اولین روش حفاری نفت توسط ادوین دریک (Edwin Drake) در سال ۱۸۵۹ توسعه یافت. با وجود اینکه افزایش تقاضا برای فراورده‌های نفتی، نیاز به ابزارهای کارامدتری برای تولید نفت خام دارد، این روش تا به امروز همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بشر از سال ۱۸۵۹ تاکنون بالغ بر ۸۰۰ میلیارد بشکه نفت استفاده کرده است. این امر موجب شده تا حفاری نفت به سرعت به یک صنعت پر رونق تبدیل شود.
طبق گفته‌ی وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا، فناوری‌های جدید به حفاران امکان دسترسی به بخشی از ذخایر نفتی که در گذشته غیر قابل دسترسی بودند را می‌دهد.
کلیات حفاری نفت
از چاه های نفت برای پمپاژ گازهای هیدروکربوری و نفت خام از منابع زیرزمینی استفاده می‌شود. نفت خام مایعی بسیار چسبناک و بسیار تیره است. این ماده در حالت نیمه جامد به قطران (tar) تبدیل می‌شود.
بیشتر بخوانیم:
زمین شناسان در مخازن زیرزمینی به جستجوی رسوبات غنی از نفت خام می‌پردازند. این مخازن می توانند صدها و حتی هزاران متر در زیر زمین باشند. تنها با حفاری‌های عمیق می‌توان به این منابع هیدروکربوری دست یافت.
به محض رسیدن حفارها به مخزن، تغییر فشار باعث فوران نفت خام به سطح زمین می‌شود؛ این فرایند، «تولید اولیه» نامیده می‌شود.
این روند می‌تواند سال‌ها ادامه داشته باشد؛ اما بیشتر حجم نفت همچنان در مخزن باقی می‌ماند. با کاهش فشار، مهندسین نفت می‌بایست از پمپ برای استخراج نفت خام بهره بگیرند.
انواع روش‌های حفاری
حفاری دریایی
حفاری نفت در دریا بسیار شبیه به روش‌هایی است که در خشکی انجام می‌شود؛ به جز اینکه کارکنان اغلب در کشتی‌های عظیم حفاری زندگی می‌کنند. در اعماق کمتر از ۶۰ متر، از مته‌های مخصوصی استفاده می‌شود که به آنها «دکل های تاشو» گفته می‌شود.
هنگامی که عمق به حدود ۱۲۰۰ متر می‌رسد، دکل‌ها نیمه شناور شده و با پایه‌های پر از هوا در کف اقیانوس لنگر می‌اندازند. همچنین کشتی‌های غول پیکر حفاری نیز وجود دارند که تا عمق ۲۴۰۰ متر حفاری می‌کنند. این کشتی‌ها از تجهیزات پیچیده‌ی ناوبری بهره می‌گیرند.
با این اوصاف، حفاری نفت دریایی در طول این سال‌ها آفتی برای محیط زیست دریایی بوده است. شرکت‌های بزرگ نفتی دائماً متهم به ریختن نفت و مواد شیمیایی سمی در آب و انتشار گازهای مضر در جو و به خطر انداختن حیات وحش در مکان‌های حفاری هستند. به عنوان مثال شرکت شورون (Chevron) بین سال‌های ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۷ به دلیل ایجاد آلودگی نفتی در دریاها، محکوم به پرداخت ۱۰ میلیون دلار شده است.
حفاری دورانی
امروزه متداول ترین تکنیک حفاری، حفاری دورانی است. این شیوه را می‌توان با یک دکل مرتفع و یک صفحه‌ی گردان در بخش پایه با یک قطعه‌ی سنگین وصل شده به لوله، تشخیص داد.
این نوع ابزار حفاری، از قطعاتی در هم فرو رونده تشکیل شده که در صورت نیاز می‌توان طول کلی خط لوله را افزایش یا کاهش داد.
حفاری دورانی همچنین نیاز به استفاده از گِل مخصوص دارد که از اصطکاک جلوگیری می‌کند. گل حفاری همچنین به تقویت جداره‌های چاه حفاری کمک کرده و بیرون کشیدن مواد حاصل از حفاری را مقدور می‌سازد. این گل مخلوطی از خاک رس و مواد شیمیایی خاص است.
حفاری افقی
انواع خاصی از مخازن نفتی به بهترین شکل از طریق حفاری افقی بدست می‌آیند. حفاری جهت دار، نخستین بار برای دست یابی به مخازن نفت و گاز طبیعی (پس از طی کردن دوره‌ی تولید فورانی اولیه) مورد استفاده قرار گرفت.
با حفاری در شیب و انحراف از چاه‌های عمودی، مهندسین حفار می‌توانند به مقدار بیشتری از ذخایر هیدروکربوری برسند. نخستین بار برای ساختن یک چاه حفاری افقی کامل، حدود ۶۰۰ متر حفاری عمودی انجام شد. در حال حاضر فناوری پیشرفته، این فرآیند را بهبود بخشیده است و امکان چرخش ۹۰ درجه مته حفاری در مصافت کمتر از ۱۰ متر نیز فراهم است.
یک حفاری افقی صحیح و بهینه، می‌تواند تا چهار برابر یک چاه عمودی نفت را به بیرون پمپاژ کند. همچنین هزینه‌ی حفاری افقی از نظر تعداد حلقه چاه‌ها، در بلند-مدت بسیار پایین‌تر است؛ بطوریکه یک چاه افقی می‌تواند کار چند چاه عمودی را انجام دهد.
حفاری ضربه‌ای
حفاری ضربه‌ای که به آن حفاری ابزار کابلی نیز گفته می‌شود، روشی ساده است که به اولین حفاری‌های مورد استفاده در دهه‌های ۱۸۵۰ باز می‌گردد (البته این شیوه تکامل یافته‌ی شیوه‌های حفاری باستانی است).
بیشتر بخوانیم:
در این شیوه، زمین توسط یک مته‌ی متصل به قرقره و یک کابل حفاری می‌شود. مته به بالای دکل کشیده شده و بارها و بارها به زمین کوبیده می‌شود. این فرایند سنگ‌ها را به قطعات کوچکتری خرد می‌کند که در هر مرحله به صورت دستی یا ابزار مکانیکی ساده خارج می‌شوند. عمق حفاری ضربه‌ای چاه‌های نفت می‌تواند به بیش از ۱۰۰ متر نیز برسد. همچنین با مته‌های قابل تعویض تقریباً می‌توان هر نوع سطحی را حفاری کرد.
در اواخر دهه ۱۸۰۰ میلادی چاه‌های حفاری ضربه‌ای با بهره‌گیری از موتورهای بخار راه اندازی شد؛ اما بعدها این فناوری منسوخ و با مته‌های دوار جایگزین شد.
منابع:
sciencing.com
aerolite.ir
نویسنده:
من دانشجوی مهندسی نفت دانشگاه آزاد اسلامی شهر مشهد هستم. به پژوهش، به ویژه در حیطه‌های زمین شناسی و نفت علاقه‌ی زیادی دارم. تلاش میکنم مطالب مفید و زیبایی را برای علاقه‌مندان به این علوم تهیه کنم.
