مقدمه :
نفت ماده ای است که پیدایش آن موجبات پیشرفت در صنعت و تحول در زندگی بشر را با خود بـه ارمغـانآورد. در ادامه با توجه به شناخت بیشتر این ماده و قابلیتهای آن ، نفت به یک ماده با ارزش بدل شد و برای کشور ایران نیز به عنوان کشوری که بیش از %10 کل مخازن نفت جهان را در اختیار دارد از اهمیت زیـادیبر خوردار است.جهت استحصال این ماده ، نیاز به حفاری یکی از اساسی ترین موارد به حساب می آید .
در میان روشهای حفاری ، چرخشی( Rotary) بیشترین کاربرد را به خود اختصاص داده کـه بـا توجـه بـهپیشرفت صنعت ونیاز بیشتر به این ماده، نیاز به روشهای جدید تری احساس شد که حفـاری افقـی و جهـتدار ،از جمله این موارد هستندکه اصول آن از همان حفاری چرخشی است .
در عملیات حفاری پارامترهای مختلفی به طور مستقیم وغیر مستقیم در پیشرفت عملیات تاثیر دارند کـه ازآن می توان متغییر وابسته ، غیر وابسته وجانبی را بر شمرد .
در هنگام عملیات حفاری باید به استفاده صحیح از تجهیزات و همچنین کنترل آنها توجهی ویژه شـود چـراکه در صورت بروز مشکل کارسخت و گاهی جبران ناپذیر می شود. که البته برخی از این مشکلات با راه حل هایی من جمله گل حفاری قابل اصلاح هستند.
دستگاه حفاری (Drill rig) که جهت حفـر چـاه اسـتفاده مـی شـود از قسـمتهای مختلفـی بـا وظـایفوتجهیزات بخصوص استفاده می کنندکه جهت کار با دستگاه حفاری می بایست با این قطعات و وظایف آنها آشنا شد . که عملیات حفاری را می توان در4 سیستم مورد بررسی قرار داده و متعلقات هر یک را شناخت .
این4 سیستم حفاری عبارتند از :
( Hoisting system ) سیستم بالابری -1
(Rotating system) سیستم چرخشی-2
(Circulating system)سیستم گردش گل -3
(Controlling system) سیستم کنترل-4
دستگاه حفاری را به طور کل بـه دو دسـته دسـتگاه هـای حفـاری خشـکی و دریـایی تقسـیم مـی نماینـد(offshore & onshore),که خود نیز از نظر ثابت یا متحرک بودن به دسـت ه هـای دیگـری تقسـیم مـیشوند،که قابلیت حفر در اعماق مختلف را دارند و روز به روز پیشرفتهایی جهت استحصال این ماده بـا ارزشدر مناطق و محیط هایی مختلف حاصل می 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

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………1
.مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………..2

 فصل اول: کلیات

1-1- هدف ………………………………………………………………………………………………………………….4
1-2- پیشینه تحقیق ………………………………………………………………………………………………………4
1- 3- روش کار و تحقیق ………………………………………………………………………………………………….6

 فصل دوم:حفاری و پارامترهای موثر

2- 1- ترکیب شیمیایی نفت خام ……………………………………………………………………………………..9
2- 2- تشکیل نفت ……………………………………………………………………………………………………..11
2- 3- انواع نفت خام ……………………………………………………………………………………………………12
2- 4- آثار نفتی در سطح زمین ………………………………………………………………………………………….13
2- 5- میزان ذخایر نفت و گاز در جهان و سرعت تولید آنها …………………………………………………………..14
2- 6- میزان ذخایر ثابت شده نفت …………………………………………………………………………………….14
2- 6-1 میزان تولید نفت …………………………………………………………………………………………………15
2-7- عملیات اکتشاف و حفاری ……………………………………………………………………………………….17
2- 8- روشهای 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 پذیری سنگ مخزن ……………………………………………………………………………21
2- 11- 2- ضریب مقاومت الکتریکی مخازن …………………………………………………………………………..21
2- 11- 3 درجه پیچش ………………………………………………………………………………………………….22
2- 12- مراحل یک پروژه حفاری ………………………………………………………………………………………..22
2- 13- عملیات حفاری ………………………………………………………………………………………………….24
2-31-1- حفاری جهت دار ………………………………………………………………………………………………26
2-13-2- حفاری افقی ………………………………………………………………………………………………….27
2- 14- پارامترهای موثر در حفاری ……………………………………………………………………………………28
2-14-1- متغیرهای غیر وابسته ………………………………………………………………………………………28
2-14-1-1- خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ ها …………………………………………………………………….29
2-14-1-2- فشار هیدروستاتیکی گل حفاری ………………………………………………………………………..32
2-14-1-3- فشار سنگ های پوششی ……………………………………………………………………………….32
2- 15- حرارت زمین ……………………………………………………………………………………………………33
2- 16- تاثیر عوامل زمین شناسی و تکتونیکی در حفاری …………………………………………………………34
2- 6-1- شیب و امتداد لایه …………………………………………………………………………………………..34
2-16-2- چین خوردگی …………………………………………………………………………………………………35
2- 16- 3-گسل ………………………………………………………………………………………………………….35
2-16-4- لایه بندی …………………………………………………………………………………………………….35
2- 16- 5- درزه و شکاف ……………………………………………………………………………………………….35
2- 16- 6- هوازدگی …………………………………………………………………………………………………….35
2- 17- راندمان حفاری …………………………………………………………………………………………………36
2-17-1- تاثیر بار روی مته ……………………………………………………………………………………………..36
2- 17- 1- 1- نوع سیستم حفاری …………………………………………………………………………………..37
2- 17- 1- 2- اندازه مته ……………………………………………………………………………………………….38
2- 17- 1- 3- میزان تیزی مته …………………………………………………………………………………………38
2- 17- 1- 4- مقاومت سنگ ………………………………………………………………………………………….39
2- 17- 2- تاثیر دور مته در سرعت حفاری ………………………………………………………………………….39
2- 17- 3- تاثیر عوامل هیدرولیکی در سرعت حفاری………………………………………………………………40
2- 18- مشکلات حفاری و راه حل …………………………………………………………………………………..42
2-18-1- حفاری میان سنگ های نمکی ……………………………………………………………………………42
2- 18- 2- حفاری میان طبقات کم مقاومت مانند شیل ها …………………………………………………….43
2-18-3- فوران چاه ها ………………………………………………………………………………………………43
2-18-4- به هدر رفتن گل حفاری …………………………………………………………………………………44
4 2-18-5- بازیابی یا فیشینگ (Fishing) …………………………………………ا………………………………..4

  فصل سوم:تجهیزات حفاری دورانی

3-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………….51
3-2- لوازم اساسی حفاری …………………………………………………………………………………………..54
3-2-1- لوازم بیرون چاه ………………………………………………………………………………………………..54
3-2-1-1- دکل حفاری ………………………………………………………………………………………………….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 حفاری …………………………………………………………………………………………………56
3-2-2-2- جداره ………………………………………………………………………………………………………….57
3-3- عملیات بالابری و تجهیزات ……………………………………………………………………………………….58
3-3-1- کنترل کننده کابل …………………………………………………………………………………………………58
3-3-2- تاج دکل …………………………………………………………………………………………………………..58
3- 3- 3- طناب خور ……………………………………………………………………………………………………..59
3-3-4- قلاب ………………………………………………………………………………………………………………60
3-3-5- الویتور ……………………………………………………………………………………………………………..60
3-3-6- دستگاه وزن سنج ………………………………………………………………………………………………..60
3-4- رشته حفاری و قسمتهای اصلی آن …………………………………………………………………………….61
3-4-1- قسمتهای اصلی رشته حفاری …………………………………………………………………………………62
3-4-1-1- هرزه گرد ( swivel ) ……………ا……………………………………………………………………………….62
3- 4- 1-2- لوله چندبر ……………………………………………………………………………………………………62
3-4-1-3- لوله حفاری ……………………………………………………………………………………………………..63
3-4-1-4- لوله اضافی یا وزنی ……………………………………………………………………………………………65
3-5- ملحقات و اجزای اتصالی رشته حفاری ……………………………………………………………………………….66
3-5-1- تراشنده ها …………………………………………………………………………………………………………..66
3-5-2- تثبیت کننده ها ……………………………………………………………………………………………………..66
3-5-3- گوه گیردار …………………………………………………………………………………………………………….66
3- 5- 4- لولای مفصلی …………………………………………………………………………………………………….67
3-6- سیستم چرخشی و قسمتهای آن ……………………………………………………………………………….68
3- 6-1- لوله چندبر …………………………………………………………………………………………………………68
3- 6-3- لوله حفاری ………………………………………………………………………………………………………70
3- 6-4- لوله حفاری سنگین …………………………………………………………………………………………….70
3- 6-5- لوله حفاری یا لوله وزنی ……………………………………………………………………………………….70
3- 6-6- مته ……………………………………………………………………………………………………………….71
3- 6-6- 1- مته های تیغه ای …………………………………………………………………………………………..71
3- 6-6- 2- مته های چرخشی مخروطی …………………………………………………………………………….72
3- 6-6- 3- مته های تک غلطتکی ……………………………………………………………………………………..72
3-7- سیستم گردش گل و قسمتهای آن …………………………………………………………………………….73
3- 7- 1- پمپ ها ………………………………………………………………………………………………………..73
3- 7- 2- حوضچه گل ……………………………………………………………………………………………………74
3- 7- 3- تصفیه کننده یا غربال گل …………………………………………………………………………………….74
3-7-4- لوله ایستاده …………………………………………………………………………………………………….75
3-7-5- شیلنگ گل ………………………………………………………………………………………………………75
3-8- سیال حفاری ……………………………………………………………………………………………………….75
3-8-1- وظایف سیال حفاری …………………………………………………………………………………………….76
3-8-1-1- اخراج کاتینگ ها از چاه ………………………………………………………………………………………..77
3- 8- 1-2- به حالت تعلیق در آوردن کاتینگ ها ………………………………………………………………………..76
3- 8- 1-3- ته نشینی کاتینگ ها در مخازن ته نشینی ………………………………………………………………66
3- 8- 1-4- کنترل فشار سیالی در تشکیلات سوراخ شده ………………………………………………………….66
3- 8- 1-5- لزج کردن سوزن حفاری، جدار چاه، لوله جدار، پمپ گل و یاتاقان سرمته …………………………….70
3- 8- 1-6- تشکیل کیک حفاری غیرقابل نفوذ …………………………………………………………………………70
3- 8- 1-7- جلوگیری از ریزش تشکیلات ……………………………………………………………………………….70
3- 8- 1-8- خنک کردن سر مته و لزج نمودن ( استم ) حفاری ………………………………………………………71
3- 8- 1-9- تامین اطلاعات صحیح از چاه و زیان نرسانیدن به سطوح لایه ای …………………………………….71
.3- 9- گل حفاری …………………………………………………………………………………………………………72
.3- 9- 1- انواع گل حفاری ……………………………………………………………………………………………….72
.3- 9- 1-1- گل های پایه آبی …………………………………………………………………………………………….72
3- 9- 1-2- گل های روغنی، اساس ترکیبات نفتی…………………………………………………………………….73
3- 9- 2- افزودنیهای گل حفاری ………………………………………………………………………………………….73
3- 10- سیستم کنترل فوران چاه ………………………………………………………………………………………..74

فصل چهارم:دستگاههای حفاری

77 -1- دستگاه های حفاری ……………………………………………………………………………………………..77
4-1-1- دستگاه های حفاری خشکی …………………………………………………………………………………..77
4-1-2- دستگاه های حفاری دریایی …………………………………………………………………………………….78
4- 2- دستگاه های حفاری ثابت …………………………………………………………………………………………78
4-3- دستگاه های حفاری متحرک ………………………………………………………………………………………..79
4- 3- 1- دستگاه های حفاری شناوری …………………………………………………………………………………80
4- 3- 2- دستگاه حفاری متحرک پایه دار ………………………………………………………………………………….81
4-3-2-1- نواقص دستگاه های Jack up …………………………………ا………………………………………………81
4- 3- 3- دستگاه های حفاری نیمه شناور ………………………………………………………………………………82
4- 3- 4- کشتی حفاری ……………………………………………………………………………………………………82
.4-3-5- بارج حفاری ………………………………………………………………………………………………………..83
4- 4- اجزای تشکیل دهنده دستگاه های حفاری متحرک در دریا …………………………………………………….83
4- 4- 1- سیستم رایزر …………………………………………………………………………………………………….84
4- 4- 2- سیستم کششی رایزر ………………………………………………………………………………………….84
Drill String compenSation System-3 -4 -4………………………ا……………………………………………………85
Drilling Production Plat From -4 -4 -4…………………………………..ا………………………………………………85
4- 5- مشخصه های سکوی حفاری نیمه شناور ایران البرز ……………………………………………………………..85
4- 5- 1- ابعاد اصلی/توضیحات تکنیکی …………………………………………………………………………………….85
4-5-2- سیستم مهار ………………………………………………………………………………………………………..86
4- 5- 3- قابلیتهای عملیاتی ………………………………………………………………………………………………86
4- 6- فازهای پروژه ………………………………………………………………………………………………………….87
4- 7- مراحل پروژه ………………………………………………………………………………………………………….87
4- 8- دیسیپلینهای پروژه …………………………………………………………………………………………………87
4- 9- طبقه بندی فضا ها …………………………………………………………………………………………………..87
4- 10- بررسی تجهیزات و سیستمهای سکوی حفاری نیمه شناور ایران البرز …………………………………….88
4- 11- تجهیزات و ماشین آلات ……………………………………………………………………………………………89
4- 11- 1- تجهیزات جابجایی ……………………………………………………………………………………………..90
4- 11- 2- تجیزات مهار و جابجایی سکو ………………………………………………………………………………..91
4- 11- 3- دیزل ژنراتورهای برق …………………………………………………………………………………………..91
.4- 11- 4- بویلر آب گرم ……………………………………………………………………………………………………92
.4- 11- 5- دستگاه آب شیرین کن ……………………………………………………………………………………….92
.4- 12- سیستم های مختلف تاسیساتی ……………………………………………………………………………..92.
.4- 12- 1- سیستم اطفای حریق و شستشو ………………………………………………………………………….92
.4- 12- 2- سیستم جمع آوری و تصفیه و دفع فاضلاب…………………………………………………………………93
.4- 12- 3- سیستم تهویه برای موتورخانه و فضای مخصوص گل حفاری ……………………………………………93
.4- 12- 4- سیستم تهویه مطبوع و سردخانه ………………………………………………………………………….93
.4- 12- 5- سیستم تولید و توزیع برق …………………………………………………………………………………..93
.4- 12- 6- سیستم ها و تجهیزات مخابراتی و ناوبری …………………………………………………………………94
.4-12-7- سیستم های کنترل و فرمان …………………………………………………………………………………..94
4-13- تجهیزات حفاری ……………………………………………………………………………………………………….95
.4-13-1- سیستم گل حفاری ……………………………………………………………………………………………..95
.4-13-2- سیستم ذخیره سازی و انتقال مواد فله ای ………………………………………………………………….96
.4-13-3- تجهیزات سیمانکاری …………………………………………………………………………………………….96
.4- 13- 4- سیستم جلوگیری از فوران ……………………………………………………………………………………96
.4- 13- 5- تجهیزات جابجایی BOP ………………………………………………..ا……………………………………..97
.4- 13- 6- رشته حفاری و تجهیزات حمل و نقل لوله ها ……………………………………………………………….97
.4- 14- تجهیزات متفرقه ……………………………………………………………………………………………………98
.14-15- حرکات و تلرانسهای موقعیتی سکو …………………………………………………………………………….99
.4- 16- هیدرودینامیک و فاصله سطح آب تا زیر عرشه ………………………………………………………………..99

 فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

نتیجه گیری……………………………………………………………………………………………………………………100
پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………101
منابع و ماخذ ………………………………………………………………………………………………………………….102
منابع فارسی …………………………………………………………………………………………………………………103
منابع لاتین …………………………………………………………………………………………………………………..104
چکیده انگلیسی …………………………………………………………………………………………………………..105

فهرست جداول

1-1- کل ذخایر نفت در جهان در سال 1987 …………………………………………………………………………….14
1-2- کشورهای دارای ذخایر عمده نفت …………………………………………………………………………………15
.1-3- میزان تولید نفت جهان ………………………………………………………………………………………………18
.. 1-4- میزان مصرف نفت در آمریکا ، خاورمیانه و جهان ………………………………………………………………..18
.1-5- ظرفیت پالایشگاهها بر حسب میلیون بشکه ……………………………………………………………………..19
.2-1- بار مته پیشنهادی برای قطرهای مختلف مته …………………………………………………………………….46
.2-2- مشخصات مواد مختلف و میزان تاثیر در مسدود کردن منافذ چال ………………………………………………57

 فهرست شکلها

.1-1- تصویر شماتیک از یک دکل حفاری با سیستم ضربه ای …………………………………………………………….6
.1-2- تصویر شماتیک دکل حفاری با سیستم دورانی ……………………………………………………………………7
.1-3- رشد ذخائر ثابت شده نفت از سال 1967 تا 1987 …………………………………………………………………18
.1-4- موقعیت لوله و چاه نفت ……………………………………………………………………………………………….20
.1- 5- روشهای مختلفEOR ………………………………………………………………….ا…………………………….23
.2- 1- بخشهای یک دکل ……………………………………………………………………………………………………31
.2- 2- بخشهای تشکیل دهنده رشته حفاری …………………………………………………………………………..31
.2- 3- تغییرات قطر چاه با افزایش عمق ………………………………………………………………………………….32
.2- 4- کاربردهای حفاری جهت دار ………………………………………………………………………………………..33
.2- 5- چاه جهت دار بسمت چندین مخزن ……………………………………………………………………………….34
.2- 6- تغییر مسیر در حفاری افقی ……………………………………………………………………………………….34
.2- 7- مراحل تغییر مسیر با استفاده از whip stock ……………………………………………..ا…………………….35
.2- 8- شیب واقعی،شیب ظاهری،امتداد لایه …………………………………………………………………………..43
.2- 9- طاقدیس و ناودیس ………………………………………………………………………………………………….44
.2-10- تاثیر بار روی مته در سرعت حفاری ……………………………………………………………………………..45
.2- 11- ارتباط قطر مته با بار روی مته …………………………………………………………………………………..48
.2- 12- ارتباط بار مته و عمر مته ………………………………………………………………………………………….49
.2- 13- ارتباط بین دور مته و افزایش چالزنی ……………………………………………………………………………50
.2- 14- ارتباط وزن مخصوص گل حفاری و سرعت حفاری …………………………………………………………….51
.2- 15- ارتباط بین میزان چالزنی و گل حفاری …………………………………………………………………………51

 فهرست شکلها

2- 16- قطعات فیشینگ ……………………………………………………………………………………………………..61
3- 1- دکل حفاری …………………………………………………………………………………………………………….62
.3- 2- پمپهای گل حفاری ……………………………………………………………………………………………………66
.3- 3- بخشهای تشکیل دهنده رشته حفاری …………………………………………………………………………….67
.Draw work -4 -3………………………………………………..ا……………………………………………………………68
3-9- هرزه گرد ( swivel ) ……………………………………………………………………………………ا……………….72
3-10- لوله چندبر( Kelly ) و……………………………………………………………………………………………………73
3- 15- پمپهای گل حفاری …………………………………………………………………………………………………..84
3- 17- تصفیه کننده یا غربال گل ( Shale Shaker) …………………………………………………..ا……………………85
3-18- قسمتهای مختلف Bop ا……………………………………………………………………………………………….92

 

فصل اول کلیات  
1-1-هدف :
بشر از دیرباز به دنبال آن بود تا از موادی که در دل زمین جای داشتند بخشی از مایحتاج خود را بـر طـرفسازد . یکی از این مواد نفت بود که در طی سالیان کاربرد ها و مشتقات متفاوت و نوین از این ماده شـناختهشد. بدین ترتیب با توجه به نیازهای روز افزون به نفت ، صنعت استحصال آن و به تبع آن شیوه های حفاری چاه های نفت نیز در طول تاریخ دستخوش تغییرات و پیشرفتهایی شد.
پترولیوم (Petroleum ) واژه لاتین است که در زبان فارسی معـادل مناسـبی نـدارد. پترولیـوم در واقـع مـوادهیدروکربنی است که به صورت طبیعی عمدتا در سنگهای رسوبی واقع می گردد. پترولیوم میتواند به صورت فازهای مختلف، از جمله فاز گازی نظیر گاز طبیعی (natural gas )، فاز مایع نظیر نفت خـام (crude oil ) و فاز جامد مثل قیر ( asphalt) در خلل و فرج و شکستگی ها تجمع یابد.
انباشته شدن مواد هیدروکربنی در زیر سطح زمین در سنگهایی صورت مـی گیـرد کـه توانـایی نگهـداری وانتقال سیالات را داشته باشند. این سنگها، مخزن (reservoir) نامیده می شوند. تجمع مواد هیـدروکربنی بـهصورت اقتصادی در سنگ مخزن منوط به وجود عوامل متعددی است. بطـور کلـی وجـود پـنج عامـل بـرایتجمع اقتصادی نفت و گاز لازم و ضروری است.
این پنج عامل عبارتند از :
1- سنگ منشاء بالغ ( mature source rode) که تولید هیدروکربن کرده باشد.
2- سنگ مخزن ( reservoir rock) که بتواند هیدروکربن را در داخل خود جای دهد.
3- مهاجرت هیدروکربن بین سنگ منشا و سنگ مخزن(migration pathway) عملی باشد.
4- پوش سنگ (cap rock ) ناتراوا که از خروج نفت از داخل سنگ مخزن جلوگیری کند.
5- تله نفتی (oil trap) که در آن نفت به صورت اقتصادی متمرکز گردد.
در این فصل بر آن شدیم تا مختصری از تاریخچه حفاری و نفت در ایران و جهان را در کنار ماهیـت نفـت وزمین شناسی نفت بیان کنیم.
1-2-پیشینه تحقیق:
به طور کل تاریخچه حفاری مبهم است ، اما از زمانهای دور ملتهای متمـدن بـه منظـور دسترسـی بـه آب وکریستالها ، عملیات حفاری را انجام داده اند .
هنوز آثاری از تونل ، قنات و چاههای عمیق حفر شده توسط ایرانیان و چینی هـای قـدیم در ایـن کشـورهادیده می شود. ابتدا ماشین های ضربه ای بود که عمیق ترین چاهی که با این روش حفر شده بـود در سـال1918 و تا عمق 2250 متری بود .
سیستم ضربه ای هنوز هم برای حفر چاههای آبی کم عمق به کار می رود .[4]

پس از آن با سیر تحولات بین سالهای 1810 تا 1820 سیستم حفاری چرخشی ساخته شد که منبع انرژی آن ماشین بخار بود . در آغاز قرن بیستم آنتونی لوکاس (Antony Locas )همزمان با کشف میدان نفتی spindle
top در تگزاس روش حفاری دورانی را به تمام جهان نشان داد . او ترکیبی از مته چرخان و تزریق مداوم گل را بکار برد .
از آن زمان تاکنون روش حفاری دورانی با پیشرفت تکنولوژی ، به صورت بسیار پیشرفته مورد استفاده قـرارگرفته است .
بین سالهای 1970 تا 2007 تلاش کشورهای شوروی و آمریکا برای حفر چاههـای عمیـق بـا سیسـتم حفـاریچرخشی به منظور دسترسی به نفت و گاز به نتیجه رسـید و در اکـلا همـای آمریکـا و سـیبری شـوروی بـااستفاده از این روش چاههایی با عمق بیش از 10000 متر حفر شد و متعاقب آن آلمانی هـا چـاهی بـا عمـق حدود 13000 متر حفر کردند.[4]
شکل1 -2-تصویر شماتیک دکل حفاری با سیستم دورانی و اجزای تشکیل دهنده آن[8]
1-3-روش کار و تحقیق:
در سال 1859 در ایالات پنسیلوانیا در آمریکا اولین چاه نفت توسط ای . ال دریک حفر شد . محـل چـاه درتیتوسویل (TITUSVILLE) و در مجاورت چشمه هـای نفـت ایـالات پنسـیلوانیا قـرار داشـت. در ابتـداتوفیقی کسب نکرد اما در ادامه با امید و تلاش در روز یکشنبه 27 اوت 1859 میلادی چـاه او در عمـق 23 متری به نفت رسید . چاه نفت دریک، مقدمه ای بر پیدایش صنعت نفت امروزی می باشد و بایـد گفـت کـهفن استخراج نفت با وسایل جدید ، از آمریکا سرچشمه گرفت . اگر چه مواد نفتی از مدت زمانی پیش توسط بشر شناخته شده بود اما استفاده های جزئی از آن به عمل می آمده و در حقیقت قرن نوزدهم را باید تـاریخآغاز عصر نفت نامید.
در دوم ژانویه سال 1866 میلادی آقای P.sweeney برای حفاری در سـنگهای سـخت دسـتگاهی اختـراعکرد که با استفاده از سیستم دورانی و مته های تیغه غلطان و لوله های تو خالی جهـت جریـان یـافتن گـلحفاری و داشتن هرزه گرد ( SWIVEL ) و سیستم چرخ دنده که دستگاه به وسیله دسته ای به چرخش در می آمد و نیز یک سیستم پیچشی برای اعمال نیروی مته به ته چاه کار می کرد . در سال 1870 میلادی آقای LESCHOT دستگاه حفاری دورانی جهت نقره گیری را درست کرد که با استفاده از سیستم دورانی و ترکیبی از چرخ دنده ها کار می کرد و از لوله های توخالی با یک سر مته الماس نقره گیر تشکیل شده بود و با استفاده از نیروی بخار چرخ دنده ها به گردش در می آمد .
به این نوع دستگاههای حفاری دورانی که اعمال وزن روی مته توسط نیروی چرخشی چـرخ دنـده هـا و یـابازوی هیدرولیکی صورت می گرفت دستگاههای از نوع »اسپیندل« گفته می شود. در سـال 1882 مـیلادیبرادران بکر برای حفاری چاه های آب از سیستم دورانی استفاده کردند که این چـاه هـا در یـانکتون داکوتـا
. حفر شد ( YANKTON DAKOTA)
پس از آن این حفاری دورانی در کالیفرنیا و دیگر ایلات آمریکا استفاده شد و آب از داخل لوله های حفـاریپمپ شده بدین صورت که ابتدا آب از داخل لوله پلاسـتیکی بـه هـرزه گـرد ( SWIVEL ) و از آنجـا بـهداخل لوله های حفاری و سپس از داخل سرمته و بعد از بین فضای لوله ها و دیواره چاه به بالا حرکـت و درسطح زمین در حوضچه هایی جاری می شد.
برادران بکر برای نیروی دورانی از آسیاب بادی و یا نیروی چهار پایان استفاده می کردند. درنهایت بـا توجـهبه کاربردهای جدید و متنوع نفت، شاهد پیشرفت در حفر و استخراج آن بودیم که امروزه شـاهد حفـاری درعمق 13000 متری و نیز در اعماق دریاها با استفاده از روشهایی مدرن هستیم.[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
حفاری و پارامترهای موثر
-1- ترکیب شیمیایی نفت خام
اولین امتیاز رسمی برای اکتشاف و استخراج معادن منجمله نفت در تـاریخ 25 ژوئـن 1872 بـه یـک عامـلانگلیسی به نام ( Barun Julius de Ruter ) از طرف ناصرالدین شاه و بمدت 75 سال واگذار شد. کـه ازننگین ترین امتیازات تاریخ محسوب می شد.
دومین امتیاز رسمی در سال 1884 میلادی از طرف ناصرالدین شاه بـه شـرکت لیپـر( A. Hots & son ) داده شد. این امتیاز بصورتی دیگر اولین امتیاز صریحاً نفتی است، چه امتیاز دو رویتـر مسـئله نفـت بصـورتتلویحی مطرح بود. شرکتHost اقدام به حفر چاه در منطقه دالکی نمود اما از آن چاه کم عمـق نتیجـه ایحاصل نشد و منصرف شد.
B. de Ruter با توجه به الغای قرارداد اول، از دعاوی خود دسـت برنداشـت تـا در سـال 1889 قـراردادیمبنی بر استخراج برخی معادن برای مدت 60 سال به رویتر واگذار شد و نیز امتیاز بانکی را هم بدست آورد، و در مقابل متعهد شد که %16 از درآمد خالص خود را به دولت ایران بپردازد.
پس از آن در سال 1901 امتیاز اکتشاف، استخراج و فـروش نفـت، گـاز و مشـتقات دیگـر در تمـامی ایـرانباستثناء آذربایجان، گیلان، مازندران ، گرگان و خراسان بـرای مـدت 60 سـال بـه دارسـی واگـذار گردیـد وآلفردماریوت از طرف دارسی آن قرارداد را امضاء کرد و حفاران و مهندسین آمریکایی و کانـادایی و لهسـتانیبه سرپرستی G . B . Reynolds بهمراه مقادیری وسایل و تجهیزات به ایران آمدند.
در سال 23 ژانویه سال 1908 میلادی برابر با سوم بهمن ماه 1286 ه . ش حفاری اولین چاه نفت در منطقه مسجد سلیمان آغاز شد. قبل از شروع حفاری رینولدز با سران بختیاری قراردادی منعقد ساخت که منجر به تشکیل شرکت نفت بختیاری شد.
مته حفاری بی وقفه بر زمین ضربه می زد تا اینکه در روز چهارشنبه 16 ماه مه سـال 1908 مـیلادی بـویگاز استشمام شد. درست 10 روز بعد یعنی 26ماه مه 1908 برابر با 5خرداد ماه 1287 ه .ش در ساعت چهار و نیم بامداد مته حفاری آخرین ضربه خود را به صخره ای که روی معدن معروف مسجد سلیمان قرار گرفتـهوارد آورد و نفت در عمق 356 متری از چاه شماره 1 مسجد سلیمان با فشار زیادی تا ارتفاع 200 متر فوران کرد. انگلیسی ها از شادی نفت را به صورت خود می مالیدند و در مقابل چاه کلاه خود را در آورده و تعظـیممی کردند. نفت پس از فوران روی زمین سرازیر شد که رینولدز اولین رئـیس عملیـات نفـت ایـران تصـمیمگرفت گودالی بزرگ در 200 متری چاه حفر کنند و جریان نفت را به طرف آن هدایت نمایند. در حفـر چـاههای بعدی برای گرم کردن دیگ بخار از این نفتها بجای هیزم استفاده شد.
چاه شماره 2 ، 10 روز بعد از فوران چاه شماره 1 در عمق 308 متری به نفت رسـید . بـدین منـوال صـنعتنفت در خاورمیانه متولد گردید.
بعدها در 29 اسفند ماه سال 1329 ه . ش با تلاشهای دکتر محمد مصدق نفت ایران ملی شد. هر چند بعـداز آن نیز دست اجانب به طور کامل از سرمایه ملی کوتاه نشد، اما 29 اسفند حرکتی بود در جهـت اسـتقلالدر صنعت نفت و نقطه عطفی در تاریخ نفت ایران .[1]
نفت خام مخلوطی از هیدروکربن های پارافینی یا آلکان ها، سیکلو پارافین ها یا نفتها، معطر یا آروماتیک هـاو به مقدار بسیار کم اولیفین یا آلکان می باشند.
هیدروکربن های پارافینی، هیدروکربن هایی اشباع شده اند که به صورت زنجیر ساده یا شـاخه دار بـه مـیباشند هیدروکربنهای سبک این گروه در تمام انواع نفت خام ها یافت میشوند و گازهای طبیعی تنهـا از ایـنهیدروکربنها تشکیل شده اند. . پنتان نرمال به نقطه به جوش 36درجـه سـانتی گـراد و ایزوپنتـان بـا نقطـهجوش 28 درجه سانتی گراد از این گروه می باشند.
هیدروکربن های سیکلو پارافینی که سیکلو آلکان نامیده می شوند، هیدروکربن هـای حلقـوی اشـباع شـده می باشند. سیکلو پروپان با نقطه جوش 34/4 درجه سانتی گراد و سیکلوپنتان با نقطه جـوش 5/49 درجـهسانتی گراد از هیدروکربن های سیکلوپارافینی اند.
هیدروکربن های معطر یا آروماتیک، هیدروکربن های حلقوی اشباع نشده می باشند. بنزن با نقطه جوش 80 درجه سانتی گراد یکی از هیدروکربن های این گروه است. هیدروکربن های اولیفینـی یـاآلکینی دارای یـکباند اشباع نشده اند، باندهای اشباع نشده نسبتاً ناپایدارند، از این رو در ترکیب نفت خام بسیار کم دیده مـیشوند. مقدار بسیار کمی از هگزان نرمال، هپتن نرمال و الکتن نرمال در ترکیب نفت خام پنسیلوانیا تشخیص داده شده اند.
نفت خام علاوه بر هیدروکربن های مایع دارای مقداری از هیدروکربن های گازی و جامد نیز هسـت کـه درفاز مایع حل شده اند. بدیهی است که مقدار این هیدروکربن های غیر مایع در نفت خام های مختلـف ثابـتنیست. معمولاً نفت خام های سبک هیدروکربن های گازی بیشتر و نفت خام های سنگین هیدروکربن هـایجامد بیشتری را در خود حل کرده اند. ترکیب و اختلاط جامد، مایع و گازی متفاوت، ویژگی های هـر نفـتخام را در تقطیر ساده آن مشخص می سازد. علاوه بر دو عنصر کربن و هیدروژن که سازنده هیـدروکربن هـاهستند، عناصر دیگری نیز در ترکیب نفت خام وجود دارند که مهمتـرین آنهـا گـوگرد، نیتـروژن و اکسـیژناست.
گوگرد در ترکیب با مولکولهای هیدروکربن، دربیشتر نفت خام ها دیده می شود و در نفت خام های سـنگینو متوسط به صورت سومین عنصر پس از کربن و هیدروژن وجود دارد. مقدار متوسط گوگرد در نفت خام ها، بر پایه 9347 تجزیه از نفت خام مختلف % 65 وزنی است. نفت خام هایی که بیش از %1وزنی گوگرد داشـتهباشند، نفت خام های پرگوگرد نامیده می شوند. از بـیش از 9000 نمونـه تجزیـه شـده، 75000 نمونـه کـمگوگرد و 1800 نمونه پرگوگرد بوده اند. گوگرد در نفت خام های سبک و متوسط بیشتر بـه صـورت تیولهـا،سولفیدها، دی سولفیدها و تیوفن ها می باشند. در نفت خام های با درجه بلوغ کم، ترکیبات گـوگردی غیـرتیوفینی بیشتر وجود دارد. سولفیدها شامل سولفید هیدروژن یا هیـدروژن سـولفوره مـی گـردد. گـوگرد درنفت خام به صورت آزاد،سولفید هیدروژن و در مولکول هیدروکربن ها وجود دارد.
عنصر نیتروژن در ترکیبات نفت خام وجود دارد ولی مقدار آن بسیار کمتر از گوگرد است. بیش از %90 نفت خام ها دارای نیتروژنی کمتر از % 2/0 وزنی هستند. متوسط وزنی نیتروژن در نفـت خـام هـا% 94/0 اسـت .
نفت خام هایی با بیش از %25/0 وزنی نیتروژن نفت خام های پر نیتروژن و کمتراز آن نفـت خـام هـای کـمنیتروژن نامیده می شوند. نیتروژن بیشتر در مولکولهای سنگین با نقطه جوش بالا یافت می شوند کـه اغلـبهیدروکربن های چند حلقه ای هستند. یکی از ساده ترین این مولکولها کوینـولین اسـت. اکسـیژن در نفـتخام بیشتر در ترکیب های اسیدی و آلی و در نفت خام هـای جـوان بـا درجـه بلـوغ کـم دیـده مـی شـود.
اسیدهای آلی اشباع شده چوب از C1 تا C20 دراین نفت خام ها دیده شده است. برخی از اسیدهای نفتـیدر نفت خام های نفتی و آروماتیک روسیه گزارش شده است.
فلز نیز در نفت خام ها وجود دارد، به ویژه وانادیوم و نیکل. مقدار این فلزها از کمتراز یک جزء در میلیون در برخی از نفت خام های ایالات متحده آمریکا و الجزایـر تـا 1200 جـزء در میلیـون وانـادیوم و 150 جـزء درمیلیون نیکل در نفت خام میدان نفتی بسکان در ونزوئلا تغییر می کند.تجزیه 64نمونه نفت خام از میدانهای نفتی خاورمیانه، غرب آمریکا، روسیه، ایالات متحده آمریکا، کانادا، ونزوئلا و استرالیا، مقدار متوسـط وانـادیومرا 63 جزء در میلیون و نیکل را 18جزء در میلیون نشان داده است. ولی آمار قابـل قبـولی از ایـن فلزهـا دردست نیست. وانادیوم و نیکل فراوانترین فلزات موجود در نفت خام می باشند.[2]
2-2-تشکیل نفت:
نظریه های بسیاری در زمینه منشاء نفت و حرکت و جمع شدن آن در یک مخزن وجود دارد که هیچ کـدامتا به حال بدون سوال نبوده اند. این نظریه ها بر پایه مطالعات و اطلاعات زمین شناسان نفت استوارند. برخی از نظریه ها براین اساس است که نفت در همان محل مخزن تشکیل می شود، ولی برخی نظریه هـا ی دیگـرصحبت از حرکت نفت از نقطه تشکیل به مخزن می کنند . بعضی از آنها ریشه اصلی تشکیل نفت را از مـوادغیر آلی می دانند و این به دلیل وجود هیدروژن در نفت است، ولـی بیشـتر نظریـه هـا براسـاس مـواد الـیاستوارند. ماده اصلی نفت، کربن(c) و هیدروژن (H) است که این مواد اساس گیاهان و حیوانـات را تشـکیلمی دهند. از آنجا که بیشتر مخازن نفتی در مجاورت دریاها قرار دارند، ریشه اصلی نفت را بایستی از محـیطدریاها دانست، خصوصاً اینکه مواد آلـی ای کـه در دریـا وجـود دارنـددر تشـکیل نفـت از اهمیـت بسـیاریبرخوردارند. نقش گیاهان دریایی در تشکیل نفت را می توان در این دانست که قادرند مـواد پیچیـده آلـی راتوسط واکنشهای نوری از مواد غیر آلی که در آب حل شده اند تهیه کنند.
گاهی مواد آلی از جریانات رودخانه ها گرفته می شوند. بیشتر رودخانه ها دارای مواد آلی اند. مـثلا رودخانـهنیل10% و رودخانه اوروگوئه 60 %موادآلی دارد. کربوهیدراتهای تشکیل شده سپس بـه هیـدروکربنها تجزیـهمی شوند. مواد آلی سپس تحت شرائط خاصی به نفت تبدیل می شوند. عوامل موثر در تبدیل مـواد آلـی بـهنفت عبارتند از : 1- گرما و فشار، 2- بمباران رادیواکتیو در زمین مانند پرتو گاما، 3- واکنشهای کاتالیزوری.
کاتالیزورهای موثر در تشکیل نفت، وانادیوم، مولیبدن و نیکل هستند که بعضی از آنها حتی در نفت هم بـهمیزان جزئی یافت می شوند. مواد رادیواکتیوی که ممکـن اسـت در نفـت یافـت شـوند، اورانیـوم و پتاسـیومهستند نقش مواد رادیواکتیو را درتشکیل نفت میتوان در بمبـاران رادیواکتیـو اسـیدهای چـرب (Rcooh ) توسط ذرات رادیواکتیو مشاهده کرد که در نتیجه آن هیدروکربنهای پارافینی تشکیل می شوند.
به طور خلاصه، مراحل زیر لازمه تشکیل نفت و گاز هستند:
1- منبع ماده آلی، 2- فراینـدی کـه مـواد آلـی را بـه نفـت تبـدیل کنـد، 3- مخـزن بـرای ذخیـره کـردنهیدروکربنها، 4- پوشش سنگی برای بستن سیستم.
شرایطی که در مرحله 2 برای تبدیل مواد آلی به نفت لازم است، عبارت اند از:
1- زمان لازم برای تبدیل مواد آلی به نفت که حدودیک میلیـون سـال اسـت، 2- حـداکثر فشـار در زمـانتبدیل حدود psi2500 است، 3- دمای لازم حدود F200 است.[1] 2 -3-انواع نفت خام :
طبقه بندی نفت خام به فرم های مختلفی صورت گرفته است. پالایشگران و ژئوشیمیست ها مبانی متفاوتی را برای ایـن منظـور انتخـاب نمـوده انـد پالایشـگران براسـاس فـرآورده هـای حاصـل از تقطیـر مسـتقیم وژئوشیمیست ها و زمین شناسان نفت برپایه رابطه نفت خام و سنگ مادر و تکامل نفت، این طبقـه بنـدی راانجام داده اند. درنیمه اول قرن اخیر بیشتر تقسیم بندی ها برپایه فرآورده های حاصل از تقطیر سـاده نفـتخام بوده است ولی دردو دهه اخیر طبقه بندی بر پایه ساختمان مولکولی هیدروکربن های موجـود و وجـودعناصری همچون گوگرد، نیتروژن و اکسیژن صورت گرفته است. در طبقه بندی جدید شیمیایی نفت خام ها مقدار هیدروکربن های پارافینی، نفتنی، آروماتیک و مقدار عناصر گوگرد، نیتروژن و اکسیژن استوار و طبقـهبندی انجام شده است.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان