دکل حفاری چگونه کار می‌کند؟ معرفی کامل اجزا، سیستم‌ها و مراحل عملکرد Drilling Rig

دکل حفاری یا Drilling Rig مجموعه‌ای از تجهیزات مکانیکی، هیدرولیکی، الکتریکی و کنترلی است که برای حفر چاه‌های نفت، گاز، زمین‌گرمایی و سایر چاه‌های عمیق استفاده می‌شود.

یک دکل حفاری فقط شامل سازه فلزی بلند و قابل مشاهده آن نیست. در واقع دکل مجموعه‌ای از چند سیستم اصلی است که با همکاری یکدیگر عملیات حفاری را انجام می‌دهند.

از مهم‌ترین اجزای یک دکل حفاری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• Derrick یا Mast
• Substructure
• Drawworks
• Crown Block
• Traveling Block
• Hook
• Top Drive یا Rotary Table
• Drill String
• Drill Bit
• Mud Pumps
• Mud Tanks
• Shale Shaker
• Blowout Preventer یا BOP
• Choke and Kill System
• Power Generation System
• Driller’s Control System

شرکت SLB نیز اجزای اصلی Rig را شامل Mud Tanks، Mud Pumps، Derrick یا Mast، Drawworks، Rotary Table یا Top Drive، Drill String، تجهیزات تولید توان و تجهیزات کمکی معرفی می‌کند.

 

دکل حفاری چیست؟

Drilling Rig ماشینی است که انرژی لازم برای:

• بالا و پایین بردن رشته حفاری
• چرخاندن مته
• گردش گل حفاری
• کنترل فشار چاه
• اضافه یا خارج کردن لوله‌ها

را فراهم می‌کند.

هدف اصلی دکل، ایجاد یک Wellbore یا چاه با قطر، عمق و مسیر مشخص است.

عملیات حفاری ممکن است به‌صورت عمودی، انحرافی یا افقی انجام شود.

 

سیستم‌های اصلی دکل حفاری

یک دکل حفاری را می‌توان به چند سیستم اصلی تقسیم کرد:

1. Hoisting System
2. Rotating System
3. Circulating System
4. Well Control System
5. Power System
6. Structural System
7. Pipe Handling System
8. Control and Instrumentation System

هرکدام از این سیستم‌ها وظیفه مشخصی دارند.

 

1. Derrick یا Mast چیست؟

یکی از مشخص‌ترین بخش‌های دکل حفاری، سازه بلند فلزی آن است.

این سازه ممکن است با نام:

Derrick

یا:

Mast

شناخته شود.

وظیفه اصلی آن ایجاد ارتفاع کافی برای بالا و پایین بردن:

• Drill Pipe
• Drill String
• Casing
• تجهیزات حفاری

است.

این سازه باید بتواند بار بسیار زیادی را تحمل کند، زیرا وزن رشته حفاری در چاه‌های عمیق می‌تواند بسیار بالا باشد.

 

تفاوت Derrick و Mast چیست؟

هر دو تقریباً وظیفه مشابهی دارند، اما از نظر ساختار و نحوه نصب متفاوت هستند.

Derrick

معمولاً سازه‌ای ثابت و بزرگ است که بخش زیادی از آن در محل Rig Up مونتاژ می‌شود.

Mast

معمولاً سازه‌ای قابل حمل‌تر است که بخش‌های آن می‌توانند از قبل مونتاژ شده و در محل حفاری نصب شوند.

در بسیاری از دکل‌های خشکی مدرن از Mast استفاده می‌شود.

 

2. Substructure چیست؟

Substructure سازه‌ای است که در قسمت زیر Drill Floor قرار دارد.

وظایف اصلی آن عبارت‌اند از:

• تحمل وزن تجهیزات حفاری
• نگهداری Drill Floor
• ایجاد فضای کافی برای نصب Wellhead و BOP
• انتقال بار تجهیزات به پایه دکل

ارتفاع Substructure به طراحی دکل و تجهیزات Well Control وابسته است.

 

3. Drill Floor چیست؟

Drill Floor یا کف دکل، یکی از مهم‌ترین محل‌های انجام عملیات حفاری است.

بسیاری از تجهیزات اصلی روی Drill Floor قرار دارند.

