حفاری زیر تعادلی ، رویکردی جهت افزایش بهره وری و کاهش مشکلات حفاری

مسئله ای که اغلب کارشناسان جامه جهانی نفت برآن توافق نظر دارند ، این است که بیشتر مخازن هیدروکربوری بالغ جهان در دوره انتهای تخایه خود قرار دارند و دستیابی به مخازن حفاری نشده جدید ، نیاز به پذیرش ریسک حفاری در آب های عمیق و استخراج مخازن عمیق تر دارد که هر کدام چالش های مربوط به خود را دارند. دستیابی به بازیابی بیشتر بر اساس روش ها و امکانات جدید و تعیین دقیق ذخایر بالقوه ای که با کیک این روش ها ئ امکانات ، شناسایی و تولید می شوند ، همواره مورد توجه کارشناسان صنعت نفت بوده است که با درک بهتر از شرایط موجود و مشخصات مخزن تحقق می یابد. از جمله تکنیک هایی که رسیدن به این مقصود به سرعت در حال توسعه مس باشد ، حفاری زیر تعادلی ( UBD ) می باشد. در این روش ، فشار ته چاه برای سیال حفاری در طی عملیات حفاری ، کمتر از فشار حفره ی سازند نگهداری می شود و در نتیجه سیالات داخل سازند می توانند وارد فضای حلقوی چاه شوند. معمول ترین روش جهت کاهش فشار هیدروستاتیکی سیال حفاری ، تزریق گاز به ویژه نیتروژن به داخل سیال در گردش است. حفاری زیر تعادلی به دو روش لوله های مغزی و اتصالات لوله انجام می شود که در جدول 1 به مقایسه این دو روش به صورت خلاصه پرداخته شده است. حفاری زیر تعادلی ريال زیر مجموعه حفاری با فشار مدیریت شده ( MPD ) است. حفاری با فشار مدیریت شده بر اساس تعریف سازمان بین المللی پیمانکاران حفاری ( IADC ) ، عبارتست از : یک فرآیند حفاری بر اساس کنترل دقیق پروفایل فشار فضای حلقوی در سراسر چاه که هدف آن تعییم حدود فشار ته چاه و مدیریت پروفایل فشار هیدرولیکی فضای حلقوی است . در حفاری معمولی بیش تعادلی ( OBD ) ، فشار چاه همواره بیشتر از فشار سازند های حفاری شده و کمتر از فشار حلقوی شکست سازند می باشد. حفاری زیر تعادلی چاه های افقی ، شرایط مناسبی را برای تولید از سازند هایی که تولید از آنها به روش حفاری معمولی امکان پذیر و یا اقتصادی نیست ، فراهم کرده است . در حفاری زیر تعادلی چون فشار سیال حفاری از فشار سازند کمتر است و به داخل سازند نفوذ نمی کند از تخریب سازند جلوگیری شده و از طرفی چون اجازه خروج به سیالات درون سازند داده می شود ، امکان تولید حین حفاری وجود دارد و چاه زود تر از رئش های دیگر به تولید می رسد.

تاریخچه حفاری زیر تعادلی

در تاریخچه موجود اطلاعاتی در مورد نخستین چاهی که به روش زیر تعادلی حفاری شده است ، در دست نیست. اسنادی مربوط به سال های 1930 وجود دارد که مربوز به استفاده از ابزار هایی است که فضای حلقوی رشته حفاری را مسدود می کردند. البته در مورد حفاری با هوا مدارک خوبی در دست است. تکنیک های اولیه مربوط به حفاری با هوا به وسیله R.R.Angel (1957) توسعه یافت و Moore & Cole (1965) سعی کردند تا حجم هوا یا گاز مورد نیاز برای تمیز کردن چاه حفاری شده با هوا را پیش بینی کنند. همچنین تلاش های زیادی در زمینه توسعه یک روش سیستماتیک برای تخمین نیرو های هیدرولیکی در عملیات حفاری زیر تعادلی انجام و در مقالات علمی مطرح شد. مفهوم حفاری با فشار کم گردش گل ، نخستین بار در ایالات متحده در سال 1866 مطرح شد. در ایتدا از هوای فشرده برای حفاری چاه استفاده می شد .لی با پیشرفت تکنولوژی حفاری برای نخستین بار در جنوب تکزاس و سپس در جنوب کانادا ، چین و استرالیا به کار رفت و جهت توسعه مججدد میادینی که قشار تخلیه ، مشکلاتی را ایجاد کرده بود استفاده شد. در طی سال های 1990 ، حفاری زیر تعادلی به طور موفقیت آمیزی در عملیات حفاری درون ساحلی و دور از ساحلی در اروپا بکار رفت. مراحلی که توسط Angel ارائه شد، هنوز هم مورد توجه است و برای بسیاری کاربرد ها ارزشمند است . ظهور تکنیک های جدید حفاری زیر تعادلی را می توان مربوط به دوره حفاری جریانی در سازند Austin Chalk دانست. در سال 1987 ، عملیات حفاری افقی در سازند شکافدار Austin Chalk در جنوب تکزاس نشان داد که تکنیک های حفاری معمولی اقتصادی نیست. در این سازند حدود 850 چاه حفاری شد که باعث تولید زیادی از میادین نفتی شد. نیاز به تکنیک هایی جهت حفاری پیچیده سازند های کربناته شکافدار و روش هایی که به سازند آسیب نرساند ، زمینه را جهت گسترش حفاری زیر تعادلی فراهم ساخت. استفاده از سیالات حفاری سبک و مشکلات مربوط به کنترل چاه در سطح ، صنعت را به سمت ایجاد تجهیزات جدید سطحی برای حفاری زیر تعادلی پیش برد که از جمله آنها می توان فوران گیر چرخشی سطحی ( RBOP ) در سال 1992 بود. در طی 40 سال گذشته ، حفاری زیر تعادلی و حفاری با فشار مدیریت شده ( MPD ) ، جهت حفاری بیش از 2000 چاه در جهان به کار رفته است.

مقایسه حفاری زیر تعادلی ( UBD ) با حفاری معمولی ( OBD )

آسیب یازند مهمترین نگرانی در حفاری افقی چاه می باشد که به دلیل تخریب اندود گل بر روی دیواره چاه و نفوذ سیال حفاری به درون سازند صوزت می گیرد که در این حالت چاه نیز به خوبی نمیز نمی شود. این مشکل در حفاری زیر تعادلی از بین رفت. حفاری زیر تعادلی سبب جلوگیری از گیر کردم لوله های حفاری بر اثر Differential sticking می شود و در مخازن شکافدار و مخازن گازی با فشار و تراوایی کم کاربرد دارد. از دیگر مزیت های حفاری زیر تعادلی افزایش نرخ نفوذ ( شکل (2) ) ، ارزیابی سازند در حین حفاری ( شامل انجام آزمایش های تولید ، تایید سطح تماس آب و پیش بینی میزان تولید از یک سازند ) و مزیت های زیست محیطی و اقتصادی است. سیکل بسته گردش گل و استفاده مجدد از گاز های تولیدی سبب کاهش آلودگی محیط زیست می شود. هزینه حفاری نیز در نتیجه بهبود ROP ، افزایش عمر مته و هزینه کمتر گل ، کاهش می یابد. آسیب کمتر سازند ، تمیز شدن یریع تر چاه و تولید با دبی بیشتر ، انگیزه های اقتصادی قوی تری را جهت استفاده از حفاری زیر تعادلی فراهم می کند. این عوامل سبب پیشرفت صنعت به سمت حفاری زیر تعادلی شد. با وجود مزیت های زیاد ، حفاری زیر تعادلی دارای معایبی نیز می باشد که مهمترین آنها کاهش پایداری دیواره چاه و ریزش دیواره در مناطق با تراوایی بالا ، مشکلات نگه داری فشار به صوزت پیوسته در حالت زیر تعادلی ، مشکلات ایمنی و ریسک بالاتر به دلیل احتمال خوردگی وسایل درون چاهی در حالت استفادهاز هوای حاوی گاز و افزایش احتمال آتش سوزی ، انفجار و فوران چاه در هنگام حفاری سازند های پر فشار و افزایش وزن رشته حفاری را می توان نام برد که نیازمند استفاده از دکل ها و سیستم های کنترل فشار چاه قوی تری می باشد که هزینه های حفاری زیر تعادلی را نسبت به حفاری تعادلی افزایش می دهدند.

رویکرد شرکت شل جهت عملیات حفاری زیر تعادلی

چالش های ناشی از شروع حفاری افقی در طی سال های 1980 و نیاز به رویکردی جدید جهت حفاری در مخازن تخلیه شده و شکافدار ، باعث شد تا شرکت شل حفاری زیر تعادلی را در مخازن نفت و گاز در اوایل سال های 1990 شروع کند. شرکت شل عملیات حفاری زیر تعادلی با کف را در سال 1992 آغاز کرد و در سال 1993 و 1994 ، کوشش هایی را جهت استفاده از سیالات حفاری چند فاری و سیستم جدایش چهار فازی سیستم بسته انجام داد. در سال 1955 ، شرکت شل به طور موفقیت آمیز، نخسترین چاه افقی زیر تعادلی را با استفاده از سیستم Coiled Tubing در کانادا حفاری کرد و در سال 1997 ، حفاری زیر تعادلی دور از ساحل را معرفی کرد. در سال های اخیر شکرت شل توجه خاصی به روش های حفاری با فشار مدیریت شده در محدوده نزدیک تعادلی و زیر تعادلی نشان داده است. زیرا این روش مشکلات و هزینه های حفاری را کاهش داده و دستیابی به حجم های جدیدی از هیدروکربن را در مخازن تخلیه شده ، فراهم می کند و همچنین علاوه بر بالا بردن نرخ تولید ، باعث بازیابی نهایی ( UR ) بیشتری نیز می شود.

در شکرت شل ، استراتژی ها و طراحی های انجام شده برای حفاری زیر تعادلی ، بر اساس نیاز های تجاری بوده و اعتقاد بر این است که تکنولوژی های حفاری و به ویژه حفاری زیر تعادلی ، دارای پتانسیل های زیادی جهت افزایش ارزش سرمایه می باشند و جهت دستیابی به این پتانسیل ها باید از منابع ( پرسنل ، تجهیزات ، سرمایه گذاری و غیره ) و تکنولوژی های موجود به طور شایسته و مناسب و به طور همزمان استفاده کرد به طوریکه هیچ کدام به تنهایی ارزش چندانی نخواهد داشت. شکل (3) نشان می دهد که چگونه طرحی کناسب مهندسی ، مدیریت مهارت های علمی ، بهداشت ، ایمنی و محیط زیست و مدیریت پروژه ، باعث شده تا شکرت شل بتواند با ایمنی بالا و به صورت موفقیت آمیزی عملیات حفاری زیر تعادلی را در ساحل و دور از ساحل به خوبی انجام دهد.

هدف دیگری که شرکت شل علاوه بر ایمنی و موفقیت آمیز بودن عملیات حفاری دنیال می کند ، دستیابی به حداکثر ارزش اقتصادی بر اساس دانش فنی موجود است که بر اساس نمودار شکل (4) بدست می آید.

نتایج نهایی

حفاری زیر تعادلی یک تکنولوژی نوپا در صنعت نفت و به ویژه در صنعت نفت ایران می باشد که با پیشرفت های انجام شده در این زمینه می توان بر بسیاری از مشکلات حفاری از جمله آسیب سازن ، گیر کردن لوله های حفاری ، حفاری در مخازن شکافدار ، سرعت حفاری ، ارزیابی سازند در حین خفاری ، مسائل زیست محیطی و کم بودن عمر مته غلبه کرد.

حفاری زیر تعادلی چاه های افقی ، شرلیط مناسبی را برای تولید از سازند هایی که تولید از آنها به روش حفاری معمولی انکان پذیر و با اقاصادی نیست ، فراهم کرده و در نتیجه باعث افزایش بالقوه ذخایر هیدروکربوری شده است.

انجان حفاری زیر تعادلی نیاز به یک طراحی دقیق و حساب شده دارد تا بتوان از منابع و مهارت های موجود به خوبی استفاده کرده و حفاری را با ایمنی بالا و با مو فقیت انجام داد.

کاهش مشکلات حفاری ، ماهش آسیب با سازند و امکان ارزیابی مخزن در حین حفاری ، باعث می شود تا هزینه های حفاری کاهش یافته ، میزان تولید از مخزن افزایش یابد و مدیریت مخازن به خوبی صورت گیرد که مجموع این عوامل هزینه های توسعه ای را کاهش می دهد مه در نهایت سبب افزایش ارزش خالص فعلی مخازن می شود.

برای دریافت اصل مقاله از طریق ارتباط با ما اقدام نمائید