الحفر وسوائل الحفر – د. عبد الله علي النمر

الحفر وسوائل الحفر – د. عبد الله علي النمر

رغبت أن يكون الموضوع سهل يسير على القارئ حتى يستطيع القراءة بكل يسر وسهولة والغرض من ذلك الإستفادة:

من أجل فهم الأسس العلمية ولتسهيل المهمة على القارئ الكريم سوف اكتب بشكل مبسط وأجعل الكتابة أكثر سلاسة حتى يسهل على القارئ الإطلاع والمتابعة.

في الآخر ألتمس العذر مسبقا عن أي تقصير كون المقال يعتمد على خبرتي المتواضعة.

وأحيط أخواني الكرام وأبنائي الأعزاء بأنني لن أتطرق للمعلومات التالية:-

المكمن النفطي.
الطبيعة الجيولوجية للمكمن.
خصائص الصخور.
الضغط الطبيعي للمكمن.
ميكانيكية حركة النفط داخل المكمن.
الاحتياطي النفطي.
تصنيف المكامن النفطية حسب الفائدة الربحية.
التكسير والدمج.
مؤشر الإنتاجية.
سوف أتحدث عن حفر الآبار وإذا رغب أحد الأخوة والأبناء التعرض للمواضيع المشار إليها في الأعلى سوف أذكرها بالتفصيل لاحقا:

من الأشياء المهمة في حفر الآبار اختيار موقع البئر حيث يعد الحفر الوسيلة الوحيدة للتأكد من وجود مصيدة للبترول، مما يتطلب الدقة في اختيار مواقع حفر آبار الإستكشاف وتقويم الحقل، كما ان الحفر يحدد تتابع الطبقات التي يجري اختراقها وسمكها وصفاتها وامتدادها الأفقي ، ويعد مهما في تحديد حجم البترول المخزون في البئر وإنتاجيته المتوقعة، ومعدل الإستخلاص المنتظر الذي يرتبط بنوع مكمن البترول، وطاقته الطبيعية التي تؤدي إلى تدفق الزيت والغاز في تجويف البئر، وكلها تعد مؤشرات عملية على الجدوى الإقتصادية والفنية لحقل البترول، ويتحدد موقع وعمق البئر طبقا لنوعها سواء كانت استكشافية أو مساندة تحفز للحصول على مزيد من المعلومات الجيولوجية، أو لتطوير الحقول، ويجري طبقا لنوعيات صخور الطبقات، وطبيعة تماسكها سويا، وتقديرات السمك التقريبي، والتحديد المبدئي لعمق الآبار، وأقطار وأطوال مقاطع الحفر, وأنواع أنابيب التبطين التي يتم إنزالها بعد الإنتهاء من حفر هذه المقاطع، وأنواع طين الحفر المستخدم في كل مقطع ، وقبل الحفر تحدد القياسات المطلوبة من كهربائية وإشعاعية وصوتية وحرارية، وأعماقها، والمقاطع المطلوب اختبارها وأخذ العينات منها، سواء كانت من الصخور الفتاتية المجروشة أو من اللباب أو السوائل، لتحديد نوعيات الصخور ومساميتها ونفاذيتها، إلى جانب اختيار مانعات الإنفجار التي تركب على فوهة البئر.

وقد تطورت تكنولوجيا حفر الآبار لتصل أعماقها إلى آلاف الأمتار، وابتكر الحفر التوربيني بعد أن استمر الحفر الرحوي طويلا، واستحدثت عمليات الحفر الأفقي الذي يمتاز عن الحفر العمودي بإمكانيته تجاوز كثير من العقبات الطبيعية والعمرانية للوصول إلى مكامن البترول محدودة السمك وقليلة النفاذية، وتحفر بئر البترول عادة بقطر ثلاثين بوصة عند سطح الأرض، ثم يتناقص قطرها تدريجيا كلما تعمقت البئر، وإذا كان الحفر بالدق تُفتت الصخور وتحفر البئر برفع وإسقاط عمود الحفر والدقاقة المرتبطة به، وإخراج الفتات أول بأول في عملية بطيئة، يكتنفها قدر كبير من الخطورة عند الوصول إلى طبقة بترولية أو غازية ذات ضغط عالي.

وفي الحفر الدوراني أو الرحوي تُفتت الصخور بدوران الدقاقة مع عمود الحفر، وتحت تأثير الثقل الواقع على الدقاقة من قبل الأنابيب الثقيلة التي تشكل جزءا من عمود الحفر، ويجري التخلص من فتات الصخور عن طريق ضخ طين معين في أنابيب الحفر بواسطة مضخات على السطح، ويخرج الطين محملا بفتات الصخور من الطين وإعادة تدويره مرة أخرى، ويؤدي استخدام الطين إلى تبريد الدقاقة وعمود الحفر، ودعم جدران الحفر بتكوين طبقة طينية عليها.

