الحفر غير المتوازن

الحفر تحت الضغط المنخفض ( UBD ) هو إجراء يُستخدم لحفر آبار النفط والغاز، حيث يُحافظ على الضغط داخل البئر أقل من الضغط الساكن للتكوين الجيولوجي الذي يتم حفره. أثناء عملية الحفر، يتدفق سائل التكوين إلى داخل البئر ويصعد إلى السطح. وهذا عكس الوضع المعتاد، حيث يُحافظ على ضغط البئر أعلى من ضغط التكوين لمنع دخول سائل التكوين إلى البئر. في مثل هذه الآبار التقليدية "ذات الضغط الزائد"، يُعتبر تسرب السائل بمثابة اندفاع مفاجئ، وإذا لم يتم إغلاق البئر، فقد يؤدي ذلك إلى انفجار ، وهو وضع خطير. أما في الحفر تحت الضغط المنخفض، فيوجد " رأس دوار " على السطح - وهو في الأساس مانع تسرب يُحوّل السوائل المنتجة إلى فاصل، بينما يسمح لسلسلة الحفر بمواصلة الدوران.

إذا كان ضغط التكوين مرتفعًا نسبيًا، فإن استخدام طين حفر ذي كثافة منخفضة سيخفض ضغط البئر إلى ما دون ضغط مسام التكوين. في بعض الأحيان، يُحقن غاز خامل في طين الحفر لتقليل كثافته المكافئة، وبالتالي ضغطه الهيدروستاتيكي على امتداد عمق البئر. عادةً ما يكون هذا الغاز هو النيتروجين، لكونه غير قابل للاشتعال ومتوفرًا بكثرة، ولكن استُخدمت أيضًا أنواع أخرى مثل الهواء، والهواء منخفض الأكسجين، وغازات المداخن المعالجة ، والغاز الطبيعي .

يسمح الحفر باستخدام الأنابيب الملفوفة (CTD) بالحفر والضخ المستمر، وبالتالي يمكن استخدام الحفر تحت الضغط المنخفض مما يمكن أن يزيد من معدل الاختراق (ROP).

توجد عدة أنواع من الحفر تحت الضغط المنخفض. فيما يلي أكثرها شيوعاً.

• الهواء الجاف. يُعرف هذا أيضاً باسم "التنظيف بالغبار". في هذه العملية، تُستخدم ضواغط هواء مع معزز (يأخذ الضغط من الضواغط ويزيد من ضغط الهواء، لكنه لا يزيد من حجم الهواء المتدفق إلى أسفل البئر)، والسائل الوحيد الذي يُحقن في البئر هو كمية صغيرة من الزيت للحد من التآكل.
• رذاذ. تُضاف كمية صغيرة من عامل الرغوة (الصابون) إلى تيار الهواء. تعمل جزيئات الماء والرغوة الدقيقة الموجودة في جو من الهواء على إعادة القطع إلى السطح.
• رغوة. تُضاف كمية أكبر من عامل الرغوة إلى التدفق. تعمل الفقاعات وحزم الفقاعات في جو من الرذاذ على إعادة القطع إلى السطح.
• رغوة ثابتة. تُضاف كمية أكبر من عامل الرغوة إلى السائل. هذا هو قوام كريم الحلاقة.
• الرفع الهوائي. يمكن إضافة كتل وفقاعات من الهواء في مصفوفة من الماء والصابون إلى التدفق السائل للهواء أو لا يمكن إضافتها.
• الطين المهوى. يُضخ الهواء أو غاز آخر في تدفق طين الحفر. وتُستخدم وحدات إزالة الغازات لإزالة الهواء قبل إعادة تدويره.

تتمتع الآبار ذات الضغط المنخفض بعدة مزايا مقارنة بالحفر التقليدي، بما في ذلك:

• يقلل من تلف التكوين . في البئر التقليدية، يُدفع طين الحفر إلى داخل التكوين في عملية تُسمى الغزو ، والتي غالبًا ما تُسبب تلفًا في التكوين - أي انخفاض قدرة التكوين على نقل النفط إلى تجويف البئر عند ضغط ومعدل تدفق مُحددين. وقد يكون هذا التلف قابلًا للإصلاح أو غير قابل له. أما في الحفر تحت الضغط المنخفض، فإذا استمر الضغط المنخفض حتى يصبح البئر منتجًا، فلن يحدث الغزو ويمكن تجنب تلف التكوين تمامًا.
• يزيد من معدل الاختراق. مع انخفاض الضغط في قاع البئر، يصبح من الأسهل على مثقاب الحفر قطع الصخور وإزالتها.
• الحد من فقدان الدوران . يحدث فقدان الدوران عندما يتدفق طين الحفر إلى التكوين بشكل غير منضبط. قد تُفقد كميات كبيرة من الطين قبل تكوّن طبقة الطين المناسبة ، أو قد يستمر الفقدان إلى أجل غير مسمى. إذا تم حفر البئر بضغط أقل من الضغط الطبيعي، فلن يدخل الطين إلى التكوين، وبالتالي يمكن تجنب هذه المشكلة.
• يقضي هذا النظام على ظاهرة الالتصاق التفاضلي. تحدث هذه الظاهرة عندما يُضغط أنبوب الحفر على جدار البئر، بحيث يتعرض جزء من محيطه لضغط المكمن فقط، بينما يستمر ضغط البئر في دفع الجزء المتبقي. ونتيجة لذلك، يلتصق الأنبوب بالجدار، وقد يتطلب إزالته قوة هائلة، قد تكون مستحيلة. ولأن ضغط المكمن في نظام الحفر تحت السطحي (UBD) أعلى من ضغط البئر، يُدفع الأنبوب بعيدًا عن الجدران، مما يمنع الالتصاق التفاضلي.
• يقلل من تلف التكوين وفقدان الماء. تتميز بعض التكوينات الصخرية بميلها للتفاعل مع الماء. عند استخدام طين الحفر، يتفاعل الماء الموجود فيه مع التكوين (الذي يتكون في الغالب من الطين) مما يؤدي بطبيعته إلى تلف التكوين (انخفاض النفاذية والمسامية). يمكن أن يساعد استخدام الحفر بضغط منخفض في منع ذلك.

عادةً ما يكون الحفر تحت ضغط منخفض أكثر تكلفة من الحفر التقليدي (عند حفر بئر منحرفة تتطلب أدوات حفر موجهة )، وله مخاطره الخاصة المتعلقة بالسلامة. من الناحية الفنية، يكون البئر دائمًا في حالة انفجار ما لم يتم إزاحة سائل أثقل إلى داخله. يتطلب الحفر الهوائي تدفقًا أسرع للسائل إلى أعلى البئر، حيث تسقط نواتج الحفر بشكل أسرع في الفراغ الحلقي عند إزالة الضواغط من البئر، مقارنةً بوجود سائل ذي لزوجة أعلى. ولأن الهواء قابل للانضغاط، فإن أدوات قياس التدفق أثناء الحفر (MWD) التي تتطلب سائلًا غير قابل للانضغاط لا تعمل. من التقنيات الشائعة المستخدمة للتغلب على هذه المشكلة أدوات MWD الكهرومغناطيسية أو أدوات MWD السلكية. عادةً ما تكون آليات الحفر في قاع البئر أكثر عنفًا أيضًا، لأن حجم السائل المتدفق عبر محرك أو مطرقة الحفر في قاع البئر يكون أكبر من حجم السائل المكافئ عند الحفر المتوازن أو فوق المتوازن، وذلك بسبب الحاجة إلى سرعات أعلى للسائل المتدفق إلى أعلى البئر. يُعد التآكل مشكلة أيضًا، ولكن يمكن تجنبه إلى حد كبير باستخدام زيت طلاء أو مثبطات الصدأ.

مراجع

ناس، ستيف، الفصل 12 الحفر تحت الضغط المنخفض، من دليل هندسة البترول، المجلد الثاني، المحرر روبرت ميتشل، 2007، الصفحات من II-519 إلى 569. الدليل متاح من جمعية مهندسي البترول (SPE) .