بازار نفت ، گاز و پتروشیمی

پس از مطالعات مختلف زمین شناسی و انجام آزمایشهای متفاوت بر روی نمونه های سنگهای رسوبی و اعمالی نظیر لزره نگاری ، زمین شناسان به وجود نفت و یا گاز در یک محل پی می برند (امروزه تقریباً ثابت شده است که نفت از بقایای جاندارانی که میلیونها سال قبل بر روی زمین میزیسته اند به وجود آمده است ) . سپس با توجه به موقعیت محل و بررسی تمام جوانب حفاری در آن منطقه شروع می گردد . بدیهی است در حوزه های شناخته شده با در نظر گرفتن برنامه توسعه ای و حدود مخزن نفتی (یا گاز)زیرزمینی و اینکه بهرحال بایستی نفت وگاز زیرزمین را استخراج نمود ، اقدام به حفر چاههای جدید می گردد .

 بحث راجع به حفاری به هیچ وجه در این اندک نمی گنجد واحتیاج به تبحر کامل و اطلاعات وسیع و فرصت لازم دارد ، لذا در چند جمله آینده فقط اشاره ای به مختصری از کلیات می گردد

معمولاً چاههائیکه قبل از تثبیت وجود نفت یا گاز حفر می گردند به نام چاههای اکتشافی معروفند (Exploration well) (در مناطق شناخته شده نیز ممکن است چاه اکتشافی به دنبال هدف به خصوصی نظیر  بررسی وضع مخزن نفتی جدیدی که در زیر مخزن مورد استفاده فعلی موجود است حفرگردد ). حفاری چاههای اکتشافی معمولاً با دقت بیشتری نسبت به حفر یک چاه در محل شناخته شده صورت میگیرد و خود دلایل بسیار دارد که مهمترین آن ناشناس بودن وضع لایه های زیرزمینی درحوزه جدید می باشد . در حین حفر این نمونه چاهها و حتی پس از اتمام حفاری سعی می گردد که حتی الامکان اطلاعات بیشتری (وبادقت بیشتر) کسب گردد چرا که اعمال بعدی که در این چنین حوزه هائی صورت می گردد این اطلاعات را به عنوان مبنا در پیش خود دارد .

پس از کسب اطلاعات و به نتیجه رسیدن حفاری های اولیه و در جهت مشخص کردن محدوده مخزن نفتی و بررسی بیشتر بر روی لایه های زیرزمینی حوزه جدید ، چاههای توصیفی(Deleneation well) در محلهای محاسبه شده ای حفر می گردند .

سپس با توجه به وسعت میدان نفتی و پیش بینی حجم مورد بهره برداری طی محاسبات دقیق وسایل لازم برای تولیداز منطقه تأسیس گردیده و با برنامه ریزی حساب شده ای در حفر چاههای توسعه ای (Development well) اقدام می گردد .

لازم به یادآوری است که تمامی چاههائی که حفر می گردند در جهت استخراج نفت و یا گاز نمی باشد . بلکه با هداف متفاوت دیگری نیز چاه حفر میگردد . (چاههای دفعی Disposal well چاههای تزریقی آب و یا گاز Injection well ، و حتی در بعضی موارد چاههای مشاهده ای Observation well و غیره )

آنچه مسلم است اعمال حفاری از ابتدا به یک صورت نبوده و این تکنیک مانند سایر علوم توسعه یافته و همچنان رو به توسعه است .

در حال حاضر اکثراً عمل حفاری بامته Drilling Bit صورت می گیرد و قطعات جدا شده از لایه های در تماس با مته توسط سیالی که در چاه به دوران آورده می شود از چاه خارج می گردند . سیستمهای جدیدتر حفاری نیز ابداع گردیده است لیکن هنوز چندان عمومیت ندارند و اکثراً درمراحل آزمایشی می باشند .

با مشخص کردن محل برای حفاری ، دکل حفاری (DrillingRig) با تمامی تجهیزات اعم از پمپها ، لوله های حفاری و غیره به آن مکان انتقال داده می شود . دکل و کلیه وسایل بطریقی که جهت حفاری لازم است در محل تعبیه می گردند و سپس حفاری آغاز می گردد .

در شروع حفاری از مته های بزرگتر (با توجه به موقعیت محل در نظر گرفته می شود معمولاً با قطر بیش از ۱۸ اینچ) استفاده می گردد و به مرور که عمق چاه افزوده می گردد با در نظر گرفتن وضع لایه ها و موقعیت چاه از مته های با اندازه کوچکتر نیز استفاده می گردد . جهت انجام عمل مته به انتهای لوله حفاری (Drill pipe) بسته شده و تحت فشار بدوران آورده می شود . این فشار و دوران باعث می شود که سنگهای موجود در زیر مته خرد و کنده شوند. ذرات کنده شده توسط گل حفاری (Drilling mud) که در حین عمل دائماً در چاه در حال دوران و گردش است Circulstion به خارج از چاه آورده می شود . این گل حفاری از بالای چاه وازدرون لوله حفاری به داخل چاه به طور مدام پمپ می گردد و از مجرای موجود درمته عبور کرده و از مسیر پشت لوله حفار و دیواره چاه مجدداً به بالای چاه برمی گردد که در این بالا آمدن ذرات کنده شده را نیزبه همراه خودمی آورد . (گل حفاری مصارف دیگری چون سرد کردن  مته ونیز کنترل فشار و...دارد .) به مرورکه چاه عمیق می شود به طول لوله حفاری افزوده می گردد وعمل ادامه می یابد .

