امروزه استفاده از روش حفاری ضربه ای در حفر چاه های آب استفاده می شود و استفاده از این روش در چاه های نفت و گاز منسوخ شده است. در روش حفاری چرخشی سنگ به وسیله مته خرد می شود و بوسیله گل حفاری بالا آورده می شود. نیروی لازم جهت چرخش مته توسط وسیله ای به نام میز دوار (Rotary Table) تامین می گردد.میز دوار روی سکوی حفاری به نام (Rig Floor) که معمولا در ارتفاع ۶،۹ و یا ۱۲ متری سطح زمین قرار دارد و انرژی الکتریکی یا مکانیکی دریافتی را به انرژی دورانی تبدیل می کند. نیروی دورانی توسط رشته حفاری (Drill String) به مته منتقل می شود. در ضمن وسایل کنترل فوران سرچاهی زیر سکوی حفاری قرار دارند.
انواع دکل حفاری:
بطور کلی دکل های حفاری به دو دسته ضربه ای و چرخشی تفسیم می شوند که در این قسمت فقط به توضیح در باره دکل های حفاری چرخشی می پردازم:
دکل های حفارب چرخشی به دو دسته خشکی (Land) و دریایی (Marine) تقسیم می شوند.
دکل های حفاری خشکی به دو دسته ثابت Conventional و سیار تقسیم می شوند که دکل های سیار به دو دسته خود فراز چاقویی (Jackknife) و Portable Mast تقسیم می شوند که دکل Portable mast به طور سرهم بر روی کامیون سوار می شود و به محل مورد نظر برده می شود سپس بازوهای هیدرولیکی برپا می شود این نوع دکل برای حفر چاههای کم عمق استفاده می شود.
امروزه از دکل های ثابت کمتر استفاده می شود چون این دکل ها بعد از حفر چاه در محل باقی می مانند ؛ مثل بعضی از چاههای اکتشافی در مسجد سلیمان.
امروزه بیشتر چاههای نفت و گاز در خشکی را با دکل های Jackknife حفر می کنند. اجزای دکل به صورت تکه تکه به محل برده می شود و در آنجا توسط پین هایی به هم متصل می شود.
دکل های حفاری دریایی بر اساس طرز استقرار آنها در دریا-کف آنها به دریا متصل باشد یا نه- به دو دسته ثابت (Bottom Support) و شناور (Floating) تقسیم می شوند.دکل های شناور شامل دو دسته نیمه شناور (Semisubmersible) و کشتی حفاری (Drillship) است.دکل های نیمه شناور در آب های عمیق (عمق حدود ۶۰۰ فوت) که امکان رسیدن پایه های دکل به کف دریا وجود ندارد و تلاطم امواج زیاد است استفاده می شود.
کشتی حفاری یک کشتی بسیار بزرگ است که شامل دکل حفاری و تجهیزات مربوطه می شود. حفاری با کشتی در مناطق آرام که تلاطم امواج زیادی ندارند انجام می شود.
دکل های ثابت (Bottom Support) دارای پایه می باشند و به کف دریا متصل می شوند و معمولا برای آب های با با عمق کمتر از ۳۵ فوت استفاده می شود و شامل سه دسته سکوJack up, platform, Barge می باشد.
دکل های Jack up به صورت پایه بالا توسط یدک کش به محل برده شده و در محل ، پایه ها بوسیله جک های هیدرولیکی پایین برده می شوند و به کف دریا متصل می شوند. این نوع دکل در مناطق طوفانی که تلاطم امواج زیاد است استفاده می شود.
دکل های Barge معمولا در باتلاق ها و جاهایی که عمق آب کمتر از ۲۰ فوت است استفاده می شود.
نوع دیگر دکل های حفاری دریایی ثابت سکو (Platform) می باشد.سکو سازه ای است که در وسط دریا ایجاد می شود و دارای دو نوع می باشد:
. Self Contained: که خود دارای دکل حفاری می باشد.
.. Tendered: دارای دکل نیست و برای حفاری باید دکل را روی سکو سوار کرد.
در آخر ذکر این نکته ضروری است که وسایل کنترل فوران سرچاهی در دکل های دریایی در کف دریا نصب گردیده و توسط لوله های انعطاف پذیری به خود دکل متصل می شوند.
آماده سازی محل برپایی دکل
پس از مشخص شدن محل حفر چاه توسط مهندسین مخزن و اعلام مختصات جغرافیایی محل مورد نظر به مهندسین حفار نیاز به آماده سازی محوطه چاه برای انتقال دکل و تجهیزات مورد نیاز حفاری می باشد.نظر به اینکه محل حفر چاه مکان های جغرافیایی متفاوت مثل مناطق کوهستانی یا بیابان و…. باشد، ابتدا باید تا منطقه مورد نظر جاده سازی صورت گیرد تا بتوان دستگاهها و امکانات لازم حفاری را به آن منطقه انتقال داد. منطقه ای که در آن عملیات حفاری انجام می گیرد، محوطه ای حدود ۱۰۰*۸۰ متر را در بر می گیرد که این محوطه باید یکدست ، صاف و محکم باشد. بدین منظور عملیات مقاوم سازی منطقه و صاف کردن سطوح شامل شن ریزی و غلطک کاری توسط بخش مهندسین ساختمان صورت می گیرد. به علت اینکه ساختمان دکل وزن زیادی دارد سطح زیر آن باید از نظر استحکام ، مقاومت بالایی داشته باشد.لذا این محل را بر اساس ابعاد دکل میل گرد گذاری و شن ریزی با بتن مقاوم می کنند. سپس یک گودال به ابعاد ۲*۳ متر و عمق ۲/۵ متر ایجاد کرده که cellar یا حوضچه نامیده می شود. در مرحله بعد لوله ای معمولا به قطر ۳۵ یا ۴۸ اینچ درون حوضچه کوبیده می شود و یا اینکه حوضچه را گود می کنند و لوله را درون آن قرار می دهند و دور آن را بتن ریزی میکنند. به این لوله Conductor Pipe و یا لوله راهنما می گویند و طول آن حدود ۶ تا ۱۰ متر می باشد. این لوله همانطور که از اسمش پیداست هدایت کننده مته حفاری می باشد. البته کاربرد دیگر آن جلوگیری از نشت کردن سطح زیر دکل توسط نفوذ آب موجود در گل حفاری می باشد.
تا اینجا تمام مراحل گفته شده بر عهده مهندسین ساختمان می باشد.پس از اتمام کار، اجزای دکل به محل آورده شده و توسط پین هایی به هم متصل شده و توسط کابل های فولادی دکل برپا می شود. البته این مطلب در باره دکل های Jackknife که معمول ترین نوع دکل مورد استفاده هستند صادق است. ولی در مورد دکل های Portable Mast که به صورت سر هم هستند، دکل توسط کامیون به لوکیشن حفاری آورده شده و توسط بازوهای هیدرولیکی برپا میشود.
تجهیزات یک دکل حفاری
یک دکل حفاری چرخشی دارای اجزاء و سیستم های متفاوتی می باشد که می توان آنها را به شش گروه عمده تقسیم بندی کرد. هرگروه یا سیستم ، عملیات خاص را انجام می دهد و به هم مرتبط می باشند، به طوریکه عدم کارکرد صحیح هر سیستم می تواند باعث توقف عملیات حفاری شود. این شش سیستم عبارتند از:
» سیستم تولید نیرو (Power System)
» سیستم بالابر (Hoisting System)
» سیستم چرخشی دورانی (Rotating System)
» سیستم گردش کل (Circulating System)
» سیستم کنترل چاه (Controlling System)
» سیستم اندازه گیری و ثبت پارامتر های حفاری (Monitoring System)
» اصولا در حفار ی دورانی دو نوع دکل وجود دارد :
I. دکل استاندارد که با چهار پایه (Leg) که روی یک پی چهار گوش قرار دارد و هر دفعه قطعه قطعه می کنند.
II. دکل خود فراز یکبار موقع ساخت سر هم بندی می شود = دکل چاقوئی = Jackknife Mast
» هر دکل بر روی زیر سازه ای (Substructure) بنا میشود که کار آن :
الف) نگهداری سکوی دستگاه حفاری و تامین فضا برای تجهیزات و کارگران
ب ) تامین فضا برای فورانگیر های زیر سکوی د ستگاه حفاری
معمولا ظرفیت بار یک د کل استاندارد از ۲۵۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰۰ پوند ( ۱۲۵ تن تا ۷۵۰ تن ) تغییر میکند و بادهائی با سرعت ۱۰۰ تا ۱۳۰مایل در ساعت ( ۲۰۸ – ۱۶۰ کیلومتر در ساعت) را می تواند تحمل نماید بدون اینکه احتیاج به مهار دکل با سیم باشد.
منبع: گروه آموزشی مهندسی ایران