بقلم الدكتور نبيل سامح
1. مقدمة
الغلاف أثناء الحفر (CwD) هو أسلوب حفر ثوري يدمج عمليتين متسلسلتين تقليديا – الحفر والغلاف – في عملية موحدة ومتزامنة. على عكس الطرق التقليدية التي يتم فيها حفر الآبار أولا ثم غلافها، يسمح CwD لخيط الغلاف نفسه للعمل كخيط المثقاب. هذا التكامل يقلل بشكل كبير من وقت التلاعب، ويعزز السلامة، ويحسن الكفاءة التشغيلية.
مع تزايد تعقيد الهندسة المعمارية الآبار والطلب المتزايد على العمليات الفعالة من حيث التكلفة، تحولت صناعة النفط والغاز إلى CwD لمواجهة تحديات الحفر الشائعة مثل فقدان الدورة الدموية، وعدم استقرار الآبار، والتصاق التفاضلي، والوقت غير المنتج (NPT). تدمج أنظمة CwD المتقدمة الآن أدوات ذكية مثل المراقبة في الوقت الفعلي، والتحكم الآلي، ومواد الغلاف الفائقة لتحسين عمليات الحفر في كل من الخزانات التقليدية وغير التقليدية.
تقدم هذه المقالة لمحة عامة شاملة عن المبادئ والمكونات الرئيسية والفوائد والتحديات والتطور التكنولوجي الأخير في تقنيات الغلاف أثناء الحفر.
2. مبادئ الغلاف أثناء الحفر (CwD)
ينطوي المبدأ الأساسي لـ CwD على استخدام خيط الغلاف كأنبوب المثقاب، مما يسمح بالحفر وغلاف الآبار في وقت واحد. تقدم هذه العملية العديد من الابتكارات التي تميزها عن التقنيات التقليدية:
الحفر والغلاف في وقت واحد
يتم تدوير خيط الغلاف وينزل في بئر بينما يقوم بت بثقب التشكيل. سائل الحفر يدور عبر الغلاف لرفع القطع إلى السطح.
جمعية الثقب السفلي القابلة للاسترجاع (BHA)
يتم إرفاق BHA المتخصص، يحتوي على بت المثقاب وأدوات القياس، وأحيانا التجميعات الاتجاهية، في قاعدة الغلاف. بمجرد اكتمال الحفر، يتم استرجاع BHA من خلال خط سلكي أو أنابيب ملفوفة، وترك الغلاف في مكانه.
الإسمنت أثناء الحفر (اختياري)
بعض النظم تمكن من الانتقال المباشر إلى عمليات الإسمنت بمجرد الوصول إلى العمق المستهدف. هذا الخيار يقلل بشكل كبير من وقت الانتقال بين الحفر وإكمال الآبار.
ينطبق CwD على مجموعة واسعة من أنواع الآبار بما في ذلك الآبار الرأسية والمنحرفة والأفقية وحتى متعددة الأطراف. الطريقة مفيدة بشكل خاص في التشكيلات التي تشكل مخاطر الحفر عالية
3. المكونات الرئيسية لأنظمة CwD
تتكون أنظمة CwD المتطورة من عدة مكونات متخصصة مصممة لضمان الكفاءة والسلامة والتوافق مع ممارسات الحفر الحديثة.
3.1 مثقاب غلاف الغلاف
تم بناؤه بمواد قوية للتعامل مع قوى الحفر والغلاف.
مجهزة بقواطع محسنة وفوهات محسنة لإخلاء القطع الفعالة.
مصمم للتوافق مع كل من طرق الحفر الدوار والمنزلق.
3.2 نظام محرك الغلاف (CDS)
آلية تطبيق عزم الدوران والوزن على الغلاف.
يشمل تجميعات محرك الأقراص السطحية مثل الأقراص العلوية، ملقط الغلاف، حلقات عزم الدوران، والمصاعد.
يضمن التعامل الآمن مع الغلاف أثناء العمليات، مما يسمح باستمرار الدوران والدوران.
3.3 قابلة للاسترجاع بها
تشمل BHA قطع الحفر، وأجهزة الاستشعار، ومحركات الطين، وأدوات تسجيل.
تم تصميمها للاسترجاع لتجنب أن يتم تثبيتها بشكل دائم في البئر.
يضمن تقييم التكوين والتحكم التوجيهي دون التضحية بسلامة الغلاف.
3.4 غلاف المركزية والمثبتات
يحافظ المركزية على تركيز الغلاف داخل الآبار.
تقلل المثبتات من الاهتزازات الجانبية، وعدم انتظام عزم الدوران، وتآكل جدار الغلاف.
3.5 أنظمة الرصد في الوقت الفعلي
تقدم مصفوفات الاستشعار تعليقات في الوقت الفعلي حول عزم الدوران الحفر والوزن على بت (WOB)، وضغط التشكيل والاهتزاز وحمولة القطع.
تمكين التعديلات الاستباقية لحفر أكثر أمانًا وأكثر كفاءة.
4. مزايا الغلاف أثناء الحفر
يجلب CwD مزايا كبيرة تساهم في الأداء التشغيلي والجدوى الاقتصادية على حد سواء:
4.1 تقليل وقت الحفر
من خلال الجمع بين الغلاف والحفر في جولة واحدة، يتم القضاء على عمليات التعثر.
تترجم وفورات الوقت إلى انخفاض التكاليف التشغيلية وجداول زمنية أقصر للمشاريع.
4-2 تعزيز استقرار ويلبور
تركيب الغلاف الفوري يمنع الانزلاق والغسيل وانهيار الحفر في التشكيلات الضعيفة.
