دنیای در حال گسترش حفاری با گردش معکوس

 

 

 

دنیای در حال گسترش حفاری با گردش معکوس

 

 

فرآیند سازگار با محیط زیست برای چاه های با قطر بزرگ در سازندهای مختلف ایده آل است.

 

 

 

حفاری با گردش معکوس یک تکنیک حفاری است که به تکامل خود ادامه می دهد و مزایای واقعی را برای صنعت منابع آب و فراتر از آن فراهم می کند.

 

ترکیبی از حفاری با گردش معکوس لوله دوگانه، معکوس لوله دوتایی است که اغلب DTFR نامیده می شود. این یک فرآیند حفاری غیر تهاجمی و سازگار با محیط زیست است که محیط زیست حساس را هم در بالای زمین و هم در زیر سطح حفظ می کند.

 

DTFR از ترکیبی از آب سازند طبیعی، آب تمیز اضافه شده و هوای فشرده برای به حرکت درآوردن برش‌های مته استفاده می‌کند تا امکان پیشروی سوراخ‌های با قطر بزرگ را در سازندهای مختلف از زمین‌شناسی تثبیت نشده تا سنگ‌های متوسط ​​سخت و شکسته فراهم کند.

میله مته لوله دوتایی که 85/8 اینچ است. اتصالات لوله داخلی و لوله بیرونی به طور همزمان ساخته می شوند.

 

 

این در نتیجه توانایی منحصر به فرد DTFR برای ایجاد یک اثر تثبیت کننده بر روی گمانه از طریق ستون سیال آن با اعمال فشار هیدرولیکی ملایم بر روی دیواره سوراخ انجام می شود.

 

DTFR از یک بیت تریکون مجهز به یک غلاف آداپتور طراحی شده برای پذیرش برش هایی استفاده می کند که از سطح بیت از داخل بیت تریکون عبور می کنند و به لوله داخلی میله مته RC هدایت می شوند.

 

این تکنیک ترکیبی در جوامع حفاری در سراسر کشور از طرف پیمانکاران در ساحل غربی، در بیابان های جنوب غربی، دشت های غرب میانه، مناطق جنوبی فلوریدا و در جزایر هاوایی محبوبیت پیدا کرده است. همچنین در کانادا، استرالیا و آمریکای لاتین در سطح بین المللی مورد توجه قرار گرفته است.

 

 

کاربردهای DTFR معمولاً به عنوان پروژه‌هایی مشخص می‌شوند که شامل چاه‌های منابع آب با قطر بزرگ در زمین‌شناسی رسوبی و/یا دگرگونی با اعماق معمولاً از 500 فوت تا 3000 فوت است که در آن مراقبت‌های محیطی اهمیت دارد.

 

 

 

 

نمودار الف. نمای سطحی راه اندازی سیستم معکوس با لوله دوگانه.

 

 

 

برنامه های کاربردی

 

DTFR همچنین در کاربردهای موجود در صنایع معدنی مانند آبگیری چاه ها، ساخت شفت های دریچه، سوراخ های خمیری و چاه های تزریق و دفع مورد استفاده قرار گرفته است. در صنعت ساخت و ساز مدنی، به دلیل توانایی خود در پیشبرد حفاری فونداسیون با قطر بزرگ در مناطق شهری حساس به محیط زیست به شهرت رسیده است.

 

بارها در پروژه های ساحلی که کنترل آلودگی یک نگرانی اصلی است استفاده شده است. گردش معکوس با قطر بزرگ همچنین جایگاهی در توانایی خود در تنظیم پوشش هادی برای چاه های نفت/گاز و زمین گرمایی در حالی که از سفره های آب شرب مجاور محافظت می کند، به دست آورده است.

 

ظهور اخیر DTFR در پروژه های منابع آب با قطر بزرگ نتیجه پیشگامان صنعت و موفقیت آنها در به کارگیری این فناوری است. مزایای منحصر به فرد آن به تدریج در حال انتشار است و به طور فزاینده ای در جامعه حفاری مورد استفاده قرار می گیرد و به عنوان گزینه ای برای مشتریان خود ارائه می شود.

 

 

 

 

 

 

نمودار B. حرکت هوا، قلمه ها و سیال در حفاری معکوس غرقابی لوله دوتایی.

 

 

 

 

چگونه کار می کند

نمودارهای A، B و C را ببینید. گمانه به طور مداوم با مایع حفاری پر می شود و یک ستون سیال بین دیواره گمانه و بیرون میله مته لوله دوتایی ایجاد شده و حفظ می شود.

