سبد خرید شما خالی است.
نفت چگونه تشکیل می شود
میلیون ها سال قبل، جلبک ها و گیاهانی در دریا های کم عمق زندگی می کردند. پس از مرگ و فرو رفتن آنها در بستر دریا، مواد ارگانیک (آلی) با سایر رسوبات ترکیب شدند و دفن شدند. در طول میلیونها سال و تحت فشار و دمای بالا، باقی مانده این ارگانیزم ها به چیزهایی تبدیل شدند که ما امروزه از آنها تحت عنوان سوخت فسیلی یاد می کنیم.
این خلاصه ای از چگونگی شکل گیری نفت است.
زغال سنگ، گاز طبیعی و نفت و بعد از آن قیر طبیعی که از نفت در طی سالهای متمادی شکل می گیرد از جمله مواد و سوخت های فسیلی هستند که با چنین شرایطی ایجاد می شوند.
امروزه نفت در مخازن زیر زمینی گستردهای که دریاهای گذشته در آنها قرار داشتند، یافت می شود. ذخایر نفت را می توان در زیر زمین و یا زیر بستر اقیانوس ها پیدا کرد. قیر معدنی یا بیتومین در دل کوهها با ماشین آلات مخصوص و نفت خام با استفاده از ماشین های حفاری عظیم استخراج می شوند.
ویژگی های نفت
نفت خام به طور معمول سیاه و یا قهوه ای تیره است، اما می تواند ته رنگی از رنگ های زرد، قرمز، برنزی و یا حتی سبز داشته باشد. بیتومین یا بیتومن نیز دارای رنگ قهوای تیره متمایل به سیاه می باشد، این تنوع رنگ نشان دهنده ترکیبات شیمیایی خاصی هستند که منابع مختلف تشکیل نفت خام و قیر معدنی دارند. به عبارت بهتر این ترکیبات در شکل گیری نفت دخیل بوده اند.
به عنوان مثال حضور فلزات و یا گوگرد منجر به روشن تر شدن رنگ نفت می شود.
گازوئیل، محصول مهم و از مشتقات نفت است که در زندگی هر روزه ما بسیار کاربردی است. گازوئیل را می توان به طور مجزا از فرایند شکل گیری نفت فراوری کرد و محصولات مختلف را از آن به دست آورد. تایرهای ماشین، یخچال، ژاکت و داروهای بیحسی از جمله این موارد هستند.
هنگامی که فراورده های نفتی مانند گازوئیل برای به دست آوردن انرژی سوزانده می شوند، گازهای سمی و مقادیر بسیاری دی اکسید کربن تولید می کنند. همچنین، سوزاندن سوخت های فسیلی به شدت بر آب و هوای ما تاثیر گذار است و تعادل طبیعی را بر هم می زند.
در زیر سطح زمین و حفره هایی که به سطح زمین راه دارند مقادیر بسیار زیادی نفت خام و قیر طبیعی یافت می شود. چاه های بسیاری برای استخراج نفت حفر شده اند. جالب است بدانید، نفت حتی در مناطق بسیار عمیق تر از این چاه ها نیز وجود دارد.
با این حال باید دانست که نفت مانند سوخت های فسیلی دیگر مثل زغال سنگ و گاز طبیعی تجدید پذیر نیست. میلیون ها سال طول میکشد تا فرایند تکمیل شود. به عبارت بهتر شکل گیری نفت و قیر معدنی دوباره هنگامی که آن را استخراج و مصرف کنیم، تقریبا هیچ راهی برای جایگزین کردن آن وجود ندارد.
ذخایر نفت رو به اتمام هستند. برخی متخصصان پیش بینی می کنند که پیک نفت تا سال ۲۰۵۰
محقق خواهد شد. یکی از حیاتی ترین موضوعات روز در زمینه تأمین انرژی جهان جایگزین های نفت است و صنایع بسیاری بر روی این موضوع تمرکز کرده اند. آیا می توان روشی دیگر برای شکل گیری نفت پیدا کرد؟ آیا برای روزی که جهان از سوخت های فسیلی خالی می شود آماده ایم؟
چگونگی شکل گیری نفت؛
کروژن چیست
شرایط زمین شناسی که در نهایت چگونگی تشکیل نفت را ممکن می کنند، میلیون ها سال قبل به وقوع پیوست، هنگامی که گیاهان، جلبکها و پلانکتونها در اقیانوسها و دریا های کم عمق انباشت شدند. این ارگانیزمها هنگام پایان یافتن چرخه زندگی شان به کف دریا ها فرو رفتند. در طول زمان، آنها در زیر میلیونها تن رسوبات و لایه های بیشتر از باقی مانده های گیاهان دفن و خرد شدند.
در نهایت، دریاهای قدیمی خشک شدند و حوضچه های خشکی تحت عنوان ”حوضه های رسوبی“ باقی ماندند. در عمق زیرین سطح این حوزه، مواد آلی در بین گوشته زمین در زیر با دمای بسیار بالا و میلیونها تن سنگ و رسوب در بالا فشرده می شوند.
در این شرایط اکسیژن تقریبا به طور کامل حضور ندارد، و مواد آلی شروع به تبدیل شدن به مادهای مومی شکل به نام کروژن (Kerogen ) می کنند. کروژن مادهای مهم در روند شکل گیری نفت به شمار می آید.
نفت از مواد آلی (ارگانیک) تشکیل شده که به صورت رسوبات در بستر دریا ذخیره و در عمدتا طی میلیون ها سال شکسته می شوند و تغییر شکل می دهند. اگر در یک منطقه ای سنگ های منبع، مخزن، پوشش و نیز یک دام وجود داشته باشد، امکان تشکیل نفت و وجود ذخایر نفت و گاز تجدید پذیر در آنجا وجود خواهد داشت.
بخش عمده ای از ذخایر نفت و گاز جهان در فلات قارهای نروژ ذخیره شده است که از یک لایه ضخیم خاک رس سیاه در چندین هزار متری زیر بستر دریا، منشا می گیرد. رس سیاه یک سنگ منبع است، به این معنا که منبع شامل مقادیر قابل ملاحظه ای از باقی مانده ارگانیکی است.
این رس حدود ۱۵۰ میلیون سال قبل در پایین دریایی انباشته شده است که بخش عمدهای از شمال غربی اروپای کنونی را پوشش میداده است.
بستر دریا راکد و مرده بود، در این ناحیه عمدتا در حالی که در لایه های بالایی آب زندگی جریان داشت.در ادامه فرایند شکل گیری نفت، با مرگ فیتوپالنکتون های میکروسکوپی، به زیر دریا فرو میرفتند و در مقادیر انبوه و در رسوبات خالی از اکسیژن انباشته می شدند. با گذشت زمان، آنها در مناطق عمیق تر دفن شدند و تحت فرایند طولانی تغییرات شیمیایی توسط تجزیه باکتریایی قرار گرفتند و نیز با ضخیم شدن توده رسوبات سنگین تر شدند. سرانجام این فرایندها منجر به تشکیل هیدروکربن های گاز و مایع در سنگ منبع می شدند.
کروژن یکی از محصولات تجزیه بی هوازی در فرایند تشکیل نفت است مخلوطی از ترکیبات آلی که در فشار و دمای بالا به آرامی نفت و گاز تولید می کنند. در فالت قاره ای نروژ، با افزایش هر کیلومتر عمق، ۲۵ درجه سانتی گراد دما افزایش پیدا می کند.
پس از صدها میلیون سال فرسایش و رسوب، سنگ منبع به زیر چندین کیلومتر از رس احتمالا و شن و ماسه ذخیره شده، دفن می شود. در بازه دمایی ۶۰ تا ۱۲۰ درجه، فرایند شکل گیری نفت به گاز تولید پایان می رسد و در دماهای بالاتر عمدتا می شود.
با شکل گیری نفت و گاز، آنها از سنگ منبع خارج می شوند و از آنجایی که هیدروکربن ها از آب سبکتر هستند، نفت و گاز به بخش بالایی سنگهای متخلخل دارای آب مهاجرت می کنند. مهاجرت نفت و گاز هزاران سال طول می کشد و ممکن است پیش از آن که به لایه ای از سنگهای غیرقابل نفوذ برسند، ده ها کیلومتر وسعت پیدا کنند. همچنین ممکن
است نفت و گاز به درون دریا نشت کنند.
سنگ های ذخیره ای، متخلخل هستند و همیشه با ترکیبات مختلفی از آب، نفت و گاز اشباع شده اند. آنها در واقع انبارهایی هستند که پس از شکل گیری نفت کارایی دارند. بیشتر ذخایر نفت نروژ در عصر ژوراسیک، در سنگ های مخزن ذخیره و در دلتا های بزرگ تشکیل شده و توسط رودخانه ها انباشته شده اند.
ذخایر اصلی نفت حوزه های گلفاکس ( Gull
fakss ،)اوسبرگ )Oseberg )و استافیورد ) Statf
jord )در دلتای بزرگ برنت وجود دارند و در عصر ژوراسیک شکل گرفته اند. همچنین مخازن بزرگی در شن و ماسه نیز وجود دارند که در جلگه های رسوبی دوره تریاسه (Triassic ،) دریاهای کم عمق دوره ژوراسیک پسین و نیز در دریای زیر زمینی دوره پالئوژن، به وجود آمدند. در بخش جنوبی دریای شمال، لایه های ضخیم گچی متشکل از اسکلت های
آهکی میکروسکوپی گیاهان و جانوران یک سنگ ذخیره مهم را شکل داده اند.
هرچه زمان، دما و فشار افزایش پیدا می کند، کروژن تحت تاثیر فرایندی به نام کاتاژنز ( cata
genesis ) قرار می گیرد و به هیدروکربن ها تبدیل می شود. هیدروکربن ترکیب ساده ای است که از هیدروژن و کربن تشکیل شده است. تنوع هیدروکربن ها در نتیجه تغییر میزان گرما و فشار به وجود می آیند. زغال سنگ، تورب (Peat ) و گاز طبیعی و قیر طبیعی مثال هایی از این جمله اند.
