بقلم: د. نبيل سامح
1. المقدمة
تُعد تقنية الحفر باستخدام الأنابيب الملفوفة (CTD) واحدة من أبرز التطورات الحديثة في مجال خدمات الآبار وعمليات الحفر. وتعتمد هذه التقنية على استخدام أنبوب فولاذي صغير القطر، مستمر وغير مفصول، ملفوف على بكرة ضخمة، يُستخدم في تنفيذ عمليات الحفر دون الحاجة إلى أنابيب الحفر التقليدية أو عمليات الفك والتركيب المتكررة.
وقد طُوِّرت هذه التقنية في البداية لأغراض تنظيف الآبار والتحفيز، لكنها تطورت لاحقًا لتصبح نظام حفر متكامل يُستخدم على نطاق واسع في الحقول البرية والبحرية.
تتميز تقنية الحفر بالأنابيب الملفوفة بعدة مزايا تشغيلية، منها تقليل زمن الرحلات داخل وخارج البئر، تعزيز مستويات السلامة، وإمكانية الحفر بضغط أقل من ضغط المكمن (Underbalanced Drilling). كما تعدّ أداة فعالة في عمليات إعادة الدخول للآبار القديمة، والحفر الاتجاهي في الحقول الناضجة، والبيئات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الضغط وتقليل تلف الطبقات المنتجة.
يستعرض هذا المقال الإطار النظري لعمليات الحفر باستخدام الأنابيب الملفوفة، موضحًا المبادئ الأساسية، والمكونات، والإجراءات التشغيلية، والفوائد، والتحديات، مع التركيز على أهميتها المتزايدة في صناعة البترول الحديثة.
2. المفهوم والمبدأ العام لتقنية الأنابيب الملفوفة
تختلف تقنية الحفر بالأنابيب الملفوفة عن طرق الحفر التقليدية في أن سلسلة الحفر تكون أنبوبًا مرنًا ومستمرًا بدلاً من الأنابيب المفصلية. يتم سحب الأنبوب من البكرة وإدخاله في البئر بواسطة رأس التغذية (Injector Head)، مما يسمح باستمرار ضخ سوائل الحفر دون انقطاع.
وعلى عكس الحفر الدوّار التقليدي الذي يعتمد على تدوير عمود الحفر من السطح، تستخدم تقنية الأنابيب الملفوفة محركات أو تربينات أسفل البئر لتدوير رأس الحفر. ويتم توفير الطاقة الهيدروليكية لهذه المحركات من خلال سائل الحفر المار داخل الأنبوب.
هذه الميزة تُمكّن من استمرار الحفر دون توقف لضخ السائل، مما يحافظ على استقرار الضغط في قاع البئر ويقلل من مشاكل الانهيار أو تلف التكوينات.
ويقوم المبدأ النظري لتقنية الحفر بالأنابيب الملفوفة على ثلاثة أهداف رئيسية:
• استمرارية الضخ: الحفاظ على تدفق سائل الحفر بشكل متواصل لضمان ثبات الضغط في قاع البئر.
• التحكم الفعّال في الضغط: مناسبة للحفر المتوازن والمدار بالضغط.
• المرونة التشغيلية: إمكانية الدخول إلى الآبار المنتجة دون الحاجة إلى إيقاف الإنتاج أو قتل البئر، مما يقلل من المخاطر ويحد من تلف الطبقات.
3. المكونات الرئيسية لنظام الحفر بالأنابيب الملفوفة
يتكون نظام الحفر باستخدام الأنابيب الملفوفة من مجموعة متكاملة من المعدات السطحية وتحت السطحية التي تعمل بتناغم لتوفير عملية حفر فعالة وآمنة.
3.1 بكرة الأنابيب (Coiled Tubing Reel)
تُستخدم لتخزين الأنبوب المستمر الذي قد يصل طوله إلى عدة آلاف من الأمتار. وتحتوي على نظام لفّ يضمن توزيع الأنبوب بشكل متوازن أثناء التشغيل. يجب أن يتميز الأنبوب بالمرونة والمتانة لتحمل عمليات اللف والفك المتكررة.
3.2 رأس التغذية (Injector Head)
يقوم هذا الجهاز بإدخال وسحب الأنبوب داخل وخارج البئر، ويعتمد على سلاسل هيدروليكية أو سيور متحركة لتوفير حركة دقيقة ومستمرة حتى في وجود ضغط من داخل البئر.
3.3 معدات التحكم في الضغط (Pressure Control Equipment)
تُعد من أهم عناصر الأمان في النظام، وتشمل مانع الانفجار (BOP) ووحدة الإحكام (Stripper). وتسمح بتحريك الأنبوب داخل البئر دون فقدان السيطرة على الضغط.
3.4 التجميع السفلي (Bottom Hole Assembly – BHA)
يتكون من محرك الحفر السفلي، ورأس الحفر، وأجهزة القياس، وأحيانًا أدوات التوجيه. ويوفر الدوران والتحكم في الوزن على رأس الحفر، كما يُرسل بيانات لتوجيه عملية الحفر بدقة.
3.5 غرفة التحكم ووحدة الطاقة
يتم تشغيل ومراقبة جميع الأنظمة من غرفة تحكم مركزية. وتوفر وحدة الطاقة الهيدروليكية والكهربائية القدرة لتشغيل البكرة ورأس التغذية والمكونات الأخرى.
تعمل هذه الأنظمة معًا لتحقيق عملية حفر مستمرة وآمنة وذات كفاءة عالية.
4. خطوات التشغيل في الحفر بالأنابيب الملفوفة
تتبع عمليات الحفر بالأنابيب الملفوفة تسلسلًا دقيقًا لضمان الأداء الأمثل والسلامة التشغيلية.
4.1 تحضير البئر
يُجرى فحص شامل للبئر لتحديد ملاءمته للنظام، ويشمل ذلك اختبار الضغط، وتحديد خواص السوائل، وتصميم التجميع السفلي بما يتوافق مع ظروف البئر.
4.2 التجهيز والتركيب
يتم تجميع وحدة الأنابيب الملفوفة والبكرة ومعدات التحكم بالضغط في موقع البئر، وتُركّب التجميعة السفلية في نهاية الأنبوب قبل تشغيله داخل البئر.
4.3 عملية الحفر
يُضخ سائل الحفر داخل الأنبوب لتشغيل المحرك السفلي الذي يدير رأس الحفر. يساعد التدفق المستمر للسائل على استقرار جدار البئر وحمل الفتات الصخري إلى السطح. كما يمكن تعديل المعلمات التشغيلية بناءً على البيانات القادمة من أجهزة القياس أسفل البئر.
4.4 التشغيل المستمر دون فواصل
لا تتطلب تقنية الأنابيب الملفوفة عمليات فك وتركيب الأنابيب كما في الحفر التقليدي، مما يختصر الزمن ويزيد كفاءة الحفر.
4.5 التحكم في الضغط
تُستخدم معدات التحكم بالضغط لضمان التشغيل الآمن تحت ظروف الضغط العالي، ما يجعل التقنية مثالية للحفر المتوازن وتحت المتوازن.
4.6 الإنهاء والتقييم
بعد الانتهاء من الحفر، يتم سحب الأنبوب وإعادة لفّه على البكرة، ثم تُفك المعدات السطحية وتُحلل البيانات لتقييم أداء العملية.
5. مزايا الحفر باستخدام الأنابيب الملفوفة
تتميز تقنية الأنابيب الملفوفة بعدد من المزايا التشغيلية والنظرية مقارنة بالحفر التقليدي:
• تقليل زمن التوقف: عدم الحاجة إلى وصلات أنابيب يسرّع العملية.
• تحسين السلامة: الاعتماد على أنظمة مؤتمتة يقلل من المخاطر البشرية.