از جمله:

• Rotary Table
• Top Drive
• Slips
• Iron Roughneck
• Pipe Handling Equipment
• Driller’s Cabin

اتصال و جداسازی لوله‌های حفاری نیز در این بخش انجام می‌شود.

 

4. Hoisting System یا سیستم بالابری

سیستم Hoisting وظیفه بالا و پایین بردن رشته حفاری و تجهیزات سنگین را بر عهده دارد.

اجزای مهم این سیستم عبارت‌اند از:

• Drawworks
• Crown Block
• Traveling Block
• Drill Line
• Hook
• Derrick یا Mast

این مجموعه در حقیقت مانند یک سیستم عظیم جرثقیل عمل می‌کند.

 

5. Drawworks چیست؟

Drawworks یکی از مهم‌ترین تجهیزات مکانیکی دکل حفاری است.

وظیفه اصلی آن کنترل Drill Line و در نتیجه بالا و پایین بردن Traveling Block است.

با استفاده از Drawworks می‌توان:

• Drill String را وارد چاه کرد
• Drill String را از چاه خارج کرد
• وزن روی مته را کنترل کرد
• تجهیزات سنگین را جابه‌جا کرد

Drawworks در دکل‌های مدرن معمولاً توسط موتورهای الکتریکی کنترل می‌شود.

 

6. Crown Block چیست؟

Crown Block مجموعه‌ای از قرقره‌هاست که در بالاترین قسمت Mast یا Derrick نصب می‌شود.

Drill Line از میان Crown Block و Traveling Block عبور می‌کند.

این سیستم قرقره‌ای باعث می‌شود بتوان بارهای بسیار سنگین را با نیروی کنترل‌شده جابه‌جا کرد.

 

7. Traveling Block چیست؟

Traveling Block مجموعه‌ای از قرقره‌های متحرک است که در داخل Mast بالا و پایین حرکت می‌کند.

این تجهیز همراه با Crown Block و Drill Line سیستم بالابری دکل را تشکیل می‌دهد.

Hook نیز معمولاً از Traveling Block آویزان است.

 

8. Hook چیست؟

Hook یک قلاب بسیار بزرگ و مقاوم است که برای نگهداری تجهیزات حفاری استفاده می‌شود.

در بسیاری از دکل‌ها Top Drive یا تجهیزات Rotary از Hook آویزان می‌شوند.

Hook باید توانایی تحمل وزن بسیار بالای Drill String را داشته باشد.

 

9. Rotating System یا سیستم چرخشی

برای حفاری، مته باید بچرخد.

این چرخش توسط Rotating System ایجاد می‌شود.

در دکل‌ها دو روش اصلی وجود دارد:

• Rotary Table + Kelly
• Top Drive

در دکل‌های مدرن، Top Drive بسیار رایج‌تر شده است.

 

10. Top Drive چیست؟

Top Drive تجهیزی است که در قسمت بالایی Drill String قرار می‌گیرد و رشته حفاری را مستقیماً می‌چرخاند.

Top Drive معمولاً دارای موتور الکتریکی یا هیدرولیکی است.

این سیستم به Hook و Traveling Block متصل بوده و همراه آن بالا و پایین می‌رود.

SLB توضیح می‌دهد که Top Drive با استفاده از موتور و Gearbox، Drill String را می‌چرخاند و برخلاف سیستم Kelly و Rotary Table می‌تواند هنگام حرکت در Derrick نیز عملیات چرخش را انجام دهد.

 

مزایای Top Drive

Top Drive مزایای مهمی نسبت به سیستم‌های قدیمی دارد.

از جمله:

• افزایش سرعت حفاری
• امکان حفاری با Standهای بلندتر
• کاهش تعداد Connectionها
• افزایش کنترل روی Drill String
• کاهش احتمال Stuck Pipe
• عملکرد بهتر در Directional Drilling
• افزایش ایمنی عملیات

به همین دلیل Top Drive امروزه در بسیاری از دکل‌های خشکی و دریایی استاندارد محسوب می‌شود.

 

11. Rotary Table چیست؟

Rotary Table یک تجهیز چرخان است که روی Drill Floor نصب می‌شود.

در سیستم‌های سنتی، Rotary Table همراه با Kelly وظیفه چرخاندن Drill String را بر عهده دارد.

Rotary Table هنوز در برخی دکل‌ها وجود دارد و ممکن است برای برخی عملیات جانبی نیز استفاده شود.

 

12. Kelly چیست؟

Kelly یک لوله با مقطع مربع یا شش‌ضلعی است که در سیستم‌های حفاری سنتی استفاده می‌شود.

Kelly از داخل Rotary Table عبور می‌کند و چرخش Rotary Table را به Drill String منتقل می‌کند.

در بسیاری از دکل‌های مدرن، Top Drive جایگزین سیستم Kelly شده است.

 

13. Drill String چیست؟

Drill String مجموعه‌ای از لوله‌ها و تجهیزات متصل به یکدیگر است که از سطح تا مته ادامه دارد.

این مجموعه وظایف مختلفی دارد:

• انتقال گشتاور به مته
• انتقال وزن روی مته
• انتقال گل حفاری
• انتقال ابزارهای Downhole

اجزای Drill String می‌توانند شامل:

• Drill Pipe
• Heavy Weight Drill Pipe
• Drill Collar
• BHA
• Drill Bit

باشند.

 

14. Drill Pipe چیست؟

Drill Pipe لوله فولادی مقاومی است که بخش اصلی Drill String را تشکیل می‌دهد.

Drill Pipe باید بتواند:

• نیروی کششی
• فشار داخلی
• گشتاور
• خم‌شدگی

را تحمل کند.

گل حفاری نیز از داخل Drill Pipe به سمت مته حرکت می‌کند.

 

15. Drill Collar چیست؟

Drill Collar لوله‌ای ضخیم و سنگین است که در قسمت پایین Drill String و نزدیک مته قرار می‌گیرد.

وظیفه اصلی آن ایجاد:

Weight on Bit – WOB

است.

یعنی وزن لازم را روی مته اعمال می‌کند تا مته بتواند سنگ سازند را خرد کند.

 

16. Bottom Hole Assembly یا BHA چیست؟

BHA قسمت پایینی Drill String است.

BHA می‌تواند شامل تجهیزاتی مانند:

• Drill Collar
• Stabilizer
• Mud Motor
• MWD
• LWD
• Rotary Steerable System

باشد.

ترکیب BHA براساس نوع چاه و برنامه حفاری انتخاب می‌شود.

 

17. Drill Bit چیست؟

Drill Bit یا مته حفاری در پایین‌ترین قسمت Drill String قرار دارد.

وظیفه آن خرد کردن و بریدن سنگ سازند است.

انواع رایج مته شامل:

• PDC Bit
• Roller Cone Bit
• Tricone Bit

هستند.

انتخاب مته به:

• نوع سازند
• سختی سنگ
• عمق
• سرعت حفاری
• نوع چاه

وابسته است.

 

18. Mud System یا سیستم گل حفاری

یکی از حیاتی‌ترین بخش‌های دکل حفاری، Drilling Fluid Circulation System است.

گل حفاری یا Drilling Mud دائماً در چاه گردش می‌کند.

وظایف آن عبارت‌اند از:

• خنک کردن مته
• روانکاری Drill String
• انتقال Cuttings به سطح
• کنترل فشار سازند
• پایدار نگه داشتن دیواره چاه
• کمک به انتقال انرژی هیدرولیکی

 

19. Mud Tank چیست؟

Mud Tank مخزنی است که گل حفاری در آن نگهداری و آماده‌سازی می‌شود.

در این مخازن می‌توان:

• مواد افزودنی اضافه کرد
• چگالی گل را تنظیم کرد
• خواص گل را کنترل کرد
• Mud را برای گردش مجدد آماده کرد

 

20. Mud Pump چیست؟

Mud Pump وظیفه پمپاژ گل حفاری با فشار بالا را بر عهده دارد.

این پمپ‌ها معمولاً از نوع:

Triplex Reciprocating Pump

هستند.

گل از Mud Tank گرفته شده و توسط Mud Pump وارد سیستم فشار بالا می‌شود.

