حفاری هدایت شونده حلقه مفقوده حفاری‌ چاه‌های نفت و گاز در ایران

به گزارش گروه انرژی بولتن نیوز، سید فرید موسوی کارشناس ارشد مهندسی نفت گرایش حفاری در یادداشتی نوشت: با توجه به مشکلات موجود در حفاری کج به وسیله موتور‌های درون چاهی، ابزار RSS در سال‌های 1998و 1999 به منظور افزایش کارایی و بازدهی حفاری کج، معرفی شد. عرضه فناوری دَورانی هدایت شونده، مشکلات و محدودیت‌های زیادی را که در انواع حفاری‌های انحرافی قبلی وجود داشت، مرتفع می‌سازد. در طول دو دهه گذشته، سیستم های هدایت چرخشی، با تسهیل حفاری سریع و دقیق در شرایط چالش برانگیز، منجر به تحول بزرگی در صنعت حفاری شده‌اند. ابزار RSS که با همراه با سنسور‌های هوشمند است در واقع به عنوان یک ربات در ته چاه عمل می‌کند و به صورت اتوماتیک عملیات حفاری را ممکن می‌سازد و در این سیستم داده‌های حفاری اعم از شیب چاه و آزیموت به صورت آنی ثبت می‌شوند.

در این فناوری که سیستم حفاری هدایت شونده نام گرفته است، دَوران به صورت پیوسته و کنترل شده از سطح زمین به رشته حفاری منتقل می‌شود بدون آنکه به حفاری لغزشی نیاز باشد. گردش مداوم، وزن موثرتری را به مته وارد کرده و نرخ حفاری را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. این گردش همچنین به تمیز کردن چاه از طریق انتقال مداوم خرده‌های حفاری به سطح زمین کمک می‌کند.

سیستم  RSSهمچنین کنترل جهت‌گیری چاه را در فضای سه بعدی به شکل قابل توجهی بهبود بخشیده و نتیجه آن، چاهی تمیزتر با دیواره‌هایی صاف‌تر و با عمقی بیشتر است. به عبارت دیگر، عملیات حفاری با سرعت بیشتر و مشکلاتی کمتر انجام خواهد شد. همچنین خطرگیر رشته حفاری به حداقل رسیده و لوله‌های جداری نیز با مشکلات کمتری به درون چاه رانده می‌شوند.

این کار با استفاده از تجهیزات تخصصی ته چاهی برای جایگزینی ابزارهای متداول مانند «mud motor» صورت می‌گیرد و عموما اندازه‌گیری‌ها توسط مهندسِ حفاریِ جهت دار با استفاده از تجهیزات سطح الارض انتقال ‌می‌یابد که سیستم حفاری هدایت شونده به آن پاسخ می دهد و به تدریج به سمت مسیر دلخواه هدایت می‌شود. به عبارت دیگر، این ابزار برای حفاری جهت دار با چرخش مداوم رشته حفاری از سطح، بدون نیاز به استفاده از mud motor (لغزش رشته حفاری) طراحی شده است.

طی مطالعات صورت گرفته بر روی سیستم حفاری هدایت شونده، سیستم جدیدی از حفاری جهت‌دار تحت عنوان سیستم فرماندهی فرعی برای RSS ارائه شد که تصمیمات هدایت‌دهی به صورت اتوماتیک از RSS با توجه به تجهیزات درون چاهی داده شده، انتخاب مته، برنامه چاه یا هدف را فراهم می سازد و همچنین از طریق سنسورها داده های حفاری به صورت آنی ثبت می‌شود و کارایی این نوع سیستم حفاری پس از استفاده در چندین عملیات میدانی، مورد تایید واقع شده است.

سیستم‌های هدایت شونده از دیدگاه عملیاتی به دو دسته "push-the-bit" و «point-the-bit»  تقسیم‌بندی می‌شوند که ابزار push-the-bit از طریق اعمال نیروی جانبی به «سازند» عمل می‌کند. این امکان توسط یک pad یا نیروی ثابت بر روی قسمت ثابت فراهم می‌شود. در واقع ابزار push-the-bit با استفاده از پَد که خارج از ابزار است به دیواره چاه می‌چسپد و باعث تغییر مسیر مته در جهت مخالف می‌شود.

به طور کلی این سیستم شامل دو قسمت اصلی است: بخش متمایل کننده و بخش کنترل. بخش متمایل کننده دقیقاً پشت مته قرار دارد و شامل سه بازو به فاصله 120 درجه از همدیگر است. این سه بازو با وارد کردن نیرو به دیواره چاه باعث زاویه دار کردن مسیر حفاری می‌شوند. به این صورت که با باز شدن یکی از بازو‌ها و ثابت ماندن دو بازوی دیگر، نیرویی از طرف شاخه حفاری به دیواره چاه وارد و در نتیجه شاخه حفاری به سمت مخالف جهت نیروی وارد شده، رانده می‌شود.

