Table of Contents
التعريف بعمليات الحفر في المناطق البحرية
إن الحفر البحري هو حجر الزاوية في إنتاج الطاقة العالمية، مما يتيح استخراج النفط والغاز الطبيعي من قاع المحيط، وقد تطورت هذه الصناعة المعقدة والكثيفة رأس المال على مدى عقود، مما أدى إلى الابتكار التكنولوجي وعرض تحديات تشغيلية فريدة، كما أن فهم أساسيات الحفر من الخارج إلى معالجة الشواغل المتعلقة بالسلامة والبيئة، أمر أساسي لتقدير دورها في تلبية احتياجات العالم من الطاقة، وهذه المادة توفر لمحة عامة شاملة عن عمليات الحفر الخارجية، وما زالت تواجهه من تحديات تكنولوجية.
ما هو "أورفا دريلنغ"؟
ويشير الحفر في المناطق البحرية إلى عملية حفر آبار في قاع البحار لاستكشاف وإنتاج الهيدروكربونات، وعلى عكس الحفر على الشاطئ، تجري هذه العمليات في البيئات البحرية، تتراوح بين المياه الساحلية الضحلة ومواقع المياه فوق المياه فوق السطحية التي تتجاوز 000 10 قدم، والهدف الرئيسي هو تحديد مواقع وخزانات النفط الخام والغاز الطبيعي المحصور تحت قاع البحر.
وتمثل صناعة النقل البحري العالمي نحو 30 في المائة من مجموع إنتاج النفط الخام، وتساهم مساهمة كبيرة من مناطق مثل خليج المكسيك، وبحر الشمال، والبرازيل في الخارج، وغرب أفريقيا، وجنوب شرق آسيا، وبدأ الحفر في الخارج في أواخر القرن التاسع عشر مع فطائر تمتد من الشاطئ، ولكن العمليات الحديثة تعتمد على وحدات الحفر المتنقلة ومنابر الإنتاج الدائمة القادرة على التمتع بظروف بحرية قاسية.
لماذا تحفر الأمور
إن الحفر البحري أمر حاسم لأن العديد من أكبر حقول النفط والغاز المتبقية في العالم تقع تحت قاع البحار، ومع استنفاد الاحتياطيات على الشاطئ، تصبح الموارد البحرية حيوية بشكل متزايد لأمن الطاقة، كما أنها توفر المواد الوسيطة للبلاستيك والأسمدة وغيرها من المواد الكيميائية، وعلى الرغم من نمو الطاقة المتجددة، ستظل الهيدروكربونات البحرية جزءا هاما من مزيج الطاقة لعقود، مما يجعل الكفاءة التشغيلية والهيدرائية البيئية.
أنواع السفن والمنصات البحرية
وتستخدم عمليات الحفر في المناطق البحرية مجموعة متنوعة من الهياكل، تتناسب كل منها مع عمق مائي محدد، وظروف قاع البحار، ومدة المشروع، ويؤثر اختيار أجهزة الحفر أو المنصات تأثيرا مباشرا على قدرات الحفر والتكاليف والسلامة.
المنصات الثابتة
والمنصات الثابتة هي فولاذية أو هياكل ملموسة مرسَّخة مباشرة إلى قاع البحار، وهي تستخدم في المياه الضحلة حتى حوالي 500 1 قدم، وهذه المنصات مناسبة للإنتاج الطويل الأجل ويمكن أن تدعم المعدات الثقيلة، وأركان المعيشة، ومرافق التجهيز، غير أنها لا يمكن نقلها وتكلفها تركيبها ووقف تشغيلها.
جاك أوب ريجز
أجهزة الحفر هي وحدات متنقلة ذات أرجل يمكن تخفيضها إلى قاع البحار، مما يرفع الحواف فوق سطح الماء، وتستخدم في الحفر في أعماق المياه تصل إلى 400 قدم، وتتمتع الجاذبية بالشعبية في التنقيب والتطوير لأنها يمكن أن تسحب بين المواقع وتكون مستقرة نسبيا.
المنهاجات شبه العضوية
وتطفو المركبات شبه المصغرة بأجهزة طوافات كبيرة مغمورة جزئياً لتوفير الاستقرار، وتحتجزها خطوط متنقلة أو نظم دينامية لتحديد المواقع، وتعمل هذه الأجهزة في أعماق المياه من 600 إلى 000 10 قدم، وهي أساسية لحفر المياه العميقة، وقدرتها على البقاء مستقرة في البحار الخام تجعلها العمود الفقري من استكشاف المياه العميقة.
الشحنات
فالسفن المزروعة هي سفن ذاتية الدفع مزودة بنظم حفرية ودينامية متقدمة لتحديد المواقع، ويمكنها أن تعمل في المياه فوق المياه (حتى 000 12 قدم أو أكثر) وكثيرا ما تستخدم في استكشاف الحدود، وتنقلها يسمح لها بتغيير المواقع بسرعة، ولكنها أكثر عرضة للتعطل بسبب الطقس.
برج الشركات ومنابر التنغ
وبالنسبة للأعماق الوسيطة، تزدهر الأبراج الممتثلة مع قوى مثل الرياح والموجات بينما تبقى مثبتة، وتُعد منابر النسيج العائمة التي تُقام بفعل الميول المتوترة، ويوفر كلا النوعين منابر مستقرة للإنتاج في المياه العميقة حيث تكون الهياكل الثابتة غير عملية.
العناصر والمعدات الرئيسية في مجال الحفر في المناطق البحرية
وتتوقف عمليات الحفر في المناطق البحرية على مجموعة متطورة من المعدات التي تستهدف معالجة الضغوط القصوى ودرجات الحرارة والبيئات التآكلية، ويعتبر فهم هذه المكونات أمرا أساسيا لتقدير مدى تعقيد العمليات.
Drilling Rig and Derrick
والإطار الطويل هو الإطار الذي يدعم سلسلة الحفر ويوفر التطهير من الأنابيب، ويشمل نظام التنظيف (العملات الرطبة)، ونظم التناوب (التوصيل أو طاولة الدوار)، ووحدات توليد الطاقة، والأجهزة الحديثة ذات آلية عالية لتحسين السلامة والكفاءة.
مُنع الانفجارات
إن BOP هو جهاز أمان حرج تم تركيبه في البئر، ويمكنه أن يغلق ويتحكم ويرصد البئر لمنع إطلاق السوائل التكوينية دون رقابة (نفخ) وتشمل أكوام ملوثة بالبلازما متعددة من نوع الترام وأجهزة منع عنقودية، بالإضافة إلى نظم التحكم التي يمكن تفعيلها عن بعد، وبعد كارثة الأفق في المياه العميقة في عام 2010، تم تشديد الأنظمة، وأصبحت تكنولوجيات متطورة للتراكمات ذات تأثيرات ذات تأثيرات كثبطين.
Drill String and Drill Bit
وخط الحفر هو عمود من الأنابيب الموصلة التي تنقل العسر والوزن إلى الجزء، وتستخدم قطع الحفر الحديثة قطعا من الماس البوليكريستالين أو مخروط الدحرجة لسحق الصخرة وقطعها، كما تسمح الخيوط بتداول الطين المثقب.
نظام الطحالب والفلويدات المتدفقة
ويعمم خليط من الماء والكلايد والباريت والمواد الكيميائية على سلسلة الحفر ويدعم النولولو، وتشمل مهامه التبريد، وحمل القطع على السطح، والحفاظ على الضغط الهيدروستيكي لمنع الانفجار، وتحقيق الاستقرار في البئر، ويشمل نظام الطين المضخات والدبابات والمصافح ومعدات التنظيف لإدارة الخواص السائلة.
المارينز
إن هذا الارتفاع هو أنبوب كبير قطره يربط رأس قاع البحر بالجهاز العائم، ويوفر قناة لحفر الطين والقطع، ويحتوي على BOP، وفي المياه العميقة، يجب أن يكون الارتفاع متوترا ومراقبا للإجهاد والهتز المسبب للدبابة.
معدات فرعية
وتوضع أشجار البحـر، والمنايـل، ونظم المراقبة في قاع البحار من أجل آبار الإنتاج، وتؤدي المركبات التي تعمل عن بُعد دورا حاسما في التركيب والتفتيش والصيانة، وتتزايد استخدام تكنولوجيات تجهيز البقاع، مثل الفصل والتعزيز، لتعزيز الانتعاش والحد من المرافق السطحية.
عملية التنقية في المناطق البحرية: من الاستكشاف إلى الإنتاج
ويشمل الحفر في الخارج مراحل متعددة، ويتطلب كل منها تخطيطاً دقيقاً وتنفيذاً، وفي حين تختلف التسلسل الدقيق، تمثل الخطوات التالية برنامجاً نموذجياً لحفر المياه العميقة.
الاستكشاف ومسح المواقع
وقبل الحفر، يستخدم علماء الجيولوجيين والفيزياء الجيولوجية الدراسات الاستقصائية السيزمية وبيانات الضبط الدقيق لتحديد الخزانات المحتملة، وتقيم دراسة استقصائية للمواقع ظروف قاع البحار، والمخاطر مثل جيوب الغاز الضحل، والتيارات، كما تجرى تقييمات للأثر البيئي.
التعبئة والتجميع
ويُعبأ جهاز حفر إلى الموقع ويُرسَل أو يوضع بصورة دينامية، ويبدأ التنظيف ب " التسلل " - الاختراق الأولي لقاع البحار باستخدام قطرة كبيرة، ويُركَّب الأنابيب الدوّارة لتثبيت التكوينات العليا.
المقابر والإلغام
ومع تقدم الحفر، تُدرج أوتار لمسح الفولاذ وتُخزّن في أماكنها لعزل التكوينات، ومنع الانهيار، والضغط على السيطرة، وتُحدَّد الغلاف السطحي، والغطاء الوسيط، وقطع الإنتاج في أعماق محددة سلفاً، وتُعد وظائف الإسمنت بعناية لتحقيق العزلة الحيوانية.
Drilling to Target Depth
وباستخدام قطع صغيرة تدريجيا، يتم حفر الآبار إلى خزان الأهداف، وكثيرا ما تستخدم تقنيات الحفر المباشر للوصول إلى مناطق متعددة منصة واحدة، وتوفر أدوات القياس والحفر أثناء الوقت بيانات آنية عن خصائص التكوين.
حسناً، التأجير والاختبار
وبعد بلوغ عمق كامل، يجري تشغيل أجهزة تسجيل لاسلكية أو لدبابات LWD لتقييم وجود الهيدروكربونات، والحصانة، والقدرة على الاستمرار، ويمكن إجراء اختبارات الجذع الجاف الجاف لقياس معدلات التدفق والضغط، وإذا وجدت كميات تجارية، فإن البئر قد انتهى.
الإنجاز والإنتاج
ويشمل الإكمال تركيب الحوض الإنتاجي، وحزم الأحزمة، وصمامات الأمان، وتخلق الأسلحة المزروعة ثقوبا في الغلاف للسماح للهيدروكربونات بالتدفق، وتوضع شجرة تحت سطح الماء في البئر، وغالبا ما يعاد الإنتاج إلى نظام إنتاج عائم، ثم تنتقل العمليات من الحفر إلى الإنتاج والصيانة.
التحديات الرئيسية في عمليات الحفر في المناطق البحرية
فالحفر في الخارج محفوف بالتحديات التي تؤثر على السلامة والتكاليف والجداول الزمنية، وهذه الصعوبات تتطلب هندسة قوية وتدريبا صارما وتحسينا مستمرا.
الظروف البيئية الضارة
فالعواصف والأعاصير والأعصار والجليد والموجات المتطرفة يمكن أن توقف العمليات ومعدات الضرر، ففي بحر الشمال، مثلا، يُسبب الطقس الشتوي في حالات كثيرة تعطل، ويجب تصميم المنهاج بحيث تتواكب مع أحداث عواصف مدتها 100 سنة، ويمكن أن يؤثر هذا على الهياكل والمعدات في المناطق الباردة.
أعماق المياه وارتفاع الضغط/المستوى العالي من البيئة
وتنطوي عملية حفر المياه العميقة على ضغوط تتجاوز 000 15 بسيتا ودرجات حرارة فوق 350 درجة ف. وتستلزم هذه الظروف مواد متخصصة وتصميمات جيدة.
المخاطر البيئية والتنظيمية
وتشكل الانسكابات النفطية والإطلاقات الغازية تهديدات شديدة للنظم الإيكولوجية البحرية والمجتمعات الساحلية، وقد أبرز الانسكاب الأفقي للمياه العميقة في خليج المكسيك في عام 2010 مخاطر الفشل الكارثي، إذ أن الأنظمة الصارمة من وكالات مثل مكتب إدارة الطاقة في المحيطات ومكتب السلامة وإنفاذ البيئة تتطلب نظما شاملة لإدارة السلامة والبيئة، ويضيف الامتثال التكاليف ولكنه أساسي لمصداقية الصناعة الطويلة الأجل.
التعقيدات اللوجستية والتكاليف المرتفعة
وتشمل العمليات البحرية سلاسل الإمداد المعقدة: يجب نقل الأفراد والمعدات واللوازم بواسطة طائرات الهليكوبتر أو السفن، وتفتقر المواقع النائية إلى الهياكل الأساسية، مما يتطلب منابر الاكتفاء الذاتي مع توفير أماكن الإقامة، وتوليد الطاقة، ومعالجة المياه، ويمكن أن تتجاوز تكاليف بئر واحد من المياه العميقة 100 مليون دولار، ويمكن أن تؤدي التأخيرات بسبب فشل المعدات أو الطقس إلى زيادة كبيرة في الميزانيات.
ثقافة المصانع البشرية والسلامة
ويواجه العمال في الخارج حالات من الإرهاق والعزلة والتوتر الشديد، وتسهم التحولات الطويلة والظروف المعيشية القاسية والخطر المستمر للحوادث في الحاجة إلى ثقافة قوية للسلامة، ولا يزال الخطأ البشري سببا رئيسيا للحوادث، فالتدريب والتناوب وبرامج السلامة القائمة على السلوك أمر حاسم للتخفيف من هذه المخاطر.
الوقاية من المراقبة والنفخ
إن الحفاظ على السيطرة الجيدة هو الأولوية العليا، إذ يجب الكشف عن تدفق الغاز أو النفط (الزئبق) وتعميمه على الفور، كما أن صيانة الملوثات العضوية الثابتة واختبارها صارمان، وبعد الأفق، اعتمدت الصناعة ممارسات معززة للرقابة الجيدة مثل مراكز الرصد في الوقت الحقيقي، وزيادة تكاثر الملوثات العضوية الثابتة، وتحسين برامجيات الكشف عن الركلات.
تدابير الحماية البيئية والسلامة
وقد استثمرت الصناعة استثمارات كبيرة في التكنولوجيات والإجراءات لتقليل الأثر البيئي وحماية العمال إلى أدنى حد.
منع نشوب النوبات النفطية والتصدي لها
وتبدأ الوقاية بتصميم قوي وموثوقية الملوثات العضوية الثابتة وإدارة سلامة خطوط الأنابيب، وتشمل قدرات الاستجابة السريعة ازدهار الاحتواء، والمزلاجات، والتشتت، والحرق في الموقع، ويقدم معهد الاستجابة لقطع النفط ومنظمات مثل شركة البترول المحدودة الدعم العالمي، كما يقدم العديد من معدات تخزين المشغلين في مواقع استراتيجية للنشر الفوري.
الامتثال التنظيمي والتصديق
ويجب أن تمتثل العمليات البحرية للمعايير الدولية مثل المعيار إيزو ١٠٠٤١ للإدارة البيئية ورقم ٠٠٠ ٣١ للمنظمة الدولية لتوحيد المقاييس لإدارة المخاطر، والأنظمة الوطنية )مثلاً، من مكتب خدمات السلامة والأمن في الولايات المتحدة، والجهاز التنفيذي للصحة والسلامة في المملكة المتحدة( في حالات السلامة، والتحقق المستقل، والسماح بحفرها.
التدريب والتدريل في مجال السلامة
ويخضع العمال لتدريب واسع النطاق في مجال السلامة، بما في ذلك البقاء في البحر، ومكافحة الحرائق، وهروب الطائرات العمودية، والتحكم في الأمور جيداً (شهادة المنظمة الدولية لحماية البيئة البحرية أو المركز الدولي لمكافحة التصحر) وتؤمن عمليات الحفر المنتظمة الاستعداد لحالات الطوارئ، وتروج الصناعة لثقافة " وقف العمل " حيث يمكن لأي عامل أن يوقف عملية غير آمنة.
إدارة النفايات والتخلص منها
ويتم التحكم في قطع الطين والطين للتقليل إلى أدنى حد من الإطلاق البيئي، ويفضل الطين غير السامة المحتوي على المياه حيثما أمكن، وكثيرا ما تعاد حقن القطع أو شحنها إلى الشاطئ، وتعالج المياه المنتجة لإزالة الهيدروكربونات قبل تفريغها، وتطبق سياسات إزالة الديكروات في بعض المناطق الحساسة مثل القطب الشمالي.
الابتكارات التكنولوجية
وتواصل التكنولوجيا دفع التحسينات في السلامة والكفاءة والأداء البيئي، وهناك عدة ابتكارات رئيسية تعيد تشكيل الصناعة.
العمليات المتعلقة بالتشغيل الآلي والبعثة
ويؤدي التعامل مع الأنابيب الآلية، ونظم الحفر الآلية، ومراكز المراقبة عن بعد إلى الحد من تعرض البشر للمخاطر وتحسين الاتساق، وتعمل بعض الشركات الآن على تشغيل أجهزة الحفر من المراكز الساحلية مع تغذية البيانات في الوقت الحقيقي، ويُتوقع أن ينمو هذا الاتجاه خلال وباء COVID-19.
تحليل البيانات والتوائم الرقمية
وتولد أجهزة الاستشعار المتقدمة بيانات ضخمة، وتساعد التحليلات الافتراضية على تحديد إخفاقات المعدات قبل حدوثها، وتوفر نماذج رقمية من التوأم - الفيي من النظم المادية - تقلل من محاكاة سيناريوهات الحفر، وتعظيم البارامترات، والتدريب دون مخاطر، وتوفر شركات مثل شلومبرغر وبيكر هيوز منابر رقمية شاملة.
تجهيز المواد الفرعية وتعبئة المواد
ويتيح الفصل بين المياه الفرعية والضخ وتكنولوجيات الضغط المعالجة في قاع البحار، مما يقلل من الحاجة إلى منابر سطحية، وهذا أمر ذو قيمة خاصة بالنسبة للمياه العميقة والمناطق الهامشية، وتحسن نظم المياه الفرعية معدلات التعافي وتخفض الوزن السطحي.
المواد والمعدات المتقدمة
وتقاوم السكك الحديدية والمركبات الجديدة التآكل والارتفاع في بيئات HPHT، وتحسن قطع الحفر مع قطع النفقة الذاتية معدلات الاختراق، وتتحكم نظم الحفر في الضغط المسيّر على وجه الدقة في الضغط على القاع، وتخفض الوقت غير المنتج، وتخفف من مخاطر السيطرة الجيدة.
Environmental Monitoring Technologies
وترصد أجهزة الاستشعار البيئية على الطفافات والندوات الفرعية وجود المياه والضوضاء والثدييات البحرية، وتستخدم الطائرات المسيرة والصور الساتلية للكشف عن الانسكاب، وتستثمر الصناعة أيضا في مصادر الطاقة المنخفضة الكربون، مثل الرياح البحرية أو الطاقة الساحلية، لخفض الانبعاثات.
الاتجاهات المستقبلية في مجال الحفر في المناطق البحرية
وتتطور صناعة الحفر في الخارج استجابة للضغوط التي تتحول إلى الطاقة، والفرص التكنولوجية، والقيود المفروضة على الموارد.
التكامل مع التجديدات
ويجري حالياً إعادة استخدام بعض منصات النفط والغاز في الخارج لدعم مشاريع الطاقة الريحية أو الموجية، كما أن المنابر الهجينة التي تُنتج معاً الهيدروكربونات والطاقة المتجددة في مراحل مبكرة، وأصبح كهربة المنابر التي تستخدم الرياح البحرية أكثر شيوعاً، ولا سيما في بحر الشمال.
إنهاء الخدمة وإدارة دورة الحياة
ومع نضج الحقول، يصبح وقف التشغيل نشاطاً هاماً، فالصناعة تعمل على تطوير أساليب إزالة أكثر كفاءة وسليمة بيئياً، بما في ذلك الشعاب المرجانية، وتتيح الدراسات الموسعة لتمديد الحياة للمنابر القديمة العمل بأمان تتجاوز حياة التصميم الأصلية.
المياه العميقة والاستكشاف الحدودي
وينتقل الاستكشاف إلى مياه أعمق وبيئات قاسية مثل القطب الشمالي (بحذر ومعايير صارمة) وتظهر الخزانات السابقة للمسافات الواقعة في الخارج البرازيل وغيانا أن هناك موارد كبيرة، غير أن ارتفاع التكاليف وانخفاض أسعار النفط قد أرغما على التركيز على الانضباط في التكاليف وعلى التطوير السريع.
الترميز والاستخبارات الفنية
ويجري تطبيق نظام المعلومات المسبقة عن علم على الحفر الأمثل، والصيانة المتوقعة، ورصد السلامة.(أ) تحليلات خوارزميات التعلم في الآلات لتحليل البيانات لكشف الشذوذ والتوصية بالإجراءات.(ه) وعد رقمية كاملة بتخفيض التكاليف بنسبة 20 إلى 30 في المائة على مدى العقد المقبل، وفقاً لتحليلات الصناعة (DOE).
خاتمة
إن الحفر في المناطق البحرية هو مسعى معقد ومرتفع الفائدة يوفر جزءا كبيرا من النفط والغاز العالميين، ويطالب بالتكنولوجيا المتقدمة، وممارسات السلامة الصارمة، والالتزام بالرقابة البيئية، وفي حين أن التحديات التي تجابه ظروف المياه العميقة، والمخاطر الجوية، والضغوط التنظيمية لا تزال قائمة، فإن الابتكار المستمر يجعل العمليات أكثر أمانا وأكثر كفاءة وأقل تأثيرا، ومع تطور مشهد الطاقة، ستحتاج الصناعة الخارجية إلى التكيف عن طريق تعزيز الحلول الحيوية المتعلقة بالسلامة في مجال الكربون.