دانلود مقاله اهداف نهایی حفاری

اهداف حفاری:

برقراری ارتباط از یک بخش معدن به بخش دیگری از آن (حفاری معدنی)

اکتشاف کانیهای مفید (اکتشافی)

دستیابی به نمونه های داخل زمین و مطالعات زمین شناسی

انفجار و دسترسی به مواد معدنی جهت استخراج معدنی

دسترسی به آب ،‌نفت،‌گاز وسایر مواد معدنی و استخراج آنها

روش های اکتشافی مقدم بر حفاری:‌

روش های ژئوفیزیکی: شامل گرانی سنجی،‌مغناطیس سنجی و لرزه نگاری که در اکتشاف نفت به کار میرود.

روش های مگنتومتری زمینی و هوایی که در اکتشاف کانسارهای آهن از اهمیت خاصی برخوردار است.

روش های ژئوالکتریک در مطالعات هیدرولوژی و آب شناسی

رادیومتری از خاصیت رادیواکتیویته بعضی از عناصر توسط دستگاههای نظیر "گایگرسلر" یا "گایگر کانتور" برای اکتشاف آنها مورد استفاده می شود.

ژئوشیمی با نمونه برداری های مختلف از آبهای جاری، راکد،‌ گیاهان، خاک، رسوبات رودخانه ای و ... جهت عناصر محتلف که قبل از شروع حفاری به عمل می آید به ترتیب اجرا به شرح زیر خواهد بود:

اقداماتی که قبل از شروع حفاری به عمل می آید، به ترتیب اجرا به شرح  زیر خواهد بود:

جمع آوری اطلاعات و مفروضات لازم برای طراحی چاه و مطالعه و بررسی دقیق آنها

طراحی نمودن یک چاه فرضی که در بین چند حلقه چاه یک ناحیه ابعادی متوسط داشته باشند طراحی نمودن شامل موارد زیر است:

1-2- طراحی انواع سیال حفاری شامل (نوع، اعماقی که مورد استفاده قرار می گیرد، خواص فیزیکی سیال؛ نوع و مقدار و هزینه مواد مورد نیاز جهت تهیه و نگهداری سیال، روش تهیه و نگهداری سیال و...)

2-2- طراحی لوله های جداری (شامل: اندازه لوله و عمق نصب آن، نوع لوله، مقدار و هزینه لوله های جداری و وسایل مورد نیاز برای نصب و سیمانکاری آن، برنامه سیمان کاری، آزمایش دستگاههای کنترل فوران و...)

3-2- طراحی مته های حفاری (شامل :‌اندازه، نوع، تعداد ،‌اندازه فواره مته،‌وزن روی مته، دور آن، هزینه و...)

4-2- طراحی رشته حفاری (شامل: اندازه و نوع لوله حفاری، لوله های طوق مته (لوله های اضافی) وسایل کنترل کننده انحراف و...

5-2- طراحی جریان گل حفاری (شامل: میزان جریان، قدرت هیدرولیکی مورد نیاز، اندازه فواره مته ،‌سرعت سیال در فواره مته ، سرعت سیال در فضای حلقوی و...)

6-2- برآورد زمان مورد نیاز برای اجرای برنامه حفاری یک حلقه چاه، تهیه برنامه زمان بندی عملیات حفر چند حلقه چاه.

3) برآورد مقدار مواد و مصالح مورد نیاز یک حلقه چاه فرضی و بر اساس آن تدوین برنامه دریافت و مصرف مواد مورد نیاز کلیه چاهها.

4) انتخاب دستگاههای حفاری مناسب که قادر به حفر چاههای برنامه ریزی شده باشد،‌انتخاب سیستم کنترل فوران ، اقدام به موقع برای تامین آنها.

5) برآورد بودجه مورد نیاز عملیات و تهیه و برنامه زمان بندی دریافت و مصرف آن.

6) پیاده نمودن محل چاهها در روی زمین ،‌اقدام به موقع جهت احداث جاده و محل چاه با حصول اطمینان از امکان تامین به موقع آب مصرفی و سوخت مواد غذایی و آب نوشیدنی و...

7) پیگیری مداوم اقدامات فوق الذکر تا حصول به نتیجه نهایی در محدوده زمانی تعیین شده

8) تهیه برنامه حفاری چاه در آخرین فرصت مناسب قبل از شروع عملیات جهت اجتناب از دوباره کاری.

وظیفه مهندسین حفاری در یک شرکت صاحبکار عبارتست از طراحی برنامه ریزی چاهها، برآورد احتیاجات به مواد و مصالح و دستگاهها، هدایت عملیات بر اساس مدون و نظارت بر کار پیمانکاران حفاری و شرکت های سرویس دهنده.

مهندسین حفاری می بایستی کاملا به تکنولوژی حفاری و خدمات جنبی آن آشنایی داشته و بتوانند به سرعت و با قاطعیت تصمیمات صحیح اتخاذ نمایند و کارکنان پیمانکار و شرکت های سرویس دهنده را که اکثراً دارای تخصص یدی و فاقد دانش مهندسی کافی می باشند،‌هدایت نمایند.

تقسیم بندی چاهها بر حسب مورد استفاده:

چاهها را از نظر مورد استفاده به سه گروه زیر تقسیم بندی می کنند:

چاهها اکتشافی

چاههای استخراجی

چاههای تکنیکی

چاههای اکتشافی:

این گونه چاهها به منظور کشف ماده معدنی و یا جهت به دست آوردن اطلاعات زمین شناسی حفر می گردد و برحسب موارد اختصاصی آنها به چند زیر گروه تقسیم می شوند:

چاههایی که به منظور پیدا کردن سنگ بستر و مشخص نمودن آن روی نقشه حفاری می شوند.

چاههایی که به منظور پیدا کردن شواهدی مبنی بر وجود یا عدم وجود کانی از یک محدوده خاص حفر می گردند.

چالهایی که به منظور پی بردن به خواص فیزیکی و مکانیکی خاک یا سنگ و تهیه نمونه های آلتره نشده و اندازه گیری مقاومت آنها حفر می گردند.

چاههای هیدرولوژی که به منظور بررسی آبهای زیر زمینی و نحوه حرکت آنها استفاده میشود.

چالهای ژئوفیزیکی در روش لرزه نگاری

چالهای ساختمانهای که  به منظور کسب اطلاع از وضعیت و موقعیت ساختارهای زیر زمینی مثل درزو شکاف و.. حفر می شوند.

چالهایی که به منظور جمع آوری اطلاعات زمین شناسی و نحوه قرار گیری لایه ها در اکتشاف نفت حفر می شوند.

چاههای استخراجی:

این چاهها جهت استخراج ماده معدنی، گاز و مایع (آب و نفت) حفر می گردند و مهمترین آنها عبارتند از:

چاههای آب: که جهت تولید آب به منظور تامین آب مورد نیاز برای صنعت، کشاورزی و آشامیدنی حفر می شوند .

چاههای نفت و گاز:‌این چاهها جهت استخراج نفت و گاز حفاری می شود.

چاههایی که جهت تبدیل زغال به نفت یا گاز در اعماق زمین حفاری می شوند.

چاههای ژئوتکنیکی: به چاههای اطلاق می شود که جهت استخراج زغال، نمک‌، سولفور با استفاده از بخار آب یا محلولهای شیمیایی حفر می گردند.

چالهای انفجاری: به چالهایی اطلاق می شود که جهت جایگذاری مواد منفجره حفاری می گردند تا از طریق انفجار این چالها موجب شکستن و خرد شدن سنگها، کانیها،  و زغال سنگ ها فراهم گردد و در ضمن بارگیری سهلتر و ارزانتر تمام شود. این چالها در معادن زیر زمینی و معادن روباز کاربرد فراوانی دارند.

شفت به چاه قائم یا شیب داری گفته می شود که جهت استخراج زغال سنگ و سایر مواد معدنی حفر می شود.

چالهای تکنیکی:

برخی از چالهای تکنیکی عبارتند از:

چالهای استحکامی : این چالها جهت تزریق سیمان، رزین و سایر مواد مشابه به درون درز و شکاف سنگ به منظور افزایش مقاومت سنگ حفاری می شود.

