سکوی حفاری شناور

امروزه اکتشاف نفت به محیط‌های شدیدتر منتقل شده است و باعث پیشرفت تکنولوژی در تجهیزات حفاری شده است. افزایش سختگیری ها در مورد حفاظت از محیط زیست چالش دیگری را ایجاد می کند.

یکی از بزرگترین تغییرات در تکنولوژی دکل با انتقال از دکل های تمام هیدرولیک به تجهیزات برقی رخ داد. سپس انتخاب بین دکل‌های برق متناوب و دکل‌های با انرژی DC مطرح شد. این مقاله مزایا و معایب راه‌حل‌های هیدرولیک در مقابل دکل الکتریکی را مورد بحث قرار می‌دهد، با تمرکز بر سه سیستم جبران افزایشی مورد استفاده در شناورها.

شناورها برای اطمینان از ثابت بودن رشته حفاری در رابطه با کف دریا و کف چاه نیاز به استفاده از تکنیک جبران خیز دارند. برای ثابت نگه داشتن وزن بر روی بیت یا فرود بی خطر BOP بر روی بستر دریا، رشته مته باید با محدود کردن برد در حرکت عمودی جبران شود. این کار از حرکت “بالا و پایین” مته جلوگیری می کند و از کنده شدن و کوبیدن آن به پایین سوراخ جلوگیری می کند و در نتیجه عمر بیت را طولانی می کند.

یک نوع اولیه از روش جبران افزایش با استفاده از یک سطل استاندارد با یک سیستم جبران هیدرولیکی نصب شده در بالای دریک آغاز شد. این سیستم، جبران کننده روی تاج (CMC)، از یک کشش استاندارد نصب شده روی کف مته برای بالا و پایین بردن رشته مته استفاده می کند.

یکی دیگر از سیستم‌های جبران‌کننده ارتفاع، محلول دکل سیلندر است. در اینجا، کل دکل با یک دکل جایگزین می‌شود و سیلندرهای هیدرولیکی که برای بالا و پایین بردن رشته مته استفاده می‌شوند، جایگزین می‌شوند. سومین سیستم جبران کننده، کشوهای کششی فعال است که در آن از یک سطل استاندارد استفاده می شود و جبران ارتفاع با کنترل الکتریکی کشش ها انجام می شود. این سیستم ها در اینجا به تفصیل مورد بحث قرار خواهند گرفت.

هیدرولیک در مقابل الکتریک

تجهیزات حفاری به طور سنتی با استفاده از راه حل های جبران کننده مکانیکی یا هیدرولیکی طراحی می شدند، اما استفاده از تجهیزات کاملاً برقی بیشتر و بیشتر رایج شده است. اکثر دکل های مدرن امروزی دارای ترکیبی از تجهیزات الکتریکی و هیدرولیک هستند زیرا جایگزینی همه ماشین آلات و عملکردها با یک راه حل الکتریکی دشوار است.

هیدرولیک سکوی حفاری شناور

یکی از مزیت های اصلی یک سیستم هیدرولیک، نسبت قدرت به اندازه محرک ها است. یک سیلندر هیدرولیک یا یک موتور هیدرولیک در مقایسه با یک محلول الکتریکی معادل کوچک و فشرده است. این خود تجهیزات را کوچک‌تر و سبک‌تر می‌کند و بنابراین در اکثر تجهیزات حمل و نقل لوله که امروزه در دسترس هستند ترجیح داده می‌شود.

سیلندر هیدرولیک، که یک محرک خطی ساده اما بسیار فشرده و موثر است، به ویژه برای جایگزینی با یک راه حل الکتریکی دشوار است. بازار راه حل فنی خوبی برای محرک خطی الکتریکی ارائه نمی دهد.

مزیت دیگر راه حل هیدرولیک قابلیت ذخیره انرژی آن است. آکومولاتورهای گاز روشی فشرده و مقرون به صرفه برای ذخیره نوسانات موقت انرژی هستند که در صورت قطع برق در دکل نیز کار می کند.

