حفاری چاههای نفت و گاز از کارهای بسیار پیچده و گرانقیمتی بوده که نیازمند طراحی دقیق و اگاهانه می باشد تا این کار با موفقیت روبرو شود . مهندسان طراح چاه حداکثر تلاش خود را برای پیش بینی مشکلات و چگونگی رفع ان بکار می برند . حاصل تلاش انها به صورت مکتوب و با عنوان طرح چاه نوشته می شود که در ان جزییات حفاری و نیز ایزارهای مورد نیاز توضیح داده شده است . در این برنامه موارد زیر مد نظر طراحان قرار می گیرد :

1- امنیت پرسنل و تجهیزات
2- به حداقل رساندن هزینه های حفاری
3- حداکثر تولید ( در صورت امکان )
لازم به ذکر است که در این طرح امنیت پرسنل در اولویت کار قرار دارد .

مکان حفاری

امروزه بیشتر شرکت های نفتی تنها در مکانهایی اقدام به حفاری می کنند که نشانه های واضحی از وجود مخازن نفتی داشته باشند .
اطلاعات لرزه نگاری عمومی ترین روش برای کشف مخازن نفتی می باشد . بررسی ها ی لرزه ای با ایجاد یک موج در سطح ایجاد می شود . در حالی که موج تولید شده از میان پوسته عبور کرده و به سمت پایین می رود . قسمتی از ان توسط سازندهایی که از ان عبور می کند انعکاس داده می شود .
با استفاده از وسایل مخصوص ، زمان انعکاس موج برای هر سازند معین می شود . اطلاعات به دست امده با اطلاعاتی که از مناطق دیگر به دست امده با یکدیگر انطباق داده می شود . اطلاعات جمع شده به کمک کامپیوتر به صورت گراف درامده و ساختارهای زمین شناسی زیر سطحی به صورت دو بعدی و یا سه بعدی ترسیم می شود .

از دیگر روشهای که برای یافتن مخازن در زیر زمین مورد استفاده قرار می گیرد می توان از ابزارهای دقیق و حساس شتاب سنج و مغناطیس متر ها برای مشخص کردن تغییرات در چگالی سنگها نام برد .
با استفاده از وسایل فوق اطلاعات گرداوری شده با اطلاعات دیگر نقاط به دقت تفسیر شده و تطبیق داده می شود و موقعیت بیرون زدگیها و گسلها مشخص می شود . برای افزایش دقت در کار از اطلاعات ماهواره ای و نیز چاههای مجاور نیزاستفاده می شود .

انواع چاهها

الف- Wildcat
این چاهها در مناطقی حفاری می شود که یافته های زمین شناسی ان کم بوده یا اینکه اصلا وجود ندارد .
ب – چاههای اکتشافی
در مناطقی حفاری می شود که تا عمق معینی اطلاعات لرزه ای و دیگر اطلاعات زمین شناختی وجود دارد ولی در عمق نهایی اطلاعاتی وجود ندارد

پ-step out
برای تعیین مرزهای یک مخزن کشف شده در طول حفاری اکتشافی به کار می رود

ت‌- چاههای توسعه ای
در این چاه بخش های تولیدی یک مخزن حفاری می شود . انتخاب محل حفاری نیز براساس شعاع مخزن ، شکل مخزن و ارزش استخراج انتخاب می شود .

ث‌- چاههای workover
برای عمیق تر کردن ، ایجاد انحراف و یا کامل کردن یک چاه که از قبل حفاری شده به کار می رود .

مهندس طراح چاه قبل از اقدام به حفاری باید موارد زیر را مورد بررسی قرار دهد :
1- فشار سیال سازند
2- فشار شکستگی های سازند ( fracture gradient )
3- ثبات سازند
4- ژوئمتری چاه
5- طرحهای انحراف و کج کردن چاه
6- شرایط سطحی

اولین مساله ای که در حفاری یک چاه باید مد نظر قرار گیرد ایجاد تعادل بین فشار سیالات موجود در سازند می باشد . برای این کار از گل حفاری استفاده می کنند تا فشار سیال سازند را در حالت تعادل قرار داده و نیز کنده های حفاری را به سطح بیاورد .

پرسنل حفاری

حفاری در تمام مدت 24 ساعت روز و در تمام طول هفته به طور وقفه ادامه پیدا می کند . برای این کار پرسنل زیادی بر روی هر دکل مشغول به فعالیت هستند که در زیر به تعدادی از انها اشاره می کنیم :

کمپانی من (company man )
به عنوان ناظر حفاری بر روی دکل مشغول فعالیت بوده و بر حسن اجرای حفاری و اینکه پرسنل حفاری وظایف خود را به درستی انجام دهند نظارت داشته و تصمیم گیری های لازم را برای ادامه کار اتخاذ می کند

زمین شناس

رییس دستگاه ( tool pusher )
مسئول ارشد چاه و مسئول اصلی برای حفاری می باشد .
گل شناس
مکانیک ارشد و کمک مکانیک
برقکار ارشد و کمک برقکار
پزشک
انباردار
مسئول اردوگاه

کمک حفار
حفار
کارگران سکو ( roughnecks , derrickman )

کارگران موقت برای جابجایی مواد گل و....

کارگران رستوران
در دکلهای حفاری علاوه بر پرسنل فوق پرسنل زیر فعالیت دارند

ناخدا کشتی و کرجی ها
خلبان هلیکوپتر

همچنین علاوه بر پرسنلی که به طور ثابت بر روی دکل فعالیت می کنند گروههای ویژه ای نیز بر حسب نیاز بر روی دکل می ایند که از ان جمله می توان از گروههای زیر نام برد :
گروههای casing
سیمان کاری
نمودارگیری ( مادلاگینگ و well logging )

پرسنل تست چاه
پرسنل تکمیل چاه
پرسنل اسیدکاری


انواع دکلهای حفاری

تقریبا تمام دکلهای حفاری از روش چرخشی برای حفاری استفاده می کنند . با چرخش سیستم چرخشی لوله های حفاری شروع به چرخش کرده و مته متصل به ان نیز چرخیده و به حفر سازندها می انجامد دکلها انواع مختلفی داشته که بر اساس عمق حفاری و نیز قادر به بلند کردن بلند کردن سنگین ترین وسایل و لوله های حفاری باشند . همچنین مکان ی که قرار است حفاری شود نیز تعیین کننده نوع دکل می باشد . هر دکل ازقسمت های زیر تشکیل شده است :

--- دکل و پایه ه ایان برای نگهداری لوله ها و تجهیزات حفاری
--- سیستم تولید نیرو و برق
--- سیستم چرخاننده
--- سیستم گردش گل حفاری
--- سیستم کنترل چاه

شکل اضافه شود


1- دکلهای خشکی ( onshore )
این دکلها به گونه ای ساخته می شوند که بتوان براحتی قطعات ان را از هم جدا کرده و به اسانی و بر روی تریلر انها را جابجا نمود .

بعضی ازدکلهای کوچکتر به گونه ای ساخته شده اند که بر روی یک کامیون قرار گرفته و قادر است از محلی به محل دیگر منتقل شود .

بعضی ازشرکت ها دارای دکل هایی هستند که می توان انها را توسط هلیکوپتر جابجا نمود . معمولا از این نوع دکلها در مکانهایی استفاده می کنند که جاده و یا ابی در دسترس نباشد .

2- دکلهای متحرک دور از ساحل که عبارتند از
الف – دکلهای jack-up
ب- شناورها ( submersible barges )
پ - semisubmersible
ت – کشتی های حفاری

دکلهای jack –up در حقیقت شناورهایی هستند که بر روی پایه های فولادی بسیار بزرگ قرار می گیرند و به سمت مکانی که باید حفاری کند ، یدک کشیده می شود . وقتی به محل حفاری رسید پایه های ان در کف دریا قرار می گیرد بعد از ان شناور روی پایه های خود بلند شده تا به طور کامل از اب خارج شود . این دکلها برای حفاری تا عمق 110 متری مورد استفاده واقع می شوند .