همزمان با ادامه حفاری بر روی دیواره چاه نیز پوشش فلزی (Casing) تعبیه می گردد . این عمل با توجه به موقعیت لایه در حین حفاری و وضع چاه صورت می گیرد و برای انجام آن لازم است که موقتاً عمل حفاری قطع گردیده و پوشش مورد نظر کار گذاشته شده و سپس حفاری ادامه یابد . به پشت این لوله پوششی نظیر سیمان پمپ می گردد و جنس واندازه آن بستگی به موقعیت چاه و قطر آن در همان شرایط به خصوص دارد . (این لوله برای جلوگیری از ریزش دیواره چاه ، قطع ارتباط بین لایه ها از داخل چاه و همچنین کنترل بهتر چاه تعبیه می شود .)

درحین‌حفاری‌از سنگ لایه ها برای مشخص کردن جنس و موقعیتهای دیگر آنها نیز نمونه برداری می گردد ، ممکن است که از ذرات بالا آورده شده توسط گل حفاری (Cuttings) نمونه بردای شود و یا ممکن است که نمونه گیری به صورت درآوردن مغزه Core باشد .

وزن و جنس گل حفاری با توجه به عمق چاه و فشار داخلی آن و موقعیت مخصوص حین عمل ، نیز تعویض می گردد که خود یکی از موضوعات بسیار مهم عمل حفاری می باشد .

بهر حال و بدین صورت حفاری تا عمق نهائی موردنظر ادامه می یابد و باکارگزاردن لوله گم (Liner) (در حقیقت جداره پوششی که تمام دیواره چاه را فرا نمی گیرد و فقط فاصله محدودی را با توجه به موقعیت چاه می پوشاند و تاسرچاه ادامه ندارد ) . و یا لوله مغزی tubing (که ازسرچاه تا عمق بخصوصی ادامه دارد و کاربرد آن بستگی به شرایط چاه و نحوه بهره برداری بعدی از آن دارد)کار رو به اتمام می رود . لازم به تذکر است که انجام عمل حفاری با دقت و احتیاط و در حضور شیرهای ایمنی به خصوص B . O . P صورت میپذیرد. بعضی مواقع قسمت تولیدی‌چاه‌بادر نظرگرفتن موقعیت محل بدون پوشش فلزی (open hole) تکمیل می گردد

در حین حفاری هرگاه به لایه ای که دارای نفت و یا گاز باشد برسند ، نسبت بهدكل هاي حفاري ضرورت آزمایش مقدماتی روی آن نفت و یا گاز همراه با اندازه گیری فشار انجام می گیرد.

پس از حفر و تکمیل چاه دکل حفاری انتقال می یابد و پس از آن می بایست انجام هر عمل دیگری با نظارت مهندسی بهره برداری صورت گیرد . احیاناً اگر چاه به جهاتی احتیاج به مرمت داشته باشد مجدداً می بایست از دکل حفاری استفاده نمود که این مورد نیز برنامه ریزی خاص خود را دارد .

1-1 تاريخچه و انواع روشهاي حفاري

پس از انجام عمليات اكتشاف سطحي و ژئوفيزيكي و تعيين نسبي موقعيت مخزن هيدروكربوري لازم است جهت تاييد اطلاعات به دست آمده و نيز كسب اطلاعات جديدتر چاه هاي اكشافي حفاري می گردند. در صورت تاييد اطلاعات قبلي مبني بر وجود ذخاير هيدروكربوري قابل استحصال، چاه هاي بعدي جهت بهره برداري از مخزن مربوطه حفاري خواهند شد.

