بخشی از مقاله
حفاري انحرافي و افقي تاريخچه ،تکامل ،چالش ها و راه کارها
چکيده
امروزه به منظور استخراج نفت از مخازني که به دلايل مختلف داراي توجيه فني و اقتصادي نمي باشد،از روش هاي جايگزين هرچند پرهزينه جهت افزايش توليد بهينه و مديريت بهتر مخازن نفت و گاز انجام مي شود.روش هاي که استفاده از آنها نيازمند عوامل مختلفي از جمله برنامه ريزي صحيح و در نظر گرفتن پارامترهاي موثر در طراحي،آگاهي کامل از نحوه استفاده ،کارکرد و شناخت معايب و محاسن آنها مي باشد که با توجه به رعايت نکات فوق مي توان راندمان و کارايي اينگونه روش ها را به چالش کشيد.يکي از اين روش ها که اين روزها در صنعت حفاري در سطح جهان بيشتر به آن پرداخته مي شود،حفاري چاه هاي افقي است که در اين مجال سعي به معرفي تاريخچه آن در دنيا و ايران و همچنين به کاربردها،ضرورت ها و عوامل تاثير گذار در طراحي و اجرا پرداخته مي شود.
کلمات کليدي:حفاري انحرافي،استخراج نفت ،توليد بهينه ،طراحي چاه
مقدمه
١- تاريخچه حفاري افقي در جهان و ايران
ابزار افقي با شعاع کوچک (٢٠ تا ٤٠ فوت ) به طور گسترده در دهه ١٩٤٠ و ١٩٥٠ مورد استفاده قرار گرفت و اين ابزار در دهه ١٩٥٠ با پيدايش شکاف هيدروليکي،منسوخ گرديد،علاقه به حفاري افقي در اواخر دهه ١٩٧٠ دوباره از سرگرفته شد و در سال ١٩٨٥ آرکو (Arco) و افزايش ٣ تا ١٠ برابري توليد با استفاده از حفر چاه ها منجر به پيشرفت حفاري افقي شد.
تعداد چاه هاي افقي از ٥٠ حلقه در سال ١٩٨٥ به بيش از ١٠٠٠ حلقه در سال ١٩٩٠ افزايش يافته و طبق برآوردهاي انجام شده تا سال ٢٠٠٧ اين مقدار از چاه هاي افقي به عنوان جايگزيني براي چاه هاي عمودي در اکثر مخازن جهان محسوب ميشود.حفاري افقي در ايران اولين بار در جنوب باختري ايران به منظور برخورد بيشتر با شکستگي هاي طبيعي مخازن و بالاخره افزايش توليد سيال در سال ١٣٧١ در چاه هاي ميدان گچساران (١٤٢) و مارون (١٩٩) مورد استفاده قرار گرفته است و امروزه در حال گسترش بوده و از پيشرفت چشمگيري برخوردار گشته است که به طور مثال مي توان از طولاني ترين عمليات حفاري افقي در ميادين خشکي به طول ٧٥٠ متر در منطقه چشمه خوش و انجام ٧٣٧ موردعمليات حفاري افقي .جهت دار.عبور از کنار مانع .حفاري سرعتي.باز کردن پنجره طي ١٦ سال (١٣٧١ تا ١٣٨٦) توسط شرکت ملي حفاري ايران نام برد.
شايان ذکر است که به علت جوان بودن حفاري هاي افقي در ايران ارايه يک قضاوت درست و نهايي در خصوص عملکرد آن مستلزم بررسي فني و اقتصادي و مقايسه صحيح و عملي با حفاري هاي عمودي است .
٢- حفاري افقي از نظر شعاع انحراف به سه دسته تقسيم بندي ميگردند:
١.شعاع کوتاه :١,٥ تا ٣ درجه جهت دار در يک فوت
٢.شعاع متوسط :٨ تا ٢٠ درجه جهت دار در ١٠٠ فوت
٣.شعاع بلند:٢ تا ٦ درجه جهت دار در يک ١٠٠ فوت
عمده ترين چاه هاي حفاري شده در ميادين نفتي ايران داراي شعاع جهت دار متوسط و بلند بوده اند.
٣-کاربرد چاه هاي افقي
کاربرد اصلي چاه هاي افقي کم کردن و به تاخير انداختن پديده مخروطي شدن گاز و آب (پايين آمدن سطح گاز و بالا رفتن سطح آب ) بوده که اين امر باعت توليد بيشتر از چاه ها مي شود.چاه هاي افقي بيشتر در محيط مخزن قرار ميگيرند و اجازه توليد بيشتر را در افت فشارهاي پايين تر ميدهند (کاهش
افت فشار جريان و ايجاد سطح تماس بيشتر چاه و مخزن )
• حفاري چاه هاي متعدد از روي يک دکل دريايي ( from offshore multiple wells
:(structure
عمده کاربرد حفاري جهت دار و افقي،امروزه در درون دريا مي باشد قابل توجه است که بخش عظيمي از مخازن گازي و نفتي کشورمان در جايي مانند خليج فارس واقع است (پروژه پارس جنوبي)
.ساخت plat form براي هر حلقه در دريا،کاري غير عملي و غير اقتصادي است .دراين روش با ثابت کردن يک plat form روي بستر دريا تعداد زيادي چاه هاي جهت دار و در ادامه افقي در مسير هاي گوناگون از روي يک plat form حفاري مي شوند و يکي ديگر از مزاياي روش فوق استفاده بهينه از دکل هاي دريايي مي باشد.به طور مثال مي توان به چاه هاي متعددي که در منطقه ابوذر و روي دکل مورب تاکنون توسط شرکت ملي حفاري ايران ،حفاري شده است و همچنين فازهاي ٩ و ١٠ ميدان گازي پارس جنوبي،اشاره کرد.
• چاه امدادي relief wells:
حفر اين چاه ها باعث جلوگيري از هدر رفتن مقادير سرسام آور نفت و گاز از چاه فوران شده ميگردد.
حفاري افقي در مخازن نفتي مشترک:بخش زيادي از مخازن نفتي کشورمان با کشور هاي همسايه مشترک است ويا در نزديکي مرزها قرار دارد.روش فوق ،باعث بهربرداري بهينه و صاينت از مخازن نفت .گاز مشترک ميهن اسلامي و جلوگيري از هدر رفتن سرمايه ملي خواهد شد.به عنوان مثال مي توان به مخازن مشترک با کشور عراق از جمله در ناحيه نفت شهر،دهلران و پايدار غرب و ميدان گازي پارس جنوبي که با قطر مشترک است اشاره کرد که با حفاري جهت دار در اين مناطق و انجام يکي از بي نظيرترين حفاري هاي افقي در منطقه پايدار که نقش به سزايي در دسترسي به اين مخازن سرشار را ايفا کرده است ،اشاره کرد.
• حفاري در گنبدهاي نمکي و در گسلها ( Salt
: (Dome and Fault Drilling
گاهي اوقات مخازن نفتي در کنار و يا زير يک گسل زمين شناسي يا گنبدهاي نمکي يا لايه هايي است که حفاري هاي عمودي در آنها باعث از دست رفت چاه حفاري شده مي شود (مانند ورود به شيل ها) يا از دست رفتن يا پاره شدن لوله هاي جداري در برخورد با گسل ها ميگردد.حال با وجود حفاري جهت دار و افقي،برنامه حفر چاه را به گونه ايي مي توان ارايه کرد که مسير چاه برخوردي با خطرات ياد شده نداشته باشد و اين به معناي جلوگيري از دست رفتن فرصت هاي فراوان جهت دسترسي به مخازن نفتي مي باشد.
