حفاری در آبهای عمیق با استفاده از تکنولوژی ABS

چکیده
با گذشت زمان و نیاز بیشتر به منابع زیرزمینی گذشته از حفاریهای خشکی و کم عمق
دریایی ، نیاز به اکتشاف مخازن هیدروکربوری در مناطق دریایی با عمق زیاد محسوستر و
چالشهای پیش و رو نیز بیشتر می شود.لذا برای فائق آمدن بر مشکلات ناشی از حفاری
آبهای عمیق و بهینه کردن عملیات حفاری و هزینه های جانبی آن راهی جز دستیابی به
تکنولوژیهای جدید نمی باشد.سیستم ABS )بستر مجازی شناور( یکی از راههایی است که
می تواند نقش مهمی در بهینه کردن عملیات و هزینه های حفاری داشته باشد که در
مقایسه با روشهای متداول بکار برده شده در آبهای عمیق مثل استفاده از فوران گیرهای زیر
دریایی و فوران گیرهای سطحی دارای مقبولیت و پارامترهای اقتصادی بیشتری می باشد.
کلمات کلیدی: سکوی نیمه شناور- حفاری آبهای عمیق- تکنولوژی ABS
مقدمه
تا کنون حفاری در آبهای عمیق که توسط سکوهای نیمه شناور و کشتی های حفاری با
استفاده از رایزرهای با فشار کاری پایین و فوران گیرهای زیر دریایی که در سرتاسر عمق آب
قرار می گرفتند انجام می گرفته است. افزایش عمق آب ، باعث بالا تر رفتن طول و وزن
رایزرها می شود که به عنوان باری سنگین بر روی سکوهای حفاری می باشد. یکی از
رویکردهای اخیر صنایع حفاری ، بکار بردن فوران گیرهای سطحی و روشهای مربوطه )مانند
موارد مورد استفاده در سکوهای jack up ( برای اعماق زیاد می باشد که نتیجه آن استفاده
از رایزرهای با قطر کمتر و نهایتا نیاز به کشش کمتر از روی سکو جهت اعمال کردن به رایزرهامی باشد.لازم به ذکر است که هر دو روش استفاده از فوران گیرهای سطحی و زیر دریایی
به لحاظ محدودیتهای عملیاتی و راندمان کاری طرفداران و منتقدان خاص خود را دارد.لذا با
توجه به مطالب فوق ، سیستم ABS به گونه ای که عاری از کمبودها و مشکلات دو سیستم
قبلی باشد و به لحاظ اقتصادی دارای توجیه باشد محاسبه و طراحی شد.
ABS قابلیت استفاده و بکار رفتن ، حتی با سکوهای نیمه شناور نسل دوم و سوم و کشتی
های حفاری کوچکتر را دارد. با بکار بردن تکنولوژی ABS می توان از رایزرهای با فشار کاری
پایین و فوران گیرهای زیر دریایی استفاده کرد با این تفاوت که دیگر نیازی به راندن آنها تا
بستر دریا نمی باشد و می توان فوران گیرها را روی سیستم ABS نصب کرد.
در صورت وجود شرایط جوی نامساعد می توان با جدا کردن رایزرها و باقی گذاشتن فوران
گیرها بر روی سیستم ABS جهت کنترل فوران و ایمن کردن چاه اقدام کرد.
مفهوم و تصویر کلی سیستم ABS
ABS سیستمی است که در اعماق کم نصب می شود و در واقع جایگزینی برای بستر دریا
جهت نصب فوران گیرهای زیر دریایی و تجهیزات سر چاهی می باشد. به طوریکه فوران
گیرهای زیر دریایی به جای نصب شدن در کف دریا بر روی سیستم ABS که در اعماق بین
022-022 متری شناور می شود ، نصب می شوند.)شکل 1(. بنا بر این هیچگونه تجهیزاتی
امتداد اولین لوله جداری رانده شده ) Casing 20” ( که به سمت بالا امتداد داده شده ) Tie back ( به عنوان نقطه اتصال و تکیه گاه سیستم ABS می باشد.