چالهای آبکشی، این چالها به منظور خارج کردن آب از محل استخراج ایجاد می شوند.

چالهای منجمد، این چالها در اطراف شفت ها حفر شده و به منظور جلوگیری از عدم ورود آب به داخل شفت، آب داخل چاهها را به کمک سیستم خاصی منجمد می نمایند.

چاههای تزریقی: به چاههایی گفته می شود که از طریق آن می توان گاز، بخار آب به روی مخزن نفت تزریق نموده، بدین جهت موجب کاهش گرانروی نفت گردید و تولید آن را افزایش داد.

چاههای مشاهده ای: این گونه چاهها به منظور مشاهده آب و تعیین اختلاف فشار آن حفاری می شوند.

چاههای تخلیه گاز : به چاههایی گفته می شود که جهت خروج گازهای مضر از رگه زغال در معادن زیرزمینی، حفر می گردند همچنین از این چالها به منظور کنترل خاک از طریق تزریق آب، به جبهه استخراج و مرطوب نگه داشتن این محدوده استفاده می شود.

چالهای پیشتاز: به چالهایی اطلاق می شود که معمولا به منظور پی بردن به کیفیت سنگ و شرایط آب موجود در طبقات حفر می شوند.

چالهایی که در مرکز آرایش چالهای انفجاری و به منظور ایجاد فضای آزادی ثانویه برای انفجار اصلی حفر می شوند.

انتخاب آرایش چالها:

آرایشی که جهت حفر چالهای انفجاری در معادن به کار برده می شود، بستگی به نوع سیستم حفاری، نوع ماده منفجره، عمق چال، نوع سنگ و ماکزیمم اندازه ای که سنگهای منفجره می تواند داشته باشند ( از نظر حمل و سنگ شکن) دارد. چالهایی به قطر کم و با فاصله نزدیک معمولا برای سنگ های سخت و متراکم منظور می شوند. چالهای با قطر زیاد موجب افزایش مصرف مواد منفجره در حال چال خواهند شد و لذا این امکان وجود خواهد داشت که فواصل چاهها دورتر انتخاب شوند و نتیجتا از هزینه های حفاری کاسته شود. به طور کلی در سنگ های سخت چالها نزدیک به هم و هم در سنگ های دارای درجه سختی کمتر فواصل آنها معمولا کمتر انتخاب می شوند. در چالهایی که به منظور انفجار حفاری می شوند باید دو پارامتر ذیل را مورد توجه قرار داد:

A: متر مکعب ( یارد مکعب) از سنگ به ازای هر متر ( فوت) از چال ( به صورت خطی) حفر خواهند شد.

B: مقدار ماده منفجره به ازا هر متر ( فوت) چال

تقسیم بندی چاه: چاهها براساس هدف پیش بینی شده از حفرشان:

چاهها براساس هدف پیش بینی شده از حفرشان به انواع زیر تقسیم می شوند.

1- wild cat well:

اولین چاهی که در یک حوضه رسوبی زده می شود، مانند اولین چاه نفت که در ایران در منطقه مسجد سلیمان زده شد. در این نوع چاه هیچ گونه اطلاعاتی در زمینه توالی لایه های زمین شناسی منطقه مورد حفاری وجود ندارد. در این منطقه قبلا هیچ نفت و گازی کشف نشده است.

2- exploration well:

چاه اکتشافی، چاهی است که برای مطالعه و ارزیابی یک یا چند لایه ناشناخته از

طبقات زیر زمینی در ناحیه معین زده می شود. در این حالت اطلاعات ما نسبت به چاه صwild cat بیشتر است ولی باز هم کافی نیست.

چاه اکتشافی لزوما چاهی نخواهد بود که در یک ناحیه حفر می شود، اما هر چاهی که با هدف شناسایی یک سازند قدیمیتر و در اعماق بیشتر حفاری شود، اکتشافی محسوب می شود. مثلا هر چاهی که در جنوب غرب ایران برای اکشتاف سازندهای پیرتر مثلا گروه دهرم حفاری شود، اکتشافی نامیده می شود. که به دو نوع است:

1: Dry well: چاهی که به هیدروکربن نرسید

2: wet well : چاهی که در آن وجود هیدروکربن کشف شده است.

3:Delineation well : به منظور تعیین محدوده مخزن و برای محاسبه دقیق حجم ذخیره بهره دهی میدان نفتی حفاری می شود. بنابراین باید سطح تماس آب و نفت WOC و گاز با نفت GOC نیز مشخص شود. تا براساس آن بتوان حجم نفت موجود در مخزن را بهتر تخمین زد و به کمک این چاهها و مطالعات مخزنی، تعداد چاههای لازم برای بهره برداری را معین نمود.

4:Development well: منظور همان چاههای توسعه ای می باشد که جهت تولید از یک میدان زده می شود و به سه دسته تقسیم می شود:

چاهی که برای تولید نفت زده می شودoil production

چاهی که برای تولید گاز زده می شود Gas production well

چاهی که به منظور بالا بردن قدرت بهرهر دهی مخزن و درصد بازیابی از آن، بوسیله تزریق گاز و یا آب زده می شود Injection well

تقسیم بندی چاهها براساس مسیر و جهت حفاری:

1-Vertical

2- Horizontal

3-Directional

4-Multi branch

5-Multi lateral

6-Geo string

انواع 2 و 3 به Deviation well نیز معروف هستند.

Multi lateral: معمولا برای ارزیابی دو سازند جداگانه از میدان ابتدا در سازند پایین تر حفاری کرده و سپس حفاری سازند بالاتر انجام می شود. سپس از دو لایه مذکور به روش Dual completion ( تکمیل دو جانبه یا مجزا: از دو لایه مخزنی مجزا با دو رشته لوله جدا از هم بهره برداری صورت می گیرد) همزمان تولید خواهد شد.

Geo string: در لایه هایی که بسیار نازک هستند، باید لایه مذکور را به اصطلاح تعقیب کرد.

چند تعریف:

Observation well: بعضی از چاهها بدلیل داشتن یک وضعیت خاص و یا پس از آنکه از تولید باز ایستاد، بر حسب نیاز مهندسین مخازن و بهره برداری ممکن است تبدیل به چاه مشاهده ای شود و برای مشاهده و بررسی دائمی تغییرات سطح تماس سیالات و فشار مخزن بکار رود.

Work over: بر اثر بروز تغییرات در مخزن که بدنبال تولید از آن زخ می دهد و یا بروز اشکالات مکانیکی و فنی در چاه، ممکن است نیاز به کار مجدد و تعمیر برای یک چاه باشد. این چاه را چاه تعمیراتی و یا صwork over می نامند.

Abandon: اگر چاه قابل به تعمیر نباشد و یا اصولا از ابتدا خشک باشد، چاه متروکه نامیده می شود.

Infill well: چاههایی که پس از اولین مرحله توسعه یک میدان زده می شود و هدف از آن کسب حداکثر تولید از یک میدان است.

Side terckiong: هنگامی که بعلت دستورالعمل بد حفاری و یا برنامه نامناسب گل رشته لوله های درون چاه در چاه گیر می افتد. به اصطلاح fish در داخل چاه باقی می ماند و عملیات مانده یابی به شکست منتهی می شود. مجبور هستیم که از یک عمقی چاه قبلی را سیمان کرده و بوسیله انحراف چاه، چاه را از کنار مانده حفاری کنیم. این عمل را در اصطلاحside tracking می گویند.

Injection well: چاههائی هستند که برای تزریق گاز و بخارآب و... استفاده می شوند.

روش های حفاری:

معمولا نوع حفاری با توجه به نتایجی که از تحقیقات حفاری کسب می شود، انتخاب روش حفاری نه تنها به هدف نهایی تحقیق بستگی دارد، بلکه به جنس لایه هایی که باید در آن حفاری شود، نیز بستگی دارد. در حقیقت هنر حفاری در انتخاب بهترین متد حفاری خلاصه می شود.

به طور کلی روش های حفاری به دو گروه تقسیم می شوند:

براساس استفاده از انرژی مکانیکی است که از طریق ضربه یا چرخش مته یا هر دو در سنگ صورت می گیرد.

