مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت - روشهای پیشرفته حفاری


امروز :
مهندسی شیمی طراحی فرایندهای صنایع نفت

همزمان با پیشرفت و توسعه علم و تکنولوژی، در زمینه حفاری نیز تحقیقات گسترده ای توسط شركتها، مؤسسات و دولتهای مختلف در حال انجام است. احتمال استفاده از برخی پروژه های تحقیقاتی در طی چند سال آینده وجود دارد. نه تنها روشهای موجود حفاری مدام در حال تغییر و تحول هستند، بلکه روش های نوین حفاری نیز به عرصه ظهور می رسند. حفاری به کمک انرژی هسته ای یا حفاری التراسونیک از مواردی هستند که در واقع می توان از آنهابه عنوان روشهای نوینی نام برد که در مرحله تحقیقات قرار دارند و برای کاربردها و موارد خاص از آنها بهره برداری می شود. در ادامه این بخش به تعداد دیگری از روشهای حفاری نوین اشاره می شود که از سایر صورتهای انرژی مانند انرژی حرارتی، شیمیای و الکتریکی برای حفاری استفاده می کنند.

1- حفاری به روش لوله مارپیچ ((Coiled Tube Drilling (CTD)

این روش قبل از مطرح شدن به عنوان یک روش حفاری، بیشتر در عملیات نمودارگیری چاهها مورد استفاده قرار می گرفت. گاهی موارد نیز تمیز كردن چاه و خارج كردن قطعاتی كه برای جداره گذاری در چاه قرار می گیرند، توسط این روش صورت می گرفت. در بعضی موارد، حفاری قطعات بتونی که در عملیات جداره گذاری و سیمانکاری در داخل چاه قرار گرفته است، از حفاری سازندها سخت تر است. موفقیت روش لوله مارپیچ در این گونه موارد سبب شد كه حفاری به روش لوله مارپیچ مطرح شود. هم اكنون این روش بعنوان روشی اقتصادی برای حفاری چاههای كم قطر مطرح است. اكثر اینگونه چاهها دارای قطری كمتر از 20 سانتیمتر هستند. چاههای كم قطر به روش چرخشی و با دكلهایی كه در حدود %20 از دكلهای معمولی از نظر وزنی كوچكتر هستند ایجاد می شود. در چنین مواردی هزینه حفر چاه نصف می شود. با این وجود استفاده از حفاری لوله مارپیچ حتی از حفاری چرخشی با دکلهای کوچکتر نیز مقرون به صرفه تر است . اكثر هزینه حفاری بستگی به فاكتورها و عوامل دیگری غیر از زمان حفر چاه دارد. عواملی نظیر ایجاد جاده دسترسی و ساخت و آماده سازی مكان نصب دكل، انتقال دكل حفاری و هزینه جداره گذاری و مواد مصرفی نظیر گل حفاری بخش اعظم هزینه های حفاری را شامل می شوند. در چنین مواردی، چون واحد حفاری لوله مارپیچ ابعاد كوچكتری دارد و به راحتی قابل جابجایی است و نیاز به پرسنل و تجهیزات كمتری دارد، برتری چشمگیری نسبت به روش حفاری چرخشی پیدا می کند. مزیت دیگری كه این روش دارد، عدم نیاز به اتصالات مختلف لوله حفاری است. برعکس روش حفاری چرخشی که در آن رشته لوله حفاری از اتصال شاخه های مختلف تشکیل می شود، در حفاری مارپیچ رشته لوله مارپیچ یکپارچه می باشد. در نتیجه امنیت عملیات حفاری و سرعت کار بیشتر می شود. چرا كه خطر فوران چاه اغلب در زمان توقف عملیات حفاری چرخشی برای کاستن یا اضافه كردن رشته حفاری بیشتر می شود. چون در حفاری لوله مارپیچ نیاز به توقف عملیات برای نصب اتصال جدید نیست، ریسك و خطر فوران تا حدود زیادی كاهش می یابد.

در شكل (1) تجهیزات اولیه مورد نیاز برای حفاری به روش لوله مارپیچ نمایش داده شده است. تجهیزاتی كه در شكل دیده می شود تجهیزات اختصاصی این روش می باشد. سایر لوازم مانند جرثقیلها، ریلها، سازه ها و زیر سازه ها و مولدهای نیرو همانند سایر دكلهای حفاری است.