میزان انحراف و خمیدگی سیستم ABS از محل نصب که به دلیل جریانات دریا ، محتمل می
باشد بوسیله اعمال کشش مناسب از طریق نیروی شناوری قابل جبران است. نیروی
شناوری سیستم ABS توسط پمپاژ هوا به داخل محفظه های مخصوص درون آن قابل کنترل
.) می باشد )شکل 0 ABS دارای نیروی شناوری مثبت می باشد به این معنی که حتی در
صورت پر شدن تمامی محفظه های درون آن از آب ، باز هم به صورت شناور می تواند باقی
بماند.بنا براین جهت مستغرق کردن تا عمق 022 متری از زنجیرهای سنگین وزن استفاده می
شود ) Chain Weight Method ( این زنجیرها به لاینهای هدایت کننده ABS متصل می باشند
شبیه سازی های متعددی که توسط برنامه های کامپیوتری پیشرفته انجام شده ثابت می
کند که میزان انحراف ABS با اعمال کشش مناسب قابل کنترل می باشد به طوریکه از میزان
کشش مجاز لوله های جداری ) casing ( بیشتر نبا شد. همچنین بررسی ها در ارتباط با
عملکرد سیستم در مقابل بارهای خستگی و جریانهای گردابی ، نتایج مثبتی را نشان می
دهد. ABS را می توان حتی در شدیدترین و بدترین شرایط جوی و دریایی نیز بکار برد.
بکار بردن لوله های casing با مقاومت کششی بالا باعث محفوظ نگهداشتن و ایمن کردن
قسمت بین بستر دریا و محل قرار گرفتن ABS می شود.در صورت نیاز از یک ) weak point ( یا
نقطه ای با استحکام پایین در شاخه رایزرهای بکاررفته جهت جلوگیری کردن از انتقال کشش
بیش از تحمل لوله های casing استفاده خواهد شد. به دلیل احتمال وجود انحرافات و جا به
جایی های غیر قابل کنترل سکو همیشه این نقطه ضعیف صرفنطر از اینکه از ABS استفاده
شود یا خیر باید در قسمت بالای فوران گیرها در نظر گرفته شود.
انواع کاربردهای ABS
-1 حفاریهای اکتشافی ) Exploration Drilling )
-0 توسعه میادین و بهره برداری ) Field Development & Production )
مزایای استفاده از ABS
-1 استفاده از ABS در حفاری آبهای عمیق به طور قابل ملاحظه ای باعث افزایش راندمان
عملیات حفاری می شود.که این امر به دلیل عدم نیاز به راندن فوران گیرها و رایزرهای حفاری
تا بستر دریا و صرفا تا عمق 022 متری می باشد که ای ن امر در آبهای بسیار عمیق نمود
بیشتری پیدا می کند.
-0 سیستم ABS قابلیت استفاده با سکوهای نسل دوم و سوم با سیستم لنگراندازی ساده تر
را دارد که در مقایسه با سکوهای پیشرفته دارای نرخ روزانه کمتری می باشد که می تواند تا
حدود 30% کاهش یابد.
-0 حتی جهت انجام عملیات تکمیلی و تعمیر چاهها می توان مشابه فوق از سکوهای با نرخ
روزانه کمتر استفاده کرد که باعث کاهش هزینه های عملیاتی تا حد انجام عملیات در مناطق
کم عمق می شود.
-4 جدا شدن رایزرها با طول و تعداد کم از ABS به راحتی قابل انجام است و همچنین فرایند
کنترل فوران چاه مانند سایر روشهای متداول به دلیل قرار گرفتن فوران گیرها در عمق کم
قابل انجام است.
-5 استفاده از ABS ، خطر خالی شدن حجم گل حفاری درون رایزرها را به داخل دریا به طور
قابل ملاحظه ای مخصوصا در شرایط نا آرام جوی کاهش می دهد.
آنالیز و طراحی رایزرهای مورد استفاده در سیستم ABS
این تحلیل بر اساس اطلاعات بدست آمده از مناطق پیش بینی شده جهت بکاربردن سیستم
ABS انجام نهایتا منجر به طراحی پایه می شود.