براساس استفاده از انرژی حرارتی، فشار آب و...

روش مکانیکی:

در این روش شکستگی و خرد شوندگی سنگ در اثر انرژی مکانیکی است که از طریق مته به سنگ وارد می شود.

مزایای روش مکانیکی:

امکان تهیه نمونه های مناسب، جهت بررسی زمین شناسی و تعیین خواص مکانیکی

امکان حفر چال به جهت خاص

مشکلات حفاری مکانیکی:

احتیاج به تعویض مته به ازای تعداد مشخصی ساعات حفاری

بازدهی این روش با افزایش عمق کاهش پیدا می کند. به این جهت در شرایط کنونی جهت حفاری های عمیق نوعی سیستم حفاری توسعه داده شده که ضربه زن در داخل چاه بلافاصله بعد از مته قرار می گیرد.

روش فیزیکی:

روش هیدرو دینامیکی: در این روش، جهت ایجاد شکاف و شکستگی در سنگ و شکل گرفتن چالها از فشار مایعات (20 تا 200 مگاپاسکال) استفاده می شود.

روش حرارتی: در این روش شکستگی در قعر چاه توسط حرارت شدید ( بیش از 2300 درجه سانتی گراد) انجام می گیرد این گرما در اثر سوختن هیدرو کربن های نفتی با اکسیژن حاصل می گردد. روش حرارتی بیشتر جهت حفر چالهای انفجار به کار گرفته می شود.

روش انفجاری در این روش کاهش ابعاد سنگ از طریق انفجار صورت می گیرد و نوع ماده منفجره بستگی به خصوصیات سنگ دارد. در این روش بسته های پلاستیکی حاوی مواد منفجره از طریق چال در ته چاه قرار می گیرند و سپس با وارد نمودن ضربه یا حرارت موجب انفجار سنگها می شوند.

روش لیزر: لیزر می تواند ستونی از تشعشات مغناطیسی تولید کند که این تشعشات برای تبخیر و ذوب سنگها کافی است عوامل چون هوا، رطوبت و ذرات جبهه کاردر عملکرد لیزر موثرند، باعث کاهش راندمان کار می شوند.

روش های فیزیکی دیگری همچون پرتاب گلوله و ذوب و... نیز جهت شکستگی و خرد نمودن سنگ توسعه داده شده اند، اما همگی این روشها بیشتر در مراحل آزمایش و تحقیق هستند.

عوامل موثر در انتخاب روش و سیستم حفاری:

چنانچه می دانیم روش حفاری رایج در حال حاضر مکانیکی است که از دلایل عمده آن می توان انعطاف پذیری این روش، کارایی و هزینه را نام برد. اما انتخاب سیستم حفاری و مناسب ترین ماشین حفاری به عوامل چندی بستگی دارد، که عبارتند از:

طبیعت و نوع سنگ

عمق چاه

درجه سختی و خراشندگی سنگها

درجه ای که سنگها باید کاهش ابعاد پیدا کنند

اندازه پروژه و مدت زمان عملیات

منظور و هدف از ایجاد چال

شرایط چال ها از نظر وجود یا عدم وجود آب و چگونگی انتقال ذرات خرد شده از ته چاه برای چالهای انفجاری با قطرکم بالاخص در عملیات زیرزمینی که از سیستم حفاری ضربه ای نوع چکش حفاری استفاده می شود.

عوامل موثر در پیشرفت عملیات حفاری:

عوامل متعددی در عملیات حفاری موثرند، بعضی از این عوامل به طور مستقیم و بعضی دیگر به طور غیر مستقیم در عملیات حفاری موثرند که عمده آنان عبارتند از:

خواص فیزیکی و مکانیکی سنگها، چگونگی وضعیت تنش های هیدروستاتیکی، تنش سنگهای پوششی

عوامل زیر زمینی ( لایه بندی، چین خوردگی، درز و شکاف و گسل و...)

ژئومتری چاهها ( قطر و عمق)

مته

میله یا لوله حفاری

انرژی

گل حفاری