Filtration Lost) FL)
گردش گل حفاري : بخش هاي مختلف مسير گردش گل بقرار زير مي باشند :
۱- مخازن گل :
الف) مخزن ذخيره گل Reserve Tank
ب ) مخزن مكش Suction Tank از آنها بدرون پمپها هدايت مي شود.
ج ) مخزن شيكر Shaker Tank پس از خروج از چاه
د ) مخزن مياني Middle Tankقبل از مخزن مكش قرار دارد.
*مخزن Trip : در حين پر كردن و خالي نمودن چاه در شرايطي غير از حفاري مثلا" لوله بالا مورد استفاده قرار مي گيرد
۲ – پمپهاي گل :
۳- Mud Hose : لوله اي كه از پمپ به Swivel وارد مي شود.
٤- شيل شيكر (Shale Shaker)
۵- Mud Cleaner : شامل ١ - Desander (ماسه زدا) و۲- Desilter (سيلت زدا)
٦- Degasser
۷- Mud Aggitator : شفتي است كه با چرخش خود در مخزن تركيبات گل را با يكديگر مخلوط مي كند و از ته نشيني مواد موجود در گل جلوگيري مي نمايد. (دستگاه سانتريفوژ روي Suction Tank) قرار دارد).
۸- Stand Pipe Manifold روي Floor حفاري قرار داشته با چهار مسير بشرح زير :
1) Fill Up Line: هنگام پر كردن چاه از گل
2) Jet Cellar: مسيري است كه باعث خالي شدن Cellar ميگردد.
3) Bottom Kill Line: به سمت Pipe Rams پائين ميرود.
4) Top Kill Line: كه به سمت Pipe Rams بالائي مي رود.
٩- Mud Pit : حوضچه اي كه زائده هاي داخل گل درون آن ميريزد.
Over Balance= هرزروي گل در اثر فشار كم سازند
Under Balance= فشار سازند از گل بيشتر بوده و نتيجتا" فوران خواهيم داشت( Flow يا Kick ).
بخش های مختلف در دکل حفاری :
اصولا" در حفار ي دوراني دو نوع دكل وجود دارد :
I. دكل استاندارد كه با چهار پايه (Leg) كه روي يك پي چهار گوش قرار دارد و هر دفعه قطعه قطعه مي كنند.
II. دكل خود فراز يكبار موقع ساخت سر هم بندي مي شود = دكل چاقوئي = Jackknife Mast
هر دكل بر روي زير سازه اي (Substructure) بنا ميشود كه كار آن :
الف) نگهداري سكوي دستگاه حفاري و تامين فضا براي تجهيزات و كارگران
ب ) تامين فضا براي فورانگير هاي زير سكوي دستگاه حفاري
معمولا" ظرفيت بار يك د كل استاندارد از ۲۵۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰۰ پوند ( ۱۲۵ تن تا ۷۵۰ تن ) تغيير ميكند و بادهائي با سرعت ۱۰۰ تا ۱۳۰ مايل در ساعت ( ۲۰۸ - ۱٦۰ كيلومتر در ساعت ) را مي تواند تحمل نمايد بدون اينكه احتياج به مهار دكل با سيم باشد.

قسمت هاي مختلف يك دكل حفاري :
1.جعبه قرقره تاج و سكوي تاج (ميزاب ) Crown Block & Water Table
2.دكل خود فراز Mast
3.سكوي دكلبان Monkey Board
4.جعبه قرقره متحرك Traveling Block
5.قلاب Hook
6.هرز گرد Swivel
7.گيره بالا بر Elevator
8.كلي Kelly
9.بوش رانش كلي Kelly Bushing
10. بوش اصلي Master Bushing
11. سوراخ اتصال Mouse Hole
12. گمانه (چاهك كلي ) Rat Hole
13. آچار چپ Back up Tongs
14. آچار راست Make up Tongs
15. گردونه حفاري Draw works
16. وزن نماي حفاري Weight Indicator
17. تابلو حفار Driller’s Console
18. اتاق حفار Dog House
19. خرطومي كلي Rotary Hose
20. انباره روغن فورانگير Accumulator Unit
21. راهرو Cat Walk
22. سرسره Pipe Ramp
23. خرك هاي لوله Pipe rack
24. زير سازه دكل Substructure
25. ناودان برگشت گل Mud Return Line
26. الك لرزان Shale Shaker
27. چند راهه كاهنده (فورانگير) Choke Manifold
28. جدا كننده گاز گل Mud – Gas Seperator
29. گاز زدا Degasser
30. حوضچه هاي گل Reserve Pits
31. مخازن گل Mud Pits
32. لاي زدا Desilter
33. ماسه زدا Desander
34. پمپ هاي گل Mud Pumps
35. خروجي پمپها Mud Discharge Lines
36. سيلوهاي مواد فله گل و سيمانBulk Mud Components Storage
37. انبار مواد گل Mud Hose
38. مخازن آب Water Tanks
39. مخزن گازوئيل Fuel Storage
40. موتورها و ... .......Engines & Generators
41. مجموعه فورانگير گل Blow – out Preventor Stack
42. كابل حفاري Drilling Line
توضيح بخش هاي مختلف دكل حفاري ( نماي كناري):
١- هاي دريل يا (Hi drill) كه محافظت كننده فضاي حلقوي يا آنولوس است.