یک نقطه ضعف راه حل های هیدرولیک نیاز به یک واحد توان هیدرولیک نسبتاً بزرگ و سنگین (HPU) برای تغذیه تجهیزات است. اگرچه HPU را می توان نسبتاً دور از شلوغ ترین مناطق روی دکل قرار داد، اما همچنان فضا و وزن را اضافه می کند که به ویژه در شناورها مضر است. قرار دادن HPU در منطقه ای متفاوت از خود تجهیزات نیز نیاز به لوله کشی زیادی دارد. این باعث افزایش زمان نصب و راه اندازی می شود. لوله های پرفشار نیاز به نصب، تمیز کردن (شست و شوی) و آزمایش فشار دارند که این کار زمان بر است. نصب کابل های برق (انعطاف پذیر) و تست اتصالات قبل از راه اندازی آنقدرها وقت گیر نیست.

سیستم های هیدرولیک بسیار وابسته به دما هستند. دما ویژگی های فیزیکی سیال هیدرولیک و در نتیجه عملکرد سیستم را تغییر می دهد. این امر دقت و سرعت تجهیزات را کاهش می دهد و هنگامی که دکل ها به محیط های سردتر مانند مناطق قطب شمال منتقل می شوند، چالش بزرگی را ایجاد می کند.

تجربه نشان داده است که یکی از دلایل اصلی خرابی سیستم های هیدرولیک، آلودگی روغن هیدرولیک به صورت آب، ذرات زباله و یا هر دو است. این می‌تواند از عملکرد سوپاپ‌ها، پمپ‌ها و غیره به‌عنوان مورد نظر جلوگیری کند که می‌تواند باعث از کار افتادن کل سیستم شود.

سکوی حفاری شناور برقی

راندمان کلی یک سیستم الکتریکی در مقایسه با یک سیستم هیدرولیک بهتر است. متوسط ​​راندمان یک سیستم هیدرولیک تقریباً 70٪ است در مقایسه با راندمان کلی 85٪ تا 90٪ برای یک سیستم الکتریکی. این یکی از دلایل اصلی ترجیح سیستم های الکتریکی بر راه حل های هیدرولیک است، به ویژه برای تجهیزات پرقدرت مانند پمپ های گل، کشوها و درایوهای بالا.

یکی دیگر از محرک های اصلی سیستم های الکتریکی، توانایی آن در کنترل دقیق گشتاور و سرعت است. علاوه بر این پیشرفت‌های عملکردی، سیستم‌های الکتریکی با حذف خطر نشت مایعات هیدرولیک راه‌حلی سازگار با محیط زیست را نیز ارائه می‌دهند.

با این حال، سیستم های الکتریکی محدودیت هایی را در مورد ذخیره سازی انرژی مشاهده می کنند. به منظور ذخیره انرژی اضافی، می توان از باتری های الکتریکی استفاده کرد، اما این باتری ها بسیار بزرگ و سنگین هستند – مشکلی قابل توجه زمانی که فضا و وزن محدود است. در طول ذخیره سازی انرژی کوتاه مدت – به عنوان مثال، برای جبران افزایش قدرت – انرژی می تواند به سیستم توزیع برق روی دکل بازگردانده شود.

دریک با CMC

جبران کننده روی تاج (CMC) یک سیستم هیدرولیکی است که از سیلندرهایی تشکیل شده است که به یک قاب سفت و سخت که در بالای دریک نصب شده است، متصل شده اند. CMC از طریق سیم به بلوک تراش متصل می شود و با گسترش و کاهش حرکت سیلندرها، بلوک (و درایو بالایی) در دریک مربوط به ارتفاع دکل به بالا و پایین حرکت می کند. استفاده از سیلندرها کمترین بار را به سازه دریک وارد می کند، اما توانایی جبران خیز کردن به حداکثر ضربه سیلندرها در CMC محدود می شود.

یکی دیگر از اشکالات یک سیستم CMC توزیع وزن سنگین آن در بالای تخته است. بنابراین بر پایداری کشتی تأثیر می گذارد و ظرفیت بار عرشه را کاهش می دهد.

سیلندر سکوی حفاری شناور

طراحی دکل سیلندر، با نیروی هیدرولیکی، ترکیبی از تکنیک های جبران غیرفعال و فعال است. این راه حل برای تحمل بار رشته مته نیازی به یک ستون ندارد، بلکه از یک دکل برای هدایت حرکت به بالا و پایین استفاده می کند. تمام بارهای عمودی مستقیماً از طریق سیلندرهای بالابر به کف مته منتقل می شوند.

این به طور قابل توجهی وزن برج را کاهش می دهد و مرکز ثقل را پایین می آورد. با این حال، طول جبران ارتفاع به طراحی سیلندر جبران محدود می شود. یکی دیگر از معایب این است که این سیستم به یک HPU بزرگ نیاز دارد و وزن قابل توجهی را اضافه می کند.

با این حال، از آنجایی که این HPU در زیر کف دکل نصب شده است، جهت گیری معمولاً مرکز ثقل کلی دکل را کاهش می دهد و در نتیجه پایداری دکل را بهبود می بخشد. استفاده از دکل به جای دریل، کف مته را باز می کند و جابجایی تجهیزات به کف مته را آسان تر می کند.

دکل سیلندر همچنین در صورت خرابی افزونگی را فراهم می کند. اگر یکی از سیلندرهای بالابر کار نکند، می توان آن را جدا کرد و در حالی که کار با ظرفیت کاهش یافته ادامه دارد، تعویض کرد. استفاده از چند سیم نیز باعث ایجاد افزونگی در صورت خرابی سیم می شود. علاوه بر این، از آنجایی که در این محلول از کشش استفاده نمی شود، بسیاری از نویزهای موجود در کف مته از بین می رود.

دریک با AHD

کشش های اکتیو (AHD) یک راه حل کاملاً الکتریکی است که در آن کشش ها هم برای عملیات بلند کردن معمولی و هم برای جبران ارتفاع استفاده می شود. موتورهای نوع AC کنترل دقیق خطوط کششی را در هر چهار ربع فراهم می کنند. دقت جبران معمولی کمتر از 2٪ است. هنگام ترمزگیری، توان احیا کننده می تواند به دکل بازگردانده شود و توسط سایر مصرف کنندگان برق استفاده شود.

یکی دیگر از مزایای استفاده از موتورهای AC در مقایسه با موتورهای DC این است که آنها بار الکتریکی راکتیو به ژنراتورها تحمیل نمی کنند. از آنجایی که هیچ تجهیزات اضافی بر روی اسکله نصب نشده است، طراحی AHD وزن کمتر و مرکز ثقل کمتری در مقایسه با سیستم سنتی CMC دارد. علاوه بر این، AHD از نظر طول جبران محدودیتی ندارد. با این حال، استفاده از کشوهای AC باعث ایجاد یک محیط کاری پر سر و صدا می شود و مانند CMC، ساختار derrick فضای کاری محدودتری ایجاد می کند.

نتیجه

محیط حفاری امروزی محدودیت‌های طراحی دکل سنتی را جابجا می‌کند و نیاز به پیشرفت فناوری در زمینه‌هایی مانند سیستم‌های توزیع نیرو و جبران خسارت دارد. دکل‌های هیدرولیک مرسوم در گذشته اکنون با تجهیزات برقی ترکیب می‌شوند تا توان تامین شده در سراسر دکل را بهینه کنند.

سکوهای هیدرولیک

مزیت ذخیره انرژی را دارند و از بطری های گاز سبک وزن و باتری ها به جای باتری های الکتریکی بزرگ استفاده می کنند. با این حال، محیط‌های دمای شدید که اکثر برنامه‌های حفاری در معرض آن هستند، اکنون به پایداری سیستم‌های الکتریکی نیاز دارند. یک تقاضای اضافی در صنعت امروز تمرکز بر “انتشار صفر” به محیط زیست است. سیستم های الکتریکی برای تامین برق تجهیزات به سیالات هیدرولیک نیاز ندارند. بنابراین هیچ خطری برای نشت وجود ندارد.

این مقاله بر اساس ارائه ای در کنفرانس و نمایشگاه فناوری دکل پیشرفته IADC، 18 اوت 2010، هیوستون است.