 

مسیر گردش گل حفاری چگونه است؟

مسیر کلی گردش گل به این صورت است:

Mud Tank

↓

Mud Pump

↓

Standpipe

↓

Rotary Hose

↓

Top Drive یا Kelly

↓

Drill Pipe

↓

Drill Bit

↓

Annulus

↓

Flowline

↓

Shale Shaker

↓

Mud Tank

SLB نیز همین چرخه را تشریح می‌کند: گل از Suction Tank توسط Mud Pump به سمت Drill String فرستاده می‌شود، از مته خارج شده و سپس از Annulus به سطح برمی‌گردد و بعد وارد Shale Shaker می‌شود.

 

21. Standpipe چیست؟

Standpipe یک خط لوله فشار بالا روی Mast است.

گل خروجی Mud Pump از طریق Standpipe به Rotary Hose منتقل می‌شود.

این خط باید فشار بالای گل حفاری را تحمل کند.

 

22. Rotary Hose چیست؟

Rotary Hose یا Kelly Hose یک شیلنگ فشار بالای انعطاف‌پذیر است.

این شیلنگ Standpipe را به Top Drive یا Swivel متصل می‌کند.

انعطاف‌پذیری آن اجازه می‌دهد Top Drive هنگام حفاری بالا و پایین حرکت کند.

 

23. Annulus چیست؟

Annulus فضای بین Drill String و دیواره چاه یا Casing است.

گل حفاری پس از خروج از مته از طریق Annulus به سطح بازمی‌گردد.

Cuttings نیز همراه با گل از همین مسیر به سطح منتقل می‌شوند.

 

24. Shale Shaker چیست؟

Shale Shaker یکی از اولین تجهیزات Solid Control است.

گل برگشتی از چاه وارد Shale Shaker می‌شود.

صفحات لرزان این دستگاه Cuttings و ذرات بزرگ سنگ را از گل جدا می‌کنند.

گل تمیزتر سپس برای عملیات بعدی وارد Mud Tank می‌شود.

 

25. سایر تجهیزات Solid Control

سیستم کنترل جامدات ممکن است شامل تجهیزات زیر نیز باشد:

• Desander
• Desilter
• Mud Cleaner
• Centrifuge
• Degasser

هدف این تجهیزات حذف ذرات و گازهای ناخواسته از Drilling Fluid است.

 

26. Well Control System چیست؟

یکی از مهم‌ترین سیستم‌های دکل حفاری، Well Control System است.

وظیفه این سیستم جلوگیری از خروج کنترل‌نشده سیالات سازند است.

اگر فشار سازند از فشار ستون گل بیشتر شود، ممکن است سیال وارد چاه شود.

به این پدیده:

Kick

گفته می‌شود.

اگر Kick کنترل نشود، می‌تواند به Blowout تبدیل شود.

 

27. Blowout Preventer یا BOP چیست؟

BOP یکی از مهم‌ترین تجهیزات ایمنی دکل حفاری است.

BOP مجموعه‌ای از شیرهای فشار بالاست که روی Wellhead نصب می‌شود.

اگر کنترل فشار چاه از دست برود، BOP می‌تواند مسیر چاه را ببندد.

طبق تعریف SLB، BOP یک شیر بزرگ در بالای چاه است که در صورت از دست رفتن کنترل سیال سازند بسته می‌شود تا کنترل فشار دوباره برقرار شود.

 

انواع BOP

دو نوع مهم BOP عبارت‌اند از:

Annular BOP

دارای یک المان الاستومری است و می‌تواند اطراف Drill Pipe یا برخی تجهیزات را آب‌بندی کند.

Ram BOP

از Ramهایی استفاده می‌کند که از دو طرف به سمت مرکز حرکت می‌کنند.

Ramها می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند:

• Pipe Ram
• Blind Ram
• Shear Ram
• Blind Shear Ram

 

Shear Ram چیست؟

Shear Ram برای بریدن Drill Pipe و بستن چاه در شرایط اضطراری طراحی شده است.

این تجهیز یکی از آخرین خطوط دفاعی در برابر Blowout محسوب می‌شود.

 

28. Choke Manifold چیست؟

Choke Manifold مجموعه‌ای از شیرها، Chokeها و خطوط فشار بالا است که برای کنترل فشار و جریان سیال خروجی از چاه استفاده می‌شود.

در عملیات Well Control، سیال ممکن است از طریق Choke Line به این سیستم هدایت شود.

Choke باعث ایجاد محدودیت جریان و کنترل فشار می‌شود.

 

29. Kill Line چیست؟

Kill Line خطی است که امکان تزریق سیال با فشار بالا به داخل چاه را فراهم می‌کند.

در شرایط Well Control می‌توان از آن برای پمپاژ Kill Mud و کنترل فشار سازند استفاده کرد.

 

30. Accumulator Unit چیست؟

BOPها معمولاً به‌صورت هیدرولیکی عمل می‌کنند.

Accumulator Unit انرژی هیدرولیکی لازم برای باز و بسته کردن BOP را ذخیره و تأمین می‌کند.

این سیستم باید حتی در شرایط اضطراری توانایی عملکرد BOP را داشته باشد.

 

31. Power System یا سیستم قدرت

دکل حفاری برای کارکرد تجهیزات مختلف به انرژی بسیار زیادی نیاز دارد.

سیستم Power Generation معمولاً شامل:

• Diesel Engine
• Generator
• Electric Motor
• Transformer
• VFD
• Switchgear

است.

در بسیاری از دکل‌های مدرن، موتورهای الکتریکی AC با VFD تجهیزات اصلی را کنترل می‌کنند.

 

32. چه تجهیزاتی بیشترین انرژی را مصرف می‌کنند؟

مصرف‌کنندگان بزرگ توان در دکل معمولاً شامل:

• Drawworks
• Top Drive
• Mud Pumps
• Air Compressors
• Hydraulic Systems

هستند.

به همین دلیل سیستم تولید و توزیع برق یکی از اجزای حیاتی Rig است.

 

33. Pipe Handling System چیست؟

در دکل حفاری تعداد زیادی Drill Pipe، Casing و Tubular جابه‌جا می‌شود.

به همین دلیل تجهیزات Pipe Handling اهمیت زیادی دارند.

این تجهیزات می‌توانند شامل:

• Catwalk
• Pipe Rack
• Iron Roughneck
• Elevator
• Slips
• Power Tong
• Pipe Handler

باشند.

 

34. Iron Roughneck چیست؟

Iron Roughneck دستگاهی مکانیزه است که برای باز و بسته کردن اتصالات Drill Pipe استفاده می‌شود.

این تجهیز عملیات:

Make-Up

و:

Break-Out

را انجام می‌دهد.

استفاده از Iron Roughneck ایمنی عملیات را نسبت به روش‌های دستی افزایش می‌دهد.

 

35. Slips چیست؟

Slips تجهیزاتی هستند که Drill String را داخل Rotary Table یا Spider نگه می‌دارند.

هنگام اضافه کردن یک Drill Pipe جدید، وزن Drill String توسط Slips تحمل می‌شود.

 

36. Elevator چیست؟

Elevator وسیله‌ای است که دور Drill Pipe یا Casing قرار گرفته و برای بلند کردن Tubularها استفاده می‌شود.

Elevator به سیستم Hoisting متصل می‌شود.

 

37. Driller’s Cabin چیست؟

در دکل‌های مدرن، Driller بسیاری از عملیات را از داخل Driller’s Cabin کنترل می‌کند.

این کابین دارای:

• HMI
• Joystick
• Display
• Alarm System
• Pressure Indicators
• Weight Indicators
• Torque Indicators

است.

SLB نیز توضیح می‌دهد که Driller سیستم‌هایی مانند Pumps، Drawworks و Rotary Equipment را از طریق Driller’s Console کنترل می‌کند.

 

ابزار دقیق در دکل حفاری چه نقشی دارد؟

دکل حفاری بدون Instrumentation عملاً قابل کنترل ایمن نیست.

پارامترهای مهمی که دائماً اندازه‌گیری می‌شوند شامل:

• Standpipe Pressure
• Mud Pump Pressure
• Mud Flow
• Mud Tank Level
• Hook Load
• Weight on Bit
• Rotary Torque
• RPM
• Pit Volume
• Casing Pressure
• Annulus Pressure
• Temperature
• H₂S Concentration

هستند.

 

چه تجهیزات ابزار دقیقی روی دکل استفاده می‌شوند؟

می‌توان از تجهیزات مختلفی استفاده کرد، از جمله:

• Pressure Transmitter
• Pressure Gauge
• Differential Pressure Transmitter
• Level Transmitter
• Flowmeter
• Temperature Transmitter
• Load Cell
• Torque Sensor
• Gas Detector
• H₂S Detector
• Position Sensor
• Proximity Switch
• Control Valve
• Solenoid Valve

بنابراین دکل حفاری علاوه بر تجهیزات مکانیکی، یک مجموعه گسترده از تجهیزات ابزار دقیق و سیستم‌های کنترل نیز دارد.

