روش های پیشرفته حفاری

روشهای پيشرفته حفاري
همزمان با پيشرفت و توسعه علم و تکنولوژي، در زمينه حفاري نيز تحقيقات گسترده اي توسط شركتها، مؤسسات و دولتهاي مختلف در حال انجام است. احتمال استفاده از برخي پروژه هاي تحقيقاتي در طي چند سال آينده وجود دارد. نه تنها روشهاي موجود حفاري مدام در حال تغيير و تحول هستند، بلکه روش هاي نوين حفاري نيز به عرصه ظهور مي رسند. حفاري به کمک انرژي هسته اي يا حفاري التراسونيک از مواردي هستند که در واقع مي توان از آنهابه عنوان روشهاي نويني نام برد که در مرحله تحقيقات قرار دارند و براي کاربردها و موارد خاص از آنها بهره برداري مي شود. در ادامه اين بخش به تعداد ديگري از روشهاي حفاري نوين اشاره مي شود که از ساير صورتهاي انرژي مانند انرژي حرارتي، شيمياي و الکتريکي براي حفاري استفاده مي کنند.

1- حفاري به روش لوله مارپيچ Coiled Tube Drilling (CTD)
اين روش قبل از مطرح شدن به عنوان يک روش حفاري، بيشتر در عمليات نمودارگيري چاهها مورد استفاده قرار مي گرفت. گاهي موارد نيز تميز كردن چاه و خارج كردن قطعاتي كه براي جداره گذاري در چاه قرار مي گيرند، توسط اين روش صورت مي گرفت. در بعضي موارد، حفاري قطعات بتوني که در عمليات جداره گذاري و سيمانکاري در داخل چاه قرار گرفته است، از حفاري سازندها سخت تر است. موفقيت روش لوله مارپيچ در اين گونه موارد سبب شد كه حفاري به روش لوله مارپيچ مطرح شود. هم اكنون اين روش بعنوان روشي اقتصادي براي حفاري چاههاي كم قطر مطرح است. اكثر اينگونه چاهها داراي قطري كمتر از 20 سانتيمتر هستند. چاههاي كم قطر به روش چرخشي و با دكلهايي كه در حدود %20 از دكلهاي معمولي از نظر وزني كوچكتر هستند ايجاد مي شود. در چنين مواردي هزينه حفر چاه نصف مي شود. با اين وجود استفاده از حفاري لوله مارپيچ حتي از حفاري چرخشي با دکلهاي کوچکتر نيز مقرون به صرفه تر است . اكثر هزينه حفاري بستگي به فاكتورها و عوامل ديگري غير از زمان حفر چاه دارد. عواملي نظير ايجاد جاده دسترسي و ساخت و آماده سازي مكان نصب دكل، انتقال دكل حفاري و هزينه جداره گذاري و مواد مصرفي نظير گل حفاري بخش اعظم هزينه هاي حفاري را شامل مي شوند. در چنين مواردي، چون واحد حفاري لوله مارپيچ ابعاد كوچكتري دارد و به راحتي قابل جابجايي است و نياز به پرسنل و تجهيزات كمتري دارد، برتري چشمگيري نسبت به روش حفاري چرخشي پيدا مي کند.

مزيت ديگري كه اين روش دارد، عدم نياز به اتصالات مختلف لوله حفاري است. برعکس روش حفاري چرخشي که در آن رشته لوله حفاري از اتصال شاخه هاي مختلف تشکيل مي شود، در حفاري مارپيچ رشته لوله مارپيچ يکپارچه مي باشد. در نتيجه امنيت عمليات حفاري و سرعت کار بيشتر مي شود. چرا كه خطر فوران چاه اغلب در زمان توقف عمليات حفاري چرخشي براي کاستن يا اضافه كردن رشته حفاري بيشتر مي شود. چون در حفاري لوله مارپيچ نياز به توقف عمليات براي نصب اتصال جديد نيست، ريسك و خطر فوران تا حدود زيادي كاهش مي يابد.

