بقلم: الدكتور نبيل سامح

1. مقدمة

ظهر الحفر الموسع للوصول (ERD) كأسلوب بالغ الأهمية في تطوير النفط والغاز الحديث، مما يمكّن المشغلين من الوصول إلى الخزانات التي كانت لولا ذلك غير اقتصادية أو يتعذر الوصول إليها. من خلال حفر الآبار ذات المغادرة الأفقي أكبر بكثير من عمقها الرأسي، تسمح ERD بالإنتاج من المناطق البحرية أو المناطق الحساسة بيئيا دون الحاجة إلى منصات متعددة أو اضطرابات سطحية.

أحد أكثر العوامل الحاسمة في نجاح ERD هو اختيار بت المثقاب. القليل من المثقاب ليس مجرد أداة قطع؛ إنه مكون أساسي للأداء يجب أن يوازن معدل الاختراق (ROP)، والمتانة، والتحكم الاتجاه، والجودة الجيدة أثناء العمل تحت ظروف الانحدار الصعبة. يمكن أن يؤدي الاختيار السيء إلى أوقات الرحلات المفرطة، والتآكل المبكر، وتغييرات اتجاهية غير مخططة، وتجاوزات كبيرة في التكاليف.

تقدم هذه المقالة نهجاً شاملاً لتحسين اختيار بت الحفر للآبار الممتدة، ودمج الجيوميكانيكا، والتطور التكنولوجي بت، والاعتبارات التشغيلية، واتخاذ القرارات المدفوعة بالبيانات.

2. فهم آبار الوصول الممتدة وتحدياتها

يتم تحديد آبار الوصول الممتدة من خلال نسبة ارتفاعها من الإزاحة الأفقي إلى العمق الرأسي (عادةً ما >2:1). هذه الآبار غالباً ما تنطوي على:

أقسام جانبية طويلة تتجاوز عدة كيلومترات.

عزم الدوران العالي وسحب الأحمال بسبب تمديد سلسلة المثقاب.

تعقيد الحفر الاتجاهي للحفاظ على مسار الآبار المخطط له.

التشكيلات المتغيرة التي تتطلب تغييرات متكررة في العدوانية قليلا وهيكل القطع.

تشمل التحديات الرئيسية التي تؤثر على اختيار بت في ERD ما يلي:

1. عدم التجانس في التشكيل – مناطق الانتقال بين الصخور الناعمة والصلبة، أو الليثولوجيا المتداخلة، أو الرمال الكحشة.

2. إدارة عزم الدوران والسحب – تقليل الاحتكاك من خلال اختيارات تصميم بت.

3. ارتداء البت وطول العمر – يزيد فترة الحفر الممتدة من وقت العضلات.

4. الاستجابة الاتجاهية – يجب أن توفر Bits إمكانية التوجيه الكافي لوضع جيد دقيق.

5. نقل الهيدروليكا والقصات – ضمان التصميم يساعد على تنظيف الثقوب بكفاءة.

3. أنواع الحفر لتطبيقات ERD

يبدأ اختيار المثقاب الأمثل بفهم التقنيات المتاحة:

3.1 قطع ثابتة (PDC)

المزايا: ROP عالي في التشكيلات المتجانسة، قابل للتوجيه في الحفر الاتجاهي، المتانة الطويلة.

القيود: حساسة للتأثير على التحميل في التشكيلات مع الشيرت أو الكربونات أو الأوتار الصلبة.

صلة ERD: مناسب للأقسام الجانبية الطويلة في خزانات الصخر أو الحجر الرملي.

3.2 أسطوانة مخروط بت (تريكون)

المزايا: فعال في التشكيلات المكسورة والمتباينة، امتصاص أفضل للصدمات.

القيود: ROP أقل مقارنة مع PDC في تشكيلات أكثر نعومة.

صلة ERD: مفضل للتشكيلات المختلطة أو حيث تتجاوز المتانة قليلا السرعة.

3.3 قطع هجينة

المزايا: الجمع بين عمل القص من PDC مع عمل سحق من مخاريط التريكون.

القيود: تكلفة أعلى؛ توافر محدود لهندسة ERD المتخصصة.

صلة ERD: فعال في الانتقال من المناطق الناعمة إلى المناطق الصلبة دون تعثر.

4. معلمات اختيار بت ل ERD

يجب أن تدمج عملية اختيار بت فعالة ل ERD التحليل الهندسي والخبرة الميدانية والبيانات في الوقت الفعلي. تشمل المعلمات الرئيسية ما يلي:

4.1 خصائص التكوين

قوة الضغط غير المحصورة (UCS): تملي حجم القاطع وعدوانية.

مؤشر التآكل: يحدد احتياجات المقاومة.

الكسور الطبيعية: تتطلب تصاميم مقاومة للتأثير.

4-2 الأهداف التشغيلية

تعظيم ROP: متوازن ضد التحكم في وجه الأدوات للحفر الاتجاهي.

توافق BHA: يجب أن تتطابق العدوانية قليلا مع المثبتات أو المحركات أو الأنظمة الدوارة القابلة للتوجيه في تجميع الثقب السفلي.

التحكم في الاهتزازات: تقليل الانزلاق العصا والدوامة والاهتزاز الجانبي.

4-3 الكفاءة الهيدروليكية

تصميم فوهة: مُحسَّن لإخلاء القطع والتبريد.

معدل التدفق وضغط المضخة: تكيف مع خسائر الضغط الجانبي الطويلة.

4.4 بت متانة

مادة القاطع: قواطع PDC مستقرة حراريًا لدرجة الحرارة العالية ERD.

حماية المقياس: للحفاظ على قطر الثقب على فترات طويلة.

5. الابتكارات التكنولوجية في تصميم بت ERD

تقدم تكنولوجيا بت الحديثة العديد من التحسينات التي تعالج بشكل مباشر تحديات ERD:

1. أشكال قاطع PDC المحسنة – قواطع مخروطية ومغرفة ومغرفة لتحسين مقاومة التآكل وكفاءة القطع.

2. أجسام بت مطبوعة ثلاثية الأبعاد – تسمح بالهيدروليكية الأمثل وخفض الوزن دون التضحية بالقوة.

3. العمق الديناميكي للتحكم بالقطع – يثبت عزم الدوران ويحسن القدرة على التوجيه.

4. تصاميم مضادة للدوبان ومضادة للاهتزاز – تقلل من تقلبات وجه الأدوات وتحسين التحكم في الاتجاهات.

5. بتات المثقاب الذكي – توفر أجهزة الاستشعار المدمجة الاهتزازات المنخفضة وعزم الدوران وارتداء البيانات في الوقت الفعلي.

6. تحسين البت المدفوعة بالبيانات

مع التقدم في الذكاء الاصطناعي ومنصات الحفر الرقمية، لم يعد اختيار البت يعتمد فقط على بيانات الآبار أو التجربة الذاتية. وتشمل النُهُج القائمة على البيانات فيما يتعلق بتخفيضات الموارد البشرية ما يلي:

تحليل جيد أوفست: النمذجة الإحصائية لتاريخ أداء بت في الليثولوجيا المماثلة.

خوارزميات التعلم الآلي: توقع تكوينات البت المثلى لتشكيلات معينة.

التحسين في الوقت الفعلي: ضبط معلمات الحفر بناءً على تعليقات أداء بت مباشر.

محاكاة التوأم الرقمي: اختبار تقريبًا تصاميم متعددة بت قبل النشر.

أظهرت دراسات الحالة أن اختيار بت بمساعدة الذكاء الاصطناعي في ERD يمكن أن يقلل من الرحلات بنسبة تصل إلى 30٪ وزيادة ROP بنسبة 15-20٪ مقارنة بطرق الاختيار التقليدية.

7. دراسة حالة: التحسين قليلا في مشروع ERD في بحر الشمال

واجه مشغل بحر الشمال الذي قام بحفر عمق 12,000 متر بشكل جيد مشاكل حادة في عزم الدوران في تسلسل صخري رملي.