تجهیزات حفاری (Drilling Tools) و انواع آن

حفاری به معنای حفر چاه تا رسیدن به مخازن زیر زمینی نفت می­‌باشد. عملیات حفاری می‌­تواند در خشکی یا در دریا انجام شده و دارای متد های مختلفی است. پس از آن که مخزن نفتی مورد اکتشاف قرار گرفت، باید از طریق حفر آن نقطه صحت این احتمال را بررسی کرد. در صورت وجود نفت عملیات استخراج نفت توسط تجهیزات حفاری آغاز می‌­گردد.

عمق چاه نفت می­‌تواند از حدود صد متر تا چندین کیلومتر باشد. به طوری که عمیق ترین چاه نفت جهان در روسیه دارای عمقی به طول 12.7 کیلومتر می­‌باشد.

در زمان های گذشته عملیات حفاری به صورت حفاری ضربه‌ای صورت می‌­گرفت. حفاری ضربه‌ای به این صورت بود که یک وزنه­ فولادی نسبتاً سنگین را به یک کابل فولادی متصل می­‌کردند و کابل به طور متناوب بالا و پایین می‌­رفت. طی این عملیات مته با برخورد به سنگ‌های عمق چاه باعث خرد شدن آن­ها می­گردید. در نهایت با خروج سنگ ریزه ها از چاه، عملیات حفاری ادامه پیدا می­‌کرد. این روش امروزه منسوخ شده و از آن استفاده نمی­‌شود.

از سال 1922 میلادی حفاری به روش دورانی ابداع شد و تا امروز از همین روش برای حفر چاه ها استفاده می­‌گردد. با پیشرفت تکنولوژی، مراحل و تجهیزات حفاری (Drilling Tools) آن هر روزه با کیفیت تر و بهتر شده اند.

شما می‌توانید در خصوص اکتشاف نفت (Hydrocarbon Exploration) نفت به مقاله لینک شده مراجعه و مطالعه نمایید.

لوازم و تجهیزات حفاری (Drilling Tools)

عملیات حفاری دورانی به این گونه است که در سطح زمین توسط نیرو محرکه ای که به یک صفحۀ دوار داده می­‌شود. یک رشته لوله درون چاه که در انتهای آن مته قرار دارد دوران کرده و به این ترتیب سنگ‌های زیرزمینی خرد شده و چاه حفر می‌­گردد.

این عملیات نیازمند تجهیزات حفاری (Drilling Tools) خاصی است که به علت اهمیت بالا از لحاظ کارکرد و ایمنی، باید مطابق استانداردهای جهانی نصب و تعمیر و نگه داری شوند. شکل زیر یک دکل حفاری و اجزای آن را نشان می‌­دهد که هر کدام از اجزاء در ادامه توضیح داده شده اند.

دکل حفاری و اجزاء آن
دکل حفاری و اجزاء آن

لوازم به کار رفته در حفاری خود به دو دستۀ لوازم بیرون چاه و لوازم درون چاه تقسیم می‌­شوند. که در شکل بالا محل قرار گیری آن­ها مشخص شده است.

دکل حفاری (Oil Rig)

دکل دسته ای از تجهیزات حفاری است که جنس آن معمولا فلزی بوده و دارای اتصالات مشبک به صورت خرپایی می‌­باشد. دکل جهت ایجاد فضای کافی، حفظ و نگه داری از تجهیزات حفاری (Drilling Tools) و انتقال لولۀ به داخل و خارج از زمین، بر روی چاه نصب می­‌گردد. دکل ها باید مستحکم بوده، کاملاً بر سر چاه ثابت شوند و ارتفاع قابل قبولی داشته باشند. این ارتفاع معمولاً چیزی بین 20 تا 60 متر است.

دکل ها دارای انواع مختلف ثابت، سیار و شناور هستند. برای استخراج میادین نفتی که در دریا واقع شده اند و عمق دریا زیاد است نمی‌­توان پایه های دکل را به کف دریا متصل نمود. در چنین شرایطی از دکل‌های شناور استفاده می­‌شود که توسط تعدادی لنگر به کف دریا وصل شده و روی جریان آب دارای حالت شناور هستند.

همچنین در برخی مواقع و برای استخراج چاه های کوچک از دکل سیار استفاده می­‌شود که قابلیت جابجایی دارد و به منطقه­ مورد نظر حمل می­گردد.

رشته لولۀ حفاری

یک رشته لولۀ حفاری خود شامل اجزای مختلفی می­‌باشد.

Kelly

در بالاترین قسمت رشته لوله، یک لوله با مقطع مربعی (Kelly) و توخالی با طول 12.5 متر قرار دارد. یک سر آن متصل به صفحۀ دورانی و سر دیگر آن به لولۀ حفاری پیچ شده است. وظیفه­ این لوله در حقیقت ایجاد ارتباط بین اجزای درون چاه و بیرون چاه بوده. همچنین گل حفاری را از درون خود عبور داده و وارد لولۀ حفاری می­‌کند.

 Kelly
Kelly

لولۀ حفاری (Drill Pipe)

لوله‌های حفاری یکسری لولۀ تو خالی از جنس فولاد به طول 9 متر با قطرهای مختلف هستند. این لوله ها به دنبال هم متصل می­‌شوند و تا اعماق چاه ادامه می­‌یابند. توخالی بودن لولۀ حفاری به علت انتقال گل حفاری از درونش به اعماق چاه می­‌باشد. در انتهای پایین ترین لوله، متۀ حفاری نصب می­‌گردد. با پایین رفتن عمق چاه به ازای هر 9 متر، لوله­ بالایی متصل به Kelly از جای خود باز شده و یک لولۀ دیگر به سیستم افزوده شده و دوباره به Kelly  متصل می­‌شوند.

لوله های حفاری
لوله های حفاری

لولۀ خارجی (طوقه)

برای حفاظت از لولۀ حفاری و جلوگیری از خم شدن و پیچش در آن، یک لولۀ توخالی با جنسی قوی و محکم دور لوله­ حفاری اصلی قرار می‌­دهند. کاربرد این طوقه‌ها بیشتر برای لوله‌های پایینی و نزدیک به انتهای چاه می‌­باشد و از آن ها محافظت می­‌کند.

مته (Bit)

مته از دیگر تجهیزات حفاری که برای خرد کردن سنگ ها و سوراخ کردن زمین در عمق چاه می‌­باشد. مته به انتهای پایین ترین لولۀ حفاری متصل می‌­شود و خود دارای دو نوع اصلی تیغه دار (برای حفر زمین‌های نرم) و غلتکی (برای حفر زمین‌های سخت) می‌­باشد.

شناخته شده ترین مته­ غلتکی نوع سه مخروطی آن می­باشد. در این مته غلتک‌ها با زاویه 120 درجه نسبت به هم حول محور خود می‌گردند. خود مته هم همراه با لولۀ حفاری دوران 360 درجه می­‌کند. همچنین سوراخی در مته ها تعبیه شده که گل حفاری را با فشار به بیرون پرتاب می‌کند و از این طریق عملیات حفاری تسهیل می‌­شود.

مته ها پس از مدتی دچار فرسایش می­شوند و لازم است که تعویض شوند. در زمین های سخت این اتفاق خیلی سریع تر می­افتد و باید مته ها زود به زود تعویض گردند. برای هر بار تعویض مته لازم است تا رشته لوله به طور کامل از چاه خارج شود و مته در انتهای آن تعویض گردد. به همین علت تعویض مته فرایند بسیار زمان بر و سختی می­‌باشد و سرعت فرایند حفر چاه را تحت تأثیر قرار می­‌دهد.

مته های حفاری
مته های حفاری

جداره (Casing)

به منظور جلوگیری از ریزش دیوارۀ چاه به خصوص در اعماق زیاد، از یک سری لوله­ فولادی تو خالی استفاده می­‌شود که به آن­ها جداره می­‌گویند. این لوله ها توسط سیمان به دیوارۀ چاه چسبانده می­‌شوند.

پس از نصب اولین جداره لازم است تا مته از چاه خارج شده و با مته­ کوچکتری تعویض می‌شود. چنانچه یک جداره برای جلوگیری از ریزش دیواره چاه کافی نباشد می‌­توان دو یا سه جداره را درون هم نصب کرد.

