به طور كلي رشته حفاري شامل لوله هاي حفاري (لوله هاي حفاري معمولي و لوله هاي حفاري سنگين ) و متعلقات تحتاني رشته حفاري (BHA) مي باشد . به اين قسمتهاي اصلي بايد هرزگرد (Swivel) ، Kelly Sever Sub,Kelly را نيز اضافه نمود كه وظايف هر يك شرح داده مي شود.
متعلقات تحتاني رشته حفاري (BHA) شامل قسمتهاي زير است:
1 – مته و طوق مته (Bit Sub)
2 – ضربه گير(Shock Sub)
3 – تراشنده ها (Reamers)
4 – ضربه كوب ها (Jars)
5 – تثبيت كننده ها (Stablizers)
6 – لوله هاي سنگين (Drill Collars)
در بعضي از عمليات خاص ابزار و وسايل ديگري در BHA مورد استفاده قرار مي گيرد مانند وسايل MWD و Down Hole Motor در حفاري هاي جهتدار ، ابزار (Drill Stem Test)DST و ابزار مانده يابي.
هرزگرد كه Kelly و رشته حفاري را به حالت آويزان نگه مي دارد اجازه مي دهد در حالي كه Kelly و رشته حفاري مي چرخند اين چرخش به Traveling Block ، كابلهاي حفاري و Rotary Hose انتقال پيدا نكند.
Kelly يك لوله چهار پر يا شش پر است كه در بالاي رشته حفاري قرار مي گيرد و با قرار گرفتن درون ميز دوار (Rotary Table) حركت چرخشي ميز دوار را بره رشته حفاري و در نتيجه به مته انتقال مي دهد . چرخش مته به همراه عوامل ديگر باعث كندن و حفاري سازند مي گردد.
Kelly Cock يك شير يك طرفه است كه در بالاي Kelly قرار دارد. در مواقع حساس مثل فوران چاه از برگشت گل و ساير سيالات از درون رشته حفاري به Stand Pipe, Rotary Hose و پمپ ها جلوگيري مي كند. Kelly Sever Sub قطعه اي است كه زير Kelly بسته مي شود. در هنگام بستن لوله به زير Kelly يا باز كردن لوله آچارهاي دكل روي اين قطعه زده مي شود تا Kelly كه قطعه بسيار گراني است از بين نرود و در واقع Kelly Sever Sub فدا شونده Kelly است.
-1-1- لوله حفاري (Drill Pipe)
قسمت عمده رشته حفاري را تشكيل مي دهد كه شامل بدنه و دو محل اتصال (پين و باكس) جهت اتصال (Connection) به لوله هاي بالايي و پاييني مي باشد . لوله هاي كه مستقيما بالاي لوله هاي وزنه بسته مي شوند داراي عمر مفيد كمتري در قياس با ديگر لوله هاي مي باشند. بنابراين محل لوله هاي حفاري در رشته حفاري مرتبا بايد عوض گردد . تقسيم بندي لوله هاي حفاري بر اساس پارامترهاي زير صورت مي گيرد:
- نوع Upset يا Tool Joint
- درجه يا Grade لوله ها
- اندازه يا Size
- طول لوله ها
- ضخامت بدنه لوله ها (Wall Thickness)
طبقه استاندارد API سه نوع اتصال وجود دارد . اتصال نوع IU(Internal-Upset) ، اتصال نوع EU(External-Upset) و اتصال نوع IEU(Internal and External-Upset) . طراحي و ساخت انواع اتصالات به نوعي است كه بتوان آنها را در حالت كشش (Tension) به كار برد.
درجه (Grade) لوله حفاري معروف جنس آلياژ فولاد آن و در نتيجه حداقل مقاومت كششي آن مي باشد . اين عدد بسيار مهم است و جهت محاسبه فشارهاي فروريختگي (collapse) ، تركشي (Burst) و كشش (Tension) لوله حفاري به كار مي رود . درجه هاي معمول لوله هاي حفاري در جدول زير به همراه حد اقل مقاومت كششي آنها نشان داده شده است . لوله هاي G,X و S لوله هايي با مقاومت بالا هستند كه معمولا در چاه هاي عميق با دما و فشار بالا مورد استفاده قرار مي گيرند.
