آشنایی با حفاری دورانی به روش میز گردان (Rotary Table)

با توسعه روزافزون و گسترش جوامع و افزایش جمعیت، نیاز به انرژی­های بهتر و بیشتر بشر را وادار به جستجو برای پیدا کردن منابع جدید انرژی کرد. یکی از این سرچشم ه­های مهم و حیاتی انرژی برای بشر نفت و گاز می­باشد. نفت و گاز در اعماق چند هزارمتری و در بین لایه ­های مختلف زمین یافت می­شوند که جهت رسیدن به این منابع نیاز به نفوذ در اعماق زمین است. مجموعه تلاش­ها و تجربیات بشر جهت نفوذ به این منابع انرژی منجر به ایجاد علم و فن حفاری گردید. با مقاله حفاری به روش میز گردان (Rotary Table) همراه با دریلینگ استور باشید.

شرح عملیات حفاری (Drilling)

حفاری عبارت است از انرژی دادن به لایه­ های زمین جهت جدا کردن ذرات آن از یکدیگر، نفوذ در آن و انتقال ذرات جدا شده به سطح که این انرژی معمولاً به سه روش ذیل اعمال می­شود:

• برش
• سایش
• شکست

میزان سختی بستر زمین و اجزاء آن تعیین کننده استفاده از هر کدام از این روش­ها در حفاری می­باشند. هر یک از این روش­ها نیازمند ابزاری خاص بوده و در تمام آن­ها اعمال انرژی به صورت چرخاندن ابزار صورت می­گیرد. در هر فرآیند حفاری چهار عمل اساسی بشرح ذیل انجام می­گیرد.

• حرکت دادن و بیرون آوردن ذراتی که از زمین بر اثر حفاری جدا می­شود.
• خنک­سازی سر مته و انتقال حرارت ناشی از اصطکاک مته.
• حفظ دیواره­ های حفاری و جلوگیری از ریزش آن­ها.
• کم کردن اصطکاک بین ابزار و زمین در طول عملیات حفاری.

با توجه به موارد ذکر شده و وجود عمق­ های زیاد، جهت عملیات بهتر حفاری تجهیزاتی ابداع شده و به مرور زمان تکامل پیدا نموده است. در هر عملیات حفاری نیازمند به یک واحد قدرت جهت اعمال نیروی قائم و تأمین حرکت چرخشی برای ابزار برش می­باشیم که بعداً به شرح مفصل­تر این بخش خواهیم پرداخت. در حین عملیات حفاری یا Drilling همانطور که قبلاً هم اشاره شد لزوم خنک کاری ابزار برش، خروج ضایعات حفاری و حفظ مسیر حفر شده به منظور ادامه عملیات غیر قابل اجتناب می­باشد. برای این منظور از ماده­ای به نام گل حفاری (Drilling Mud) استفاده می­شود. این ماده با فشار پمپ (که این فشار گاهی تا Psi 5000 می­رسد) و از طریق لوله ­های حفاری وارد چاه شده و با نفوذ تا اعماق چاه و خنک کردن مته حفاری از لوله خارج و از حد فاصل بین لوله و جداره چاه به سمت بالا حرکت و با محکم کردن جداره­های چاه ذرات سنگ و خاک را از چاه خارج می­نماید. گل حفاری سپس طی یک فرآیند تصفیه و بازآوری شده و مجدداً جهت پمپاژ به داخل چاه آماده می­شود.

با توجه به عمق­های زیاد حفاری، رشته حفاری از مجموعه لوله­ هایی با ابعاد استاندارد تشکیل می­شود. این لوله­ ها به هنگام پائین رفتن ابزار، به مجموعه رشته حفاری (Drillstring) اضافه می­شوند تا علاوه بر تأمین نیروی فشاری بواسطه وزن، تأمین کننده مسیر گل حفاری نیز باشند. در هر مجموعه تجهیزات حفاری ابزاری جهت اتصال و انفصال این لوله­ ها به یکدیگر در نظر گرفته شده است.

