مقدمه :
نفت ماده اي است كه پيدايش آن موجبات پيشرفت در صنعت و تحول در زندگي بشر را با خود بـه ارمغـانآورد. در ادامه با توجه به شناخت بيشتر اين ماده و قابليتهاي آن ، نفت به يك ماده با ارزش بدل شد و براي كشور ايران نيز به عنوان كشوري كه بيش از %10 كل مخازن نفت جهان را در اختيار دارد از اهميت زيـاديبر خوردار است.جهت استحصال اين ماده ، نياز به حفاري يكي از اساسي ترين موارد به حساب مي آيد .
در ميان روشهاي حفاري ، چرخشي( Rotary) بيشترين كاربرد را به خود اختصاص داده كـه بـا توجـه بـهپيشرفت صنعت ونياز بيشتر به اين ماده، نياز به روشهاي جديد تري احساس شد كه حفـاري افقـي و جهـتدار ،از جمله اين موارد هستندكه اصول آن از همان حفاري چرخشي است .
در عمليات حفاري پارامترهاي مختلفي به طور مستقيم وغير مستقيم در پيشرفت عمليات تاثير دارند كـه ازآن مي توان متغيير وابسته ، غير وابسته وجانبي را بر شمرد .
در هنگام عمليات حفاري بايد به استفاده صحيح از تجهيزات و همچنين كنترل آنها توجهي ويژه شـود چـراكه در صورت بروز مشكل كارسخت و گاهي جبران ناپذير مي شود. كه البته برخي از اين مشكلات با راه حل هايي من جمله گل حفاري قابل اصلاح هستند.
دستگاه حفاري (Drill rig) كه جهت حفـر چـاه اسـتفاده مـي شـود از قسـمتهاي مختلفـي بـا وظـايفوتجهيزات بخصوص استفاده مي كنندكه جهت كار با دستگاه حفاري مي بايست با اين قطعات و وظايف آنها آشنا شد . كه عمليات حفاري را مي توان در4 سيستم مورد بررسي قرار داده و متعلقات هر يك را شناخت .
اين4 سيستم حفاري عبارتند از :
( Hoisting system ) سيستم بالابري -1
(Rotating system) سيستم چرخشي-2
(Circulating system)سيستم گردش گل -3
(Controlling system) سيستم كنترل-4
دستگاه حفاري را به طور كل بـه دو دسـته دسـتگاه هـاي حفـاري خشـكي و دريـايي تقسـيم مـي نماينـد(offshore & onshore),كه خود نيز از نظر ثابت يا متحرك بودن به دسـت ه هـاي ديگـري تقسـيم مـيشوند،كه قابليت حفر در اعماق مختلف را دارند و روز به روز پيشرفتهايي جهت استحصال اين ماده بـا ارزشدر مناطق و محيط هايي مختلف حاصل مي شود.

کلیات حفاری و پارامتر های موثر وتجهیزات و دستگاه های حفاری دورانی

کلیات حفاری و پارامتر های موثر وتجهیزات و دستگاه های حفاری دورانی

فهرست مطالب

چكيده ………………………………………………………………………………………………………………………1
.مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………..2

 فصل اول: كليات

1-1- هدف ………………………………………………………………………………………………………………….4
1-2- پيشينه تحقيق ………………………………………………………………………………………………………4
1- 3- روش كار و تحقيق ………………………………………………………………………………………………….6

 فصل دوم:حفاري و پارامترهاي موثر

2- 1- تركيب شيميايي نفت خام ……………………………………………………………………………………..9
2- 2- تشكيل نفت ……………………………………………………………………………………………………..11
2- 3- انواع نفت خام ……………………………………………………………………………………………………12
2- 4- آثار نفتي در سطح زمين ………………………………………………………………………………………….13
2- 5- ميزان ذخاير نفت و گاز در جهان و سرعت توليد آنها …………………………………………………………..14
2- 6- ميزان ذخاير ثابت شده نفت …………………………………………………………………………………….14
2- 6-1 ميزان توليد نفت …………………………………………………………………………………………………15
2-7- عمليات اكتشاف و حفاري ……………………………………………………………………………………….17
2- 8- روشهاي استخراج نفت ………………………………………………………………………………………….18
2- 9- انواع سنگ مخزن ………………………………………………………………………………………………….20
2- 10- خواص سنگ مخزن ……………………………………………………………………………………………..21
2- 11- درجه تخلخل …………………………………………………………………………………………………….21
2- 11- 1- درجه نفوذ پذيري سنگ مخزن ……………………………………………………………………………21
2- 11- 2- ضريب مقاومت الكتريكي مخازن …………………………………………………………………………..21
2- 11- 3 درجه پيچش ………………………………………………………………………………………………….22
2- 12- مراحل يك پروژه حفاري ………………………………………………………………………………………..22
2- 13- عمليات حفاري ………………………………………………………………………………………………….24
2-31-1- حفاري جهت دار ………………………………………………………………………………………………26
2-13-2- حفاري افقي ………………………………………………………………………………………………….27
2- 14- پارامترهاي موثر در حفاري ……………………………………………………………………………………28
2-14-1- متغيرهاي غير وابسته ………………………………………………………………………………………28
2-14-1-1- خواص فيزيكي و مكانيكي سنگ ها …………………………………………………………………….29
2-14-1-2- فشار هيدروستاتيكي گل حفاري ………………………………………………………………………..32
2-14-1-3- فشار سنگ هاي پوششي ……………………………………………………………………………….32
2- 15- حرارت زمين ……………………………………………………………………………………………………33
2- 16- تاثير عوامل زمين شناسي و تكتونيكي در حفاري …………………………………………………………34
2- 6-1- شيب و امتداد لايه …………………………………………………………………………………………..34
2-16-2- چين خوردگي …………………………………………………………………………………………………35
2- 16- 3-گسل ………………………………………………………………………………………………………….35
2-16-4- لايه بندي …………………………………………………………………………………………………….35
2- 16- 5- درزه و شكاف ……………………………………………………………………………………………….35
2- 16- 6- هوازدگي …………………………………………………………………………………………………….35
2- 17- راندمان حفاري …………………………………………………………………………………………………36
2-17-1- تاثير بار روي مته ……………………………………………………………………………………………..36
2- 17- 1- 1- نوع سيستم حفاري …………………………………………………………………………………..37
2- 17- 1- 2- اندازه مته ……………………………………………………………………………………………….38
2- 17- 1- 3- ميزان تيزي مته …………………………………………………………………………………………38
2- 17- 1- 4- مقاومت سنگ ………………………………………………………………………………………….39
2- 17- 2- تاثير دور مته در سرعت حفاري ………………………………………………………………………….39
2- 17- 3- تاثير عوامل هيدروليكي در سرعت حفاري………………………………………………………………40
2- 18- مشكلات حفاري و راه حل …………………………………………………………………………………..42
2-18-1- حفاري ميان سنگ هاي نمكي ……………………………………………………………………………42
2- 18- 2- حفاري ميان طبقات كم مقاومت مانند شيل ها …………………………………………………….43
2-18-3- فوران چاه ها ………………………………………………………………………………………………43
2-18-4- به هدر رفتن گل حفاري …………………………………………………………………………………44
4 2-18-5- بازيابي يا فيشينگ (Fishing) …………………………………………ا………………………………..4

