Arrow3   حفاری چاه نفت

Acroread - بازگشت - انتخاب گروهی دیگر

L2

حفاری چاه نفت

 

مقدمه

 

در آغاز بحث درباره خطوط لوله نفت و گاز و چگونگی طراحی و مراحل ساخت و نصب آن، لازم به نظر می رسد توضیحات اولیه ای درباره اولین مرحله کار، یعنی حفاری و نصب سکوها داشته باشیم.

در روند یک عملیات فراساحلی اولین قدم پس از شناخت موقعیت چاه های زیر زمینی حفر آنها و نصب تجهیزات استخراج می باشد. در این فصل ابتدا به اولین سکوها و نحوه حفاری آنها خواهیم پرداخت و سپس انواع مختلف سکوها و نحوه نصب آن ها را معرفی خواهیم کرد.

 

1-1    تاریخچه

 

اولین تلاش ها برای نصب تجهیزات حفاری و استخراج ذخایر زیردریایی نفت و گاز به سال های 1900 در آمریکا بر می گردد. این چاه ها در فاصله اندکی از ساحل – حدود 500 متر – واقع شده بودند به طوری که از ساحل تا محل مورد نظر اسکله ای ساخته می شد و کلیه عملیات بر روی اسکله و تمام حمل و نقل ها بدون نیاز به شناورهای خاص انجام می شد.

در واقع اولین سکوی فراساحلی در سالهای 1909 یا 1910 با شمع های چوبی ساخته و نصب شد و از سال 1930 بارج ها و شناورهای پشتیبانی در عملیات های فراساحل به کمک سکوها آمدند و عملیات استخراج به صورت رایج امروزی آغاز شد.

در زمان وقوع جنگ جهانی دوم به علت نیاز به سکوهایی برای عملیات نظامی، این صنعت پیشرفت فراوانی کرد. در این زمان سکوهای فولادی ساخته و نصب شدند. اولین سکوی فولادی در سال 1946 ساخته شد و اولین سکوی شابلونی با روشهای امروزی در سال 1947 در آب های خلیج مکزیک کار خود را آغاز کرد.

به مرور با پیشرفت این صنعت قطر شمع ها افزوده و از تعداد آنها کاسته شد. در دهه 1950 قطر شمع ها بعضاً به بیش از 70 سانت و بعدها به بیش از 120 سانت افزایش یافت. اولین سکوی دریایی در ایران در سال 1344 شمسی نصب شد و این روند تا به امروز ادامه دارد. امروزه سکوها در انواع و ابعاد مختلف با توجه به شرایط جوی و موقعیت مکانی ذخایر زیر زمینی و نوع ماده استخراجی طراحی، ساخته و نصب می شوند.

 

1-2    چاه ها و حفاری

 

چاه های نفت خام نام خود را از اسم سنتی و متداول چاه های آب گرفته اند. یعنی حفاری هایی هستند که در زمین حفر می شوند تا به مخزنی از مایع ( در این مورد نفت ) دست پیدا کنیم. در عین حال چاه نفت پیچیده تر از چاه آب می باشد زیرا منابع اکتشاف و استخراج آن عموماً در کف بستر دریاها می باشد.

کندن چاه و رسیدن به هدف مورد نظر را حفاری می گویند. حفاری یکی از کارهای پیچیده، گران، طاقت فرسا و تخصصی در صنعت نفت به شمار می رود. هر کاری که قبل ازحفاری انجام شده باشد، در صورتی که عمل حفاری به درستی انجام نگیرد، بی فایده است.

بنابراین به حفاری بسیار اهمیت داده می شود. قبل از حفاری ما فقط با تخیل و فرضیات مختلف لایه ها و عمق ها را تعیین می کنیم، ولی در حفاری واقعاً به این ها 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 ولوازم حفاری خیلی گران است، بنابراین حفاری در سه نوبت و بطور 24 ساعته انجام می گیرد.

