اشاره:
آن‌چه كه در پي مي‌آيد، ويرايش نخست سومين بخش از مقاله‌ي «آشنايي با روش‌هاي نوين حفاري» و اولين بخش از مقاله‌ي « آشنايي با مباني حفاري زير تعادلي (Under Balance Drilling(UBD» از مجموعه‌ي متون آموزشي مفاهيم مهندسي نفت، ويژه‌ي خبرنگاران سياستي و سياست‌پژوهان بخش بالادستي نفت و اقتصاد انرژي است كه در سرويس مسائل راهبردي دفتر مطالعات خبرگزاري دانشجويان ايران، تدوين شده است.
اين مقاله سعي مي‌كند ضمن معرفي اجمالي روش حفاري زيرتعادلي به مقايسه‌ي آن با روش حفاري فرا تعادلي بپردازد.
توصيه مي‌شود خوانندگان گرامي قبل از مطالعه اين مقاله شماره‌هاي پيشين مجموعه مقالات آشنايي با مفاهيم مهندسي نفت را در حوزه‌ي حفاري مطالعه كنند.
خواننده با مطالعه‌ي اين مقالات تا حدودي مي‌تواند درك كند كه در مراحل مختلف مديريت يك مخزن به چه فناوري‌ها و دانش‌هايي نياز است. در واقع مجموعه‌ي اين مقالات با ادبياتي غيرفني مفاهيمي فني را براي خواننده توضيح مي‌دهند كه با استفاده از آن تا حدودي مي‌توان به ارزيابي عملكرد مديريت مخزن پرداخت. پديد آمدن اين امكان براي خبرنگار يا سياست‌پژوه، توانايي ارزيابي و پرسش‌گري بالاتر و دقيق‌تري را در بررسي كلي سياست‌ها و ظرفيت‌هاي شركت‌هاي نفتي ايجاد مي‌كند. سرويس مسائل راهبردي ايران، آشنايي با مفاهيم تخصصي را مقدمه‌ي ايجاد يك عرصه‌ عمومي براي گفت وگوي دانشگاهيان و حرفه‌مندان با مديران و سياست‌گزاران درباره‌ي سياست‌ها و استراتژي‌ها در بخش‌هاي مختلف مي‌داند و براي آشنايي خبرنگاران و دانشجويان سياست‌پژوه در حوزه‌هاي تخصصي، اقدام به تدوين و ارائه‌ي متوني آموزشي در اين‌باره مي‌كند.
سرويس مسائل راهبردي ايران rahbord.isna@gmail.com آمادگي بررسي دقيق‌تر نياز‌هاي خبرنگاران و سياست‌ پژوهان محترم و انعكاس ديدگاه‌هاي كارشناسان و متخصصان گرامي مهندسي نفت را درباره‌ي مجموعه‌ي اين مقالات دارد.

حفاري زير تعادلي(Under Balance Drilling)