 

فرآیند حفاری چگونه انجام می‌شود؟

حالا که اجزای اصلی دکل را شناختیم، می‌توان نحوه عملکرد کلی آن را بررسی کرد.

 

مرحله اول: قرار دادن مته در چاه

Drill Bit به قسمت پایین Drill String متصل می‌شود.

Drill String توسط سیستم Hoisting وارد چاه می‌شود.

 

مرحله دوم: اعمال Weight on Bit

بخشی از وزن Drill Collarها روی مته اعمال می‌شود.

به این نیرو:

Weight on Bit – WOB

گفته می‌شود.

WOB باید متناسب با نوع مته و سازند تنظیم شود.

 

مرحله سوم: چرخاندن مته

Top Drive یا Rotary Table Drill String را می‌چرخاند.

گشتاور از سطح از طریق Drill String به مته منتقل می‌شود.

در برخی عملیات Directional Drilling ممکن است Mud Motor نیز مته را به چرخش درآورد.

 

مرحله چهارم: پمپاژ گل

Mud Pump گل حفاری را با فشار بالا وارد Drill String می‌کند.

گل از داخل Drill Pipe به سمت مته حرکت می‌کند.

 

مرحله پنجم: خروج گل از مته

گل از Nozzleهای مته با سرعت بالا خارج می‌شود.

این جریان:

• مته را خنک می‌کند
• سطح حفاری را تمیز می‌کند
• Cuttings را از کف چاه جدا می‌کند

 

مرحله ششم: انتقال Cuttings به سطح

گل به همراه Cuttings از طریق Annulus به سمت سطح حرکت می‌کند.

 

مرحله هفتم: جداسازی Cuttings

گل وارد Shale Shaker شده و ذرات سنگ از آن جدا می‌شوند.

سپس گل به Mud Tank برمی‌گردد و دوباره وارد چرخه حفاری می‌شود.

 

مرحله هشتم: اضافه کردن Drill Pipe

با افزایش عمق چاه، Drill String پایین‌تر می‌رود.

در یک نقطه باید لوله جدید اضافه شود.

به این عملیات:

Making a Connection

گفته می‌شود.

Drill String نگه داشته شده، لوله جدید اضافه می‌شود و حفاری ادامه پیدا می‌کند.

 

مرحله نهم: Trip

گاهی Drill String باید به‌طور کامل یا جزئی از چاه خارج شود.

به این عملیات:

Tripping Out

گفته می‌شود.

و ورود مجدد رشته حفاری به چاه:

Tripping In

نام دارد.

این عملیات ممکن است برای:

• تعویض مته
• تغییر BHA
• Logging
• تعمیر تجهیزات

انجام شود.

 

مرحله دهم: کنترل دائمی چاه

در طول تمام مراحل حفاری، فشار، حجم گل، Flow و سایر پارامترها دائماً بررسی می‌شوند.

اگر نشانه‌ای از Kick دیده شود، عملیات Well Control آغاز می‌شود.

BOP می‌تواند بسته شود و از Choke و Kill System برای بازگرداندن کنترل چاه استفاده شود.

 

Kick چیست؟

Kick زمانی رخ می‌دهد که سیال سازند وارد Wellbore شود.

این اتفاق معمولاً زمانی ممکن است رخ دهد که فشار سازند از فشار هیدرواستاتیک ستون گل بیشتر شود.

نشانه‌های Kick می‌توانند شامل:

• افزایش Flow
• افزایش Pit Volume
• Flow With Pumps Off
• تغییر فشار

باشند.

تشخیص سریع Kick برای ایمنی دکل بسیار مهم است.

 

Blowout چیست؟

اگر Kick کنترل نشود و سیال سازند به‌صورت کنترل‌نشده به سطح برسد، ممکن است:

Blowout

رخ دهد.

Blowout یکی از خطرناک‌ترین شرایط در عملیات حفاری است.

