حفاري چاه عميق

روش كانال پلاسما به علت قابليت حفاري چاه عميق انتقال و استفادة بهينه از انرژي مصرفي، پيشرفت عمده اي در عمليات حفاري داشته و به علاوه، چون در فرآيند كانال پلاسما سوراخ ايجاد شده كوچك و به قطر يك يا دو اينچ است، لذا خرابي و ريزش قائم مقام دانشگاه (David Macbeth) در بستر دريا در مقايسه با حفاري سنتي به شدت كمتر است. ديويد مكبت ميگويد: خيلي از شركتها اكنون به اين نتيجه رسيده اند كه چاههايي با قطر كوچك به خاطر پايين Strathclyde بودن حفاري چاه هزينه هاي حفاري و تخريب كم در محيط زيست، گزينۀ بهتري براي اكتشاف و استخراج ميباشد. حفاري كانال پلاسما ميتواند مورد مصرف قرار گيرد و به تكنولوژي برتري در آينده براي اكتشاف و توليد نفت و گاز تبديل شود.

يا همان سكوهاي نفتي و (offshore) اين روش بيشتر در چاه هايي مورد استفاده قرار مي گيرد كه بر سطح دريا گازي دريايي قرار دارند. در اين حفاري چاه عميق روش از يك سكو در جهت هاي مختلف، حفاري انجام مي شود به صورتي كه هم زمان مي توان چندين نقطه در يك مخزن يا مخازن مختلف را حفاري كرداين روش داراي سرعت حفاري بسيار بالايي است. در اين تكنيك فشار گل حفاري را طبق استاندارد ها و معيارهاي مختلف كه باعث فوران چاه نشود به ميزاني پايين تر حفاري چاه از فشار سازند و سيال موجود در آن مي رسانند.كاربرد اصلي اين روش براي حفاري سازند هاي سخت مي باشد به اين ترتيب كه اگر فشار روي اين سازند ها كم باشد فشار خود سازند موجب پاشيده شدن آن مي شود و سرعت حفاري را تا حد زيادي بالا مي برد البته اين روش نياز به تكنولوژي پيشرفته اي دارد.

ابداع روش هاي حفاري به منظور كاهش حفاري چاه عميق هزينه و آسان شدن عمليات از موضوعات مهم محققين اين حوزه از صنعت مي باشد. با توجه به وجود مخازن هيدروكربوري در مناطق سخت و دشوار و همچنين كاهش طول دوره حفاري كه هزينه ثابت سنگيني را به دنبال دارد، متخصصين اين رشته همواره در پي آن هستند تا مناسب ترين روش را براساس دانش فني روز براي حفاري چاه نفت شناسايي كرده و آماده فرايند عملياتي كنند. يكي از روش هاي نوين حفاري، روش حفاري كانال پلاسما مي باشد. اسكاتلند، استفاده از برق پالسي و پلاسما با قدرت الكتريكي بالا را Strathclyde گروهي از محققان در دانشگاه براي حفاري در سنگ بررسي كردند. محققان تخمين حفاري چاه ميزنند كه با استفاده از اين تكنيكهاي جديد اكتشاف، تنها از 3 ميليارد بشكه نفت استخراج كرد. / چاههاي موجود در درياي شمال، ميتوان حجمي معادل 1 با استفاده از اين تكنولوژيها از طريق عمليات ترميمي در چاه هاي موجود و اكتشاف با هزينه كاراتر و توسعۀ ذخاير دست نخورده، ميتوانند سطح توليد موجود در فلات قارة بريتانيا را براي 15 الي 20 سال آينده حفظ كنند.