• إمكانية الحفر المتوازن: تقليل تلف التكوينات وزيادة كفاءة الإنتاج.
• سهولة النقل: الوحدات صغيرة الحجم وسهلة الحركة خاصة في البيئات النائية.
• إعادة الدخول إلى الآبار: إمكانية الحفر في آبار قائمة دون إزالة التوصيلات.
• الأثر البيئي المنخفض: عمليات أقصر وفقد أقل للسوائل وانبعاثات محدودة.
6. التحديات والقيود التشغيلية
رغم المزايا المتعددة، تواجه التقنية بعض القيود التي يجب التعامل معها هندسيًا وتشغيليًا:
• إجهاد الأنبوب: الانحناءات المتكررة تؤدي إلى إجهاد المعدن بمرور الوقت.
• العمق المحدود: قطر الأنبوب الصغير يقلل من عمق الحفر الممكن.
• التكلفة الأولية العالية: تتطلب المعدات استثمارات كبيرة وصيانة دقيقة.
• كفاءة تنظيف محدودة: المسافات الضيقة بين الأنبوب وجدار البئر تقلل من كفاءة رفع الفتات.
• تحكم محدود بالوزن على رأس الحفر: مما قد يؤثر على معدل الاختراق.
التغلب على هذه التحديات يتطلب تطوير المواد، وتطبيق المراقبة الذكية، وتحسين التصميم التشغيلي.
7. الاتجاهات الحديثة في تقنية الأنابيب الملفوفة
تشهد تقنية الحفر باستخدام الأنابيب الملفوفة تطورات سريعة لتعزيز قدراتها:
• الحفر الاتجاهي بالأنابيب الملفوفة: باستخدام أدوات توجيه وأجهزة قياس فورية لتحديد مسار الحفر بدقة.
• التحكم الرقمي والأنظمة المؤتمتة: لتحسين الدقة وتقليل الأخطاء البشرية.
• الأنظمة الهجينة: دمج الأنابيب الملفوفة مع أنظمة التوجيه الدوارة لتحقيق أعماق أكبر.
• المواد المتطورة: تطوير سبائك مقاومة للتآكل والإجهاد لزيادة عمر الأنابيب.
• الحفر المتوازن المدار: دمج تقنيات التحكم بالضغط مع المراقبة الفورية لتحسين الأداء.
تُظهر هذه الاتجاهات انتقال التقنية من أداة تدخل خاصة إلى نظام حفر رئيسي متكامل.
8. الخاتمة
تمثل تقنية الحفر باستخدام الأنابيب الملفوفة ثورة هندسية تربط بين تقنيات الحفر التقليدية وأساليب التدخل الحديثة في الآبار. وتكمن أهميتها النظرية في قدرتها على تنفيذ عمليات حفر مستمرة وآمنة وفعّالة بأقل تأثير بيئي ممكن.
لقد أصبحت هذه التقنية ركيزة أساسية في تطوير الحقول وتحسين إدارة المكامن بفضل قدرتها على الحفر في الآبار الحية وتقليل زمن العمليات. ومع استمرار التطور في المواد والتقنيات الرقمية، تتوسع مجالات تطبيقها لتشمل بيئات أكثر تعقيدًا.
وفي النهاية، تجسد تقنية الأنابيب الملفوفة التوجه الحديث نحو عمليات حفر أكثر أمانًا وكفاءة واستدامة، تجمع بين الابتكار الهندسي والمسؤولية البيئية في
صناعة النفط والغاز.
بقلم: د. نبيل سامح
مدير تطوير الأعمال بشركة نايلكو
مدرب دولي معتمد في مجال البترول
أستاذ بعدة أكاديميات ومراكز تدريب بترولية منها
Enviro Oil و ZAD Academy و Deep Horizon
محاضر بجامعات داخل وخارج مصر
كاتب مقالات فنية في مجلتي
Petrocraft و Petrotoday