جدول 3-1 مشخصات فني انواع لوله هاي حفاري
Tensile strength (minimum psi) | Yield strength (maximum psi) | Yield strength (minmum psi) | API Grade |
95000 | 85000 | 55000 | D |
100000 | 105000 | 75000 | E |
105000 | 125000 | 95000 | X-195 |
115000 | 135000 | 105000 | G-105 |
145000 | 165000 | 135000 | S-135 |
تفاوت عمده در طراحي لوله هاي حفاري و لوله هاي جدار و مغزي در اين است كه لوله هاي جداري يا مغزي معمولا نو هستند. اما لوله هاي حفاري به علت استفاده هاي مكرر سائيده و مستهلك مي شوند و بايد براساس ميزان ساييدگي آنها طبقه بندي شوند.
لوله درجه يك – شامل لوله هايي كه هيچ گاه استفاده نشده باشند يا سائيدگي آنها يكنواخت و حداكثر تا 20% باشد.
لوله درجه دو – ساييدگي لوله ها از يك سمت (داخل يا خارج) باشد و ديواره لوله حداقل 65% از ضخاما اوليه را دارا باشد.
لوله درجه سه – ساييدگي لوله ها از يك سمت (داخل يا خارج) باشد و ديواره لوله حداقل 55% از ضخامت اوليه را دارا باشد.
طبقه بندي لوله حفاري در طراحي رشته حفاري يك عامل سيار مهم بوده زيرا كه مقدار و نوع ساييدگي لوله بر روي خواص و قدرت آن تاثير مستقيم دارد.
لوله هاي حفاري در طول هاي مختلفي توليد مي شوند. سه محدوده طولي 22-18، 30-27، 40-38 فوت وجود دارد كه رنج طولي دوم متداولترين لوله هاي حفاري هستند . براي سرعت بخشيدن به عمليات خاصي همچون Tripping معمولا لوله ها را به صورت استند به كار مي برند . هر استند متشكل از دو، سه و يا چهار شاخه لوله است.
3-1-2- لوله هاي حفاري سنگين (Heavy Weight Drill Pipe)
ديواره اين لوله ها نسبت به لوله هاي حفاري معمولي ضخيم تر است بنابراين وزن آنها دو تا سه برابر لوله هاي معمولي است . در رشته حفاري بالاتر از لوله هاي وزنه بسته مي شوند. در اين حالت تغييرات وزن در طول رشته حفاري يكنواخت صورت مي گيرد . اين لوله ها تحت تاثير نيروهاي جانبي ، عمودي و پيچشي حاصل از چرخش رشته حفاري ، پرش و تكانهاي ايجاد شده توسط مته و غيره قرار دارند. لازم به ذكر است نيروهاي كششي و پيچشي در لوله هاي بالايي رشته حفاري بيشترين مقدار و در لوله هاي پاييني نزديك به لوله هاي وزنه كمترين مقدار را دارا هستند. در صورتيكه طراحي رشته حفاري به نحو مطلوبي صورت گرفته باشد و يا وسايلي مانند ضربه گير در رشته حفاري تعبيه شده باشد لزومي در استافده از لوله هاي حفاري سنگين ديده نمي شود .
3-1-3- لوله هاي وزنه (Drill Collars)
لوله هاي وزنه ، لوله هاي سنگين با ضخامت ديواره زياد مي باشند كه وظيفه اصلي آنها تامين وزن روي مته جهت انجام عمليات حفاري و افزايش سرعت حفاري مي باشد . تعداد لوله هاي وزنه بستگي به وزن لازم روي مته جهت حفاري سازند خاص دارد. لوله هاي وزنه يكي از مهمترين قسمتهاي عمده و هميشگي (مگر در مواردي كه از لوله ه اي حفاري سنگين به جاي لوله هاي وزنه استفاده مي گردد) متعلقات تحتاني (BHA) رشته حفاري مي باشد.
وظايف عمده لوله هاي وزنه عبارتند از:
- تامين وزن روي مته
- جلوگيري از انحراف چاه به دليل شاغول نگه داشتن رشته حفاري (انعطاف پذيري لوله هاي وزنه از لوله هاي حفاري كمتر است)
- لرزش و پرش مته را به حداقل مي رساند.