شناورها ( submersible barges ) برای حفاری ابهای ارام مورد استفاده قرار می گیرند جایی که عمق اب حداکثر تا 3 تا 5 متر باشد .



Semisubmersible که می توان ان را با استفاده از یدک کش و به صورت شناور به محل حفاری انتقال داد . از این دکلها برای حفاری ابهایی با عمق 90 تا 760 متر استفاده می کنند .

کشتی های حفاری درست مانند دیگر کشتی ها بوده با این تفاوت که تجهیزات حفاری روی انها نصب شده است . از این دکلها بیشتر برای حفاری چاههای , wildcat و دوردست استفاده می شود . این کشتی ها قادرند در ابهایی با عمق بیش از 2800 متر حفاری نمایند .
چاههایی که توسط دکلهای دریایی ابهای عمیق حفر می شوند دارای wellhead و سیستم کنترل فورانی هستند که دربست راب نصب می شود . لوله های قطوری که به انها riser گفته می شود wellhead را به rig متصل می کند .

3- دکلهای دریایی ثابت ( fix off shore )

بیشتر مواقع بیش از یک چاه باید حفاری شود تا یک فیلد offshore ( دریایی ) استخراج شود . برای این منظور از دکلهای مخصوصی استفاده می شود .
بیشتر این سکوهای حفاری بعد از ساخته شدن در خشکی به محل حفاری برده شده و توسط میخ های مخصوص در مکان خود ثابت می شوند . بر روی این سکوها جرثقیل های بزرگی قرار داده می شوند که قادرند وسایل بسیار سنگین را بلند نمایند . یک سکوی ثابت قادر به حفاری بیش از 50 چاه می باشد . تکنولوژی های اخیر اجازه می دهد تا در اعماق بیش از 300 متر حفاری صورت گیرد

سیستم تولید نیرو دکل

تقریبا همه دکلهای حفاری ازموتورهای دیزلی برای تامین نیرو استفاده می کنند . در موتورهای دیزلی گرمای حاصل از تراکم باعث سوختن مخلوط هوا و سوخت درون موتور می شود .
در یک دکل بر اساس اندازه و حداکثر عمق حفاری از یک یا چند موتور دیزلی استفاده می شود . دکلهای بزرگ دارای 3 یا 4 موتور هستند که روی هم رفته می توانند تا 3000 اسب بخار یا بیشتر از ان نیز قدرت داشته باشند که البته این نیرو باید به دیگر تجهیزات دکل انتقال داده شده تا ان دستگاهها بتوانند به کار بیفتند . برای انتقال نیروی ایجاد شده عموما از دو روش استفاده می شود .:

1- انتقال مکانیکی نیرو

این روش بیشتر در دکلهای قدیمی و کوچک مورد استفاده واقع می شود .در این قسمت نیروی موتورها عبارت است از ترکیب کلیه نیروهای تولید شده توسط هر موتور . این موتورها از طریق کوپلینگ ها و یا از طریق مبدلهای گشتاور و یا از طریق زنجیر و پولی به یکدیگر متثل می شوند . ترکیب پولی و زنجیر را کامپوند یا مرکب می گویند زیرا از این طریق نیروی چندین موتور به یگدیگر متصل شده و به این ترتیب همه انها در یک لحظه می توانند مورد استفاده واقع شوند . این نیرو پس از ان از طریق زنجیرهای دیگری به سیستم های بالا بر منتقل می شود . کمربندهای بزرگ معمولا برای گرداندن پمپ ها مورد استفاده واقع می شود .

2- انقال الکتریکی نیرو

این روش در بیشتر دکلهای امروزی مورد استفاده واقع می شود . موتورهای دیزلی که در دکلهای خشکی مورد استفاده واقع می شوند و با مقداری فاصله از دکل نصب می شوند و ژنراتورهای جریان متناوب بزرگی را می چرخانند . این ژنراتورها جریان برق AC تولید کرده که از طریق کابل به تجهیزات کنترلی و سویچ های الکتریکی فرستاده می شوند . در این قسمت بیشتر برق تولیدی تبدیل به برق DC شده که از طریق کابل به موتورهای الکتریکی که گرداننده تجهیزات دکل هستند فرستاده می شوند . این سیستم نسبت به سیستم های دیزلی مکانیکی دارای مزایایی بوده که از ان جمله می توان از حذف همه تجهیزات سنگین و نیز تسمه ها و زنجیرهای گرداننده نام برد . همچنین بدلیل نصب این موتورها در فاصله دورتری از خود دکل سر و صدای تولید شده کمتر باعث اذیت و ازار پرسنل می شود .

سیستم بالا برنده

این سیستم شامل قسمت های زیر می باشد
- drawworks
- mast یا derrick
- crown block
- traveling block
- drilling line


- drawworks

دراوورکس در اصل یک چرخ دوار بزرگ می باشد . که کابلهای حفاری روی ان جمع و یا باز می شوند

دراورکس دارای یک ترمز اصلی بوده که به حفار اجازه می دهد تا حرکت کابلهای حفاری را کنترل نماید . در مواردی که بار سنگینی روی دراورکس قرار گرفته و به سمت بالا و یا پایین اورده می شود از یک ترمز هیدرولیکی و یا ترمز برقی کمکی نیز استفاده می شود تا حرکت ایجاد شده توسط این بار سنگین جذب شود .
دراورکس همچنین دارای کلاچ ، شافت چرخ دنده و زنجیر برای ایجاد تغیرات در سرعت و جهت می باشد .

قرقره و کابلهای حفاری
کابلهای حفاری عمدتا در قطرهای 8/1 1 و 2/1 1 اینچ ساخته می شوند . کابلهای حفاری بدون شک از نظر تولید و ساخت از تجهیزات پیچیده حفاری به شمار می روند هر چند که از لحاظ ظاهری شبیه به کابلهای معمولی هستند ولی به گونه ای ساخته شدهاند تا بتوانند بارهای بسیار سنگین را تحمل نمایند . در هنگام برپایی دکل این کابلها باید وارد crown block شده و بعد به سمت پایین هدایت شده و وارد traveling block شوند و دوباره به سمت بالا رفته و دوباره وارد crown block شده و مجدد به سمت پایین امده و وارد traveling block گردد این عمل تا زمانی ادامه پیدا می کند تا تعداد مناسب ( معمولا 10 و یا 12 کابل بر اساس مقدار وزنی که باید تحمل نمایند ) وارد انها شود وقتی که اخرین کابل دور crown block عبور داده شد انتهای کابل پایین امده و به استوانه دراوورکس متصل می شود. چند دور ازکابلها پس از ان اطراف استوانه دراوورکس قرار داده می شود . بخشی از کابل حفاری که از دراوورکس به سمت crown block می رود به fast line معروف است زیرا 8 تا 10 برابر سرعت traveling block حرکت می کند . سمت دیگر کابل حفاری که به سمت قرقره منبع میرود به dead line معروف است زیرا در جای خود ثابت نگه داشته می شود که برای این کار از وسیله ای به نام deadline anchor استفاده می شود . قطعات دیگری که به traveling block متصل هستند عبارتند ازیک فنر که باعث جذب شوک های ایجاد شده می شود و نیز هوک یا قلاب که برای معلق نگه داشتن لوله ها و ابزار های حفاری مورد استفاده قرار می گیرد .



شکل دراوورکس و .............. اضافه شود .

تجهیزات مورد نیاز برای چرخش لوله های حفاری
1- swivel
2- Kelly
3- Rotary table
شکل قطعات اورده شود

لازم به ذکر است که در حال حاضر بیشتر دکل های مدرن بجای تجهیزات بالا ازسیستم top drive استفاده می کنند که دارای مزایای زیادی در مقایسه با سیستم Kelly می باشد .
Swivel وسیله ای است که امکان عبور گل پمپ شده ازطریق پمپ ها را به داخل لوله های حفاری فراهم می کند .
توضیح بیشتر در مورد swivel اورده شود .