دو روش عمده جهت حفاري چاه هاي نفت و گاز وجود دارند كه عبارتند از حفاري ضربه اي و حفاري دوراني

1-2       حفاري كابلي

حفاري كابلي (Cable-Tool Drilling) يا ضربه اي (Percussion) اولين بار توسط چيني ها جهت حفاري چاه هاي آب مورد استفاده قرار گرفت . اولين چاه نفت به عمق 69 فوت با استفاده از اين روش در سال 1859 ميلادي در ايالات متحده حفر گرديد . در اين روش ، حفاري توسط وارد آمدن ضربه هاي متوالي يك مته فولادي به ته چاه صورت مي گيرد . مته توسط يك كابل فولادي كه به آن متصل است بالا برده شده و رها مي شود. در اثر برخورد مته با سنگ كف چاه قسمتي از آن خرد شده و در اثر تكرار اين عمل چاه حفاري مي گردد . سنگهاي خرد شده توسط وسيله اي به نام Bailer از چاه خارج مي گردند. در ابتدا براي آويزان نگه داشتن مته و كابل از يك تير چوبي كه يك سر آن در زمين محكم شده بود و يك قرقره استفاده مي شد كه به تدريج جهت بالا بردن توان حفاري و پايداري بيشتر مته در يك امتداد مشخص از يك دكل ساده به جاي تير چوبي استفاده شد . كابل عبور داده شده از قرقره بالاي دكل توسط نيروي انساني كشيده و رها مي شد كه البته بعد از مدتي از نيروي موتورهاي بخار جهت كشيدن كابل استفاده گرديد.

مهمترين جزء دكل حفاري كابلي (cable Tool Rig) رشته حفاري يا Drill String است . رشته حفاري يك دكل حفاري كابلي شامل مته، ميله يا سابقه حفاري، جار و يك عدد Rope Socket جهت اتصال رشته حفاري به كابل دكل مي باشد.

مته حفاري خود يك لوله فولادي سنگين به طول 8-4 فوت است كه داراي لبه هايي با زاويه مختلف است . تيز بودن لبه ها به جنس سازندي كه حفاري مي شود بستگي دارد . از مته هاي تيزتر براي حفاري سنگهاي سخت تر استفاده مي گردد.

ساقه حفاري (Drill Stem) يك ميله استوانه اي فولادي به طول 20- 10 فوت است كه مستقيما روي مته بسته مي شود. قطر آن به سايز چاه و مقدار وزن مورد نياز جهت ضربه زدن بستگي دارد.

جار يك ميله اي تلسكوپي شكل است كه در مواقعي كه مته يا Drill Stem درون چاه گير مي كند با وارد آوردن شوك به رشته حفاري باعث آزاد شدن آن مي شود.

مهمترين فاكتور جهت استفاده حفاري كابلي هزينه پايين آن در چاه ه اي كم عمق مي باشد . مزاياي اين روش عبارتند از:

-       هزينه پايين عمليات روزانه از جمله هزينه سوخت، نگهداري، پرسنل و ...

-       هزينه پايين جابجايي و انتقال دكل

-       زمان كم برپايي دكل و در نتيجه هزينه پايين بر پايي دكل

-       سرعت حفاري بالا در چاهكهاي كم عمق و به خصوص در سازندهاي سخت در قياس بار وش حفاري دوران

از طرفي اين روش داراي معايبي به شرح زير مي باشد:

-       مهمترين محدوديتهاي اين روش سرعت حفاري و عمق چاه مي باشد . در چاههاي عميق به دليل زمان و هزينه بالاي حفاري اين روش مقرون به هصرفه نيست . عميق ترين چاهي كه با اين روش حفاري گرديده است 11145 فوت مي باشد كه هزينه زيادي صرف حفاري آن شده است.

-       به علت عدم وجود سيال حفاري امكان مقابله با فوران احتمالي چاه وجود ندارد.

-       عدم پايداري ديواره چاه در سازندهاي سست (به علت عدم وجود سيال حفاري) كه باعث مي گردد لوله هاي  جداري بيشتري جهت پايداري ديواره چاه رانده شود در نتيجه هزينه هاي اضافي را به دنبال دارد.

-       تعداد در پارگي كابل و در نتيجه صرف زمان و هزينه هاي گزاف جهت عمليات مانده يابي

با توجه به معايب فوق و عدم امكان حفاري چاه هاي عميق با اين روش و نيز كشف مخازن هيدروكربوري در اعماق زياد جهت سرعت بخشيدن به عمليات حفاري نياز به يك روش مناسب تر احساس مي شد . به اين ترتيب روش حفاري دوراني معرفي گرديد.

در سال 1980 اولين دكل حفاري دوراني معرفي گرديد . در اين روش سيال حفاري به طور مداوم در حال گردش است و باعث تميز سازي مته و رشته حفاري و نينز انتقال خرده هاي حفاري به سطح مي شود. مته مانند روش حفاري كابلي يك اسكنه ساده نيست بلكه يك ابزار پيچيده است كه تحت اثر نيروي محوري و چرخش قادر به كندن سنگ مي باشد. اولين چاهي كه با موفقيت با روش دوراني حفر گرديد چاهي در تگزاس و در سال 1901 بود كه در عمق 1020 فوتي به نفت رسيد . مقدار توليد روزانه اين چاه 100000 بشكه بود . روش دوراني روشي است كه هم اكنون از اين روش جهت حفاري چاه هاي نفت و گاز استفاده مي گردد و در پستهای بعد فصل بطور اجمال به توضیح آن می پردازیم.