در این نوع حفاری ،سیستم كنترل سیال حفاری و گردش سیال، تقریباً مانند روش حفاری چرخشی است. از موتورهای هیدرولیکی جابجایی مثبت (Positive Displacement) برای چرخاندن مته حفاری استفاده می شود. این موتورها در برابر نیروی مقاوم خارجی از حركت نمی ایستند و روغن پس نمی زنند. مته حفاری و موتور درون چاهی مستقیما به رشته لوله مارپیچ متصل نیستند. بلکه از طریق بخشی به نام مجموعه ته چاهی ((Bore Hole Assembly (BHA) به لوله مارپیچ متصل می شوند.

2- حفاری حرارتی(Thermal Drilling)

به طور كلی صرفنظر از نوع روش و منشأ انرژی، عملیاتی را كه به حفر چال در سنگ منجر می شود، نفوذپذیری (Penetration Rock) می نامند. در روش حرارتی، به كمك انرژی حرارتی حاصل از آمیختن هوا یا اكسیژن با یك نوع سوخت، ترجیحاً نفت سفید، نفوذپذیری در سنگ صورت می گیرد. هوا یا اكسیژن و سوخت از دو مجرای جداگانه به داخل مخزنی واقع در پشت مته ارسال می شوند و پس از اشتعال، شعله، حرارت را از طریق نازل سر مته به سطح سنگ منتقل می كند و حرارت نیز سطح سنگ را متورق و آمادة جدایی می كند. در نهایت، به كمك فشار آب، قطعات متورق جدا و به سطح زمین منتقل می شوند.

3- حفاری با جت سیال (Fluid Jet Drilling)

استفاده از پاشش جریانی از سیال در سرعتها و فشارهای بالا، از دیرباز در صنایع مختلف کاربرد دارد. در صنایع فلزی، سوراخکاری، سنگ زنی و پولیش با استفاده از جت آب رایج است. در صنعت سنگهای تزئینی و ساختمانی، از این روش برای برش سنگها استفاده می شود. هرچند حفاری به روش جت آب از دیر باز مطرح بوده است ولی پیشرفتهای اخیر در ساخت نازلها، پمپها و سایر تجهیزات فشار بالا سبب شده که این روش نیز در صنعت حفاری رایج شود.

در این روش، سیالی که اغلب آب یا مخلوط ذرات ساینده با آب است تحت فشار زیاد از طریق رشته لوله حفاری به داخل چاه پمپ می شود. سیال مذکور با سرعت و فشار زیاد از نازل سر مته خارج می شود. سیال خارج شده با سایش سطح سنگ، مقاومت سنگ را در هم می شكند و بدین ترتیب، حفاری صورت می گیرد. امروزه از این روش در حفاری چاههای کم قطر (Slim Hole Drilling) استفاده می شود.

در بعضی موارد از فشار آب به تنهایی در حفاری استفاده نمی شود بلکه از این تکنولوژی در کنار روشهای دیگر حفاری بهره می گیرند. بطور مثال در حفاری جهت دار، یکی از روشهای ایجاد انحراف در چاه، استفاده از جت سیال می باشد.

حفاری با جت سیال، طیف گسترده ای از روشها را دربر می گیرد و تحقیقات فراوانی در این زمینه صورت می گیرد که بطور مثال می توان استفاده از جت گاز دی اکسید کربن، ذرات ساینده یا استفاده از فشار متغیر جت آب را مثال زد. فشارهای بسیار بالا نظیر 20000تا 60000 پوند بر اینچ مربع در برشکاری قطعات سنگ با جت آب استفاده می شود. اما در حفاریهای معمول فشار آب در حدود 3000 تا 10000پوند بر اینچ مربع می باشد.

4- حفاری لرزشی

در این روش با ایجاد لرزشهایی با فركانس 100 تا 20000 دور در ثانیه می توان سنگ را شكست. یكی از متداولترین روشهای حفاری لرزشی، روش حفاری مافوق صوت (Ultrasonic Drilling) یا التراسونیک است. روش دیگری که در اینجا توضیح داده می شود و جزو روشهای پیشرفته و جدید در حفاری محسوب می شود، حفاری به روش تشدید صوتی است. این روش برخلاف روش مافوق صوتی که فقط از ارتعاشات برای حفاری استفاده می کند از ترکیب روش چرخشی و روش التراسونیک برای نفوذ در لایه های زمین استفاده می کند.