Kelly و rotary table
Kelly در زیر sweivel بسته می شود . در واقع Kelly یک لوله چهارضلعی یا شش ضلعی می باشد و البته این که چرا به این وسیله Kelly گفته می شود مشخص نیست
مانند sweivl کیلی نیز اجازه عبور گل پمپ شده به سمت لوله های حفاری و ته چاه را فراهم می کند .
دلیل چهار ضلعی و یا شش ضلعی بودن کیلی این است که بتواند حرکت ایجاد شده توسط میز دوار (rotary table ) را به لوله های حفاری انتقال دهد

کیلی درون وسیله ای به نام کیلی بوشینگ قرار می گیرد
و خود Kelly bushing نیز درون بخش مرکزی rotary table که به ان master bushing گفته می شود قرار می گیرد
بنابراین با چرخش master bushing کیلی بوشینگ نیز شروع به چرخش می کند و در نتیجه کیلی نیز می چرخد و از انجایی که لوله های حفاری به انتهای کیلی متصل هستند لوله های حفاری نیز شروع به چرخیدن می کنند . و باعث حرکت مته متصل به لوله حفاری می شود و به این طریق عملیات حفاری اغاز می شود . همانگونه گه عملیات حفاری پیش می رود traveling block پایین امده تا کیلی به نزدیک فلوربرسد که در این زمان یک شاخه جدید به کیلی اضافه کرده و عملیات حفاری ادامه پیدا می کند . به این عمل connection گفته می شود .
لازم به ذکر است که rotary table ( میز دوار ) توسط موتور DC که نیروی خود را از طریق شافت ها ، pinها و چرخ دنده ها انتقال میدهد می چرخد .
بر خلاف سیستم کیلی top drive مستقیما به traveling block متصل می باشد .
سیستم top drive باعث کاهش مدت زمان connection می شود زیرا قادر است در هر زمان سه شاخه را حفاری نماید . برای کاهش خطر گیر افتادن لوله ها در چاه لوله ها در حالی که بالا و پایین اورده می شوند می توانند بچرخند که این عمل در سیستم کیلی به سادگی امکان پذیر نمی باشد .
شکل قطعات اورده شود


Slips
Slips وسیله ای است برای نگه داری لوله های حفاری به صورت معلق در چاه در زمانی که برای انجام عمل connection ( اتصال لوله ها ) کیلی یا سیستم top drive جدا می شود . در هنگام trip in ( راندن لوله ها در چاه ) و یا trip out ( خارج کردن لوله ها از چاه باید Kelly جدا شده و در محلی از فلور به نام rat hole قرار داده شود . در کنار rat hole مکان دیگری قرار دارد که به mouse hole گفته می شود در این مکان شاخه بعدی مورد نیاز برای اتصال به لوله های حفاری نگه داری می شود .


Elevator
وسیله ای است که درهنگام trip مورد استفاده قرار می گیرد و در بالای لوله های حفاری قرار داده شده و با بالا و پایین رفتن traveling block لوله های متصل شده به elevator نیز بالا و پایین می روند .




Tongs
اچارهای بزرگی هستند که برای باز و بستن لوله های حفاری مورد استفاده واقع می شوند . برای بازکردن و بستن لوله ها دو عدد از این اچارها مورد نیاز می باشد. یکی از انها برای نگهداری لوله ها در جای خود و دیگری برای سفت کردن و یا شل کردن لوله ها مورد استفاده قرار می گیرد . این اچارها توسط کابلهایی به صورت معلق قرار داده می شوند تا حرکت انها به اسانی صورت گیرد



Air –hoists
پرسنل حفاری از این وسیله برای بلند کردن وسایل حفاری ، قرار دادن و یا بیرون اوردن لوله حفاری از mouse hole و یا بالا بردن پرسنل مربوطه برای کار بر روی کیلی یا top drive و یا دکل استفاده میکنند.

شکل قطعات اورده شود


Monkyboard
مکانی بر روی دکل است که ر هنگام trip مورد استفاده واقع می شود . در این هنگام derrick man به این قسمت رفته و استند ها ( به هر سه شاخه ازلوله های حفاری متصل به هم گفته می شود ) را در مکان خود قرار می دهد( برای این منظورrack های معینی بر روی دکل وجود دارد)
عملیات بسیار خطرناک بوده و پرسنل باید حداکثر نکات ایمنی را رعایت نمایند . به همین منظور بیشتر دکل های حفاری از slips ، اچارها و pipe spinner مناسبی استفاده می کنند و در تعدادی ازدکل های جدیدتر عملیات trip به صورت تمام اتوماتیک صورت می گیرد .


Drill string
از بالا به پایین drill string شامل قطعات زیر می شود :
لوله های حفاری
BHA
مته

طراحی رشته حفاری قسمتی از برنامه ریزی چاه محسوب می شود . شرکت عملیاتی (operating company ) اندازه و طول رشته حفاری را تعیین می کند اما نوع سازند که حفاری می شود و دیگر پارامترها تعیین کننده اندازه و ترکیب BHA می باشد .
طول هر لوله حفاری حدود 30 فوت بوده که هر طول از این شاخه یک Joint گفته می شود . طراحی این لوله ها به گونه ای است که بارها می توان از ان استفاده کرد و به عبارت دیگر بخشی از دکل به حساب می ایند . یک لوله حفاری در حدود 120000 متر (حدود 400000 فوت ) می تواند مورد استفاده واقع شود قبل از اینکه فرسوده شده و دیگر نتوان از ان استفاده کرد . لوله های حفاری در دو سر خود باکس و پین دارند که برای اتصال لوله ها به یکدیگر و محکم شدن مورد استفاده قرار می گیرد . به این قسمتها tool joint گفته می شود . tool joint معمولا در کارخانه سازنده به سرلوله ها جوش داده می شود . جهت استحکام بیشتر قطر tool joint از بدنه لوله ها بزرگتر ساخته می شود . همچنین ضخامت انها نیز بیشتر است . تغییر قطر بین بدنه لوله ها و tool joint را upset می گویند که لوله های حفاری ممکن است دارای upset داخلی ، upset خارجی یا هر دو باشند .
شکل قطعات اورده شود

BHA

به مجموعه drill collar ، heavyweight drill pipe ، stabilizer ، bit sub و crossover sub و بسیاری دیگر از تجهیزات که بنا بر نیاز حفاری مورد استفاده واقع می شود ... BHA گفته می شود .
مهمنرین بخش بکار رفته برای BHA ، drill collar ها هستند . drill collar ها لوله های حفاری هستند که دارای وزن زیاد و ضخامت بالا بوده و به دلایل زیر مورد استفاده واقع می شوند :
شکل drill collar اورده شود
قرار دادن وزن روی مته
نگه داشتن لوله های حفاری در حالت تنش و کاهش خمیدگی لوله ها و نیز فرسایش انها
جلوگیری از انحراف چاه از حالت قائم
بدلیل ضخیم بودن DRILL COLLAR این لوله ها فاقد Tool joint هستند . مانند لوله های حفاری drill collar ها در دو سر خود دارای باکس و پین هستند .
drill collar ها دارای شیارهایی روی بدنه خود هستند که به منظور کاهش خطر گیر کردن لوله ها می باشد . بعضی دیگر از drill collar ها دارای بخش های صلیبی روی بدنه خود بوده که انها نیز جهت جلوگیری از گیر کردن لوله ها در چاه به این صورت ساخته شده اند .

heavyweight drill pipe (لوله های وزنه )
بین لوله های حفاری و drill collar ها قرار می گیرند و کار انها نیز شبیه کار drill collar ها می باشد . heavyweight drill pipe از ضخامت بیشتری نسبت به لوله های حفاری برخوردار هستند که برای اضافه کردن وزن مورد استفاده قرار می گیرند .
heavyweight drill pipe دارای یک upset مرکزی در قسمت میانی بدنه خود هستند . همچنین انها دارای یک پوشش محافظتی روی سطح tool joint خود هستند .
شکل heavyweight
stabilizer
برای جلوگیری از انحراف BHA مورد استفاده قرار می گیرد . بر اساس نوع سازند و نیز فیزیک حفاری ، چاه تمایل دارد تا از حالت قائم منحرف شود . بر اساس اینکه stabilizer در کجای BHA قرار داده می شود stabilizer می توانند برحسب نیاز این تمایل را کم و یا زیاد نماید .
شکل stabilizer

Bit sub و Crossover
لوله هایی با طول کم بوده که برای اتصال لوله ها و قسمت های مختلف که از لحاظ اندازه با یکدیگر تفاوت دارند بکار می روند .
لوله های حفاری در حین حفاری در جهت عقربه های ساعت می چرخند بنابراین thread ( رزوه ) های همه قسمتها به گونه ای است که با این جهت چرخش سفت می شوند در غیر این صورت لوله ها و دیگر بخشهای حفاری در حین حفاری از هم بازمی شوند .

