دستگاه حفاری

 بر حسب نوع دستگاه حفاری  روش های حفاری به سه گروه تقسیم می شوند:

۱) حفاری ضربه ای

۲) توربینی

۳) دورانی

حفاری ضربه ای (Cable Tool Drilling)

حفاری کابلی

در گذشته از دستگاه حفاری ضربه زن استفاده می شد. این دستگاه از یک دلوچه فولادی سخت و لبه تیز تشکیل شده است که به انتهای یک طناب فلزی بسته می شود و با ضربه یک جرثقیل در زمین فرو می رود و چاه به تدریج حفر می شود. این روش حفاری تنها در اعماق کم قابل استفاده بود و امروزه کاربردی ندارد.

انرژی مورد نیاز برای سیستم حفاری ضربه ای از رابطه زیر محاسبه می شود:

E: انرژی به ازای نواختن هر ضربه

P: فشار هوای پیستون

A : سطح مقطع پیستون

S: طول مسیری که پیستون حداکثر فشار را وارد می کند.

W : وزن پیستون

 حفاری توربینی (Turbo Drilling)

در این روش، گل حفاری با فشار روی مته ریخته می شود و از این طریق مته به حرکت در می آید. در اثر چرخش مته و لوله های حفاری، زمین حفر می شود. این نوع چرخش مته را می توان با چرخش توربین های آب و یا موتورهای درون چاهی مقایسه کرد. 

حفاری دورانی (Rotary Drilling)

rotary drilling

در این نوع حفاری، ابتدا میز دوار (Rotary Table) با کمک نیروی مکانیکی، برقی یا هر دو، به گردش در می آید. این چرخش، به لوله شش بر یا چهاربر، به نام کلی (Kelly)، منتقل می شود و با چرخش این لوله، تمام لوله های حفاری و بالاخره مته حفاری به چرخش در می آید و عمل حفر زمین انجام می شود. میز دوار تقریبا در پایین دکل حفاری نصب شده و به وسیله موتور دوار به حرکت در می آید. چون اکنون تقریبا تمام چاه های نفت با دستگاه های حفاری دورانی حفر می شوند، به شرح بسیار خلاصه از این دستگاه پرداخته می شود. دستگاه های حفاری دورانی در طی تاریخ صنعت نفت، به دلیل تجارت وسیع در سراسر جهان و کار در شرایط طبیعی متفاوت، تکامل یافته و به صورت کنونی در آمده اند. دستگاه حفاری خشکی شامل برج و دکل حفاری است که روی سکوی حفاری و زیربنای آن قرار دارد. موتورهای دیزل به طور مستقیم با تولید برق، نیروی مکانیکی لازم برای حفاری را تأمین می کنند. جرثقیل بسیار پرتوانی (Drawworks) که دارای جعبه قرقره ثابت (Crown Block)، جعبه قرقره متحرک (Traveling Block) و کابل بسیار قوی (Wire Line) می باشد، برای بالا و پایین بردن لوله های حفاری و تحمل بخشی از وزن آنها در زمان حفاری به کار گرفته می شود. بدیهی است دکل و جرثقیل باید تحمل وزن لوله ها را که با عمق افزایش می یابد داشته باشند. بنابراین، هر دکل حفاری دارای توان حداکثری است که بیش از آن قادر به حفاری نخواهد بود. این توان را، سازنده دکل همراه با سایر مشخصات فنی اعلام می کند. بخش متحرک دکل از ته چاه به بالا شامل مته، لوله هایی با جدار ضخیم و مقاوم (Bit Sub) که هنگام حفاری تحت فشار قرار می گیرند و طوق مته (Drill Collars)، می باشد.

پس از آن، لوله های حفاری (Drill Pipes) که حرکت دورانی را از سر چاه به طوق مته و مته منتقل می کنند قرار دارند. لوله های حفاری، از طوق مته نازک تر بوده از این رو دارای قطر کم تر از آن هستند و هنگام حفاری اغلب تحت کشش قرار دارند. مته، طوق مته و لوله های حفاری را رشته حفاری (Drill String) می نامند. لوله های حفاری از بالا و در سطح زمین به میله ای چهاربر یا شش بر (Kelly) که توخالی است پیچ می شوند. طول میله چندبر در حدود چهل فوت می باشد و از داخل حفره ای هم اندازه مقطع خود در میز دوار عبور می کند. میز دوار (Rotary Table) دستگاهی است که میله چهاربر یا شش بر و در نتیجه تمام رشته حفاری را می چرخاند. میله چندبر از بالا به هرزگرد یا مفصل دوار (Swivel) متصل می گردد. این مفصل دوار دارای یاتاقانی است که بخش متصل به میله چندبر در آن به طور آزاد می چرخد. در حالی که بدنه مفصل ثابت بوده و به وسیله قلابی (Hook) به جعبه قرقره متحرک متصل می گردد. انتهای لوله خرطومی (Rotary Hose) که لوله بسیار محکمی است و تحمل فشار پمپ های حفاری را دارد به مفصل وصل است که از طریق آن، گل حفاری به داخل مفصل دوار، میله چندبر و رشته حفاری پمپ می شود.

زیر سکوی حفاری، دستگاه های طغیان شکن (B.O.P.) قرار دارند که در حالت عادی، میله چندبر، لوله های حفاری، طوق مته و مته به راحتی از داخل آن عبور می کنند؛ ولی در موارد خطر و فوران چاه، می توانند فاصله چاه با رشته حفاری را که فضای حلقوی (Annulus) نامیده می شود مسدود نموده و از خروج ناخواسته سیال از چاه جلوگیری نمایند. بین میله چندبر و ته مته دریچه یک طرفهای قرار دارد که گل حفاری از طریق آن به داخل رشته حفاری چاه وارد می شود، ولی دریچه در جهت عکس، مانع عبور سیال می گردد. این دریچه، شیر اطمینانی است که در هنگام طغیان چاه ارتباط فضای داخل رشته حفاری را با خارج قطع می کند و در اصطلاح Kelly Cock نامیده می شود.

دستگاه های حفاری دریایی مانند دستگاه های دورانی خشکی هستند؛ با این تفاوت که روی سکویی روی آب قرار می گیرند. ممکن است پایه های سکو در کف دریا قرار گیرد که دکل بالابر نامیده می شود. این نوع دکل ها در آبهایی در حد ارتفاع پایه می توانند فعال باشند که آنها را محدود به آبهای کم عمق می سازد. دکل های دریایی دیگر نیز وجود دارند که روی زیربنای غوطه ور یا نیمه غوطه ور قرار دارند و قادرند در آبهای عمیق تری نسبت به دکل بالابر، حفاری نمایند. پس از کشف نفت در نفت گیرهای زیر دریایی، برای توسعه این نوع میدان ها اغلب از سطح یک سکوی حفاری، چندین چاه انحرافی حفر می نمایند. درباره انواع دکل به تفصیل توضیح داده خواهد شد.

لوازم حفاری دورانی

لوازم حفاری دو دسته اند:

۱)  لوازم بیرون چاه: دکل حفاری، بالابرها، موتورها و پمپ ها

۲) لوازم داخل چاه :رشته لوله حفاری و جداری