آشنایی با ابزار و وسایل حفاری جهت‌دار

آشنايي با ابزار و وسايل حفاري جهت‌دار
آن‌چه که در پی می‌آید، ویرایش نخست «آشنایی با ابزارها واصطلاحات حفاری» و سومین بخش از مقاله‌ی « آشنایی با روش‌های نوین حفاری» از مجموعه‌ی متون آموزشی مفاهیم مهندسی نفت، ویژه‌ی خبرنگاران سیاستی و سیاست‌پژوهان بخش بالادستی نفت و اقتصاد انرژی است که در سرویس مسائل راهبردی دفتر مطالعات خبرگزاری دانشجویان ایران، تدوین شده است. دراین قسمت از مجموعه مقالات معرفی حفاری جهت‌دارسعی می‌شود برخی دستگاه‌ها و ابزارهای اصلی که درحفاری جهت‌دار به کار برده می‌شوند به صورت خلاصه معرفی گردد.
ابزارها
1- لوله‌های طوقه‌ (Drill Collar):
لوله‌های فولادی سنگین و سختی هستند که درانتهایرشته‌های حفاری به منظور تأمین وزن روی مته (WOB) و هم‌چنین سختی رشته حفاریقرارمی‌گیرند. ازنظر ساختار بدنه دوگونه مارپیچی و صاف وجود دارد (شکل1) که درحفاریجهت‌دار نوع مارپیچی ترجیح‌ داده می‌شود. شیارهای مارپیچی که روی بدنه لوله طوقهتوسط ماشین تراشیده می‌شود، سبب کاهش سطح تماس لوله با دیواره چاه به میزان 40درصدمی‌گردد درحالی که تنها 40درصد از وزن لوله کاهش می‌یابد. این کاهش سطح تماس باعثکاهش احتمال چسبیدن لوله به دیواره چاه (Differential Sticking) و گیرکردن آنمی‌شود. لوله طوقه به طور میانگین 31 فوت طول دارد و ازنظر اندازه طول لوله و جنسفولادی آن، غیراز لوله طوقه معمولی سه نوع لوله دیگر وجود دارد.
- لوله طوقه کوتاه کهدرطول‌های 15- 10- 5 فوت ساخته می‌شوند.
- لوله طوقه غیرمغناطیسی که از آلیاژخاصی از فولاد زنگ نزن با کیفیت بالا ساخته می‌شود.
- لوله طوقه غیرمغناطیسیکوتاه.
2- ساب شناور (Float Sub)
یک لوله کوتاه که یک سرآن پین (نرینه) و سردیگر آنباکس (مادینه) است و محلی برای قرارگرفتن شیرشناور (Float Valve) می‌باشد. معمولاًبالای موتورهای دکل (PDM) نصب می‌شود.شیرشناور برای جلوگیری از حرکت سیال حفاری بهسمت بالا از درون لوله حفاری تعبیه می‌شود. و در واقع یک شیر یک‌طرفه است که اجازهمی‌دهد گل از داخل رشته حفاری وارد چاه شود اما مسیر برگشت ان را می‌بندد وگاهی‌اوقات درساب بالای مته (Bit Sub) هم نصب می‌شود.
- تثبیت کننده‌ها (Stabilizer)
تثبیت کننده‌ها جزء ضروری تقریباً همه رشته‌هایحفاری درچاه‌های جهت‌دار هستند. تثبیت‌کننده‌های نزدیک مته (Near bit Stabilizer) معمولاً جایگاه شیرشناور هم هستند. برروی لوله تثبیت کننده تیغه‌هایی نصب شده که بهصورت 360 درجه سطح لوله را پوشش می‌دهد و معمولاً روی این تیغه‌ها توسط مواد سختپوشش داده می‌شود.
وظایف اصلی تثبیت کننده‌ها عبارتند از:
1- کنترل انحراف چاه
2- کاهش خطر چسبیدن لوله به چاه (Differential Sticking)
3- تراشیدن و صاف کردن ناهمواری‌ها و کجی‌های چاه (Dogleg)
ازنظر نحوه اتصال تیغه‌ها به بدنه لوله دونوعتثبیت کننده وجود دارد:
1- تیغه‌های جوش‌داده شده (Welded blade stabilizer)
دراین نوع، تیغه‌ها توسط عملیاتجوشکاری و حرارت بالا، با کیفیت بالا به بدنه لوله متصل می‌شوند. تیغه‌ها می‌توانندمستقیم و یا مارپیچی باشند (شکل 2). این نوع تثبیت کننده‌ها درسازندهای سخت توصیهنمی‌شوند چراکه احتمال کنده‌شدن تیغه‌ها وجود دارد. این نمونه بیشتر برای چاه‌هایبا قطر زیاد و یا در سازندهای نرم مناسب است، چراکه امکان استفاده از حداکثر شدتجریان سیال حفاری را فراهم می‌کنند، درضمن این نوع تثبیت کننده ارزان‌تراست.
