انواع مته های حفاری ، چاه نگاری و حفاری چاه از ساحل به دریا در تحقیقات نفتی

حفاری،انواع مته های حفاری ، چاه نگاری و حفاری چاه از ساحل به دریا در تحقیقات نفتی

انواع مته های حفاری :

حفاری:مته حفاری وسیله ای است در انتهای رشته حفاری به منظور کندن زمین بسته می شود.
 به طور کلی سه دسته مته تقسیم می گردند:
1) Milled Teeth یا (Steel Tooth) که انواع مته های tri-cone است و دندانه های آن بصورت مخروطی می باشند.
2) Tangstan Carbid Insert یا (TCI) نوعی مته  tri –cone است که برای سازندهای سخت بکار می روند.
3) Diamond Bit (الماسه) از جنس فولاد تو پر است و کاج و دندانه نداشته و در عوض تعداد زیادی الماس در قسمت پائین و اطراف آن جاسازی شده است که برای سازندهای سخت مناسب هستند.
سه نوع مته ای که وجود دارد :
الف) PDC  یا Poly Crystalline Diamond Contact که مهمترین انواع مته الماسه است.
ب) Bottom Bit
پ) Rock Bit = Cone Bit = Roller Cone Bit = دارای قطعات کاج شکل فولادی که کاج نامیده می شوند که بطور آزاد همزمان با دوران مته می چرخند. اغلب مته ها سه کاج دارند ولی دو کاج و چهار کاج هم وجود دارد. سازندگان مته یا دندانه ها را روی سطح خود کاج می تراشند یا اینکه تکمه های خیلی سخت  تنگستن  کاربید  را  روی  کاج جا سازی می کنند. از نظر سختی سازند مته های سازند نرم  نرم متوسط  – متوسط – متوسط سخت – سخت و متراکم – فوق العاده سخت و ساینده و شکسته ساخته می شوند.
از نظر کاربرد مته ها را معمولا” به دو دسته مته های حفاری و مته های مغزه گیری تقسیم می نمایند که البته در هر دسته از انواع مختلف  ابزارهای  برنده  و  طرحهای  مختلف  تاج  و  آبرو  استفاده می نمایند. در داخل تمامی مته ها مسیرهائی تعبیه شده که به گل حفاری اجازه خروج می دهند. اکثر مته ها فواره هائی (Nozzle) دارند که سیال حفاری را بصورت جریانی با سرعت زیاد به اطراف و زیر هر کدام از کاجها هدایت می کنند.

حفاری چاه نفتی چیست؟

کندن چاه و رسیدن به هدف مورد نظر را حفاری می گویند. حفاری یکی از کارهای پیچیده و گران و طاقت فرسا وتخصصی در صنعت نفت بشمار می رود. هر کاری که ما قبل از حفاری انجام داده باشیم در صورتی که عمل حفاری به درستی انجام نگیرد بی فایده است.
بنابراین به حفاری خیلی اهمیت می دهند قبل از حفاری ما فقط با تخیل و فرضیات مختلف لایه ها و عمق ها را تعیین می کنیم ولی در حفاری واقعاً به اینها می رسیم زمین شناس، مهندس راه و ساختمان، حفار و … همه دست به دست هم می دهند تا حفاری به طور مداوم انجام شود. چون هزینه دکل و لوازم حفاری خیلی گران است.بنابراین حفاری در سه نوبت و بطور ۲۴ ساعته انجام می گیرد.
تعیین محل حفاری نیز مهم است مثلاً فاصله آن از مناطق مسکونی، چاههای مجاور، مسکونی فشار قوی برق و ….. که اینها همه تخصصی و مخصوص به خود را دارند بعد از تعیین محل مهندس راه و ساختمان اقدام به نصب کردن وسایل مورد نیاز، اتاق ها، جاده و … می کند سپس دکل به منطقه آورده می شود و عمل بطور ۲۴ ساعته انجام می 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 ۲۴ ساعته انجام میگیرد .
لوازم و قطعات دکل حفاری عبارتند از :
۱) Hook
قلاب آویزان از قطعات و رشته های بالا و پایین رو و متصل به دکل حفاری
۲) Swivel
دستگاه متصل کننده قسمتهای دوار داخل چاه و قسمت های ثابت در خارج
۳) Mud line
لوله قابل انعطاف ( لاستیکی ) جهت انتقال گل حفاری به داخل لوله های حفاری
۴) Derrick
دکل حفاری
۵) Kelly
لوله با قطع ۶ ضلعی یا ۴ ضلعی که بوسیله یک رابط و از طرف دیگر به لوله های حفاری داخل چاه متصل میگردد
۶) Stand pipe
لوله انتقال گل از داخل پمپها به لوله لاستیکی
۷) Kelly bushing
بوشن که با دواران خود لوله های وزنی را به حرکت در می آورد
8) Rotary table
صفحه دوار
۹) Sub-Structure
پایه های زیر دکل
۱۰) Foundation
پی بتونی زیر دکل
۱۱) Seller
چاله ای که جاه در آن حفر میشود
۱۲) Blow out control
دستگاه جلوگیری کننده از فوران چاه
۱۳) Flow line
لوله انتقال گل برگشتی از داخل چاه به مخازن گل حفاری
۱۴) Shale shaker
محل تفکیک گل حفاری از مواد و سنگ ریزه های حفاری شده
۱۵) Screen
توری فلزی یا الک
۱۶) Return tank
مخزن یا محل تجمع گل برگشتی از چاه
۱۷) Mud pump
پمپ های ارسال گاز از چاه های تزریق گاز به داخل چاه
۱۸) Casing
لوله های دیوار بندی در اندازه های مختلف
۱۹) Annulus
مجرای برگشت گل و مواد حفاری شده از چاه به خارج
۲۰) Drill pipe
لوله حفاری که محتوی گل ارسالی به داخل چاه است
۲۱) Bit
مته حفاری
عمل حفاری بصورت ۲۴ ساعته و در ۳ نوبت کاری انجام می شود . ولی همه افرادی که برای حفاری استخدام میشوند بصورت اقماری هستند و باید هر زمان که لازم باشد آماده کار باشند . کما اینکه در بعضی موارد حتی تا ۳ روز یا بیشتر فرد وقت استراحت ندارد . عمل طاقت فرسا / وقت گیر / پر هزینه / خطرناک /الوده کننده محیط زیست /…. انجام میگیرد تا چاه به نتیجه برسد.

