كاربرد تاپ درايو در حفاري چاه هاي افقي
1– مقدمه
در حفاري چاه هاي افقي الزام به استفاده از طيف وسيعي از فن آوري هاي جديد مه شامل ابزار درون چاهي مي شود ، وجود دارد . محرك فوقاني يا تاپ درايو از شاخص ترين تجهيزات جدبد است كه از اوايل دهه 80 در دريا بكار گرفته شد و به تدريج با ساخت محرك هاي فوقاني با ابعاد كوچكتر و متحرك ، اين فن آوري به دكل هاي حفاري خشكي و دكل هاي تعميراتي نيز انتقال يافت .
محرك هاي فوقاني بر حسب نيروي محركه و نصب تقسيم بندي مي شوند . بر اساس نيزوي محركه به دو نوع هيدروليكي و برقي ( مستقيم و متناوب ) و از لحاظ نصب به دو گروه ثابت و متحرك دسته بندي مي شوند . هر يك از محرك هاي فوقاني مذكور ويژگي هاي خاص خود را دارند كه با توجه به شرايط استفاده ، گزينه بهينه انتخاب مي گردد .
2 – تاريخچه
در ابتدا محرك هاي فوقاني براي دكل هاي بزرگ دريايي طراحي و ساخته شد . اولين نصب در سال 1982 انجام گرديد كه قابلايت ها و توانمندي هاي بي نظير حفاري با محرك فوقاني را به نمايش گذاشت . از اين جمله مي توان به موارد ذيل اشاره كرد :
1 – حفاري با استند
2 – قابليت نگهداري لوله ها توسط دكل كه باعث حذف زمان پيدايش براي استقرار در چاه بعدي مي شود .
3 – كاهش زمان عمليات حفاري به ويژه در دريا
4 – قابليت دوران رشته حفاري و گردش گل همزمان با حركت به سمت بالا كه در تراش و شستشو رو به پايين نيز حائز اهميت بوده و ريسك گير كردن لوله ها را كاهش مي دهد .
5 – انجام برخي از عمليات روي سكوي حفاري توسط تاپ درايو و به طبع آن كاهش احتمال آسيب ديدگي و جراحت افراد .
شكل 1- تصوير تاپ درايو
3– انواع تاپ درايو
تقسيم بندي بر حسب نصب به دو نوع ثابت و متحرك صورت مي گيرد .
1 – تاپ درايو ثابت
در برخي از دكل هاي دريايي محور قائم تاپ درايو به صورت ثابت بر روي دكل نصب شده و همراه دكل جابجا مي گردد . طبيعتاً از اين روش در موردي كه حمل دكل بدون مونتاژ آن وجود دارد ، استفاده مي شود .
2 – تاپ درايو متحرك
در نصب دكل هاي خشكي كه براي جابجايي نياز به تفكيك اجزا دارند ، استفاده مي شوند .
تقسيم بندي بر حسب نيروي محركه نيز بصورت هيدروليكي و برقي ( مستقيم و متناوب) مي باشد كه در توع برقي ، گشتاور بالاتري را مي توان توليد كرد و هزينه هاي نگهداري نيز كاهش مي يابد ولي سرمايه گذاري بيشتري نياز دارد .
4 – حفاري افقي با تاپ درايو
با بكارگيري تاپ درايو در حفر جاه هاي افقي ، از پيچيدگي ها و مشكلات حفاري به شدت كاسته شد . به عنوان مثال در حفاري با كلي (Kelly) با زاويه 40 درجه نمي توان حفاري كرد در حالي كه زواياي 70 تا 90 درجه را مي توان اه تاپ درايو حفاري نمود .
چاه هاي افقي مي توانند بهره دهي چاه را تا سه برابر افزايش دهند و در مخازن آبدار يا با كلاهك گازي توليد بدون هيچ اختلاط مرز آب و نفت و يا گاز و نفت (Coning) انجام مي پذيرد .
بهبود بازدهي
هزينه هاي روزانه حفاري افقي معمولاً دو يا سه برابر حفاري قائم است و اين به دليل افزايش سرويس ها و تعداد ابزار مورد نياز مي باشد كه شامل اجاره رشته حفاري ، ابزار MWD ، موتورهاي درون چاهي و ابزار LWD و در بسياري موارد تجهيزات حفاري تحت فشار و سرويس حفاري انحرافي است ولي در مقابل كاهش زمان حفاري با استفاده از تاپ درايو ، از عوامل موثر در كاهش هزينه هاي روزانه است . از طرفي حفاري با تاپ درايو با قابليت هاي ذيل مي تواند زمان لازم براي عمليات را كاهش دهد .
ــ حفاري با استند
حفاري با استند و قابليت نگه داري استندها توسط دكل ، باعث كاهش 50 تا 67 درصدي زمان اتصالات لوله حفاري مي شود .
ــ تراش ديواره چاه
تاپ درايو سريعاً استندها را به هم متصل مي نمايد و تراشيدن چاه را دز حداقي زمان ممكن ، انجام مي دهد . زيرا زماني صرف اتصال شاخه به شاخه لوله ها و بالا آوردن Kelly نمي شود .
ــ حفاري با هوا
در حفاري با استند تعداد اتصالات كم مي شود . در حفاري با هوا نيز سرعت حفاري بالاتر مي رود . پس مساله زمان نفوذ سيال مخزن به داخل چاه (Water Influx) كاهش مي يابد ، همچنين در حفاري با تاپ درايو نسبت Kelly له عمق هاي بيشتري مي توان دست يافت .
ــ عمليات تحت فشار
به دليل كاهش تعداد اتصالات ، زمان انتظار لازم براي تحليه فشار كاهش مي يابد و در هزينه هاي نيتروژن مصرفي نيز صرفه جويي مي گردد .
ــ پايين انداختن و بالا آوردن لوله ها
زمان مربوط به اين عملكرد به دليل نگهداري استندها توسط دكل حذف گرديده و علاوه بر اين از صدمه ديدن اتصالات رشته حفاري و متعاقب آن از شوييدگي (Wash Out) جلوگيري مي گردد .
ــ چاه راهنما (Pilot) و عمليات باز كردن پنجره جهت چاه هاي انحرافي
هدف از چاه راهنما يافتن سطح آب و نفت در مخزن ايت كه پس از شناسايي اين سطح چاه سيمان شده . با گوه انحراف (Whipstock) حفاري انحرافي آغاز مي شود . در اين مرحله عمليات پايين انداختن و بلند كردن لوله ها بصورت شاخه به شاخه انجام نمي شود .
كاهش ريسك
با بكارگيري تاپ درايو با قابليت تراش معمول و معكوس (Ream & Back Ream) ، ريسك از دست دادن ساق مته و حتي خود چاه به نحو چشمگيري كاهش مي يابد . البته اين مزيت قابليت كمي شدن در محاسبات را ندارد ، ولي سود دهي عمليات را در مقايسه با مورد متشابه تضمين مي نمايد .
مزاياي مكانيكي
كنترل دقيق گشتاور در تاپ درايو سبب انجام يك سري عمليات در حفاري افقي مي شود كه از آن جمله مي توان به موارد ذيل اشاره كرد .
ــ حفاري در سازندهاي سست
قابليت گردش سريع در گل و سهولت كنترل ديواره چاه باعث كاهش مشكلات ريزشي مي گردد .
ــ تجمع خرده ها و كنده هاي حفاري
تجمع خرده هاي حفاري در بخش پايين دست چاه هاي افقي سبب گير كردن لوله ها مي شود . از اين رو پيمايش كوتاه رشته حفاري بطول يك اشتند براي تميز كردن طول مسير چاه ، تاثير بسزايي در حل اين مشكل دارد .
ــ ديوار چسبي تفاضلي (Differential Sticking)
اختلاف فشار بين سيال سازند و سيال داخل چاه ( فشار سيال سازند كمتر از فشار سيال داخل چاه ) سبب چسبيدن لوله ها به يك طرف ديواره چاه مي شود ، كه با استفاده كوبه حفاري (Jar) مي توان لوله ها را آزاد نمود ، اما با كاربرد تاپ درايو به دليل ماهش زمان اتصالات و چرخش و بالا آمدن همزمان ، ديوار چسبي تفاضلي بالقوه كاهش مي يابد و در صورت بروز چنين مساله اي با اعمال گشتاور به رشته حفاري لوله ها به مركز چاه هدايت مي شود .
ــ جاكليدي يا شيار در ديواره چاه (Key Seating)
قابليت چرخش رشته حفاري حين لوله بالا يا پايين سبب كاهش گير كردن آن ها در طول چاه و نيز باعث جلوگيري از بوجود آمدن جاكليدي يا شيار در ديواره چاه مي شود .
ــ برآمدگي ها (Ledges)
قابليت چرخش و بالا آمدن همزمان تاثير بسزايي در حذف برآمدگي هايي دارد كه بطور ناخواسته در حفاري به وجود آمده است .
ــ افزايش قدرت كشش (Increased Drag)
قابليت چرخش حفاري در زمان پيمايش و همچنين نيروي كشش لازم جهت لوله بالا در قسمت هايي كه داراي تورك بالا (High side of build radius) مي باشد بويژه در چاه هاي افقي و جهتدار كاهش مي يابد .
ــ مانع (Bridging)
تاپ درايو با قابليت تراش معمول و معكوس (Ream & Back Ream) ، در قسمت هاي سست و ناپايدار سازند موانع موجود در مسير چاه از بين مي برد .
ــ بهبود وضعيت ديواره چاه (Hole conditioning)
سهولت پيمايش رشته حفاري به منظور تميز كردن چاه و گردش گل ، ريسك گير كردن لوله ها را بطور چشمگيري كم مي كند .