در اين نوع حفاري ،سيستم كنترل سيال حفاري و گردش سيال، تقريباً مانند روش حفاري چرخشي است. از موتورهاي هيدروليکي جابجايي مثبت (Positive Displacement) براي چرخاندن مته حفاري استفاده مي شود. اين موتورها در برابر نيروي مقاوم خارجي از حركت نمي ايستند و روغن پس نمي زنند. مته حفاري و موتور درون چاهي مستقيما به رشته لوله مارپيچ متصل نيستند. بلکه از طريق بخشي به نام مجموعه ته چاهي ((Bore Hole Assembly (BHA) به لوله مارپيچ متصل مي شوند.

2- حفاري حرارتي(Thermal Drilling)
به طور كلي صرفنظر از نوع روش و منشأ انرژي، عملياتي را كه به حفر چال در سنگ منجر مي شود، نفوذپذيري (Penetration Rock) مي نامند. در روش حرارتي، به كمك انرژي حرارتي حاصل از آميختن هوا يا اكسيژن با يك نوع سوخت، ترجيحاً نفت سفيد، نفوذپذيري در سنگ صورت مي گيرد. هوا يا اكسيژن و سوخت از دو مجراي جداگانه به داخل مخزني واقع در پشت مته ارسال مي شوند و پس از اشتعال، شعله، حرارت را از طريق نازل سر مته به سطح سنگ منتقل مي كند و حرارت نيز سطح سنگ را متورق و آمادة جدايي مي كند. در نهايت، به كمك فشار آب، قطعات متورق جدا و به سطح زمين منتقل مي شوند.

3- حفاري با جت سيال (Fluid Jet Drilling)
استفاده از پاشش جرياني از سيال در سرعتها و فشارهاي بالا، از ديرباز در صنايع مختلف کاربرد دارد. در صنايع فلزي، سوراخکاري، سنگ زني و پوليش با استفاده از جت آب رايج است. در صنعت سنگهاي تزئيني و ساختماني، از اين روش براي برش سنگها استفاده مي شود. هرچند حفاري به روش جت آب از دير باز مطرح بوده است ولي پيشرفتهاي اخير در ساخت نازلها، پمپها و ساير تجهيزات فشار بالا سبب شده که اين روش نيز در صنعت حفاري رايج شود.
در اين روش، سيالي که اغلب آب يا مخلوط ذرات ساينده با آب است تحت فشار زياد از طريق رشته لوله حفاري به داخل چاه پمپ مي شود. سيال مذکور با سرعت و فشار زياد از نازل سر مته خارج مي شود. سيال خارج شده با سايش سطح سنگ، مقاومت سنگ را در هم مي شكند و بدين ترتيب، حفاري صورت مي گيرد. امروزه از اين روش در حفاري چاههاي کم قطر (Slim Hole Drilling) استفاده مي شود.

در بعضي موارد از فشار آب به تنهايي در حفاري استفاده نمي شود بلکه از اين تکنولوژي در کنار روشهاي ديگر حفاري بهره مي گيرند. بطور مثال در حفاري جهت دار، يکي از روشهاي ايجاد انحراف در چاه، استفاده از جت سيال مي باشد.
حفاري با جت سيال، طيف گسترده اي از روشها را دربر مي گيرد و تحقيقات فراواني در اين زمينه صورت مي گيرد که بطور مثال مي توان استفاده از جت گاز دي اکسيد کربن، ذرات ساينده يا استفاده از فشار متغير جت آب را مثال زد. فشارهاي بسيار بالا نظير 20000تا 60000 پوند بر اينچ مربع در برشکاري قطعات سنگ با جت آب استفاده مي شود. اما در حفاريهاي معمول فشار آب در حدود 3000 تا 10000پوند بر اينچ مربع مي باشد.