• استفاده بهينه از گنبدهاي نمکي جهت ذخيره سازي گاز:
يکي ديگر از قابليت هاي حفاري جهت دار و افقي که داراي صرفه اقتصادي فراواني است ايجاد مخازن ذخيره سازي گاز و نفت درون گنبدهاي نمکي است
که به عنوان مثال مي توان به حفر چاه هاي کوه نمک -١ در منطقه قم و چندين چاه در منطقه ورامين اشاره کرد.اين روش داراي سه مزيت جهت ذخيره سازي گاز طبيعي است که در زير به آنها
اشاره مي شود:
الف -ايمني ذخيره سازي گاز
ب -امکان ذخيره سازي گاز در مناطق حساس کشور از جمله پايتخت و غيره
ج -کاهش هزينه ذخيره سازي گاز
-مخازن ريفي و کانال هاي ماسه ايي،مانند بيشتر تله ها چينه اي هستند که احتمال برخورد با آنها توسط چاه هاي قائم کمتر و مشکل تر است .چاه هاي افقي ميتوانند با کارايي بيشتري در پيدا کردن اين مخازن و توليد نفت استفاده شوند.
-مشکل اصلي مخازن نفت خام سنگين با تراوايي کم ،توليد کم نفت مي باشد.چاه هاي افقي مي توانند علاوه بر آسان کردن تزريق گاز يا بخار درون مخزن ،سطح تراوايي مخزن را افزايش دهند.اين چاه ها با افزايش سطح تماس بيشتر با مخازن مانند لوله ايي،شعاع زه کشي موثر را افزايش داده و در نتيجه باعث افزايش توليد ميشوند
-اين چاه ها همچنين براي توليد «نفت
اتيک »(ETHIC OIL) از چاه هاي توليدي که باعث بالا آمدن سطح آب به وجود مي آيد،استفاده ميشود.«نفت اتيک » نفتي است که به صورت پاکت هايي از هيدروکربن در بالاي تله هاي نفتي جدا مي شود.
• مناطق غير قابل دسترس :
همواره بخشي از مناطق نفتي در زير شهرهاي از پيش ساخته شده (مانند ناحيه کيان آباد و کوروش و ملي راه اهواز) و يا در زير کوه ها قرار دارند که نمي توان با استفاده از حفاري عمودي به اين مخازن دسترسي داشت وليکن با استفاده از حفاري جهت دار.افقي مي توان اين امر را انجام داد و حداکثر بهره برداري را از مخازن موجود فراهم آورد.
-چاه هاي افقي ميتوانند براي حفاري در مناطق با سطح محدود،مانند جزاير يخي يا شني مورد استفاد قرار گيرند.
-در مناطق با فوران هاي سطحي،دکل نميتواند به اندازه کافي نزديک چاه فوران کننده قرار
بگيرد.بنابراين ،اين چاه ها مي توانند به عنوان چاه هاي کمکي در فوران هاي سطحي بکار روند.
-در مناطقي که چاه هاي اکتشافي قائم بسيار گران هستند،چاه هاي افقي فرعي متقاطع ميتوانند براي ارزيابي بهتر يک ناحيه حفر شوند.اگرچه چاه هاي قائم بتوانند وجود نفت را به اثبات برسانند،چاه هاي افقي فرعي ميتوانند براي مشخص کردن وصعت مخزن و اصلاح خصوصيات مخزن به کار گرفته شوند.
-در مخازني که سطوح نفتي داراي ضخامت کمي باشد،حفاري افقي اين ستون نازک،باعث افزايش توليد چاه در سطح قابل ملاحظه ايي خواهد شد.
٤-عوامل مهم و تاثير گذار در حفاري چاه هاي افقي
يکي ديگر از عوامل تاثير گذار در بهينه سازي مراحل اجرايي حفاري چاه هاي افقي،برنامه ريزي صحيح و طراحي هرچه دقيقتر اينگونه چاه ها است ،که بايد موارد زير حتي المقدور رعايت شود:
-طرحي چاه هاي افقي در برابر مسيرهاي طراحي نشده و تغييرات مخزن بايد داراي انعطاف باشد.
-استراتژي اهداف توليدطبق توانمندي هاي حفاري و عمليات تکميل چاه هاي افقي مدنظر قرار گيرد.
-از مهندسين و متخصصين با تجريه که از لحاظ زمين شناسي و مرفولوژي با منطقه آشنايي کامل دارند،استفاده شود.
الزامات حفاري،زمين شناسي و توليد در نظر گرفته شود و بتوان بين آنها رابطه و تعادل ايجاد نمود.
بديهي است که حفاري تمام چاه ها بستگي به نوع آن ،نفتي يا گازي بودن ميدان ،شرايط زمين شناسي،شرايط آب و هوايي و غيره دارد و متناسب با تغيير هريک از عوامل فوق برنامه ريزي و طراحي چاه ها اعم از خشکي و يا دريايي و عمودي و يا افقي بايد تغيير کند،که در صورت نبود انعطاف پذيري و تغييرپذيري لازم در برنام چاه ها،مخصوصا چاه هاي افقي،راندمان اين گونه چاه ها به شدت کاهش يافته و تنها باعث افزايش هزينه ها ميگردد.بنابراين بدين منظور پارامترهاي مهمي که ميتوانند تاثير به سزايي در افزايش راندمان و کارايي حفاري چاه هاي افقي ايجاد کنند را ميتوان به صورت ذيل اشاره کرد
٤-١ –چگونگي شروع حفاري افقي
-در دکل هاي حفاري افقي جهت آزيموث ، آسانتر از شيب (Inclination) کنترل ميگردد و به طور عموم اندازه گيري آزيموث ميتواند ٥+- تا ١٠+- ميباشد.
-انحراف چاه در نقطه KICK OFF بايد به طور دقيق بررسي و اندازه گيري شود، به دليل خطاي انحراف در نقطه KICK OFF ميتوان تصحيحات مسير اصلي را در همان لحظه يا بلافاصله بعد از عمليات انحراف از نقطه KICK OFF حذف گردد.
-در نقطه ايي که انحراف چاه آغاز ميشود بهتر است که حداکثر زاويه انحراف منظور گردد (زيرا بعد از نقطه انحراف کاهش زاويه آسان تر از افزايش زاويه انحراف بوده و خطاي حفاري قابل ملاحظه ايي کاهش ميدهد.)
-حفاري افقي در لايه بندي هاي متناوب و لايه هايي که داراي شکستگي هاي فراواني ميباشد،دشوار بوده و آن را بيش از پيش مشکل ميسازد.
-تغيير سر مته ها يا طراحي BHA هيدروليک يا روش حفاري در سرعت BHA تاثير قابل ملاحظه ايي دارند.
-سطح مشترک بين سازند مخزني و سطح حفاري شده در چاه هاي افقي از اهميت زيادي برخوردار است .
٤-٢ –تکميل چاه هاي افقي
در استفاده از آستري هاي سيماني يا ديگر عمليات تکميل ، هزينه تکميل ميتواند فاکتوري مهم در تعيين طول بهينه يک چاه افقي باشد در صورتي که با استفاده از آستري هاي شکاف دار يا چاه باز هزينه هاي تکميل غالبا اثر کمتري در کل هزينه چاه دارد.
نحوه تکميل چاه هاي افقي يکي از عوامل مهم ديگر در طراحي اين چاه ها است که شامل مراحل چاه باز، لاينرها ،لوله هاي جداري، سوراخ کردن و (gravel-packing) ميباشد.
انتخاب نحوه تکميل در چاه هاي افقي به شرايط خاص منطقه و موقعيت چاه بستگي دارد که شامل
موارد زير است :
هزينه ،نوع تکميل چاه ،توليد سيالات ،ظرفيت و توانايي تاسيسات ،شرايط لازم براي تحريک ،شرايط لازم براي عمليات توليد،عمليات سرويس کاري و .work over
وقتي اطلاعات مربوط به عوامل تاثير گذار در نحوه تکميل چاه حداقل باشد استراتژي چاه براي تيم طراحي مشکل و پيچيده مي شود که در اين شرايط تيم طراحي بايد موارد زير را رعايت کنند:
