حفاری تحت تعادل (Underbalanced Drilling یا UBD) یک تکنیک پیشرفته حفاری است که در آن فشار ستون سیال حفاری کمتر از فشار سازند نگه داشته می‌شود. این روش برخلاف حفاری تعادلی یا Overbalanced عمل می‌کند و هدف اصلی‌اش کاهش نفوذ سیال در سازند، جلوگیری از آسیب‌دیدگی مخزن و افزایش سرعت حفاری است.
استفاده از UBD در سال‌های اخیر به‌ویژه در مخازن حساس، کم‌فشار و چاه‌های دارای مشکلات هرزروی رشد قابل توجهی داشته است.
UBD چیست و چگونه کار می‌کند؟
در حفاری تحت تعادل، رژیم فشار به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که فشار هیدرواستاتیک ستون حفاری کمتر از فشار منفذی سازند باشد.
این کار باعث می‌شود:
- سیال حفاری وارد سازند نشود
- جریان طبیعی سازند به داخل چاه به‌صورت کنترل‌شده رخ دهد
- اطلاعات دقیق‌تری از مخزن به‌دست بیاید
UBD با استفاده از ابزارهای کنترل فشار، چوک منیفولد، جداساز گاز و تجهیزات خاص سطحی انجام می‌شود. به عبارت دیگر، چاه در شرایط «جریان‌دار» حفاری می‌شود.
اجزای اصلی سیستم حفاری تحت تعادل
سیستم UBD شامل چند بخش کلیدی است که کنترل فشار و مدیریت جریان را ممکن می‌کند:
۱. چوک منیفولد (Choke Manifold)
ابزاری برای کنترل میزان جریان خروجی از چاه و تنظیم فشار برگشتی.
۲. Rotating Control Device (RCD)
قطعه‌ای که اجازه می‌دهد چاه تحت فشار باشد اما رشته حفاری بچرخد.
۳. Separator
گاز، مایع و جامدات را از جریان خروجی چاه جدا می‌کند.
۴. Injection System
برای تزریق نیتروژن یا گازهای سبک جهت کاهش چگالی ستون حفاری.
۵. Sensors & Monitoring
شامل فشارسنج‌ها، دبی‌سنج‌ها و سیستم‌های هشدار پیشرفته برای جلوگیری از فوران.
چرا از حفاری تحت تعادل استفاده می‌شود؟
این روش در چند موقعیت کلیدی کاربرد جدی دارد:
۱. سازندهای کم‌فشار و شکسته
جایی که گل حفاری به‌سرعت هرز می‌رود.
۲. مخازن حساس و آسیب‌پذیر
UBD از ورود گل به منافذ جلوگیری می‌کند و آسیب مخزن را کاهش می‌دهد.
۳. چاه‌هایی با تولید هم‌زمان
در این شرایط، UBD باعث کنترل بهتر جریان طبیعی سازند می‌شود.
۴. چاه‌های گازی یا چاه‌های با نفوذپذیری بالا
ورود گل به این مخازن باعث افت تولید بلندمدت می‌شود.
۵. پروژه‌هایی که نیاز به حفاری سریع دارند
چون UBD سرعت ROP را افزایش می‌دهد.
مزایای حفاری تحت تعادل (UBD)
UBD به‌دلیل ساختار فشار پایین، مجموعه‌ای از مزایا دارد:
۱. کاهش آسیب مخزنی (Formation Damage)
چون سیال حفاری وارد سازند نمی‌شود، آسیب به حداقل می‌رسد.
۲. افزایش نرخ حفاری (ROP)
اصطکاک و مقاومت سازند در برابر مته کمتر می‌شود.
۳. بهبود تولید نهایی چاه
چاه‌هایی که با UBD حفاری شده‌اند معمولاً تولید اولیه بالاتری دارند.
۴. افزایش عمر اقتصادی میدان
به‌دلیل جلوگیری از بسته شدن مسیرهای جریان در مخزن.
۵. کاهش مشکلات هرزروی
چون گل سنگینی وجود ندارد که وارد شکاف‌ها شود.