  فصل سوم:تجهيزات حفاري دوراني

3-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….51
3-2- لوازم اساسي حفاري …………………………………………………………………………………………..54
3-2-1- لوازم بيرون چاه ………………………………………………………………………………………………..54
3-2-1-1- دكل حفاري ………………………………………………………………………………………………….54
3-2-1-2- بالابر (Hoisting ) و موتور آن ……………………………………………………………………………….55
3-2-1-3- پمپ ها ………………………………………………………………………………………………………55
3-2-2- لوازم داخل چاه ………………………………………………………………………………………………….56
3-2-2-1- رشته حفاري …………………………………………………………………………………………………56
3-2-2-2- جداره ………………………………………………………………………………………………………….57
3-3- عمليات بالابري و تجهيزات ……………………………………………………………………………………….58
3-3-1- كنترل كننده كابل …………………………………………………………………………………………………58
3-3-2- تاج دكل …………………………………………………………………………………………………………..58
3- 3- 3- طناب خور ……………………………………………………………………………………………………..59
3-3-4- قلاب ………………………………………………………………………………………………………………60
3-3-5- الويتور ……………………………………………………………………………………………………………..60
3-3-6- دستگاه وزن سنج ………………………………………………………………………………………………..60
3-4- رشته حفاري و قسمتهاي اصلي آن …………………………………………………………………………….61
3-4-1- قسمتهاي اصلي رشته حفاري …………………………………………………………………………………62
3-4-1-1- هرزه گرد ( swivel ) ……………ا……………………………………………………………………………….62
3- 4- 1-2- لوله چندبر ……………………………………………………………………………………………………62
3-4-1-3- لوله حفاري ……………………………………………………………………………………………………..63
3-4-1-4- لوله اضافي يا وزني ……………………………………………………………………………………………65
3-5- ملحقات و اجزاي اتصالي رشته حفاري ……………………………………………………………………………….66
3-5-1- تراشنده ها …………………………………………………………………………………………………………..66
3-5-2- تثبيت كننده ها ……………………………………………………………………………………………………..66
3-5-3- گوه گيردار …………………………………………………………………………………………………………….66
3- 5- 4- لولاي مفصلي …………………………………………………………………………………………………….67
3-6- سيستم چرخشي و قسمتهاي آن ……………………………………………………………………………….68
3- 6-1- لوله چندبر …………………………………………………………………………………………………………68
3- 6-3- لوله حفاري ………………………………………………………………………………………………………70
3- 6-4- لوله حفاري سنگين …………………………………………………………………………………………….70
3- 6-5- لوله حفاري يا لوله وزني ……………………………………………………………………………………….70
3- 6-6- مته ……………………………………………………………………………………………………………….71
3- 6-6- 1- مته هاي تيغه اي …………………………………………………………………………………………..71
3- 6-6- 2- مته هاي چرخشي مخروطي …………………………………………………………………………….72
3- 6-6- 3- مته هاي تك غلطتكي ……………………………………………………………………………………..72
3-7- سيستم گردش گل و قسمتهاي آن …………………………………………………………………………….73
3- 7- 1- پمپ ها ………………………………………………………………………………………………………..73
3- 7- 2- حوضچه گل ……………………………………………………………………………………………………74
3- 7- 3- تصفيه كننده يا غربال گل …………………………………………………………………………………….74
3-7-4- لوله ايستاده …………………………………………………………………………………………………….75
3-7-5- شيلنگ گل ………………………………………………………………………………………………………75
3-8- سيال حفاري ……………………………………………………………………………………………………….75
3-8-1- وظايف سيال حفاري …………………………………………………………………………………………….76
3-8-1-1- اخراج كاتينگ ها از چاه ………………………………………………………………………………………..77
3- 8- 1-2- به حالت تعليق در آوردن كاتينگ ها ………………………………………………………………………..76
3- 8- 1-3- ته نشيني كاتينگ ها در مخازن ته نشيني ………………………………………………………………66
3- 8- 1-4- كنترل فشار سيالي در تشكيلات سوراخ شده ………………………………………………………….66
3- 8- 1-5- لزج كردن سوزن حفاري، جدار چاه، لوله جدار، پمپ گل و ياتاقان سرمته …………………………….70
3- 8- 1-6- تشكيل كيك حفاري غيرقابل نفوذ …………………………………………………………………………70
3- 8- 1-7- جلوگيري از ريزش تشكيلات ……………………………………………………………………………….70
3- 8- 1-8- خنك كردن سر مته و لزج نمودن ( استم ) حفاري ………………………………………………………71
3- 8- 1-9- تامين اطلاعات صحيح از چاه و زيان نرسانيدن به سطوح لايه اي …………………………………….71
.3- 9- گل حفاري …………………………………………………………………………………………………………72
.3- 9- 1- انواع گل حفاري ……………………………………………………………………………………………….72
.3- 9- 1-1- گل هاي پايه آبي …………………………………………………………………………………………….72
3- 9- 1-2- گل هاي روغني، اساس تركيبات نفتي…………………………………………………………………….73
3- 9- 2- افزودنيهاي گل حفاري ………………………………………………………………………………………….73
3- 10- سيستم كنترل فوران چاه ………………………………………………………………………………………..74