پژوهش در مورد استفاده از فناوري ليزر براي حفاري چاه نفت اولين بار در ارتش آمريكا در سال 1977 شروع شده است. اين آزمايش نشان داد كه سرعت حفاري با استفاده از اين روش بين 10 تا 100 برابر افزايش مي يابد. هدف اصلي تمامي آزمايش هايي كه تاكنون با ليزر انجام شده است، دستيابي به بيشترين مقدار حفاري با كمترين هزينه توسط دو (Miracle project) ممكن حفاري چاه عميق با حداقل توان مورد نياز مي باشد. آزمايشي تحت عنوان پروژه ميراكل 3 و با توان ليزري /8 μm دانشمند به نام هاي برين و گريوس انجام گرفت. در اين آزمايش از امواجي با طول موج 600 تا 1200 كيلو وات با استفاده از آن توانستند طي چهار ثانيه تابش ليزري به عمق سه اينچ در ماسه سنگ حفاري نمايد. با انتخاب سيستم ليزري، قادر خواهيم بود سرعت حفاري را تا اندازه قابل توجهي افزايش دهيم. استفاده از تكنولوژي ليزري براي حفاري چاه نفت، پيامد هاي برجسته اي را به همراه دارد. از جمله مهم ترين آنها مي توان به ايجاد ديواره سراميكي در چاه، كاهش احتمال توقف عمليات حفاري، كاهش تعداد روز هاي حفاري، ايجاد قطر يكسان از سطح تا انتهاي چاه، كاهش احتمال گيركردن لوله هاي حفاري، امكان استفاده از لوله هاي سبك حفاري چاه  به جاي لوله هاي سنگين، كاهش آلودگي زيست محيطي و افزايش سرعت حفاري از 10 تا 100 برابر اشاره كرد. يكي از مهم ترين معايب حفاري ليزري انتقال انرژي ليزر از منبع آن در سطح چاه به عدسي آن در انتهاي چاه مي باشد. مكانيزم حفاري بوسيله ليزر به اين ترتيب است كه با برخورد اشعه ليزر، سنگ ها خرد شده و سپس ذوب و در مرحله سوم بخار مي شوند. دراين مرحله جت سيالي، بخار توليد شده را به جداره چاه چسبانده كه خود به ايجاد ديواره سراميكي در جداره چاه مي گردد. ايجاد جداره سراميكي فوايد فراواني را به همراه دارد.

در اين روش، حفاري بصورت عمود نسبت به سطح زمين انجام مي شود اما در هر حفاري يك انحراف از مسير

وجود دارد كه در روش عمودي اين انحراف بايد خيلي كم و در حد 1 تا 2 درجه باش) حفاري انحرافي

در اين روش، مسير حفاري نسبت حفاري چاه عميق به محور عمود بر سطح زمين داراي زاويه است و حتي ممكن است بهنگام حفاري عمودي در يك قسمت رشته هاي حفاري به ديواره چاه گير كنند و آزاد كردن آنها ممكن نباشد و اجباراً به قطع آن قسمت از لوله هاي حفاري كه به ديواره چاه گير كرده است بپردازيم و پس از سيمان كردن آن قسمت با استفاده از روش حفاري انحرافي اين منطقه را دور زده و دوباره به مسير حفاري قبلي بازگرديم.حفاري افقي حفاري در اين روش، حفاري چاه با زاويه 90 درجه نسبت به محور چاه انجام مي شود. اين نوع حفاري مي تواند درسنگ مخزن بسيار بصرفه باشد چرا كه سطح تماس مخزن را با چاه افزايش داده و در نتيجه باعث برداشت بيشتر و بهتر از مخزن شود، اما اين روش نياز به تكنولوژي بالايي نيز دارد.

در حين حفاري ممكن است به لايه هايي برسيم كه بسيار سست هستند و به درون چاه ريزش كنند، يا ممكن است لايه اي كه حفاري مي كنيم از جنس حفاري چاه عميق رس باشد و در تماس با آب گل حفاري با آن سازند، افزايش حجم پيدا كند و چاه رامسدود كند. روشي كه براي حل اين مشكل پيشنهاد مي شود اين است كه تا جايي كه امكان دارد از گلي با پايه هاي پوشانده شود. اما اگر سازند، سست باشد به (Casing) روغني استفاده شود و سازند نيز سريعا توسط لوله جدار ي درون چاه ريزش مي كند و ممكن است باعث مدفون شدن مته حفاري نيز شود. روشي كه براي جلوگيري حفاري چاه از اين مشكل (mud cake) پيشنهاد مي شود اين است كه گل حفاري را طوري طراحي كنند كه در محل سازند سست، گل كبره زيادي ايجاد شود و مانع ريزش سازند شود.