حوضه های رسوبی، محلی که در واقع بستر دریاهای قدیمی، منابعی کلیدی از نفت به شمار می آیند. در آفریقا،
حوضه رسوبی دلتای نیجر ـ(Niger ) سرزمین کشورهای نیجریه، کامرون و گینه استوایی را شامل می شود. بیش از ۵۰۰ ذخیره نفت در حوضه عظیم دلتای نیجر کشف شده و در مجموع آن را به یکی از پرحاصل ترین منابع نفتی آفریقا تبدیل کرده است.
شیمی و رده بندی نفت خام
گازوئیلی که به عنوان سوخت خودرو هایمان استفاده می کنیم، پارچه های مصنوعی به کار رفته در کیف و کفش مان جوهر واکس و هزاران محصول کارآمد و متفاوت دیگر از نفت و قیر معدنی بیتومین تشکیل شده اند. به عبارت دیگر آنها شکلی پایدار و قابل اتکا از نفت هستند.
با این حال نفت خام که منشأ همه این موارد است، پایداری و یکپارچگی آنها را ندارد.
شیمی نفت
نفت خام از هیدروکربن ها تشکیل شده است، از هیدروژن (حدود ۱۳ درصد) ترکیباتی که بیشتر و کربن (حدود ۸۵ درصد) ساخته شده اند. سایر عناصر مانند نیتروژن (حدود 5/0 درصد)، گوگرد (5/0 درصد)، اکسیژن (۱ درصد) و فلزاتی مانند آهن، نیکل و مس (کمتر از 1/0 درصد) نیز می توانند در مقدار کم با هیدروکربن ها ترکیب شوند.
نحوه ای که مولکولها در این هیدروکربن ها آرایش می یابند در نتیجه ساختار اولیه جلبک ها، گیاهان و پلانکتونها در میلیونها سال قبل است.
میزان گرما و فشاری که گیاهان در معرض آن قرار می گرفتند نیز عاملی بر تنوع هیدروکربن های نفت خام است.به دلیل این تنوع، نفت خامی که از زمین خارج می شود میتواند شامل صدها ترکیب نفتی مختلف باشد. نفت سبک می تواند تا ۹۷ درصد هیدروکربن داشته باشد، در حالی که نفت های سنگین تر و قیرها ممکن است تنها ۵۰ درصد هیدروکربن و مقادیر زیادی از سایر عناصر را در برداشته باشند. بنابراین برای تولید فراورده های نفتی مختلف همیشه نیاز است تا نفت را آماده کنیم.
رده بندی انواع نفت
بر اساس یک فهرست کلی می توان نفت را طبقه بندی کرد:
•موقعیت جغرافیایی محل حفاری
•میزان محتویات گوگرد
•گرانش (API ) نوعی میزان برای چگالی
1 . رده بندی بر اساس موقعیت جغرافیایی محل حفاری استخراج نفت در سراسر جهان انجام می شود.
با این حال سه منبع اولیه وجود دارد که از آنها برای رتبه بندی و قیمت گذاری سایر منابع استفاده می شود. نفت برنت، نفت اینترمیدیت تگزاس غربی و نفت دبی-عمان.
نفت برنت ترکیبی است که از ۱۵ میدان نفتی مختلف در بین اسکاتلند و نروژ در دریای شمال می آید. این میدان های نفتی بخش عمدهای از اروپا را تأمین می کنند.
نفت اینترمیدیت تگزاس غربی: نفت خام سبکی در ایالت تگزاس آمریکا تولید است که عمدتا می شود. نفت خام سبک، کیفیت بسیار زیادی دارد و از جمله ویژگی های آن می توان به چگالی، ویسکوزیته و وزن مخصوص پایین و گرانش API و شکست هیدروکربنی بالا اشاره کرد. نفت خام سبک مقداری موم (وکس) دارد.
عموما نفت خام دبی– عمان (نفت فاتح): نفت ترش و سبکی است که در دبی در امارات متحده عربی و در کشور عمان تولید می شود. نفت دبی- نیز اخیرا عمان، مرجعی برای قیمت گذاری بخشهای نفتی به بخش های مختلف خلیج فارس است و بیشتر به آسیا صادر می شود.
نفت اوپک چیست
کارتل بین المللی اوپک، یکی دیگر از مرجع های مهم نفتی است. اوپک سازمان کشورهای صادرکننده نفت (OPEC ) است. کارتل بین المللی اوپک میانگین قیمتی برای ۱۲ کشور عضو خود در نظر گرفته است.
این کشورها شامل : الجزایر، آنگولا، اکوادر، ایران، عراق، کویت، لیبی، نیجریه، قطر، عربستان سعودی، امارات متحده عربی و ونزوئلا هستند.
2 .رده بندی بر اساس محتویات گوگرد
گوگرد به عنوان یک ناخالصی در نفت به حساب می آید. گوگرد در نفت خام می تواند منجر به خورده شدن فلزات در فرایند پالایش شود و بدین ترتیب درآلودگی هوا سهیم باشد. به نفتی که بیش از 5/0
درصد گوگرد داشته باشد، نفت ترش و به نفتی که کمتر از 5/0 درصد گوگرد داشته باشد نفت شیرین گفته می شود.
