مقاله حفاری لیزری چاه های نفت

بخشی از مقاله

چکیده

امروزه، حفاری های نوین و بررسی در مورد روش های ممکن برای جایگزینی با حفاری دورانی بحث داغ و مورد علاقه بسیاری از سیاست گذاران صنعت نفت و مهندسین حفار می باشد. روشهای متعدد برای جایگزینی با حفاری دورانی پیشنهاد شده است که از جمله از آنها می توان به حفاری با بخار آب، حفاری با فشار آب و حفاری با لیزر اشاره کرد.از بین این روش ها ، شاید حفاری با لیزر یکی از روشهای مورد قبولی که نسبت به سایر روش ها، تحقیقات گسترده در مورد آن انجام شده است، می باشد.

آزمایش های متعدد ثابت کرده است که با استفاده از تکنولوژی لیزر در حفاری سنگ ها می توان در عین افزایش سرعت حفاری، هم زمان هزینه های حفاری و آلودگی زیست محیطی را کاهش داد. در این مقاله سعی بر آن شده است که یک ارتباط قوی بین تکنولوژی لیزر و صنعت حفاری چاه های نفت و گاز، ایجاد شده تا زمینه ساز برای ورود این تکنولوژی به صنعت حفاری شود. آزمایشات مختلفی که تا کنون انجام شده است ، همگی یک هدف اصلی را دنبال می کردند و آن، بیشترین حفاری سنگ با کمترین توان مورد نیاز لیزر می باشد. بر همین اساس آزمایشات متعدد با پارامترهای مختلف انجام شد.

از آن جمله، آزمایش MIRACL که توسط آقایان OʼBrien و Graves انجام گرفت، که در آن از سیستم لیزری امواج پیوسته - CW - با طول موج 3/8 ʽm با توان لیزری 600 KW تا 1200KW انجام گرفت. در آزمایش در طول 4/5 ثانیه تابش لیزری ، عمق حفاری در حدو 2/5 اینچ برای ماسه سنگ ، گزارش شد. این موضوع برای پارامترهای مختلف فرق می کند، پارامترهایی که بر روی حفاری با لیزر تأثیر گذارند، عبارتند از: میزان توان لیزر، طول موج، مکانیسم کاری سیستم - امواج پیوسته یا امواج ضربه ای - ، نوع لیزر و نیمرخ اشعه تابشی.با انتخاب سیستم لیزی مناسب با توجه به پارامترهای لیزری می توان سرعت حفاری را افزایش داده و آلودگی زیست محیطی را تا حد مطلوبی کاهش دهیم.

-1 مقدمه

با اشعه لیزر می توان تشعشعات الکترومغناطیسی را به طور ستونی تولید کرد. این نوع تشعشعات را می توان برای تبخیر یا ذوب سنگ، ایجاد شکستگی در سنگ و حفر چال استفاده کرد. با تاباندن امواج قوی لیزرهای ستونی به سطح سنگ، می توان باعث تبخیر سطح سنگ، و ذوب و شکستگی سنگ در اطراف محدوده ذوب شد. شعاع عملکرد این مناطق به شدت و قدرت اشعه لیزر بستگی دارد.

پرتوی لیزر دارای چهار خاصیت مهم است که عبارتند از : شدت زیاد ، مستقیم بودن ، تکفامی و همدوسی . لیزرها در اشکال گوناگون وجود دارند ، ممکن است تصور شود که پرتو لیزر همانند اشعه ی ایکس ، گاما ، ماورا بنفش « UV » و مادون قرمز «IR» جایگاه معینی در طیف الکترومغناطیسی را دارا است حال آنکه این پرتو می تواند هر کدام از فرکانسهای محدود طیف نامبرده را در بر گیرد . با این تفاوت که دارای مشخصاتی از قبیل تک فامی ، همدوسی و شدت زیاد است . تا کنون مزایای بسیاری در مورد استفاده از لیزر در حفاری چاههای نفت و گاز، گزارش شده است. این مزایا عبارتند از:

-1 ایجاد جداری سرامیکی بر روی دیواره چاه به دلیل ذوب شدن سنگ

-2 کاهش روزهای کاری دکل حفاری و مدت زمان توقف حفاری

-3 ایجاد قطر یکسان از سطح تا ته چاه

-4 کاهش احتمال گیر لوله های حفاری

-5 کاهش چشمگیر هزینه های حفاری

-6 استفاده از لوله های سبک و جایگزینی برخی لوله های سنگین با فیبرهای نوری

-7 کاهش آلودگی های زیست محیطی و مدیریت مطلوب محیط زیست

-8 افزایش سرعت حفاری به 10 تا 100 برابر مقدار حاضر

جایگزینی حفاری با لیزر به جای حفاری دورانی با برخی مخالفان روبرو می باشد، زیرا برخی از مشکلات که در حین حفاری با لیزر با آن مواجه می شویم، هنوز به طور عمده قابل چشم پوشی نیستند. از جمله از این مشکلا ت عبارتند از:

-1 چرخش سیال حفاری در حین عملیات حفاری و تاثیر آن بر روی انرژی منتقل شده به سطح سنگ -2 انتقال انرژی از منبع لیزر موجود در سطح به عدسی لیزر در ته چاه - شکل - 1

استفاده از لیزر در حفاری چاههای نفت

هنگامی که اشعه های لیزر به سطح سنگ برخورد می کنند، سنگ در طی مراحل زیر به ترتیب حفاری می شود:

·    ایجاد ریز شکستگی

·    ذوب شدن

·    تبخیر شدن

با برخورد اشعه های لیزر به سطح سنگ ممکن است اشعه ها یکی از عکس العمل های زیر را از خود نشان دهند - شکل : - 2

·    اشعه ها منعکس شوند

·    اشعه ها پخش شوند

·    اشعه ها جذب شوند

 عکس العمل اشعه های تابشی هنگام برخورد به سطح سنگ

آزمایشات نشان داده است که پرتوهای منعکس شده و پراکنده شده نسبت به پرتوهای جذب شده ، اثر کمی بر روی سنگ می گذارند. در حقیقت مکانیسمی که باعث خرد شدن و در نهایت حفاری سنگ می شود، مکانیسم جذب شدن اشعه های لیزر می باشد.