حفاری جهت‌دار و انحرافی (Directional and Deviated Drilling) یکی از مهم‌ترین دستاوردهای مهندسی نفت در قرن اخیر است. این فناوری امکان می‌دهد مسیر چاه از حالت کاملاً عمودی خارج شود و با انحراف کنترل‌شده به سمت هدف خاصی در زیر زمین هدایت گردد. امروزه، این روش نه‌تنها برای افزایش راندمان استخراج بلکه برای کاهش هزینه‌ها و اثرات زیست‌محیطی نیز به کار می‌رود.
مقدمه‌ای بر مفهوم حفاری جهت‌دار
حفاری جهت‌دار در ساده‌ترین تعریف، فرایندی است که در آن مسیر چاه از مسیر عمودی منحرف می‌شود تا بتوان به نواحی خاصی از مخزن نفت یا گاز دست یافت. در گذشته، چاه‌ها فقط به‌صورت عمودی حفر می‌شدند، اما محدودیت‌های زمین‌شناسی و نیاز به دسترسی به نقاط دورتر باعث شد مهندسان به فکر تغییر مسیر چاه بیفتند.
حفاری انحرافی (Deviated Drilling) معمولاً نوعی از حفاری جهت‌دار است که در آن چاه با زاویه‌ای کمتر از افقی از مسیر اصلی منحرف می‌شود. در حالی‌که حفاری جهت‌دار می‌تواند شامل مسیرهای پیچیده‌تری با کنترل دقیق‌تر باشد.
تاریخچه و تحول حفاری جهت‌دار
اولین تلاش‌های ثبت‌شده برای حفاری جهت‌دار و انحرافی به دهه ۱۹۲۰ در کالیفرنیا بازمی‌گردد. در آن زمان، مهندسان برای دسترسی به میادینی که در زیر مناطق شهری قرار داشتند، مسیر چاه‌ها را به‌صورت زاویه‌دار طراحی کردند.
در دهه‌های بعد، با توسعه ابزارهایی مانند downhole motor و Measurement While Drilling (MWD)، کنترل زاویه و جهت حفاری بسیار دقیق‌تر شد. امروزه با استفاده از سنسورهای ژیروسکوپی، رایانه‌های حفاری و سیستم‌های هدایت از سطح، می‌توان مسیر چاه را با دقت سانتی‌متری تنظیم کرد.
اصول کارکرد حفاری جهت‌دار و انحرافی
فرآیند حفاری جهت‌دار در چند مرحله انجام می‌شود:
- حفاری بخش عمودی اولیه
ابتدا چاه به‌صورت عمودی تا عمق مشخصی حفر می‌شود تا از لایه‌های سطحی عبور کند. - شروع انحراف (Kickoff Point)
در عمقی مشخص، ابزارهای خاصی مسیر مته را از حالت عمودی خارج می‌کنند. این نقطه به Kickoff Point معروف است. - استفاده از موتور درون‌چاهی (Downhole Motor)
این موتور، مته را به‌صورت مستقل از لوله حفاری می‌چرخاند و مسیر را قابل کنترل می‌کند. - اندازه‌گیری حین حفاری (MWD)
این فناوری زاویه، جهت و موقعیت چاه را در زمان واقعی به سطح ارسال می‌کند تا حفاری دقیق‌تر انجام شود. - اصلاح مسیر با ابزارهای Steerable System
مهندسین حفاری با داده‌های MWD تصمیم می‌گیرند مسیر را کمی تغییر دهند یا ثابت نگه دارند.
کاربردهای حفاری جهت‌دار و انحرافی
حفاری جهت‌دار کاربردهای گسترده‌ای دارد که فراتر از صرفاً استخراج نفت و گاز است. برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن عبارتند از:
۱. دسترسی به مخازن دورافتاده
وقتی مخزن مستقیماً زیر دکل حفاری قرار ندارد، با حفاری جهت‌دار می‌توان بدون جابجایی دکل، به نواحی دورتر دست یافت.
۲. عبور از موانع سطحی
در مناطقی که موانعی مانند رودخانه، مناطق شهری یا مناطق حفاظت‌شده وجود دارد، حفاری جهت‌دار اجازه می‌دهد مسیر چاه از زیر این موانع عبور کند.
۳. تولید از چند مخزن با یک چاه
در برخی پروژه‌ها، چند شاخه‌ی فرعی (Laterals) از یک چاه اصلی منشعب می‌شوند تا چند مخزن مجاور به‌طور همزمان تولید کنند.
۴. افزایش تماس با مخزن
در مخازن افقی یا لایه‌ای، حفاری جهت‌دار باعث افزایش طول تماس چاه با ناحیه تولیدی می‌شود که بازده استخراج را به‌طور چشمگیری بالا می‌برد.
۵. استفاده در حفاری افقی
حفاری افقی در واقع نوع پیشرفته‌تری از حفاری جهت‌دار است که پس از انحراف کامل، مسیر چاه تقریباً افقی می‌شود.
تجهیزات اصلی در حفاری جهت‌دار
▪ Downhole Motor
موتوری که درون چاه قرار می‌گیرد و با استفاده از فشار گل حفاری، مته را می‌چرخاند.
▪ Measurement While Drilling (MWD)
سیستمی که اطلاعاتی مثل زاویه، عمق و جهت را در زمان واقعی ارسال می‌کند.
▪ Steering Tools
ابزارهایی برای کنترل دقیق مسیر و اصلاح زاویه در هنگام حفاری.
▪ Gyro Tools
ابزارهای ژیروسکوپی که در محیط‌های بدون میدان مغناطیسی نیز جهت‌یابی دقیق انجام می‌دهند.
مزایای حفاری جهت‌دار و انحرافی
- افزایش بازده تولید
- کاهش هزینه‌های جابجایی دکل
- دسترسی به میادین غیرقابل دسترس
- کاهش اثرات زیست‌محیطی
- امکان حفاری چند شاخه‌ای
محدودیت‌ها و چالش‌ها
- هزینه بالاتر نسبت به حفاری عمودی
- نیاز به تجهیزات پیشرفته و تیم متخصص
- پیچیدگی در تحلیل داده‌های جهت‌یابی
- احتمال انحراف بیش از حد و گم کردن مسیر واقعی چاه
آینده حفاری جهت‌دار و انحرافی
فناوری‌های نوین مانند حفاری هوشمند (Smart Drilling) و سیستم‌های خودکار هدایت چاه، آینده این صنعت را دگرگون می‌کنند. ترکیب هوش مصنوعی و تحلیل داده‌های بلادرنگ در کنترل زاویه و مسیر حفاری، موجب کاهش خطا و افزایش دقت می‌شود.
همچنین، استفاده از ربات‌های درون‌چاهی و سیستم‌های Wireless Steering به‌زودی مرزهای جدیدی برای حفاری‌های پیچیده‌تر باز خواهند کرد.
جمع‌بندی
حفاری جهت‌دار و انحرافی امروز دیگر فقط یک روش خاص نیست، بلکه ستون فقرات پروژه‌های پیچیده‌ی نفت و گاز محسوب می‌شود. این فناوری امکان دسترسی به میادینی را فراهم کرده که در گذشته غیرممکن به نظر می‌رسید. آینده حفاری به‌سمت ترکیب هوش مصنوعی، سنسورهای دقیق و سیستم‌های هدایت خودکار پیش می‌رود تا حفاری‌ها ایمن‌تر، سریع‌تر و اقتصادی‌تر انجام شوند.
منابع
- Drilling Contractor Magazine – Directional Drilling Advances
- PetroWiki – Directional and Horizontal Drillin
برای دیدن سایر مقالات اینجا کلیک کنید.
