دریک نفتی چیست؟ راهنمای کامل ساختار، عملکرد و انواع

یک انبار نفت یک چارچوب فولادی بلند و برج مانند است که بر روی یک چاه نفت برای پشتیبانی از تجهیزات حفاری و ماشین آلات مورد نیاز برای استخراج نفت از زیر سطح زمین ساخته شده است. چه در افق در تگزاس یا در مستندی در مورد تولید انرژی در دریا دیده باشید، میدان نفتی یکی از نمادین ترین نمادهای صنعت نفت است - و یکی از مهم ترین آنها از نظر مکانیکی.

دریک نفتی دقیقاً چیست؟

یک oil derrick is a rigid, permanent or semi-permanent structure — typically made of steel — that provides the vertical height and mechanical support necessary to drill deep into the earth for oil and gas. The derrick acts as the structural backbone of the entire drilling operation, suspending the drill string, supporting the crown block and traveling block, and bearing the immense vertical loads associated with drilling to depths that can exceed 30,000 feet (9,144 meters).

بر خلاف الف دکل حفاری - یک اصطلاح گسترده تر که شامل تمام ماشین آلات، پمپ ها و پرسنل موجود در محل می شود انبار نفت به طور خاص به برج سازه ای اشاره دارد. با این حال، در استفاده رایج، این دو اصطلاح اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند.

خود اصطلاح «دریک» به یک جلاد انگلیسی قرن هفدهمی به نام توماس دریک بازمی‌گردد، که چوبه‌دارش دارای بازوی بالابر متمایز بود - همان اصل مکانیکی اولیه که در انبارهای نفتی اولیه برای بلند کردن بارهای سنگین استفاده می‌شد.

تاریخچه دریک نفتی

داستان نفت‌دان با تولد صنعت نفت مدرن در اواسط قرن نوزدهم آغاز می‌شود. چاه ادوین دریک در سال 1859 در تیتسویل، پنسیلوانیا - که به طور گسترده به عنوان اولین چاه نفت موفق تجاری در جهان شناخته می شود - از یک سطل چوبی ساده برای پشتیبانی از مته ابزار کابلی خود استفاده کرد.

دریک های چوبی اولیه (میلادی 1860-1920)

انبارهای اولیه نفت از چوب های موجود محلی ساخته می شدند. این سازه ها اغلب 60 تا 80 فوت ارتفاع داشتند و به طور کامل در محل ساخته می شدند. با آنها استفاده می شد حفاری ابزار کابلی - یک تکنیک ضربی که در آن یک بیت سنگین بارها رها می شد تا سنگ را پودر کند. چوب‌های چوبی ارزان و سریع ساخته می‌شدند، اما بسیار قابل احتراق و مستعد فرو ریختن بودند.

حفاری‌های فولادی و حفاری دوار (میلادی 1900-1950)

تغییر به حفاری چرخشی - که از یک بیت چرخشی به جای حرکت کوبنده استفاده می کند - به ساختارهای بلندتر و محکم تری نیاز دارد. فولاد به عنوان ماده غالب جایگزین چوب شد. هواکش اسپیندلاپ در سال 1901 در بومونت، تگزاس، که بیش از 100000 بشکه در روز در اوج خود تولید می کرد، به طور چشمگیری قدرت این رویکرد جدید را نشان داد و باعث پذیرش گسترده سنگ های فولادی شد.

دکل های حفاری مدرن و دکل های قابل حمل (دهه 1960 تا کنون)

امروزه از بسیاری از عملیات حفاری خشکی استفاده می شود دکل های قابل حمل از نوع دکل که می توان از سایتی به سایت دیگر از طریق کامیون حمل کرد. عملیات فراساحلی متکی به سکوهای هدفمند یا کشتی‌های حفاری شناور با پایه‌های یکپارچه است. سنگ های مدرن می توانند بایستند 200 فوت (61 متر) بارهای قلاب بلند و پشتیبانی بیش از حد 2 میلیون پوند .