وظيفه اصلي گل ثابت نگهداشتن فشار هيدرواستاتيكي در داخل چاه است. اگر فشار گل از فشار مواد موجود در داخل گل مي شود. اگر حفار (loss) چاه بيشتر باشد حفاري چاه عميق در اين صورت گل به داخل سازندها نفوذ كرده و باعث كم شدن سرچاهي متوجه اين جريان نشود گل به سرعت كم شده و بعد از تمام شدن و يا كم شدن فشار گل، چاه فوران مي كند. اين موجب ميشود كه دكل حفاري نابود شود. در سازندهايي كه درون آنها گاز يا نفت وجود (flow rate) دارد اين مرحله آتش سوزي به دنبال خواهد داشت و موجب گير كردن لوله حفاري در چاه ميشود كه اين خود موجب اشكال حفاري چاه در حفاري خواهد شد. براي سنگين كردن گل از مواد مختلفي همچون نمك و ... استفاده ميشود. اين تركيبات را با آزمايش و به تناسب منطقه جغرافيايي به دست مي آورند.

گاهي گل به طور كامل وارد سازند نمي شود و فقط آب اين تركيب داخل سازند مي شود كه اين امر باعث خراب شدن گل حفاري شده و كارايي آن را كاهش مي دهد. گل حفاري داراي ويژگي هاي زير است:

اصطكاك بين مته و لايه هاي سنگي  حفاري چاه عميق را كم مي كند تا حفاري روان تر پيش رود و مته در سنگ گير نكند. حرارت ناشي از اصطكاك بين مته و لايه هاي سنگي را به سرچاه منتقل مي كند.خرده سنگ هاي برجاي مانده از حفاري را كه در صورت باقيماندن در ته چاه به پره هاي مته حفاري گير كرده و مانع حركت آن مي شوند، از چاه بيرون مي آورد. لايه اي بر ديواره ايجاد مي كند. در اين صورت برخي از لايه هايسنگي(غير (mud cake) گل كبره ايمخزني) كه سست و ناپايدارند و ممكن است در محل دهانه ي چاه مشكل ريزش يا گرفتگي ايجاد كنند، با اين جداره پوششي پايدار مي يابند. در مسير رسيدن به لايه مخزني، مته از ميان لايه هاي زيادي عبور مي كند حفاري چاه بعضي از اين لايه ها به خودي خودمتخلخل و حاوي مقداري سيال هستند. فشاري كه ستون گل حفاري بر ديواره ي چاه وارد مي كند، از ورود اين سيالات به درون چاه پيشگيري ميكنند. شايد اين از مهمترين ويژگيهائي باشد كه گل حفاري در مرحله ي حفاري از آن برخوردار است.

است؛ يعني فشار گل به حدي زياد است كه گل حفاري به داخل سازند نفوذ blow out اين فرآيند عكس فرآيند مي كند و باعث هدر رفتن گل حفاري چاه عميق حفاري مي شود. اگر اين امر در لايه ي مخزن اتفاق بيافتد، باعث پرشدن خلل و فرج كه در اصطلاح گل كبره اي گفته مي شود شده و از (mud cake) مخازن نفت و گاز بابخش هاي جامد گل حفاري ميزان بهره دهي مخزن كاسته مي شود. در بهترين حالت از دست رفتن گل حفاري باعث ايجاد خسارت مالي حفاري چاه مي شود. بايد يادآور شد كه گل حفاري پيچيده ترين سيالي است كه بشر به آن دست يافته است و ماده ارزان قيمتي نيست.

(Formation) گلي كه به داخل چاه فرستاده مي شود داراي فشار مشخصي است كه با استفاده از اين فشار، سازندها و سيالات موجود در اين سازندها را  حفاري چاه عميق  كنترل مي كنند. اگر فشار گل كمتر از فشار سازند باشد، باعث مي شود سيالاتموجود در اين سازندها به درون چاه نفوذ كنند. اگر اين سيال گاز يا بخار آب باشد بسيار خطرناك است؛ حتي اگر سيالوارد شده مايع باشد نيز زيان آور است و باعث تغيير ماهيت گل مي شود و مي تواند گل را از بين ببرد. به پديده حفاري چاه وارد گويند. blow out عميق ترين چاه كه با اين روش در ايالت نيويورك توسط شركت گاز طبيعي ايالت نيويورك از سال 1948 تا 1953 و با عمق 11145 فوت حفر گرديده بود كه به نفت نرسيده بود.