فصل چهارم:دستگاههاي حفاري

77 -1- دستگاه هاي حفاري ……………………………………………………………………………………………..77
4-1-1- دستگاه هاي حفاري خشكي …………………………………………………………………………………..77
4-1-2- دستگاه هاي حفاري دريايي …………………………………………………………………………………….78
4- 2- دستگاه هاي حفاري ثابت …………………………………………………………………………………………78
4-3- دستگاه هاي حفاري متحرك ………………………………………………………………………………………..79
4- 3- 1- دستگاه هاي حفاري شناوري …………………………………………………………………………………80
4- 3- 2- دستگاه حفاري متحرك پايه دار ………………………………………………………………………………….81
4-3-2-1- نواقص دستگاه هاي Jack up …………………………………ا………………………………………………81
4- 3- 3- دستگاه هاي حفاري نيمه شناور ………………………………………………………………………………82
4- 3- 4- كشتي حفاري ……………………………………………………………………………………………………82
.4-3-5- بارج حفاري ………………………………………………………………………………………………………..83
4- 4- اجزاي تشكيل دهنده دستگاه هاي حفاري متحرك در دريا …………………………………………………….83
4- 4- 1- سيستم رايزر …………………………………………………………………………………………………….84
4- 4- 2- سيستم كششي رايزر ………………………………………………………………………………………….84
Drill String compenSation System-3 -4 -4………………………ا……………………………………………………85
Drilling Production Plat From -4 -4 -4…………………………………..ا………………………………………………85
4- 5- مشخصه هاي سكوي حفاري نيمه شناور ايران البرز ……………………………………………………………..85
4- 5- 1- ابعاد اصلي/توضيحات تكنيكي …………………………………………………………………………………….85
4-5-2- سيستم مهار ………………………………………………………………………………………………………..86
4- 5- 3- قابليتهاي عملياتي ………………………………………………………………………………………………86
4- 6- فازهاي پروژه ………………………………………………………………………………………………………….87
4- 7- مراحل پروژه ………………………………………………………………………………………………………….87
4- 8- ديسيپلينهاي پروژه …………………………………………………………………………………………………87
4- 9- طبقه بندي فضا ها …………………………………………………………………………………………………..87
4- 10- بررسي تجهيزات و سيستمهاي سكوي حفاري نيمه شناور ايران البرز …………………………………….88
4- 11- تجهيزات و ماشين آلات ……………………………………………………………………………………………89
4- 11- 1- تجهيزات جابجايي ……………………………………………………………………………………………..90
4- 11- 2- تجيزات مهار و جابجايي سكو ………………………………………………………………………………..91
4- 11- 3- ديزل ژنراتورهاي برق …………………………………………………………………………………………..91
.4- 11- 4- بويلر آب گرم ……………………………………………………………………………………………………92
.4- 11- 5- دستگاه آب شيرين كن ……………………………………………………………………………………….92
.4- 12- سيستم هاي مختلف تاسيساتي ……………………………………………………………………………..92.
.4- 12- 1- سيستم اطفاي حريق و شستشو ………………………………………………………………………….92
.4- 12- 2- سيستم جمع آوري و تصفيه و دفع فاضلاب…………………………………………………………………93
.4- 12- 3- سيستم تهويه براي موتورخانه و فضاي مخصوص گل حفاري ……………………………………………93
.4- 12- 4- سيستم تهويه مطبوع و سردخانه ………………………………………………………………………….93
.4- 12- 5- سيستم توليد و توزيع برق …………………………………………………………………………………..93
.4- 12- 6- سيستم ها و تجهيزات مخابراتي و ناوبري …………………………………………………………………94
.4-12-7- سيستم هاي كنترل و فرمان …………………………………………………………………………………..94
4-13- تجهيزات حفاري ……………………………………………………………………………………………………….95
.4-13-1- سيستم گل حفاري ……………………………………………………………………………………………..95
.4-13-2- سيستم ذخيره سازي و انتقال مواد فله اي ………………………………………………………………….96
.4-13-3- تجهيزات سيمانكاري …………………………………………………………………………………………….96
.4- 13- 4- سيستم جلوگيري از فوران ……………………………………………………………………………………96
.4- 13- 5- تجهيزات جابجايي BOP ………………………………………………..ا……………………………………..97
.4- 13- 6- رشته حفاري و تجهيزات حمل و نقل لوله ها ……………………………………………………………….97
.4- 14- تجهيزات متفرقه ……………………………………………………………………………………………………98
.14-15- حركات و تلرانسهاي موقعيتي سكو …………………………………………………………………………….99
.4- 16- هيدروديناميك و فاصله سطح آب تا زير عرشه ………………………………………………………………..99

 فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات

نتيجه گيري……………………………………………………………………………………………………………………100
پيشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………101
منابع و ماخذ ………………………………………………………………………………………………………………….102
منابع فارسي …………………………………………………………………………………………………………………103
منابع لاتين …………………………………………………………………………………………………………………..104
چكيده انگليسي …………………………………………………………………………………………………………..105

فهرست جداول

1-1- كل ذخاير نفت در جهان در سال 1987 …………………………………………………………………………….14
1-2- كشورهاي داراي ذخاير عمده نفت …………………………………………………………………………………15
.1-3- ميزان توليد نفت جهان ………………………………………………………………………………………………18
.. 1-4- ميزان مصرف نفت در آمريكا ، خاورميانه و جهان ………………………………………………………………..18
.1-5- ظرفيت پالايشگاهها بر حسب ميليون بشكه ……………………………………………………………………..19
.2-1- بار مته پيشنهادي براي قطرهاي مختلف مته …………………………………………………………………….46
.2-2- مشخصات مواد مختلف و ميزان تاثير در مسدود كردن منافذ چال ………………………………………………57

 فهرست شكلها

.1-1- تصوير شماتيك از يك دكل حفاري با سيستم ضربه اي …………………………………………………………….6
.1-2- تصوير شماتيك دكل حفاري با سيستم دوراني ……………………………………………………………………7
.1-3- رشد ذخائر ثابت شده نفت از سال 1967 تا 1987 …………………………………………………………………18
.1-4- موقعيت لوله و چاه نفت ……………………………………………………………………………………………….20
.1- 5- روشهاي مختلفEOR ………………………………………………………………….ا…………………………….23
.2- 1- بخشهاي يك دكل ……………………………………………………………………………………………………31
.2- 2- بخشهاي تشكيل دهنده رشته حفاري …………………………………………………………………………..31
.2- 3- تغييرات قطر چاه با افزايش عمق ………………………………………………………………………………….32
.2- 4- كاربردهاي حفاري جهت دار ………………………………………………………………………………………..33
.2- 5- چاه جهت دار بسمت چندين مخزن ……………………………………………………………………………….34
.2- 6- تغيير مسير در حفاري افقي ……………………………………………………………………………………….34
.2- 7- مراحل تغيير مسير با استفاده از whip stock ……………………………………………..ا…………………….35
.2- 8- شيب واقعي،شيب ظاهري،امتداد لايه …………………………………………………………………………..43
.2- 9- طاقديس و ناوديس ………………………………………………………………………………………………….44
.2-10- تاثير بار روي مته در سرعت حفاري ……………………………………………………………………………..45
.2- 11- ارتباط قطر مته با بار روي مته …………………………………………………………………………………..48
.2- 12- ارتباط بار مته و عمر مته ………………………………………………………………………………………….49
.2- 13- ارتباط بين دور مته و افزايش چالزني ……………………………………………………………………………50
.2- 14- ارتباط وزن مخصوص گل حفاري و سرعت حفاري …………………………………………………………….51
.2- 15- ارتباط بين ميزان چالزني و گل حفاري …………………………………………………………………………51

 فهرست شكلها

2- 16- قطعات فيشينگ ……………………………………………………………………………………………………..61
3- 1- دكل حفاري …………………………………………………………………………………………………………….62
.3- 2- پمپهاي گل حفاري ……………………………………………………………………………………………………66
.3- 3- بخشهاي تشكيل دهنده رشته حفاري …………………………………………………………………………….67
.Draw work -4 -3………………………………………………..ا……………………………………………………………68
3-9- هرزه گرد ( swivel ) ……………………………………………………………………………………ا……………….72
3-10- لوله چندبر( Kelly ) و……………………………………………………………………………………………………73
3- 15- پمپهاي گل حفاري …………………………………………………………………………………………………..84
3- 17- تصفيه كننده يا غربال گل ( Shale Shaker) …………………………………………………..ا……………………85
3-18- قسمتهاي مختلف Bop ا……………………………………………………………………………………………….92

 