یکی از بخشهای عمده و مهم در طراحی پایه ، مشخص کردن شرایط بارهای محیطی وارده
، نحوه پیکر بندی و وضعیت رایزرها و موقعیت و شکل سکوی حفاری در این آنالیز می باشد.
مدل تحلیلی سیستم ABS شامل همه قسمتهای بکاررفته در آن از بستر دریا تا سکوی
حفاری از جمله قسمتهای ارتباط دهنده با سکو، رایزرها، سیستم ABS و رشته لوله های
جداری ) Casing ( امتداد داده شده از بستر دریا تا ABS می باشد.
تحلیل بهینه سازی میزان کشش ) Tension Optimization )
بر اساس این تحلیل میزان کشش مورد نیاز بر روی سیستم ABS و همچنین رایزرها، در
مناطق پیش بینی شده معین می شود.
مقدار کشش اعمال شده وابسته به عوامل زیر می باشد:
-1 عمق آب محل مورد نظر جهت عملیات حفاری
-0 ماکزیمم وزن گل حفاری پیش بینی شده
-0 میزان نیروی شناوری اعمال شده توسط رایزرهای حفاری
با در نظر گرفتن شرایط فوق می توان به میزان کشش مورد نیاز بر روی سیستم دست یافت
به طوری که حالت بهینه ای از دو مقدار 1- شناوری سیستم ABS و 0- کشش از روی سکو
باشد.
همچنین مقدار کشش به گونه ای در نظر گرفته می شود که اگر یکی از دو سیستم اعمال
کشش، یعنی کشش از روی سکو دچار نقص شود و یا ABS بخشی از شناوری خود را به
دلیل آب گرفتگی در یکی از مخازن از دست بدهد، بازهم نقطه اتصال سیستم ABS به بستر
دریا ) Tieback casing ( تحت کشش مناسب قرار بگیرد.
شرایط و محدودیتهای عملیاتی سیستم ABS
همانند شرایط و محدودیتهای موجود در حفاری آبهای عمیق، استفاده از سیستم ABS نیز
شرایط خاص خود را دارد که در هنگام عملیات باید در نظر گرفته شود.
از مهمترین عواملی که باید در نظر گرفته شود می توان به میزان انحراف سکو از حالت اولیه
( Vessel Offset ( و همچنین نیروهای وارده محیطی اشاره کرد.
میزان مجاز انحراف سکوی حفاری بستگی به نوع مفاصل انعطاف پذیر ) Flex joint ( مورد
استفاده در شاخه رایزر و همچنین میزان تنشهای مجاز رایزرها و لوله هدایت کننده
( Conductor ( و میزان کورس رایزرها ) Riser stroke ( دارد.نمودار ) 1( زوایای مختلف Flex joint را که تابعی از میزان انحراف سکو می باشد در عمق 1022 متری نشان می دهد.
در این نمودار مشخص شده است که در صورت وجود انحراف سکو تقریبا معادل 5% عمق آب
می توان از وجود زاویه کمتر از 0 درجه در Flex joint اطمینان حاصل کرد که می تواند باعث
ادامه عملیات حفاری بدون برخورد ساق حفاری ) Drill string ( به رایزرها حین چرخش مته شود
نتیجه گیری
با استفاده از تکنولوژی سیستم ABS در حفاری آبهای عمیق می توان با بکاربردن تجهیزاتی
مانند مفاصل مخروطی ) Taper joint ( در بالا و پایین لوله های Casing امتداد داده شده، بر
تنشهای شدید وارده حتی در صورت آبگرفتگی بعضی از قسمتهای ABS ، غلبه و سیستم را
ایمن نمود.
همچنین ارزیابی های ریسک صورت گرفته روی سیستم ABS ، مشخص می کند که ریسکها
و خطرات احتمالی استفاده از این سیستم بسیار پایین تر از ریسکهای موجود در حفاری با
استفاده از فوران گیرهای سطحی و زیردریایی می باشد.