چاه نگاری

نگار(logg):
نگار ابزاری است که اطلاعاتی درباره‌ی تغییرات خواص فیزیکی سازندهایی که چاه‌ آن‌ها را قطع کرده و همچنین سیال (همچون نفت، گاز و آب) موجود در آن‌ها را در اختیار مهندسین نفت قرار می‌دهد. هر لاگ شعاع بررسی مشخصی دارد.
لوازم و وسائل مورد نیاز در چاه‌نگاری:
مجموعه تجهیزات چاه‌نگاری از یک سوند(sound) و کامیون یا اتاقکی که تجهیزات الکترونیکی مرتبط با سوندها در درون آن جای می‌گیرد، تشکیل می‌شود.
پارامتر‌های فیزیکی مورد بررسی در هرنوع عملیات چاه‌پیمایی، از طریق سوند‌ها به سطح زمین انتقال داده می‌شود. سوند‌ محفظه‌ی استوانه‌ای شکلی است که فرستنده و در بعضی موارد گیرنده‌ امواج نیز درون آن قرار می‌گیرند. سوند به کمک کابل های ویژه‌ای به درون چاه فرستاده می شود. کابل‌ روی قرقره‌ای می‌چرخد که همراه لوزام دیگر کنترل کننده و تجهیزات الکترونیکی مورد نیاز در هر نوع عملیات چا‌هنگاری در کامیون آزمایشگاهی یا اطاقک ثابتی جای می‌گیرد.
کاربرد چاه نگاری و اهمیت آن در اکتشاف و مطالعه مخازن نفت و گاز
اطلاعات یک مخزن نفتی یا گازی از شیوه‌ههای مختلفی به دست می‌آید. یکی از این شیوه‌ها نمونه گیری یا مغزه گیری از سنگ مخزن است. نمونه‌گیری از یک سازند ابتدا از برون زد (out crops) آن سازند (قسمتی از سازند که در سطح زمین قابل رویت است و از زیر زمین بیرون آمده است) آغاز می‌شود، اما در زیر سطح زمین یعنی در چاه‌های نفت، نمونه‌گیری با گرفتن مغزه (Coring) (دستگاهی را به درون چاه می‌فرستند و یک مغزه استوانه‌ای شکل از آن سازند مورد نظر کنده و به سطح می‌آورند) و یا با استفاده از کنده‌های حاصل از حفاری (Cutting) انجام می شود.
اهمیت گرفتن لاگ از این جهت قابل توجه است که می‌تواند اطلاعات حاصل از نمونه گیری و مغزه گیری را تکمیل کند. لاگ یک فناوری مهم بررسی تکمیلی برای تکمیل اطلاعات حاصل از چاه محسوب می‌شود که بدون آن هرگز مطالعاتی که تحت عنوان مطالعات جامع مخزنی برای شبیه‌سازی مخزن انجام می‌گیرد نمی‌تواند ضریب اطمینان قابل قبولی داشته باشد.
البته ممکن است این پرسش مطرح شود که اگر می‌توان به طور پیوسته از تمام سازندهای موجود یک چاه مغزه گیری شود، در این صورت اطلاعات چاه نگاری، چه نقشی می‌تواند در مطالعات اکتشافی داشته باشد؛ چرا که در این صورت زمین شناس و مهندس مخزن می‌تواند تمام اطلاعات مورد نیاز خود را از راه آزمایش مغزه به‌دست آورد. اما مسائل و مشکلاتی در این زمینه وجود دارد که انجام عملیات چاه‌نگاری را گریزناپذیر می‌کند:
