به گزارش حامیان دولت، نفت، این طلای سیاه، قرن‌هاست که موتور محرک تمدن بشری است. اما رسیدن به این گنج پنهان در اعماق زمین، داستانی پرفراز و نشیب از تلاش، نوآوری و عبور از موانع سخت طبیعی است. در این گزارش، سفری خواهیم داشت به دنیای زیرزمینی حفاری نفت. از روش‌های ابتدایی که با زور بازو و ضربه کار می‌کردند، تا فناوری‌های پیشرفته‌ای که امروز با موتورهای درون‌چاهی، سیستم‌های ناوبری دقیق و تکنیک‌های کنترل فشار، امکان دسترسی به مخازن پیچیده و عمیق را فراهم می‌کنند. هر روش، پاسخ انسان به یک چالش خاص زمین‌شناسی است: سنگ‌های سخت، مخازن شکاف‌دار، آب‌های عمیق دریاها و سازندهایی که در برابر فشار تسلیم نمی‌شوند.
روش‌های اصلی برای حفاری چاه نفت کدام‌اند؟
دو روش اصلی برای حفر چاه نفت وجود دارد که البته هر کدام از آنها زیرمجموعه و ابزارهای خاص خود را برای انجام این کار دارند. روش‌های اصلی و پایه حفر چاه عبارت‌اند از: حفاری عمودی و حفاری افقی.
حفاری عمودی چاه نفت
حفاری عمودی یک روش سنتی برای دسترسی مستقیم به مخازن زیر سطح زمین است. این روش زمانی تنها روش استخراج نفت و گاز بود، اما به دلیل پیشرفت فناوری حفاری افقی و جهت دار، حفاران این روزها دیگر به ندرت از این روش استفاده می‌کنند. حفاری چاه‌های عمودی ساده‌تر است و به همین دلیل می‌توان از همین روش حفاری عمودی برای آن استفاده کرد.
با استفاده از این روش، یک سوراخ به صورت عمودی در امتداد سطح چاه می‌کنند تا به مخزن موردنظر که ممکن است در آن نفت یا گاز وجود داشته باشد برسند.
حفاری عمودی یک روش مقرون‌به‌صرفه برای یافتن منابع طبیعی است، اما ثابت شده که کارایی ندارد. گاهی اوقات مخزن زیرزمینی ممکن است به‌صورت افقی و خارج از دسترس چاه گسترش یافته باشد. در این صورت، حفاران باید چندین بار به‌صورت عمودی نقاط مختلف را حفر کنند تا به نفت برسند.
این روش به نیروی کار و تجهیزات کمتری نیاز دارد، اما خوب برای همه چاه‌ها نمی‌توان از این روش استفاده کرد. این روزها چاه‌های عمودی را بیشتر برای بررسی مناطق از نظر میزان ذخایر نفت و گاز حفر می‌کنند و این چاه‌ها کاربرد دیگری ندارند.
حفاری افقی چاه نفت
بعد از پایان قرن بیستم، تکنولوژی با سرعت بیشتری پیشرفت کرد و روش‌های حفاری عمودی جای خود را به روش‌های حفاری جهت‌دار یا هدایت‌پذیر دادند. این روش‌ها دقیق‌تر هستند و راحت‌تر و سریع‌تر می‌توانند حفاران را به نفت برسانند. چاه‌های افقی چاه‌هایی هستند که بتوان برای حفر آنها زاویه ۸۵ الی ۹۰ درجه‌ای را نسبت به خط عمود در نظر گرفت. حفاری افقی که حفاری جهت‌دار هم‌نامیده می‌شود، حجم تولید نفت و گاز را به دلیل دسترسی به سطح بزرگتری از منطقه افزایش می‌دهد.
قدیمی‌ترین روش حفاری نفت، همان روشی است که چینی‌ها قرن‌ها پیش برای استخراج نمک از آن استفاده می‌کردند. در این روش، یک مته سنگین را با طناب بالا و پایین می‌بردند و با ضربه، سنگ را خرد می‌کردند. خرده‌سنگ‌ها بعداً با یک قاشقک مخصوص از چاه بیرون کشیده می‌شد. اولین چاه نفت جهان در سال ۱۸۵۹ در پنسیلوانیای آمریکا با همین روش حفر شد. مشکل اصلی این بود که سرعتش پایین بود و در سنگ‌های سخت تقریباً بی‌فایده می‌شد.
حفاری در سال ۱۹۰۱
سال ۱۹۰۱ نقطه عطفی در صنعت حفاری بود. روش «حفاری چرخشی» وارد میدان شد و به سرعت جای روش ضربه‌ای را گرفت. در این روش، مته با چرخش مداوم سنگ را می‌تراشد و همزمان یک سیال غلیظ به نام «گل حفاری» به داخل چاه پمپ می‌شود تا مته را خنک کند و خرده‌سنگ‌ها را به سطح بیاورد. این روش آنقدر کارآمد بود که امروزه تقریباً تمام چاه‌های نفت و گاز جهان بر پایه همین مکانیزم حفر می‌شوند.
حفاری چرخشی یک ضعف بزرگ داشت: هرچه چاه عمیق‌تر می‌شد، نیرویی که از سطح زمین به مته می‌رسید کمتر می‌شد. راه‌حل این بود که موتور را از سطح زمین به پایین چاه منتقل کنند. «حفاری با موتور درون‌چاهی» دقیقاً همین کار را می‌کند: به جای چرخاندن کل لوله‌های حفاری از سطح، یک موتور مخصوص درست پشت مته قرار می‌گیرد و با فشار گل حفاری می‌چرخد. این فناوری برای چاه‌های عمیق و جهت‌دار حیاتی است، چون کنترل مسیر چاه را بسیار ساده‌تر می‌کند.
حفاری جهت‌دار
اولین چاه‌ها همه عمودی بودند. اما مخزن نفت همیشه دقیقاً زیر دکل قرار ندارد. «حفاری جهت‌دار» به حفاران یاد داد که چاه را کج کنند و به سمت هدف ببرند. این فناوری چند مزیت بزرگ دارد: از یک سکوی دریایی می‌توان ده‌ها چاه به جهات مختلف حفر کرد؛ اگر مخزن زیر یک شهر یا منطقه حساس باشد، می‌توان از فاصله دور به آن رسید. چاه‌های افقی و چندشاخه نیز در ادامه همین مسیر تکامل یافتند.
در اعماق زیاد، سنگ‌ها آنقدر سخت می‌شوند که چرخش ساده جواب نمی‌دهد. «حفاری ضربه‌ای-چرخشی» راه‌حل این مشکل است: مته هم می‌چرخد و هم ضربه می‌خورد. یک چکش مخصوص در پایین چاه، ضربات سریع و پرقدرت به مته وارد می‌کند. در میدان نفتی «تاهه» در چین، استفاده از این روش در چاه‌های عمیق، سرعت حفاری را بین ۳۱ تا ۸۰ درصد افزایش داد.
گردش معکوس
در حفاری معمولی، گل حفاری از داخل لوله پایین می‌رود و از فضای بین لوله و دیواره چاه بالا می‌آید. در «حفاری با گردش معکوس»، این مسیر برعکس می‌شود: گل از فضای حلقوی پایین می‌رود و خرده‌سنگ‌ها را از داخل لوله مرکزی به سطح می‌آورد. این کار سرعت انتقال خرده‌سنگ‌ها را بالا می‌برد و از آلودگی نمونه‌ها جلوگیری می‌کند. در مناطقی که چاه دچار «هرزروی گل» می‌شود، این روش می‌تواند نجات‌بخش باشد.
حفاری در دریا
حفاری در دریا چند برابر گران‌تر از خشکی است. تجهیزات بر اساس عمق آب انتخاب می‌شوند: در آب‌های کم‌عمق (تا حدود ۱۵۰ متر) از «دکل جک‌آپ» استفاده می‌شود که پایه‌هایش را روی بستر دریا می‌گذارد. در آب‌های عمیق‌تر، «نیمه‌شناور» یا «کشتی حفاری» به کار می‌آید که با سیستم موقعیت‌یاب دینامیک، خود را در برابر موج و باد ثابت نگه می‌دارد. خلیج مکزیک، دریای شمال، سواحل برزیل و خلیج فارس از مهم‌ترین میدان‌های این نبرد هستند.
حفاری زیرتعادلی
در حفاری معمولی، فشار گل حفاری از فشار مخزن بیشتر است تا از فوران نفت جلوگیری شود. اما در «حفاری زیرتعادلی»، این فشار کمتر از فشار مخزن است. نتیجه این است که نفت یا گاز در حین حفاری به داخل چاه جریان می‌یابد و آسیب کمتری به سازند وارد می‌شود. این روش در مخازن شکاف‌دار و ترک‌دار بسیار موثر است. سازند «آسماری» در ایران که به دلیل ترک‌های فراوان دچار هرزروی شدید گل می‌شود، یکی از نمونه‌های شناخته‌شده برای استفاده از این روش است.
«الکترو حفاری»
الکترو حفاری به دو مفهوم متفاوت اشاره می‌کند. در یک معنا، به جای موتور گل یا توربین، یک «موتور الکتریکی» در پایین چاه قرار می‌گیرد و مته را می‌چرخاند. این روش کنترل دقیق‌تری بر سرعت و گشتاور می‌دهد و در چاه‌های پیچیده و میادین قدیمی کاربرد دارد. در معنای دیگر، «ماشین‌کاری الکتروشیمیایی» است که با جریان برق و الکترولیت، فلز را حل می‌کند و بیشتر در مقیاس آزمایشگاهی برای سوراخ‌های بسیار ریز استفاده می‌شود، نه در حفاری نفت.
اگر بخواهیم تصویر بزرگ را ببینیم: حفاری چرخشی ستون فقرات صنعت است. حفاری جهت‌دار و افقی به حفاران قدرت مانور داد. گردش معکوس و زیرتعادلی ابزارهای مقابله با مشکلات خاص زمین‌شناسی هستند. حفاری دریایی یک جبهه جداگانه با تجهیزات مخصوص خود است. و الکترو حفاری هنوز در مرحله‌ای است که باید ثابت کند می‌تواند در مقیاس صنعتی رقابت کند.