وبعد انتهاء الحفر تجري عملية تبطين البئر (Well Casing) بإدخال أسطوانة فولاذية داخل القسم المحفور، تشكل جدارا دائما للبئر يحميه من عملية الإنهيار، أو تداخل المياه الجوفية، والغازات والسوائل في الطبقات الأرضية غير الطبقة الرئيسية التي سينتج البترول منها، وكذلك لتوفير مسار لصعود طين الحفر محملا بفتات الصخور الناتجة عن الحفر.

وعند الوصول إلى الطبقات المنتجة تبطن البئر بين الصخور والإسطوانة الفولاذية بطبقة من الإسمنت تكون دعامة للبئر، وتمنع تسرب السوائل وتداخلها من طبقات الأرض المختلفة عن طريق جدار البئر، ثم تثقب الإسطوانة لتسمح بمرور السوائل البترولية والغازات إلى سطح الأرض ويستأنف الحفر أو إكمال البئر مع تقليل قطر تجويفه أسفل الدعامة الإسمنتية، وبعد التبطين تجرى عملية تركيب مجموعة رأس البئر، ومانعات الإنفجار، واختبارها، والسماح للبئر بالإنتاج وتقدير الإنتاجية.

ويصنف إنتاج البترول من الطبقة الحاملة إلى إنتاج أولي وثانوي وثلثي (Tertiary Recovery).

وبعد التأكد من اكتشاف المكمن النفطي ووجود النفط يتم الشروع في نوعين من الحفر هما:

الحفر الإستكشافي.
الحفر النهائي.
خطوات حفر البئر

يتم حفر البئر بواسطة الحفر الرحوي كما ذكرنا سابقا (Rotary Drilling) التي تستخدم منصة الحفر والتي يمكن وصفها باختصار فيما يلي:-

برج الحفر (Mast or Derrick)
وهو عبارة عن برج معدني منٙصب فوق منصة عريضة أفقية ويستخدم هذا البرج في عملية تثبيت أعمدة الحفر رأسيًا وتوصيلها ببعضها، ثم دفعها إلى أسفل بطريقة حلزونية.

أعمدة الحفر: (Drill String )
وهي أعمدة معدنية صلبة جدا تنتهي أطرافها بوصلات لتوصيلها ببعضها لتشكيل عمود أطول، وتتميز أعمدة الحفر بأنها مجوفة لتسمح بمرور طين الحفر بداخلها.

رأس الحفر: المثقاب (bit)
وهو عبارة عن كتلة معدنية مصنعة بأشكال هندسية مختلفة، ذات حواف حادة قد تكون على شكل مسننات تعمل على تفتيت الصخور وهي مجوفة وتحتوي على فتحات في الأسفل تسمح باندفاع طينة الحفر خلالها إلى تجويف الحفرة.

طينة الحفر: (Mud)
أو ما يسمى بالطفلة:-

وهي عبارة عن مواد كيميائية مطحونة تخلط بالماء لتكون سائل غليظ، وأثناء عملية الحفر يتم ضخ هذا السائل بواسطة مضخات ضخمة من خلال التجويف في داخل أنابيب الحفر ليصل إلى رأس الحفر، ويخرج من خلال فتحات ليندفع من قاع البئر صاعدا إلى أعلى حتى يصل إلى السطح حاملا معه الفتات الصخري الناتج من عملية الحفر، وعلى السطح يمر الطين على مرشح يفصل الفتات الصخري عن الطين ومن ثم يدفع الطين مرة أخرى بعد المعالجة إلى تجويف أنابيب الحفر ليعاود الكرة ويكون ما يعرف بدورة طين الحفر ويمكن تلخيص فوائد استخدام طين الحفر فيما يلي:

تبريد معدات الحفر حيث ترتفع درجة حرارتها بسبب احتكاكها بالصخور أثناء الحفر.
إخراج الفتات الصخري الناتج من عملية الحفر أثناء إندفاع الطين من قاع البئر إلى السطح.
يزيد من تماسك جدار الحفر ليمنع إنهيار جدران الحفرة أثناء الحفر، وتفادي خروج الغازات أو السوائل الموجودة تحت ضغوط عالية في باطن الأرض التي قد تؤدي إلى حالة انفجار في البئر وذلك عن طريق موازنة وزن عمود الطين الموجود في الحفرة لضغط الغازات والسوائل في الطبقات الصخرية.
طرق إكمال الآبار:

طريقة الإكمال المفتوح:–
عندما تكون الطبقة المنتجة للنفط مكونة في صخور رملية متماسكة (Sand Stone) أو حجر جيري (Lime Stone) فان الطبقة المنتجة تكون في قمة إنتاجها وتبقى مفتوحة كلها لغرض الإنتاج العالي وعادة ما تستعمل هذه الطريقة عندما لا يحتوي المكمن على ماء جوفي أو غاز حر أو تكون المنطقة المنتجة سميكة بحيث لا يتوقع إنتاج غاز أو ماء جوفي إلا بعد فترة طويلة.

