موتور درون چاهی حفاری | Downhole motor | انجام حفاری جهت دار

حفاری انحرافی یا حفاری جهت دار نوعی از حفاری می باشد که در آن گذرگاه چاه از معبر از قبل طراحی شده و به صورت مایل یا جهت دار منحرف می شود. در زمانی هایی از این نوع حفاری استفاده می شود که نقطه آغازین و گذرگاه نهایی فاصله جانبی داشته باشند. حفاری جهت دار را به نام های دیگری همچون حفاری کج، حفاری هدایت شده و حفاری مایل نیز می شناسند. از این نوع حفاری نخستین بار در حفر چاه از ساحل به عمق دریا استفاده شده است. این حفاری را با دستگاهی به نام موتور درون چاهی حفاری در صنایع نفت و گاز انجام می دهند. این دستگاه با در نظر گرفتن قابلیت مهار کردن، به صرفه و اقتصادی بودن به کارگیری آن و کاربردهای فراوان و گسترده آن، تقریباً در اکثریت حفاری های جهت دار مورد استفاده قرار می گیرد.

موتور درون چاهی حفاری

در حفاری مایل به ویژه زمانی که زاویه انحرافی زیاد باشد، از روش های حفاری سنتی که در آن تمام رشته حفاری دارای حرکت چرخشی می باشد، نمی توان بهره گرفت. در این شرایط از موتور درون چاهی حفاری استفاده می کنند. این دستگاه ها به آخر رشته حفاری و پیش از مته حفاری وصل می شوند. در نتیجه رشته حفاری در زمان کار ثابت می ماند و نمی چرخد. این موتورهای درون چاهی از یک سیال زیر فشار برای چرخش بهره می برند.

مورتورهای درون چاهی دارای دو نوع موتورهای توربینی و موتورهای جابه جایی مثبت هستند که در صنعت حفاری مورد استفاده قرار می گیرند. موتورهای توربینی که به نام توربین های حفاری نیز شناخته می شوند، دارای پرده هایی می باشند که در نتیجه برخورد با سیال روتور را می چرخانند. نیروی گشتاور به وجود آمده در روتور به وسیله شفتی متصل به طوق مته، به مته انتقال می یابد. سرعت چرخش در بازه ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ دور در دقیقه است.

برای افزایش راندمان نیاز است سیال را با قدرت بیشتری پمپ کنیم. از همین رو مکنده های دکل حفاری باید از حد معمول قویتر باشند. موتورهای جابه جایی مثبت نیز در صنایع نفت و گاز برای منتقل کردن سیالات سنگین و یا در جایگاه مکنده های درون چاهی برای پمپاژ هیدروکربن ها به کار برده می شوند.

حفاری چیست؟

حفاری یعنی کندن چاه به منظور دست یابی به انباره های زیرزمینی نفت. اقدامات حفاری به وسیله لوازم حفاری می تواند در خشکی یا در زیر دریا انجام شود. و روش های مختلفی برای انجام آن وجود دارد. بعد از اینکه انباره نفتی کشف شد، باید به وسیله کندن آن قسمت درستی این موضوع را مورد بررسی قرار داد.

در صورت صحت وجود نفت، اقدامات برون آوری نفت به وسیله لوازم حفاری شروع می شود. عمق چاه نفت غالباً از صد متر تا چندین کیلومتر می باشد. در گذشته حفاری ها به شیوه حفاری ضربه ای انجام می شد. در حفاری ضربه ای یک وزنه فولادی تقریباً سنگین را به یک ریسمان یا سیم فولادی وصل می کردند و سیم به طور پی در پی به سمت بالا و پایین حرکت می کرد.

ضمن انجام این اقدامات مته با اصابت به سنگ های درون ژرفای چاه سبب خرد شدن آن ها می شد. سرانجام نیز با استخراج سنگ ریزه ها از چاه، اقدامات حفاری ادامه می یافت. از سال ۱۹۲۲ میلادی حفاری به شکل چرخی به وجود آمد و تا کنون از این متد برای حفر چاه ها بهره برده می شود.

حفاری جهت دار

حفاری جهت دار علم کندن یک چاه در راستای یک گذرگاه کج از قبل مشخص شده و برای دست یابی به هدف معینی می باشد. نخستین بار در سال ۱۹۱۹ از این روش برای کندن یک چاه از سمت خشکی به عمق دریا استفاده شد، که مقصود آن استخراج از انباره موجود در آن قسمت بود. این نوع حفاری را تا حدی به حفاری افقی نیز می توان نزدیک دانست.

اما با گذشت چندین سال از این شیوه برای خاموش کردن چاهی که دچار آتش سوزی شده بود، بهره گرفته شد. و در نهایت در سال ۱۹۲۹ حفاری جهت دار در این عرصه به کار گرفته شد. اما به دلیل پایین بودن قیمت نفت، استفاده از این روش مقرون به صرفه نبود و از آن زیاد استفاده نمی شد.

تاریخچه حفاری جهت دار

نخستین چاه جهت داری که توسط حفاری جهت دار کنده شد، در سال ۱۹۳۰ و در خلیج هانتینگتون بود. ولی این نوع حفاری تا سال ۱۹۳۶ دارای طرفداران بسیار کمی بود. اما در همان سال چاهی در تگزاس فوران کرد و برای رفع این مشکل، با به کار گیری حفاری جهت دار چاهی را برای اصابت با چاه اولیه حفر کردند و پمپ گِلی را داخل آن فرستادند. بدین صورت توانستند از ادامه پیدا کردن فوران جلوگیری کنند.

