أنواع الصمامات النفطية واجزائها والغرض منها

برج الحفر وهو عبارة عن مجموعة من المعدات والتقنيات الحديثة التي تستخدم في حفر الآبار النفطية.

على الرغم من أن منصات الحفر تختلف اختلافًا كبيرًا في المظهر الخارجي وطريقة توزيع المعدات، إلا أن جميع آبراج الحفر الدورانية لها نفس أجزاء ومكونات معدات الحفر الأساسية.

إن كل برج حفر يتكون من خمسة أجزاء أساسية وهي:

1. نظام الرفع (Hoisting System).
2. نظام الدوران (Rotary System).
3. نظام تدوير الطين (Mud circulation System).
4. نظام السيطرة على البئر (Well Control System).
5. نظام توليد الطاقة (Power Generation System).

Hoisting System

معدات نظام الرفع تستخدم لرفع وخفض أي معدات قد تدخل أو تخرج من البئر. وتعتبر من مكونات برج الحفر الاساسية.

العنصر الأكثر وضوحًا في نظام الرفع هو برج الرافعة او السارية (Derrick)، وهو الهيكل الشبيه بالبرج الطويل الذي يمتد عموديًا من البئر.

نظام الرفع لبرج الحفر.

يتكون نظام الرفع من دولاب الرفع (Draw work)، والسارية (Derrick) ومجموعة البكرات الثابتة (Crown Black)، ومجموعة البكرات المتحركة (Traveling Block)، والخطاف (Hook) والحبل السلكي (Wire rope).

يعمل نظام الرفع على مساعدة نظام التدوير لحفر البئر من خلال توفير المعدات اللازمة ومناطق العمل المطلوبة لرفع وخفض وتعليق أوزان عملية الحفر.

Mast or Derrick

وهي تمتد من أرضية برج الحفر إلى الجزء العلوي أو إلى نهاية البرج وتسمح لأعضاء الطاقم إسناد خيط اثناء حمله بواسطة البكرات المتحركة وحبل الحفر حيث يقع الحمل بالكامل على السارية. لا يؤثر ارتفاع السارية على قدرتها على التحمل، ولكنه عامل مهم في طول أقسام أنبوب الحفر التي يمكن إزالتها. إذا كان تصميم السارية لا يسمح بتحريكها بسهولة في قطعة واحدة، يجب على العاملين الخاصين تجميعها قطعة قطعة، وفي بعض الحالات تفكيكها إذا تم نقلها.

Floor

وهو مكان تواجد المنضدة الدوارة (Rotary Table) ومكان تواجد العاملين على عمليات الحفر وعمليات السحب والتنزيل وكافة المعدات ومكان تواجد الحفار وطاقم العمل .توضع المعدات الضرورية للحفر على أرضية البرج وأيضا يوجد المكان الذي يعمل فيه الحفار حيث يراقب عمليات الحفر والتحكم في عمليات الحفر ويسمى Dog House.

Substructure

البنية التحتية وهي الجزء السفلي من برج الحفر والمستند فوق Cellar ويعتبر الجزء الأساسي والقاعدة القوية لبرج الحفر وهو مجموعة من العوارض تساند السارية ودولاب الرفع وأنابيب الحفر والتثقيل والبطانة وكذلك المعدات الأخرى الموجودة على برج الحفر. يجب أن يكون ارتفاعها بشكل يتناسب مع ارتفاع مانعات الانفجار.

Crown Black

تسمى مجموعة البكرات الثابتة ويكون موقعها في أعلى قمة السارية وظيفتها هو السماح بصعود وهبوط حبل او كبل الحفر (Drilling Line) الذي يربط مع البكرات المتحركة وتتكون البكرات الثابتة من مجموعة من البكرات المحزوزة (Sheave) وهي البكرات التي يثبت عليها حبل الحفر (Drilling Line) القادمة من بكرة تجهيز خيط الحفر (Real Apply). يتم اكتساب ميزة ميكانيكية كبيرة، مما يتيح استخدام حبل حفر صغير نسبيًا (3/4 إلى 1 1/2 بوصة، كبل فولاذي) لرفع الأحمال الأثقل عدة مرات مما يمكن أن يدعمه الكابل كخيط واحد. البكرات الثابتة لها عدد من البكرات المحزوزة (وهي تزيد ببكرة واحدة والتي تكون منفصلة وتقع إلى اعلى البكرات الثابتة) عن البكرات المتحركة وهي تستعمل للخط السريع (Fast Line) الذي يصل إلى دولاب الرفع (D.W) وهذه البكرة الزائدة تسمى (Fast Sheave) أي إنها خاصة بالخط السريع فقط.

Traveling Block

وهي تسمى مجموعة البكرات المتحركة وهي أيضا تحتوي على مجموعة من الحزوز (Sheave) التي تدور حولها حبال الحفر وهي تعتبر مكملة لعمل البكرات الثابتة في تصعيد وإنزال حبل الحفر وهي بالإضافة إلى ذلك يكون عملها مرتبط مع الخطاف (Hook). تغلف هذه البكرات بغلاف حديدي (Steal Housing). يوفر نظام البكرة هذا ميزة ميكانيكية كبيرة لعمل حبل حفر، مما يسمح برفع الأحمال الثقيلة (خيوط الحفر، والبطانات) من أو إنزالها في حفرة البئر.

Draw work

دولاب الرفع وهو احد مكونات برج الحفر المهمة التي تمثل قلب برج الحفر (Rig) التي تساعد على إدخال المعدات إلى داخل حفرة البئر وإخراجها منها. وهي كذلك تهيئ القوة اللازمة لربط وفك وصلات الأنابيب. يعتبر من المعدات المهمة الموجودة في برج الحفر وهو المسؤول عن عملية رفع وتنزيل منظومة الرفع وخيط الحفر (String). القدرة الحصانية للبرج تعتمد على القدرة الحصانية لدولاب الرفع (D.W).

Hook

الخطاف يكون على شكل حرف J. يتم توصيل الخطاف بالجزء السفلي من البكرة المتحركة ويوفر وسيلة لالتقاط الأحمال الثقيلة باستخدام البكرة المتحركة. ويستخدم لربط البكرة المتحركة بالرأس الدوار (Swivel) وبقية أجزاء خيط الحفر. ويكون الخطاف مقفلاً او حراً في التدوير.

كما هو الحال مع أي نوع من الرافعات (crane)، نحتاج إلى خطاف لتعليق خيط الحفر أثناء قيامنا بالثقب للأمام والقدرة على سحب الأنبوب من الحفرة وخفض الخيط مرة أخرى للداخل.

Drilling line

يتكون حبل الحفر (Drilling line) الموجود في أسطوانة الرافعة من أسلاك فولاذية ملفوفة حلزونيًا حول البلاستيك أو الألياف النباتية أو قلب من الصلب.

يتم لف الطرف الأول من حبل الحفر (Fast line) حول أسطوانة الرافعة، وبعد ذلك تمر بالتناوب فوق البكرات المتحركة والثابتة، بينما يتم تثبيت الطرف الآخر (Dead line) على عنصر من البنية التحتية (Substructure).

يمر حبل الحفر من دولاب الرفع إلى أعلى سارية برج الحفر. من هنا يتم تحريكه بين البكرة الثابتة والمتحركة لإعطاء تعليق من ثمانية أو عشرة أو اثني عشر حبلاً. ثم يتم تثبيته بأرضية منصة برج الحفر بواسطة deadline anchor.

Deadline Spool

يتم تخزين حبل الحفر على بكرة (Spool) بشكل دوري، ويتم قطع جزء من حبل الحفر عند أعمال السحب ويتم سحب حبل إضافي من البكرة لاستبدال الجزء المقطوع.

Deadline Anchor

يتم فيها تثبيت الطرف الميت من حبل الحفر في البنية التحتية لقاعدة برج الحفر. يكون المثبت (Anchor) على جانب بكرة حبل الحفر.

Monkey Board

منصة التعليق وهي المنصة التي يقف عليها رجل السارية (Derrick man) المسؤول عن ترتيب أنابيب الحفر والتثقيل، وإسناد هذه الأنابيب اثناء عمليات السحب والتنزيل لأنابيب الحفر والتثقيل. ويسند العامل الأنابيب الى داخل منصة ذات حواجز يطلق عليها بمنصة الأصابع (finger board) وتحتوي على (12) حاجز لأنابيب الحفر.

Stabbing Board

منصة التوصيل وهي تشبه في عملها منصة التعليق ولكن ارتفاعها يكون اقل حيث يبلغ حوالي (9 - 12) متر. تساعد في تنزيل أنابيب البطانة حيث يقوم العامل عليها بتوجيه أنبوب البطانة توجيه الصحيح لشدة بواسطة (Power Tong).

Elevator Links

معدات مثبتة على البكرات المتحركة من أجل تعليق الرافعة (Elevator).

Elevator

وهي أيضا يكون عملها مع الخطاف وهي تساعد في عملية سحب وإنزال أنابيب الحفر والتثقيل والتبطين. وتصنف أنواع الرافعات بالاعتماد على نوع وقطر هذه الانابيب.

Rotary System

هذا الجزء من برج الحفر عبارة عن مكونات تعمل في الواقع على تدوير لقمة الحفر او الحفارة (drill bit).

نظام الدوران لبرج الحفر.

Top drive

المحرك العلوي (Top drive) وهو نظام فعال وذات كفاءة يضاف إلى برج الحفر وغالي الثمن، وهو عبارة عن محرك كهربائي او هيدروليكي ذو قدرة على تحريك خيط الحفر. يتم تعليق المحرك العلوي من الخطاف ويتم تشغيله بواسطة قضبان رأسية متصلة بالسارية، مما يوفر عزم الدوران التفاعلي المطلوب لمنع المجمع بأكمله من الدوران والسماح بالحركة الرأسية الحرة فقط، في هذه الحالة نلاحظ أن المنضدة الدوارة لا تدور في حالة الحفر ومن مميزاته: 

• يستطيع طاقم الحفر إضافة انابيب الحفر بسرعة وأمان وكفاءة اكبر دون التصاق عمود الحفر بجدار البئر بالمقارنة بالمنضدة الدوارة. 
• يستطيع الحفر المسافة أطول بمقدار ثلاث انابيب حفر أي ثلاث أضعاف طول عمود كيلي او ما يدعى بمعود الحفر المضلع (Kelly) وبذلك يوفر الوقت في عمل الوصلات. 
• تمكين العامل من إشراك المضخات أو الأنابيب الدوارة بسرعة أثناء تشغيل الانابيب (tripping pipe)، وهو أمر لا يمكن القيام به بسهولة باستخدام نظام Kelly.

على الرغم من أنها ليست حلاً سحريًا، إلا أن المحركات العلوية الحديثة تعد تحسينًا كبيرًا في تقنية الحفر وهي مساهم رئيسي في القدرة على حفر الآبار بعيدة المدى الأكثر صعوبة. بالإضافة إلى ذلك، يتيح المحرك العلوي لآبراج الحفر تقليل كل من التردد والتكلفة لكل حادث من الأنابيب العالقة.

يوجد نظام المحرك العلوي في منصات الحفر الكبيرة. يمكن أن يصل وزن التجميع إلى 25 طنًا وبالتالي فهو غير مطلوب للآبار الضحلة.

Rotary table

المنضدة الدوارة (Rotary table) وهو القسم الدوار لأرضية الحفر الذي يوفر القدرة على تدوير خيط الحفر في اتجاه عقارب الساعة، ويدعم وزنه أثناء العمليات أو أثناء توصيل أنبوب حفر جديد، عندما لا يمكن أن يتحمله الخطاف. تنتقل الحركة والقوة الدوارة من خلال جلبة كيلي (kelly bushing) وعمود Kelly إلى خيط الحفر. تحتوي جميع آبراج الحفر تقريبًا اليوم على المنضدة الدوارة، إما كنظام أساسي أو احتياطي لتدوير خيط الحفر.

نظام المحرك العلوي (Top drive)، التي تسمح بالتناوب المستمر لخيط الحفر، قد حل محل المنضدة الدوارة في عمليات معينة. يتم بناء عدد قليل من الحفارات او آبراج الحفر اليوم بأنظمة المحرك العلوي فقط، وتفتقر إلى نظام Kelly التقليدي.

Swivel

يكون المحور الدوار مسؤول عن:

• حمل الوزن الكامل لخيط الحفر وبمساعدة الخطاف. يتم توصيل المحور الدوار بمعدات الرفع حيث يسمح لها بالدوران بحرية. المحور الدوار عبارة عن معدة ثابتة لا تدور، ولكنه يسمح لكل شيء تحته بالدوران.
• المسؤول عن نقل سائل الحفر من وصلة خرطومية دوارة (Rotary hose) وعبر وصلة معقوفة (Gooseneck) إلى الأنبوب المضلع حيث يحتوي على wash pipe وهي معدة تحتوي على جزء ثابت علوي ويكون متصل بـ Gooseneck ينقل سائل الحفر من Rotary hose وجزء متحرك سفلي مربوط في منتصف الجزء المتحرك الكبير للـ swivel حيث يدور مع دوران المنضدة الدوارة التي تعطية الحركة الدورانية ناقلا معه سائل الحفر إلى داخل خيط الحفر.

يتم استبدال المحور الدوار بمحور طاقة (power swivel) عند استخدام نظام المحرك العلوي. يقوم power swivel بنفس وظائف الدوران المعتاد، ولكنه يرتبط أيضًا بنظام نقل يستخدم لتدوير خيط الحفر، بدلاً من المنضدة الدوارة التي تنقل هذه الحركة.

Kelly

عمود الحفر المضلع او كيلي هو عبارة عن قطعة من الأنابيب ذات ستة جوانب يتم تركيبها بإحكام في جلبة Kelly التي يتم تركيبها في المنضدة الدوارة. عن طريق قلب الأخير، ينتقل عزم الدوران من كيلي أسفل الفتحة إلى لقمة الحفر (bit). قد يستغرق الأمر عددًا من دورات المنضدة الدوارة لتدوير لقمة الحفر آلاف الأمتار إلى أسفل الحفرة.

تستقبل هذه الحركة من جلبة Kelly، التي يتم ربطها بها من خلال أداة الامساك (sliding coupling)، بحيث يمكن أن تتحرك عموديًا.

Kelly Bushing

جلبة كيلي وهو نظام ينقل عزم الدوران إلى Kelly عند توصيله بالجلبة الرئيسية (master bushing) والذي يسمح لـ Kelly بعمل ثقب في وقت واحد مع الحركة العمودية.

تقوم التروس التي تعمل بالطاقة في المنضدة الدوارة بتدوير الجلبة الرئيسية، وبالتالي جلبة Kelly.

Master Bushing

أداة تتناسب مع أدوات الامساك (slips) في المنضدة الدوارة وتدفع جلبة Kelly بحيث يمكن نقل دوران المنضدة الدوارة إلى Kelly.

إقرأ أيضاً: مقدمة الى حفر الآبار النفطية

Mud Circulation System

هناك عدد من الأهداف الرئيسية لهذا النظام: 

• تبريد وتزييت لقمة الحفر (bit).
• التحكم في ضغط البئر.
• إزالة الحطام والقطع.
• طلاء جدران البئر بالقشرة الطينية (mud cake).

يتكون نظام التدوير من سائل حفر (drilling fluid) الذي يتم تدويره للأسفل عبر فتحة البئر.

قد يحتوي سائل الحفر وهو السائل الأكثر شيوعًا، والمعروف باسم الطين (mud)، على صلصال (clay) والمواد الكيميائية ومواد الترجيح والماء والنفط.

تعتبر خزانات الطين (mud pits) هي نقطة البداية لنظام تدوير الطين، حيث يتم فيها تخزين مكونات سائل الحفر.

نظام تدوير الطين لبرج الحفر.

يتم خلط الطين في قادوس خلط الطين (mud mixing hopper)، حيث يتم دفع السائل من خلال المضخات للأعلى حتى المحور الدوار (swivel) وثم للأسفل طوال الطريق عبر أنبوب الحفر (drill pipe)، ويخرج من خلال لقمة الحفر او الحافرة (bit) نفسها.

يتم تدوير سائل طين الحفر في الحافرة، حيث يعمل على التقاط الحطام وفتات الحفر، حيث ينتقل خلال المجال الموجود بين خيط الحفر وجدران البئر والذي يدعى بالمجال الحلقي (annular)، ليتم تدوير سائل الحفر مرة أخرى اعلى البئر. بمجرد الوصول إلى السطح، يتم ترشيح هذه المواد، لاستعادة سائل الحفر القابل لإعادة الاستخدام.

Mixing Hopper

وهو جهاز تدفق الطين، يسمى أيضًا jet hopper، حيث يضع المواد في نظام تدوير الطين. يتم تشغيل قادوس الطين بواسطة مضخة طرد مركزي حيث يتدفق الطين بسرعة عالية عبر فوهة فينتوري (jet) أسفل القادوس المخروطي الشكل. تتم إضافة المواد الجافة من خلال قادوس الطين لتوفير التشتت، والترطيب السريع والخلط المنتظم لطين الحفر. يتم أحيانًا تغذية السوائل في الطين بواسطة خرطوم يوضع في القادوس.

Mud pit

خزان الطين وهو عبارة عن خزان كبير يحتوي على سائل الحفر يوجد اما في برج الحفر أو في محطة خلط الطين. بالنسبة لأبراج الحفر البرية، فإن معظم خزانات الطين عبارة عن إنشاءات فولاذية مستطيلة الشكل، مع أقسام تحمل حوالي 200 برميل من الطين لكل منها. يتم ضبط هذا الخزان وتركيبة في نظام تدوير الطين النشط. اما بالنسبة لأبراج الحفر البحرية، يوجد سائل الحفر في خزانات تدعى وعاء الحفر (drilling vessel) وتكون أكبر، وتستوعب ما يصل إلى 1000 برميل. 

تستخدم هذه الخزانات في محطات الخلط وفي بعض منصات آبراج الحفر لتحسين كفاءة الخلط وتقليل البقع الميتة التي تسمح بالترسب. كانت خزانات الطين عبارة عن حفر ترابية هي أقدم نوع من خزانات الطين، لكن القلق بشأن حماية البيئة أدى إلى استخدام أقل تواتراً للحفر الترابية المفتوحة في الأرض. اليوم، تُستخدم الحفر الترابية فقط لتخزين الطين المستخدم أو المخلفات قبل التخلص من موقع الحفرة ومعالجته.

Shale Shaker

الغربال وهو الجهاز الأساسي وربما الأكثر أهمية على برج الحفر لإزالة المواد الصلبة المحفورة من الطين أثناء خروج الطين من البئر. هذا المنخل الاهتزازي بسيط من حيث المفهوم، ولكنه أكثر تعقيدًا للاستخدام بكفاءة.

يحتوي على مشابك ترشيح (screen) تهتز بينما يتدفق سائل الحفر فوقها. يسمح المشبك فقط بالطور السائل لطين الحفر والمواد الصلبة الصغيرة بالمرور خلاله، في حين يتم الاحتفاظ بالمواد الصلبة الاكبر على المشبك، وتسقط في نهاية المطاف في الجزء الخلفي من الجهاز ويتم التخلص منها. 

من الواضح أن الفتحات الأصغر في المشبك تنظف المزيد من المواد الصلبة من الطين كله، ولكن يحصل هناك انخفاض في معدل التدفق لكل وحدة مساحة من المشبك. ومن ثم، يجب أن يسعى طاقم الحفر إلى تشغيل مشابك الترشيح (كما يسمى النسيج السلكي "wire cloth") ، بأكبر قدر ممكن من الدقة، دون تفريغ الطين بالكامل من الجزء الخلفي من الجهاز.

حيث كان من الشائع فيما مضى أن تحتوي أبراج الحفر على غربال واحد أو اثنين فقط من الغرابيل، غالبًا ما يتم تزويد أبراج الحفر الحديثة عالية الكفاءة بأربعة غرابيل أو أكثر، مما يمنح مساحة أكبر من مشبك الترشيح للاستخدام، ويمنح الطاقم المرونة العالية لشتغيل المشابك بجودة عالية.

Desander

وهو جهاز فَرّازة دوامية مائية (hydrocyclone) يزيل مواد الحفر الصلبة الكبيرة من نظام الطين بأكمله. يجب وضع الجهاز في اتجاه مجرى shale shakers و degassers، ولكن قبل أجهزة desilters أو منظفات الطين. يتم ضخ حجم من الطين في الجزء العلوي العريض من الهيدروسيكلون بزاوية مماس تقريبًا لمحيطه. عندما يتدفق الطين حول داخل الشكل المخروطي وتدريجيًا إلى الأسفل، يتم فصل المواد الصلبة عن السائل بواسطة قوى الطرد المركزي. تستمر المواد الصلبة حولها ولأسفل حتى تخرج من قاع الهيدروسيكلون (مع كميات صغيرة من السائل) ويتم التخلص منها. ينتقل الطين السائل الأكثر نظافة والأخف كثافة من خلال دوامة في وسط الهيدروسيكلون ، ويخرج من خلال الأنابيب في الجزء العلوي من الهيدروسيكلون ثم يتم توجيهه إلى خزانات الطين وجهاز تنظيف الطين التالي، وعادة ما يكون desilter. تتطابق مخاريط Desander و Desilter ذات الأحجام المختلفة من الناحية الوظيفية، حيث يحدد حجم المخروط حجم الجسيمات التي يزيلها الجهاز من نظام الطين.

Desliter

الفَرّازة الدوامية المائية (hydrocyclone) لهذا الجهاز تشبه الى حد كبير تلك الموجودة في الـ Desander إلا أن تصميمه يتضمن عددًا أكبر من الأقماع الأصغر. كما هو الحال مع آلة Desander، فإن الغرض من الـ Desliter هو إزالة المواد الصلبة غير المرغوب فيها من نظام الطين. تسمح المخاريط الأصغر لوحدة Desliter بإزالة المواد الصلبة ذات القطر الأصغر بكفاءة مما تفعله آلة Desander. لهذا السبب، يقع الـ Desliter بعد جهاز Desander في نظام تدوير الطين السطحي.

Degasser

جهاز يزيل الهواء أو الغازات (الميثان ، H₂S ، CO₂ وغيرها) من سوائل الحفر. هناك نوعان عامان يعملان عن طريق توسيع حجم فقاعات الغاز الموجودة في الطين وعن طريق زيادة المساحة السطحية المتاحة للطين بحيث تفلت الفقاعات من خلال استخدام ألواح صد متتالية مختلفة. إذا كان محتوى الغاز في الطين مرتفعًا، فسيتم استخدام عازلة (mud gas separator) أو (poor boy degasser)، لأنه يحتوي على سعة أعلى من أجهزة الـ Degasser القياسية ويوجه الغازات المتصاعدة بعيدًا عن برج الحفر إلى منطقة إشعال كاملة بمصدر إشعال.

Slug Tank

الـ Slug هنا هو عبارة حجم من الطين يكون أكثر كثافة من الطين الموجود في أنبوب الحفر والمجال الحلقي للبئر.  يتم استخدام الـ slug لإزاحة الطين من الجزء العلوي من أنبوب الحفر قبل سحب الأنبوب من الحفرة (hole) ويتم خلط هذا النوع من الطين في pill pit عن طريق إضافة مادة ترجيح إضافية (البارايت) إلى بضعة براميل من الطين من خزانات الطين.  يتم ضخه في الجزء العلوي من خيط الحفر لدفع الطين إلى الاسفل، خارج الأنبوب، وبالتالي الحفاظ على الحوامل العلوية للأنبوب فارغة.

Reserve Tank

خزان نفايات، عادة ما يكون محفورًا في حفرة ترابية.

Mixer or Agitator

وهي مجهزة بشكل عام بمجاديف دوارة توفر اضطرابًا لخلط السوائل وعملًا يمنع ترسب المواد الصلبة قبل ضخها.

Mud Gun

محثات الطين تعمل على إثارة الطين في خزانات الطين خاصة في القاع والزوايا. حث الخزانات (Gunning the pits) يرفع البارايت المستقر، والذي يمكن أن يؤدي إلى زيادة مفاجئة، وربما غير مرغوب فيها، في كثافة الطين في الحفر.

Jerk Valve

صمام يستخدم بين خزانات الطين.

Mud pump

مضخة ترددية كبيرة وعالية الضغط تستخدم لتدوير الطين على برج الحفر. مع اثنين أو ثلاثة مكابس (مضخات مزدوجة أو ثلاثية)، قد تكون أحادية أو مزدوجة الفعل، وتتلقى قوتها من محرك كهربائي.

Standpipe

الأنبوب العمودي هو عبارة عن قناة معدنية صلبة توفر مسارًا عالي الضغط لطين الحفر للسفر تقريبًا ثلث الطريق أعلى برج الحفر، حيث يتصل بخرطوم مرن عالي الضغط (Rotary hose). تم تجهيز العديد من الحفارات الكبيرة بأنابيب عمودية مزدوجة بحيث يتم تقليل وقت التوقف عن العمل إلى أدنى حد إذا تطلب أحد الأنابيب العمودية الإصلاح.

Standpipe Manifold

يعمل على تغيير اتجاه تدفق الطين الى خطوط القتل (kill line) في حالة قتل البئر او فقدان نظام تدوير الطين.

Rotary Hose

وهو خرطوم مرن عالي الضغط ذو قطر كبير (قطر داخلي من 3 إلى 5 in) يستخدم لتوصيل الأنبوب العمودي (Standpipe) بالمحور الدوار (Swivel). وبسبب مرونته فهو لا يتأثر عند رفع أو إنزال Kelly (وبدوره خيط الحفر ولقمة الحفر) أثناء ضخ سائل الحفر عبر خيط الحفر. يعد التخفيض المتزامن لخيط الحفر أثناء ضخ السائل أمرًا بالغ الأهمية لعملية الحفر.

Mud Return

ممر لسائل الحفر عندما يخرج من البئر.

اقرأ أيضا

طين الحفر

Well Control System

يتكون هذا النظام من سلسلة من الصمامات التي تغلق البئر والتي تمنع الموائع غير المستقرة من الانطلاق من البئر.

نظام السيطرة على البئر لبرج الحفر.

موانع الانفجار (blowout preventers) عبارة عن مجموعة من عناصر الإحكام القوية المصممة لإغلاق المجال الحلقي بين إنبوب الحفر وتجويف البئر، حيث يعود الطين عادةً إلى السطح. يمكن إغلاق البئر عن طريق إغلاق هذا الطريق ويسمح للطين و/أو موائع التكوين بالتدفق عبر خانق (choke) يمكن التحكم فيه أو صمام قابل للتعديل. يسمح هذا الخانق لطاقم الحفر بالتحكم في الضغط الذي يصل إلى السطح واتباع الخطوات اللازمة "لقتل" البئر، أي استعادة النظام المتوازن.

BOP Stack

وهو عبارة عن مجمع صمامات كبيرة توجد على فوهة البئر أثناء عمليات الحفر، ويمكنها إغلاق البئر بالكامل في بضع عشرات من الثواني، مهما كانت ظروف العمل. يتكون من:

• Annular BOP

مانع الانفجار الحلقي هو جهاز ميكانيكي خاص يستخدم لإغلاق بئر الزيت والغاز والتحكم فيه ومراقبته. يتم وضعه على الجزء العلوي من Ram BOP. يطلق عليه الحلقي بسبب بنيته ؛ يحيط بأعلى حفرة البئر على شكل حلقة أو حلقة.

• Ram BOP

مانع الانفجار المكبسي وهو عبارة عن مجموعة خاصة تستخدم أثناء الحفر كجزء من نظام منع الانفجار. تغلق الصمامات الموجودة في مانع الانفجار المكبسي عن طريق الضغط أو كبسهما معًا. يغلق مانع الانفجار المكبسي البئر بواسطة مكابس تعمل في انسجام تام ويتم تشغيلها بواسطة اسطوانات هيدروليكية. يحتوي Ram BOP على عدة أنواع من المكابس وهي:

• pipe ram: ويستخدم لإحكام التسريب حول انابيب الحفر.
• blind ram: ويستخدم لإغلاق فتحة البئر التى لا يوجد بها اى انابيب حفر.
• shear ram: يستخدم لقطع الانابيب داخل البئر فى حالة الطوارئ.
• blind shear ram: يمتلك وظيفتي النوعين السابقين معاً.

Diverter

إنه مانع حلقي مع نظام أنابيب كبير تحته. يتم استخدامه لتحويل الركلة (kick) من برج الحفر ويمكن استخدامه عند ضبط البطانة الرئيسية (conductor pipe).

Choke & kill manifold

مجموعة من الصمامات والخوانق والمقاييس والخطوط المستخدمة للتحكم في معدل التدفق والضغط من البئر عند إغلاق مانع الانفجار BOP.

يعد مجمع القتل (Kill manifold) من المعدات الضرورية في نظام التحكم في البئر لضخ سائل الحفر في البئر أو حقن الماء في فوهة البئر. ويتكون من صمامات عدم رجوع وصمامات بوابية ومقاييس ضغط وأنابيب خطية. يمكن أن يوفر مجمع القتل وسيلة لضخ سائل الحفر الثقيل في البئر لموازنة ضغط قاع البئر بحيث يمكن منع الرفسة (Kick) والانفجار في حالة زيادة ضغط رأس البئر. في هذه الحالة، وباستخدام خطوط التفجير المتصلة بمجمع القتل، يمكن أيضًا إطلاق الضغط المتزايد لرأس البئر مباشرةً لتحرير ضغط قاع البئر، أو يمكن حقن الماء وعامل الإطفاء في البئر عن طريق مجمع القتل. لا تسمح صمامات عدم الرجوع الموجودة في مجمع القتل إلا بحقن سائل القتل أو السوائل الأخرى في تجويف البئر من خلالها.

Kill line

أنبوب عالي الضغط يمتد من مخرج على BOP Stack إلى مضخات برج الحفر ذات الضغط العالي. أثناء عمليات التحكم في البئر العادية، يتم ضخ سائل القتل من خلال خيط الحفر ويتم إخراج سائل المجال الحلقي من البئر عبر خط الخنق إلى الخانق (choke)، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط السائل إلى الضغط الجوي. إذا تعذر الوصول إلى أنبوب الحفر، فقد يكون من الضروري ضخ سائل حفر ثقيل في الجزء العلوي من البئر، وانتظر حتى يقع السائل تحت قوة الجاذبية، ثم إزالة السائل من المجال الحلقي. في حين أن خط  واحد ذو ضغط عالٍ سيكون كافياً، فمن الملائم أن يكون لديك خطان في مثل هذه العملية. بالإضافة إلى ذلك، يوفر هذا مقياسًا للتكرار للعملية. في العمليات البحرية العائمة، تخرج خطوط الخنق والقتل من BOP Stack تحت سطح البحر وتعمل على طول الجزء الخارجي من الناهض (riser) إلى السطح. يجب أن تؤخذ التأثيرات الحجمية والاحتكاكية لخطوط الخنق والقتل الطويلة هذه، في الاعتبار للتحكم في البئر بشكل صحيح.

Accumulator

جهاز تخزين السائل الهيدروليكي المضغوط بالنيتروجين، والذي يستخدم في تشغيل مانعات الانفجار.

Inside BOP

يتم تثبيته في خيط حفر لمنع الانفجار داخل الخيط. مانع الانفجار الداخلي هو في الأساس صمام عدم رجوع يمنع التدفق لأعلى في خيط الحفر بينما يسمح بالتدفق إلى أسفل خيط الحفر. يسمى أيضًا بـ IBOP.

تكون الأداة متصلة بأنبوب الحفر لتحرير الضغط. يحمي هذا النوع من الصمامات المحور الدوار () والأنبوب العمودي وأنابيب الطين وخرطوم الحفر عند حدوث رفسة في خيط الحفر. إنه يغلق ضد الضغط حتى 69 ميجا باسكال ويسمح بالتدفق السفلي لسائل الدوران عبر أنبوب الحفر ويمنع التدفق العلوي بعد توقف نظام التدوير. توجد ايضاً أدوات منع الانفجار الداخلية دائمًا على أرضية العمل بالقرب من المنضدة الدوارة.

Power Generation System

يعمل هذا النظام على توليد وتوزيع الطاقة اللازمة لتشغيل الأنظمة المختلفة ومكوناتها.

نظام توليد الطاقة لبرج الحفر.

Prime Movers

المحركات الرئيسية في برج الحفر هي تلك المعدات التي توفر الطاقة لكافة أجزاء ومكونات برج الحفر وهي عبارة عن محركات ديزل (Diesel Generator).

يتم استخدام أنواع أخرى من المحركات أيضًا في الآونة الأخيرة، بينما لا تزال محركات الديزل تشكل غالبية مصادر الطاقة على لمكونات أبراج الحفر.

قد تستخدم بعض أبراج الحفر الكهرباء مباشرة من خطوط الكهرباء. تتطلب معظم أبراج الحفر هذه الأيام ما بين 1000 إلى 3000 قوة حصانية، في حين أن أبراج الحفر الضحلة قد تتطلب أقل من 500 قوة حصانية.

SCR

وهي عبارة عن غرفة للتحكم بالطاقة والكهرباء.

Diesel Tank

وهي خزانات لحفظ الوقود التي تحتاجة المحركات الكهربائية.

Drill String

خيط الحفر او عمود الحفر هو عبارة مجموعة من الانابيب تقوم بنقل الحركة الدورانية إلى لقمة الحفر وكذلك يقوم بنقل سائل الحفر إلى البئر. وفيما يلي تفاصيل خيط الحفر:

مكونات خيط الحفر.

Drill Pipe

أنابيب الحفر وهي تمثل الجزء الأعلى من خيط الحفر، عند دورانها تدور معها لقمة الحفر. كل قطعة من أنابيب الحفر يطلق عليها (joint) وكل اثنان أو ثلاث قطع من انابيب الحفر تسمى (Stand)، وكلما كان طوله أكبر كلما كانت عملية الحفر اسرع، وتصنف أنابيب الحفر بالاعتماد على:

• القطر
• المتانة (النوعية)
• أوزان الحديد
• أطوال الأنابيب

Drill Collar

أنابيب التثقيل وهي أنابيب ثقيلة جدا ذات جدران سميكة وتوضع دائما فوق لقمة الحفر، وتعمل على إعطاء الوزن المناسب على لقمة الحفر وإبقاء أنابيب الحفر في حالة شد وكذلك تعمل على مركزة خيط الحفر (String) وكذلك مرور سائل الحفر والموائع الأخرى من خلالها ويعتمد مقدار الثقل على نوع التكوينات الصخرية وكذلك نوع الحافرة وعمرها. 

الأنواع الشائعة منها: Spiral (الحلزوني) و slick (الأملس). النوع المفضل هو النوع الحلزوني Spiral وذلك لاحتواء سطحه الخارجي على قنوات حلزونية لتقلل حوادث الالتصاق بنسبة 50% مقارنتا بالأنابيب الثقيلة الملساء لكونها تمتلك مساحة تماس اقل بـ (50%) من مساحة تماس الأنابيب الثقيلة الملساء.

Heavy Wall drill Pipe

أنابيب حفر ثقيلة الوزن توضع بين أنابيب التثقيل وأنابيب الحفر وهي تعمل على تقليل الإجهاد الذي تتعرض له أنابيب الحفر وكذلك تساعد على إبقاء أنابيب الحفر مشدودة وتضع ثقلا على الحافرة. وتتميز بالمواصفات التالية:

• وصلات الربط (TOOL JOINT) تكون أكبر وأطول وذلك لتعطي قوة شد اكبر.
• جدرانها اسمك لتسلط وزن اكبر على الحافرة مع تقليل قوة الشد على الانبوب.
• تحتوي في منتصفها على ما يسمى وسادة التأكل (wear pad) وهي تحفظ منتصف الأنبوب بعيداً عن جدار البئر وتقلل التأكل في جدران الأنبوب.

Stabilizer

توضع المثبتات فوق الحافرة مباشرته وعملها هو مرکزة خيط الحفر وإبقاء خيط بصورة عمودية وغير مائل، وكذلك توجيه لقمة الحفر في الاتجاه الصحيح، حيث تقلل من درجة الميل للبئر التي تقاس بواسطة جهاز يسمى (Totco) الذي ينزل بعد التأكد من استهلاك لقمة الحفر واتخاذ قرار بسحب لقمة الحفر حيث يتم اسقاطها من أرضية البرج إلى نهاية خيط الحفر ومن ثم يسحب خيط الحفر وتسحب معه لقمة الحفر المستهلكة. يكون قطر المثبتتات دائما اقل ب( in 1/16) من قطر لقمة الحفر

Reamer

منعمات جدار البئر وهي أدوات تربط فوق لقمة الحفر لتنعيم جدار البئر من الزوائد الموجودة على طول البئر تمهيدا لإنزال أنابيب البطانة أي إن هذه المعدة تنزل بعد إكمال عملية حفر تجويف من تجاويف البئر أو بعد إكمال حفر البئر. وكما في الممركزات (المثبتتات) فان قطر المنعمات اقل ب( 1/16 in) من قطر لقمة الحفر، وذلك لتنظيف جدار البئر وتحديد قطر البئر، ليكون من السهولة انزال أنابيب البطانة بسهولة. تنزل المنعمات مع لقمة الحفر حيث تدور مع دوران سائل لقمة الحفر.

Drilling Jar

وهي معدة تستعمل خلال عملية تحرير الأنابيب العالقة (Stuck Pipe) في خيط الحفر حيث عندما يراد تسليط قوة للأعلى او للأسفل لغرض تحریر الأنابيب أي إن عملها مشابه لعمل المطرقة وتوضع فوق أنابيب التثقيل.

Shock Sub Tool

وهي معدة عملها هو تقليل الاهتزاز الذي تسببه عملية حفر التكوينات الصلبة ومن مشاكله يؤدي إلى تقليل عزم لقمة الحفر وتحديد قيمة الوزن المسلط عليها. وتوضع المعدة عادتاً على بعد (30 - 90 متر) فوق لقمة الحفر.

Scraper

القاشطات وهي تقوم بعملية تنظيف البطانة من الإسمنت بعد إكمال عملية تسميت البطانة حيث تنزل عادتا مع لقمة الحفر (الدقاقة). القاشطة تقوم بتنظيف جدار البطانة من الاسمنت العالق عليها وتستخدم في اغلب الاحيان في البطانة الإنتاجية، وذلك لكون البئر مكتمل ويجب تنظيف بطانته الإنتاجية إذ إن لا وجود لبطانات أخرى بعدها او في حالة الحاجة الى لإنزال معدات جس الآصرة الإسمنتية للبطانة وحسب القطر الداخلي او الحاجة لوضع حواجز مطاطية لعزل التكوينات المنتجة أو لغرض الفحص. تنزل القاشطات بدون دوران لقمة الحفر لأنة يؤدي إلى تمزق جدار البطانة حيث يتم ضخ سائل الحفر لتنظيف البئر.

Junk Sub

سلة الخردة وتنزل فوق لقمة الحفر مباشرتاً خلال عملية الحفر حيث تقوم بجمع القطع الغريبة الناتجة عن طحن الإسمنت أو أي مادة صلبة أو غير اعتيادية.

Bit Sub

وهي معدة تستعمل لربط أسنان لقمة الحفر مع أنابيب التثقيل أو الممركزات أو معدات أخرى وهو في اغلب الأحيان أنابيب التثقيل وذلك كون لقمة الحفر (الدقاقة) تحتوي على PIN فقط وكون أنابيب التثقيل وبقية المعدات يجب ربطها من الـ PIN أولا فلابد من وجود معدة تعمل على ربطهما مع بعض وهذه المعدة هي Bit Sub أي إن عملها مرتبط فقط مع الحافرة (لقمة الحفر) لا غير أي أنها تحتوي على (BOX) X (BOX).

Cross Over Sub (X.O.S)

وهي عبارة عن تحويله بديلة تستعمل لربط أنابيب خيط الحفر بمختلف أنواعها وإحجامها وأقطارها مع بعضها حيث يجب إن تتكون (X.O.S) من (PIN) & (BOX) ويجب أن تختلف نوعية أقطار (PIN) & (BOX) بحيث قطر الـ (BOX) لا يشابه قطر (PIN) ونوعية سن الربط.

Dril Bit

لقمة الحفر ( الدقاقة او الحافرة) وهي والتي تقوم بعملية حفر التكوينات المختلفة (الصلبة والهشة) وتكونعلى عدة أنواع وأحجام .واهم هذه الأنواع هي الـ PDC.

Connection Tools

معدات الربط تساهم بدور كبير في عملية الحفر حيث تعمل على فتح وشد الأنابيب بكافة أنواعها إضافة إلى المعدات الأخرى المتواجدة في برج الحفر وهي على عدة أنواع، وفيما يلي تفاصيل هذه المعدات:

معدات الربط او التوصيل لبرج الحفر.

Slips

ماسكات الانابيب (Slips) تقسم الى عدة أنواع ومنها:

• ماسكات أنابيب الحفر (Drill pipe slips)

وتحتوي على ثلاث أجزاء كل جزء تحتوي على (dieses 18) وكل جزء مقسم ثلاث أقسام ليكون الإجمالي (54 dieses) وتعمل على مسك أنابيب الحفر داخل المنضدة الدوارة.

• ماسكات أنابيب التثقيل (Drill collar slips)

وتعمل على مسك أنابيب التثقيل داخل المنضدة الدوارة ويحتوي على مجموعة من القطع (الفك) ويمكن إضافة أو إزالة واحدة من هذه القطع (الفك) لغرض زيادة القطر أو انقاصة حسب قطر الأنبوب ويحتوي على كل فك على مجموعة من الدايسات الدائرية الشكل وكل فك يحتوي على (7) داس على طول الفك حيث تعمل ماسكات أنابيب التثقيل بمساعدة ماسك أنابيب أمان يسمى (safety clam). 

الذي يعمل أيضا على مسك أنابيب التثقيل ويوضع على ماسكات أنابيب التثقيل ويكون على شكل شريط حلزوني ويربط حول أنبوب التثقيل أي خارج المنضدة الدوارة ويوضع لإغراض الأمان في حالة فشل ماسك الأنبوب الثقيل وتحتوي كل قطعة من الشريط الحلزوني على (Dies) واحد ويكون سميك الجدران ويحتوي (safety clam) على مقبضين ليسهل حملة مع ملاحظة أنة يمكن زيادة طول safety clam وكذلك تقليل طوله من خلال إضافة أو فتح قطعة جديدة او موجودة أصلاً.

• ماسكات أنابيب البطانة (SPIDER)

وهو عبارة عن ماسك أنابيب ولكن هذا النوع خاص لأنابيب التثقيل حيث يكبر ويصغر حسب القطر المراد وضعة داخلة. ويوضع فوق المنضدة الدوارة مباشرتاً ويستخدم عندما يكون قياس وصلة الازدواج للمنضدة الدوارة غير موافق لقياس الأنابيب المنزلة حيث يتم رفع وصلة الازدواج عند وضع SPIDER ولها القابلية على تحمل حمولات كبيرة تصل إلى أكثر من (500) طن.

Tongs

مفاتيح ربط كبيرة السعة ذاتية الغلق تُستخدم لإمساك مكونات خيط الحفر وتطبيق عزم الدوران. يتم استخدام مفاتيح الربط هذه على شكل أزواج متقابلة. من أجل الكفاءة، يتم ربط مجموعة واحدة من الـ Tongs بشكل أساسي بكابل أو سلسلة في سارية برج الحفر، ويتم سحب المجموعة الأخرى بطارة رفع ميكانيكية (cathead).

• Breakout Tongs هي المفاتيح النشطة أثناء عمليات التخفيف من قوة الريط.
• makeup tongs وهي المفاتيح النشطة أثناء عمليات التشديد من قوة الربط.

Spinning Wrench

وتسمى المفاتيح الدوارة الهوائية وهي تستعمل لفتح وشد أنابيب الحفر فقط تحت عزم معين ويكون عملها بواسطة الهواء المجهز من ضاغطات الهواء او تكون هيدروليكية العمل، يعكس اتجاهها في حالة تغيير عملها من الفتح إلى الشد أو من الشد إلى الفتح وهي تعمل بمساندة Tong Spinner.

Power Tong

وهي مماثلة لـ Spinning Wrench إما تعمل بالهواء أو هيدروليكية العمل. عند عملية فك الروابط بين الانابيب، يتم استخدام Power Tong لفك المسمار قبل استخدام Spinning Wrench. بينما في تكوين الروابط، يتم استخدام Spinning Wrench أولاً لشد الوصلة في البداية. ثم يتم استخدام Power Tong لعزم المفصل (joint) أو الحامل (stand).

Kelly Spinner

يمتلك ملفاف العمود المضلع (kelly spinner) مبدأ عمل مشابهًا لـ power tong. يتم توصيله بالجزء السفلي من المحور الدوار (swivel) وهو مفيد في إجراء التوصيلات. إنه يلغي الحاجة إلى استخدام السلاسل (spinning chain) ويحسن كلاً من سرعة وسلامة إجراء الوصلات وفكها.

Power Slips

تُستخدم يستخدم هذا النوع من الماسكات لتقليل إجهاد الطاقم، وزيادة السلامة للأفراد وتوفير الحماية ضد التلف الذي يلحق بأنبوب الحفر: فهي أكثر دقة من الماسكات اليدوية وبالتالي تقلل الضرر الذي يلحق بأنبوب الحفر.

Bit Breaker

أداة خاصة يستخدمها طاقم منصة الحفر لمنع لقمة الحفر من الدوران أثناء إحكام أو فك الجزء الفرعي الموجود فوقها. لقمات الحفر لها أشكال غير أسطوانية، لذا فإن مفاتيح الربط التقليدية التي يستخدمها طاقم منصة الحفر لتشديد الأشكال الأسطوانية مثل الأنابيب لا تناسب مع لقمات الحفر بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي بعض لقمات الحفر، مثل لقمة PDC، على نطاق واسع من الأشكال أو الملامح غير العادية وغير المتماثلة. يجب أن يتطابق الـ Bit Breaker مع شكل لقمة الحفر لتجنب تلف لقمة الحفر.

Another Equipment

Cat Walk

ويساعد على وضع أنابيب الحفر والتثقيل والبطانات لغرض رفعها مباشرتا إلى أرضية البرج (floor).

Pipe Ramp

وهو ممر للأنابيب المسحوبة إلى ارض البرج (floor) ويكون بشكل مائل ليسهل عملية السحب والتنزيل للأنابيب.

Pipe Rake

وهو المكان الذي تستند علية الأنابيب على ارض البرج حيث لا يمكن وضع الأنابيب على الأرض مباشرتاً لوجود الأوساخ ويستطيع طاقم العمل تنظيف وفحص الأنابيب

بسهولة.

Mouse hole

وهي الحفرة التي يوضع في داخلها أنبوب الحفر وهي عبارة عن أنبوب يمتد إلى ارض البرج ويكون طوله اقل من طول أنبوب الحفر وذلك ليسهل شدة والتقاطه.

Air Hoist

يتم استخدام الرافعة الهوائية أو المرفاع الأوتوماتيكي لتحميل وتفريغ الأنابيب والمعدات. يستخدم الهواء المضغوط لتشغيل الرافعة الهوائية. قد ترفع الرافعات الهوائية الأشياء من 1000 إلى 10000 رطل.

Pipe Washer

غسالة الأنابيب عبارة عن حلقة مطاطية تُلائم الأنبوب وتنظف الطين عندما يخرج الأنبوب من فتحة البئر. كما أنه يمنع القمامة من السقوط في الحفرة أثناء ادخال الانابيب.

Mud Box

صندوق الطين هو صندوق يغلق حول حامل (Stand) الانبوب الملوث الذي يخرج من حفرة البئر، يساعد على منع الطين من الانسكاب في جميع أنحاء المنطقة وأرضية المنصة عن طريق توجيه الطين مرة أخرى إلى خزانات الطين.

Protectors

• Thread protector: تستخدم في أنابيب الحفر وانابيب التثقيل لحماية أماكن التسنين من التلف.
• Stabbing protectors: عند توجيه حامل أنبوب الحفر الذي يتم تركيبه لإجراء الاتصال تقوم بحماية اماكن التسنين المشتركة. عادة ما تكون مصنوعة من المطاط ولها قمة على شكل قمع.
• Pipe protectors: يحافظ على المفاصل من الاحتكاك بالبطانة.

Safety Clamp

يتم استخدامها على الأنبوب فوق الماسكات لمنع سقوط خيط الحفر في حالة فشل الماسكات في الإمساك به.

المصادر

1. "Oilfield Glossary". (د.ت). glossary.oilfield.slb.com. تم الاسترجاع 2021-3-16.
2. "دليل المبتدئين في هندسة حفر الآبار النفطية pdf". 2016. عباس راضي عباس. تم الاسترجاع 2021-3-16.
3. "Petroleum Engineering Guide app". 2020. Hussein A. Hamza. تم الاسترجاع 2020-3-16.

إقرأ أيضاً

• مكونات بئر النفط
• تسميت الآبار النفطية
• مشاكل الحفر
• معدات السليكلاين السطحية
• جس الآبار النفطية
• أنواع المجسات

تعديل المقال