۱) بدست آوردن اطلاعات مشکل از طریق مغزه‌گیری مشکل تر و بسیار پرهزینه‌تر است.
۲) کافی نبودن حجم مغزه برای انجام آزمایش‌های مختلف روی آن.
۳) مطالعه کمی به وسیله کامپیوتر آن‌گونه که روی دادهای چاه‌نگاری میسر است، به ۲ دلیل از طریق مغزه‌ گیری امکانپذیر نیست.
الف) پیوستگی اطلاعات چاه نگاری: به وسیله عملیات چاه نگاری می‌توان به صورت پیوسته از سازند‌ها اطلاعات گرفت، در حالی که مغزه از تمام سازند‌های چاه گرفته نمی‌شود، بلکه تنها از برخی از نقاط چاه مغزه گرفته می‌شود.
ب) داده‌های لاگ به طور مستقیم برای نرم افزار تحلیل اطلاعات لاگ قابل استفاده است، در حالی که مغزه گیری به خودی خود اطلاعاتی به دست نمی‌دهد، بلکه ابتدا باید روی مغزه‌ها آزمایشاتی صورت گیرد، پس از آن اطلاعات به دست آمده برای تحلیل به نرم افزار وارد شود.
به این ترتیب می‌توان به راحتی دریافت که تنها تکیه بر اطلاعات حاصل از مغزه‌ها و نادیده‌ گرفتن اطلاعات چاه‌نگاری از نظر اقتصادی و دقت علمی، منطقی نیست. علاوه بر آن به دلایل تکنیکی، از آن‌جایی که امکان شکستن، یا ریزش مغزه به داخل چاه وجود دارد، همیشه مغزه‌گیری از چاه در اندازه‌ی مورد نظر امکان‌پذیر نیست.
آن‌چه که گفته شد برخی از مهمترین دلایلی بودند که باعث شدند در ۵۰ سال گذشته تکنیک‌های بررسی تکمیلی برای رفع تنگناهای موجود گسترش پیدا کنند.
بررسی‌های چاه‌نگاری یکی ازمهمترین این تکنیک‌هاست. در سال‌های گذشته انواع نگارها با کارایی‌های مختلف و نیز روش‌های جدید تفسیر به طور روز افزونی گسترش یافته‌اند. نگارها به تعبیری نقش چشم‌ زمین شناس را پیدا کردند. چشمی که کامل نیست، اما نابینا هم نیست. این دستگاه‌ها برای مهندسین مخزن جایگاه ویژه‌ای احراز کرده و نقش مهمی در تکمیل اطلاعات حاصل از مخزن و کاهش هزینه‌های کسب اطلاعات ایفا می‌کنند.
دسبراندز در سال ۱۹۸۶ طی بررسی‌هایی که انجام داد، هزینه ثبت چاه‌نگاری را در یک چاه باز برابر ۲ درصد هزینه‌ی کل چاه برآورد کرده است‌، این در حالی‌ست که اطلاعات حاصل از این داده‌ها هزینه‌ای در حدود پنجاه تا شصت برابر کمتر را در مقایسه با مغزه گیری نشان می‌دهد. این تفاوت اهمیت اقتصادی چاه‌نگاری را به‌خوبی نشان می‌دهد.

اولین مطالعات چاه‌نگاری منسوب به مارسل و کنواد شلومبوژه است که برای اولین بار در محلی بنام «شل برن» فرانسه، مقاومت ویژه طبقات را اندازه‌گیری و تحت عنوان «مغزه‌گیری الکتریکی» ارائه دادند، به دنبال آن، پیشرفت‌های علمی و تکنیکی باعث شد ثبت پارامترهای مختلف با دستگاه‌هایی که هر روز پیشرفته‌تر می‌شد امکان پذیر شود، استفاده کنندگان عمده این تکنیک‌های ژئوفیزیکی، مهندسین نفت هستند که از این اطلاعات برای بدست آوردن تخلخل و درجه اشباع نفت… سود می‌برند.
با این توضیحات به شرح ابزارهای مورد نیاز و انواع لاگ‌هایی می‌پردازیم و تا حدودی با آنها و کاربردهایی که دارند آشنا می‌شویم:

انواع نگار‌ها

۱ نگارهای الکتریکی
۲ نگارهای هسته‌ای
۳ نگارهای صوتی
۴ نگارهای الکترومغناطیسی
۵ نگار دماسنجی
۶ نگار شیب سنجی
۷ نگار تصویرساز
۸ تکنیک‌های جدید چاه‌نگاری

کامیون چاه پیمایی

کامیون چاه پیمایی دارای دو تا سه قرقره ی کابل/سیم چاه پیمایی با قطرهای مختلف است. همچنین در اتاقک پشت قرقره ها یک فرمان٬ دو دنده و دو اندازه گیر وجود دارد که یکی عمق و یکی مقدار کشش موجود در کابل را نشان می دهد.
اگر نیروی کششی که اندازه گیر نشان می دهد از وزن ابزار هنگام راندن کمتر شد یعنی ابزار چاه پیمایی بر روی جایی نشسته است و اگر نیروی کششی که اندازه گیر نشان می دهد از وزن ابزار هنگام راندن بیشتر شد یعنی ابزار به جایی گیر کرده است. با استفاده از فرمان می توان سیم چاه پیمایی را طوری هدایت کرد که به طور منظم به دور قرقره پیچیده شود. از دنده ها هم برای تنظیم سرعت پیچیدن سیم استفاده می شود .

در اصطلاح علم حفاری، به دانش حفر یک چاه در امتداد یک مسیر مایل از پیش‌تعیین شده برای رسیدن به هدف مشخص (target) حفاری جهت دار گفته می شود و در برخی موارد از آن به حفاری کج، مایل و هدایت شده نیز تعبیر شده است. حفاری جهت دار اولین بار در دنیا برای حفر یک چاه از ساحل به زیر دریا جهت بهره برداری از نفت مخزن زیر آن استفاده شده است. البته چندی پس از آن در ایالت تگزاس آمریکا از این روش برای خاموش کردن و کنترل فوران یک چاه کمک گرفته شد. تاریخچه معینی از حفر اولین چاه انحرافی در ایران وجود ندارد، اما برخی از کارشناسان صنعت نفت، عمر این روش را بیش از هفده سال نمی‌دانند.

هنگام حفر یک چاه اصل بر این است که روش حفاری عمودی (vertical) برای رسیدن به مخزن استفاده گردد، ولی در بعضی موارد به دلایل فنی یا اقتصادی به جای این روش، از روش حفاری جهت دار (Directional) استفاده می‌شود،
که این موارد به شرح زیر است:
1. مکان غیر قابل دسترسی (Inaccessible Location)
در بعضی از موارد به دلیل قرار گرفتن مخزن در زیر موانع طبیعی یا غیرطبیعی از قبیل مناطق مسکونی، شهر، فرودگاه، رودخانه، دریا، کوهستان و… از این روش در حفر چاه استفاده می‌گردد. می‌توان این مورد را به سه دسته تقسیم کرد:

1-1) حفاری در زیر مناطق مسکونی:
این مورد به خصوص در میدان نفتی اهواز که 85 کیلومتر طول و 15 کیلومتر عرض دارد
و در امتداد شهر اهواز کشیده شده است به دفعات مشاهده دیده می‌شود. از ‌آن جمله می‌توان به چاه ” 18 اهواز” و یا چاه‌هایی که به صورت انحرافی در زیر ” بیمارستان شرکت نفت اهواز” و ” فرودگاه” این شهر حفاری شده است اشاره کرد.
2-1) حفاری در مناطق کوهستانی مرتفع
برخی از مخازن نفت و گاز از لحاظ جغرافیایی در ناحیه‌ای کوهستانی و مرتفع ‌قرار دارند. بنابراین جاده سازی برای انتقال تجهیزات به محل مورد نظر بسیار پرهزینه بود است و استفاده از روش انحرافی مقرون به صرفه می‌باشد. همچنین در نواحی کوهستانی به دلیل اختلاف ارتفاع زیاد از سطح دریا، در صورت استفاده از روش حفاری عمودی فشار مخزن به شدت کاهش می‌یابد بنابراین بهتر است از روش انحرافی برای حفر چاه استفاده کرد به عنوان نمونه می‌توان از چاه ” 24 پاریس” یاد کرد.

حفاری از ساحل به زیر دریا

با توجه به هزینه مخارج بسیار بالای ساخت و یا اجاره سکوی های دریایی و حفاری در دریا روش مقرون به صرفه برای حفاری مخازن نزدیک به ساحل این است که ابتدا چاه در ساحل حفر گردد ولی مسیر آن به زیر دریا منحرف شود که در ایران نمونه این کار در میدان نفتی خارک انجام شده است.

حفر چندین چاه از یک حفره‌ چاه به جای حفر چند چاه جداگانه:(Multi Lateral Wells)

در این روش از یک حفره چاه عمودی به طور انحرافی چند شاخه‌ چاه حفر می‌گردد .

کج کردن چاه (Side Tracking)

شاید متداول‌ترین و اولین تکنیک حفاری انحرافی در ایران کج کردن چاه بوده است. گاهی اوقات بدلیل گیر کردن ابزار حفاری (fish) و بالا نیامدن آن و یا تصحیح عمق ورود به مخزن انتهای چاه را سیمان (plug) ‌کرده و از کنار آن حفاری را ادامه می‌دهند این کار به دفعات در مخازن ایران انجام شده است .

حفاری چاه امدادی یا آتش‌نشان (Relief Well
Drilling)
برای خاموش کردن و کنترل یک چاه فوران کرده از چاه انحرافی استفاده می‌گردد که نمونه این عملیات در چاه‌های ” آغاجاری 131″ و ” مارون126″ انجام گرفته است.

حفر چند چاه از یک سکوی نفتی ((Multiple Wells

به دلیل هزینه زیاد ساخت سکوی نفتی از یک سکو چند چاه به طور انحرافی حفر می‌گردد. این روش در‌آبهای خلیج فارس توسط شرکت نفت فلات قاره ایران انجام می‌شود.

حفاری در گنبدهای نمکی و در گسلها (Salt Dome and Fault
Drilling)

با توجه به اینکه مخازن نفتی ایران عمدتاً از نوع آهکی، با طاقدیس بسیار عظیم در اعماق زمین است، این روش در ایران کاربرد چندانی ندارد.

حفاری حفره زهکشی ِِDrain Hole Drilling) )

در مخازنی که فشار کلاهک‌گازی (gas Cap) و یا گاز محلول در مخزن نقش اندکی در بالا راندن نفت از مخزن دارد از این روش استفاده می‌گردد در این روش حفاری به صورت عمودی شروع و در مخزن به صورت افقی خاتمه می‌ِیابد. حفاری مخزن به صورت افقی باعث می شود که سطح تماس چاه با مخزن افزایش یافته و دبی ورودی مخزن به چاه افزایش یابد.

عبور دادن چاه از چند لایه تولیدی متوالی(Multiple Sand from Single Well Bore)

گاهی اوقات به جای حفره یک چاه عمودی در مخزن بهتر است مسیر چاه را از چند لایه‌ی نفتی به طور انحرافی عبور داد تا تولید بیشتر گردد.

وظایف اصلی اداره خدمات فنی حفاری عبارتند از:

1- خدمات سیمان / اسید و لایه آزمایی
2- خدمات حفاری با هوا و حفاری تحت تعادل فشار مخزن
3- خدمات لوله مغزی سیار
4- خدمات راندمان لوله جداری و نصب آویزه
5- خدمات آزمایش بهره دهی چاه

خدمات اسید کاری بیشتر در چاههای بهره برداری صورت می گیرد و به ندرت در حفاری مورد استفاده قرار می گیرد .از جمله ویژگی‌های چاههای منطقه گچساران فشار کم و دارای Rate بالا هستند در حالیکه چاههای منطقه اهواز دقیقا برعکس گچساران هستند.تخلخل یک چاه ممکن است در اثر تولید از بین رود برای جلوگیری از این پدیده اسید کاری انجام می شود و معمولا از اسید HCL استفاده می کنند.بعد از تزریق اسید دوباره بهره دهی چاه مورد آزمایش قرار می گیرد.

اجزای مختلف Under balance drilling:

1- کمپرسور هوا 2-دستگاه تولید نیتروزن 3-سیستم پردازش اطلاعات
4-تفکیک گر 5-کاهنده 6-چاه بهره برداری

وقتی سیال نیتروژن وارد چاه می شود فشار مخزن درsurface معلوم است و در واقع نفت و گاز وارد سطح می شود و در یک فشار پایین تر به تفکیک در می آیند.

فواید UBD:

1- سرعت حفاری را بیشتر می کند.
2- کاهش آسیب به مخزن