تکنولوژی حفاری نفت و گاز با لیزر

بكارگيري سيستمهاي ليزري پرقدرت در ارتش آمريكا, محققان را بر آن داشته است تا در زمينة استفاده از اين تكنولوژي در اكتشاف و حفاري مخازن نفت و گاز مطالعات وسيعي را آغاز كنند. اگر اين مطالعات به نتيجه كامل برسد, بدون اغراق انقلابي در صنعت نفت و گاز بوقوع پيوسته است. به منظور تحقق اين هدف، مؤسسه تكنولوژي‌ گاز در آمريكا و آزمايشگاه ملي تكنولوژي انرژي، وابسته به وزارت انرژي طرحي تحقيقاتي را در دست اجرا دارند كه در ادامة فعاليت‌هاي تحقيقاتي به عمل آمده در سال 1999 صورت مي­گيرد. در صورت تكميل مطالعات امكان­سنجي و اجراي اولين پروژة عملياتي، شگرف­ترين تحول در صنعت حفاري در قرن حاضر اتفاق خواهد افتاد.

ارائه گزارشی مختصر از مطالعات در حال انجام در آمريكا و ميزان پيشرفت‌ و دستاوردهاي آن، مي‌تواند اطلاعات ارزشمندي را در اختيار سياست‌گذاران و تصميم­گيران صنايع نفت و گاز كشور قرار دهد:

در ابتداي قرن بيستم, حفاري دوار جايگزين روش‌هاي قديمي در صنعت نفت و گاز گرديد. گرچه از آن زمان تاكنون پيشرفت‌هاي ارزشمندي در اين صنعت حاصل گرديده است، اما به هرحال از روشي مكانيكي بر پاية همان اصول اوليه استفاده مي­شود.

استفاده از ليزر براي ايجاد منافذ در ساختار بستر سنگ‌ها، روشي كاملاً متفاوت را مي­طلبد. در روش جديد حفاري از اشعه‌پردازي استفاده مي‌گردد، در اين روش رشته­هاي ليزر روي سطح سنگ تابيده مي­شود و توسط تعدادي عدسي كه در جهت جريان تابش اشعه قرار دارند، كنترل مي­شوند.

سرعت حفاري، 10 الي 100 برابر سريعتر
قبل از اينكه در دهه­هاي 80 و90 ميلادي پيشرفت‌هاي مهمي در تكنولوژي ليزر به عنوان سلاح دفاعي در ارتش آمريكا صورت گيرد، مفهوم حفاري توسط ليزر تنها در تصور مهندسان نفت وجود داشت. اما هم اكنون محققان معتقدند كه تكنولوژي جديد، توان نفوذ اشعه ليزر در سنگ را با سرعتي معادل 10 الي 100 برابر روش صنعتي متداول ممكن نموده است. اين امر باعث كاهش بسيار زياد هزينه­ها نسبت به روش حفاري مكانيكي خواهد شد.

امروزه، هزينه حفاري يك چاه گاز يا نفت در خشكی حدود چهارصد هزار دلار و در دريا حدود چهار و نيم ميليون دلار است. هزينة انجام شده در حفاري­هاي عميق‌تر، در شرايط ويژة ساختمان بستر به مراتب افزايش مي‌يابد. از طرف ديگر، افزايش سرعت حفاري باعث كاهش مدت زمان عمليات ‌شده و ميزان استفاده از لوازم و دكل حفاري و همچنين هزينه‌ها را تقليل مي‌دهد. همچنين با كاهش زمان، بازيافت باقيماندة گاز و نفت موجود در مخازن نيز اقتصادي خواهد بود.

به عقيده محققان، اشعة ليزر بدنة سنگ‌ها را ذوب مي­كند و پوششي سراميكي در ديوارة چاه به وجود مي­آورد. بدين ترتيب هزينة خريد و نصب Casing فولادي حذف مي­گردد. سيستم­هاي ليزري داراي حسگرهاي مختلفي در موضع حفاري هستند كه شامل سيستم­هاي تصويري و نمايشگر است كه امكان ارتباط با سطح زمين را از طريق كابل­هاي فيبر نوري ممكن مي­سازد.

محورهاي طرح تحقيقاتي
اولين مسئله­اي كه به ذهن اهل فن مي­رسد، تخمين انرژي لازم براي توليد اشعه پر­انرژي ليزر است كه توانايي انجام حفاري را داشته باشد. نتايج طرح تحقيقاتي قبلي كه توسط مؤسسه تكنولوژي گاز (GTI) منتشر شده است، نشان‌دهندة اين امر است كه ميزان انرژي لازم براي شكستن يا پودر نمودن سنگ بسيار زياد است.

يكي از مهمترين اهداف تحقيق جديد، اندازه­گيري دقيق‌تر انرژي مورد نياز براي انتقال اشعه از سطح زمين به قعر دريا است؛ بطوريكه بتوان‌ همان توان موجود را در عمق 1000 متري زير زمين نيز توليد كرد.
هدف دوم در اين مطالعه، پاسخگويي به اين سؤال است كه: آيا فرستادن امواج ليزر با پالس­هاي سريع مي­تواند سرعت نفوذ را در سنگ نسبت به حالت تابش پيوسته افزايش دهد؟ سؤال سوم اين است كه: در حضور سيالات حفاري، چه ميزان انرژي براي نفوذ در سنگ‌ها مورد نياز است؟ در اكثر مخازن، سيالاتي با چگالي زياد به نام"گل حفاري" تزريق مي‌گردد كه وظيفة شستشوي سنگ‌هاي خرد شده را به عهده دارند و از طرف ديگر آب را از سيالات هيدروكربني باارزش دور نگاه ‌مي‌دارند، تلاش محققان در راستاي يافتن ميزان انرژي لازم براي تبخير كردن و دور نگاه داشتن اين سيالات است.

در مرحلة بعد، هدف پروژه بررسي راهكارهاي ديگر براي استفاده از ليزر در حفاري است. به عنوان مثال، بعد از حفر يك چاه، حفره‌هايي در ساختار مخزن ايجاد مي­شود تا هيدروكربن­ها به بيرون نفوذ كنند. هدف از اين كار بررسي امكان ايجاد اين حفره­ها توسط ليزر است.

دولت فدرال آمريكا مبلغي در حدود پانصد هزار دلار و مؤسسه تحقيقاتي GTI، دويست و چهارده هزار دلار در اين طرح مطالعاتي 3 ساله سرمايه­گذاري نموده­اند. علاوه بر اين دانشگاه‌ها، مؤسسات تحقيقاتي و سرويس‌هاي انرژي و نفتي ديگري نيز در اين طرح تحقيقاتي مشاركت دارند.

دلايل استفاده از ليزر

مؤسسه تحقيقاتي GTI، علت استفاده از تكنولوژي ليزر و سرمايه­گذاري در اين زمينه را اين چنين بيان مي­كند:

1- تحقيقات وسيع صورت گرفته توسط ارتش آمريكا در مورد ليزرهاي پرقدرت، پنجره­اي از فرصت‌هاي فراوان را براي استفاده از اين سرماية ارزشمند مي­گشايد و زمينة اين تجربه را در صنايع آمريكا در مقياس تجاري فراهم مي­كند.

2- تكنولوژي­هاي كمكي، مانند فيبر نوري و Coiled Tubing به سطحي از پيشرفت رسيده­اند كه احتمال اقتصادي بودن استفاده از ليزر در حفاري نفت و گاز را افزايش مي­دهند. اين مسئله خود عامل بسيار مهمي در تشويق صاحبان صنايع به سرمايه­گذاري در اين زمينه است.