۵٫٤٫۳٫٢- Top Rams و Shear Rams وBlind Rams و Rams Bottom كه اينها والوهائي هستند كه براي جلوگيري از فوران در زير سكو نصب ميگردند و در مواقع اضطراري Shear Rams را بكار برده و كلا"ارتباط فضاي بيرون و داخل چاه را قطع مي كنند. به مجموعه اينRams ها BOP يا Blow-out Preventor گفته مي شود و وظايف مهار كنندگي را دارند.
٦- Cellar = كه در زير دكل و روي زمين به توسط سيمان درست شده و حالت يك گودال مكعبي شكل را دارد و حفاري از انتهاي آن شروع مي شود.
۷- BOP كه در بخشهاي و و و توضيح داده شده است.
۸- لوله حفاري كه با Rotary Table درگير است.
٩- Kelly Bushing = كه شش گوش يا سه گوش يا مربعي است و درون Rotary Table قرار گرفته و هنگامي كه روتاري تيبل مي چرخد Kelly Bushing و لوله هاي متصل به آن نيز گردش ميكند.
۱۰ –Kelly Cock = لوله ها به آن متصل شده و هرز گرد بوده و لوله حاوي گل حفاري نيز به آن متصل مي شود.
١١- Travelling Block = سيم هاي بكسل حفاري روي آن قرار گرفته و توسط آنها رشته هاي حفاري بالا و پائين ميشوند.
١۲ – Kelly = لوله اي است كه شش گوش بوده و در بخش بالائي دريلينگ پايپز قرار ميگيرد و Kelly Bushing آنرا مي چرخاند.
١۳ – Crown Block = كه در انتهائي ترين قسمت استرينگ قرار مي گيرد و در انتهاي دكل حفاري و وظيفه آن بالا و پائين بردن مجموعه حفاري است.
۱٤ – Monkey Board = كه سكوئي است كه دكلبان روي آن ايستاده و لوله ها را جابجا نموده و آنها را كم يا زياد مي كند.
۱۵ – Rat Hole = كه مجموعه كلي را درون آن قرار مي دهند براي لوله پائين يا لوله بالا.
۱٦ – Steal Line Measurment = SLM كه لوله ها را متراژ كرده كه چه ميزان لوله درون چاه وجود دارد.
۱۷ – Mouse Hole = كه لوله اي را كه قرار ات به رشته حفاري اضافه نمايند درون آن قرار مي دهند.




تشريح بخش هاي مختلف سكوي حفاري در نماي پلان :
١- روتاري تيبل كه چرخيده و مجموعه لوله ها و استرينگ و كلي بوشينگ و متعلقات آنرا درون و بيرون چاه بچرخش در مي آورد.
۲ – Driller’s Console كه در صفحات بعدي مفصلا" توضيح داده خواهد شد و محل استقرار حفار بوده و از اين محل كنترل مي گردد.
۳ – Blow-out Preventor = BOP كه در مواقع فوران از فوران چاه جلوگيري مي كند و و يك دستگاه از آن هم در كنار كمپها قرار دارد.
٤ – Dog House كه محل استقرار افراد حفاري بوده و دستگاه Geolograph درون آن قرار دارد كه مسائل مربوط به چاه را ثبت مي نمايد(٩٫۷ ).