کلیه تجهیزات مستقر بر روی زمین جهت حفاری متصل به سازه­ای به نام دکل حفاری (Drilling Rig) است. بر روی دکل تجهیزاتی نصب می­شود تا نیروی فشاری اعمال شده توسط رشته حفاری را در طی فرآیند حفاری کنترل نماید. با توجه به مقطعی بودن عملیات حفاری و برچیدن آن پس از پایان عملیات، دکل و متعلقات آن به نحوی ساخته می­شوند تا جابجایی آن­ها در حداقل زمان و به ساده­ترین شکل انجام شود. لذا، سعی می­شود در استقرار تجهیزات حفاری حتی­الامکان از اتصالات ثابت استفاده نشده و همچنین از موادی با استحکام بیشتر و وزن کمتر در ساخت دکل­ها استفاده شود.

در ذیل به معرفی سیستم­های حفاری گردان می­پردازیم.

میز گردان (Rotary Table)

اولین و متداول­ترین روش حفاری تا چند سال اخیر روش میز گردان بود. در این روش سیستم قدرت (Power system) یا همان محرک اصلی در پائین و روی زمین قرار دارد. گشتاور از محرک اصلی به طریق مکانیکی (با استفاده از زنجیر وینچ) و یا الکتریکی (تولید قدرت در دیزل ژنراتور اصلی و انتقال و تبدیل آن توسط الکتروموتور به نیروی مکانیکی) به میز دوار منتقل می­شود. حرکت از میز دوار به بوش اصلی (Master Bushing) که مستقیماً به میز دوار محکم شده منتقل و از آن به بوش کلی (Kelly Bushing) که به بوش اصلی متصل است انتقال می­یابد. پس تا اینجا گشتاور مورد نیاز حفاری از موتور اصلی تا بوش کلی انتقال یافته است. مقطع خارجی بوش کلی چهار گوش و یا شش گوش بوده و محل قرارگیری لوله چند گوش (Kelly) است. به این وسیله بوش کلی باعث چرخش کلی و نهایتاً لوله حفاری که به انتهای پایین کلی بسته شده است می­شود. چند وجه بودن لوله کلی باعث انتقال بهتر گشتاور، امکان حرکت عمودی لوله (از طریق غلتک­هایی که روی بوش کلی قرار دارد) و بهره­برداری سریع­تر و بهتر از سیستم فوق خواهد شد.

تکیه­گاه کلی در بالا قطعه­ای به نام مفصل گردان (Swivel) می­باشد که علاوه بر این کار، وظیفه تحمل وزن مجموعه رشته حفاری (Drilling) و آب­بندی راه عبور گل حفاری به درون لوله ­های حفاری را نیز بر عهده دارد. وزن مجموعه رشته حفاری از طریق قلاب (Bail) که روی (Swivel) قرار دارد به بلوک انتقال (Traveling Block) منتقل می­شود.

در عملیات حفاری ابتدا مته حفاری به کلی متصل شده و پس از نفوذ ابزار به داخل زمین به اندازه طولی کلی، میز دوار متوقف شده و اولین لوله به آن اضافه می­شود. با ادامه عملیات لوله­ های بعدی به همین ترتیب به رشته حفاری اضافه شده تا حفاری تا نقطه مطلوب و مورد نظر ادامه یابد. در طی فرآیند، گل حفاری (Drilling Mud) از طریق رشته حفاری وارد چاه شده تا علاوه بر خنک کردن ابزار برش و استحکام بخشیدن به دیواره­های چاه ضایعات ناشی از عملیات حفاری را از چاه خارج نماید.

لازم بذکر است در زمان جدا شدن کلی، شیرهایی به صورت یک طرفه و خودکار مسیر گل حفاری را قطع می­کنند و پس از برقراری مجدد رشته حفاری مسیر سیال باز می­شود.

اجزاء تشکیل دهنده حفاری به روش RT

1-1-1- دکل (Rig): سازه­ای که تجهیزات حفاری بر روی آن نصب شده و علاوه بر نگهداری لوله ­های حفاری در حین کار، گشتاور معکوس اعمالی در هنگام حفاری را نیز تحمل می­کند. دکل­ها دارای تقسیم­بندی ذیل می­باشند:

شکل (1) دکل و مجموعه حفاری به روش میز گردان RT

1-1-2- بلوک تاج (Crow Block): مجموعه قرقره­هایی که جهت نگهداری مجموعه رشته حفاری و حرکت آن در بالای دکل تعبیه شده است در واقع وزن مجموعه رشته حفاری توسط بلوک تاج به دکل منتقل می­شود.