لوله هاي وزنه معمولا با سطح مقطع مدور ساخته مي شوند. بدنه و م حيط بيروني آنها ممكن است به صورت شياردار (شيارهاي مارپيچي ) ساخته شود اين نوع لوله هاي وزنه در حفاري سازندهايي با نفوذپذيري بالا كه در حالت over Balance زياد حفاري مي شند مورد استفاده قرار مي گيرند. اختلاف زياد بين حد ناشي از گل حفاري و فشار سازند باعث ايجاد differential sticking و چسبيدن لوله هاي وزنه به ديواره چاه مي گردد. استفاده از لوله ه اي وزنه با شيارهاي مارپيچي باعث كاهش سطح تماس لوله هاي وزنه با ديواره چاه مي گردد در نتيجه احتمال گير كردن لوله هاي وزنه به حداقل مي رسد.
شيارهاي ايجاد شده كم عمق و پهن هستند كه حدود 50-40 درصد از سطح تماس لوله هاي وزنه با ديواره چاه كاهش پيدا مي كند در حالي كه حدود ا 10-7 درصد از وزن لوله كاهش پيدا كرده است . در محاسبات 4 درصد افت وزني را براي لوله هاي وزنه شياردار در نظر مي گيرند.
3-1-4- ضربه گير يا تكان گير (Shock Absorb)
در حين حفاري سازندهاي سخت يا شكافدار در اثر تماس مته با سازند غالبا لرزشي در رشته حفاري به وجود مي آيد . در چاههاي كم عمق اين لرزش از طريق رشته حفاري به crown block منتقل شده باعث لرزش كل دكل حفاري مي شود. در چاه هاي عميق به خاطر خاصيت الاستيسيته رشته حفاري اين لرزش كمتر مورد توجه قرار مي گيرد چرا كه اثر آن در سطح محسوس نيست در حالي كه اثر خستگي ناشي از اين لرزشها روي رشته حفاري قابل اغماض نيست و هزينه هاي سنگين عمليات اضافي همچون مانده يابي (Fishing) در اين گونه چاههاي عميق را در پي خواهد داشت.
ضربه گيرها ابزاري براي از بين بردن اين لرزشها هستند كه در رشته حفاري مورد استفاده قرار مي گيرند. مكانيزم اغلب اين ابزارها انتقال لرزش هاي رشته حفاري به لوله هاي وزنه مي باشد. در لوله هاي وزنه انرژي ناشي از اين لرزشها پراكنده و از بين مي رود بدون آنكه آسيبي به لوله هاي وزنه وارد آيد (به دليل ضخامت زياد لوله هاي وزنه و مقاومت بالاي آنها).
در عمليات حفاري كه چرخش رشته حفاري از سطح (ميز دوار با top dive تامين مي شود . ضربه گير معمولا بلافاصله بعد از اولين تثبيت كننده (Near Bit stabilizer) مورد استفاده قرار مي گيرد . در مواقع استفاده از موتورهاي درون چاهي ضربه گير در بالاي اولين تثبيت كننده بالاي موتور به كار برده مي شود و سرانجام در چاههايي كه احتمال انحراف چاه در حين حفاري وجود دارد. ضربه گير معمولا بالاتر از چند شاخه لوله وزنه مورد استفاده قرار مي گيرد.
3-1-5- ضربه كوب ها (Jars)
گاهي در حين عمليات حفاري يا تكميلي چاه به دلايلي رشته حفاري درون چاه گير مي كند كه براي آزاد سازي آن از جار استفاده مي شود. جار يك شوك كنترل شده رو به بالا يا پايين در طول رشته حفاري جهت آزاد سازي آن وارد مي كند.
جارها يا جارهاي حفاري اند (Drilling Jar) يا جار مانده يابي (fishing jar) از جار مانده يابي تنها موقعي كه رشته حفاري (يا هر رشته ديگر كه درون چاه باشد) گير كرده باشد استفاده مي گردد.