جداره (Casing)
جداره (Casing)

موتورها و تجهیزات متحرک (Engines & Movable Tools)

به منظور تأمین حرکات لوله‌های حفاری در بیرون چاه یک سری موتور قرار گرفته است. موتورهای به کار رفته در مجاورت چاه نفت، معمولاً دیزلی بوده و به برق شهری متصل نیستند. یکی از این موتورها به یک کابل متصل شده و آن کابل از روی یک قرقرۀ آویزان عبور می­‌کند. مجموعۀ کابل و قرقره و موتور، سیستم بالابر رشته لوله نامیده می‌­شود و وظیفۀ آن بیرون کشیدن رشته لوله­‌ها از چاه یا وارد کردن آن­ها می‌­باشد. بالابر با چرخش قرقره، در رشته لولۀ متصل به کابل، حرکت عمودی ایجاد کرده و رشته لوله می‌­تواند از چاه خارج شود.

سیستم متحرک دیگر در مجاورت چاه، یک صفحۀ دورانی است که به یک الکترو موتور متصل شده است. این صفحۀ دورانی به قسمت فوقانی Kelly وصل می‌­باشد. وظیفۀ این مجموعه ایجاد حرکت دورانی در رشته لوله و مته داخل چاه می­‌باشد.

قرقرۀ بالابر
قرقرۀ بالابر
صفحۀ دوار
صفحۀ دوار

پمپ ها (Pumps)

معمولاً در عملیات حفاری سه نوع پمپ بکار برده می‌­شود: پمپ های گِل (Mud Pump)، پمپ های سیمانکاری (Cement Pump) و پمپ های جک (Pump Jack). پمپ‌های گِل وظیفۀ به گردش دراوردن گِل حفاری را بر عهده دارند. این پمپ‌ها گِل را از مخزن مخصوص گِل حفاری به درون Kelly و سپس لولۀ حفاری تا عمق چاه پمپ کرده و پس از بازگشت دوباره به مخزن بر می­‌گردانند. معمولاً دو عدد از این پمپ ها به صورت موازی استفاده می­‌شود تا در صورت خرابی یکی از آن­ها، پمپ دیگر به وظیفۀ خود عمل کند.

پمپ های سیمانکاری وظیفۀ پمپاژ سیمان به منظور جداره بندی (Casing) دیوارۀ چاه، را بر عهده دارند. همچنین Pump Jack، زمانی که فشار خود چاه برای بالا آمدن نفت به سطح زمین کافی نباشد، استفاده شده و نفت را از اعماق زمین به سطح زمین پمپاژ می­‌کنند.

پمپ گِل (Mud Pump)
پمپ گِل (Mud Pump)
جک پمپ (Pump jack)
جک پمپ (Pump jack)

شیر های کنترلی و تجهیزات ایمنی (درخت کریسمسChristmas Tree)

برای جلوگیری از فوران نفت و افزایش فشار بخار نفت خروجی از چاه، یک سری شیرهای فشار شکن و شیرهای ایمنی در خروجی چاه به صورت سری  وموازی باهم بسته می­‌شوند. این شیرها طی چند مرحله فشار نفت خروجی از چاه را تعدیل کرده و سپس وارد مخازن ذخیرۀ واقع بر چاه می­‌کنند. به علت ساختار پیچیده و شباهت این مجموعه به درخت، اصطلاحاً به آن درخت کریسمس می­‌گویند.

درخت کریسمس (Christmas Tree)
درخت کریسمس (Christmas Tree)

مخازن و تجهیزات تصفیه

بر روی هر چاه نفت، یک سری مخازن وجود دارد. یکی از این مخزن ها برای ذخیرۀ گِل حفاری است که گِل پس از بازگشت از درون چاه درون آن رفته و ناخالصی‌هایش ته نشین می­‌شود. مخازن و تجهیزات حفاری دیگری هم برای انجام عملیات تصفیه بر روی نفت خروجی از چاه وجود دارند. این تجهیزات وظیفه دارند تا گازها، نمک ها، آب و مواد اضافی را تا حد امکان از نفت خام خروجی از چاه جدا کنند.

مخازن و تجهیزات تصفیه
مخازن و تجهیزات تصفیه

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا