تخفيف الاهتزازات في الآبار الممتدة

1K

 

 

بقلم: د. نبيل سامح

 

1. المقدمة

تُعد الآبار الممتدة (Extended-Reach Wells) تقنية حفر متقدمة تهدف إلى الوصول إلى المكامن الهيدروكربونية البعيدة عن منصة الحفر أو الموقع السطحي. تتميز هذه الآبار بأقسام أفقية طويلة وزوايا ميل عالية، مما يفرض تحديات ميكانيكية وتشغيلية كبيرة

من أبرز هذه التحديات هو حدوث الاهتزازات أثناء الحفر، والتي تؤثر على كفاءة الحفر، عمر المعدات، وسلامة جدران البئر. يمكن للاهتزازات أن تزيد من تآكل رأس الحفر وأنابيب الحفر والمحركات السفلية، وتقلل معدل الاختراق (ROP)، كما قد تؤدي إلى توقف غير منتج للعمليات

لذلك، من الضروري فهم أنواع الاهتزازات وأسبابها واستراتيجيات التخفيف النظرية لها لضمان حفر آمن وفعال للآبار الممتدة.

 

2. أنواع الاهتزازات أثناء الحفر

 

يمكن تصنيف الاهتزازات أثناء الحفر في الآبار الممتدة وفقًا لمصدرها وطبيعتها إلى الأنواع التالية:

2.1 الاهتزازات المحورية (Axial Vibrations أو Bit Bounce)

تحدث هذه الاهتزازات على طول محور أنبوب الحفر، غالبًا بسبب التلامس المتقطع بين رأس الحفر والطبقة الصخرية. تؤدي الاهتزازات المحورية إلى تقليل كفاءة الحفر، وتلف رأس الحفر، وإجهاد أنبوب الحفر

 

2.2 الاهتزازات الجانبية (Lateral Vibrations أو Whirling)

تتعلق هذه الاهتزازات بالحركة العرضية لأنبوب الحفر، وهي ناتجة عن التفاعل بين دوران أنبوب الحفر وانحناء البئر. يمكن للاهتزازات الجانبية أن تسبب تآكلًا مفرطًا للأدوات السفلية وزيادة خطر عدم استقرار جدران البئر

 

2.3 الاهتزازات الالتوائية (Torsional Vibrations أو Stick-Slip)

تحدث هذه الاهتزازات نتيجة تغيرات متكررة بين الالتصاق والانزلاق لرأس الحفر. تظهر هذه الظاهرة بشكل واضح في الآبار الممتدة بسبب طول القسم الأفقي وارتفاع الاحتكاك بين أنبوب الحفر وجدار البئر. تؤدي الاهتزازات الالتوائية إلى تلف رأس الحفر، وتقليل معدل الاختراق، وخلق تقلبات غير متوقعة في العزم

 

2.4 الاهتزازات المركبة (Coupled Vibrations)

في الواقع، غالبًا ما تحدث هذه الأنواع من الاهتزازات بشكل متزامن وتتفاعل مع بعضها البعض، مما يزيد من تعقيد التحكم فيها ويستدعي دراسة تحليلية دقيقة

 

3. أسباب الاهتزازات في الآبار الممتدة

 

تساهم عدة عوامل في حدوث الاهتزازات أثناء حفر الآبار الممتدة، أبرزها:

 

3.1 هندسة البئر

ارتفاع زاوية الميل وطول القسم الأفقي يزيد من تلامس أنبوب الحفر مع جدار البئر، مما يسبب الاهتزازات الجانبية والالتوائية

 

3.2 ديناميكيات أنبوب الحفر

الوزن، الصلابة، والترددات الطبيعية لأنبوب الحفر تؤثر على سلوك الاهتزازات. في الآبار الممتدة، يصبح استجابة الأنبوب أكثر تعقيدًا، مما يجعله عرضة لعدة أوضاع اهتزازية

 

3.3 خصائص التكوين الصخري

تؤدي الطبقات الصخرية الصلبة، والشقوق، والمناطق غير المتماسكة إلى تقلبات في تفاعل رأس الحفر، مسببةً اهتزازات محورية والتوائية

 

3.4 معايير الحفر

تؤثر سرعة الدوران، الوزن على رأس الحفر (WOB)، وخصائص الطين على شدة الاهتزازات. الاختيار غير الصحيح لهذه المعايير يزيد من تفاقم المشكلة

 

3.5 الاحتكاك وقوى التلامس

يساهم الاحتكاك بين أنبوب الحفر وجدار البئر، خاصة في الأقسام الأفقية، في الاهتزازات الالتوائية والجانبية

 

4. التأثيرات الناتجة عن الاهتزازات

تؤثر الاهتزازات في الحفر الممتد على عدة مستويات:

• تآكل المعدات: تزيد الاهتزازات من تلف رأس الحفر، أنابيب الحفر، والمحركات السفلية

• انخفاض الكفاءة: تؤدي الاهتزازات إلى تقليل معدل الاختراق وزيادة وقت العمليات غير المنتجة.

• عدم استقرار البئر: الاهتزازات الجانبية يمكن أن تسبب تلف جدران البئر وزيادة خطر الانهيار

• زيادة التكاليف التشغيلية: تلف المعدات والتوقفات المتكررة يؤديان إلى ارتفاع تكلفة العمليات

 

5. استراتيجيات تخفيف الاهتزازات

 

يمكن تبني استراتيجيات نظرية لتخفيف الاهتزازات في الآبار الممتدة، منها:

 

5.1 تحسين تصميم أنبوب الحفر

اختيار وزن مناسب، صلابة، وطول أنبوب الحفر يمكن أن يقلل من الاهتزازات. توزيع الوزن والتحكم في تردد الأنبوب يساعد على تقليل تأثيرات الاهتزاز المحوري والالتوائي

 

5.2 التحكم في معايير الحفر

اختيار سرعة دوران مناسبة، وزن مثالي على رأس الحفر، وضبط خصائص الطين يقلل من شدة الاهتزازات. التحكم الدقيق في هذه المعايير يمكن أن يمنع حدوث ظاهرة Stick-Slip

 

5.3 استخدام أدوات تثبيت وملحقات مخفضة للاهتزاز

يمكن استخدام أدوات مثل stabilizers وأدوات damping على طول أنبوب الحفر لتقليل الاهتزازات الجانبية والالتوائية، مما يحسن استقرار البئر ويقلل من التآكل

 

5.4 التحكم الديناميكي

التحليل الديناميكي لأنبوب الحفر والبئر يساعد في التنبؤ بأوضاع الاهتزاز وتصميم استراتيجيات تخفيف فعالة. النماذج النظرية تساعد في تحديد أفضل توازن بين السرعة، الوزن، والتردد الطبيعي للأنبوب

 

5.5 دمج تقنيات الحفر الذكي

الحفر الذكي (Smart Drilling) مع أجهزة الاستشعار وأدوات المراقبة المستمرة يساهم في كشف الاهتزازات بشكل مبكر وضبط معايير التشغيل لتجنب تفاقم المشكلة

 

6. الآفاق المستقبلية

تشير الدراسات النظرية إلى أن المستقبل في تخفيف الاهتزازات سيعتمد على:

• الحفر الذكي والتلقائي: استخدام أنظمة ذكية تتحكم تلقائيًا في السرعة والوزن لتقليل الاهتزازات

• الروبوتات والمراقبة عن بُعد: أنظمة روبوتية لمراقبة ديناميكيات الحفر والتحكم في الترددات والاهتزازات

• النماذج الرقمية والتوأمة الرقمية: استخدام محاكاة ديناميكية لأنابيب الحفر لتوقع الاهتزازات وتحديد استراتيجيات التخفيف المثلى

• التحسين المستمر لتصميم الأدوات: تطوير stabilizers، أدوات التخميد، وملحقات جديدة لتقليل الاهتزازات في أقسام البئر الطويلة والأفقية

 

7. الخلاصة

تعتبر الاهتزازات أثناء الحفر في الآبار الممتدة من أكبر التحديات التشغيلية التي تواجه مهندسي الحفر. فهم أنواعها، أسبابها، وتأثيراتها النظرية يتيح تصميم استراتيجيات فعالة لتخفيفها

الاستراتيجيات النظرية تشمل تحسين تصميم أنبوب الحفر، ضبط معايير الحفر، استخدام أدوات التثبيت وتقنيات التخميد، والتحكم الديناميكي الذكي. مع تطور تقنيات الحفر الذكي، المراقبة عن بُعد، والنماذج الرقمية، من المتوقع أن يصبح الحفر في الآبار الممتدة أكثر أمانًا وكفاءة وموثوقية، مع تقليل التكاليف التشغيلية وحماية المعدات

 

بقلم د. نبيل سامح

• مدير تطوير الأعمال بشركة Nileco

• مدرب بترول معتمد دوليًا

• أستاذ في عدة شركات وأكاديميات تدريب استشارية، بما في ذلك Enviro Oil، ZAD Academy، وDeep Horizon

• محاضر في جامعات داخل مصر وخارجها

• مساهم في مقالات قطاع البترول لمجلات Petrocraft وPetrotoday