تعیین محل حفاری نیز مهم است، مثلاً فاصله آن از مناطق مسکونی، چاه های مجاور، برق فشار قوی و... که اینها همه تخصص مخصوص به خود دارند. بعد از تعیین محل مهندس راه و ساختمان اقدام به نصب کردن وسایل مورد نیاز، اتاق ها، جاده وغیره می کند. سپس دکل به منطقه آورده می شود و عملیات بطور 24 ساعته انجام می شود. عمل حفاری به وسیله دکل صورت می گیرد. این دکل ابتدا بصورت جدا از هم به محل آورده می شود. سپس آن را در محل سر هم کرده و آماده حفاری می کنند. دکل و وسایل حفاری بصورت کرایه ای و گران قیمت می باشند، بنابراین عمل حفاری بصورت 24 ساعته انجام می گیرد.

 

1-2-1    لوازم و قطعات حفاری

 

تجهیزات حفاری عبارتند از :

1)  Hook: قلاب آویزان از قطعات و رشته های بالا و پایین رو و متصل به دکل حفاری

2)  Swivel: دستگاه متصل کننده قسمت های دوار داخل چاه و قسمت های ثابت در خارج

3)  Mud line: لوله قابل انعطاف (لاستیکی) جهت انتقال گل حفاری به داخل لوله های حفاری

4) Derrick : دکل حفاری

5) Kelly : لوله با قطع 6 ضلعی یا 4 ضلعی که بوسیله یک رابط به مته و از طرف دیگر به لوله های حفاری داخل چاه متصل می گردد.

6) Pipe stand : لوله انتقال گل از داخل پمپ ها به لوله لاستیکی

7) Kelly bushing : بوشن که با دوران خود مته را به حرکت در می آورد

8) Rotary table : صفحه دوار

9)  Sub-Structure: پایه های زیر دکل

10) Foundation : پی بتونی زیر دکل

11) Seller : چاله ای که چاه در آن حفر می شود

12) Blow out control : دستگاه جلوگیری کننده از فوران چاه

13) Flow line : لوله انتقال گل برگشتی از داخل چاه به مخازن گل حفاری

14) Shale shaker : محل تفکیک گل حفاری ازمواد و سنگ ریزه های حفاری شده

15) Screen : توری فلزی یا الک

16)  Return tank: مخزن یا محل تجمع گل برگشتی از چاه

17) Mud pump : پمپ های ارسال گاز به داخل چاه

18) Casing : لوله های دیوار بندی در اندازه های مختلف

19) Annulus : مجرای برگشت گل و مواد حفاری شده از چاه به خارج

20) Pipe Drill : لوله حفاری که محتوی گل حفاری به داخل چاه است

21) Bit : مته حفاری

 

همه افرادی که برای حفاری استخدام می شوند باید هر زمان که لازم باشد آماده کار باشند. کما اینکه در بعضی موارد حتی تا 3 روز یا بیشتر فرد وقت استراحت ندارد. عمل طاقت فرسا، وقت گیر، پر هزینه، خطرناک، آلوده کننده محیط زیست و غیره انجام می گیرد تا چاه به نتیجه برسد.

یکی از مسائل در حفاری دورانی گل حفاری است. گل حفاری نقش مهم و حساسی در حفاری دارد در واقع سرمایه های مالی و انسانی به این ماده بستگی دارد و اشتباهی در انتخاب کردن نوع و وزن آن از بسته شدن چاه تا ذوب شدن دکل و نابود شدن انسان های بسیاری همراه است. مسیر حرکت گل بصورت بسته و از کنار دکل شروع شده از درون لوله های حفاری عبور کرده سپس از شکافهای درون مته خارج و بعد از آن از کنار لوله حفاری به محل اولیه خود برمی گردد.

در این مسیر گل نقش های تعیین کننده ای دارد که عبارتند از :

-          خارج کردن خرده سنگ های کنده شده از اطراف مته و آوردن آنها به سطح؛

-          خنک کردن و تقلیل اصطکاک و استهلاک مته با زمین؛

-          محافظت دیواره چاه وممانعت از ریزش طبقات؛

-          ایجاد تعادل بین مایعات طبقه ای و مایعات داخل چاه؛

-          انتقال گاز ویا نفت طبقات زیرزمینی به سطح و دستگاه های اندازه گیری مثل دستگاه شناسایی گازها و یا دستگاه تعیین کننده نوع گاز.

وظیفه اصلی گل، ثابت نگه داشتن فشار هیدروستاتیکی در داخل چاه است. اگر فشار گل از فشار مواد موجود در داخل چاه بیشتر باشد، در این صورت گل به داخل سازنده ها نفوذ کرده و باعث کم شدن گل می شود. اگر حفار سرچاهی متوجه این جریان نشود گل به سرعت کم شده و بعد از تمام شدن و یا کم شدن فشار گل چاه فوران می کند. این موجب می شود که دکل حفاری نابود شود. در سازنده هایی که گاز و یا نفت وجود دارد این جریان با آتش سوزی همراه بوده و موجب گیر کردن لوله حفاری در چاه می شود که این موجب اشکال در حفاری می گردد. برای سنگین کردن گل از مواد مختلفی همچون نمک و غیره استفاده می شود که این ترکیبات را با آزمایش بدست آورده اند.

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 لایه های زیرزمینی یک منطقه به حفاری می پردازند.

 

1-2-2    انواع حفاری

 

انوع مهم حفاری عبارتند از : نوع مقرگیر، نوع روتاری و نوع ضربه ای. مواردی که برای حفاری استفاده می شود تابع روش حفاری، مقاومت سنگ ها، میزان شکستگی، عمق، مواد گازی و ترکیب کانی شناسی سنگ است.

برای کنترل وزن مخصوص از باریت، گالن و آهک استفاده می شود. در مواردی که فشار آب و یا گاز در منطقه حفاری زیاد باشد، یا حفاری در سنگ خاصی (نظیر شیل) صورت گیرد، از باریت می توان استفاده نمود. در صورتی که فشار آب ویا گاز در سنگ هایی که حفاری می شود خیلی زیاد باشد، از گالن استفاده می کنند. از آهک به منظور کاهش وزن مخصوص کمک می گیرند.

به منظور بازیابی سریع مواد حفاری شده، جلوگیری از گیر کردن مته و افزایش سرعت حفاری، از بتونیت سدیم دار، اتاپولژیت، آزبست، موسکویت، گرافیت ودیاتومیت می توان استفاده نمود.

ترکیب شیمیایی محلول حفاری بر غلظت، وزن مخصوص، سرعت حفاری و دستگاه های حفاری تأثیر مستقیم می گذارد. مواد معدنی مورد استفاده عبارتند از بی کربنات سدیم، نمک، آهک، دولومیت و ژیپس.

مواد معدنی که در حفاری استفاده می شوند عبارتند از:

 

بتونیت به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری.

در چاه هایی که درز و شکاف زیاد دارند می توان از بتونیت سدیم دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاه استفاده نمود. بتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می دهد و در نتیجه درصد بازیابی پودر و سنگ افزایش می یابد.

 

میکا

برای  جلوگیری از گیر کردن مته در سنگ های دارای خاصیت چسبندگی زیاد، نظیر وزن گسلی یا در سنگهای مارنی از میکا باید استفاده کرد.

 

گرافیت

هرگاه مته و محور آن به هنگام حفاری گیر کند استفاده از گرافیت لازم می آید که البته بعد از برطرف شدن مانع باید آن را از چاه خارج کرد.

 

باریت

برای کنترل وزن مخصوص از باریت استفاده می کنند.

 

گالن

به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفاده می نمایند.

 

آهک و دولومیت

جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصیت قلیایی از آهک و دولومیت می توان استفاده نمود.

 

ژیپس

برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانی های رسی از ژیپس استفاده می شود.

 

آزبست

به منظور افزایش درصد حفاری می توان از آزبست استفاده نمود.

 

نمک

در موقع حفاری به منظور کنترل قطر چاه و همچنین برای کنترل پراکندگی رس ها از نمک استفاده می شود.

 

کربنات و بی کربنات سدیم

به منظور کنترل محلول ها و جلوگیری از خطر آلودگی ، کربنات را مورد استفاده قرار می دهند.

