انواع دکل های حفاری و اجزای آن

امروزه استفاده از روش حفاری ضربه ای در حفر چاه های آب استفاده می شود و استفاده از این روش در چاه های نفت و گاز منسوخ شده است. در روش حفاری چرخشی سنگ به وسیله مته خرد می شود و بوسیله گل حفاری بالا آورده می شود. نیروی لازم جهت چرخش مته توسط وسیله ای به نام میز دوار (Rotary Table) تامین می گردد.میز دوار روی سکوی حفاری به نام (Rig Floor) که معمولا در ارتفاع ۶،۹ و یا ۱۲ متری سطح زمین قرار دارد و انرژی الکتریکی یا مکانیکی دریافتی را به انرژی دورانی تبدیل می کند. نیروی دورانی توسط رشته حفاری (Drill String) به مته منتقل می شود. در ضمن وسایل کنترل فوران سرچاهی زیر سکوی حفاری قرار دارند.

انواع دکل حفاری:
بطور کلی دکل های حفاری به دو دسته ضربه ای و چرخشی تفسیم می شوند که در این قسمت فقط به توضیح در باره دکل های حفاری چرخشی می پردازم:
دکل های حفارب چرخشی به دو دسته خشکی (Land) و دریایی (Marine) تقسیم می شوند.
دکل های حفاری خشکی به دو دسته ثابت Conventional و سیار تقسیم می شوند که دکل های سیار به دو دسته خود فراز چاقویی (Jacknife) و Portable Mast تقسیم می شوند که دکل Portable mast به طور سرهم بر روی کامیون سوار می شود و به محل مورد نظر برده می شود سپس بازوهای هیدرولیکی برپا می شود این نوع دکل برای حفر چاههای کم عمق استفاده می شود.
امروزه از دکل های ثابت کمتر استفاده می شود چون این دکل ها بعد از حفر چاه در محل باقی می مانند ؛ مثل بعضی از چاههای اکتشافی در مسجد سلیمان.
امروزه بیشتر چاههای نفت و گاز در خشکی را با دکل های Jacknife حفر می کنند. اجزای دکل به صورت تکه تکه به محل برده می شود و در آنجا توسط پین هایی به هم متصل می شود.
دکل های حفاری دریایی بر اساس طرز استقرار آنها در دریا-کف آنها به دریا متصل باشد یا نه- به دو دسته ثابت (Bottom Support) و شناور (Floating) تقسیم می شوند.دکل های شناور شامل دو دسته نیمه شناور (Semisubmersible) و کشتی حفاری (Drillship) است.دکل های نیمه شناور در آب های عمیق (عمق حدود ۶۰۰ فوت) که امکان رسیدن پایه های دکل به کف دریا وجود ندارد و تلاطم امواج زیاد است استفاده می شود.
کشتی حفاری یک کشتی بسیار بزرگ است که شامل دکل حفاری و تجهیزات مربوطه می شود. حفاری با کشتی در مناطق آرام که تلاطم امواج زیادی ندارند انجام می شود.
دکل های ثابت (Bottom Support) دارای پایه می باشند و به کف دریا متصل می شوند و معمولا برای آب های با با عمق کمتر از ۳۵ فوت استفاده می شود و شامل سه دسته سکوJack up, platform, Barge می باشد.
دکل های Jack up به صورت پایه بالا توسط یدک کش به محل برده شده و در محل ، پایه ها بوسیله جک های هیدرولیکی پایین برده می شوند و به کف دریا متصل می شوند. این نوع دکل در مناطق طوفانی که تلاطم امواج زیاد است استفاده می شود.
دکل های Barge معمولا در باتلاق ها و جاهایی که عمق آب کمتر از ۲۰ فوت است استفاده می شود.
نوع دیگر دکل های حفاری دریایی ثابت سکو (Platform) می باشد.سکو سازه ای است که در وسط دریا ایجاد می شود و دارای دو نوع می باشد:
. Self Contained: که خود دارای دکل حفاری می باشد.
.. Tendered: دارای دکل نیست و برای حفاری باید دکل را روی سکو سوار کرد.
در آخر ذکر این نکته ضروری است که وسایل کنترل فوران سرچاهی در دکل های دریایی در کف دریا نصب گردیده و توسط لوله های انعطاف پذیری به خود دکل متصل می شوند.

آماده سازی محل برپایی دکل:
پس از مشخص شدن محل حفر چاه توسط مهندسین مخزن و اعلام مختصات جغرافیایی محل مورد نظر به مهندسین حفار نیاز به آماده سازی محوطه چاه برای انتقال دکل و تجهیزات مورد نیاز حفاری می باشد.نظر به اینکه محل حفر چاه مکان های جغرافیایی متفاوت مثل مناطق کوهستانی یا بیابان و.... باشد، ابتدا باید تا منطقه مورد نظر جاده سازی صورت گیرد تا بتوان دستگاهها و امکانات لازم حفاری را به آن منطقه انتقال داد. منطقه ای که در آن عملیات حفاری انجام می گیرد، محوطه ای حدود ۱۰۰*۸۰ متر را در بر می گیرد که این محوطه باید یکدست ، صاف و محکم باشد. بدین منظور عملیات مقاوم سازی منطقه و صاف کردن سطوح شامل شن ریزی و غلطک کاری توسط بخش مهندسین ساختمان صورت می گیرد. به علت اینکه ساختمان دکل وزن زیادی دارد سطح زیر آن باید از نظر استحکام ، مقاومت بالایی داشته باشد.لذا این محل را بر اساس ابعاد دکل میل گرد گذاری و شن ریزی با بتن مقاوم می کنند. سپس یک گودال به ابعاد ۲*۳ متر و عمق ۲/۵ متر ایجاد کرده که cellar یا حوضچه نامیده می شود. در مرحله بعد لوله ای معمولا به قطر ۳۵ یا ۴۸ اینچ درون حوضچه کوبیده می شود و یا اینکه حوضچه را گود می کنند و لوله را درون آن قرار می دهند و دور آن را بتن ریزی میکنند. به این لوله Conductor Pipe و یا لوله راهنما می گویند و طول آن حدود ۶ تا ۱۰ متر می باشد. این لوله همانطور که از اسمش پیداست هدایت کننده مته حفاری می باشد. البته کاربرد دیگر آن جلوگیری از نشت کردن سطح زیر دکل توسط نفوذ آب موجود در گل حفاری می باشد.
تا اینجا تمام مراحل گفته شده بر عهده مهندسین ساختمان می باشد.پس از اتمام کار، اجزای دکل به محل آورده شده و توسط پین هایی به هم متصل شده و توسط کابل های فولادی دکل برپا می شود. البته این مطلب در باره دکل های Jacknife که معمول ترین نوع دکل مورد استفاده هستند صادق است. ولی در مورد دکل های Portable Mast که به صورت سر هم هستند، دکل توسط کامیون به لوکیشن حفاری آورده شده و توسط بازوهای هیدرولیکی برپا میشود.

تجهیزات یک دکل حفاری:
یک دکل حفاری چرخشی دارای اجزاء و سیستم های متفاوتی می باشد که می توان آنها را به شش گروه عمده تقسیم بندی کرد. هرگروه یا سیستم ، عملیات خاص را انجام می دهد و به هم مرتبط می باشند، به طوریکه عدم کارکرد صحیح هر سیستم می تواند باعث توقف عملیات حفاری شود. این شش سیستم عبارتند از:
» سیستم تولید نیرو (Power System)
» سیستم بالابر (Hoisting System)
» سیستم چرخشی دورانی (Rotating System)
» سیستم گردش کل (Circulating System)
» سیستم کنترل چاه (Controlling System)
» سیستم اندازه گیری و ثبت پارامتر های حفاری (Monitoring System)

» اصولا در حفار ی دورانی دو نوع دکل وجود دارد :
I. دکل استاندارد که با چهار پایه (Leg) که روی یک پی چهار گوش قرار دارد و هر دفعه قطعه قطعه می کنند.
II. دکل خود فراز یکبار موقع ساخت سر هم بندی می شود = دکل چاقوئی = Jackknife Mast
» هر دکل بر روی زیر سازه ای (Substructure) بنا میشود که کار آن :
الف) نگهداری سکوی دستگاه حفاری و تامین فضا برای تجهیزات و کارگران
ب ) تامین فضا برای فورانگیر های زیر سکوی د ستگاه حفاری
معمولا ظرفیت بار یک د کل استاندارد از ۲۵۰۰۰۰ تا ۱۵۰۰۰۰۰ پوند ( ۱۲۵ تن تا ۷۵۰ تن ) تغییر میکند و بادهائی با سرعت ۱۰۰ تا ۱۳۰مایل در ساعت ( ۲۰۸ - ۱۶۰ کیلومتر در ساعت) را می تواند تحمل نماید بدون اینکه احتیاج به مهار دکل با سیم باشد.

قسمت های مختلف یک دکل حفاری :
» جعبه قرقره تاج و سکوی تاج (میزاب ) Crown Block & Water Table
» دکل خود فراز Mast
» سکوی دکلبان Monkey Board
» جعبه قرقره متحرک Traveling Block
» قلاب Hook
» هرز گرد Swivel
» گیره بالا بر Elevator
» کلی Kelly
» بوش رانش کلی Kelly Bushing
» بوش اصلی Master Bushing
» سوراخ اتصال Mouse Hole
» گمانه (چاهک کلی ) Rat Hole
» آچار چپ Back up Tongs
» آچار راست Make up Tongs
» گردونه حفاری Draw works
» وزن نمای حفاری Weight Indicator
» تابلو حفار Driller’s Console
» اتاق حفار Dog House
» خرطومی کلی Rotary Hose
» انباره روغن فورانگیر Accumulator Unit
» راهرو Cat Walk
» سرسره Pipe Ramp
» خرک های لوله Pipe rack
» زیر سازه دکل Substructure
» ناودان برگشت گل Mud Return Line
» الک لرزان Shale Shaker
» چند راهه کاهنده (فورانگیر) Choke Manifold
» جدا کننده گاز گل Mud – Gas Seperator
» گاز زدا Degasser
» حوضچه های گل Reserve Pits
» مخازن گل Mud Pits
» لای زدا Desilter
» ماسه زدا Desander
» پمپ های گل Mud Pumps
» خروجی پمپها Mud Discharge Lines
» سیلوهای مواد فله گل و سیمانBulk Mud Components Storage
» انبار مواد گل Mud Hose
» مخازن آب Water Tanks
» مخزن گازوئیل Fuel Storage
» موتورها و .......Engines & Generators
» مجموعه فورانگیر گل Blow – out Preventor Stack
» کابل حفاری Drilling Line

توضیح برخی از اجزای دکل حفاری:
- Top Rams و Shear Rams وBlind Rams و Rams Bottom که اینها والوهائی هستند که برای جلوگیری از فوران در زیر سکو نصب میگردند و در مواقع اضطراری Shear Rams را بکار برده و کلا"ارتباط فضای بیرون و داخل چاه را قطع می کنند. به مجموعه اینRams ها BOP یا Blow-out Preventor گفته می شود و وظایف مهار کنندگی را دارند.
- Cellar = که در زیر دکل و روی زمین به توسط سیمان درست شده و حالت یک گودال مکعبی شکل را دارد و حفاری از انتهای آن شروع می شود.
- Kelly Bushing = که شش گوش یا سه گوش یا مربعی است و درون Rotary Table قرار گرفته و هنگامی که روتاری تیبل می چرخد Kelly Bushing و لوله های متصل به آن نیز گردش میکند.
- Kelly Cock = لوله ها به آن متصل شده و هرز گرد بوده و لوله حاوی گل حفاری نیز به آن متصل می شود.
- Travelling Block = سیم های بکسل حفاری روی آن قرار گرفته و توسط آنها رشته های حفاری بالا و پائین میشوند.
- Kelly = لوله ای است که شش گوش بوده و در بخش بالائی دریلینگ پایپز قرار می گیرد و Kelly Bushing آنرا می چرخاند.
- Crown Block = که در انتهائی ترین قسمت استرینگ قرار می گیرد و در انتهای دکل حفاری و وظیفه آن بالا و پائین بردن مجموعه حفاری است.
- Monkey Board = که سکوئی است که دکلبان روی آن ایستاده و لوله ها را جابجا نموده و آنها را کم یا زیاد می کند.
- Rat Hole = که مجموعه کلی را درون آن قرار می دهند برای لوله پائین یا لوله بالا.
- Steal Line Measurment = SLM که لوله ها را متراژ کرده که چه میزان لوله درون چاه وجود دارد.
- Mouse Hole = که لوله ای را که قرار است به رشته حفاری اضافه نمایند درون آن قرار می دهند. 
- روتاری تیبل که چرخیده و مجموعه لوله ها و استرینگ و کلی بوشینگ و متعلقات آنرا درون و بیرون چاه بچرخش در می آورد.
- Driller’s Console که محل استقرار حفار بوده و از این محل عملیات حفاری کنترل می گردد.
- Blow-out Preventor = BOP که در مواقع فوران از فوران چاه جلوگیری می کند و و یک دستگاه از آن هم در کنار پمپ ها قرار دارد.
- Dog House که محل استقرار افراد حفاری بوده و دستگاه Geolograph درون آن قرار دارد که مسائل مربوط به چاه را ثبت می نماید.
- Drilling String یا رشته حفاری که هر استند شامل سه شاخه بوده و هر شاخه ۳۱ فوت میباشد برابر با ۹ متر و توسط Tool Joint ها به یکدیگر اتصال می یابند که جمعا" هر استند برابر با ۵/۳۰ متر طول دارد و در کنار دکل بحالت آویزان قرار دارند و از قسمت زیر Monkey Board آویزان هستند. رشته حفاری شامل لوله های حفاری Drilling Pipes و لوله های دیواره ضخیم مخصوصی است که لوله های وزنه Dirilling Collars نامیده میشوند. طول هر کدام از لوله های حفاری ۳۰ فوت است و شاخه (Joint of Pipes) لوله نامیده می شود و انتهای طرفین هر شاخه رزوه دارد. طرفی که رزوه های داخلی دارد مادگی (Pin) و انتهای دیگر آن با رزوه های خارجی نرینه (Box) نامیده میشود. دو انتهای رزوه دار لوله پیوند (Tool Joint) نام دارند و در واقع قسمتهای جداگانه ای هستند که بوسیله سازنده ایکه رزوه ها راطبق مشخصات کارخانه درست میکند به قسمتهای خارجی لوله حفاری جوش می شوند. گاهی استند شامل ۳لوله یا شاخه را سه تائی (Thribble) می نامند. استندها را که طول آنها در حدود ۹۰فوت میباشد می توان در دکلی که ارتفاع آن ۱۳۶فوت است جا داد.
- لوله های وزنه که قطر داخلی آنها از استندها کمتر بوده و در بیرون آن حالت مارپیچی دارند و برای اضافه شدن وزن استرینگ های حفاری بکار می روند و پیوند جوشی ندارند و نرینه و مادینه روی خودشان تراش شده است.
- تانک نیتروژن که شلنگ هائی از قسمت Rams ها به اینجا وارد شده و فشار برای پشت والوها را فراهم می کند چون والوهای Rams بصورت هیدرولیکی عمل می کنند.
- جعبه ابزار که وسایلی از قبیل رابط های لوله های حفاری و غیره در آن نگهداری می شود. در پشت آن کابل حفاری یدک قرار دارد.
- Mud Shaker و تانک زیر آن  که گل حفاری روی توری شیکر آن ریخته و دو بخش دارد:
الف) Desilter (لای زدا) سیلت زدا
ب) Desander که اولی ذرات سیلت (در اندازه سیلت) را جدا می کند و دومی قطعات با اندازه ماسه را جدا سازی مینماید و مواد اضافی بعد از خروج از تانک زیرین آن به حوضچه ای رفته و ته نشین می کند.
- Degasser یا تانک جدا کننده گاز در این تانک گازهائی که بهمراه گل حفاری بالا آمده جدا می گردد.
- Mud Tank که در تانک گل وزن و ویسکوزیته و آلکالن و . . . . گل حفاری توسط گل شناس اندازه گیری میشود و در صورت کم بودن وزن یا هر مسئله دیگری.
- مخزن اضافه کننده مواد در این مخزن موادی که مورد نیاز است تا ترکیب گل بحالت اولیه بازگردد به آن اضافه میشود.
- پمپهای گل یا Mud Pumps که دو دستگاه بوده و گل را با فشار بدرون Stand Pipes و در نهایت Drilling Pipes فرستاده و از طریق Kelly Cock بدرون چاه پمپ می شود و در بالای آن یک وسیله قرار دارد بنام Damper که جلوی ضربات ناگهانی را که پمپ وارد میکند گرفته و کار آن بسیار با اهمیت است. هر کدام از Mud Pump ها سه پمپ دارد یعنی Triplex است.
- Drum مربوط به کابلها که به استرینگ ها متصل بوده و بالا و پائین بردن رشته های حفاری را انجام میدهد.
- ژنراتورهای تولید برق است که با گازوئیل کار کرده و سه دستگاه می باشد و همیشه دو دستگاه از آنها مشغول بکار بوده و یکی در حالت Stand by قرار دارد.
- سکوی حفاری یا Platform که کل تجهیزات حفاری درون آن و یا در زیر آن روی سطح زمین قرار دارد .
- Choke Manifold که افت فشار را باعث شده در هنگام خروج سیال از چاه و والوهائی دارد.
-  BHA) Bore Hole Assembly) ابزار بکار رفته در زیر Drilling Pipes را BHA گویند ، این ابزار عبارتند از:
الف) Drilling Collars = درحفاری معمولا"بین۲ تا۱۰ Collar بکارمی برند.
ب) Heavy Drilling Pipes = لوله هائی که از نظر مقاومت و وزن بین Drilling Pipes و Drilling Collars هستند.
پ) Subها = لوله هائی که کوچکتر از لوله های حفاری هستند که بین کالرها قرار میگیرند.
» Sub های مهم عبارتند از :
. Stabilizer : لوله ای استوانه ای با چند تیغه (زائده) بر روی خود که به دیواره چاه چسبیده و باعث قرار گرفتن رشته های حفاری در وسط چاه می شود بعبارت دیگر از برخورد رشته حفاری بدیواره چاه جلوگیری می نماید.
.. Bit Sub : ایجاد اتصال بین مته و Collar یا Sub های بالائی می کند.
... Cross Over Sub : اتصال بین دو لوله با اندازه های متفاوت را ممکن می سازد.
.... Rimmer : وسیله ای است دارای سه یا شش تیغه از جنس فولاد تنگستن که بالای مته بسته شده و باعث یکنواخت کردن قطر چاه می گردد. این وسیله عموما قبل از راندن لوله های جداری یا آستری رانده می شود.