همان گونه که پیداست، نفت شیرین ارزش بیشتری دارد، چرا که نیاز به پالایش کمتری دارد و آسیب کمتری به محیط زیست وارد می کند.
3 .رده بندی بر اساس گرانش
مؤسسه نفت آمریکا (API ) یک اتحادیه تجاری برای کسب کارهای مرتبط به صنایع نفت و گاز طبیعی است. مؤسسه نفت آمریکا سیستم استاندارد پذیرفته شده ای برای محصولات مرتبط با نفت و گاز، مانند پیمانه ها، پمپ ها و ماشین آلات حفاری ایجاد کرده است. این مؤسسه همچنین اقدام به ایجاد واحدهای اندازه گیری مختلف کرده است. به
عنوان مثال واحد (API ) شاخصی برای اندازه گیری میزان تشعشعات گاما میله حفاری است.
گرانشای پی آی (gravity API )نیز شاخصی برای اندازه گیری چگالی نفت خام مایع در مقایسه با آب است. اگر گرانشای پی آی نفت خام بزرگتر از ۱۰ باشد به آن “نفت سبک” گفته می شود؛ نفت سبک بر روی آب شناور می ماند. اما اگر این شاخص کوچکتر از ۱۰ باشد، این نفت در آب فرو رفته و نیز به آن “نفت سنگین” گفته می شود.
به طور کلی نفت سبک بیشتر ترجیح داده می شود، چرا که هیدروکربنهای آن بازده بالاتری دارد. اما نفت سنگین دارای غلظتهای بیشتری از فلزات و گوگرد است و به همین دلیل به پالایش بیشتری نیاز دارد.
1-5 – استخراج نفت
در برخی مناطق، نفت به روی سطح زمین می جوشد. به عنوان مثال در بخش های عربستان سعودی و عراق، سنگ متخلخل به نفت اجازه می دهد تا در تالاب های کوچکی به سطح زمین تراوش کند. با این حال بخش عمده ای از نفت در
ذخایر نفتی زیر زمینی به دام افتاده است.
به مقدار کل نفت یک مخزن نفتی »نفت در جای«
(place-in-oil )گفته می شود. بسیاری از مایعات نفتی که یک نفت در جای مخزن را تشکیل می دهند، غیر قابل استخراج هستند. حفاری برای به دست آوردن این مایعات نفتی، بسیار دشوار، خطرناک و پرهزینه است.
بخشی از نفت درجای مخزن که قابل استخراج و پالایش است را ذخایر نفتی مخزن می گویند.
ذخایر نفت ثابت شده یک پایگاه، مهم ترین عامل در تصمیم گیری برای سرمایه گذاری در عملیات حفاری یک مجموعه به شمار می رود. حفاری های نفتی همچنین می توانند توسعه ای، اکتشافی و هدایتی باشند.
حفاری در منطقه ای که تا پیش از ذخایر نفتی در آن یافت شده بود را حفاری توسعه ای می نامند.
خلیج پرودو (Prudhoe ) در آلاسکا بزرگترین ذخیره نفتی در آمریکای شمالی به شمار می رود.
حفر چاه های جدید و گسترش تکنولوژی استخراج مواردی است که استخراج توسعه ای خلیج پرودو را شامل می شود.
در منطقه ای که تاکنون ذخایر نفتی در آن وجود نداشته می توان حفاری اکتشافی انجام داد. این نوع حفاری که تحت عنوان حفاری وحشی نیز شناخته می شود، نوعی کسب و کار پرخطر است که احتمال شکست در آن بسیار بالا است.
با این حال آنچه از یک حفاری اکتشافی موفقیت آمیز نصیب سرمایه گذاران می شود بسیاری را برای انجام چنین کاری ترغیب می کند. به عنوان مثال می توان از گلن مک کارتی نام برد. او به »پادشاه حفاری اکتشافی« مشهور است؛ چرا که در دهه ۱۹۳۰ در مخزن نفتی بزرگ اطراف شهر هیوستون در تگزاس موفق شد ۳۸ مرتبه اکتشاف نفت انجام دهد و از این طریق میلیون ها دلار درآمد کسب کند.
حفاری هدایتی هنگامی رخ می دهد که در یک ذخیره نفتی شناخته شده به صورت عمودی شروع به حفاری کنید و سپس جهت حفاری خود را به اندازه زاویه کوچکی تغییر داده تا بدین وسیله بتوانید به ذخایر دیگری متصل شوید. نخستین جنگ خلیج فارس در سال ۱۹۹۱ نیز به دلیل اتهامات مربوط به حفاری هدایتی بود.
1-6 – روشهای حفاری نفت
امروزه در صنعت نفت، صنعت حفاری حرف اول را میزند و مالک قدرت شرکت های نفتی محسوب می شود.
حفاری به ۲ روش انجام میشود:
•حفاری دورانی (drilling rotational)(Cable tool drilling) ضربه ای حفاری •
امروزه حفاری ضربه ای کاربرد زیادی ندارد و تمامی چاه ها به روش حفاری دورانی ( rota
تقریبا drilling tional )حفر می شوند
حفاری دورانی
سیستم های مختلف دکل حفاری در حفاری به روش دورانی، دکل شامل بخش های مختلفی است که هر یک از آنها نیز خود از اجزای دیگری تشکیل شده است. این قسمتها شامل:
(Rotational system)
1-دورانی سیستم
۲-سیستم تعلیق (Hoisting)
۳- ِ سیستم گردش گل (system Circulation)
4-قسمت تأمین کننده انرژی(system Power)
۵ -قسمت ایمنی
6-دیده بانی(Monitoring)
الف( سیستم دورانی (system Rotational)
این سیستم بر دو نوع است یک روش دورانی استفاده از دستگاه drive Top است و روش دیگر به وسیله دستگاه میزگردان (table Rotary )است
اجزاء سیستم دورانی از بالا به پایین عبارتند از:
1-Kelly : یک لوله استوانهای شکل است که مقطع آن مربع یا شش ضلعی منتظم است. این لوله ویژه روش حفاری با میزگردان است و در روش Top
drive از آن استفاده نمی شود.
Kel چرخش( Rotary TableR) : میزگردان
2- bushing ly که روی میز گردان قرار دارد باعث چرخش kelly می شود و با چرخش kelly ،لوله های حفاری و در نتیجه مته شروع به چرخش می کند. البته در روش drive Top به جای میزگردان از Top
drive استفاده می شود.
Drill یا Drilling pipeD
۳-رشته های حفاری (string ing : ) رشته های حفاری، لوله های استوانه ای شکلی هستند که دارای طولی در حدود ۳۰ فوت هستند. ابتدا ۳ رشته حفاری به هم پیوند می خورند که به آنها یک Stand گفته میشود و سپس Standها به درون چاه فرستاده می شوند.
۴ -Collar : لوله ای استوانهای شکل است که قطر و وزن آن نسبت به رشتههای حفاری بیشتر است و از آن برای اعمال نیرو بر روی مته استفاده می شود،
کاربرد دیگر آن شاقول کردن و یا در اصطالح مرکز کردن (Centralize )مته در داخل چاه است.
۵-مته (Bit) : برای حفر سازندها از آن استفاده می شود و دارای انواع مختلفی است مانند کاج دار، الماس طبیعی، مصنوعی و غیره که هر کدام کاربرد ها، مزیت ها و معایب خاص خود را دارند.
ـ عملکرد سیستم:
در سیستم table Rotary ،یک موتور زیر میز گردان قرار دارد و موجب چرخش آن می شود. چرخش bushing kelly که روی میزگردان قرار دارد و درگیر شدن دندانه های آن با دندانه های Kelly موجب چرخش Kelly می شود و در نتیجه
رشته های حفاری نیز شروع به چرخش کرده و در پایان چرخش را به مته منتقل می کنند، انتقال چرخش به مته نیز امکان حفاری سازند را می دهد.
اما در روش Drive Top ،هیچ یک از بخش های میزگردان، kelly و bushing kelly وجود ندارند و لوله های حفاری به طور مستقیم به موتوری پیوند می خورند که چرخش آنها توسط این موتور انجام می گیرد. از آنجا که با این روش سرعت تعویض رشته های حفاری، اضافه و کم کردن آنها بیشتر است، این روش امکان حفاری با سرعتی بیشتر از روش میزگردان را به حفار می دهد.
ب- سیستم تعلیق (system Hoisting )
اجزاء این سیستم شامل:
1 -اسکلت دکل (Derrick : ) که تمام اجزاء دکل روی آن سوار می شوند.
۲ -تاج دکل (block Crown : ) در واقع جعبه ای است که داخل آن چندین قرقره ثابت قرار می گیرد.
3 -جعبه متحرک (block Traveling : ) این بخش نیز همانند تاج دکل جعبهای است که داخل آن چندین قرقره قرار میگیرد و فرق آن با Crown
block در این است که block Crown ثابت است اما block Traveling متحرک است.
۴ -موتور متحرک (work Draw : )موتوری است که سیم های نگهدارنده را دور قرقره که در داخل خود قرار دارد، جمع یا باز می کند.
۵ -قرقره ذخیره (reel Storage : )قرقره ای است که سیم های نگهدارنده ذخیره، به دور آن جمع می شوند.
6 -سیم های نگهدارنده : سیم هایی هستند که نیرو را از work Draw به قسمتهای دیگر منتقل کرده و باعث بالا و پایین رفتن لوله ها داخل چاه می شوند.
7 -به بخشی از سیم که از work Draw خارج می شود و به تاج دکل میرسد line Fast گفته می شود. به بخش آخر سیم های نگه دارنده Dead
line گفته می شود.
8 -قالب (Hook : ) از این ابزار در سیستم های میزهای گردان استفاده می شود و برای آویزان کردن swivel به block Traveling مورد استفاده قرار می گیرد.
9 -هرزگرد (Swivel : ) این ابزار نیز در سیستم میزگردان مورد استفاده قرار می گیرد و در واقع هرزگردی است که باعث میشود kelly به راحتی داخل Swivel بچرخد.
– عملکرد سیستم:
حرکت جعبه متحرک، موجب حرکت رشته های حفاری که به قالب متصل به جعبه متحرک پیوند خورده اند، می شود. از کارکرد های سیستم تعلیق این است که وزن روی مته را تنظیم می کند یعنی با معلق نگه داشتن رشته های حفاری، وزن روی مته را به صفر و با به پایین حرکت دادن آن ها، وزن روی مته را افزایش می دهد. از کارهای دیگر آن داخل و
خارج کردن لوله های حفاری جهت مقاصد مختلف مانند اضافه کردن لوله های حفاری، تعویض مته و مقاصد دیگر است.
عملکرد سیستم اینگونه است که سیم های نگهدارنده از work Draw خارج شده و به داخل block Crown می رود و به دور قرقره های درون و می پیچد Crown block و Traveling block
سپس به یک قرقره ثابت در سمت دیگر دکل منتقل می شود و در نهایت به پایه دکل حفاری در همان سمت محکم می شود، انتهای سیم به دور قرقره ذخیره پیچیده می شود که اگر سیم فرسوده شد سیم را تعویض کنند.
ِ ج- سیستم گردش گل حفاری ( Circulation
system
اجزاء تشکیل دهنده این سیستم شامل:
۱ -پمپ ِ های گل(pumps : )که گل را با فشار به داخل رشته های حفاری و از آنجا به درون چاه پمپ می کند
2 -pipe Stand : لوله ای عمودی که گل از آن به داخل hose Kelly منتقل می شود.
3 -hose Kelly : شیلنگ مرتجعی است که گل حفاری را از pipe Stand به Kelly منتقل می کند.
4 -Kelly و رشته های حفاری: که گل از درون آنها به مته میرسد و سپس وارد فضای حلقوی بین رشته های حفاری و دیواره چاه می شود.
۵ -فضای حلقوی (annulusِ : ) گل حفاری به همراه کنده های حفاری از داخل فضای حلقوی چاه به سطح می رسند. در واقع به فضای بین رشته های حفاری و دیواره چاه، فضای حلقوی گویند.
6 -shake Shale : غربالی است با مش های مختلف که هر کدام کنده های حفاری با سایزهای مختلف (در حد بزرگ تر از ماسه و رس) را از گل جدا می کنند.
7 -Desilter و Desander : قسمت های ریز کنده های حفاری، در سایزهای رس و شن که توسط shaker Shale قابل جدا شدن نیستند، را جدا می کنند.
ـ عملکرد سیستم:
در هر دکل به طور معمول ۳ پمپ وجود دارد، ۱ پمپ آن (by Stand ) خاموش است، اما معمولا آماده برای استفاده و ۲ پمپ آن روشن است. با پمپ کردن حفاری از محفظه به داخل pipe Stand منتقل می شود و سپس از طریق آن
به hose Kelly که یک شیلنگ مرتجع است، منتقل می شود. به دلیل ارتجاعی بودن این شیلنگ از نوسان Swivel جلوگیری می شود. گل حفاری بعد از hose Kelly به داخل Kelly و از آن جا به رشته های حفاری و مته منتقل می شود. گل خارج شده از مته به همراه کنده های حفاری از داخل فضای حلقوی (Annulus )به سطح می رسد و از آن جا که گل حفاری ما به کنده های حفاری آلوده شده است،
این کنده ها توسط Desander ,shaker Shale و Desilter- جدا شده و گل حفاری دوباره توسط پمپ به داخل چاه فرستاده می شود.
د – سیستم قدرت :
این سیستم برق و نیروی محرکه مورد نیاز برای حفاری را فراهم می کند که شامل ترانزیستورهای مختلفی با توان های متفاوت است.
ه- سیستم کنترل کننده (Controlling
)system
اجزای این سیستم شامل:
1 -لوله های جداری(Casing)
لوله های جداری وظایف مختلفی را برعهده دارند به عنوان مثال جدا کردن سازندهای مختلف از یکدیگر، جلوگیری از امتزاج سیالات سازندهای مختلف و غیره. این لوله های جداری توسط سیمان به دیواره چاه می چسبند و از بالا نیز نگه داشته می شوند.
انواع لوله های جداری عبارتند از:
ـ لوله هادی pipe Conductor
که دکل حفاری روی آن سوار می شود.
ـ لوله جداری سطحی casing Surface
که مانع از امتزاج نفت و سیالات حفاری با سفره آبهای زیرزمینی و آلوده شدن این آبها می شود.
ـ لوله های جداری میانه Intermediate
اگر خواستیم در مسیر حفاری سازندی را از سازندهای دیگر جدا کنیم از آن استفاده می کنیم.
ـ لوله جداری تولیدی casing Production
که درقسمت مخزنی چاه نصب می شود و هنگام بهره برداری آن را سوراخ می کنند و از آن بهره برداری می کنند.
ـ آستریLiner
این نوع لوله های جداری تا سطح کشیده نمی شوند بلکه تا پایین ترین قسمتی که لوله جداری قبلی گذاشته شده است ادامه دارد.
BOP)(Blow Out)) گیرها فوران Preventor
فوران گیر ابزاری است که از یک بدنه اصلی و تعدادی شیر کنترل تشکیل شده است و طی عملیات حفاری روی سر آخرین لوله جداری که در چاه رانده شده بسته می شود. بخش های مختلف فوران گیر شامل شیرهای ورودی و خروجی گل، شیر ورودی Annulus و Blind rams و Shear rams ،سیمان preventor است.
rams Shear : وسیله ای است که هر گاه چاه دچار فوران شد و نتوانند فوران آن را کنترل کنند، این ابزار از سر چاه لوله ها را می برد و دهانه چاه را به طور کامل می بندد. این ابزار بیشتر در چاه های مخازن گازی کاربرد دارد.
rams Blind : هر گاه فورانی صورت گیرد و سیالی از داخل لوله های حفاری به خارج چاه فوران کند این ابزار قسمت دهانه لوله حفاری را مچاله می کند و مانع خارج شدن سیال از این طریق می شود.
preventor Annulus : هر گاه فوران از طریق فضای حلقوی صورت گیرد این ابزار به اطراف لوله های حفاری محکم می شود و فضای حلقوی بین لوله های حفاری و دیواره چاه را می بندد.
و- Monitoring :
تمام فشارها در تمامی فشار سنجها به صورت دیجیتال روی صفحه نمایشگر(Monitor )در جلوی man Company قرار دارد و این شخص می تواند تمامی آنها را چک کند این اطلاعات شامل فشار، وضعیت پمپها، عمق حفاری، وزن روی مته و غیره می باشد.
1-7 -انواع دکل های حفاری
انواع دکل های حفاری عبارتند از:
1 -دکل های خشکی(Onshore)
دکل های خشکی خود با توجه به قابلیت های حفاری و عمقی که می توانند حفاری کنند به انواع زیر تقسیم می شوند:
1-1(Light) سبک دکل های
1-2 (Heavy)سنگین دکل های ۲-۱
1-3(Super heavy)سنگین فوق دکلهای۱
۱-۴ دکل های قابل حمل(Portable)
2 -دکل های دریایی(Offshore)
به انواع مختلفی تقسیم می شوند که شامل:
1-2شناور
۲-۲ غیر شناور
2-1 انواع دکل های شناور عبارتند از:
submersible حفاری کشتی
دراین نوع ، حفاری روی کشتی انجام می شود که نیازمند برخورداری از تکنولوژی بسیار بالایی است.
semi- submersible ۲-۱-۲
در روش submersible- semi محفظه های هوایی وجود دارد که دکل روی این محفظه ها قرار گرفته است و روی آب شناور می ماند؛ هر چه این محفظه های بزرگ هوا را خالی و بیشتر از آب پرکنیم سطح سکوی حفاری ما پایین تر می آید و به این طریق می توان سطح سکوی حفاری را تنظیم کرد.
۲-۲ دکل های غیر شناور
این دکل ها شامل:
۲-۲-۱ Platform : دکل های ثابتی هستند که بعد از حفاری دیگر کاربردی ندارند و نمی توان آنها را حمل و منتقل کرد.
Plat-( ارتفاع نوع این در : Jack- up ۲-۲-۲
form )سکوی حفاری قابل تنظیم است و می توان با توجه به ارتفاع موج های دریا که در منطقه ایجاد می شود، سطح سکوی حفاری را بالا یا پایین آورد.
1-8 -مشکلات حفاری
ورود سیالات از سازندها به درون چاه (Blow Out) گلی که در داخل چاه فرستاده می شود دارای فشار مشخصی است که با استفاده از این فشار سازندها و سیالات موجود در این سازندها را کنترل می کنند. اگر فشار گل کمتر از فشار سازند باشد، باعث می شود سیالات موجود در این سازندها به درون چاه نفوذ کنند. اگر این سیال گاز یا بخار آب باشد، بسیار خطرناک است؛ حتی اگر سیال وارد شده مایع باشد نیز زیان آور است و باعث تغییر ماهیت گل ما می شود و می تواند گل ما را از بین ببرد. به پدیده وارد شدن سیالات از سازندها به ِ داخل گل Out Blow گویند.
از دست رفتن گل (loss Mud ) این فرایند عکس فرایند Blowout است، یعنی ِ فشار گل به حدی زیاد است که گل حفاری به داخل سازند نفوذ می کند و باعث هدر رفتن گل حفاری می شود. اگر این امر در لایه ی مخزن اتفاق بیافتد،
باعث پرشدن خلل و فرج مخازن نفت و گاز توسط قسمتهای جامد گل حفاری(cake Mud )که در اصطلاح گل کبره ای گفته می شود شده و از میزان بهره دهی مخزن کاسته می شود. در بهترین حالت از دست رفتن گل حفاری، باعث ایجاد خسارت مالی می شود. باید یاد آور شد که گل حفاری پیچیده ترین سیالی است که بشر به آن دست یافته است و ماده ارزان قیمتی نیست.
هرز رفتن آب ِگل حفاری (loss Filler) گاهی گل به طور کامل وارد سازند نمی شود و فقط آب آن داخل سازند می شود و این امر باعث خراب شدن گل حفاری می شود و کارایی گل حفاری را کاهش می دهد.
گل حفاری دارای کارایی های زیر است:
1 -اصطحکاک بین مته و لایه های سنگی را کم می کند تا حفاری روانتر پیش رود و مته در سنگ گیر نکند.