4- حفاري لرزشي
در اين روش با ايجاد لرزشهايي با فركانس 100 تا 20000 دور در ثانيه مي توان سنگ را شكست. يكي از متداولترين روشهاي حفاري لرزشي، روش حفاري مافوق صوت (Ultrasonic Drilling) يا التراسونيک است. روش ديگري که در اينجا توضيح داده مي شود و جزو روشهاي پيشرفته و جديد در حفاري محسوب مي شود، حفاري به روش تشديد صوتي است. اين روش برخلاف روش مافوق صوتي که فقط از ارتعاشات براي حفاري استفاده مي کند از ترکيب روش چرخشي و روش التراسونيک براي نفوذ در لايه هاي زمين استفاده مي کند.

5- حفاري به روش تشديد صوتي (Resonant Sonic Drilling Method)
به دليل سريع، ارزان و مطمئن تر بودن روش حفاري به روش تشديد صوتي در مقايسه با روشهاي قديمي از اين روش در صنايع مرتبط با محيط زيست جهت حفاري استفاده مي شود. در اين روش جهت نفوذ سريع در ميان طبقات خاكي زمين (شامل تمامي آنها از خاك رس تا ماسه و سنگهاي بزرگ) نيازي به استفاده از گل حفاري، آب يا هوا نمي باشد.
در روش حفاري تشديد صوتي از تركيبي از ارتعاشات توليد شدة مكانيكي و قدرت دوراني جهت نفوذ در خاك استفاده مي شود (شكل 2). ارتعاشات توليد شده به همراه وزن لولة حفاري و نيروي عمودي و رو به پايين نظام مته باعث نفوذ مته در طبقات خاكي مي شود. از حفاري صوتي معمولاً فقط جهت حفاري مغزي نمونه استفاده مي شود. استفاده از اين روش در مغزه گيري پيوسته، مانيتورينگ ساختمان چاه و حفاريهاي افقي و جهت دار، موفقيت آميز بوده است.

مزاياي استفاده از روش حفاري تشديد صوتي عبارتند از:
• افزايش نرخ حفاري
• حبس ذرات خرد شده در حفاري
• كمينه كردن تلفات حفاري ثانويه (Secondary Drilling Waste)
علاوه بر اينها با توجه به اينكه در اين روش حفاري، نيازي به استفاده از سيال حفاري نمي باشد لذا آلودگي اجزاء حفاري (كه در سيستمهاي كه از سيال استفاده مي كنند، معمول است) در اين روش كمينه مي گردد. همچنين با اين روش، امكان حفاري در هر زاوية دلخواه از افقي تا عمودي وجود دارد.

6- حفاري شيميايي (Chemical Drilling)
در اين روش با استفاده از فعل و انفعالات شيميايي ناشي از انفجار مواد منفجره مي توان در طبقات حفاري كرد. اين روش بطور مستقيم در حفاري چاههاي نفت کاربرد ندارد و بيشتر در حفاري چاههاي کم عمق براي مقاصد اکتشافي و تهيه اطلاعات اوليه از سازندهاي سطح زمين بکار مي رود.

7- حفاري الكتريكي (Electrical Drilling)
در اين روش با توليد جريان الكتريكي ستوني (Electrical Beam) يا قوسي (Electrical Arc) يا جرقه اي (Electrical Spark) عمليات نفوذپذيري در سنگ انجام مي گيرد. در بعضي از اين روشها با وجود بالا بودن درجة حرارت، به دليل كوتاه بودن زمان تماس الكتريسته، سنگ ذوب نمي شود اما در بعضي ديگر به دليل بالا بودن درجة حرارت و طولاني بودن زمان تماس الكتريسيته با سطح سنگ، پس از ذوب شدن سطح سنگ، سنگ مي شكند.

8- حفاري ليزري (Laser Drilling)
با اشعة ليزر مي توان تشعشعات الكترومغناطيسي را به طور ستوني توليد كرد. اين نوع تشعشعات را مي توان براي تبخير يا ذوب سنگ، ايجاد شكستگي در سنگ و حفر چال استفاده كرد. با تاباندن امواج قوي ليزرهاي ستوني به سطح سنگ، مي توان باعث تبخير سطح سنگ، و ذوب و شكستگي سنگ در اطراف محدودة ذوب شد. شعاع عملكرد اين مناطق به شدت و قدرت اشعة ليزر بستگي دارد.

.