۵ – Drilling String يا رشته حفاري كه هر استند شامل سه شاخه بوده و هر شاخه ۳۱ فوت ميباشد برابر با ۹ متر و توسط Tool Joint ها بيكديگر اتصال مي يابند كه جمعا" هر استند برابر با ۵/۳۰ متر طول دارد و در كنار دكل بحالت آويزان قرار دارند و از قسمت زير Monkey Board آويزان هستند. رشته حفاري شامل لوله هاي حفاري Drilling Pipes و لوله هاي ديواره ضخيم مخصوصي است كه لوله هاي وزنه Dirilling Collars ناميده ميشوند. طول هر كدام از لوله هاي حفاري ۳۰ فوت است و شاخه (Joint of Pipes) لوله ناميده مي شود و انتهاي طرفين هر شاخه رزوه دارد. طرفي كه رزوه هاي داخلي دارد مادگي (Pin) و انتهاي ديگر آن با رزوه هاي خارجي نرينه (Box) ناميده ميشود. دو انتهاي رزوه دار لوله پيوند (Tool Joint) نام دارند و در واقع قسمتهاي جداگانه اي هستند كه بوسيله سازنده ايكه رزوه ها راطبق مشخصات كارخانه درست ميكند به قسمتهاي خارجي لوله حفاري جوش مي شوند. گاهي استند شامل ۳ لوله يا شاخه را سه تائي (Thribble) مي نامند. استندها را كه طول آنها در حدود ۰ ۹ فوت ميباشد مي توان در دكلي كه ارتفاع آن١۳٦ فوت است جا داد.
٦ – لوله هاي وزنه كه قطر داخلي آنها از استندها كمتر بوده و در بيرون آن حالت مارپيچي دارند و براي اضافه شدن وزن استرينگ هاي حفاري بكار مي روند و پيوند جوشي ندارند و نرينه و مادينه روي خودشان تراش شده است.
۷ – تانك نيتروژن كه شلنگهائي از قسمت Rams ها به اينجا وارد شده و فشار براي پشت والوها را فراهم مي كند چون والوهاي Rams بصورت هيدروليكي عمل مي كنند.
۸ – جعبه ابزار كه وسايلي از قبيل رابط هاي لوله هاي حفاري و غيره در آن نگهداري مي شود. در پشت آن كابل حفاري يدك قرار دارد.
بخش هاي مربوط به گل حفاري و پمپاژ آن :
٩ – Mud Shaker و تانك زير آن = كه گل حفاري روي توري شيكر آن ريخته و دو بخش دارد:
الف) Desilter (لاي زدا) سيلت زدا
ب ) Desander كه اولي ذرات سيلت (در اندازه سيلت) را جدا مي كند و دومي قطعات با اندازه ماسه را جدا سازي مينمايد و مواد اضافي بعد از خروج از تانك زيرين آن به حوضچه اي رفته و ته نشين مي كند.
۱۰ – Degasser يا تانك جدا كننده گاز = در اين تانك گازهائي كه بهمراه گل حفاري بالا آمده جدا مي گردد.
١١ – Mud Tank = كه در تانك گل وزن و ويسكوزيته و آلكالن و . . . . گل حفاري توسط گل شناس اندازه گيري ميشود و در صورت كم بودن وزن يا هر مسئله ديگري ( در شماره ۱٢ توضيح داده شده است ).
١٢ – مخزن اضافه كننده مواد = در اين مخزن موادي كه مورد نياز است تا تركيب گل بحالت اوليه بازگردد به آن اضافه ميشود.
١۳و١٤ – پمپهاي گل يا Mud Pumps = كه دو دستگاه بوده و گل را با فشار بدرون Stand Pipes و در نهايت Drilling Pipes فرستاده و از طريق Kelly Cock بدرون چاه پمپ مي شود و در بالاي آن يك وسيله قرار دارد بنام Damper كه جلوي ضربات ناگهاني را كه پمپ وارد ميكند گرفته و كار آن بسيار با اهميت است. هر كدام از Mud Pump ها سه پمپ دارد يعني Triplex است.
١۵- Draw Box = كه برق AC را به DC تبديل كرده و كابل آن روي Crown Block ميرود.
١٦- Drum مربوط به كابلها = كه به استرينگ ها متصل بوده و بالا و پائين بردن رشته هاي حفاري را انجام ميدهد.
١۷- ژنراتورهاي توليد برق است كه با گازوئيل كار كرده و سه دستگاه مي باشد وهميشه دو دستگاه از آنها مشغول بكار بوده و يكي در حالت Stand by قرار دارد.