۲ -حرارت ناشی از اصطحکاک بین مته و لایه های سنگی را به سرچاه منتقل می کند.
3 -خرده سنگ های ناشی از حفاری را که در صورت ماندن در ته چاه به رشته حفاری گیر کرده و مانع حرکت آن می شوند، از چاه بیرون می آورد.
۴ -ِ گل کبره ای (cake Mud ) جداره ای بر دیواره ایجاد می کند. در این صورت برخی از لایه های سنگی (غیر مخزنی) که سست و ناپایدارند و ممکن است دهانه چاه در محل آنها با مشکل ریزش یا گرفتگی مواجه شود، با این جداره پوششی پایدار می شوند.
۵ -در مسیر رسیدن به لایه مخزنی، چاه از میان لایه های زیادی عبور می کند بعضی از این لایه های خود متخلخل و در برگیرنده مقداری سیال هستند.
ِ فشاری که ستون گل حفاری بر دیواره چاه وارد می کند، سبب می شود این سیالات وارد چاه نشوند، شاید این مهمترین کارکردی باشد که گل حفاری در مرحله حفاری دارد. گیر کردن ابزار حفاری درون چاه ممکن است در حین حفاری یا کارهای دیگری که درون چاه انجام می شود، برخی از ابزارهای حفاری درون چاه گیر کنند و یا به درون آن بیفتند، متداول ترین آنها گیر کردن رشته های حفاری به دیواره چاه است که به آن Stacking گویند. همچنین ممکن است قطعه ای به درون چاه بیفتد که در این صورت باید با روش ها و ابزارهای مانده یابی (Fishing ) آن قطعه را خارج کرد.
ریزش لایه ها درون چاه در حین حفاری ممکن است به لایه هایی برسیم که بسیار سست هستند و به درون چاه ریزش
می کنند. یا ممکن است لایه ای که حفاری می کنیم از جنس رس باشد و در تماس آب گل حفاری با آن سازند، افزایش حجم پیدا کند و چاه را ببندد. روشی که برای حل این مشکل پیشنهاد می شود؛ این است که تا جایی که امکان دارد از گلی با پایه های روغنی توسط لوله جداری استفاده شود و سازند نیز سریعا (Casing ) پوشانده شود. اما اگر سازند، سست باشد به درون چاه ریزش میکند و ممکن است باعث مدفون شدن مته حفاری نیز شود. روشی که برای جلوگیری از این مشکل پیشنهاد می شود این است ِ که گل حفاری را طوری طراحی کنند که در محل سازند سست، ِگلکبره (cake Mud ) زیادی ایجاد شود و مانع ریزش سازند شود.
1-9 -تکنولوژی روشهای حفاری
انواع روشهای حفاری از نظر جهت حفاری عبارتند از:
حفاری عمودی (drilling Vertical)
در این روش حفاری به صورت عمودی نبست به سطح زمین انجام می شود اما در هر حفاری یک انحراف از مسیر (Drift ) وجود دارد که در روش عمودی این انحراف باید خیلی کم و در حد ۱ درجه تا ۲ درجه باشد.
حفاری انحرافی (well Slant)
در این روش حفاری نبست به محور عمود بر سطح زمین دارای زاویه می باشد حتی ممکن است در حفاری عمودی در یک قسمت به عنوان نمونه رشته های حفاری به دیواره چاه گیر کنند و نتوان آنها را آزاد کرد و مجبور شویم آن قسمت لوله های حفاری که به دیواره چاه گیر کرده است را قطع کنیم و پس از سیمان کردن آن قسمت با استفاده از روش حفاری انحرافی این منطقه را دور زده و دوباره در مسیر حفاری قبلی بازگردیم.
حفاری افقی (drilling Horizontal )
در این روش، حفاری با زاویه ۹۰ درجه نبست به محور چاه انجام می شود. این نوع حفاری می تواند درسنگ مخزن بسیار به صرفه باشد چرا که سطح تماس مخزن را با چاه افزایش داده و در نتیجه باعث برداشت بیشتر و بهتر از مخزن می شود، اما این روش نیاز به تکنولوژی بالایی نیز دارد.
Multi lateral Drilling
این روش بیشتر در چاه هایی مورد استفاده قرار می گیرد که بر روی دریا قرار دارند(Offshore ) یا همان سکوهای نفتی و گازی دریایی. به این ترتیب که از یک سکو در جهت های مختلف حفاری انجام می شود هم زمان می توان چندین نقطه در یک مخزن یا مخازن مختلف را حفاری کرد.
حفاری زیر فشارBalance Under : Drilling UBD
این روش دارای سرعت حفاری بسیار بالایی است، در این تکنیک فشار گل حفاری را با رعایت استاندارد‌های مختلف که باعث فوران چاه نشود به زیر فشار سازند و سیال موجود در آن می رسانند.کاربرد اصلی این روش در حفاری سازندهای سخت می باشد به این ترتیب که اگر فشار روی این سازند ها کم باشد فشار خود سازند موجب پاشیده شدن سازند می شود و سرعت حفاری را تا حد زیادی بالا می برد البته این روش نیاز به تکنولوژی پیشرفت های دارد.