یکی از مزیت های این نوع از RSS سادگی عملکرد است، چون به دلیل کم‌تر بودن قطعات لازم برای جهت‌دهی به مته، هزینه نگه‌داری و تعمیر کمتری نیز دارد. همچنین، مدل push-the-bit برای حفاری‌هایی که نیاز به ساخت زاویه بیشتری است، استفاده چشم‌گیری دارد. ضمن اینکه این سیستم توانایی چرخش حدود 400 دور بر دقیقه را دارد. در آخرین مدل توسعه یافته از این ابزار، سنسورهای مجزایی برای ثبت آنی داده‌های شیب چاه، آزیموث، اشعه گاما، سرعت حفاری و میزان ارتعاش رشته حفاری ایجاد شده که این داده‌ها به صورت آنی ذخیر شده و به سطح منتقل می‌شوند.

فناوری‌های point-the-bit  نیز با خم کردن شافت اصلی که از آن عبور می‌کند، موجب تغییر مسیر مته نسبت به بقیه ابزار می‌شود. برخلاف مدل قبلی، در این نوع سیستم، ابزاری که موجب تغییر جهت مته می‌شود به صورت ایجاد فشار از طریق پیستون‌های داخلی بر روی شافت اصلی است و در نتیجه با ایجاد انحنا در شافت، جهت حفاری مته نیز تغییر پیدا می‌کند

از آن جایی که در طراحی مدل Point-the-bit، تثبیت‌کننده می‌چرخد بنابراین در صنعت حفاری بیش‌تر مورد پذیرش قرار گرفته است زیرا این روش قابلیت back-ream (تمیز کردن چاه) را هنگام بالا آمدن رشته حفاری فراهم می‌کند.

در مدل push-the-bit توانایی بازوها در وارد کردن نیز به دیواره چاه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است زیرا این بازوها هستند که با وارد کردن فشار به دیواره چاه مسیر حفاری را تغییر می‌دهند ضمن اینکه در این مدل مته نیز باید قدرت برش جانبی زیادی داشته باشد تا بتواند از طریق نیروی جانبی باعث حفاری «سازند» و در نهایت تغییر میسر شود اما برخی مواقع این بازو ها توانایی اعمال نیروی زیادی ندارند تا نیروی لازم برای برش جانبی مته فراهم شود.

این در حالی است که در مدل Point-the-bit محدودیت یاد شده وجود ندارد زیرا توانایی هدایت‌پذیری RSS بیش‌تر از آن که تابع نیروی جانبی باشد، تابع هندسه چاه است. هر چند که از نظر ساختاری نوع دوم از سیستم RSS پیچیده‌تر است اما این مدل بنا به دلایل گفته شده قابلیت پذیرش بیشتری در صنعت حفاری چاه‌های نفت و گاز دارد.

در حفاری چاه‌های جهت‌دار پارامترهای فنی و اقتصادی سیستم RSS  از ویژگی های منحصر به فرد آن  است که شرکت های حفاری را به استفاده از آن تشویق می‌کند که از جمله این پارامترها می‌تواند به کارکرد طولانی‌تر، کنترل بهتر، عدم وابستگی به انتخاب مته، ریسک پایین، علمکرد حفاری و سادگی استفاده اشاره کرد.

با جمع‌آوری اطلاعات حفاری چاه‌های جهت‌دار و افقی کشورمان و میادین مشترک بین ایران و کشور‌های همسایه و با مقایسه تجارب داخلی و خارجی می‌توان متوجه شد که مشکلات پیش آمده در حفاری چاه‌های نفت و گاز در ایران عمدتاً مشکلات ابتدایی و به دلیل نبود تجربه در بهره‌مندی از سیستم حفاری هدایت شونده است.

هر چند در حفاری های گزارش شده در خارج از کشور، پیچیدگی‌های بیشتری مانند زاویه بیش از 90 درجه، چاه‌های سه بعدی با تغییر مسیر فراوان و حفاری «سازند»‌های مختلف وجود داشته اما تعمیرات و آسیب دیدن سیستم RSS بسیار کم تر بوده است. البته قابل ذکر است که در این حفاری‌ها به صورت برنامه‌ریزی از پیش تعیین شده و به دلیل کاهش میزان کار کرد و استهلاک سیستم RSS از ترکیب هم زمان موتور‌های درون چاهی و ابزار حفاری هدایت شوند (RSS) استفاده شده است.

مسلم آن است که در صورت استفاده از سیستم حفاری هدایت شونده (RSS) هزینه‌ها تا حدود قابل توجهی کاهش یافته و در مقابل نرخ حفاری افزایش می‌یابد و در نتیجه شاهد سود اقتصادی خواهیم بود.

طبق تجارب حفاری در ایران و خارج از کشور، احتمال شکست و آسیب دیدن سیستم RSS یا همان حفاری هدایت شونده در صورت استفاده درصد پایینی است. بنابراین از نظر فنی و اقتصادی پتانسیل بهره‌گیری از این سیستم در حفاری چاه‌های نفت و گاز در کشورمان وجود دارد زیرا حتی با در نظر گرفتن هزینه‌های تعمیرات RSS در مقایسه با موتورهای درون چاهی معمول، باز هم استفاده از این سیستم مقرون به صرفه است چرا که موجب کاهش زمان حفاری و در مقابل افزایش سرعت حفاری می‌شود.