حفاری فرو تعادلی (Under Balanced Drilling)

فنّاوری حفاری در طول سال‌های متمادی توسعه‌یافته است. یکی از این پیشرفت حفاری فرو تعادلی (Under Balanced Drilling) می باشد.که در بخش زیر به آن میپردازیم.

از دلایل اصلی برای پیشرفت در این فنّاوری افزایش دائمی درخواست انرژی بوده است، به‌عنوان‌مثال نفت، گاز و همچنین افزایش قیمت انرژی. این دلایل پیش برنده صنعت نفت برای حفاری در مناطقی هستند که درگذشته محدودیت‌های فنّاورانه و اقتصادی داشتند.

حفاری فرو تعادلی یکی از این روش‌ها هست که در حال کمک به صنعت نیازمند به افق‌های جدید درزمینه اکتشاف و تولید نفت و گاز است. حفاری فرو تعادلی به‌عنوان یک مفهوم جدید در صنعت نیست بلکه به قدمت حفاری است. درواقع این فنّاوری به‌عنوان یک روش خطرناک برای سلامتی و امنیت کارکنان شاغل در محوطه در نظر گرفته می‌شد. این روش در بخش‌های امنیت و فنّاوری کم‌وبیش در صدسال گذشته رشد کرده و صنعت، مدت نه‌چندان طولانی این روش را غیر ایمن برای عملیات خشکی و دریایی در نظر گرفت؛ اما برای شکوفا نگه‌داشتن این فنّاوری، نیاز مداوم به نوآوری و گسترش فنّاوری موجود هست که باعث بالا رفتن اعتبار و ارزش‌افزوده صنعت خواهد بود.

با این ذهنیت «مفهوم حفاری فرو تعادلی» گسترش‌یافته و با موفقیت در عملیات حفاری چه در قسمت‌های ساحلی و چه در قسمت‌های دریایی عملی شد. ازاین‌رو پیش‌بینی می‌شود که این فنّاوری با افزایش نرخ بازیافت نفت در یک چهارچوب زمانی کوتاه‌تر، میلیون‌ها دلار صرفه‌جویی اقتصادی برای صنعت در بر خواهد داشت. تقریباً هر عملیات حفاری یک منبع بالقوه برای آسیب زدن به تولید چاه، هرز روی گل، گیر لوله‌ها در اثر اختلاف فشار و مشکلات عمومی مرتبط با حفاری هست. در حفاری فرو تعادلی ایده بنیادی نگه‌داشتن فشار ستون سیال حفاری در چاه، زیر فشار سازند در طول حفاری به جهت جلوگیری از آسیب‌دیدگی سازند است که نهایتاً باعث کاهش بسیار زیادی در تولید از مخازن نفتی و گازی می‌شود.

در ادامه، این روش به کاسته شدن تجهیزات شبیه‌سازی و صرفه‌جویی‌های قابل‌توجهی منجر خواهد شد. حفاری فرو تعادلی وقتی به‌طور صحیح طراحی و عملی شود مشکلات ناشی از نفوذ بخشی از سیال حفاری در سازند را همچون مشکلات دیگر از قبیل واکنش‌های مخرب خاک رس، تله فازی و موارد دیگر را مرتفع می‌نماید. همان‌طور که قبلاً نیز گفته شد در بسیاری از عملیات حفاری فرو تعادلی صرفه اقتصادی مشاهده می‌شود که به علت کاهش زمان حفاری، افزایش میزان نفوذ، افزایش عمر مته، سرعت درزمینه کشف زون‌های تولیدی مخزن و قدرت آزمودن دینامیک جریان در حین حفاری است. به همین جهت امروزه گفته می‌شود که حفاری فرو تعادلی به جهت علاقه خاص به مخزن انجام می‌شود؛ بنابراین حفاری فرو تعادلی به این دلیل انجام می‌شود که هم به نفع مخزن است و هم در جهت منافع حفاری هست.

با توجه به این نکته که هیدروکربن‌هایی که امروزه یافت می‌شوند در مخازن با فشار رو به افت و مخازن باکیفیت پایین‌تر هستند و با مشکلات حفاری مرسوم، اینجاست که حفاری فرو تعادلی می‌تواند ارزشمند باشد. به‌زودی حفاری فرو تعادلی یک فن استاندارد و گسترده هم در میدان‌ها ساحلی و هم در میدان‌ها دریایی جایی که دانش زمین‌شناسی و مخزن در کنار هم هستند، خواهد شد.

طرح‌ریزی حفاری فرو تعادلی

فنّاوری حفاری فرو تعادلی یک فن بسیار مفید برای حفاری چاه‌ها به جهت به حداقل رساندن آسیب‌دیدگی سازند هست که در عملیات حفاری فراتعادلی عمومیت دارد. حفاری فرو تعادلی وقتی اتفاق می‌افتد که فشار ته چاه که به‌وسیله حداکثر فشار هیدرو استاتیکی ناشی از ستون سیال حفاری، اعمال‌شده کمتر از فشار سازند حفاری‌شده باشد. به‌طور ساده‌تر می‌توان فرض کرد که حفاری فرو تعادلی فشار چاه را در طول حفاری زیر فشار سازند نگه می‌دارد. این با حفاری مرسوم درجایی که فشار ته چاه حاصل از سیال در گردش کمتر از فشار سازند است که نتیجه آن فوران چاه در حین پیش رفتن حفاری است، تفاوت دارد. حفاری فرو تعادلی یک روش ارزشمند برای به حداقل رساندن هجوم مشکلات مربوطه است. به‌این‌علت که بیشتر هیدروکربن‌هایی که امروزه یافت می‌شوند در میدان‌ها با فشار رو به کاهش یا در مخازن باکیفیت پایین‌تری هستند استفاده از حفاری فرو تعادلی مقرون‌به‌صرفه تر و اقتصادی‌تر خواهد بود.

معیار طراحی حفاری فرو تعادلی

شرایط حفاری فرو تعادلی ممکن است از این روش‌ها به دست آید یا با به کار بردن سیالات حفاری تراکم ناپذیر یا با اضافه کردن گاز برای کاهش دادن چگالی سیال حفاری. انتخاب بر اساس عمق و فشار مخزن هست. شرایط حفاری فرو تعادلی وقتی فراهم خواهد شد که تراکم گردش معادل که به‌وسیله سیال حفاری ایجاد می‌شود کمتر از فشار مخزن است. بر اساس فشار مخزن درجه وادار کنندگی حالت فرو تعادلی تضمین خواهد کرد که هیدروکربن‌ها به‌طور مداوم به سمت فضای چاه جریان می‌یابند (هیدروکربن‌های فرض شده در مخزن موجود می‌باشند).

هنگام طراحی سیستم گردش حفاری، برای برآورده کردن تمام اهداف مناسب یک منطقه حفاری‌شده فرو تعادلی بایستی معیارهای خاصی مدنظر قرار گیرند. این موضوع بارز است که موردتوجه قرار دادن این معیارها برای سیستم فرو تعادلی انتخاب‌شده راحت‌تر از به دست آوردن تمام اهداف لازم است. برای طراحی یک سیستم گردش حفاری فرو تعادلی معیارهای زیر موردتوجه قرار می‌گیرند:

۱٫ فشار ته چاه: فشار ته چاه ناشی از گردش سیال بایستی در طول عملیات به دلیل ادامه کار، حفظ پایداری چاه و حفظ شرایط فرو تعادلی و در زمان تکمیل چاه کنترل شود.

۲٫ تمیزی چاه: سیستم سیال حفاری بایستی تمیز بودن چاه در هر عمق یا شیبی را تضمین کند.

تجهیزات جداسازی سطحی

جریان مخزن به سمت چاه برای ایمن نگه‌داشتن تجهیزات سطحی جریانی با ظرف است عملیاتی محدود، فشار قابل‌تحمل این دستگاه‌ها و محدودیت‌های کاری لوله‌ها ازلحاظ خوردگی بایستی کنترل شود.

انتخاب سیال‌ های حفاری

یک پهنه گوناگون از دستگاه‌های سیال در عملیات UBD مورداستفاده واقع می‌شوند که شامل هوای مستقیم، بخارآب (Mist)، فوم، سیالات گازی شده و سیالات مایع هست. بر اساس فشار (فضاهای خالی) سازند و عمق، یک انتخاب اولیه از دستگاه‌های سیال حفاری بایستی صورت گیرد.

سیالات حفاری فرو تعادلی در ۳ گروه کلاس‌بندی می‌شوند:

۱٫ یک‌فازی (Gas)

۲٫ دوفازی Liquid + Gas / Gas + Liquid

۳٫ تک فازی (Liquid)

انتخاب یک سیستم سیال حفاری مناسب، برای استفاده جهت یک عملیات UBD موفق، همچنین انتخاب هرکدام از فازها هنگامی‌که سیستم سیال حفاری دو فازی موردنیاز است کاری بسیار مشکل است. هر سیالی که انتخاب شد بایستی بر پایه آثارش بر سازند، توانایی تمیزکاری چاه، هیدرولیک عادی و تجهیزات جداسازی در سطح مورد ارزیابی

نویسنده:پدرام نوراللهی

منبع:فرانفت