تحسين الكفاءة في استكشاف النفط: دور القياس أثناء الحفر (MWD)

نُشِر في Apr 19, 2024 at 10:04 PM

في ظل البحث المستمر عن المزيد من الآبار والموارد النفطية عبر الطبقات الأرضية، سواء من البترول أو نفط خام أو غاز طبيعي، أصبحت معظم عمليات الحفر تتم في الأماكن الصعبة التي كان يتم تجاهلها سابقًا نظرًا للتعقيد الكبير في طرق الوصول إليها، ذلك الأمر فرض على الشركات المشغلة تحسين التكنولوجيا المستخدمة في السوق.

من بين تلك التكنولوجيا المتطورة في السوق العالمي ظهرت تقنية القياس أثناء الحفر (MWD) والتي ساعدت كثيرًا في تبسيط العمليات لما لها من أهمية كبيرة في تأمين تفاصيل آنية خلال إجراء عمليات حفر الصخور الصلبة، تتضمن المقالة التالية المزيد من التفاصيل حول هذه التقنية، تابع معنا.

ماذا يقصد بالقياس أثناء الحفر (MWD)؟    

يحتاج مشغلو الحفارات إلى تسجيل خواص الطبقة الأرضية ومعرفة بعض التفاصيل حول الموقع الحالي لرأس الحفارة وزاوية ميل حفرة البئر الحالية وميلها عن الشمال ليكونوا قادرين على اتخاذ قرارات مستنيرة تساعدهم في تشغيل المعدات والمضي قدمًا، هذا ما توفره أنظمة القياس أثناء الحفر.

يُعرف القياس أثناء الحفر (Measurement while drilling) بأنّه تكنولوجيا حديثة تساهم في دراسة وتسجيل ومراقبة وتحليل كافة العينات والبارامترات والإشارات الخاصة بعملية حفر الآبار في الوقت الحقيقي خلال عملية الحفر مباشرةً، وذلك له دور كبير في تسهيل عمليات الاستكشاف غير التقليدية بحيث يسمح بالوصول إلى المكامن المستهدفة بدقة وتطوير إجراءات الطوارئ للتعامل مع أي مهام ومشاكل تظهر في أي نقطة وعلى أي عمق. 

تستخدم هذه الأداة كل من أجهزة الجيروسكوب والمقاييس المغناطيسية ومقاييس التسارع، تعمل تلك الحساسات على مراقبة وجمع المعلومات المتعلقة بميل المكمن والسمت خلال التنقيب ضمن الآبار، ليتم بعدها نقل تلك البيانات إلى سطح الأرض عبر  نبضات الطين والقياس الكهرومغناطيسي عن بُعد ليتم فك تشفيرها ومعالجتها باستخدام معدات خاصة، مما يسمح للخبراء ومهندسي منصات الحفر باتخاذ ما يلزم من قرارات آنية خلال عملية حفر الطبقات والتنقيب فيها.

بالإضافة لذلك توفر القياسات المأخوذة من وقت قسم هندسة الموقع في تقييم التكوين وتحسين عمليات الحفر، وحتى في التقليل من التقلبات، فهي تمدهم ببيانات لحظية عن اتجاه الحفر وميله الأمر الذي يعد مفيدًا جدًا بالنسبة لفريق الحفر للمساعدة في التحكم بالعمليات وضمان المحافظة على الاتجاه الصحيح للحفر ضمن الآبار.

 صممت أدوات القياس أثناء الحفر بجودة عالية مما يسمح لها بتحمل درجات الحرارة المرتفعة جدًا لباطن الأرض والضغط العالي في قاع الخزان والاهتزازات والصدمات التي تحصل خلال الحفر، للمزيد من المعلومات حول تقنيات الحفر والاستكشاف عليك التسجيل في أحد دورات نفط وغاز في كوالالمبور التي يوفرها مركز لندن بريمير سنتر للتدريب، ابحث بين الدورات العديدة المتوفرة.

ما هي مكونات أنظمة القياس أثناء الحفر؟

البنية الأساسية لنظام القياس أثناء الحفر تتكون من ثلاث لبنات رئيسية هي الحصول على البيانات ونقل تلك البيانات وتلقي تلك البيانات ومعالجتها، نجاح أي عملية حفر يتوقف على طريقة عمل تلك اللبنات بسلاسة، سواء مع بعضها البعض أو بشكل إفرادي.

الحجر الأساسي لنظام القياس أثـناء الحفـر هو وحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) التي تتواجد ضمن حفرة البئر وهي التي تقوم بجمع الخواص والقياسات المطلوبة، لذا هي ما تشكل اللبنة الأولى من لبنات النظام، اللبنة الثانية هي تشفير تلك القياسات وإرسالها إلى السطح والذي يقوم بهذه المهمة أنظمة القياس عن بُعد، بينما اللبنة الثالثة هي النظام السطحي المسؤول عن فك التشفير وعرض المعلومات للمهندسين والمتخصصين.

• وحدة قياس القصور الذاتي:

تُعرف هذه الوحدة بأنّها مصطلح عام يشير إلى أي تكنولوجيا تعمل من خلال الحساسات وأجهزة الاستشعار لقياس الاتجاه والموقع، في مجالات الغاز والنفط ما يهمنا قياسين رئيسيين هما الميل والسمت، مفهوم الميل هو مدى ميلان زاوية الحفر عن المستوى العمودي، أمّا السمت فهو المسؤول عن الاتجاه والذي يعبر عن ميل اتجاه حفرة البئر عن الشمال.

في حال كان الحفرعموديًا تمامًا فإن الميل يكون صفر والسمت غير محدد، أمّا عندما يبدأ الحفر بالانعطاف قليلًا يتغير الميل عن الصفر ويمكنه أن يصل عند أقصى درجة إلى 90، وهي حالة الحفر الأفقي، كذلك السمت عندما يكون الحفر باتجاه الشمال يكون السمت صفريًا، لكن إن كان يتجه شرقًا يصبح بزاوية 90 درجة.

تعتبر مقاييس التسارع والجيروسكوب ومقياس المغناطيسية من أكثر أجهزة الاستشعار الشائعة وهي أساس كل شيء، فهي المسؤولة عن أخذ قياسات السمت والميل، لتبدأ بعدها المرحلة الثانية.

• القياس عن بعد:

يستخدم القياس أثناء الحفر طريقتين رئيسيتين في توصيل البيانات من أسفل الخزان إلى سطح الأرض، هما القياس الكهرومغناطيسي عن بُعد وقياس نبضات الطين عن بُعد، لكل منهما إيجابيات وسلبيات وتحديات تطبيق وتنفيذ مختلفة.

تعتمد تقنية القياس عن بعد لنبضات الطين على ضخ نوع خاص من السوائل إلى آبار الحفر وإعادتها إلى الأعلى عن طريق أنابيب النقل، مع وجود صمام أسفل بئر الحفر يقوم بالتحكم بعملية تدفق السائل الطيني المضغوط مما يولد نبضات ضغط ضمن الطين الذي يدور ضمن وخارج الحفرة، نبضات الضغط الناتجة عن التدفق لها تفسيرات معينة يحللها نظام القياس في المرحلة التالية.

بينما يستفيد القياس الكهرومغناطيسي عن بعد من الخصائص الموصلة للأرض في نقل القياسات، قلة من الناس يعلمون بأنّ للأرض خصائص موصل لكنها ليست بالتأكيد موصل جيد جدًا كالنحاس مثلًا، حيث يتم وضع جهاز إرسال خاص في أسفل حفرة المكمن مسؤول عن إرسال إشارات جيبية عبر طبقات الأرض إلى السطح، التحدي الرئيسي هنا هو أنّه خلال انتقال الإشارة نحو السطح فإنها تفقد معظم قوتها وبالتالي يجب أن يكون أجهزة الإرسال قادر على تضخيم مستوى الإشارة جيدًا مما يسمح لها بالوصول بقوة كافية للقراءة والتفسير.

يجب اختيار أحد النوعين السابقين في النقل، ويجب تعريف النظام السطحي بأي نوع إشارة مرسلة ليكون قادرًا على التجاوب معها بطريقة فعالة وسهلة.

• النظام السطحي: 

الهدف الأساسي من هذا النظام هو تلقي المعلومات ومعالجتها وعرضها لمشغلي منصات الحفر ليكونوا قادرين على الاستفادة منها في عملهم، عندما تكون قياسات الخزان مرسلة بطريقة نبضات الطين فإنّ النظام يجب أن يحتوي على محول ضغط ليستكشف النبضات في سوائل طين ويحولها إلى إشارات كهربائية يمكن التعامل معها، تقوم بعدها الكترونيات متخصصة بتحويل تلك الإشارات إلى أصفار وواحدات ليتم معالجتها لاحقًا والحصول على معلومات ذات معنى.

بينما في الطريقة الثانية للنقل أي بالقياس الكهرومغناطيسي فيتم الاستعانة بأجهزة الكترونية متخصصة تحول الإشارات الجيبية إلى واحدات وأصفار، يجب انتقاء الإشارات من وسط الضوضاء الهائلة التي ستكون موجودة حتمًا.

يستلم حاسب مخصص يسمى Rig Floor Display الآحاد والأصفار الناتجة عن عمليات الاستقبال السابقة ليقوم بإجراء تحليل عليها ومعالجتها جيدًا وعرض النتائج الكاملة لفريق العمل للاستفادة منها في كيفية الاستمرار وما يلزم من تعديلات.

ختامًا، 

اتجاهات سوق النفط والغاز الحديثة لن تتوقف عند القياس أثناء الحفر بل تفرض ضرورة الاستمرار بالبحث عن أهم وأفضل التقنيات الجديدة للوصول إلى موارد أكثر، وهذا ما يجب على الشركات العاملة في هذا المجال استيعابه لتطوير استخدام المعدات والأجهزة والتقنيات.