فصل اول كليات  
1-1-هدف :
بشر از ديرباز به دنبال آن بود تا از موادي كه در دل زمين جاي داشتند بخشي از مايحتاج خود را بـر طـرفسازد . يكي از اين مواد نفت بود كه در طي ساليان كاربرد ها و مشتقات متفاوت و نوين از اين ماده شـناختهشد. بدين ترتيب با توجه به نيازهاي روز افزون به نفت ، صنعت استحصال آن و به تبع آن شيوه هاي حفاري چاه هاي نفت نيز در طول تاريخ دستخوش تغييرات و پيشرفتهايي شد.
پتروليوم (Petroleum ) واژه لاتين است كه در زبان فارسي معـادل مناسـبي نـدارد. پتروليـوم در واقـع مـوادهيدروكربني است كه به صورت طبيعي عمدتا در سنگهاي رسوبي واقع مي گردد. پتروليوم ميتواند به صورت فازهاي مختلف، از جمله فاز گازي نظير گاز طبيعي (natural gas )، فاز مايع نظير نفت خـام (crude oil ) و فاز جامد مثل قير ( asphalt) در خلل و فرج و شكستگي ها تجمع يابد.
انباشته شدن مواد هيدروكربني در زير سطح زمين در سنگهايي صورت مـي گيـرد كـه توانـايي نگهـداري وانتقال سيالات را داشته باشند. اين سنگها، مخزن (reservoir) ناميده مي شوند. تجمع مواد هيـدروكربني بـهصورت اقتصادي در سنگ مخزن منوط به وجود عوامل متعددي است. بطـور كلـي وجـود پـنج عامـل بـرايتجمع اقتصادي نفت و گاز لازم و ضروري است.
اين پنج عامل عبارتند از :
1- سنگ منشاء بالغ ( mature source rode) كه توليد هيدروكربن كرده باشد.
2- سنگ مخزن ( reservoir rock) كه بتواند هيدروكربن را در داخل خود جاي دهد.
3- مهاجرت هيدروكربن بين سنگ منشا و سنگ مخزن(migration pathway) عملي باشد.
4- پوش سنگ (cap rock ) ناتراوا كه از خروج نفت از داخل سنگ مخزن جلوگيري كند.
5- تله نفتي (oil trap) كه در آن نفت به صورت اقتصادي متمركز گردد.
در اين فصل بر آن شديم تا مختصري از تاريخچه حفاري و نفت در ايران و جهان را در كنار ماهيـت نفـت وزمين شناسي نفت بيان كنيم.
1-2-پيشينه تحقيق:
به طور كل تاريخچه حفاري مبهم است ، اما از زمانهاي دور ملتهاي متمـدن بـه منظـور دسترسـي بـه آب وكريستالها ، عمليات حفاري را انجام داده اند .
هنوز آثاري از تونل ، قنات و چاههاي عميق حفر شده توسط ايرانيان و چيني هـاي قـديم در ايـن كشـورهاديده مي شود. ابتدا ماشين هاي ضربه اي بود كه عميق ترين چاهي كه با اين روش حفر شده بـود در سـال1918 و تا عمق 2250 متري بود .
سيستم ضربه اي هنوز هم براي حفر چاههاي آبي كم عمق به كار مي رود .[4]

پس از آن با سير تحولات بين سالهاي 1810 تا 1820 سيستم حفاري چرخشي ساخته شد كه منبع انرژي آن ماشين بخار بود . در آغاز قرن بيستم آنتوني لوكاس (Antony Locas )همزمان با كشف ميدان نفتي spindle
top در تگزاس روش حفاري دوراني را به تمام جهان نشان داد . او تركيبي از مته چرخان و تزريق مداوم گل را بكار برد .
از آن زمان تاكنون روش حفاري دوراني با پيشرفت تكنولوژي ، به صورت بسيار پيشرفته مورد استفاده قـرارگرفته است .
بين سالهاي 1970 تا 2007 تلاش كشورهاي شوروي و آمريكا براي حفر چاههـاي عميـق بـا سيسـتم حفـاريچرخشي به منظور دسترسي به نفت و گاز به نتيجه رسـيد و در اكـلا همـاي آمريكـا و سـيبري شـوروي بـااستفاده از اين روش چاههايي با عمق بيش از 10000 متر حفر شد و متعاقب آن آلماني هـا چـاهي بـا عمـق حدود 13000 متر حفر كردند.[4]
شكل1 -2-تصوير شماتيك دكل حفاري با سيستم دوراني و اجزاي تشكيل دهنده آن[8]
1-3-روش كار و تحقيق:
در سال 1859 در ايالات پنسيلوانيا در آمريكا اولين چاه نفت توسط اي . ال دريك حفر شد . محـل چـاه درتيتوسويل (TITUSVILLE) و در مجاورت چشمه هـاي نفـت ايـالات پنسـيلوانيا قـرار داشـت. در ابتـداتوفيقي كسب نكرد اما در ادامه با اميد و تلاش در روز يكشنبه 27 اوت 1859 ميلادي چـاه او در عمـق 23 متري به نفت رسيد . چاه نفت دريك، مقدمه اي بر پيدايش صنعت نفت امروزي مي باشد و بايـد گفـت كـهفن استخراج نفت با وسايل جديد ، از آمريكا سرچشمه گرفت . اگر چه مواد نفتي از مدت زماني پيش توسط بشر شناخته شده بود اما استفاده هاي جزئي از آن به عمل مي آمده و در حقيقت قرن نوزدهم را بايد تـاريخآغاز عصر نفت ناميد.
در دوم ژانويه سال 1866 ميلادي آقاي P.sweeney براي حفاري در سـنگهاي سـخت دسـتگاهي اختـراعكرد كه با استفاده از سيستم دوراني و مته هاي تيغه غلطان و لوله هاي تو خالي جهـت جريـان يـافتن گـلحفاري و داشتن هرزه گرد ( SWIVEL ) و سيستم چرخ دنده كه دستگاه به وسيله دسته اي به چرخش در مي آمد و نيز يك سيستم پيچشي براي اعمال نيروي مته به ته چاه كار مي كرد . در سال 1870 ميلادي آقاي LESCHOT دستگاه حفاري دوراني جهت نقره گيري را درست كرد كه با استفاده از سيستم دوراني و تركيبي از چرخ دنده ها كار مي كرد و از لوله هاي توخالي با يك سر مته الماس نقره گير تشكيل شده بود و با استفاده از نيروي بخار چرخ دنده ها به گردش در مي آمد .
به اين نوع دستگاههاي حفاري دوراني كه اعمال وزن روي مته توسط نيروي چرخشي چـرخ دنـده هـا و يـابازوي هيدروليكي صورت مي گرفت دستگاههاي از نوع »اسپيندل« گفته مي شود. در سـال 1882 مـيلاديبرادران بكر براي حفاري چاه هاي آب از سيستم دوراني استفاده كردند كه اين چـاه هـا در يـانكتون داكوتـا
. حفر شد ( YANKTON DAKOTA)
پس از آن اين حفاري دوراني در كاليفرنيا و ديگر ايلات آمريكا استفاده شد و آب از داخل لوله هاي حفـاريپمپ شده بدين صورت كه ابتدا آب از داخل لوله پلاسـتيكي بـه هـرزه گـرد ( SWIVEL ) و از آنجـا بـهداخل لوله هاي حفاري و سپس از داخل سرمته و بعد از بين فضاي لوله ها و ديواره چاه به بالا حركـت و درسطح زمين در حوضچه هايي جاري مي شد.
برادران بكر براي نيروي دوراني از آسياب بادي و يا نيروي چهار پايان استفاده مي كردند. درنهايت بـا توجـهبه كاربردهاي جديد و متنوع نفت، شاهد پيشرفت در حفر و استخراج آن بوديم كه امروزه شـاهد حفـاري درعمق 13000 متري و نيز در اعماق درياها با استفاده از روشهايي مدرن هستيم.[7]