١۸- سكوي حفاري يا Platform = كه كل تجهيزات حفاري درون آن و يا در زير آن روي سطح زمين قرار دارد .
١٩- Choke Manifold = كه افت فشار را باعث شده در هنگام خروج سيال از چاه و والوهائي دارد.
BHA) Bore Hole Assembly) :
ابزار بكار رفته در زير Drilling Pipes را BHA گويند ، اين ابزار عبارتند از:

الف) Drilling Collars = درحفاري معمولا"بين۲ تا۱۰ Collar بكارمي برند.
ب) Heavy Drilling Pipes = لوله هائي كه از نظر مقاومت و وزن بين Drilling Pipes و Drilling Collars هستند.
پ) Subها = لوله هائي كه كوچكتر از لوله هاي حفاري هستند كه بين كالرها قرار ميگيرند.
Sub هاي مهم عبارتند از :
ُStabilizer : لوله اي استوانه اي با چند تيغه (زائده) بر روي خود كه به ديواره چاه چسبيده و باعث قرار گرفتن رشته هاي حفاري در وسط چاه مي شود بعبارت ديگر از برخورد رشته حفاري بديواره چاه جلوگيري مي نمايد.
Bit Sub : ايجاد اتصال بين مته و Collar يا Sub هاي بالائي مي كند.
Cross Over Sub : اتصال بين دو لوله با اندازه هاي متفاوت را ممكن مي سازد.
Rimmer : وسيله اي است داراي سه يا شش تيغه از جنس فولاد تنگستن كه بالاي مته بسته شده و باعث يكنواخت كردن قطر چاه مي گردد. اين وسيله عموما" بل از راندن لوله هاي جداري يا آستري رانده مي شود.
مته های حفاری :
مته وسيله اي است در انتهاي رشته حفاري كه بطور كلي سه دسته مي باشند:
1) Milled Teeth يا (Steel Tooth) كه انواع مته هاي tri-cone است و دندانه هاي آن بصورت مخروطي مي باشند.
2) Tangstan Carbid Insert يا (TCI) نوعي مته tri –cone است كه براي سازندهاي سخت بكار مي روند.
3) Diamond Bit (الماسه) از جنس فولاد تو پر است و كاج و دندانه نداشته و در عوض تعداد زيادي الماس در قسمت پائين و اطراف آن جاسازي شده است كه براي سازندهاي سخت مناسب هستند.
سه نوع مته اي كه وجود دارد :
الف) PDC يا Poly Crystalline Diamond Contact كه مهمترين انواع مته الماسه است.
ب) Bottom Bit
پ) Rock Bit = Cone Bit = Roller Cone Bit = داراي قطعات كاج شكل فولادي كه كاج ناميده مي شوند كه بطور آزاد همزمان با دوران مته مي چرخند. اغلب مته ها سه كاج دارند ولي دو كاج و چهار كاج هم وجود دارد. سازندگان مته يا دندانه ها را روي سطح خود كاج مي تراشند يا اينكه تكمه هاي خيلي سخت تنگستن كاربيد را روي كاج جا سازي مي كنند. از نظر سختي سازند مته هاي سازند نرم نرم متوسط - متوسط – متوسط سخت – سخت و متراكم – فوق العاده سخت و ساينده و شكسته ساخته مي شوند.
از نظر كاربرد مته ها را معمولا" به دو دسته مته هاي حفاري و مته هاي مغزه گيري تقسيم مي نمايند كه البته در هر دسته از انواع مختلف ابزارهاي برنده و طرحهاي مختلف تاج و آبرو استفاده مي نمايند. در داخل تمامي مته ها مسيرهائي تعبيه شده كه به گل حفاري اجازه خروج مي دهند. اكثر مته ها فواره هائي (Nozzle) دارند كه سيال حفاري را بصورت جرياني با سرعت زياد به اطراف و زير هر كدام از كاجها هدايت مي كنند.
منابع و مآخذ :
1- كتابخانه تخصصي بهره برداري نفت و گاز گچساران
2- زمين شناسي نفت روابط عمومی شرکت ملی نفت ایران
3- www.petroleumtimes.com (http://www.petroleumtimes.com/)
4- www.nidc.ir (http://www.nidc.ir/)
5- www.pgeo.tk (http://www.pgeo.tk)