بيشتر چاه‌هاي نفت و گاز طبيعي با روش دوراني حفر مي‌گردند كه در آن مته حفاري سنگ‌هاي ته چاه را خرد مي‌كند. سيال حفاري  از درون لوله‌هاي حفاري به پايين پمپ شده و از فضاي حلقوي ميان لوله حفاري و ديواره‌ي چاه به سطح زمين باز مي‌گردد. همراه با جريان اين سيال در درون چاه، خرده‌هاي حاصل از عمل حفاري به سمت بالا حمل مي‌شوند و بدين صورت درون چاه تميز مي‌شود.
در عمليات حفاري، سيال حفاري وظايف ديگري نيز بر عهده دارد كه شامل حفظ استحكام ديواره‌ي چاه، خنك كردن مته و مهم‌تر از همه كنترل سيالات درون سازندهاي حفاري شده است. هنگامي گفته مي‌شود چاه در حالت تعادل ( Balance) قرار دارد كه فشار سازند و فشار ناشي از ستون سيال حفاري با هم برابر باشند. در اين حالت هيچگونه انتقال سيالي بين چاه و سازند رخ نمي‌دهد.
تركيب و خواص سيال حفاري اغلب طوري انتخاب مي‌شود كه فشار سيال از فشار روزنه‌اي سيالات سازندي كه درمعرض حفاري قرار مي‌گيرند بيشتر باشد. در اين شرايط فراتعادلي (overbalance) فشار سيال حفاري از ورود سيالات سازند به درون چاه در حين عمليات حفاري جلوگيري مي‌كند. اما در اين وضعيت مقداري از سيال حفاري به درون سازند نفوذ مي‌كند كه معمولا سعي مي‌شود با افزودن موادي به گل و ايجاد يك لايه با نفوذ‌پذيري كم بر روي ديواره چاه، ميزان اين نفوذ را كاهش دهند.
در حفاري زير تعادلي ( UBD) فشار سيال حفاري عملا كمتر از فشار روزنه‌هاي سيالات سازند نگه‌داشته مي‌شود، در نتيجه در مواجهه با سازندهاي نفوذپذير، سيال سازند اجازه نفوذ به درون چاه در حال حفاري را پيدا مي‌كند. در اين روش تجهيزات و روش‌هاي خاصي براي كنترل جريان سازند در حفاري زير تعادلي مورد نياز است. اما اين روش مزيت‌هاي قابل ملاحظه‌اي نسبت به حفاري معمولي دارد.

ضرورت استفاده از حفاري زير تعادلي (UBD) 
استفاده از اين روش مزيت‌هايي به همراه دارد كه مي‌تواند باعث بهبود در بازگشت سرمايه در حفاري يك چاه شود كه از آن قبيل مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
ـ افزاش سرعت حفاري و عمر مته
ـ كاهش احتمال گير كردن رشته حفاري در درون چاه
ـ به حداقل رساندن هرز روي گل در حين حفاري
ـ بهبود بخشيدن به ارزيابي سازند
ـ افزايش توليد چاه
ـ كاهش و يا عدم نياز به تحريك اوليه چاه

ميزان موفقيت در رسيدن به اهداف بالا به شرايط هدف چاه در مخزن و لايه‌هاي حفاري شده و همچنين به شرايط خاص چاه بستگي دارد. 

افزايش سرعت حفاري
UBD مي‌تواند موجب افزايش سرعت حفاري شود. منابع زيادي سرعت بالاي حفاري‌هاي انجام شده توسط هوا و يا سيالات سبك شده را نسبت به حفاري فراتعادلي با سيالات حفاري معمولي گزارش داده‌اند، يك بررسي در سال 1993 نشان داد كه سرعت حفاري با هوا(UBD) مي‌تواند 10 برابر بيشتر از حفاري با گل در يك سازند معين باشد.

افزايش عمر مته
حفاري UBD فشارهاي اعمال شده روي سنگ توسط سيال حفاري را برمي‌دارد. اين مساله، ميزان مقاومت ظاهري سنگ را كاهش مي‌دهد به همين دليل كار كمتري براي حفرمقدار معيني از سنگ مورد نياز خواهد بود. منطقي است كه اين موضوع سبب افزايش عمر مته در عمليات حفاري مي‌شود.

كاهش هرز روي سيال حفاري
هرز روي سيال حفاري زماني رخ مي‌دهد كه سيال در مواجهه با سازندهاي باز و يا با نفوذپذيري بالا به جاي جريان يافتن به سوي سطح زمين وارد سازند شود. بيشتر اين هرز روي در هنگام برخورد به شكاف‌هاي طبيعي كه در مجاورت چاه قرار دارند و يا شكاف‌هايي كه توسط فشار بالاي سيال حفاري القاء مي‌شوند رخ مي‌دهد. از آنجايي كه در UBD هيچ نيرويي براي راندن سيال به درون سازند وجود ندارد اين روش به ميزان چشمگيري هرز روي سيال را كاهش مي‌دهد.

كاهش احتمال گيركردن رشته حفاري
در حين حفاري فراتعادلي(OBD) هنگامي كه سيال حفاري به درون سازند نفوذ مي‌كند، لايه‌اي به اسم كيك گل (Mud cake) از رسوبات جامد بر روي ديواره چاه تشكيل مي‌شود. اگر رشته حفاري وارد اين كيك شود، اختلاف فشار سيال حفاري و سيال درون كيك بر سطح رشته حفاري وارد مي‌شود و باعث مي‌شود كه ميزان نيروي محوري براي بالا كشيدن رشته حفاري از مقاومت كششي لوله‌ها فراتر رود. در اين حالت گفته مي‌شود كه رشته حفاري دچار گير اختلافي ( differential sticking) شده است. درUBD نه كيك بر ديواره تشكيل مي‌شود و نه نيرويي بر رشته حفاري وارد مي‌آيد كه باعث گير كردن آن شود.

كاهش آسيب ديدگي سازند
آسيب سازند زماني رخ مي‌دهد كه مايع و يا جامدات يا هر دوي آنها در حين حفاري از چاه وارد سازند شوند. اگر فشار سيال حفاري كمتر از فشار روزنه‌اي سازند باشد، نيروي محركه ايجاد شده سبب مي‌شود ورود جامدات و مايعات به درون سازند متوقف شود.
البته در بعضي مواقع اختلاف پتانسيل شيميايي مواد سازنده سيال حفاري و سازند، سبب نفوذ سيال به سازند مي‌شود كه در UBD نمي‌توان جلوي آن را گرفت. جلوگيري از آسيب سازند به منزله داشتن توليد بهتر در آينده است.

سريعتر به توليد رساندن چاه
هنگامي كه چاه به صورت UBD حفاري مي‌شود. توليد هيدروكربن از لحظه حفر سازند بهره‌ده آغاز مي‌شود. با داشتن تجهيزات مناسب مي‌توان، نفت توليدي در حين حفاري را جمع‌آوري كرد.

كاهش نياز به تحريك چاه
تحريك چاه مي‌تواند شامل اسيدكاري براي برطرف كردن آسيب ديدگي چاه باشد و يا شكاف هيدورليكي كه مي‌تواند براي تضمين توليد مناسب در مخازن با نفوذپذيري پايين و يا جبران آسيب ديدگي سازند مورد استفاده قرار گيرد. كاهش آسيب ديدگي سازند به منزله كاهش هزينه‌هاي تحريك چاه مي‌باشد.

بهبود در ارزيابي سازند
هنگامي كه يك چاه تحت حفاري UBD  قرار مي‌گيرد، سيال از هر سازند نفوذپذير به محض حفر شدن وارد حفره چاه مي‌شود. حفر هر سازند حامل هيدروكربن كه نفوذپذيري و نيروي محركه مناسبي داشته باشد، سبب افزايش درصد هيدروكربن در سيال حفاري مي‌شود. با داشتن تجهيزات تشخيصي مي‌توان سازندهاي بهره‌ده مناسب را به محض حفاري مشخص ساخت.

مزاياي زيست محيطي
مزاياي زيست محيطي زيادي در حفاري UBD مي‌تواند نهفته باشد. با حفاري توسط سيال خشك گازي، ديگر مايعات حفاري مخزن كه بعد از حفاري بايد دور ريخته شوند، وجود ندارد. مواد شيميايي مورد استفاده در سيالات مورد استفاده در روش UBD از قبيل ميست (Mist) و كف ( foam) اغلب قابل تجزيه در طبيعت هستند و مشكلات چنداني براي محيط زيست ايجاد نمي‌كنند.
از سوي ديگر، سيالات سازند كه در حين حفاري UBD توليد مي‌شوند، در سيستم‌هاي سطحي باز بايد به دقت جابه جا شوند تا موجب آلودگي محيط زيست نگردد. در سيستم‌هاي سطحي بسته، كنده‌هاي حفاري و سيالات توليدي در مسير معيني قرار دارند كه احتمال آلودگي محيط را به حداقل مي‌رساند.

تدوين: مهندس توماج فرود
دانشجوي كارشناسي ‌ارشد مهندسي حفاري-‌بهره‌برداري دانشگاه صنعتي اميركبير
خبرنگار مهندسي نفت سرويس مسايل راهبردي دفتر مطالعات خبرگزاري دانشجويان ايران(ISNA)