این پیروزی سبب شد که از آن سال به بعد حفاری انحرافی مورد توجه بسیاری قرار بگیرد. به دلیل اینکه هزینه تولید و برون آوری نفت و گاز بسیار زیاد می باشد، حفاری جهت دار یک نیاز اساسی در این صنعت به حساب می آید. از همین رو تولیدکنندگان کل جهان می توانند با به کارگیری این شیوه از انباره ها نفت یا گاز را استخراج کنند. که این روش به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه تر از دیگر روش ها می باشد و قابل مقایسه با آن ها نیست.

کاربردهای حفاری جهت دار

از زمان به کارگیری حفاری انحرافی تاکنون این نوع حفاری دارای کاربردهای بسیار و مختلفی می باشد. همان گونه که بیان کردیم حفاری انحرافی برای نخستین بار برای کندن یک چاه و استخراج نفت و همچنین جلوگیری از ادامه فوران یک چاه و اطفاء حریق آن به کار برده شد، که در عصر حاضر نیز هر دو گزینه نام برده شده، از کاربردهای حفاری جهت دار می باشند.

به طور کلی هر زمان مانعی رویه ای یا بیرونی همچون دریا، رودخانه یا نواحی مسکونی در کندن چاه مشکل به وجود بیاورند، از حفاری انحرافی برای حفر چاه بهره گرفته می شود. علاوه بر این در برخی شرایط مانند ساخت جاده های نواحی کوهستانی و یا ساخت سکوهای حفاری در دریاها، به علت هزینه بر بودن روش های دیگر از حفاری مایل استفاده می شود.

از دیگر کاربردهای این حفاری می توان ورود به مناطقی که نفوذ به آن ها و استخراج از آن ها به دلیل های متفاوت زمین شناسی میسر نمی باشد، اشاره کرد. افزون براین با به وجود آوردن گودال های زهشی که نفت در آن ها جمع می شود، میزان کارایی را افزایش می دهند.

پارامترهای طراحی چاه جهت دار

طراحی و مهیا سازی چاه جهت دار با یافتن مکان هدف در نظر گرفته شده و برپایی دکل حفاری آغاز می شود. این مکان غالباً به صورت دایره ای که کانون آن محل ضربه می باشد، تعیین می شود. زاویه انحراف عموماً ۲۰/۱ به عنوان شعاع به لحاظ اقتصادی به صرفه بوده و امکان پذیر می باشد.

پس از آنکه نقطه های شروع و پایان تعیین شدند گذرگاه حفر چاه هم باید تعیین گردد. متداول ترین و مقرون به صرفه ترین گذرگاه برای حفر چاه، گذرگاه به شکل L می باشد. برای کندن این نوع چاه ها، تیم حفاری ابتدا یک چاه به صورت عمودی تا یک ژرفای مشخص که به عنوان نقطه انحراف شناسایی و تعیین می شود، حفر می کنند. گام بعدی حفاری با افزایش زاویه شیب همراه می باشد و کندن آن نیازمند یک رشته لوله حفاری مخصوص است. که به این منطقه، ناحیه انحراف می گویند.

در شرایطی که کندن چاه به شکل J یا S برای دست یابی به هدف تعیین شده امکان پذیر نباشد، یا نقطه انحراف دارای عمق و ژرفای زیادی باشد، می توان برای حفر چاه از لوله های مورب یا جهت دار استفاده کرد.

محدودیت های حفاری جهت دار

علیرغم لوازم و پیشرفته تر شدن موتورهای درون چاهی حفاری، هنوز سرعت حفاری مایل یا انحرافی نسبت به حفاری قائم پایین تر است. دلیل عمده این موضوع هم حفاری های پی در پی در حالت لغزشی و حفاری چرخشی، همچنین ایست حفاری در محدوده های عمقی متفاوت برای استنتاج فاکتورهای انحراف چاه می باشد.

برای اینکه چاه هایی با زاویه ای بیشتر از ۴۰ درجه حفر شوند، لازم است از تجهیزات ویژه و گران تری استفاده شود. از مشکلات دیگری که چاه های دارای درجه انحراف بالا دارند، نفوذ ماسه های سست به داخل چاه در زمان حفاری چاه می باشد. و این مشکل با وجود پیشرفت و ارتقا سطح علم، همچنان پابرجاست و برطرف نشده است.

نتیجه گیری

به کارگیری حفاری مایل که در عصر حاضر از روش های جدایی ناپذیر در حفاری است، برای گسترش میدان های نفتی بسیار رایج می باشد. از اصلی ترین کاربردهای حفاری جهت دار توسط موتور درون چاهی حفاری ، حفاری در نواحی با دسترسی دشوار و گاهاً غیرقابل دسترسی، گسل ها، گنبدهای نمکی، چاه های کمک کننده، چاه های آتشنشان و …. می باشند.

به روزترین کاربرد این حفاری افزایش میزان راندمان انباره ها می باشد. هزینه و قیمت حفاری جهت دار در حدود تقریبی ۴۰ تا ۱۰۰ درصد نسبت به حفاری عمودی بیشتر می باشد. اما به منظور صرفه جویی در زمان و جبران هزینه، یکی از روش های بسیار مناسب برای حفاری به حساب می آید.