حفاری تحت فشار تعادلی “UBD” عبارت است از: حفاری و اغلب تکمیل چاه با فشاری کم تر از فشار سازند.

در روش های قدیمی، حفاری با هدف مهار کردن نفت و گاز درون مخزن، از طریق پر کردن چاه با سیالی سنگین که گل حفاری نامیده می شود، انجام می گرفت. این مایع سنگین (گل) از فشاری بیش از فشار مخزن در ته چاه استفاده می کند. از آنجا که فشار چاه بیش از فشار مخزن است، گل حفاری با فشار به سنگهای مخزن خورده و حفره های سازند را می بندد یا از بین می برد. بسته شدن روزنه ها معمولا دائمی است و به کاهش تولید می انجامد.

در میدان هایی که فشار مخزن آنها کم یا کاهش یافته است و سنگ مخزن به دلیل وجود ترک و شکاف زیاد دارای نفوذپذیری بالا می باشد، هنگام حفاری با سیال معمولی مثل آب و حتی گل امولسیونی گازوئیل، با مشکلات زیادی مانند هرزروی شدید، گیر لوله ها و ابزار حفاری و … همراه است که این مشکلات مخصوصا در چاه های افقی با شدت بیشتری وجود داشته است.

هرزروی های شدید در مخزن و پمپاژ مواد کنترل کننده هرزروی، آسیب های مهمی به مخزن وارد کرده و تولیدی شدن چاهها را نیز طولانی می کند. برای اولین بار استفاده از تکنیک حفاری تحت فشار تعادلی مخزن (Under Balanced Drilling) در چاه پارسی- ۷۰ انجام گرفت که در حین عملیات حفاری، حدود ۲۵۰۰ بشکه نفت در روز تولید و طی ۵ روز عملیات حفاری در مجموع به میزان ۱۴۰۰۰ بشکه نفت برداشت و به واحد بهره برداری منتقل گردید. این تکنیک در مناطق نفت خیز جنوب در سال ۱۳۷۸ در چاه گچساران-۲۹۲ و نیز ۳۳۳ جهت حفاری سازند آسماری به کار گرفته شد. یکی از مهم ترین عواملی که شناخت حفاری به روش فروتعادلی (Under Balanced Drilling) و استفاده از آن را افزایش داده است، رشد آگاهی از صدمات (Damnages) وارد به سازند است که توسط حفاری رایج فراتعادلی (Over Balanced Drilling) و روش های تکمیل چاه به وجود می آید. تکنولوژی حفاری به روش فروتعادلی (UBD) برای هر مخزنی مناسب نیست.

در حفاری با فشار کمتر معمولا از مایع حفاری سبک تر استفاده می شود. در این روش، تولید از مخزن حین حفاری صورت می گیرد که از بسته شدن روزنه های سازند جلوگیری می شود. پس از استخراج با وسایلی که در سطح زمین مورد استفاده قرار می گیرند، نفت، گاز، گل و تراشه ها جدا می شوند. تولید نفت و گاز در جریان حفاری، به سادگی عملیات معمول نیست و به برنامه ریزی مناسب و آمادگی نیازمند است. اما در تمامی موارد استفاده UBD لازم نیست که جریان تولید هم زمان با حفاری انجام شود؛ از جمله زمانی که هدف، افزایش میزان نفوذ در لایه های فوقانی باشد.

چرا بهتر است از (UBD ( Under Balanced Drilling استفاده کرد؟

UBD به سه دلیل عمده زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

۱- برای کاهش مشکلات حفاری

از UBD برای بالا بردن میزان نفوذ، کاهش هدر رفتن گل و مشکلات متفاوت چسبندگی استفاده می شود. مثلا، در مواردی، از UBD برای حفاری چاه های افقی بزرگتر در میدان هایی که قبلا این کار به دلیل هدر رفتن گل میسر نبود، استفاده می شود.

۲- برای بهبود عملکرد تولید چاه

یکی از موارد فنی دیگر در استفاده از UBD جلوگیری از آسیب دیدن سازند است. در حفاری با فشار کم، مخزن با فشار کم حفاری و تکمیل می شود. شرکت شل (Shell) در چندین نقطه جهان از این روش استفاده می کند و شاهد افزایش چند برابر تولید چاه در مقایسه با روش های قدیمی تر بوده است. در برخی موارد، افزایش ذخایر قابل استخراج به اثبات رسیده است.

استفاده از UBD برای بهبود تولید در ذخایری که آسیب پذیر تر هستند، صورت می گیرد. حفاری به روش های قدیمی ممکن است هنگامی که گل حفاری روزنه ها را پر می کند، آسیب جبران ناپذیری به سنگهای مخزن با نفوذپذیری کمتر وارد کند. صدماتی که به ذخایر قابل نفوذتر وارد می شود، معمولا در جریان تولید رفع می شود.

۳- برای دستیابی به اطلاعات اولیه در مورد مناطق بهره ده

از آنجا که در استفاده از UBD، در زمان حفاری، سیالات سازند امکان می یابند که به سطح برگردند، فرصت خوبی به وجود می آید تا به اطلاعات اولیه ارزشمندی درباره مخزن و وضعیت تولید دست یافت.

UBD چگونه انجام می شود؟

مهم ترین مسأله در حفاری تحت فشار تعادلی UBD، کنترل فشار داخل چاه در زمان حفاری است. بسته به فشار مخزن و عمق آن، از سیستم های خاصی در سیالات حفاری استفاده می شود. در بخشی که فشار کم است، حفاری با هوا با استفاده از چکش بادی انجام می شود، در حالی که در بخش پرفشار حفاری با استفاده از مایعات سبک و با استفاده از آب یا آب زیر نفت انجام می گیرد.

یکی از تکنیک های اولیه متداول حفاری تحت فشار تعادلی UBD، استفاده از حفاری دو مرحله ای است که در آن سیال حفاری سبکی است که با گاز بالابر تزریقی مخلوط شده باشد. با تغییر میزان گاز تزریق شده، می توان چگالی مایع حفاری را نیز کنترل کرد. معمولا از نیتروژن یا هیدروکربن خود میدان به عنوان گاز بالابر استفاده می شود و از بیرون و از سطح، با استفاده از وسایل لازم، فشار را کنترل و گل و سنگ را از مایعاتی که تولید شده، جدا می کنند.

در چه مواردی از UBD استفاده می شود؟

شرکت شل (Shell) در استفاده از حفاری تحت فشار تعادلی در مناطق متفاوت، هم در دریا و هم در خشکی موفق بوده است. در تمام موارد، دقت شده است تا در مناطق حساس زیست محیطی با به حداقل رساندن میزان اشتعال گاز و استفاده از مشعل های محصور و بی صدا میزان آلودگی را به حداقل ممکن کاهش داد.

در صورت امکان، هیدروکربنی که در زمان حفاری تولید می شود، به طور مستقیم به تأسیسات تولیدی و لوله های صادرات فرستاده می شود. صنعت نفت و گاز به دلیل تقاضای روز افزون برای هیدروکربن ها به دنبال راه جدیدی برای تأمین این نیازهاست. UBD تأثیر مثبتی بر توسعه پایدار دارد و با استخراج هرچه بیشتر منابع هیدروکربن هر میدان نفتی، استفاده از منابع موجود بهینه شده و صدمه ها به محیط زیست کاهش می یابد. حفاری تحت فشار تعادلی کارایی تخلیه را بهبود بخشیده و با استفاده از آن تعداد چاه های مورد نیاز کاهش می یابد. با وجود مزایای فوق، این روش در مواردی نیز توصیه نمی شود؛ از جمله زمانی که چاه از ثبات لازم برخوردار نیست، یا مخزن ضعیف است یا مشکلات فنی وجود دارد.

کاربرد حفاری به روش فروتعادلی

١- مخازن با فشار تخلیه شده

همان طور که نفت و گاز تولید می شود، فشار مخزن کاهش می یابد و برداشت نفت باقی مانده را از نظر اقتصادی با مشکل مواجه می سازد. روش های حفاری تحت فشار تعادلی مخزن – UBD به طور موفقیت آمیزی روی این نوع مخازن در بسیاری از حوضه های سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته اند. کاهش صدمات وارد به سازند (Damages) از طریق به کار گیری صحیح حفاری تحت فشار تعادلی حد نهایی بازیافت را افزایش می دهد، افزایش سرعت تولید نیز در بسیاری از مناطق به اثبات رسیده است.

۲- مخازن حساس به نفوذ سیالات و مواد جامد

تعدادی از مکانیزم های مربوط به روش های حفاری فراتعادلی و انگیزش چاه نظیر Phase trapping موجب تخریب سازند می شوند. برخی از مخازن نسبت به این تخریب حساسیت زیادی دارند و در نتیجه تولید و حد نهایی بازیافت به طور جدی به مخاطره می افتد.

۳- مخازنی که در مقابل عمل انگیزش دچار چالش می شوند.

چالش های انگیزش چاه، نظیر ایجاد شکستگی در خارج از ناحیه مورد نظر، عدم قابلیت توزیع شکستگی، جابه جایی و به حرکت درآوردن ذرات ریز، اغلب باعث می شوند نتایج کم تر از حد انتظار برای تولید و حداکثر بازیافت به دست آید.

۴- مخازن شکاف دار/ هرزروی بالای سیال

مخازن شکاف دار اغلب از هرزروی سیال و سایر مسائل حفاری صدمه می بینند. سیالات حفاری وارد شکاف ها می شوند و موانعی را ایجاد می کنند که جریان آزادانه نفت و گاز را محدود می کند. روش های حفاری تحت فشار تعادلی مخزن – UBD در مخازن شکاف دار طبیعی مؤثر هستند، چرا که اختلاف فشار برای مخزن مطلوب است و از وارد شدن سیال حفاری به شکاف ها و فضاهای متخلخل در مخزن جلوگیری می کنند.

۵- سازندهای با سنگ سخت

سازندهای با سنگ سخت معمولا موجب کندی حفاری می شوند (نرخ نفوذ کم است که هزینه حفاری را افزایش می دهند. روش حفاری تحت فشار تعادلی مخزن – UBD به دلیل وزن مخصوص پایین سیال، گردش گل حفاری را آسان کرده و با حذف اثر “ته نشینی” خرده سنگها (خرده سنگ ها را دوباره حفاری می کنند.)، سرعت نفوذ را افزایش میدهد.

۶- متان ناشی از لایه های زغال

فشار ته چاهی پایین و هرزروی گل حفاری در لایه های زغالی شکافدار، روش ها و ابزارهای UBD را برای بازیافت متان ناشی از لایه های زغال سودمند ساخته است.

۷- حفاری ژئونرمال

هرزروی گل مشکل رایجی برای صنعت حفاری ژئوترمال (زمین گرمایی) است. ثابت شده است که سیالات حفاری فراتعادلی و حفاری رایج موجب تخریب جدی سازند می شوند و قابلیت تولید چاه را محدود می کنند. حفاری به روش فروتعادلی (UBD) امکان نگهداری گردش گل و انتقال خرده سنگ های بیشتر را فراهم می کند. از آنجا که چاه های ژئوترمال بسیاری با قطر دهانه بزرگ تر حفاری می شوند، روش UBD مقرون به صرفه بوده و تخریب سازند را به حداقل می رساند.