2- تیغه‌های یکپارچه Integrat – blade stabilizer
دراین مدل یک قطعه فلز یکپارچه بهشکل لوله درآمده و توسط دستگاه، تیغه‌ها روی آن شکل می‌گیرند. این نمونه از نمونهقبل گران‌تراست. در این نمونه لبه بیرونی تیغه‌ها کمی گرد شده‌اند تا از آسیب‌رسیدن به دیواره جلوگیری شود و هم‌چنین تماس تیغه با بدنه چاه بیشتر گردد. اینتثبیت کننده‌ها معمولاً توسط کربید تنگستن(نوعی آلیاژ فلزی) پوشش داده می‌شوند (شکل 3).
4- غلتک‌های تراشنده (Roller Reamer)
این تراشنده‌ها به منظور حفظ اندازه چاه، کاهشگشتاور (Torque) درلوله و هم‌چنین ثابت نگه‌داشتن رشته حفاری دردونوعنزدیک متهورشتهحفاریموجودند و معمولاً درسازندهای سخت مفید می‌باشند (شکل 4).
5- توربین (Turbin)
این دستگاه براساس مکانیزمچرخش گریز از مرکز (سانتریفیوژ) سیال کارمی‌کند. انرژی ازسرعت و حجم سیال حفاری بهیک استاتور (Stator) ثابت و زاویه‌دار منتقل می‌شود که سبب ایجاد یک نیروی چرخشی درروتور (Rotor) مقابل آن می‌گردد (شکل 5). هرترکیب استاتور و روتور یک گام (Stage) نامیده می‌شود. یک توربین درعملیات حفاری جهت‌دار ازچندین گام تشکیل شده است. اینوسیله امروزه چندان متداول نیست و معمولاً توسط متخصصان رانده می‌شود.
6- ساب خمیده (Bent Sub)
ساب خمیده لوله دارای پین و باکس می‌باشد که قسمت پین (نرینه) باید با باکس (مادینه) هم‌سایز و هم‌سازباشد. پین معمولاً با زاویه‌ای نسبتبه محور بدنه ساب ساخته می‌شود. این زاویه معمولاً بین 1 تا 3 درجه استکه به اندازه 1/2 درجه تغییر می‌کند. سابخمیده بلافاصله بالای PDM یا توربین قرارمی‌گیرد و با اعمال نیرو به مته سبب حرکت آن دریک مسیر کمانی شکلمی‌شود.
7- چاله‌بازکن (Hole Opener)
این وسیله یک ابزار لوله‌ای شکل با قطر ثابت است کهبرای بازکردن چاه‌های هدایت‌گر (Pilot Well) استفاده می‌شود. برای سازندهای مختلفدارای برشگرهای متفاوت است که می‌توان آن‌ها را درمحل چاه عوض کرد (شکل 7).
8- وایپ استاک (Whip- Stock)
یک وسیله ایجاد انحراف درچاه است که درچاه‌های باز (Openhole) و یا جداری شده (Cased hole) کاربرد دارد. ویپ استاک درچاه باز قابلبازیابی است و معمولاً برای ایجاد یک انحراف عمیق درچاه‌های با حرارت بالا و یادکل‌های کوچک مورد استفاده است. درچاه جداری شده برای ایجاد انحراف از مسیراولیه ازدرون جداری‌ها (Casing) به کارمی‌رود، درون جداری محکم و ثابت می‌شود تا اجازهانحراف ازدرون آن را بدهد و سپس در پایان کار درهمان جا، رها می‌شود (شکل 8).
9- جارهای حفاری (Drilling Jar)
برای اعمال ضربه به سمت بالا یا پایین طراحیشده‌اند، درچاه‌های جهت‌دار همراه رشته حفاری رانده می‌شوند تا درهنگام گیرکردنلوله (Pipe Stock) درچاه با اعمال ضربه آن را آزاد کنند. جارهای می‌توانندهیدرولیکی، مکانیکی و یا هیدرومکانیکی باشند (شکل 9).
10- موتورهای قابلهدایت (Steerable Motor)
ازآخرین دستاوردهای تکنولوژی حفاریجهت‌دار است: این دستگاه یک PDM است که هم می‌تواند بچرخد و با حفر سازند به پیشرود و هم درصورت لزوم جهت‌ داده شود. یک غلاف خمیده این امکان را می‌دهد که درهنگامجهت‌دهی، دستگاه نسبت به محوررشته حفاری منحرف شود و با استفاده ازاین انحرافمی‌توان اصلاحات کوچک را درمسیر چاه اعمال کرد (شکل 10).
اصطلاحات
1- Differential Sticking :
هنگامی که اختلاف فشارسیال درون چاه و فشار سازندزیاد باشد فشار سیال باعث چسباندن لوله به دیواره چاه و درنتیجه گیرکردن آن می‌شود.
2- Dogleg:
میزان خمیدگی کلی درمسیر چاه را گویند که شامل تغییراتزاویه عمودی (inclination) و یا زاویه افقی (Azimooth) می‌باشد.
3- Near bit Stabilizer :
تثبیت کننده‌ای که درست بالای مته نصب می‌شود .
4- Open hole :
قسمتی از چاه که درآن لوله جداری (Casing) نصب نشده است.
5- Casing :
لوله‌های فولادی محکم و پایداری هستند که برای محافظت ازدیواره چاه و یک سری وظایف