نفت یکی از مواد بسیار باارزش است که در اقتصاد بسیاری از کشورها، به‌خصوص کشورهای حوزه خلیج فارس نقش بسیار مهمی دارد. این ماده از چاه‌های نفت به‌دست می‌آید؛ بنابراین برای رسیدن به نفت باید چاه حفر کرد.
روش‌های مختلفی برای حفاری چاه نفت وجود دارد که هرکدام از آنها برای مناطق و شرایط خاصی کاربرد دارند. سازندگان چاه‌ها، موقعیت جغرافیایی، نوع خاک و عوامل دیگر هم در تعیین روش حفاری چاه نفت تأثیرگذارند. اگر به این موضوع علاقه دارید و به دنبال اطلاعات بیشتر هستید، در ادامه همراه ما باشید تا درباره تاریخچه حفاری چاه نفت و روش‌های مختلف آن با شما صحبت کنیم.
تاریخچه حفاری چاه نفت
اولین چاه‌های نفت در چین کشف شدند و در قرن ششم هم حفاری شدند.آن چاه‌ها را با استفاده از مته‌های متصل به تیرهای بامبو و در حدود ۸۰۰ فوت (۲۴۰ متر) حفر کردند. بعد از حفر چاه، نفت را از طریق خطوط لوله بامبو حمل می‌کردند و آن را برای کارهایی همچون روشنایی و گرمایش مورداستفاده قرار می‌دادند.
بعد از انقلاب صنعتی اروپا، تقاضا برای سوخت ارزان‌تر و کارآمدتر از زغال سنگ افزایش یافت. این تقاضا منجر به کشف معروف سرهنگ ادوین دریک در سال ۱۸۵۹ در پنسیلوانیا شد که اولین چاه نفت را در آمریکای شمالی حفر کرد. اولین چاه‌های مدرن با استفاده از یک سیستم «ابزار کابلی» حفر شدند. این سیستم به‌صورت ضربه زدن بر روی زمین چاه را حفر می‌کرد.
مشهورترین و تأثیرگذارترین چاه نفت در سال ۱۹۰۱ در میدان نفتی Spindletop واقع در جنوب شرقی تگزاس حفر شد. این میدان نفتی به روش حفاری چرخشی به وجود آمد و باعث معرفی و محبوبیت این روش در سطح جهانی شد. بعدها روش‌های دیگری هم برای حفاری چاه‌های نفت ابداع شد که در ادامه به آنها می‌پردازیم.
روش‌های اصلی برای حفاری چاه نفت کدام‌اند؟
دو روش اصلی برای حفر چاه نفت وجود دارد که البته هر کدام از آنها زیرمجموعه و ابزارهای خاص خود را برای انجام این کار دارند. روش‌های اصلی و پایه حفر چاه عبارت‌اند از:
- حفاری عمودی
- حفاری افقی
حفاری عموی چاه چیست؟
حفاری عمودی یک روش سنتی برای دسترسی مستقیم به مخازن زیر سطح زمین است. این روش زمانی تنها روش استخراج نفت و گاز بود، اما به دلیل پیشرفت فناوری حفاری افقی و جهت دار، حفاران این روزها دیگر به ندرت از این روش استفاده می‌کنند. حفاری چاه‌های عمودی ساده‌تر است و به همین دلیل می‌توان از همین روش حفاری عمودی برای آن استفاده کرد.
با استفاده از این روش، یک سوراخ به صورت عمودی در امتداد سطح چاه می‌کنند تا به مخزن موردنظر که ممکن است در آن نفت یا گاز وجود داشته باشد برسند.
حفاری عمودی یک روش مقرون‌به‌صرفه برای یافتن منابع طبیعی است، اما ثابت شده که کارایی ندارد. گاهی اوقات مخزن زیرزمینی ممکن است به‌صورت افقی و خارج از دسترس چاه گسترش یافته باشد. در این صورت، حفاران باید چندین بار به‌صورت عمودی نقاط مختلف را حفر کنند تا به نفت برسند.
این روش به نیروی کار و تجهیزات کمتری نیاز دارد، اما خوب برای همه چاه‌ها نمی‌توان از این روش استفاده کرد. این روزها چاه‌های عمودی را بیشتر برای بررسی مناطق از نظر میزان ذخایر نفت و گاز حفر می‌کنند و این چاه‌ها کاربرد دیگری ندارند.
حفاری افقی چاه چیست؟
بعد از پایان قرن بیستم، تکنولوژی با سرعت بیشتری پیشرفت کرد و روش‌های حفاری عمودی جای خود را به روش‌های حفاری جهت‌دار یا هدایت‌پذیر دادند. این روش‌ها دقیق‌تر هستند و راحت‌تر و سریع‌تر می‌توانند حفاران را به نفت برسانند. چاه‌های افقی چاه‌هایی هستند که بتوان برای حفر آنها زاویه ۸۵ الی ۹۰ درجه‌ای را نسبت به خط عمود در نظر گرفت. حفاری افقی که حفاری جهت‌دار هم نامیده می‌شود، حجم تولید نفت و گاز را به دلیل دسترسی به سطح بزرگتری از منطقه افزایش می‌دهد.
رایج‌ترین روش‌ها برای حفاری چاه
تا اینجا دو روش اصلی و پایه را برای حفاری چاه‌های نفت به شما معرفی کردیم، اما چند روش رایج هم برای حفاری چاه‌های نفت وجود دارد که حفاران می‌توانند با توجه به مکان، سطح، هزینه‌ها و… یکی از آنها را برای کندن چاه استفاده کنند. در اینجا رایج‌ترین و استانداردترین روش‌های حفاری چاه نفت را به شما معرفی می‌کنیم:
- حفاری کوبه‌ای یا کابلی
- حفاری چرخشی
- حفاری جهت‌دار
- حفاری هیدرولیکی
- حفاری دو جداره با گردش معکوس
- حفاری ساحلی
- الکترو حفاری
حفاری کوبه ای یا کابلی
حفاری کابلی به صورت ضربه ای انجام می‌گیرد. این روش یک روش قدیمی برای خرد کردن سنگ‌ها به وسیله مته حفاری است. این مته سنگین به یک کابل وصل می‌شود و به وسیله برق به کار میافتد. مته روشن را بر روی سنگ قرار می‌دهند و با ضربه زدن سنگ را خرد می‌کنند.
بعد از خرد کردن سنگ‌ها در فواصل زمانی متعدد، کارگران داخل حفره را از خرده سنگ‌ها خالی می‌کنند تا فضا کم‌کم باز شود. این روش در هر دو شکل سازه تثبیت نشده و تثبیت شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. سطوحی با جنس ماسه، سیلت، ماسه سنگ و شن را می‌توان به این روش حفاری کرد، هر چند که این روزها چندان رایج نیست و کارایی کمتری دارد.
حفاری چرخشی
حفاری چرخشی یکی دیگر از تکنیک‌های حفاری است که در آن از مته چرخشی برای برش سنگ یا مواد دیگر استفاده می‌کنند. رایج‌ترین روش برای حفاری چاه‌های نفت و گاز، چاه‌های آب، چاه‌های زمین گرمایی و انواع دیگر چاه‌ها همین روش است.
در این حفاری از مته‌های سبک‌وزن برای حفر چاه‌های کم‌عمق در زمین استفاده می‌کنند. سپس از متحرک‌های چرخشی و مته‌های شناور در اندازه‌های مختلف استفاده می‌کنند تا سنگ‌ها و مواد خردشده را خارج کنند. مته در این روش با سرعت ۴۰ الی ۲۵۰ دور در دقیقه می‌چرخد.
این روش حفاری را می‌توان با تنظیم سرعت چرخش مته برای مواد مختلف آسان‌تر کرد. مثلا مواد سخت‌تر نسبت به مواد نرم‌تر به سرعت بیشتری از چرخش مته نیاز دارند.
حفاری جهت‌دار
در حفاری جهت‌دار از یک مسیر منحنی برای هدایت مته استفاده می‌کنند تا چاه پهن‌تر شود. از این تکنیک برای چاه‌هایی استفاده می‌کنند که نیاز نیست عمیق حفاری شوند. این تکنیک به دنبال تکنیک حفاری چرخشی کاربرد دارد. یکی دیگر از تجهیزات موردنیاز در حفاری جهت‌دار، استفاده از دستگاه‌های ردیابی مسیر حفره چاه است.
سوراخ چاه را با استفاده از روش جهت‌دار می‌توان تا ۹۰ درجه هم منحرف کرد. حفر تعداد زیادی چاه از یک سکو مزیت مهم حفاری جهت‌دار است. در نتیجه، این روش صرفه اقتصادی زیادی دارد و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.
حفاری هیدرولیکی
حفاری هیدرولیکی شامل تزریق آب، ماسه و مواد شیمیایی با فشار بالا به داخل چاه برای شکستن سازه‌های داخلی آن است. این شکستگی به نفت و گاز اجازه می‌دهد تا آزادانه در چاه جریان پیدا کنند.
حفاری دو جداره با گردش معکوس
حفاری دو جداره نوعی حفاری چرخشی است که از گردش معکوس استفاده می‌کند. در این روش از دو لوله مته متحدالمرکز برای ایجاد یک جریان کنترل شده استفاده می‌کنند. مقداری مایع حفاری از طریق چرخاننده بیرونی به داخل لوله مته پمپ می‌شود تا به سمت پایین مته جریان یابد. سپس مایع به سمت لوله اصلی می‌رود. در این روش هوای فشرده به پایین لوله مته پمپ می‌شود و در فضای حلقوی بین پوشش و لوله مته قرار می‌گیرد و باعث حرکت مته می‌شود. این روش کمی پیچیده است و حفاران در مواقع خاص از آن استفاده می‌کنند.
حفاری ساحلی
فرآیند حفاری ساحلی شامل استخراج نفت از ذخایر زیر اقیانوس‌ها و دریاهاست. این روش بسیار خطرناک و پرهزینه است، اما سود خوبی هم دارد و نفت و گاز زیادی را از این روش می‌توان به دست آورد.
الکترو حفاری
روش الکتروحفاری یا حفاری الکتریکی یک تکنیک جدید برای حفاری چاه‌های نفت است. در این روش از موتورهای الکتریکی استفاده می‌کنند و به کمک انرژی برق مستقیم مته‌ها و برش‌دهنده‌ها را به درون زمین هدایت می‌کنند.
این تکنیک جدید اکتشاف نفت و گاز را بسیار راحت کرده، زیرا موتور الکتریکی نیروی مستقیم را به مته می‌دهد. از این روش برای حفاری در مناطق با شرایط پیچیده زمین شناسی استفاده می‌کنند.
برای حفر چاه نفت به چه تجهیزاتی نیاز است؟
مهمترین ابزار برای حفر چاه‌های نفتی دکل حفاری نفت است. این وسیله که در حفاری دریایی و خشکی استفاده می‌شود قطعه بزرگی است و قطعات متحرک زیادی برای استخراج ایمن نفت و گاز از پوسته زمین دارد.
دکل حفاری برج بلند و سنگینی است که به عنوان یک وسیله بالابر عمل می‌کند. بدون این ساختار نمی‌توان رشته مته را بلند کرد. از آنجا که رشته مته تمام فعالیت‌های دیگر را در سیستم حفاری چاه تسهیل می‌کند؛ پس وجود دکل اهمیت ویژه‌ای در حفر چاه دارد. در ادامه قطعات مختلف دکل حفاری نفت را به شما معرفی می‌کنیم:
- دستگاه جلوگیری از فوران چاه نفت
- گاز زداها
- شیل شیکر
- گل پاک‌کن یا پمپ گل
دستگاه جلوگیری از فوران چاه نفت
در حین حفاری چاه ممکن است نفت و گاز با فشار بالا از چاه خارج شوند و اگر اپراتورها فشار را کنترل نکنند، تأثیرات آن مخرب خواهد بود. دستگاه جلوگیری از فوران وسیله‌ای است که می‌تواند فشار نفت را کنترل کند و از خروج آن جلوگیری به عمل بیاورد. این دستگاه همچنین دریچه‌هایی دارد که می‌تواند خروجی‌های نفت از چاه را مسدود کند.
گاز زداها
گاززداها ابزارهایی هستند که گازهای تولید شده در حین حفاری چاه نفت را کاهش می‌دهند تا از خطرات احتمالی جلوگیری کنند. گازها می‌توانند فشار هیدرواستاتیک تولید کنند که می‌تواند خطرات جبران‌ناپذیری را در پی داشته باشد. معمولا اکسیژن خورنده و سولفید هیدروژن در حین حفاری چاه تولید می‌شوند. گاززداها هم دو نوع هستند: گاززدای گریز از مرکز و گاززدای خلاء.
در حفاری چاه‌های نفت و گار معمولا از گاززدای خلا استفاده می‌کنند، چون کارایی بیشتری دارد و گازهای مخرب را از بین می‌برد.
شیل شیکر
شیل شیکر چیزی شبیه به الک است که یک صفحه ارتعاشی دارد. این وسیله معمولا ذرات ریز و درست جامدات را از نفت جدا می‌کند تا سیال خالص‌تر دوباره به چاه برگردد. برگشتن سیال به چاه هزینه‌های نظارت و بررسی را کاهش می‌دهد؛ زیرا اپراتورها مجبور نیستند مایع را به دلیل داشتن ناخالصی دور بریزند. این موضوع در هزینه‌ها و همچنین میزان نفت هدر رفته صرفه‌جویی می‌کند.
گل پاک‌کن یا پمپ گل
پمپ‌های گل، پمپ‌های رفت و برگشتی بزرگی هستند که برای حرکت و گردش سیال از طریق سیستم حفاری نفت فشار ایجاد می‌کنند. این دستگاه مایع را به سمت پایین مته پخش می‌فرستد و تحت فشار بالا دوباره آن را به داخل لوله برمی‌گرداند. این موضوع باز هم باعث جدا شدن مواد جامد گل مانند از نفت می‌شود و به پاکسازی آن کمک می‌کند.
حفاری چاه نفت چه مزایا و معایبی دارد؟
همان‌طور که احتمالا می‌دانید، نفت یک سوخت فسیلی است که در اعماق سطح زمین یافت می‌شود و بین لایه‌های سنگی به دام افتاده است. این ماده باارزش از بقایای گیاهان و جانوران در دریاها و پس از هزاران سال قرار گرفتن در شرایط دمایی و فشار بسیار بالا تشکیل می‌شود، اما حفر چاه نفت برای دسترسی به این ماده مزایای و معایبی دارد که بهتر است آنها را بدانید. مزایای حفر چاه نفت عبارت‌اند از:
- دسترسی به نفت می‌تواند در رشد اقتصادی کشورها تأثیر زیادی داشته باشد. اگر در کشوری نفت وجود نداشته باشد یا اجازه استخراج آن صادر نشود، کشور مجبور به واردات نفت می‌شود که باعث کاهش درآمد کشور خواهد شد
- حفاری چاه نفت و استخراج آن باعث اشتغال‌زایی برای افراد مختلف می‌شود
- توسعه روش‌های جدید حفاری نفت باعث شده تا به محیط زیست و گیاهان و جانوران آسیبی وارد نشود
در ادامه هم به معایب حفاری پاه نفت اشاره می‌کنیم:
- یکی از تأثیرات منفی حفاری نفت، موضوع محیط زیست است. درست است که با روش‌های جدید در هنگام حفاری ضرری به محیط‌زیست وارد نمی‌شود، اما استفاده بیش از حد از نفت می‌تواند گازهای گلخانه را افزایش دهد
- حفاری چاه نفت باعث ایجاد مزاحمت برای موجودات در منطقه موردنظر می‌شود
- زمان زیادی برای حفاری نفت صرف می‌شود و ممکن است نتیجه مناسبی هم در پی نداشته باشد
- حفاری چاه نفت هزینه زیادی دارد
- حفاری چاه‌های نفت در دریا امکان نشت نفت به دریا را افزایش می‌دهد و برای جانوران دریایی واقعا مضر است.
کلام آخر
صنعت نفت در اقتصاد کشورها نقش عمده ای ایفا می‌کند. روش‌های مختلفی برای حفاری چاه نفت وجود دارد. انتخاب بهترین روش برای انجام این کار بسیار مهم است. هر روش مزایا و معایب خود را دارد و در شرایط مناسب خودش مورداستفاده قرار می‌گیرد.
در مجموع برای حفاری چاه‌های نفتی باید تمام جوانب را در نظر داشت و از افراد متخصص و ماهر در این حوزه کمک گرفت.
مقاله خیلی خوبی بود ممنون
خوشحالیم براتون مفید بوده مهندس