طريقة الإكمال بتثقيب البطانة:
من الطرق الشائعة لإكمال الآبار هو تنزيل البطانة الإنتاجية إلى قعر الطبقة المنتجة ثم تبطينها بالإسمنت وبعدها يتم تثقيب البطانة باستعمال اطلاقات خاصة وتستعمل هذه الطريقة عندما تكون أكثر من طبقة واحدة منتجة تفصل بينهما مناطق رخوة أو غير نفاذة.

سوائل الحفر (Drilling Mud)

فوائد سوائل الحفر: سوف أتحدث بشيء من التفصيل:

رفع الفتات الصخرية المحفورة في قعر البئر إلى السطح وتعتمد على العوامل التالية:-
سرعة الجريان:سرعة الجريان الملائمة للحفر في التجويف الحلقي عادة تكون بين 100 و 200 قدم لكل دقيقة (100-200 ft/min ).
كثافة الطين: تزداد قابلية الطين لرفع الفتات الصخرية بزيادة الكثافة بسبب ظاهرة الطفو.
اللزوجة: إن اللزوجة المتأتية في نقطة المطاوعة (Yield Point) هي الأكثر قابلية على رفع الفتات الصخرية المحفورة وتنظيف البئر.
2. تبريد وتزييت الدقاقة وخيط الحفر: وإن إضافة مواد مزيته للطين يقلل الإحتكاك ويقلل العزوم المتكونة ويزيد من عمر الدقاقة.

3. بناء جدار البئر: يقوم الطين بترسيب كعكة الطين (Mud Cake) معدومة النفاذية وذلك لمنع دخول الموانع إلى الطبقة وتتكون هذه الكعكة بإضافة مادة البنتونايت على الأغلب وإضافة مواد أخرى مقللة للراشح (Pack-R./ CMC. Starch/) كما أن معاملة الطين ببعض المواد الكيماوية مثل المواد المخففة للزوجة مفيد لتحسين خواص كعكة الطين لضمان توزيع المواد الصلبة وانتشارها.

السيطرة على الضغوط الطبقية: للسيطرة على الضغط الطبقي بتسليط ضغط هايدروستاتيكي يزيد قليلاً على الضغط الطبقي ومقدار الزيادة عادة تكون من 15 إلى 20 كجم لكل سنتمتر مربع (15/20-Kg/cm²) ويمكن حساب الضغط الهايدروستاتيكي عن طريق المعادلة التالية:
10 / Hydrostatic Pressure = Depth x Mud Weight

5. المحافظة على بقاء المواد الصلبة والمواد المزبدة للكثافة عالقة ويكون الطين الجيد ذو قوة جيلاتينية مناسبة للمحافظة على بقاء المواد الصلبة عالقة، ومنعها من الترسب وخصوصا في حالات التوقف عن التدوير أو سحب الأنابيب.

6. تقليل وزن خيط أنابيب الحفر بسبب ظاهرة الطفو والتي تساعد على التخفيف من المعدات السطحية والتي تقوم بإسناد الأنابيب.

7. يقوم الطين بنقل الفتات الصخرية والنماذج الجيولوجية إلى السطح لغرض فحصها.

8. نقل القوة الحصانية المتوفرة في الخيط إلى الدقاقة ويجب أن تكون الدقاقة المتوفرة قادرة على تنظيف قعر البئر قبل الدقاقة.

*هل يعمل فحوصات حقلية على سوائل الحفر ؟

Viscometer
الفحوصات الحقلية على سوائل الحفر ضرورية لتقييم مدى ملائمتها للحفر ومطابقة الخواص مع الخواص المبرمجة والفحوصات عادة حسب مقاييس {API} وتتضمن الفحوصات ما يلي :-

الكثافة (Mud Weight} : الكثافة أو الوزن = وزن السائل/ الحجم
اللزوجة {Viscosity }: هي مقاومة السائل الداخلية للجريان وان وسيلة قياس اللزوجة السهلة والمتيسرة في مواقع الآبار والتي تمكن العاملين على المواقع بقياس اللزوجة الظاهرية تتكون من قمع مارشال {March Funnel} ووعاء قياس {Measuring Cup} أو عن طريق {V-G Meter} .
اللزوجة البلاستيكية : (Plastic Viscosity (P.V
هي اللزوجة الناتجة من الإحتكاك بين جزيئات الطين وجزيئات الماء مع جزيئات المواد الصلبة أو جزيئات الماء مع بعضها أو جزيئات المواد الصلبة مع بعضها.

وان ارتفاع اللزوجة البلاستيكية يعني ارتفاع نسبة المواد الصلبة لذا فإنه عند ارتفاع لزوجة الطين الظاهرية نتيجة لإرتفاع اللزوجة البلاستيكية تكون معالجة الطين بمحاولة تقليل نسبة المواد الصلبة وذلك بتشغيل أجهزة فصل المواد الصلبة ويجب أن تكون بكفاءة عالية ( وهي المنخل ) الهزاز وعازل الرمل وغيرها أو بتخفيف الطين باستعمال طين جديد .

النقطة المطاوعة: {Yield point {Y.P
وهي القوة التي يبدأ السائل عندها بالحركة وهي اللزوجة الناتجة عن تجاذب الجزيئات بعضها على بعض نتيجة الشحنات الكهروكيميائية الموجودة في الطين والتي قد تكون بسبب التلوث بالأملاح أو زيادة تركيز المواد الطينية مثل البنتونايت لذا فان ارتفاع اللزوجة نسبة لإرتفاع نسبة المطاوعة يجب أن تتم معالجتها كيميائيا وذلك بإضافة المواد المخففة للزوجة مثل {LignosulFonats} إذا كان النظام بالبنتونايت والتي تقوم {Ligno} بمعادلة الشحنات وتقليل قوى التجاذب أو بالتخلص من المواد الملوثة .

القوة الجيلاتينية {Gel Strength}
هي قوى تجاذب جزيئات السائل عندما يكون في حالة سكون وأن القوة الجيلاتينية ضرورية في طين الحفر للحفاظ على المواد الصلبة معلقة أثناء توقف التدوير، وتقاس بجهاز {Viscometer} ويمكن عمل بعض الإحتياجات أمثال :

{API – Filtrate} الراشح
API – High Temperature – High . Pressure Filtrate.
نسبة الرمل {Sand Content} .
كمية المواد الصلبة والسوائل في الطين {Retort}: فصل الزيت – فصل الماء – وتبقى المواد الصلبة في الوعاء .
من الاختبارات المهمة PH القاعدية : –

درجة الحموضية أو القاعدية في طين الحفر يستدل عليها في تركيز ايونات الهيدروجين والتي يعبر عنها ب PH .

وتتراوح درجة ال PH من {0 – 14}، محيط متعادل عندما تكون القرآة (7) ،ومن {0 – 7} محيط حامضي و {7 – 14} محيط قاعدي. وان معظم سوائل الحفر ذات محيط قاعدي يتراوح من {8 – 12.5} ويعتمد على نوع الطين وان ال PH مهمة جدا لأنها تؤثر على قابلية ذوبان معظم المواد العضوية المخففة للزوجة وتساعد على انتشار المواد الطينية .

وان الطريقة السهلة لقياس ال PH والمعروفة حقليا تعتمد على استعمال ال {PH – Paper} والذي يتغير لونه حسب ال PH أو عن طريق Digital PH Meter .

مكونات الطين

يتكون طين الحفر من المكونات الآتية :-

1 – السوائل:

الماء : ويكون إما عذب أو يحتوي على تركيز معين من الملح مثل Cacl2 or Nacl وأيونات الكالسيوم والمغنيسيوم .
النفط الخام والديزل .
2 – المواد الصلبة :-

مواد صلبة غير متفاعلة :-
o – البارايت لزيادة كثافة الطين .

o – الفتات الصخرية والمحفورة مثل حجر الكلس .

o – الدلومايت والرمل .

o – مواد طينية مضافة لزيادة اللزوجة والسيطرة على الراشح مثل البنتونايت .

مواد صلبة متفاعلة :-
الفتات الصخرية الطينية المحفورة والتي تحتويها عادة صخورالسجيل مثل كالونايت ، كلورايت ، واللايت .

3 – المواد الكيميائية المضافة:-

وتعتمد أنواعها وكمياتها على نوع الطين .

✓ مواد مزيدة للزوجة مثل البوليمر .

✓ مواد مقللة للراشح مثل {Cmc – Starch} وأنواع أخرى من البوليمر ,

✓ مواد مخففة للزوجة مثل {…….Ligno}

✓ مواد لجعل الطين ذات وسط قاعدي مثل {Noah- Lime Ca(oH)2}

مواد أخرى مثل المواد المزيتة ، المواد المانعة للتآكل ، المواد المبيدة للبكتريا ، المواد المزيلة للفقاعات، المواد التي تسهل عملية الإستحلاب وغيرها.

أنواع الطين :-

أولا: طين ذات أساس نفطي ويقسم إلى:

1- طين نفطي يحتوي على ماء بنسبة {5 – 25 – 40} %

طين قليل الراشح .
طين عالي الراشح .
2 – طين نفطي حقيقي {لا يحتوي على ماء}

ثانيا : طين ذات أساس مائي :- طين قليل المواد الصلبة .

طين بداية الحفر – (عادة الماء والبنتونايت) .
Polymer Mud
طين مقاوم {Inhibitive Mud}
مثل {Salt Saturated Mud – Lime –Mud}

عمليات تسميت الآبار {Oil Well Cementing}:-

عمليات الإسمنت الأولية هي إحلال كمية من الاسمنت في الفراغ الحلقي {Annulus} بين حفرة البئر وأنابيب التغليف {Casing} بغرض تثبيت أنابيب التغليف وإحكام عزل طبقات الأرض المحفورة بعضها عن بعض، ويتطلب لإتمام هذه العملية التأكد من إزالة بقايا الحفر {Cuttings} ومائع الحفر {Drilling Fluid} من الفراغ بين حفرة البئر وأنابيب التغليف والتأكد من ملأ هذا الفراغ بالكمية المناسبة من الإسمنت وتحوله للحالة الصلبة القادرة على دعم أنابيب التغليف وتحمل عمليات البئر المختلفة مثل التثقيب والمعالجة بالأحماض وعمليات الإنتاج المختلفة طوال حياة البئر .

مشاكل عمليات الحفر {Drilling Problems} : –

يمكن حصر أهم المشاكل التي تصادف عملية الحفر وتعيق تقدم اختراق البريمة للطبقات بما يلي:-

أولا: جريان المياه الجوفية. Ground Water Flow

ثانيا : توسع البئر عند الطبقات الملحية Hole Enlargement

ثالثا : تكهف وهدم جدران البئر Caving and Heaving

رابعا: تضييق البئر وعصيان الأنابيب Tight Hole and Stuck Pipe

خامسا : فقدان الطين Mud Loss

سوف أشرح كل فقرة بشيء من التفصيل حتى يتمكن القارئ والمطلع على فهم المشكلة بوضوح.

أولا: جريان المياه الجوفية: Ground Water Flow

تحتوي الطبقات المحفورة المسامية منها وذات النفاذية بشكل خاص على الموائع والتي تتكون من المياه في أغلب الأحيان، وتكون ذات ملوحة متغيرة تعتمد على ذوبان الأملاح الموجودة في كل طبقة منها وعلى عمق الطبقة وارتفاع درجة حرارتها الأمر الذي يؤدي إلى قابلية ذوبان الأملاح، وقد تحتوي المياه على مواد كبريتية أو غازات، نتيجة لما ذكر أعلاه فإن هذه المياه تتدفق إلى تجويف البئر بتأثير ضغطها الناتج من عمودها أو الناتج عن قوى ضاغطة بسبب وزن الطبقات .

لمنع هذا التدفق أن يحصل، فإن عملية الحفر تتطلب استعمال طين بكثافة مناسبة ولا تتأثر خواصه نتيجة للتلوث بماء الطبقات المحفورة، وطول عموده يولد ضغطا ساكناً مساويا لضغط ماء الطبقات أو يزيد قليلاً وذلك لمنع تدفق المياه الجوفية إلى داخل البئر.

على سبيل المثال :-

إذا كان ضغط الماء في طبقة معينة يساوي {170} كغم/سم² وكان عمق الطبقة هو {1400}متر احسب كثافة الطين المطلوبة للسيطرة على جريان الماء الجوفي؟

الحل:

الضغط الساكن {الهيدروستاتيكي} = كثافة السائل x ارتفاعه

ضغط عمود الطين = كثافة الطين x ارتفاع عموده

170 = 1400* كث / 10 كث = 1700 /1400 = 1,24 غم/سم²

للتوضيح : في المثال الأول لو هبط مستوى الطين {200} متر عن السطح نتيجة عدم ملئ البئر من قبل الحفر أثناء السحب .

هل يتدفق الماء أم لا ؟

مستوى الطين بعد السحب =1400 – 200 = 1200متر

ضغط الطين الساكن = 1200*1.24 /10 = 148.18 كغم/سم²

نلاحظ ضغط الماء أكبر من ضغط عمود الطين عليه يتدفق الماء إلى تجويف البئر .
ثانيا : توسع البئر عند الطبقات الملحية Hole Enlargement

تتكون في بعض الطبقات الرسوبية طبقات ملحية مختلفة السمك وعلى أعماق مختلفة أيضا، يشكل حفر هذه الطبقات صعوبات فنية أهمها:-

1 – ذوبان الملح عند حفر الطبقة بطين ذو أساس مائي عذب أو قليل الملوحة، يحدث توسعا في جدران البئر يؤثر على شاقوليته بالإضافة إلى عرقلة عمليات السحب والتنزيل نتيجة لهذه التوسعات أو النتوءات .

2 – بسبب ذوبان الملح يحصل هدم للطبقات الواقعة فوقه، وقد تتهدم الطبقة الملحية بالذات إذا كانت من النوع البلوري، لذلك تحتاج هذه الطبقات إلى زيادة في كثافة سائل الحفر لإسناد الجدران .

3 – تتأثر صلابة الأسمنت بسبب توسع البئر نتيجة لذوبان الطبقة الملحية، وقد تحدث ظاهرة قنوات الطين {Mud Channels} خلف البطانة بسبب انخفاض السرعة الحلقية لطين الإزاحة.