کلیات حفاری و پارامتر های موثر وتجهیزات و دستگاه های حفاری دورانی

کلیات حفاری و پارامتر های موثر وتجهیزات و دستگاه های حفاری دورانی

فصل دوم
حفاري و پارامترهاي موثر
-1- تركيب شيميايي نفت خام
اولين امتياز رسمي براي اكتشاف و استخراج معادن منجمله نفت در تـاريخ 25 ژوئـن 1872 بـه يـك عامـلانگليسي به نام ( Barun Julius de Ruter ) از طرف ناصرالدين شاه و بمدت 75 سال واگذار شد. كـه ازننگين ترين امتيازات تاريخ محسوب مي شد.
دومين امتياز رسمي در سال 1884 ميلادي از طرف ناصرالدين شاه بـه شـركت ليپـر( A. Hots & son ) داده شد. اين امتياز بصورتي ديگر اولين امتياز صريحاً نفتي است، چه امتياز دو رويتـر مسـئله نفـت بصـورتتلويحي مطرح بود. شركتHost اقدام به حفر چاه در منطقه دالكي نمود اما از آن چاه كم عمـق نتيجـه ايحاصل نشد و منصرف شد.
B. de Ruter با توجه به الغاي قرارداد اول، از دعاوي خود دسـت برنداشـت تـا در سـال 1889 قـرارداديمبني بر استخراج برخي معادن براي مدت 60 سال به رويتر واگذار شد و نيز امتياز بانكي را هم بدست آورد، و در مقابل متعهد شد كه %16 از درآمد خالص خود را به دولت ايران بپردازد.
پس از آن در سال 1901 امتياز اكتشاف، استخراج و فـروش نفـت، گـاز و مشـتقات ديگـر در تمـامي ايـرانباستثناء آذربايجان، گيلان، مازندران ، گرگان و خراسان بـراي مـدت 60 سـال بـه دارسـي واگـذار گرديـد وآلفردماريوت از طرف دارسي آن قرارداد را امضاء كرد و حفاران و مهندسين آمريكايي و كانـادايي و لهسـتانيبه سرپرستي G . B . Reynolds بهمراه مقاديري وسايل و تجهيزات به ايران آمدند.
در سال 23 ژانويه سال 1908 ميلادي برابر با سوم بهمن ماه 1286 ه . ش حفاري اولين چاه نفت در منطقه مسجد سليمان آغاز شد. قبل از شروع حفاري رينولدز با سران بختياري قراردادي منعقد ساخت كه منجر به تشكيل شركت نفت بختياري شد.
مته حفاري بي وقفه بر زمين ضربه مي زد تا اينكه در روز چهارشنبه 16 ماه مه سـال 1908 مـيلادي بـويگاز استشمام شد. درست 10 روز بعد يعني 26ماه مه 1908 برابر با 5خرداد ماه 1287 ه .ش در ساعت چهار و نيم بامداد مته حفاري آخرين ضربه خود را به صخره اي كه روي معدن معروف مسجد سليمان قرار گرفتـهوارد آورد و نفت در عمق 356 متري از چاه شماره 1 مسجد سليمان با فشار زيادي تا ارتفاع 200 متر فوران كرد. انگليسي ها از شادي نفت را به صورت خود مي ماليدند و در مقابل چاه كلاه خود را در آورده و تعظـيممي كردند. نفت پس از فوران روي زمين سرازير شد كه رينولدز اولين رئـيس عمليـات نفـت ايـران تصـميمگرفت گودالي بزرگ در 200 متري چاه حفر كنند و جريان نفت را به طرف آن هدايت نمايند. در حفـر چـاههاي بعدي براي گرم كردن ديگ بخار از اين نفتها بجاي هيزم استفاده شد.
چاه شماره 2 ، 10 روز بعد از فوران چاه شماره 1 در عمق 308 متري به نفت رسـيد . بـدين منـوال صـنعتنفت در خاورميانه متولد گرديد.
بعدها در 29 اسفند ماه سال 1329 ه . ش با تلاشهاي دكتر محمد مصدق نفت ايران ملي شد. هر چند بعـداز آن نيز دست اجانب به طور كامل از سرمايه ملي كوتاه نشد، اما 29 اسفند حركتي بود در جهـت اسـتقلالدر صنعت نفت و نقطه عطفي در تاريخ نفت ايران .[1]
نفت خام مخلوطي از هيدروكربن هاي پارافيني يا آلكان ها، سيكلو پارافين ها يا نفتها، معطر يا آروماتيك هـاو به مقدار بسيار كم اوليفين يا آلكان مي باشند.
هيدروكربن هاي پارافيني، هيدروكربن هايي اشباع شده اند كه به صورت زنجير ساده يا شـاخه دار بـه مـيباشند هيدروكربنهاي سبك اين گروه در تمام انواع نفت خام ها يافت ميشوند و گازهاي طبيعي تنهـا از ايـنهيدروكربنها تشكيل شده اند. . پنتان نرمال به نقطه به جوش 36درجـه سـانتي گـراد و ايزوپنتـان بـا نقطـهجوش 28 درجه سانتي گراد از اين گروه مي باشند.
هيدروكربن هاي سيكلو پارافيني كه سيكلو آلكان ناميده مي شوند، هيدروكربن هـاي حلقـوي اشـباع شـده مي باشند. سيكلو پروپان با نقطه جوش 34/4 درجه سانتي گراد و سيكلوپنتان با نقطه جـوش 5/49 درجـهسانتي گراد از هيدروكربن هاي سيكلوپارافيني اند.
هيدروكربن هاي معطر يا آروماتيك، هيدروكربن هاي حلقوي اشباع نشده مي باشند. بنزن با نقطه جوش 80 درجه سانتي گراد يكي از هيدروكربن هاي اين گروه است. هيدروكربن هاي اوليفينـي يـاآلكيني داراي يـكباند اشباع نشده اند، باندهاي اشباع نشده نسبتاً ناپايدارند، از اين رو در تركيب نفت خام بسيار كم ديده مـيشوند. مقدار بسيار كمي از هگزان نرمال، هپتن نرمال و الكتن نرمال در تركيب نفت خام پنسيلوانيا تشخيص داده شده اند.
نفت خام علاوه بر هيدروكربن هاي مايع داراي مقداري از هيدروكربن هاي گازي و جامد نيز هسـت كـه درفاز مايع حل شده اند. بديهي است كه مقدار اين هيدروكربن هاي غير مايع در نفت خام هاي مختلـف ثابـتنيست. معمولاً نفت خام هاي سبك هيدروكربن هاي گازي بيشتر و نفت خام هاي سنگين هيدروكربن هـايجامد بيشتري را در خود حل كرده اند. تركيب و اختلاط جامد، مايع و گازي متفاوت، ويژگي هاي هـر نفـتخام را در تقطير ساده آن مشخص مي سازد. علاوه بر دو عنصر كربن و هيدروژن كه سازنده هيـدروكربن هـاهستند، عناصر ديگري نيز در تركيب نفت خام وجود دارند كه مهمتـرين آنهـا گـوگرد، نيتـروژن و اكسـيژناست.
گوگرد در تركيب با مولكولهاي هيدروكربن، دربيشتر نفت خام ها ديده مي شود و در نفت خام هاي سـنگينو متوسط به صورت سومين عنصر پس از كربن و هيدروژن وجود دارد. مقدار متوسط گوگرد در نفت خام ها، بر پايه 9347 تجزيه از نفت خام مختلف % 65 وزني است. نفت خام هايي كه بيش از %1وزني گوگرد داشـتهباشند، نفت خام هاي پرگوگرد ناميده مي شوند. از بـيش از 9000 نمونـه تجزيـه شـده، 75000 نمونـه كـمگوگرد و 1800 نمونه پرگوگرد بوده اند. گوگرد در نفت خام هاي سبك و متوسط بيشتر بـه صـورت تيولهـا،سولفيدها، دي سولفيدها و تيوفن ها مي باشند. در نفت خام هاي با درجه بلوغ كم، تركيبات گـوگردي غيـرتيوفيني بيشتر وجود دارد. سولفيدها شامل سولفيد هيدروژن يا هيـدروژن سـولفوره مـي گـردد. گـوگرد درنفت خام به صورت آزاد،سولفيد هيدروژن و در مولكول هيدروكربن ها وجود دارد.
عنصر نيتروژن در تركيبات نفت خام وجود دارد ولي مقدار آن بسيار كمتر از گوگرد است. بيش از %90 نفت خام ها داراي نيتروژني كمتر از % 2/0 وزني هستند. متوسط وزني نيتروژن در نفـت خـام هـا% 94/0 اسـت .
نفت خام هايي با بيش از %25/0 وزني نيتروژن نفت خام هاي پر نيتروژن و كمتراز آن نفـت خـام هـاي كـمنيتروژن ناميده مي شوند. نيتروژن بيشتر در مولكولهاي سنگين با نقطه جوش بالا يافت مي شوند كـه اغلـبهيدروكربن هاي چند حلقه اي هستند. يكي از ساده ترين اين مولكولها كوينـولين اسـت. اكسـيژن در نفـتخام بيشتر در تركيب هاي اسيدي و آلي و در نفت خام هـاي جـوان بـا درجـه بلـوغ كـم ديـده مـي شـود.
اسيدهاي آلي اشباع شده چوب از C1 تا C20 دراين نفت خام ها ديده شده است. برخي از اسيدهاي نفتـيدر نفت خام هاي نفتي و آروماتيك روسيه گزارش شده است.
فلز نيز در نفت خام ها وجود دارد، به ويژه واناديوم و نيكل. مقدار اين فلزها از كمتراز يك جزء در ميليون در برخي از نفت خام هاي ايالات متحده آمريكا و الجزايـر تـا 1200 جـزء در ميليـون وانـاديوم و 150 جـزء درميليون نيكل در نفت خام ميدان نفتي بسكان در ونزوئلا تغيير مي كند.تجزيه 64نمونه نفت خام از ميدانهاي نفتي خاورميانه، غرب آمريكا، روسيه، ايالات متحده آمريكا، كانادا، ونزوئلا و استراليا، مقدار متوسـط وانـاديومرا 63 جزء در ميليون و نيكل را 18جزء در ميليون نشان داده است. ولي آمار قابـل قبـولي از ايـن فلزهـا دردست نيست. واناديوم و نيكل فراوانترين فلزات موجود در نفت خام مي باشند.[2]
2-2-تشكيل نفت:
نظريه هاي بسياري در زمينه منشاء نفت و حركت و جمع شدن آن در يك مخزن وجود دارد كه هيچ كـدامتا به حال بدون سوال نبوده اند. اين نظريه ها بر پايه مطالعات و اطلاعات زمين شناسان نفت استوارند. برخي از نظريه ها براين اساس است كه نفت در همان محل مخزن تشكيل مي شود، ولي برخي نظريه هـا ي ديگـرصحبت از حركت نفت از نقطه تشكيل به مخزن مي كنند . بعضي از آنها ريشه اصلي تشكيل نفت را از مـوادغير آلي مي دانند و اين به دليل وجود هيدروژن در نفت است، ولـي بيشـتر نظريـه هـا براسـاس مـواد الـياستوارند. ماده اصلي نفت، كربن(c) و هيدروژن (H) است كه اين مواد اساس گياهان و حيوانـات را تشـكيلمي دهند. از آنجا كه بيشتر مخازن نفتي در مجاورت درياها قرار دارند، ريشه اصلي نفت را بايستي از محـيطدرياها دانست، خصوصاً اينكه مواد آلـي اي كـه در دريـا وجـود دارنـددر تشـكيل نفـت از اهميـت بسـياريبرخوردارند. نقش گياهان دريايي در تشكيل نفت را مي توان در اين دانست كه قادرند مـواد پيچيـده آلـي راتوسط واكنشهاي نوري از مواد غير آلي كه در آب حل شده اند تهيه كنند.
گاهي مواد آلي از جريانات رودخانه ها گرفته مي شوند. بيشتر رودخانه ها داراي مواد آلي اند. مـثلا رودخانـهنيل10% و رودخانه اوروگوئه 60 %موادآلي دارد. كربوهيدراتهاي تشكيل شده سپس بـه هيـدروكربنها تجزيـهمي شوند. مواد آلي سپس تحت شرائط خاصي به نفت تبديل مي شوند. عوامل موثر در تبديل مـواد آلـي بـهنفت عبارتند از : 1- گرما و فشار، 2- بمباران راديواكتيو در زمين مانند پرتو گاما، 3- واكنشهاي كاتاليزوري.
كاتاليزورهاي موثر در تشكيل نفت، واناديوم، موليبدن و نيكل هستند كه بعضي از آنها حتي در نفت هم بـهميزان جزئي يافت مي شوند. مواد راديواكتيوي كه ممكـن اسـت در نفـت يافـت شـوند، اورانيـوم و پتاسـيومهستند نقش مواد راديواكتيو را درتشكيل نفت ميتوان در بمبـاران راديواكتيـو اسـيدهاي چـرب (Rcooh ) توسط ذرات راديواكتيو مشاهده كرد كه در نتيجه آن هيدروكربنهاي پارافيني تشكيل مي شوند.
به طور خلاصه، مراحل زير لازمه تشكيل نفت و گاز هستند:
1- منبع ماده آلي، 2- فراينـدي كـه مـواد آلـي را بـه نفـت تبـديل كنـد، 3- مخـزن بـراي ذخيـره كـردنهيدروكربنها، 4- پوشش سنگي براي بستن سيستم.
شرايطي كه در مرحله 2 براي تبديل مواد آلي به نفت لازم است، عبارت اند از:
1- زمان لازم براي تبديل مواد آلي به نفت كه حدوديك ميليـون سـال اسـت، 2- حـداكثر فشـار در زمـانتبديل حدود psi2500 است، 3- دماي لازم حدود F200 است.[1] 2 -3-انواع نفت خام :
طبقه بندي نفت خام به فرم هاي مختلفي صورت گرفته است. پالايشگران و ژئوشيميست ها مباني متفاوتي را براي ايـن منظـور انتخـاب نمـوده انـد پالايشـگران براسـاس فـرآورده هـاي حاصـل از تقطيـر مسـتقيم وژئوشيميست ها و زمين شناسان نفت برپايه رابطه نفت خام و سنگ مادر و تكامل نفت، اين طبقـه بنـدي راانجام داده اند. درنيمه اول قرن اخير بيشتر تقسيم بندي ها برپايه فرآورده هاي حاصل از تقطير سـاده نفـتخام بوده است ولي دردو دهه اخير طبقه بندي بر پايه ساختمان مولكولي هيدروكربن هاي موجـود و وجـودعناصري همچون گوگرد، نيتروژن و اكسيژن صورت گرفته است. در طبقه بندي جديد شيميايي نفت خام ها مقدار هيدروكربن هاي پارافيني، نفتني، آروماتيك و مقدار عناصر گوگرد، نيتروژن و اكسيژن استوار و طبقـهبندي انجام شده است.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان