العالم المتوسع للحفر الدوراني العكسي

 

 

 

العالم المتوسع للحفر الدوراني العكسي

 

 

تعتبر العملية الصديقة للبيئة مثالية للآبار ذات القطر الكبير في مجموعة متنوعة من التكوينات.

 

 

 

الحفر الدوراني العكسي هو تقنية حفر مستمرة في التطور وتوفر فوائد حقيقية لصناعة الموارد المائية وخارجها.

 

إن الهجين من الحفر الدوراني العكسي ذو الأنبوب المزدوج هو عبارة عن أنبوب مزدوج مغمور عكسيًا، وغالبًا ما يسمى DTFR. إنها عملية حفر صديقة للبيئة وغير جراحية تحافظ على البيئة الحساسة سواء فوق الأرض أو تحت السطح.

 

تستخدم DTFR مزيجًا من مياه التكوين الطبيعية، والمياه النظيفة المضافة، والهواء المضغوط لتعبئة قطع لقم الحفر لتمكين تطوير عمليات الحفر ذات القطر الكبير في تكوينات تتراوح من الجيولوجيا غير المجمعة إلى الصخور المتوسطة الصلابة والمكسورة.

قضيب حفر مزدوج الأنبوب مقاس 85/8 بوصة. يتم تصنيع وصلات الأنبوب الداخلي والأنبوب الخارجي في وقت واحد.

 

 

يتم تحقيق ذلك كنتيجة لقدرة DTFR الفريدة على توفير تأثير استقرار على البئر عبر عمود السائل الخاص به عن طريق ممارسة الضغط الهيدروليكي بلطف على جدار الحفر.

 

تستخدم DTFR لقمة tricone مجهزة بغطاء محول مصمم لقبول القطع التي تنتقل من وجه البتة عبر الجزء الداخلي من لقمة tricone ويتم توجيهها إلى الأنبوب الداخلي لقضيب الحفر RC.

 

اكتسبت هذه التقنية الهجينة شعبية في مجتمعات الحفر في جميع أنحاء البلاد من المقاولين على الساحل الغربي، وفي صحاري الجنوب الغربي، وسهول الغرب الأوسط، والمناطق الجنوبية من فلوريدا، وفي جزر هاواي. كما اكتسبت قوة جذب على المستوى الدولي في كندا وأستراليا وأمريكا اللاتينية.

 

 

تتميز تطبيقات DTFR عادة بأنها مشاريع تتطلب آبار موارد مائية ذات قطر كبير في الجيولوجيا الرسوبية و/أو المتحولة بأعماق تتراوح عادة من 500 قدم إلى 3000 قدم حيث تكون الإشراف البيئي ذا أهمية.

 

 

 

 

رسم تخطيطي أ. منظر سطحي لإعداد النظام العكسي المزدوج الأنبوب.

 

 

 

التطبيقات

 

كما تم استخدام DTFR في التطبيقات الموجودة في صناعة التعدين مثل آبار نزح المياه، وبناء مهاوي التنفيس، وفتحات اللصق، وآبار الحقن والتخلص. وفي صناعة البناء المدني، حققت سمعة سيئة بسبب قدرتها على تطوير أعمال الحفر ذات القطر الكبير في المناطق الحضرية الحساسة بيئيًا.

 

وقد تم استخدامه عدة مرات في مشاريع الواجهة البحرية حيث يعد التحكم في التلوث هو الاهتمام الرئيسي. كما اكتسب الدوران العكسي ذو القطر الكبير موطئ قدم في قدرته على ضبط غلاف الموصل لآبار النفط/الغاز والطاقة الحرارية الأرضية مع حماية طبقات المياه الجوفية المجاورة الصالحة للشرب.