گاهي قسمتي از رشته حفاري به علت بريدن لوله درون چاه باقي مي ماند كه در آن صورت براي آزاد سازي و بيرون آوردن آن از جار مانده يابي استفاده مي گردد. به عبارت ساده تر وقتي كه مشكل گير كردن لوله ها يا ماده يابي به وجود مي آيد از اين نوع جار استفاده مي شود اين در حالي است كه در حين حفاري همواره از جار حفاري به عنوان يكي از متعلقات BHA استفاده مي گردد كه به محض گير كردن لوله ها بتوان به سرعت از توانايي جار جهت آزاد سازي لوله ها استفاده نمود و زماني براي Tripping و برداشتن جار هدر نداد چرا كه هر چه از زمان گير لوله ها بگذرد احتمال آزاد سازي آن كم مي شود به خصوص در گيرهايي كه ناشي از ريش ديواره چاه و باد كردن شيلها باشد . جارهاي حفاري بسته به اينكه عمل Jarring يا Bumping انجام دهند به انواع زير تقسيم مي شوند:
الف) hydraulic jar
ب)mechanical jar
ج) combinations jar
Hexgonal wetherford bumper jar
3-1-6- Hole Opener & Underreamers
Hole opener براي گشاد كردن چاه از سطح تا پاشنه لوله جداري (casing point) يا از پاشنه يك لوله جداري تا پاشنه جداري بعدي در حفره باز (open Hole) مورد استفاده قرار مي گيرد . به طور مثال براي حفاري حفره 26 اينچ ممكن است ابتدا با مته 2/1-17 اينچ تا عمق مورد نظر (casing point) حفاري سپس توسط Hole opener سايز 26 اينچ حفره مزبور گشاد گردد، ساخت و شكل Hole opener به نحوي است كه قطر آن ثابت است و نمي توان آن را تغيير دارد.
تراشنده يا Underreamers ابزاري است كه مي توان به وسيله آن قطر چاه را در يك فاصله خاص افزايش داد. اين وسيله داراي بازوهايي است كه توسط انرژي هيدروليكي گل باز مي شوند . در حين لوله پايين بازوها در ح الت بسته هستند به محض رسيدن به عمق مورد نظر با چرخش رشته حفاري و پمپاژ گل بازوها باز مي گردند. دو نوع تراشنده وجود دارد:
Roller Cone Rock-type Underreamers-1
Drag-type Underreamers-2
نوع اول براي انواع سازندها طراحي شده است در حالي كه از نوع دوم (drag) براي سازندهاي نرم تا متوسط استفاده مي شود. از تراشنده ها گاهي براي تراش دادن محل جا كليدي (key seat) استفاده مي شود . در اين حال احتمال گير كردن لوله هاي وزنه و مته هنگام عبور از اين نقاط كاهش مي يابد.
3-1-7- تثبيت كننده ها (Stablizers)
تثبيت كننده ها ابزاري هستند كه بنا به چگونگي استفاده از آنها در رشته حفاري وظايف خاصي را دنبال مي كنند. در چاهاي قائم استفاده از تثبيت كننده ها در فاصله مناسبي از مته باعث جلوگيري از انحراف چاه از حالت قائم مي گردد . در چاههاي زاويه دار از تثبيت كننده ها براي افزايش زاويه چاه (Build Angle) و يا كاهش زاويه چاه (Drop Angle) بسته به محل قرار گرفتن آنها استفاده مي شود.
تثبيت كننده هاي داراي تيغه هايي به شكل عمودي يا مارپيچي هستند كه اين تيغه ها ممكن است ثابت (IBS=integral blade stab) و يا قابل تعويض (RBS=replaceable blade stab) باشند.
يكي از انواع متداول تثبيت كننده ها كه بلافاصله بعد از مته (near bit stab) بسته مي شود جهت جلوگيري از لرزش و پرش مته و در نتيجه افزايش طول عمر مته و نيز حفاري چاه با قطر كامل مورد استفاده قرار مي گيرد.
وظايف مهم پايدار كننده ها (تثبيت كننده ها ) به شرح زير مي باشد:
1 – تامين قسمتي از ون روي مته
2 – جلوگيري از لرزش BHA، به دليل آنكه قطر آن تقريبا برابر قطر چاه بوده همانند يك نقطه نگهدارنده براي BHA عمل مي كند.
3 – كاهش bit walk
4 – كاهش لرزش و خمش در لوله هاي حفاري و جلوگيري از فرسايش tool joint آنها
5 – جلوگيري از تماس مستقيم لوله هاي وزنه با ديواره چاه
6 – كاهش key seating و differential pressure
این وبلاگ به ارائه مقالات و تحلیلهای تخصصی در زمینه فروش، بازاریابی، و صادرات محصولات نفتی و پتروشیمی میپردازد و در کنار آن، مطالب مفیدی در حوزه بازرسی فنی و استانداردهای صنعتی نیز ارائه میدهد. هدف این وبلاگ کمک به فعالان صنعت برای دسترسی به دانش بهروز، راهکارهای تجاری مؤثر و ایجاد فرصتهای جدید در بازارهای جهانی است. با ما همراه باشید تا از تجربیات و اطلاعات تخصصی برای توسعه و موفقیت در بازار انرژی بهرهمند شوید.