كيف نعالج ذلك :-

1 – حفر الطبقات الملحية بطين ذو أساس مائي مشبع بالملح {Salt Saturated Mud}

2 – بسبب صعوبة السيطرة على خواص الطين المشبع بالملح وصعوبة المحافظة على إستقراريته فيمكن معالجة المشكلة عن طريق حفر الطبقة الملحية بالطين النفطي {Oil Base Mud} .

3 – رفع كثافة سائل الحفر لغرض تثبيت الطبقات الملحية .

ثالثا : التكهف والتهدم {Caving and Heaving} :-

تكون الطبقات التي يحدث فيها التكهف أو التهدم على نوعين :-

الطبقة الرخوة: Loose Sand and Gravel
وهي الطبقات التي تتكون عادة من الرمل والحصى غير المتماسك وتكون قريبة من السطح، وقد يحدث التهدم في الطبقات الكاربونية المتشققة أو المكونة من نوعيات غير متماسكة مثل حجر الكلس غير المتماسك .

تهدم طبقات السجيل Shale Caving
إن ظاهرة انهيار السجيل من الظواهر التي تتكرر وباستمرار أثناء الحفر، وتعتبر من المشاكل التي تعيق استمراره، وقد تسبب عصيان أنابيب الحفر أو التبطين. لهذا يجب التركيز على إتباع الحلول الكفيلة لمنع حدوث هذه الظاهرة أو التقليل في تأثيرها .

تقسم طبقات السجيل إلى ثلاثة أنواع هي :-

1 – السجيل ذو الضغط العالي Pressure Shale

من المعروف عن السجيل هو تكونه من صفائح رقيقة غير متماسكة الواحدة فوق الأخرى. تتحمل هذه الطبقات الضغط المسلط عليها من الأعلى والناتج عن وزن الطبقات العليا {Overburden Pressure} وينتقل هذا الضغط إلى الموائع الموجودة في طبقة السجيل مؤديا إلى تكون ضغطا فوق الطبيعي، وبالتالي فإن اختراق طبقة السجيل سوف يؤدي إلى تساقط السجيل بسبب ارتفاع ضغطه عن ضغط عمود الطين .

2 – السجيل الطيني Mud Making Shale

يكون حاويا على نسبة من البنتونايت بين طبقاته، حيث يقوم البنتونايت بامتزاز راشح الماء ثم ينتفخ ويتراخى مؤديا إلى دفع السجيل للتساقط داخل تجويف البئر .

3 – السجيل ذو قوة الشد Stressed Shale

وهو السجيل الذي يكون تحت تأثير قو ة شد معينة نتيجة للحركات الأرضية، أو تأثره بقوة أفقية أو عمودية، يبدأ السجيل بالتحرر من هذه القوى والتساقط داخل تجويف البئر عند عملية الحفر، وصولا إلى حالته المستقرة .

العلامات الدالة على حصول الهدم :-

ظهور كميات كبيرة من السجيل أو الفتات على المنخل الهزاز .
ازدياد في ضغط المضخات.
ارتفاع مفاجئ في كثافة الطين .
مقاومة خيط الحفر أثناء السحب والتنزيل {Drag} .
ترسب الفتات في قعر البئر أثناء عملية سحب وتنزيل الأنابيب أو أثناء عملية ربط أنبوب جديد {Connection} .
احتمال ظهور الغاز في الطين خاصة أثناء حفر السجيل الحاوي على الغاز .
المشاكل التي تحدث جراء الهدم :-

1 – عصيان أنابيب الحفر بين فترة وأخرى .

2 – انخفاض في معدل الاختراق.

3 – تغير في خواص الطين .

4 – ازدياد في قطر البئر مما يؤدي إلى استعمال كميات كبيرة من الاسمنت عند سمنتة البطانة، وكذلك يؤدي إلى ضعف رابطة الاسمنت مقابل المناطق المتهدمة .

5 – حدوث امتلاء في قعر البئر {Fill UP} يؤثر على سحب وإنزال البطانة .

6 – يسبب موانع {Bridges} تؤثر على سحب وإنزال الأنابيب .

7 – يؤدي إلى ارتفاع في كثافة الطين وبالتالي زيادة الضغط الهيدروستاتيكي مما يسبب فقدان للطين {Mud Loss} .

الأسباب المؤدية إلى الهدم :-

1 – سحب الأنابيب وإنزالها بصورة سريعة يؤدي إلى ارتطامها بالجدار وتساقط جزء من الطبقات الميالة إلى الهدم .

2 – عدم وجود ضغط كافي في عمود الطين للسيطرة على الجدران .

3 – ازدياد راشح الماء من الطين يسبب تميؤ السجيل ويؤدي إلى تهدمه .

4 – زيادة السرعة الحلقية {Annular Velocity} للطين حيث تؤدي إلى جرف الجدار وانهياره .

5 – ارتطام أنبوب الحفر بالجدار أثناء تدوير المنضدة بشكل سريع.

6 – ميلان البئر عن العمود يساعد على زيادة تماس خيط الحفر بصفائح السجيل وبالتالي تهدمها .

معالجات انهيار وهدم الطبقات :-

إن معرفة نوعية الطبقة المتهدمة يساعد على إيجاد الحل الصحيح للمعالجة، وبشكل عام يمكن إتباع الوصايا الآتية لمنع أو التقليل من حدوث ظاهرة الهدم والإنهيار:-

1 – تقليل سرعة سحب وتنزيل الأنابيب لتقليل ارتطامها بالجدار .

2 – تقليل كمية راشح الماء من الطين لتقليل تميؤ السجيل الذي يساعد على الهدم والإنهيار .

3 – تقليل سرعة جريان السائل في الفراغ الحلقي منعا من جرف الجدار، ويفضل تحديد مقدار التدفق كما هو موضح في الجدول للتوضيح أكثر:

4 – زيادة كثافة الطين إن أمكن لتثبيت جدار البئر والطبقات المنهارة.

5 – زيادة لزوجة الطين لزيادة قابليته على رفع فتات الصخور المتهدمة والمحفورة .

6 – تقليل القوة الهلامية للطين لمنع عملية الإمتصاص {Swabbing} وحصول الهدم .

7 – زيادة كمية البنتونايت لغرض بناء معجون الطين {Mud Cake} لتثبيت الجدار .

8 – إضافة نسبة معينة من النفط الخام للسيطرة على راشح الماء .

9 – في الحالات التي لا تنفع معها طرق المعالجة أعلاه يتم استعمال الطين النفطي {Oil Base Mud} لمنع انتفاخ السجيل وخاصة السجيل الطيني .

رابعا: تضييق البئر وعصيان الأنابيب Tight Hole and Stuck Pipe

يعتبر تضييق البئر إشارة أولية يمكن أن تؤدي إلى حصول عصيان الأنابيب أو التصاقها عند عدم معالجة حالة البئر عن طريق تشذيب المقطع الضيق لأسباب ميكانيكية تتعلق بطبيعة الصخور المحفورة أو لأسباب هيدروليكية أو لأسباب تتعلق بطبيعة سائل الحفر .

وهذه الأسباب يمكن إجمالها بما يلي :-

1 – حصول الانتفاخ في بعض الطبقات بسبب امتزازها لراشح الماء من الطين، حيث تندفع إلى داخل التجويف مسببة تضييقه مما يعرقل عملية سحب الخيط الحفر .

( خيط الحفر ) (( Drilling String)) يقوم خيط الحفر بنقل الحركة الدورانية إلى الحافرة وكذلك يقوم بنقل سائل الحفر إلى البئر.

2 – الهدم أثناء الحفر بسبب نتوءات وعوارض {Bridges} تعيق سحب أو تنزيل الأنابيب.

3 – التحرك اللدن لبعض الطبقات المتميئة مثل الطبقات الملحية وبعض الطبقات الطينية {Marl} إلى داخل البئر مسببة عوارض تعيق عمليات إنزال أو سحب الأنابيب .

ويمكن معالجة الأسباب المؤدية إلى حصول التضييق بالطرق الآتية :-

1 – تقليل راشح الماء إلى أقل المعدلات الممكنة خاصة عند اختراق الطبقات ذات الطبيعة. المتميئة .

2 – إجراء عمليات سحب قصيرة لخيط الحفر {Short Trip} عند حفر الطبقات المتضيقة لغرض تشذيبها .

3 – إضافة النفط الخام إلى الطين لتسهيل عملية سحب الأنابيب ومنع انحشارها في مناطق التضييق .

4 – زيادة كثافة سائل الحفر لتثبيت الجدران والتقليل من احتمال اندفاعها إلى تجويف البئر .

5 – إن عدم معالجة مشكلة التضييق أو انحراف التجويف يمكن أن يؤدي إلى حصول عصيان، أو التصاق {Stuck} في خيط الحفر، وتعرف حالة العصيان أو الإلتصاق على أنها الحالة التي لا يمكن عندها سحب أو تنزيل أو تدوير خيط الحفر، إلا أن تدوير سائل الحفر يمكن أن يستمر في بعض حالات الإلتصاق، وتعتبر حالات العصيان والإلتصاق واحدة من أخطر المشاكل التي تصاحب عملية الحفر .

وتقسم حالات العصيان والإ لتصاق إلى قسمين رئيسيين هما :-

العصيان لأسباب ميكانيكية ( Mechanical Stuck). ويأتي هذَا العصيان نتيجة لأحد الحالات الآتية:-
1 – العصيان بسبب تراكم معجون الطين {Mud Cake} :-

تؤدي النوعية الرديئة لطين الحفر إلى ترشح كميات كبيرة من الماء إلى الطبقات الرملية والمسامية، مما يؤدي إلى تكون طبقة سميكة من المعجون قد يصل سمكها أحيانًا إلى نصف بوصة ((1/2 inch مؤدية إلى تضييق البئر ويصبح أصغر من قطر البريمة {Bit} التي عند سحبها تقوم بقشط معجون الطين من الجدار، حيث يتجمع فوقها مكونا حشوه تعيق سحب خيط الحفر أو تنزيله، وقد لا يمكن إجراء عملية تدوير الطين {Circulation} لأن الفراغ الحلقي في هذه الحالة يكون مغلقا، لاحظ الشكل {1-1} ويمكن منع حدوث هذه المشكلة بإجراء العمليات الآتية :

الشكل 1ــ1

Thin Filter Cake – Thick Filter Cake

إجراء عمليات السحب والتنزيل القصيرة وبصورة مستمرة {Working Pipe} .
تقليل راشح الماء في الطين لتقليل سمك المعجون {Mud Cake} .
إضافة النفط الخام {Crude oil} إلى طين الحفر وبنسبة تتراوح بين 5ــ12 % لغرض السيطرة على راشح الماء وتسهيل انزلاق خيط الحفر في مناطق التضييق .
عدم دفع خيط الحفر أو سحبه في مناطق التضييق خلال عمليات السحب أو التنزيل، لذلك يجب تدوير الطين وتحريك أو تدوير خيط الحفر قبل الاستمرار بالتنزيل أو السحب، إذ أن عصيان الأنابيب بقوة {50} طن يحتاج {150} طن لغرض تحريرها.
2. العصيان بسبب تراكم القطع الصخرية المحفورة فوق البريمة :-

كثيرا ما يلتصق خيط الحفر ويصعب سحبه أو تنزيله أثناء عمليات ربط الأنابيب بسبب هدم جدران البئر أو تراكم القطع الصخرية المحفورة و الموجودة داخل الطين، ويعود ذلك إلى رداءة خواص الطين وقلة لزوجته وهلاميته، وقد يحدث التراكم خلال عمليات الحفر وتدوير الطين بسبب رداءة خواصه مع قلة السرعة الحلقية للطين، ويمكن التغلب على المشكلة بإتباع الخطوات الآتية :-

ضخ طين ذو لزوجة عالية له القابلية على رفع الفتات الصخرية وتنظيف قعر البئر.
تحسين خواص الحفر.
التأكد من تطبيق البرامج الهيدروليكية وبشكل مستمر .
تقليل سرعة الحفر ببعض المقاطع وخاصة في التجاويف الكبيرة {3/4-14} أنج فما فوق لإعطاء الوقت الكافي لرفع الفتات الصخري.

في حالة الحفر بدون راجع سائل {Blind Drilling} يجب ضخ طين ذو لزوجة عالية قبل ربط أنبوب جديد على تعليق الفتات.

3 – العصيان بسبب مشاكل ميل البئر :-

يحدث العصيان لأنابيب الحفر بسبب ميل البئر نتيجة لاحتكاك الأنبوب في الجدار، خاصة عندما يكون الميل بصورة حادة {Dog Leg} إذ أن الاحتكاك بين الأنبوب وجدار البئر يولد أخدوداً {Key Seat} يساوي قطر أنبوب الحفر، حيث يصعب على البريمة أو أنابيب التثقيل المرور خلال هذا الأخدود مسببة العصيان، لذلك يجب الإنتباه إلى تكون الميل عن طريق القياس المستمر للانحراف وملاحظة السحب الإضافي {Over Pull} وفي حالة تكرار السحب الإضافي يجب تنزيل المنعمة {Reamer} أو عدة {Key Seat Wiper} لإزالة الأخدود ومنع العصيان .

B – الإلتصاق بسبب الضغط التفاضلي (Differential sticking)

إن أكثر عمليات عصيان الأنابيب {أنابيب الحفر والتثقيل والبطانة} تكون بسبب الضغط التفاضلي الناتج عن تصلب ضغط عمود الطين على ضغط الطبقات المسامية، ويتم إلتصاق الأنابيب بالضغط التفاضلي عند وجود العوامل الآتية :-

توقف خيط الحفر أو البطانة عن الحركة {ترددية أو دورانية} .
وجود طبقة مسامية وذات نفوذية عالية مقابل خيط الحفر .
وجود ميل عن الشاقول في منطقة الإلتصاق .
زيادة ضغط عمود الطين عن ضغط الطبقة .
زيادة نسبة راشح الماء .
وجود معجون طين سميك خلال منطقة الإلتصاق ويحدث هذا النوع من الإلتصاق عادة في أنابيب التشغيل لأنها كبيرة القطر وبدون وصلة ربط {Tool Joint} مما يسهل التصاقها بالجدار، إلا أن ذلك لا يعني عدم حدوث الإلتصاق في أنابيب التبطين، قد يحدث الإلتصاق في كل أنابيب التشغيل أو في جزء منها .
لن أتعرض للمعالجة لأن الأمر سوف يطول كثيرا .

الدكتور علي النمر جاز له الله كل الخير على النشر

#PetroleumGuys

تحياتى م - عمرو إبراهيم حجاج