 

پرلیت و خاکسترهای آتشفشانی

این مواد به عنوان سیمان بکار می روند.

 

1-2-3    حفاری جهت دار

 

این نوع حفاری موقعی پیش می آید که حفاری عمودی غیر ممکن است، مثلاً مخزن ما زیر منطقه مسکونی و یا تجاری و نقاطی که حفاری در آنجا غیر ممکن است قرار دارد یا در بعضی مواقع قطعه ای در چاه گم شده و عمل حفاری غیر ممکن است. بعضی از مخازن نیز به صورتی است که اگر اقدام به حفاری عمودی کنیم چاه به آب نمک نشسته و از کار می افتد. در این موقعیت ها تکنولوژی هایی وجود دارد که حفاران می توانند بوسیله آنها اقدام به حفاری جهت دار کنند. این نکته نیز قابل توجه است که لوله حفاری قادر به خم شدن حتی تا زاویه 90 درجه نیز می باشد. حفاری جهت دار روش های متفاوتی دارد، مثلاً از ابتدا جهت دار حفاری کنیم ویا اینکه مقداری عمودی و مقداری جهت دار. در بعضی موارد زمین شناس تشخیص می دهد سازنده ای که به آن حفاری عمودی برخورد می کند با حفاری جهت دار برخورد نمی کند. در صورتی که این سازنده سخت باشد عمل حفاری کند پیش می رود، بنابراین با برنامه ریزی دقیق و حساب شده به اصطلاح لایه را دور می زنند. در مناطق دریایی هزینه سکوی نفتی گران تمام می شود، بنابراین با یک سکوی نفتی از چندین مخزن مختلف برداشت می کنند و ابتکار فقط با حفاری جهت دار امکان پذیر است.(تصویر شماره 1-1)

 

تصویر شماره 1- 1  استخراج نفت خام

 

بعضی از مخازن نفت نیاز به پمپ شدن دارند. پمپ ها درون لوله های چاه قرار می گیرند. همچنین آب نیز به درون چاه پمپ می شود تا مخلوط نفت خام را با فشار بیرون راند. این آب بوسیله انژکتورهایی در زمانی که نفت از چاه بیرون رانده می شود پمپ می شود.

انتهای بالایی چاه را سر چاه می نامند. این نقطه ای است که نفت از چاه برداشته می شود. در تصویر شماره 1-2 سکوی کاپیتان در دریای شمال را می بینید. لوله ها در زیر سکو از چاه بالا آمده اند. در اینجا 27 حلقه چاه در این سکو وجود دارد. گنجایش خروجی آنها در زیر بستر دریا در قسمت تحتانی سکو به هزاران متر میرسد. پنج حلقه از چاه ها انژکتور هستند. یعنی آب را با فشار برای بیرون راندن نفت از 22 چاه دیگر پمپ می کنند. این نفت تا سر چاه بالا می آید. در سمت راست تصویر لوله بزرگ سفید رنگی را می بینید. این لوله عرضی حدود 60 سانتیمتر دارد و تقریباً 15000 بشکه نفت در روز به سطح می آورد.

برخی از تجهیزات حفاری مانند کشتی های بزرگ شناور هستند. تجهیزات شناور برای شکافتن حفره های آزمایشی و یافتن میدان نفتی به کار میروند. این مته ها در مکان مورد نظر بوسیله زنجیر لنگر ویا پروانه های با کنترل کامپیوتری ثابت می شوند.( تصویر شماره 1-3)

 

تصویر شماره 1- 2 شما می توانید لوله های چاه را ببینید که از زیر سکو بالا آمده اند

 

تصویر شماره 1- 3 تجهیزات حفاری شناور

1-2-4    مته حفاری

 

حفاری برای یافت نفت به وسیله سر مته های ویژه ای انجام می شود. این مته ها همانند مته های دستی چوب می چرخند. سرمته ها از فولاد ساخته می شوند و در لبه های برنده خود الماس های صنعتی دارند. الماس های صنعتی توانایی شکافتن صخره ها را نیز دارند. این سر مته ها به لوله های چرخان متصل می شوند. در ابتدا دنده مته به درون بستر دریا پایین می رود و سپس عملیات حفاری در پوش سنگ آغاز می شود. در عملیات بعدی دهانه چاه به صورت افقی برای نفوذ به مخزن اندازه گیری می شود. زیرا نفت در خلل و فرج سنگ ها نگهداشته شده است. اغلب نفت از درون صخره ها پمپ می شود. تنها نفت های قسمت های انتهایی چاه به این صورت بازیافت می شوند. (تصویر شماره 1-4)

 

تصویر شماره 1- 4 سر مته

 

اکثر چاه های نفت بین 900 تا 5000 متر عمق دارند، اما یک مته می تواند تا 8000 متر نیز پایین برود. چاه ها همچنین به صورت افقی نیز در مسیر مخازن قرار می گیرند. صدها قطعه لوله بوسیله کارگران سکو به هم پیوسته متصل می شوند. تیغه در انتهای یک رشته لوله های فولادی قرار دارد. (شکل شماره 1-5) هر قطعه لوله حدوداً 9 متر طول دارد. صخره های لجن آلود و نفتی را می توان با این تیغه ها رد کرد که فشار نفت آن را به سطح جلو می برد.

بزرگترین میدان نفتی جهان میدان عربستان سعودی است که حدود 70 کیلومتر طول و 30 کیلومتر عرض دارد. بیش از پنجاه میدان نفتی در دریای شمال نزدیک بریتانیا وجود دارد. هر میدان شامل چندین سکو می باشد که دارای مته های حفاری وتجهیزات استخراج نفت هستند. (شکل شماره 1-6) همچنین بیش از بیست میدان نفتی در ساحل نورفولک وجود دارد.

تصویر شماره 1- 5 حفاری

 

تصویر شماره 1- 6  میدان های نفت وگازی دریای شمال

 

1-2                     مشاغل یک سازه فراساحل

در صنایع فراساحل مدیر نصب سکو (IMO) هم سنگ کاپیتان یک کشتی است. او عهده دار تمام مسئولیت های سکو، کارکنان آن و اجراء عملیاتش می باشد.

در هر روز جلسه ای به منظور مطرح کردن فعالیت های روز گذشته برگزار می شود و برنامه ها و نقشه روز آینده طرح ریزی می شود. IMO گزارش هایی از مسئولین قسمت های مختلف عملیات دریافت می کند شامل حفاری، فرآوری، پردازش، استخراج و غیره.

IMO همچنین با افراد مستقر در ساحل نیز رایزنی می کند. او طی قراردادها و معاملاتی قطعات و ابزارهای مورد نیاز را دریافت می کند، برای مثال قالب های مغناطیسی که لوله ها را جهت تمیزکاری به پایین می فرستند.

سمت ها در سکو متنوع و مختلف می باشد و شامل مهارت های مختلفی است که نیازمند مدیریت، رهبری، انگیزه، آگاهی از قوانین و از همه مهمتر توجه به ایمنی است. تفاوت بین مهارت های دیگر و مشاغل فراساحل در دور بودن آنها از ساحل است، زندگی در دریا برای هفته ها و دور از خشکی.

بر روی سکو مشاغل و فعالیت های فراوان و متعددی وجود دارد شامل مدیر، مهندسین، پژوهشگران، کارگران حفاری (تصویر شماره 1-7) و پرسنل بهداشتی درمانی. یک پالایشگاه متکی به تعداد زیادی از مهارت ها نظیر مهندسین شیمی، پژوهشگران محیطی و پرسنل نگهداری و تجهیز می باشد. همچنین پرستاران و آتش نشانان هم از نیازمندی های یک پالایشگاه هستند.

 

تصویر شماره 1- 7 حفاری توسط کارگران

 

 

 

L2

Acroread - بازگشت - انتخاب گروهی دیگر

APEC_logo Jam Amirkabir Rang Satsa Sipiem Ecasb-logo

© کپی رایت توسط شبکه صنعت نفت ایران

صفحه اصلی :: تماس با ما :: نقشه سایت