1-1-3- بلوک متحرک (Traveling Block): مجموعه قرقره­هایی که توسط کابل­ها به بلوک تاج متصل شده و از طرفی به مفصل گردان اتصال دارد.

1-1-4- کابل­های بکسل یا حفاری (Drilling Lines): جهت اتصال بلوک متحرک به بلوک تاج و جابجایی مجموعه رشته حفاری استفاده می­شود.

1-1-5- مفصل گردان (Swivel): مجموعه یاتاقان­بندی شده­ای که وزن رشته حفاری را تحمل کرده و چرخش لوله حفاری را از بالای رشته حفاری کنترل می­کند یا به عبارتی تکیه­گاه رشته حفاری در بالا می­باشد.

1-1-6- کلی (Kelly): جهت انتقال گشتاور میز گردان به لوله حفاری از Kelly استفاده می­شود سطح خارجی آن در قسمت­هایی به صورت چهار گوش و یا شش گوش بوده که ضمن حرکت بالا و پائین در بوش کلی گشتاور مورد نیاز را از میز به لوله حفاری انتقال می­دهد.

1-1-7- شیرهای اطمینان (Kelly Cock): با توجه به جدا شدن رشته حفاری در حین حفاری و لزوم به اضافه و کم کردن لوله حفاری، جهت قطع کردن مسیر سیال معروف به گل حفاری از شیرهای اطمینان استفاده می­شود.

1-1-8- بوش کلی (Kelly Boushing): بوش کلی ارتباط بین کلی و میز گردان را برقرار می­کند. در واقع بوش کلی از طریق غلتک­هایی امکان و توانایی حرکت در راستای قائم را به کلی می­دهد.

1-1-9- میز گردان (Rotary Table): عامل انتقال گشتاور موتور به بوش نگهدارنده و نهایتاً لوله حفاری می­باشد.

شکل (1) نمایی از دکل و مجموعه Rotary Table و اجزاء آن را نشان می­دهد.

شکل (2) نمای دیگری از RT به همراه محل ذخیره لوله­ های حفاری (Mouse Hole) را نشان می­دهد.

شکل (2) سیستم حفاری به روش RT همراه با محل نگهداری لوله حفاری

معایب حفاری به روش میز گردان (RT)

1-2-1- ایمنی: در حفاری به روش میز گردان هدایت لول ه­ها در هنگام اضافه و کم شدن توسط اپراتور انجام می­شود که با توجه به سنگینی لوله­ ها و آلودگی محیط کار ایمنی اپراتور کمتر است.

1-2-2- مدت زمان حفاری: در سیستم حفاری با میز گردان با توجه به ثابت بودن عامل محرک و جابجایی کلی جهت اعمال گشتاور، همواره یک قسمت از ارتفاع دکل توسط کلی که معمولاً طولی در حدود 40 فوت است اشغال می­شود. با توجه به اینکه در هر مرحله از اتصال لوله ­ها کلی باید بالا برده شده و مجدداً پائین برود زمان قابل توجهی به این شکل تلف می­شود ضمن آنکه در سیستم­های جدید که بعد به آن خواهیم پرداخت به جای طول کلی از لوله حفاری استفاده شده است.

1-2-3- طول عمر لوله حفاری: در هنگام اتصال لوله جدید به رشته حفاری با توجه به اینکه این اتصال توسط اپراتور انجام می­شود عدم کنترل دقیق لوله ­ها و نداشتن کنترل لازم جهت حفظ راستای لوله­ ها در هنگام بسته شدن، خطر ضربه خوردن لوله و آسیب دیدن دنده­های آن­ها زیاد است. همچنین، با توجه به محکم کردن دنده­ها به یکدیگر به صورت دستی و عدم کنترل جهت اعمال گشتاور لازم، عمر دنده لوله­ ها کم می­شود.

مزیت­های حفاری به روش RT

1-3-1- عدم نیاز به سیستم­های کنترلی جدید و در نتیجه اپراتوری ساده.

1-3-2- هزینه تعمیرات و نگهداری مناسب.

1-3-3- حجم کم و جابجایی آسان.

1-3-4- امکان استفاده از این تجهیزات بر روی هر دکل.