5- حفاری به روش تشدید صوتی (Resonant Sonic Drilling Method)

به دلیل سریع، ارزان و مطمئن تر بودن روش حفاری به روش تشدید صوتی در مقایسه با روشهای قدیمی از این روش در صنایع مرتبط با محیط زیست جهت حفاری استفاده می شود. در این روش جهت نفوذ سریع در میان طبقات خاكی زمین (شامل تمامی آنها از خاك رس تا ماسه و سنگهای بزرگ) نیازی به استفاده از گل حفاری، آب یا هوا نمی باشد.

در روش حفاری تشدید صوتی از تركیبی از ارتعاشات تولید شدة مكانیكی و قدرت دورانی جهت نفوذ در خاك استفاده می شود (شكل 2). ارتعاشات تولید شده به همراه وزن لولة حفاری و نیروی عمودی و رو به پایین نظام مته باعث نفوذ مته در طبقات خاكی می شود. از حفاری صوتی معمولاً فقط جهت حفاری مغزی نمونه استفاده می شود. استفاده از این روش در مغزه گیری پیوسته، مانیتورینگ ساختمان چاه و حفاریهای افقی و جهت دار، موفقیت آمیز بوده است.

مزایای استفاده از روش حفاری تشدید صوتی عبارتند از:

• افزایش نرخ حفاری

• حبس ذرات خرد شده در حفاری

• كمینه كردن تلفات حفاری ثانویه (Secondary Drilling Waste)

علاوه بر اینها با توجه به اینكه در این روش حفاری، نیازی به استفاده از سیال حفاری نمی باشد لذا آلودگی اجزاء حفاری (كه در سیستمهای كه از سیال استفاده می كنند، معمول است) در این روش كمینه می گردد. همچنین با این روش، امكان حفاری در هر زاویة دلخواه از افقی تا عمودی وجود دارد.

6- حفاری شیمیایی (Chemical Drilling)

در این روش با استفاده از فعل و انفعالات شیمیایی ناشی از انفجار مواد منفجره می توان در طبقات حفاری كرد. این روش بطور مستقیم در حفاری چاههای نفت کاربرد ندارد و بیشتر در حفاری چاههای کم عمق برای مقاصد اکتشافی و تهیه اطلاعات اولیه از سازندهای سطح زمین بکار می رود.

7- حفاری الكتریكی (Electrical Drilling)

در این روش با تولید جریان الكتریكی ستونی (Electrical Beam) یا قوسی (Electrical Arc) یا جرقه ای (Electrical Spark) عملیات نفوذپذیری در سنگ انجام می گیرد. در بعضی از این روشها با وجود بالا بودن درجة حرارت، به دلیل كوتاه بودن زمان تماس الكتریسته، سنگ ذوب نمی شود اما در بعضی دیگر به دلیل بالا بودن درجة حرارت و طولانی بودن زمان تماس الكتریسیته با سطح سنگ، پس از ذوب شدن سطح سنگ، سنگ می شكند.

8- حفاری لیزری (Laser Drilling)

با اشعة لیزر می توان تشعشعات الكترومغناطیسی را به طور ستونی تولید كرد. این نوع تشعشعات را می توان برای تبخیر یا ذوب سنگ، ایجاد شكستگی در سنگ و حفر چال استفاده كرد. با تاباندن امواج قوی لیزرهای ستونی به سطح سنگ، می توان باعث تبخیر سطح سنگ، و ذوب و شكستگی سنگ در اطراف محدودة ذوب شد. شعاع عملكرد این مناطق به شدت و قدرت اشعة لیزر بستگی دارد.

iran-oil.blogfa.com
آرشیو مطالب
صفحات جانبی
پیوند های روزانه
امکانات جانبی

ابزار وبمستر

عکس

دانلود

قالب وبلاگ

ساخت وبلاگ در میهن بلاگ

شبکه اجتماعی فارسی کلوب | اخبار کامپیوتر، فناوری اطلاعات و سلامتی مجله علم و فن | ساخت وبلاگ صوتی صدالاگ | سوال و جواب و پاسخ | رسانه فروردین، تبلیغات اینترنتی، رپرتاژ، بنر، سئو