ــ دسترسي به دكل
مكان چرخش رشته حفاري در پيمايش رشته حفاري سبب كاهش نيروي كشش لازم مي شود كه بالطبع گزينه هاي بيشتري در مورد دكل حفاري پيشنهاد مي گردد . در بسياري از موارد انتخاب يك دكل كوچكتر از هزينه هاي روزانه و جابجايي كاسته و همچنين اجاره فضاي مورد نياز نيز كاهش مي يابد .
ــ پاچه سگي (Dog leg)
Dog Leg هايي كه بطور ناخواسته بر اثر اعمال وزن هاي زياد بر روي مته و يا موارد ديگر از جمله سست بودن سازند در مسير چاه به وجود مي آيد با تراش معكوس (Back Ream) از بين مي رود .
ــ راندن لوله هاي جداري و آستري
راندن لوله هاي جداري با تاپ درايو ، سرعت راندن لوله هاي جداري را بالا برده و نياز با دستگاه مجزا براي راندن لوله هاي جداري نمي باشد با استفاده از تبديل دوگانه و كنترل دقيق گشتاور لوله هاي جداري داخل چاه چرخيده و گردش گل صورت مي گيرد . وزن تاپ درايو و لوازم جانبي نيز ريسك گير كردن لوله هاي جداري را كاهش مي دهد . حفار مي تواند لوله هاي جداري را چرخانده و همزمان با آن پيمايش را انجام دهد .
ــ ايمني و كنترل چاه
ايمني و كنترل چاه در حفاري قائم و افقي مشابه يكديگر است و سيستم تاپ درايو قابليت اتصال به لوله هاي حفاري در هر وضعيت از سكوي حفاري را دارد كه برقراري مجدد گردش گل ، يا با بستن شيرهاي ايمني ، سبب افزايش ايمني و كنترل چاه مي شود .
5 – مورد مطالعه شده
حفاري افقي در ذخائر نفت سنگين كم عمق غرب آلبرتا واقع در كانادا بطور گسترده مرسوم مي باشد . چاه هاي اين منطقه معمولا بصورت كلاستري حفاري مي شوند و در هر كلاستر از 3 تا 8 چاه حفاري مي گردد . بر اساس برنامه حفاري 11 چاه مي بايست توسط شركت Strick Energy Inc. در سازند صد در صد ماسه ي Bolney در فاصله زماني نوامبر تا سپتامبر 1995 حفاري مي گرديد .
4 چاه اول بدون تاپ درايو و 7 چاه مابقي با تاپ درايو از نوع متحرك هيدروليكي حفاري گرديد .
برنامه حفاري چاه ها با اين صورت بود :
لوله جداري سطحي 8/133 اينچ در عمق 110 متري .
نقطه شروع انحراف چاه (Kick off) در عمق 285 متري .
بخش مياني چاه با مته 8 اينچ و گشاد كننده 4/1 – 12 .
لوله جداري مياني 8/5 – 9 اينچ واقع در 570 متري .
بخش افقي با مته 8/6 – 8 اينچ و فاصله افقي 450 متري .
Slotted liner ، 7 اينچ و فاصله افقي 450 متري .
ولي در حفاري مشكلاتي از نظير گير كردن لوله ها بصورت ديوار چسبي تفاضلي ، جاكليدي يا شيار در ديواره چاه و به هم آمدن چاه و يا فرو ريختگي آن اتفاق افتاد كه در مقابل از نيتروژن براي سبك كردن گل و از كوبه حفاري براي آزاد كردن لوله ها استفاده گرديد كه هيچ يك موثر نبودند و سه بار كابل رشته حفاري از دست رفت .
در چاه هاي بعدي كه از تاپ درايو استفاده گرديد نتايج كاملاً متفاوتي به دست آمد مه در ذيل بدان اشاره شده است .
4 چاه اول در مدت زمان 61 روز حفاري شده و كل متراژ حفاري نهايي 2050 متر بود كه نهايتاً 43/3 ميليون دلار كانادايي از قرار هر متر حفاري 1670 دلار هزينه داشت .
7 چاه بعدي در مدت زمان 70 روز حفاري شدند و كل متراژ حفاري نهايي 3040 متر بود كه 27/3 ميليون دلار كانادايي از قرار هر متر حفاري 1080 دلار هزينه داشت .
حفاري با تاپ درايو حفر چاه افقي را همراه با اجراي موفق و اقتصادي نموده و سبب افزايش ميزان كنترل و پيش بيني نتايج و كاهش هزينه ها بويژه هزينه هاي روزانه دكل (دكل روز) را به دنبال دارد .
البته انتخاب تاپ درايو از لحاظ نرخ بار روي مته و دور در دقيقه بايد متناسب با شرايط چاه باشد و واحد تامين نيروي اضافه براي تاپ درايو مي بايست مهيا باشد . همچنين قرارداد اجاره بايد تمامي نيازهاي مشتري را برطرف نمايد و چگونگي كاربرد محرك فوقاني از نظر كاركرد در تمامي چاه يا در بخش هاي بحراني مورد بررسي قرار گيرد .