 

إن ظهور DTFR مؤخرًا في مشاريع الموارد المائية ذات القطر الكبير هو نتيجة لرواد الصناعة ونجاحهم في تطبيق هذه التكنولوجيا. يتم نشر فوائدها الفريدة تدريجيًا ويتم استخدامها بشكل متزايد داخل مجتمع الحفر ويتم تقديمها كخيارات لعملائها.

 

 

 

 

 

 

رسم تخطيطي ب. حركة الهواء، والقطع، والسوائل في الحفر العكسي المغمور بالأنبوب المزدوج.

 

 

 

 

كيف يعمل

انظر الأشكال أ، ب، ج. يتم ملء ثقب البئر بشكل مستمر بسائل الحفر ويتم إنشاء عمود سائل وصيانته بين جدار ثقب البئر والجزء الخارجي من قضيب الحفر ذو الأنبوب المزدوج.

 

يتم بعد ذلك إدخال الهواء المضغوط متدفقًا إلى أسفل البئر عبر حلقة قضيب الحفر ذو الأنبوب المزدوج RC (يتدفق الهواء إلى أسفل البئر بين الجزء الداخلي للأنبوب الخارجي والجزء الخارجي للأنبوب الداخلي).

 

يتم إعادة توجيه تدفق الهواء عند اقترابه من الجزء السفلي من سلسلة الحفر إلى أعلى البئر وداخل الأنبوب الداخلي. يُطلق على مكون سلسلة الحفر المسؤول عن إعادة توجيه تدفق الهواء إلى أعلى الأنبوب الداخلي اسم "فرع حاقن الهواء". وتتمثل مهمتها في إطلاق الهواء المضغوط إلى الأنبوب الداخلي حيث يتوسع وبالتالي يخلق تدفقًا ديناميكيًا لأعلى - متبعًا المسار الأقل مقاومة - والذي يحمل بعد ذلك ملاطًا يتكون من الهواء وسائل الحفر وقطع البئر إلى السطح.

 

في بعض الأحيان، يتم أيضًا استخدام مضخات الشفط للمساعدة بشكل أكبر في التدفق التصاعدي لملاط مائع الحفر.

 

 

عند الوصول إلى السطح، يدخل الملاط إلى الفرازة المخروطية حيث يتم فصل السائل والقصاصات باستخدام وزن القصاصات مع قوة الطرد المركزي لإحداث الفصل. وبمجرد فصلها، يمكن رؤية القصاصات والوصول إليها. بعد ذلك، ينتقل سائل الحفر الناتج من الإعصار الحلزوني إلى شاكر الصخر الزيتي حيث يتم تنظيفه عن طريق إزالة المواد الصلبة المتبقية.

 

يقوم شاكر الصخر الزيتي بإزالة المواد الصلبة وتنظيف سائل الحفر عن طريق استخدام منصة اهتزازية تستخدم مزيجًا من الغرابيل والجاذبية والطاقة الاهتزازية. يعد تنظيف مائع الحفر خطوة حيوية ضمن عملية DTFR حيث أن وجود عدد كبير جدًا من المواد الصلبة المحمولة في مائع الحفر يمكن أن يعيق في النهاية عملية التنظيف المناسبة للثقب واللقم ويؤدي في النهاية إلى التصاق سلسلة الحفر.

 

بمجرد تنظيفه، يتم إرجاع مائع الحفر بعد ذلك إلى خزان حفظ السوائل ثم إعادته في النهاية إلى أعلى حفرة البئر حسب الحاجة. إن إعادة تدوير مائع الحفر وتنظيفه هي دورة مستمرة تستمر طوال عملية الحفر.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الرسم التخطيطي ج. مجموعة الفتحات السفلية المستخدمة في الحفر العكسي المغمور بأنبوب مزدوج. انظر الصورة الافتتاحية للثقب في الصفحة التالية.

 

 

 

فوائد DTFR

 

يتوافق DTFR بشكل إيجابي مع المتطلبات الأساسية اللازمة لبناء آبار بلدية وتجارية ذات قطر كبير في العديد من المناطق في جميع أنحاء البلاد. كما أن DTFR صديق للبيئة، مما يتيح التحكم في كل من عمليات القطع وتصريف سوائل الحفر، وبالتالي تقليل الجريان السطحي وتلوث الموقع.

 

يمكن حفر التكوينات التي يمكنها إحباط استخدام الهواء أو الحفر الدوار بالطين مع فقدان الدورة الدموية بشكل فعال باستخدام DTFR. يتحرك سائل البئر المرتبط بـ DTFR ببطء - لذلك لا يؤدي إلى تآكل جدار البئر، بل يحمي ويحافظ على البئر من خلال ممارسة ضغط لطيف وحتى هيدروليكي على جداره.

 

وهذا يوفر الاستقرار ويتيح تطوير الآبار ذات القطر الكبير في التكوينات غير المجمعة و/أو الرسوبية التي قد تشكل مشكلة مع تقنيات الحفر التقليدية.

 

لا يتطلب DTFR في معظم الحالات استخدام الطين أو المواد المضافة، وهو عبارة عن تقنية حفر غير جراحية تستخدم هواء منخفض رطل لكل بوصة مربعة وسائل حفر منخفض التدفق.

 

يظل التكوين مفتوحًا، غير مغلق أو معبأ بإضافات سوائل الحفر، وهو أمر مهم لأنه يتيح تطويرًا أسرع للبئر ويؤدي في كثير من الأحيان إلى تحسين جودة البئر وإنتاجه.

 

يمكن اعتبار عينات DTFR أكثر دقة من العينات الدوارة للهواء أو الطين لأنها لا تتعرض لجدار البئر الذي يمكن أن يلوث العينة. تنتقل عينة DTFR مباشرة من فتحة وجه البت الموجودة بشكل آمن داخل الأنبوب الداخلي إلى منطقة التجميع.

 

العينة نظيفة أيضًا بدون طلاء البنتونيت. تكشف القصاصات على الفور عن التكوين الحالي الذي يتم حفره. تتيح العينة النظيفة التعرف بسهولة على الصخور وتوصيفها، مما يساعد في تحديد الموضع الأمثل لمصفاة البئر.

 

مطلوب فقط هواء منخفض الضغط؛ لذلك، لا توجد ضواغط هواء ومنصات حفر بأقصى سرعة. بل إن الموقع هادئ نسبيًا، مما يقلل من الإزعاج في المناطق المأهولة بالسكان والحياة البرية.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تُستخدم فتاحات الفتحات بشكل شائع كأحد مكونات BHA لزيادة قطر البئر. يمكن أن تتبع أداة فتح الثقب تجويفًا تجريبيًا ذي قطر أصغر تم حفره مسبقًا، وهي طريقة مستخدمة لضمان أن يكون الثقب راسيا قبل اكتمال التجويف النهائي ذو القطر الأكبر. وبدلاً من ذلك، نظرًا للجيولوجيا الصحيحة، يمكن نشر أداة فتح الحفرة بالقرب من السطح وتحقيق قطر البئر المطلوب في نهج تمريرة واحدة.

 

 

 

 

 

قيود DTFR

 

يتطلب إعداد الأدوات اللازمة لـ DTFR استثمارًا كبيرًا للبدء: منصة مناسبة، وأدوات داخل الحفرة، وهزازات الصخر الزيتي، وضاغط. ولا تبدأ الاقتصاديات المرتبطة بتقنية DTFR في تحقيق نتائج حقيقية إلا عندما يبلغ قطر البئر 20 بوصة أو أكبر. من المرجح أن يتم حفر الحفر الضحلة ذات القطر الأصغر باستخدام تقنيات الهواء والطين التقليدية أو أداة الكابلات أو تقنيات المثقاب. تكون معظم مشاريع DTFR ذات عمق متوسط ​​على الأقل وتتراوح عادة من 500 إلى 3000 قدم.

 

 

أدوات الأنبوب المزدوج ثقيلة نسبيًا؛ ولذلك، يجب أن تتمتع منصة الحفر بسعة تحميل كافية للخطاف (قدرة الرفع والخفض). يمكن أن تكون هناك قيود على العمق، ولكن إذا كان لديك جهاز حفر كبير بما يكفي، فقد تم استخدام DTFR بنجاح في أعماق تزيد عن 10000 قدم.

 

في حين أن موقع الحفر يمكن أن يكون صغيرًا نسبيًا، إلا أنه لا يزال لا يقل عن 125 قدمًا مربعًا تقريبًا، وهو أكبر مما تتطلبه بعض تقنيات الحفر الأخرى. يتطلب DTFR أيضًا مصدرًا جيدًا لكميات كبيرة من المياه النظيفة القريبة.

 

يكون DTFR أقل فعالية في التكوينات النارية شديدة الصلابة والمتجانسة؛ معدلات الاختراق هي الأفضل في التكوينات الحبيبية. يمكن أن تشكل الحصى الكبيرة جدًا مشكلة إذا كانت كبيرة جدًا بحيث لا يمكنها المرور عبر الأنبوب الداخلي RC. كما أن DTFR ليس مناسبًا للحفر المكثف للطين اللزج والطمي وغيرها من التكوينات الحبيبية فائقة الدقة.

 

وأخيرًا، يتطلب الأمر مشغلًا ذا خبرة يتمتع بالخبرة في استخدام تقنية الحفر هذه.

 

 

 

أصوات من الميدان

وفيما يلي تعليقات من مقاولي الحفر DTFR ذوي الخبرة من جميع أنحاء البلاد.

 

Gingerich Well and Pump Service LLC في كالونا، آيوا

 

كلينت جينجيريتش وشقيقه كوروين مالكان مشاركين لشركة Gingerich Well and Pump Service، وهي شركة مملوكة ومدارة عائليًا تأسست في عام 1956. بدأت مشاركة Gingerich في الحفر الدوار المزدوج في عام 2007 عندما اتخذ كلينت قرارًا باستخدام هذه التقنية بناءً على قدرتها على توفير احتواء سوائل الحفر والتنظيف الفعال للآبار ذات القطر الكبير. تطبيقات Gingerich الأساسية لـ DTFR هي في المشاريع التي تنطوي على بناء الآبار البلدية والتجارية.

 

 

يستخدم بئر ومضخة Gingerich DTFR في الحجر الجيري الصلب والتكوينات الرسوبية في ولاية أيوا والولايات المحيطة بها. يقول كلينت إن أقطار التجويف التي تبلغ 20 بوصة أو أكبر تتناسب بشكل جيد مع DTFR. يستخدم طاقمه سلسلة حفر RC مخصصة مقاس 8⅝ بوصة OD × 5 بوصة معرف. اختار كلينت هذا الحجم من الأدوات حيث أن معرف الأنبوب الداخلي مقاس 5 بوصات يتطابق مع الفتحة مقاس 5 بوصات في الجزء العلوي من جهاز الحفر. وبالتالي، مع الأبعاد المشتركة فإنه يزيد من تدفق السوائل الذي يمكن تحقيقه باستخدام أجهزته.

 

يعد تدفق السوائل عاملاً رئيسياً في الحفر بقطر كبير لأنه يؤثر بشكل مباشر على تنظيف البئر وريشة الحفر والإنتاجية الإجمالية في تطوير البئر. هناك حجم كبير للغاية من القطع المتولدة من حفر ممل من 20 بوصة إلى 40 بوصة، وكلما زاد حجم التدفق الذي يمكن تحقيقه، زادت كفاءة إزالة القطع من البئر.

 

يذكر كلينت أن هناك قيودًا على DTFR. ويقول إن تكلفة الاستعداد للحفر بقطر كبير تتطلب استثمارًا كبيرًا مثل جهاز الحفر المناسب وأدوات الحفر والمعدات المرتبطة بها.

 

 

 

 

 

 

يتعاون كل من Dillon وKlint Gingerich من Gingerich Well and Pump Service LLC لإكمال مشروع بئر بلدي باستخدام DTFR مع Schramm TX 130.

 

 

 

 

شركات تراوت في وايت بارك، مينيسوتا

 

ديفيد تراوت، MGWC، CVCLD، هو نائب رئيس شركات Traut وعلق على أن الغمر العكسي هو تقنية جيدة لحفر آبار مياه ذات قطر كبير في تكوينات الحجر الجيري المتكسرة الشائعة في وسط ولاية مينيسوتا.

 

وقد استخدم لأول مرة الطريقة العكسية المغمورة بالمياه في عام 1999، ومن خلال الخبرة جعلها طريقة يعتمد عليها في الآبار البلدية. مناطق التدوير المفقودة التي تسببت في مشاكل مع طرق الحفر الأخرى لم تعد تمثل مشكلة بالنسبة له مع DTFR.

 

تستطيع شركة Traut تشغيل DTFR ضمن مساحة صغيرة نسبيًا (أبعاد موقع تبلغ 125 قدمًا مربعًا)، وتتضمن جهاز حفر ومعدات مساعدة بما في ذلك خزان سائل الحفر سعة 5000 جالون، وضاغط هواء، ومعدات إزالة المواد الصلبة.

 

 

 

 

 

 

شاكر الصخر الزيتي إزالة المواد الصلبة من سائل الحفر.

 

 

 

ويشير تراوت إلى أن حجم الهواء المطلوب لبئر DTFR منخفض نسبيًا مقارنة بالهواء الدوار. ويقول إن الهواء التقريبي يتراوح من 500 إلى 600 قدم مكعب في الدقيقة عند 150 إلى 350 رطل لكل بوصة مربعة مع وظيفة رطل لكل بوصة مربعة لعمق الثقب.

 

على الرغم من عدم استخدامه بشكل متكرر مثل لقم tricone عند مواجهة صخور أكثر صلابة، يستخدم Traut مطرقة أسفل البئر مع محول / باكر يتم وضعه فوق التبادل (التقاطع). المحول/التعبئة عبارة عن كعكة مطاطية كبيرة تحيط بقضيب الحفر RC وتغلق جزئيًا على جدار البئر. فهو يحد من تدفق المياه إلى أسفل البئر إلى المطرقة. لا يزال يتم الحفاظ على عمود الماء فوق المحول/التعبئة لإحداث تثبيت الثقب.

 

 

يتم استخدام مطرقة تراوت في الدولوميت والجرانيت. يتطلب وضع المطرقة في قاع البئر كميات أكبر بكثير من الهواء عند ضغوط أعلى. تستخدم أطقم Traut عادةً ما يقرب من 3000 قدم مكعب في الدقيقة عند 325 رطل لكل بوصة مربعة وأعلى، مرة أخرى مع رطل لكل بوصة مربعة وهي وظيفة تتعلق بعمق الثقب.

 

 

 

 

 

 

العينات دقيقة للغاية من خلال الحفر العكسي المغمور بأنبوب مزدوج. الصورة مجاملة من شركات تراوت.

 

 

 

ويضيف تراوت أن سلسلة الحفر ذات الأنبوب المزدوج تُستخدم أيضًا كسلسلة حفر تقليدية. في بداية حفر البئر، يجب حفر أول 50 قدمًا إلى 80 قدمًا بشكل تقليدي حيث تتطلب عملية DTFR الغمر عندما يتم إنشاء ضغط تفاضلي كافٍ للرأس لبدء الشفط الديناميكي المطلوب للحفاظ على تدفق تصاعدي قوي. قام العديد من الحفارين بإعداد تدريباتهم ليتمكنوا من الانتقال ذهابًا وإيابًا من الحفر التقليدي إلى DTFR. على سبيل المثال، إذا تمت مواجهة طبقات سميكة من الطين اللزج، فقد يختار الحفار الحفر بشكل تقليدي

قد تكون طريقة أسرع للتقدم عبر الطين قبل العودة إلى DTFR.

 

 

بئر ومضخة بلدية في واوبون، ويسكونسن

Mason Rens هو عامل الحفر الرئيسي في شركة Municipal Well and Pump، التي تقوم بتشغيل اثنين من المثاقب الدوارة المزدوجة قبل كل شيء. يقول رينس إنه من خلال سنوات من الخبرة في حفر آبار المياه ذات القطر الكبير، خلصت شركته إلى أن DTFR هي الطريقة المفضلة لبناء الآبار بناءً على مجموعة متنوعة من العوامل.

 

أولاً، يتيح DTFR التحكم الكامل في تصريف سوائل القطع في الموقع، وبالتالي تقليل التلوث. DTFR هي أيضًا طريقة حفر غير جراحية. ومن وجهة نظر رينس، فهو لا يؤدي إلى تآكل البئر مثل الحفر الهوائي الدوار ويحافظ على استقرار البئر حتى في التكوينات غير المجمعة.

 

البنتونيت ومضافات سوائل الحفر ليست مطلوبة لـ DTFR، لذلك لا يتعرض التكوين للتعبئة أو الختم غير الطبيعي. ومن ثم فإن تطوير البئر يمكن أن يكون أسرع وأكثر اكتمالاً، بينما يمكن أن تكون جودة البئر وإنتاجه أفضل بعدة مرات من الآبار التي تستخدم فيها إضافات السوائل.

 

علاوة على ذلك، يذكر Rens أن دقة العينة باستخدام DTFR تكون متفوقة حيث تنتقل القطع بسرعة وبشكل مباشر من لقمة الحفر التي تواجه الأنبوب الداخلي إلى السطح دون التعرض لجدار البئر.

 

يحتوي DTFR على عينة القصاصات ويحميها داخل الأنبوب الداخلي ويسلمها بسرعة مباشرة إلى السطح للتدقيق، مما يتيح التعرف السريع والدقيق على تغييرات التكوين - والتي ذكر رينس أنها مفتاح وضع الشاشة الأمثل.

 

هناك جانب آخر يذكره Rens وهو تقليل ضوضاء الموقع. يعمل كل من جهاز الحفر والضواغط بمستويات نشاط منخفضة مقارنة بجهاز الحفر الهوائي الدوار، والذي يعني، بالإضافة إلى ميزة السلامة، استهلاكًا أقل للوقود.

 

مع DTFR، يعد الضاغط الفردي بقدرة 350 رطل لكل بوصة مربعة مناسبًا لعمليات الحفر ذات القطر الكبير. الضواغط والمعززات الاحتياطية غير مطلوبة.

 

يؤكد رينس أن الإنتاج باستخدام DTFR جيد بشكل استثنائي في التكوينات الرسوبية، الشائعة في ويسكونسن وإلينوي. ويضيف أن هذا ينطبق بشكل خاص على التكوينات الحبيبية مثل الحجر الرملي والرمال والحصى.

 

 

ملخص

لقد ميزت DTFR نفسها في المقام الأول في التكوينات المكسورة / المكسورة غير المجمعة أو الرسوبية أو المتحولة. لقد اكتسبت سمعة راسخة باعتبارها تقنية حفر منخفضة الطاقة، مما يتيح بشكل فريد حفر الآبار ذات القطر الكبير للتقدم في الجيولوجيا غير المجمعة، مع توفير فوائد الاحتواء البيئي الرئيسية.

 

 

نظرًا لأن عالم الحفر أصبح أكثر دراية بـ DTFR، فمن المحتمل أن نشهد ابتكارات مستمرة في تطبيقه في صناعة الموارد المائية والمجالات الأخرى.