۶. کاهش تعداد نشست لوله و stuck pipe
فشار کمتر باعث کاهش چسبندگی و گیرکردن pipe می‌شود.
محدودیت‌ها و چالش‌های UBD
در کنار مزایا، اجرای حفاری تحت تعادل نیازمند مدیریت حرفه‌ای است:
۱. احتمال افزایش جریان یا Kick
چون فشار ستون حفاری کمتر است، ورود ناگهانی سیال سازند محتمل‌تر است.
۲. نیاز به تجهیزات سطحی گران‌قیمت
جداکننده‌ها، RCD و سیستم‌های کنترل فشار هزینه‌بر هستند.
۳. پیچیدگی عملیاتی
نیروی کار متخصص و تجهیزات دقیق برای کنترل چاه ضروری است.
۴. حساسیت بالا نسبت به تغییرات فشار سازند
هر تغییر کوچک باید سریع مدیریت شود.
۵. مشکلات در حفاری در سازندهای ناپایدار
در برخی سازندهای رسی یا لایه‌های سست، خطر ریزش افزایش می‌یابد.
تفاوت UBD با حفاری مدیریت‌شده فشار (MPD)
این دو روش مشابه‌اند اما تفاوت‌های مهمی دارند:
| ویژگی | UBD | MPD |
|---|---|---|
| نسبت فشار ستون به فشار سازند | کمتر از فشار سازند | کمی کمتر یا مساوی |
| هدف | جریان کنترل‌شده سازند | کنترل دقیق فشار بدون ورود جریان |
| شدت جریان به داخل چاه | وجود دارد | حداقلی یا صفر |
| کاربرد | مخازن کم‌فشار، حساس | مخازن پرفشار، بحرانی |
به زبان ساده:
UBD چاه را عمداً در حالت underbalanced نگه می‌دارد؛ MPD چاه را در حالت نزدیک تعادل قرار می‌دهد.
تکنیک‌های رایج در UBD
۱. تزریق نیتروژن (N2 Injection)
برای کاهش چگالی ستون سیال و نگه داشتن فشار زیر فشار سازند.
۲. Foam Drilling
ترکیب هوا + کف برای افزایش توان حمل کنده‌ها.
۳. Aerated Mud
ترکیب گل سبک با گاز برای کنترل بهتر فشار.
۴. Pure Air Drilling
استفاده از هوا به‌جای گل (در اعماق کمتر و سازندهای خشک).
هزینه‌ها و اقتصاد UBD
هزینه اولیه UBD بیشتر از حفاری مرسوم است.
اما در بلندمدت بهره‌وری و تولید را افزایش می‌دهد.
صرفه‌جویی‌های کلیدی:
- افزایش سرعت حفاری → کاهش زمان پروژه
- کاهش آسیـب مخزن → افزایش تولید اولیه
- کاهش مشکلات مکانیکی → کاهش هزینه تعمیرات
در بسیاری از میادین کم‌فشار، استفاده از UBD اقتصادی‌ترین روش حفاری است.
آینده حفاری تحت تعادل
با رشد فناوری‌هایی مثل:
- AI Drilling Optimization
- کنترل فشار لحظه‌ای
- RCDهای نسل جدید
- سنسورهای downhole پیشرفته
روش حفاری تحت تعادل در دهه آینده تبدیل به یک استاندارد برای میادین پیچیده و حساس خواهد شد.
UBD همچنین با MPD ترکیب شده و نسل جدیدی از «Hybrid Pressure Drilling» را ایجاد کرده است که هم ایمنی بالا دارد و هم حداقل آسیب مخزنی را تضمین می‌کند.
منابع
- SPE – Underbalanced Drilling Fundamentals
https://www.spe.org - Schlumberger – UBD Glossary
https://www.glossary.oilfield.slb.com - PetroWiki – Underbalanced Drilling
https://petrowiki.spe.org - Weatherford – UBD Systems
https://www.weatherford.com
برای دیدن سایر مقالات اینجا کلیک کنید.