 

سپس هوای فشرده از طریق حلقۀ میله مته لوله دوتایی RC وارد سوراخی می شود (هوا بین داخل لوله بیرونی و بیرون لوله داخلی به سمت پایین چاله جریان می یابد).

 

جریان هوا با نزدیک شدن به پایین رشته مته به سمت بالا و داخل لوله داخلی هدایت می شود. جزء رشته مته که مسئول هدایت جریان هوا به داخل سوراخ لوله داخلی است، "زیر انژکتور هوا" نامیده می شود. وظیفه آن آزاد کردن هوای فشرده به داخل لوله داخلی است که در آن منبسط می شود و در نتیجه یک جریان پویا به سمت بالا ایجاد می کند - که مسیری با کمترین مقاومت را دنبال می کند - که سپس دوغابی متشکل از هوا، مایع حفاری و برش های گمانه را به سطح می برد.

 

گاهی اوقات، پمپ های مکش نیز برای کمک به جریان رو به بالا دوغاب سیال حفاری استفاده می شود.

 

 

پس از رسیدن به سطح، دوغاب وارد سیکلون می شود که در آن سیال و قلمه ها با استفاده از وزن خود قلمه همراه با نیروی گریز از مرکز برای ایجاد جداسازی جدا می شوند. پس از جدا شدن، قلمه ها قابل مشاهده و دسترسی هستند. در مرحله بعد، سیال حفاری خروجی از سیکلون به شیل شیکر می رود و در آنجا با حذف مواد جامد باقی مانده تمیز می شود.

 

لرزاننده شیل با استفاده از یک پلت فرم ارتعاشی که ترکیبی از صفحات، گرانش و انرژی ارتعاشی را به کار می گیرد، مواد جامد و تمیز کردن سیال حفاری را انجام می دهد. تمیز کردن سیال حفاری یک مرحله حیاتی در عملیات DTFR است زیرا مواد جامد زیادی که در سیال حفاری حمل می‌شوند در نهایت می‌توانند مانع تمیز کردن مناسب حفاری و در نهایت رشته مته شوند.

 

پس از تمیز کردن، سیال حفاری سپس به مخزن نگهداری سیال بازگردانده می شود و در نهایت در صورت نیاز به بالای چاه باز می گردد. این چرخش مجدد و تمیز کردن سیال حفاری یک چرخه مداوم است که در طول فرآیند حفاری ادامه دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نمودار C. مونتاژ سوراخ پایین مورد استفاده در حفاری معکوس با لوله دوگانه. تصویر سوراخ بازکن را در صفحه زیر ببینید.

 

 

 

مزایای DTFR

 

DTFR به طور مثبت با الزامات اساسی مورد نیاز برای ساخت چاه های شهری و تجاری با قطر بزرگ در بسیاری از مناطق در سراسر کشور مطابقت دارد. DTFR همچنین سازگار با محیط زیست است و امکان کنترل برش ها و تخلیه مایع حفاری را فراهم می کند، بنابراین رواناب و آلودگی محل را به حداقل می رساند.

 

سازندهایی که می توانند استفاده از حفاری چرخشی هوا یا گل را با گردش تلفات خنثی کنند، می توانند به طور موثر با DTFR حفاری شوند. سیال گمانه مرتبط با DTFR به آرامی حرکت می کند - بنابراین دیواره گمانه را فرسایش نمی دهد، بلکه با اعمال فشار ملایم و حتی هیدرولیکی بر روی دیواره گمانه از گمانه محافظت و حفظ می کند.

 

این امر ثبات را فراهم می‌کند و پیشرفت چاه‌های با قطر بزرگ را در سازندهای تثبیت نشده و/یا رسوبی امکان‌پذیر می‌سازد که در غیر این صورت با تکنیک‌های حفاری مرسوم مشکل‌ساز خواهند بود.

 

DTFR در بیشتر موارد نیازی به استفاده از گل یا مواد افزودنی ندارد و یک روش حفاری غیر تهاجمی است که از هوای کم psi و سیال حفاری کم جریان استفاده می کند.

 

سازند باز باقی می ماند، مهر و موم نشده یا با افزودنی های سیال حفاری بسته بندی نشده است، که بسیار مهم است زیرا هم توسعه سریع چاه را امکان پذیر می کند و هم باعث افزایش کیفیت چاه و تولید آن می شود.

 

نمونه‌های DTFR را می‌توان دقیق‌تر از نمونه‌های چرخشی هوا یا گل در نظر گرفت زیرا در معرض دیواره گمانه قرار نمی‌گیرند که می‌تواند نمونه را آلوده کند. نمونه DTFR مستقیماً از حفره ی بیتی که به طور ایمن در داخل لوله داخلی قرار دارد به ناحیه جمع آوری حرکت می کند.

 

نمونه بدون پوشش بنتونیت نیز تمیز است. قلمه ها فوراً سازند فعلی در حال حفاری را نشان می دهند. نمونه تمیز امکان شناسایی و شناسایی آسان سنگ شناسی را فراهم می کند و به قرارگیری بهینه صفحه چاه کمک می کند.

 

فقط هوای کم فشار مورد نیاز است. بنابراین، کمپرسورهای هوای زوزه‌کش و دکل‌های حفاری با دریچه گاز کامل وجود ندارند. این سایت نسبتاً ساکت است، بنابراین مزاحمت در مناطق پرجمعیت و حیات وحش به حداقل می رسد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

معمولاً از سوراخ بازکن ها به عنوان جزئی از BHA برای افزایش قطر گمانه استفاده می شود. سوراخ‌باز می‌تواند از یک سوراخ آزمایشی با قطر کمتر حفر شده قبلی پیروی کند، روشی که برای اطمینان از شاقول بودن سوراخ قبل از تکمیل سوراخ نهایی با قطر بزرگتر استفاده می‌شود. به طور متناوب با توجه به زمین شناسی مناسب، حفره بازکن را می توان در نزدیکی سطح مستقر کرد و با یک گذرگاه به قطر گمانه دلخواه رسید.

 

 

 

 

 

محدودیت های DTFR

 

آماده سازی برای DTFR نیازمند سرمایه گذاری قابل توجهی برای شروع است: دکل مناسب، ابزارهای درون سوراخ، شیکرهای شیل و کمپرسور. و اقتصاد مرتبط با تکنیک DTFR تنها زمانی که اندازه گمانه 20 اینچ قطر یا بزرگتر باشد واقعاً نتیجه می دهد. سوراخ‌های کم عمق با قطر کوچک‌تر به احتمال زیاد توسط روش‌های چرخشی معمولی با هوا و گل، ابزار کابلی یا مته سوراخ می‌شوند. اکثر پروژه های DTFR حداقل دارای عمق حفره متوسط ​​هستند و معمولاً بین 500 تا 3000 فوت هستند.

 

 

ابزارهای لوله دوتایی نسبتا سنگین هستند. بنابراین، دکل باید ظرفیت بار قلاب کافی (ظرفیت بالا بردن و پایین آوردن) را داشته باشد. ممکن است محدودیت‌هایی در عمق وجود داشته باشد، اما اگر یک دکل حفاری به اندازه کافی بزرگ دارید، DTFR با موفقیت در عمق بیش از 10000 فوت استفاده شده است.

 

در حالی که محل حفاری می تواند نسبتاً کوچک باشد، اما هنوز هم حداقل حدود 125 فوت مربع است که بزرگتر از نیاز برخی تکنیک های دیگر حفاری است. DTFR همچنین به منبع خوبی برای حجم زیادی از آب تمیز در مجاورت نیاز دارد.

 

DTFR در سازندهای آذرین فوق سخت همگن کمتر موثر است. نرخ نفوذ در سازندهای دانه ای بهترین است. سنگفرش های بسیار بزرگ اگر آنقدر بزرگ باشند که نتوانند از لوله داخلی RC عبور کنند می توانند مشکل ساز شوند. DTFR همچنین برای حفاری گسترده خاک رس چسبنده، سیلت ها و دیگر سازندهای بسیار ریز دانه مناسب نیست.

 

در نهایت، به یک اپراتور مجرب با تخصص در استفاده از این تکنیک حفاری نیاز دارد.

 

 

 

صداهایی از میدان

در زیر نظرات پیمانکاران باتجربه حفاری DTFR از سراسر کشور آمده است.

 

Gingerich Well and Pump Service LLC در کالونا، آیووا

 

کلینت گینگریچ و برادرش کوروین، مالکان مشترک چاه و پمپ جینجریچ هستند، یک تجارت خانوادگی که در سال 1956 تأسیس شد. مشارکت گینگریچ با حفاری دوار در سال 2007 زمانی که کلینت تصمیم به استفاده از این تکنیک را بر اساس آن گرفت، آغاز شد. توانایی آن در تامین سیالات حفاری و تمیز کردن کارآمد گمانه های با قطر زیاد. برنامه های اصلی Gingerich برای DTFR در پروژه هایی است که مستلزم ساخت چاه های شهری و تجاری است.

 

 

چاه و پمپ جینجریچ از DTFR در سنگ آهک سخت و تشکیلات رسوبی در آیووا و ایالت های اطراف آن استفاده می کند. کلینت می گوید که قطرهای حفاری 20 اینچی و بزرگتر با DTFR مطابقت خوبی دارند. خدمه او از یک رشته مته RC سفارشی از 8⅝ اینچ OD × ID 5 اینچ استفاده می کنند. کلینت این اندازه ابزار را انتخاب کرد زیرا شناسه 5 اینچی لوله داخلی با سوراخ 5 اینچی در بالای دکل حفاری مطابقت دارد. بنابراین، با ابعاد مشترک، جریان سیالی را که می تواند با تجهیزات خود به دست آورد، به حداکثر می رساند.

 

جریان سیال یک عامل کلیدی در حفاری با قطر بزرگ است زیرا به طور مستقیم بر تمیز کردن گمانه، مته و بهره وری کلی در پیشبرد گمانه تأثیر می گذارد. حجم بسیار زیادی از قلمه ها از حفاری سوراخ 20 اینچی تا 40 اینچی تولید می شود و هر چه حجم جریان بیشتری را بتوان به دست آورد، حذف قلمه ها از گمانه کارآمدتر است.

 

کلینت اشاره می کند که محدودیت هایی برای DTFR وجود دارد. او می گوید که هزینه آماده سازی حفاری با قطر بزرگ نیازمند سرمایه گذاری قابل توجهی مانند دکل حفاری مناسب، ابزارهای درون سوراخ و تجهیزات مرتبط است.

 

 

 

 

 

 

Dillon و Klint Gingerich از Gingerich Well and Pump Service LLC برای تکمیل یک پروژه چاه شهری با استفاده از DTFR با Schramm TX 130 همکاری می کنند.

 

 

 

 

شرکت‌های Traut در ویت پارک، مینه‌سوتا

 

دیوید ترات، MGWC، CVCLD، معاون شرکت Traut است و اظهار داشت که سیلاب معکوس یک تکنیک خوب برای حفاری چاه های آب با قطر بزرگ در سازندهای سنگ آهکی شکسته رایج در مرکز مینه سوتا است.

 

او برای اولین بار در سال 1999 از معکوس سیلابی استفاده کرد و با تجربه آن را به روشی تبدیل کرد که برای چاه های شهرداری به آن تکیه می کند. مناطق تلفات گردشی که باعث ایجاد مشکل در سایر روش های حفاری شده است، دیگر برای او با DTFR مشکلی ایجاد نمی کند.

 

Traut می تواند DTFR را در یک فضای نسبتاً کوچک (ابعاد سایت 125 فوتی) کار کند، که دارای یک دکل حفاری و تجهیزات کمکی شامل مخزن مایع حفاری 5000 گالن، کمپرسور هوا و تجهیزات حذف مواد جامد است.

 

 

 

 

 

 

تکان دهنده شیل که مواد جامد را از سیال حفاری خارج می کند.

 

 

 

Traut خاطرنشان می کند که حجم هوای مورد نیاز برای یک گمانه DTFR در مقایسه با هوای چرخشی نسبتاً کم است. او می گوید هوای تقریبی 500 تا 600 cfm در 150 تا 350 psi است که psi بیشتر تابع عمق سوراخ است.

 

اگر چه زمانی که با سنگ سخت‌تر مواجه می‌شوید، اغلب به اندازه یک بیت تریکن استفاده نمی‌شود، اما Traut از یک چکش پایین چاله با یک انحراف/بسته‌دهنده در بالای محل تبادل (متقاطع) استفاده می‌کند. دیورتر/پکر یک دونات لاستیکی بزرگ است که میله مته RC را احاطه کرده و تا حدی به دیواره گمانه می‌بندد. این جریان ورودی آب به سمت چکش را محدود می کند. یک ستون آب همچنان در بالای دیورتر/پکر نگه داشته می شود تا تثبیت سوراخ را انجام دهد.

 

 

استفاده از چکش برای ترات در دولومیت و گرانیت است. حالت چکش پایین چاه به حجم بسیار بیشتری از هوا در فشارهای بالاتر نیاز دارد. خدمه Traut معمولاً از حدود 3000 cfm در 325 psi و بالاتر استفاده می کنند، که مجدداً psi تابعی مربوط به عمق سوراخ است.

 

 

 

 

 

 

نمونه ها با حفاری معکوس با لوله دوگانه بسیار دقیق هستند. عکس با حسن نیت شرکت Traut.

 

 

 

Traut اضافه می کند که رشته مته لوله دوگانه نیز به عنوان یک رشته مته معمولی استفاده می شود. در ابتدای حفاری گمانه، 50 فوت تا 80 فوت اولیه باید به طور متعارف حفاری شوند، زیرا فرآیند DTFR نیاز به غوطه ور شدن دارد، زمانی که فشار دیفرانسیل سر کافی برای شروع مکش دینامیکی لازم برای حفظ یک جریان رو به بالا قوی ایجاد شود. بسیاری از حفاری ها مته های خود را به گونه ای تنظیم می کنند که بتوانند از حفاری معمولی به DTFR رفت و آمد کنند. به عنوان مثال، اگر با لایه های ضخیم از خاک رس چسبنده مواجه شد، حفاری ممکن است به طور متعارف حفاری را انتخاب کند.

ممکن است پیشروی از طریق خاک رس قبل از بازگشت به DTFR روش سریع تری باشد.

 

 

چاه و پمپ شهری در واپون، ویسکانسین

Mason Rens یک حفاری سرب در چاه و پمپ شهری است که دو مته دوار اصلی را اجرا می کند. رنس می‌گوید که از طریق سال‌ها تجربه در حفاری چاه‌های آب با قطر بزرگ، شرکت او به این نتیجه رسیده است که DTFR روش ترجیحی برای ساخت چاه بر اساس عوامل مختلف است.

 

اول، DTFR کنترل کامل تخلیه مایع قلمه ها را در محل ممکن می کند، بنابراین آلودگی را به حداقل می رساند. DTFR نیز یک روش غیر تهاجمی حفاری است. از دیدگاه رنس، مانند حفاری چرخشی هوا، گمانه را فرسایش نمی دهد و پایداری گمانه را حتی در سازندهای غیر تحکیم حفظ می کند.

 

بنتونیت ها و مواد افزودنی سیال حفاری برای DTFR مورد نیاز نیستند، بنابراین سازند در معرض بسته بندی یا آب بندی غیر طبیعی قرار نمی گیرد. بنابراین توسعه چاه می‌تواند سریع‌تر و کامل‌تر باشد، در حالی که کیفیت و تولید چاه می‌تواند چندین برابر بهتر از چاه‌هایی باشد که در آنها از مواد افزودنی سیال استفاده می‌شود.

 

علاوه بر این، Rens بیان می‌کند که دقت نمونه با DTFR بالاتر است زیرا قلمه‌ها به سرعت و مستقیماً از رو به بالای لوله داخلی به سطح بدون قرار گرفتن در معرض دیواره گمانه حرکت می‌کنند.

 

DTFR هم حاوی نمونه قلمه ها در لوله داخلی است و هم از آن محافظت می کند و به سرعت آن را مستقیماً برای بررسی دقیق به سطح می رساند و امکان شناسایی سریع و دقیق تغییرات شکل گیری را فراهم می کند - که رنز ذکر می کند کلیدی برای قرارگیری بهینه صفحه است.

 

جنبه دیگری که رنس به آن اشاره می کند کاهش نویز سایت است. هم دکل حفاری و هم کمپرسورها در سطوح فعالیت کاهش یافته در مقابل دکل چرخشی هوا کار می کنند، که علاوه بر ویژگی ایمنی به معنای مصرف سوخت کمتر است.

 

با DTFR، یک کمپرسور 350 psi برای سوراخ های حتی با قطر بزرگ نیز کافی است. کمپرسورها و تقویت کننده های پشتیبان مورد نیاز نیستند.

 

رنس تاکید می کند که تولید با استفاده از DTFR در سازندهای رسوبی فوق العاده خوب است که در ویسکانسین و ایلینوی رایج است. او اضافه می کند که این امر به ویژه برای سازندهای دانه ای مانند ماسه سنگ ها، ماسه ها و شن ها صادق است.

 

 

خلاصه

DTFR در درجه اول خود را در سازندهای شکسته/شکسته غیر تحکیم، رسوبی یا دگرگونی متمایز کرده است. این روش به عنوان یک روش حفاری کم انرژی شهرت خوبی ایجاد کرده است، که به طور منحصر به فردی امکان پیشرفت گمانه‌های با قطر بزرگ را در زمین‌شناسی تجمیع‌ناپذیر فراهم می‌کند، در حالی که مزایای کلیدی مهار زیست‌محیطی را ارائه می‌دهد.

 

 

همانطور که دنیای حفاری با DTFR بیشتر آشنا می شود، احتمالاً شاهد نوآوری های مداوم در کاربرد آن در صنعت منابع آب و سایر زمینه ها خواهیم بود.