گاهی اوقات در حفاری جهت دار از Downhole motor و توربین برای چرخش مته به جای rotary table استفاده می شود که در این حالت گردش گل از میان توربین و موتور سبب گردش مته متصل به توربین می شود .

مته
مته های مختلفی در حفاری مورد استفاده قرار می گیرند که دارای اندازه ها و قطر های مختلف می باشند .
Roller-cone bit ( rock bit )
دارای 2 تا 3 بیرینگ بوده که cone های مته روی ان قرار می گیرند . جهت حرکت این cone ها به جهت چرخش مته وابسته نیست . کارخانه های سازنده در مواردی دندانه ها را از روی cone ها برمی دارند ( مته های mill-tooth ) و یا دکمه های بسیار سختی از جنس تنگستن کاربید را درون cone ها قرار می دهند . این دندانه ها مسئول حفاری هستند .
تمام مته ها دارای قسمتهایی برای عبور سیال حفاری از درون خود هستند . جت هایمته دارای نازلهایی هستند که به جریان خیلی شدیدی ازگل جهت داده و باعث خروج گل حفاری از درون مته می گردد .

مته های الماسه ( dimoned bit) فاقد cone می باشد و عمل حفاری سازند توسط انها انگونه که توسط دندانه های مته cone انجام مشود صورت نمی گیرد . در عوض تعداد زیادی الماس صنعتی در ته مته و اطراف ان نصب شده است . مته های الماسه برای حفاری سازند های سخت مورد استفاده واقع می شوند . وزن مته قرار گرفته روی کاترهای الماسه برای خرد کردن سنگ کافی می باشد .



یک نمونه از مته های الماسه مته PDC است . سطح برنده مته ار تعدادی دیسک که در روی هر کدام تعداد زیادی الماس های کوچک قرار دارد ساخته شده است . این مته برای سازند های نرم و سازند های پلاستیکی مورد استفاده قرار می گیرد .
مته های core گیری از تکنولوژی مته های الماسه استفاده می کنند این مته ها دارای استوانه ای بوده که باز شده و به کراجازه ورود داده می شود . مته های کرگیری با core barrel مورد استفاده قرار می گیرد که دارای یک بخش داخلی و غیر چرخشی می باشند . barrel داخلی اجازه می دهد تا لوله های حفاری و مته بچرخند در حالی که کر ساکن باقی می ماند .

hole opener
در بعصی از موارد عملیات حفاری به گونه ای است که ابتدا چاه را تا عمق معین و با قطر معینی حفاری می کنند (pilot hole) و در مرحله بعد چاه گشادتر می شود و پس از ان مته مورد نیاز رانده می شود برای این منظور از hole opener و underreamers استفاده می شود .
hole opener دارای قطر ثابتی بوده و فقط وقتی رانده می شود که قطر داخلی casing به اندازه کافی بزرگ بوده تا اجازه عبور به ان داده شود .
underreamer وقتی رانده می شود که اندازه گذرگاه محدود شده باشد و یا اینکه یک حجره با قطر بزرگ باید در چاه موجود cut شود . cone های یک underreamer بر روی بازوهای قابل حرکتی نگه داری میشوند که تحت فشار گل حفاری گسترش پیدا می کنند .


سیستم گردش گل

سیال حفاری
برای عملیات حفاری وجود سیال حفاری ضروری می باشد . تعدادی از ضروری ترین وظایف سیال حفاری عبارتند از :

1- خنک کردن و روان کردن مته و رشته حفاری
2- تمیز کردن کف چاه
3- بالا آوردن کنده های حفاری ( cutting ) از ته چاه
4- بالانس کردن فشار سازند
5- حمایت از دیواره چاه با تشکیل اندود گل
بیشتر سیالات حفاری به صورت مایع هستند .
در گل حفاری پایه ابی از اب یا اب نمک به عنوان سیال اصلی استفاده می شود که با افزودن مواد شیمیایی مختلف به اب ، گل حفاری مورد نظر برای حفاری تهیه می شود . از انجایی که چاه پر از گل باعث ایجاد فشار هیدرواستاتیک میشود که این فشار به نوبه خود با عمق چاه در ارتباط می باشد یعنی با افزایش عمق، فشار هیدرواستاسیک نیز بیشتر می شود بنابراین از این فشار برای غلبه بر فشار سیال سازند استفاده می شود . هر چه گل تولیدی سنگین تر باشد فشار هیدرواستاتیک نیز بیشتر خواهد بود . معمولی ترین ماده وزن افزا گه در گل حفاری مورد استفاده قرار میگیرد باریت است .
رسهای بنتونیتی باعث افزایش ویسکوزیته گل می شوند . رس ( clay ) باعث ایجاد پوشش روی دیواره چاه می شوند که به روکش کیک دیواره چاه (wall cake ) گفته می شود که باعث ایجاد ثبات در دیواره چاه شده و از فرو ریختن ان جلوگیری می کند . این کیک همچنین در سازندهای نفوذپذیر از هرزروی گل به داخل سازند جلوگیری می کند .
گل های پایه ابی در بعضی از سازندهای رسی با رس واکنش نشان داده که این عمل می تواند مشکلاتی را برای چاه ایجاد نمایید و در نتیجه ان عملیات حفاری به تعویق افتد . برای حل این مشکل از گل های پایه روغنی استفاده می شود . در این حالت بجای اب ازسیالات روغنی مانند گازوئیل اسفاده می کنند . لازم به ذکر است که تهیه گل های پایه روغنی بسیار گران قیمت بوده و تهیه انها همچنین بسیار مشکل می باشد .
جدول ص 39 بررسی شود
در بعضی از مناطق امکان استفاده از هوا و یا ترکیب هوا و اب (کف)به عنوان سیال حفاری وجود دارد . بزرگترین مزیت این نوع حفاری افزایش میزان حفاری می باشد که این امر بدین خاطر است که چاه به طور موثرتری در مقایسه با گل حفاری تمییز می شود .

تجهیزات مورد نیاز برای گردش گل حفاری
حتی نگهداری ساده ترین گل حفاری پایه ابی نیز بسیار گران قیمت می باشد . بنابراین گل در یک سیستم بسته شروع به گردش کرده و مجدد مورد استفاده واقع می شود . برای گردش گل در یک سیسنم بسته از تجهیزات مختلفی استفاده می شود . در این رابطه گل باید از سطح به ته چاه وارد شده و مجدد به سمت بالا امده و وارد سیستم شود .
برای گردش گل از دو یا چند پمپ گل قدرتمند استفاده می شود
گل ابتدا در مخازنی ساخته می شود و پس از ان توسط پمپ ها و از طریق لوله هایی وارد standpipe می شوند . standpipe ها لوله هایی هستند که به طور قائم به دکل متصل شده اند . گل پس ازعبور از میان standpipe وارد لوله های خرطومی شکل قابل انعطاف بسیار محکم به نام rotary hose یا Kelly hose می شود
. پس از ان وارد swivel و kelly شده و با عبور از ان وارد لوله های حفاری شده و در نهایت وارد مته گشته و پس از ان وارد انالوس شده ( انالوس به فضای بین لوله های حفاری و دیواره چاه گفته می شود ) و از چاه خارج می شود . گل خارج شده از طریق لاین برگشت گل ابتدا وارد shaker می شود . در روی shaker کنده های حفاری از گل جدا شده و گل به مخازن برمی گردد . به این ترتیب گل بار ها و بارها مورد استفاده واقع می شود . البته لازم به ذکر است که گاه به گاه و بر اساس نیاز باید مواد شیمیایی مورد نیازبه گل برای تغییر خواص ان اضافه شود .

تجهیزات کمکی سیستم گردش گل
در ابتدا گل برگشتی وارد shale shaker شده و کنده ای حفاری از ان جدا می شود .

در صورتی که قطر ذرات از قطر الک های shaker کمتر باشد یعنی دزات ریز سیلت و ماسه حفاری شده باشد از desander و desilter نیز استفاده می شود .
برای جدا کردن ذرات در اندازه رس از دستگاه سانتریفیوژ استفاده می شود .
در بعضی ازموارد در حین حفاری گل با گاز سازند الوده می شود که در صورتی که این گاز از گل جدا نشود باعث کاهش وزن گل شده و احتمال بوجود امدن مشکلات مربوط به kick ( هجوم سیال سازند به داخل چاه و احتمال فوران ) وجو.د دارد که در این حالت با عبور گل از دستگاه degasser گاز از گل جدا می گردد .

دیگر تجهیزات سیستم گردش گل عبارتند از :

Agitator و mud gun
برای مخلوط گردن بهتر گل در مخازن مورد استفاده قرار می گیرد

Hopper
وسیله قیفی شکل بزرگی است که برای اضافه جامدات مانند باریت و دیگر مواد شیمایی به گل مورد استفاده قرار میگیرد

Mud house
مکانی برای نگهداری کیسه های مواد گل

Trip tank
یک مخزن گل کوچک بوده که بدلیل کوچک بودن و دقت بالای ان برای اندازه گیری گل وارد شده به چاه در طول trip مورد استفاده واقع می شود . وقتی که لوله ای از چاه خارج می شود معادل با جابجایی ان لوله ، گل باید برای جلوگیری از بهم خوردن تعادل فشار در چاه به درون چاه وارد شود .

سیستم کنترل چاه
گل حفاری که به داخل چاه وارد می شود اولین سد جهت جلوگیری از فوران چاه می باشد . فوران چاه گاهی به صورت فوران گاز، نفت و یا اب نمک همراه با غرش شدید در هوا می
باشد . در صورتی که گاز وجود داشته باشد احتمال اتش گرفتن چاه و ذوب شدن دکل وجود دارد . فوران چاه ممکن است به قیمت جان پرسنل تمام شود . علاوه بر ان میلونها دلار هزینه از بین خواهد رفت . همچنین باعث الودگی هوا می شود .
بهترین کار جلوگیری از فوران چاه می باشد . در واقع چاهی که همواره از گل پر باشد و ان گل نیز دارای وزن کافی باشد هرگز فوران نخواهد کرد . اما در بعضی از موراد سیالات سازند با ورود به داخل گل و کاهش وزن گل احتمال وقوع kick را فراهم می کنند . kick دارای نشانه هایی است که باید مورد توجه قرار گیرد . به عنوان مثال سطح گل موجود در مخازن افزایش پیدا می کند یا در حالی که پمپ ها خاموش هستند گل از چاه خارج می شود . در این حالت پرسنل هوشیار باید بلافاصله اقدامات لازم را انجام دهند و در این حالت است که دومین سد دفاعی در مقابل فوران وارد عمل می شود که به آن BOP گفته می شود . BOP درست بالای چاه و زیر Rig floor بسته می شود . در واقع فورانگیر (BOP ) چیزی نیست جز شیرها و دریچه های بزرگی است که امکان کنترل از راه دور انها وجود دارد . وقتی این شیرها بسته شود پوشش بسیار قدرتمندی را بر روی چاه ایجاد کرده و از خارج شدن سیالات جلوگیری می کند .
دو نمونه BOP عبارتند از :
Annular preventer
Annular BOP
اين وسيله همچنين به نام universal blowout preventer , . bag , يا به طور ساده Hydrill خوانده مي شود . زيرا اين وسيله چاه و هر چيزي را كه در فورانگير باشد مي بندد و يا مي پوشاند .اين كار از طريق قطعات لاستيكي كه در موقع فشرده شدن اطراف هر جسمي را مي گيرند صورت مي گيرد . hydrill همچنين قادر است تا دهانه چاه را بدون هر گونه لوله اي در ان بپوشاند . معمولا hydrill قبل از rams ها بسته مي شود زيرا اين وسيله همانطور كه گفتيم قادر است نا هر چيزي درون چاه را با هر اندازه اي مسدود سازد در حالي كه اين عمل به عنوان مثال براي rams مستلزم اندازه تعييت شده براي rams مي باشد . در صورتي كه يك kick به وقوع بپيوندد و لوله ها از چاه خارج باشند مي توان از طريق hydrill و در حالي كه rams ها بسته مي باشند انها را به داخل چاه هدايت نمود .



Ram preventers
4 نوع RAMS وجود دارد كه عبارتند از :

الف - Pipe Rams
اين نوع از Rams ها انالوس را در حالي كه لوله ها در چاه وجود دارد مي بندند طراحي انها به گونه اي است كه براي بستن اندازه خاصي از لوله ها به كار مي روند به عنوان مثال در صورتي كه لوله هاي 1/2 3 اينچ به جاي لوله هاي5 اينچ بكار رود بايد Rams نيز از 5 به 1/2 3 اينچ تغيير يابد



اين نوع از Rams ها در دو نوع pipe و casing وجود دارد كه براي لوله هاي حفاري و casing مورد استفاده واقع مي شود . pipe Rams قادرند لوله ها را درحالتي كه فشار درون چاه تمايل به بيرون راندن لوله ها از چاه دارد در درون چاه نگه دارند .

ب - Blind Rams



اين نوع از Rams ها چاه را در صورتي كه هيچ لوله اي در ان وجود نداشته باشد مي بندند .

پ – Shear Rams



همانطوري كه از نام ان برمي ايد اين نوع از Rams ها باعث بريده شدن لوله هاي موجود در چاه و بسته شدن چاه مي گردند قبل از بريدن لوله ها pipe Rams با قابليت اويزان كردن لوله ها به منظور جلوگيري از سقوط لوله هاي بريده شده به ته چاه بايد در زير Shear Rams بسته شده باشد . از انجايي كه Shear Rams ها tool joint ها را قطع نمي كنند بايد بين لوله ها و Shear Rams يك فاصله وجود داشته باشد تا مكاني را براي tool joints ايجاد نمايد . بدون حضور لوله حفاري در چاه اين نوع از Rams ها مانند blind rams عمل مي كنند .

ت - Multiple – size Rams
از اين نوع rams ها براي بستن لوله هاي حفاري در اندازه هاي مختلف استفاده مي شود . به عنوان مثال يك محدوده عمومي بين 5 اينچ تا 1/2 3 اينچ مي باشد .



Diverters

اين وسيله در حقيقت يك annular preventer تحت فشار پايين مي باشد . اين وسيله در اوايل حفاري و زماني كه surface hole كنده مي شود بر روي coductor pipe نصب مي گردد . بنابراين در اين زمان حفاظت در برابر فشار سازند در سطح به وسيله اين قطعه تامين مي گردد و ساير تجهيزات BOP در اين زمان بدون استفاده مي باشد .






Rotating BOP

اين قسمت كه به ان Rotating head گفته مي شود در بالاي BOP قرار مي گيرد و خروجي را براي flow line ايجاد مي كند . خروجي هاي كوچكتر براي fill up connection مورد استفاده قرار مي گيرد . اين قطعه داراي يك عنصر پوشاننده قابل چرخش بوده كه اطراف لوله هاي حفاري drill colars و kelly را مي پوشاند .
عنصر پوشاننده يا stripper rubber قادر است تا انرژي مرد نيار براي فعاليت خود را خودش تامين نمايد و به هيچ سيستم كنترل فشار خارجي نياز ندارد .




معمولا در صورتی که kick اتفاق بیفتد تنها Annular preventer بسته می شود ولی در صورتی که Annular preventer خراب باشد و یا بنا بر دلایلی تکنیکی نخواهند از ان استفاده نمایند در این صورت از rams استفاده می شود.
البته بستن چاه تنها اولین مرحله برای مهار چاه می باشد و برای از سر گیری حفاری باید عملیات کشتن چاه صورت گیرد و برای این منظور باید گلی با وزن مناسب و طی فرایند خاص کشتن چاه وارد چاه شود و جایگزین گل الوده گردد . برای این منظور از وسایل دیگری به نام choke manifold که در واقع از یک سری شیر تشکیل شده است مورد استفاده قرار میگیرد .
choke شیری است که بازشدن ان به طور ظریفی قابل تنظیم می باشد . choke می تواند به طور کامل باز یا بسته شود و در سایزبین باز و بسته شدن به طور نامحدودی متغیر باشد
برای خارج کردن kick از چاه و وارد کردن گل سنگین به داخل چاه choke را تا اخر باز کرده و شروع به پمپ کردن گل به داخل چاه می کنند .

در حالی که kick شروع به بالا امدن از چاه می کند choke را به اندازه محدودی باز می کنند تا back pressure بتواند گل و kick را خارج کند اما مانع ورود بیشتر سیال سازند می شود. وقتی kick به اتمام رسید و گل سنگین وارد چاه شد روی چاه بررسی مجددی صورت میگیرد و حفاری عادی دوباره از سر گرفته می شود .


عملیات نرمال حفاری
در این قسمت عملیات عادی حفاری در یک دکل خشکی مورد بررسی قرار می دهیم . اساس حفاری در دکلهای دریایی نیز مانند دکل های خشکی می باشد هرچند عملیات در انجا خیلی پیچیده تر می باشد .

حفاری نرمال به چه معنایی است
درزمانی که حفاری به صورت عادی در جریان می باشد مراحل زیر به انجام می رسد .
1- مته تیز در ته چاه حفاری می کند و با این مته تا انجایی که امکان پذیر است حفاری را ادامه دهید
2- با افزایش عمق چاه یک شاخه جدید به لوله ها اضافه نمایید
3- به منظور تعویض مته trip out کنید و مجدد ان را به ته چاه بفرستید به این عمل round trip گفته می شود .
4- عملیات راندن casing و سیمان کاری را انجام دهید .
معمولا برای انجام عملیات casing گذاری و سیمان کاری از پرسنل متخصص در این کار استفاده می شود و پرسنل کل در این زمان با انها همکاری می کنند .

حفاری بر اساس طرح
زمانی که اولین مته شروع به حفاری می کنند عمل spud چاه صورت می گیرد . و پایان حفاری زمانی است که چاه برای تولید تکمیل شده و یا بنا بر هر دلیل پلاگ شده و رها می گردد .
عملیات حفاری در طی چندین فاز صورت میگیرد .
جدول ص 51 در صورت لزوم اورده شود

در طراحی چاه خصوصیات مته به کار رفته و نیز casing های مورد نیاز گنجانده می شود .در یک چاه چندین بار عملیات casing گذاری صورت می گیرد که همواره قطر casing جدید از casing که قبلا رانده شده کمتر است . بجز برای چند مورد استثنا در عملیات حفاری از استاندارد API برای casing و چاه استفاده می شود . که بر حسب اینچ می باشد . برای رعایت احتیاط قطرخارجی (OD)
casing در حدود 20 درصد کوچکتر از چاه ( در اینجا open hole گفته می شود ) می باشد تا بتواند درون چاه قرار گیرد . در عوض اندازه قطر چاه جدید در حدود 20 درصد کوچکتر از قطر داخلی casing قبلی می باشد .

مهندسان حفاری ترجیح می دهند تا انجایی که امکان دارد با
قطر چاه و casing کوچک کار نمایند زیرا این کار هزینه مته مورد استفاده ، سیال حفاری ، casing و سیمان به کار رفته را کاهش می دهد .
لازم به ذکر است که کوچکترین قطر چاه هم در این صورت باید قادر به عبور وسایل مورد نیاز برای تولید نفت یا گاز از چاه و نیز عبور tubing باشد . کوچکترین قطری که در چاههای مرسوم وجود دارد 2/1 4 اینچ می باشد .

در نمونه بارز یک چاه و بر اساس تعداد casing به کار رفته قطر چاه در سطح 20 تا 36 اینچ و در نقطه TD ( عمق نهایی ) 6 یا 2/1 8 اینچ خواهد بود .

در طول حفاری چاه امکان روی دادن
هر گونه مشکلی وجود دارد . برای همین منظور قبل از شروع عملیات حفاری جدولی را تهیه می کنند که در ان جدول تعداد روزهای مورد نظر برای هر فاز حفاری به همراه مشکلات احتمالی ان بر روی منحنی هایی اورده می شود و همانطور که حفاری در حال پیشرفت است روزهای واقعی حفاری با روزهایی که پیش بینی شده مقایسه می شود . از نظر یک برنامه ریز یک چاه موفق چاهی است که در زمان پیش بینی شده و با بودجه معین شده به انجام برسد حال اگر این پروژه زودتر تمام شود بسیار خوشایند تر خواهد بود

متعادل کردن فشار سیال سازند
یکی از مهمترین مسائل در حفاری به تعادل رساندن فشار ستون گل با فشار سیال سازند می باشد . در صورتی که فشار ستون گل کمتر از فشار سیال سازند گردد چاه در خطر kick و فوران قرار می گیرد که به این حالت under balance گفته می شود . در صورتی که فشار ستون گل از فشار سیال سازند بیشتر شود ( over balance )
شکستگی هایی در سازند رخ داده و گل حفاری به داخل سازند وارد می شود و می تواند باعث از بین رفتن سازند شود
در عملیات حفاری اکتشافی گلشناس وظیفه دارد تا فشار ستون گل را اندکی در حالت over balabce قرار دهد تا دیواره چاه را حمایت کرده و از وقوع kick جلوگیری نماید .
پرسنل دکل از مجموعه ای از معادلات اساسی برای محاسبه درست تعادل بین گل و سیال سازند استفاده می کنند .
در بیشتر مناطق فشار هیدرواستاتیک گل در هر نقطه از چاه همیشه مساوی و یا بیشتر ار فشار سیال سازند در همان نقطه است . فشار هیدرواستاتیک برای هر سیالی به وزن سیال و عمق قائم بستگی دارد .
فشار گردشی اندازه گیری شده در سطح در نتیجه اصطکاک روی گل می باشد و این زمانی است که گل توسط پمپ ها وارد سیستم گردشی می شود . و اصطلاح فشار stand pipe به همین مطلب اشاره می کند و به صورت زیر محاسبه می شود

فشار هیدرواستاتیک
در سیستم متزیک
Ph= h * d/10
در سیستم API

Ph = .052*MW*d

در اینجا h عمق چاه یا ارتفاع ستون سیال بر حسب متر یا فوت
D وزن گل بر حسب بر حسب ppg یا pcf


فشار stand pipe
∆psurf +∆p pipe + ∆p bit + ∆p ann = SPP



در موقع گردش گل اصطکاک بر گل داخل انالوس تاثیر گداشته و این به دین معنا است که گل فشار بیشتری ( یک مقدار کم ) را نسبت به هیدرواستاتیک اعمال می کند . با افزایش اصطکاک فشار داینامیک نیز افزایش می یابد . وزن گل در حال گردش راECD می گویند . (equivalent circulating density )




مونیتورینگ فرایند حفاری
حفار با استفاده از کنترل پنلی که در جلویش قرار داده شده پارامترهای حفاری را کنترل می کند . در صورت بروز هر گونه تغییرات در پارامترهای حفاری ، حفار بلافاصله باید بررسی های لازم را جهت جلوگیری از بوجود امدن ضرر و زیان به تجهیزات و چاه به عمل اورد .

در صورتی که دکلی دستگاه ماد لاگینگ ( mudlogging ) داشته باشد پرسنل این گروه با نصب سنسورهای خود در محل های مورد نظر و چک کردن پارامترهای حفاری می توانند پرسنل حفاری را از بروز هرگونه تغییر در پارامترها اگاه سازند . سیستم مادلاگینگ دارای کامپیوترهایی است که قادر می باشد تا کلیه پارامترهای حفاری را در پایگاه اطلاعاتی خود ثبت و در صورت لزوم در اختیار کمپانی ناظر قرار دهد . در زیر تعدادی از پارامترهای ثبت شده اورده می شود :
شکل دستگاه مادلاگینگ اورده شود
- عمق
یکی از مهمترین پارامترهایی که باید مورد دقت قرار گیرد مساله عمق می باشد . در طول عملیات حفاری عمق هم توسط سیستم مادلاگینگ و هم توسط دستگاه ژئولوگراف حفار ثبت می شود . هر دو سیستم در اندازه گیری عمق ممکن است اشتباهاتی داشته باشند . برای تصحیح عمق از تالی لوله ها استفاده می شود . تالی جدولی است که در ان محاسبات عمق با توجه به اضافه شدن هر شاخه انجام می شود .
بعد از حفاری عمق مجددا توسط گروه wire line و با استفاده از لاگ های الکتریکی اندازه گیری می شود .

- ROP ( rate of penetration )
این پارامتر به عواملی از جمله استحکام سنگ ، خلل و فرج دار بودن سنگ ( porosity ) ، کانی شناسی سنگ و نیز مته به کار رفته برای حفاری بستگی دارد .

زاویه انحراف چاه
بعضی از چاهها تمایل دارند تا از زاویه قائم خود منحرف شوند در حالی که نباید اجازه داد انها از زاویه مورد نظر انحراف پیدا کنند . در حالی که در بسیاری از چاههای دیگر برای رسیدن به هدف عمل انحراف زاویه در چاه باید صورت گیرد . برای رسیدن به این منظور از ابزارهایی مانند downhole motor استفاده می شود و برای اینکه همواره این وسیله درزاویه تعیین شده و خواسته شده حرکت نمایید باید مرتب عمل Survey ( زاویه یابی ) صورت گیرد . در این موارد معمولا گروههای حفاری کج و MWD ( اندازه گیری انحراف چاه در حالی که حفاری صورت میگیرد ) با یکدیگر همکاری می کنند .

- وزن روی مته و وزن روی هوک ( WOB و Who )
وزن روی مته در واقع عبارت است از اختلاف وزن روی قلاب زمانی که به ته چاه نرسیده ( off bottom ) و وزن روی قلاب در حالت حفاری . برای اینکه مته بهتر حفاری نماید باید بر اساس نوع ان مته وزن مناسب روی ان قرار داده شود که معمولا در برنامه ریزی چاه این مطلب ذکر میشود . لازم به ذکر است که تعداد چرخش مته در دقیقه(RPM)
نیز در عملکرد مته موثر می باشد .



Torque

به مقاوت رشته حفاری در مقابل چرخیدن torque گفته می شود . torque در اثر اصطکاک ، اصطکاک در بیرینگ های مته و یا در اثر اصطکاک بین لوله های حفاری و دیواره چاه بوجود می اید .

حجم مخازن (pit level )
در حین حفاری هر گونه کاهش و یا افزایش در سطح مخازن دلیل بر هرزروی گل در سازند و یا وقوع kick می باشد . در هنگام trip نیز باید چاه مرتب پر شود تا کاهش حجم گل سیب کاهش فشار هیدرو استاتیک نگردد .

پمپاژ گل ( pump rate )
پمپ ها باید به گونه ای کار کنند که گل را با حداقل انرژی و بهترین جریان برای بدست اوردن بهترین هیدرولیک وارد چاه نمایند . طراح چاه برای هر قطر از چاه میزان جریان گل را معین می کند و حفار نیز سعی می کند تا پمپ ها را به گونه ای تنظیم نماید تا به میزان جریان گل خواسته شده برسد .

فشار stand pipe و فشار انالوس
فشار پمپها در اثر اصطکاک بین گل و تجهیزاتی که گل از میان انها عبور می کند بوجود می اید . هر گونه تغییر در این فشار بیانگر خرابی پمپ ها ، بوجود امدن سوراخ یا نقص در لوله های حفاری ، تغییرات ناخواسته در گل حفاری و یا وقوع kick می باشد .

انالیز گاز
سیستم مادلاگینگ دارای دستگاههای تشخیص دهنده گاز می باشد . این سیستم بعد از flow line و روی باکسی که بالای shaker قرار دارد (possum belly ) نصب می شود . گازی که از گل جدا می شود به طور پیوسته وارد دستگاههای مستقر در یونیت مادلاگینگ شده و مقدار ماگزیمم گاز و نیز برای گازهای هیدروکربن عملیات کروماتوگرافی انجام شده و ثبت می گردد .

از دیگر پارامترهای مهم برای ثبت شدن و مورد بررسی قرار گرفتن می توان از وزن گل ورودی و خروجی ، دمای ورودی و خروجی گل ، میزان جریان گل ، مقاومت ویژه و خاصیت رسانایی گل نام برد . لازم به ذکر است که سیستم های ماذلاگینگ مانند ژئوسرویس قادر هیتند تا بیش از 200 پارامتر را در حین حفاری چک و ضبط نمایند .


حفاری اولیه چاه
در این قسمت ما فرض را بر این می گیریم که عملیات بر پایی چاه به اتمام رسیده و پرسنل اماده هستند تا حفاری را شروع کنند .
در این بخش از حفاری ما با سازندهای نرم و سخت نشده روبرو هستیم . معمولا 10 تا 50 متری اولیه قیلا حفاری شده و conductor pipe 20 اینج درون ان قرار گرفته است بنابراین برای ادامه حفاری باید از مته ای استفاده شود که کوچکتر از 20 اینج باشد و معمولا از مته 2/1 17 اینچ برای این کار استفاده می شود .
ابتدا مته به اولین drill collar بسته شده و به پایین فرستاده می شود . بعد از ان برای اتصال دیگر drill collar یا هر لوله دیگری ابتدا پرسنل دکل با استفاده از slips لوله های پایین رفته را در جای خود ثابت نگه می دارند تا بتوانند شاخه های جدبد به ان اضافه نمایند بعد از انکه مته به ته چاه رسید Kelly را از مکان خود در rathole بلند کرده و به لوله ها متصل می منند . بعد از اتصال Kelly پمپ ها روشن شده و گل بدرون چاه فرستاده می شود .
شکل ص 57 اورده شود
گلی که در این مرحله مورد استفاده قرار می گیرد عمدتا اب می باشد . رسهای طبیعی موجود در سازند به اب خاصیت ویسکوزیته می دهند . اغلب در مرحله حفاری سطحی بیشتر گل به داخل سازند وارد شده و دچار هرزروی می گردد .

بعد از گردش گل حفار به ارامی لوله ها را بالا می اورد و کارگران سکو ( roughnecks) slips را برمی دارند . پس از ان حفار kelluy را پایین می اورد تا Kelly bushing در master bushing قرار گیرد و بعد از ان با چرخش rotary table لوله ها و مته شروع به چرخش می کنند . حفار ترمز دراورکس ( drawworks ) را به ارامی رها می کند تا مته به ته چاه برسد و با تماس مته با کف چاه عملیات حفاری و حفر چاه از یر گرفته می شود .

حفار وزن مناسب را روی مته قرار می دهد و تهداد دورهای مته را نیز تنظیم می کند تا به بهترین ROP برسد . در حالی که سنگ های حفاری شده از ته چاه به بالا می ایند حفار نیز همزمان ترمز دراوورکس را به ارامی رها کرده تا وزن مناسبی روی مته قرار داده شود . از انجایی که Kelly در حدود 40 فوت ارتفاع دارد شاخه بعدی بعد از حدود 40 فوت که از حفاری گذشت به لوله ها اضافه شود . به عمل اضافه کردن هر شاخه connection گفته می شود .

مراحل انجام connection
جهت انجام connection ابتدا کارگران سکو یک شاخه لوله را با استفاده از air hoist و تسمه مخصوص از روی rack (مکانی در پایین دکل که لوله ها را روی ان قرار می دهند )
بلند کرده و به روی سکو می اورد در این هنگام کارگران سکو لوله را در حالی که روی air hoist قرار دارد بدرون mouse hole هدایت می کنند . زمانی که باید شاخه اضافه شود ، حفار چرخش ratary table را متوقف کرده و Kelly را کمی بالا می اورد . و پس از ان پمپ ها را خاموش می کند . و کارگران سکو slips را اطراف joint لوله قرار می دهند و با استفاده از اچارهای مخصوص Kelly را از شاخه متصل به ان شل می کنند . پس از ان بسته به نوع دکل حفار یا rotary table را می چرخاند و یا از وسیله ای به نام Kelly spinner برای باز کردن سریع Kelly استفاده میکنند . پس از این که Kelly از شاخه جدا شد کارگران Kelly را به سمت mouse hole هدایت کرده و شاخه قرار داده شده در mouse hole را به Kelly اضافه می کنند و با چرخش Kelly ان را روی شاخه می پیچانند . و پس از ان با استفاده از اچار مخصوص ( tong ) کیلی و لوله را با torque معین سفت می کنند . پس از ان دراورکس کیلی و شاخه متصل به ان را بلند کرده و به شاخه قرار گرفته روی slips اضافه می کند و با اچار و با بکار بردن torque معین لوله ها را به هم متصل می کنند . پس از ان slips را برمی دارند و کیلی تا جایی که Kelly bushing با rotary table درگیر شود پایین اورده می شود . بعد ازان مجدد پمپ ها روشن شده و بعد از رسیدن مته به ته چاه عملیات حفاری از سر گرفته می شود .
در صورتی که سیستم top drive باشد دیگر از کیلی و rotary table استفاده نمی شود . top drive در هر connection قادر است یک استند ( به اتصال شه شاخه به هم استند گفته میشود ) را حفاری نماید که این امر زمان حفاری را کاهش می دهد زیرا این عمل باعث می شود که تعداد connection ها کم شود و در نتیجه در وقت و هزینه صرفه جویی می شود .

Trip out

برای خارج کردن لوله ها از چاه ( trip out ) ابتدا slips انداخته می شود و Kelly را جدا گرده و در حالی که swivel به ان متصل است ان را در rathole قرار می دهند . به قسمت پایین قلاب گیره هایی متصل هستند که به انها elevator گفته می شود . انها در تمام مدت به هوک متصل هستند ولی در مواقع حفاری از انها استفاده نمی شود . بعد از اینکه Kelly در rathole قرار گرفت یکی از کارگران سکو elevator ( گوشواره ( را اطراف tool joint لوله ها قرار می دهد . زمانی که traveling block به سمت بالاحرکت می کند گوشواره و لوله های متصل به ان از چاه خارج می شوند .

در این زمان derrick man بالا رفته و در محل خود که به ان monkey board
گفته می شود قرار می گیرد . monkey board مکان کوچکی می باشد که در انجا derrick man استند ها را در مکان خود قرار می دهد . وقتی که قسمت بالای استند ها به مکانی که derrick man قرار دارد رسید او انها را گرفته و از گوشواره جدا و در rack های خود قرار می دهد .به این rack ها finger board گفته می شود .
در حالی که derrick man قسمت بالای استند را هدایت می کند یک کارگر سکو ( roughneck) نیز قسما پایین استند را هدایت می کند .
استندها یکی یکی بالا اورده می شوند . وقتی که BHA به سطح رسید باید slips مخصوص drill collar با slips لوله های حفاری عوض کنند . کارگران سکو در این زمان یک تبدیل بلند کننده کوچک را باید به هر استند drill collar قبل از اینکه انها را بالا بیاورند اضافه کنند .
در طول عمل trip حفار ، derrick man و کارگران سکو باید به طور هماهنگ با هم همکاری کنند . مته جدا می شود تا برای استفاده های بعدی نگهداری شود یا در صورت خرابی کنار گذاشته می شود .

Surface casing
بعد از حفاری چاه با مته 2/1 17 اینچ باید casing با قطر خارجی 13 3/8 رانده شود .
اهداف راندن casing در این مرحله
- جلوگیری از خرابی دیواره چاه
- محافظت از منابع اب سطحی
- هدایت سیالات تولید شده به سطح
- حفاظت از تجهیزات سطحی کنترل فشار
- Casing در حقیقت لوله هایی با قطر کمی بزرگ از لوله های معمولی هستند که دارای دیواره مستجکم می باشد .
- در سیستم API خصوصیات زیر را در مورد casing مد نظر قرار می دهند :
1- قطر خارجی
2- وزن اسمی ( پوند بر فوت )
3- درجه فولاذی بودن ان ( یک حرف بعلاوه یک عدد که بیانگر نیروی کششی ان است )
4- نوع اتصالات ( coupling )
به عنوان مثال 13 3/8" OD , 48 lb/ft , ST & c
در هنگام راندن casing چند مورد باید در مورد انها توسط مهندسین طراح مورد بررسی قرار گیرد که عبارتند از :
Burst فشار خارجی وارده روی رشته حفاری و در اینجا casing
Collapse فشار وارد به سمت داخل
بعد از در نظر گرفتن ظریب امنیتی ( safety factor ) مهندس طراح چاه باید وزن و grade مورد نیاز برای casing را معین نماید .

در حقیقت باید به این نکته اشاره کرد که راندن casing شبیه به راندن لوله های حفاری است ولی باید راندن casing ارامتر انجام شود . وقتی که لوله های حفاری از چاه خارج شد پرسنل casing برای انجام عملیات به محل دکل وارد می شوند و ابزار ها و اچارهای مورد نیاز برای اینکار را به کمک پرسنل دکل اماده می کنند . و بعد ازاماده شدن شاخه های casing از روی rack بالا اورده شده و پس از سوار شدن روی هم یکی پس ازدیگری به پایین فرستاده می شود .

پرسنل casing تعدادی از وسایل را در چند شاخه اول casing نصب می کنند که عبارتند از :
Guide shoe
یک قطعه کوچک که به اولین شاخه casing متصل شده و به عبور بهتر casing در چاه کمک می کند

Float collar
یک شیر یک طرفه بوده که در بین دومین و یا سومین شاخه casing از قسمت ته قرار گرفته و جنس ان نیز از الومینیم می باشد و در فاز بعدی حفاری می شود .
float collar در واقع مکانی است که پلاگ های سیمان روی ان قرار می گیرند همچنین بدلیل یک طرفه بودن ار ورود گل حفاری به داخل casing جلوگیری می کند . مهندس طراح می تواند همچنین از float shoe که در واقع ترکیبی از float collar و guide shoe است و وظیفه هر دو انها را به تنهایی انجام می دهد استفاده نماید .
در صورتی که casing رانده شده در چاه طولانی باشد برای جلوگیری از فروپاشی casing ( collape ) انها را از بالا با سیال پر می کنند .

Centralizer و wall scratcher
این وسایل را روی بدنه casing و قبل از پایین رفتن نصب می کنند . centralizer خاصیت فنری و کمانی شکل بوده که به casing کمک می کند در هنگام پایین رفتن در مرکزچاه قرار گیرد . در هنگام سیمان کاری انالوس اطراف centralizer با سیمان پر می شود .
در حالی که شاخه های casing به سمت پایین چاه رانده میشود wall scratvher کیک های گلی را از روی دیواره چاه پاک می کند در این حالت بند امدن و سفت شدن سیمان روی دیواره چاه بهتر صورت می گیرد .