BOP Stack، Choke Manifold، Kill System و تجهیزات Monitoring برای جلوگیری از این وضعیت طراحی شده‌اند.

 

دکل حفاری خشکی و دریایی چه تفاوتی دارند؟

از نظر اصول حفاری، بسیاری از تجهیزات مشابه هستند.

دکل خشکی:

Land Rig

روی زمین نصب می‌شود.

در حفاری دریایی ممکن است تجهیزات روی:

• Jack-Up Rig
• Semi-Submersible
• Drillship
• Fixed Platform

قرار داشته باشند.

در عملیات Offshore تجهیزات اضافی مانند:

• Marine Riser
• Subsea BOP
• Heave Compensation System
• Riser Tensioner

نیز ممکن است وجود داشته باشند.

 

چرا اتوماسیون دکل حفاری اهمیت پیدا کرده است؟

دکل‌های جدید به سمت اتوماسیون بیشتر حرکت کرده‌اند.

امروزه بسیاری از عملیات:

• Drawworks
• Top Drive
• Mud Pumps
• Pipe Handling

می‌توانند از طریق سیستم‌های کنترلی یکپارچه مدیریت شوند.

برای مثال SLB سیستم‌های کنترل حفاری خود را به‌گونه‌ای طراحی کرده که Drawworks، Top Drive، Mud Pumps و Drill Floor از یک سیستم مرکزی و HMI کنترل شوند.

مزایای اتوماسیون شامل:

• افزایش ایمنی
• کاهش خطای انسانی
• افزایش سرعت عملیات
• کنترل دقیق‌تر
• کاهش Downtime

است.

 

مهم‌ترین اجزای دکل حفاری به زبان ساده

اگر بخواهیم کل دکل را خیلی ساده خلاصه کنیم:

Mast / Derrick
سازه اصلی دکل است.

Drawworks
رشته حفاری را بالا و پایین می‌برد.

Crown Block و Traveling Block
سیستم قرقره‌ای بالابری را تشکیل می‌دهند.

Top Drive
Drill String را می‌چرخاند.

Drill String
نیرو، گشتاور و گل را به داخل چاه منتقل می‌کند.

Drill Bit
سنگ را حفاری می‌کند.

Mud Pump
گل را با فشار بالا به داخل چاه می‌فرستد.

Mud System
گل را آماده، تصفیه و دوباره گردش می‌دهد.

Shale Shaker
Cuttings را از گل جدا می‌کند.

BOP
در شرایط اضطراری چاه را کنترل و بسته نگه می‌دارد.

Choke & Kill System
برای کنترل فشار چاه استفاده می‌شود.

Power System
انرژی تجهیزات دکل را تأمین می‌کند.

Instrumentation & Control
تمام پارامترهای مهم عملیات را اندازه‌گیری و کنترل می‌کند.

 

جمع‌بندی

دکل حفاری یک ماشین واحد نیست، بلکه مجموعه‌ای هماهنگ از تجهیزات و سیستم‌های مختلف است.

سیستم بالابری Drill String را کنترل می‌کند، سیستم چرخشی مته را می‌چرخاند، Mud System گل حفاری را در چاه به گردش درمی‌آورد و Well Control System فشار چاه را تحت کنترل نگه می‌دارد.

در یک حفاری معمولی، Top Drive رشته حفاری را می‌چرخاند و Weight on Bit باعث درگیری مته با سازند می‌شود. در همین زمان Mud Pump گل حفاری را از داخل Drill String به مته می‌رساند.

گل پس از خروج از مته Cuttings را با خود از طریق Annulus به سطح می‌آورد. سپس Shale Shaker جامدات را جدا می‌کند و گل برای استفاده مجدد به Mud Tank بازمی‌گردد.

هم‌زمان تجهیزات ابزار دقیق، پارامترهایی مانند فشار، Flow، Pit Volume، Hook Load، Torque، RPM و H₂S را پایش می‌کنند.

در صورت ورود ناخواسته سیال سازند به چاه، سیستم‌های Well Control و BOP برای جلوگیری از Blowout وارد عمل می‌شوند.

به همین دلیل عملکرد ایمن یک دکل حفاری نتیجه همکاری هم‌زمان سیستم‌های مکانیکی، هیدرولیکی، الکتریکی، ابزار دقیق و کنترل چاه است.