4-3 التخفيف من حدة التعميم المفقود
يعمل الغلاف كختم فعال ضد التشكيلات عالية النفاذية أو الكسور، مما يقلل من فقدان سوائل الحفر.
4.4 تحسين تنظيف الثقوب
مساحة سنوية أكبر بين الغلاف والتشكيل تسمح بنقل القطع بكفاءة.
تقليل خطر الحزم وأحداث الأنابيب العالقة.
4.5 انخفاض الوقت غير الإنتاجي (NPT)
يقلل مخاطر الحفر والتأخيرات التشغيلية عن طريق تقليل عدد عمليات نشر أدوات الحفر.
4-6 وفورات التكلفة الإجمالية
على الرغم من ارتفاع تكاليف المعدات الأمامية، فإن الوفورات التراكمية من تقليص الوقت، وانخفاض أعطال الأدوات، وانخفاض خسائر السوائل تؤدي إلى انخفاض مقاييس التكلفة لكل قدم.
5. التحديات والقيود
على الرغم من فوائده العديدة، فإن المركز يطرح العديد من التحديات التشغيلية والتقنية التي يجب النظر فيها:
5.1 قيود عزم الدوران والسحب
الدوران المستمر لخيط الغلاف يؤدي إلى ارتفاع عزم الدوران السطحي.
في الحفر الممتد (ERD)، يمكن أن يصبح عزم الدوران والسحب عاملاً مقيداً دون التشحيم والتصميم المناسبين.
5-2 قيود الحفر الاتجاهي
توفر أنظمة CwD التقليدية تحكمًا اتجاهيًا محدودًا بسبب صلابة سلسلة الغلاف.
يتم تطوير أدوات توجيه أحدث من الأنحدار لكنها لا تزال تلحق بالمحركات التقليدية القابلة للتوجيه.
5-3 ارتداء الغلاف والتعب المادي
يمكن أن تؤدي الأحمال الديناميكية المستمرة إلى تخفيف الحائط والتعب المبكر، مما يؤثر على السلامة وطول العمر.
5-4 الاستثمار الأولي الأعلى
تحتاج إلى معدات متخصصة وأفراد مدربين.
قد يتطلب الاندماج في البنية التحتية الحالية تعديلات.
5-5 مشاكل قابلية الاسترجاع
يمكن أن يكون استرجاع البهاج في بعض الظروف الآبار (مثل الآبار المنحرفة للغاية) مشكلة.
6. التطورات التكنولوجية الأخيرة في CwD
الغلاف بينما يستمر الحفر في التطور من خلال البحث والتطبيقات الميدانية وتطوير التكنولوجيا. فيما يلي بعض الابتكارات الأكثر تأثيراً:
6-1 أنظمة دوران ومناولة الغلاف الآلي
التعامل الآلي بالكامل مع الأنابيب ودوران الغلاف يقلل من الاعتماد على العمل اليدوي.
تحسين السلامة والاتساق والحد من الخطأ البشري.
6-2 أنظمة الغلاف القابلة للتوسع والبطانة المنتظمة
السماح بالعزل المنطقي وتوسيع ثقب الآبار دون سحب الغلاف.
تدعم الأنظمة القابلة للتوسع عمليات الإنجاز المتعددة المراحل وعمليات العودة.
6-3 دمج الذكاء الاصطناعي وتحليلات البيانات في الوقت الفعلي
تعمل نماذج التعلم الآلي على تحسين معلمات الحفر من خلال تحليل البيانات التاريخية والوقت الفعلي.
تعزز أنظمة الذكاء الاصطناعي اتخاذ القرار فيما يتعلق بخصائص WOB، RPM، وخصائص الطين.
6.4 نماذج الحفر الهجينة
تمكين الانتقال من الحفر التقليدي إلى منتصف بئر CwD، والجمع بين نقاط قوة كليهما.
مفيد في الآبار ذات نقاط قوة في التشكيل المختلط أو عدم القدرة على التنبؤ الليثولوجي.
6.5 أدوات الحفر الاتجاهية للغلاف
أنظمة التوجيه الدوارة (RSS) تم تكييفها لعمليات الغلاف.
أدوات التغذية المرتدة الاتجاهية في الوقت الفعلي تمكن من تحسين التحكم في المسار الجيد.
7. خاتمة
الغلاف بينما يقوم الحفر بإعادة تحديد مستقبل عمليات الحفر من خلال تعزيز الكفاءة، وتخفيف المخاطر، والجدوى الاقتصادية. مع نضج التكنولوجيا، تتوسع قابلية تطبيقها في البيئات المعقدة والبيئات الشديدة الخطورة بسرعة. تساعد الأنظمة المتقدمة التي تتضمن الذكاء الاصطناعي والأتمتة والتغذية المرتدة في الوقت الفعلي المشغلين من التغلب على قيود الحفر التقليدية مع ضمان السلامة والدقة.
على الرغم من أن النشر الأولي قد يتطلب استثمارات رأسمالية كبيرة وتعديلات تشغيلية، فإن الفوائد الطويلة الأجل من حيث تقليل الوقت غير المنتج، وتحسين النزاهة الجيد، وجودة الثقب الفائقة تجعل CwD أداة لا غنى عنها لتنمية النفط الحديثة.
بقلم الدكتور نبيل سامح
– مدير تطوير الأعمال @ شركة نيلكو
-مدرب بترول دولي معتمد
-أستاذ في العديد من شركات و أكاديميات استشارات التدريب مثل نفط Enviro، أكاديمية ZAD، ديب هورايزون
-المساهمة بمقالات عن قطاع البترول لمجلتي بتروكتافت و بترو توداي