یک دریک نفتی چگونه کار می کند؟

یک oil derrick works by providing a tall, rigid framework that allows drillers to raise and lower the drill string, handle pipe sections, and control the weight applied to the drill bit — all essential functions for reaching petroleum reservoirs deep underground.

در اینجا یک تفکیک گام به گام فرآیند اصلی آورده شده است:

• مجموعه رشته مته: بخش های لوله فولادی (هر کدام به طور معمول 30 فوت طول دارند) به هم متصل شده و از طریق کف دریک به داخل سوراخ چاه پایین می آیند.
• میز دوار یا درایو بالا: یک سیستم مکانیکی کل رشته مته را می‌چرخاند و مته را در پایین می‌چرخاند تا سنگ را برش دهد.
• گردش سیال حفاری: گل حفاری از طریق رشته حفاری به پایین پمپ می شود و از حلقه (فضای بین لوله و دیواره گمانه) پشتیبان می گیرد و برش های سنگ را به سطح می برد و چاه را تثبیت می کند.
• سیستم بالابر: بلوک تاج دریک (در بالا) و بلوک مسافرتی (که به سمت بالا و پایین حرکت می کند) از طناب سیمی برای بلند کردن یا پایین آوردن رشته مته در صورت نیاز استفاده می کنند.
• قفسه لوله: هنگام اضافه کردن بخش‌های جدید لوله یا بیرون کشیدن رشته مته، کارگران لوله را به داخل یا خارج از سوراخ می‌اندازند. ارتفاع دریک به کارگران این امکان را می‌دهد که پایه‌های لوله (معمولاً سه اتصال 30 فوتی متصل = 90 فوت) را به طور مؤثر اداره کنند.

اجزای کلیدی دریک نفتی

درک آنچه که یک انبار نفتی را تشکیل می دهد به روشن شدن چگونگی انجام چنین کارهای سختی کمک می کند. در زیر اجزای اصلی ساختاری و مکانیکی آورده شده است:

جدول: اجزای اصلی ساختاری و مکانیکی یک انبار نفتی معمولی و نقش آنها در عملیات حفاری.

انواع سنگ های نفتی

چندین نوع متمایز از انبارهای نفتی وجود دارد که هر کدام برای شرایط زمین شناسی خاص، موقعیت های جغرافیایی و الزامات عملیاتی طراحی شده اند.

1. دریک استاندارد (متعارف).

دریک استاندارد تکه تکه در محل ساخته می شود و به راحتی جابجا نمی شود. این طرح غالب از اوایل قرن بیستم تا دهه 1950 بود. این ستون ها سازه های مشبک فولادی بلند و هرمی شکل هستند که معمولاً از 136 تا 175 فوت ارتفاع دارند. در حالی که هنوز در برخی از عملیات دائمی یا طولانی مدت استفاده می شود، تا حد زیادی با طرح های قابل حمل تری جایگزین شده اند.

2. دکل قابل حمل (Jackknife Derrick)

را دکل قابل حمل که به آن چاقوی جک یا دکل تاشو نیز گفته می شود، رایج ترین نوع اسکله خشکی امروزی است. از پیش ساخته می شود و با کامیون ها به محل حفاری منتقل می شود، سپس با استفاده از سیستم های هیدرولیک در موقعیت خود قرار می گیرد. دکل های قابل حمل را می توان در چند ساعت به جای چند روز بلند یا پایین آورد و برای عملیاتی که دکل به طور مکرر بین محل های چاه حرکت می کند ایده آل است. ارتفاع معمولاً بین 100 تا 200 فوت است.

3. تیرکمان بچه گانه دریک

گونه‌ای از دکل قابل حمل، دکل تیرکمان بچه‌گانه از پیکربندی "تک تیرکمان" برای بالا بردن استفاده می‌کند. اینها مخصوصاً برای دکل‌های ورکشور و سرویس‌دهنده محبوب هستند، جایی که سرعت نصب و راه‌اندازی بسیار مهم است. آنها معمولا سبک تر و کوچکتر از دکل های حفاری کامل هستند.

4. دریک سکوی دریایی

سکوهای ثابت دریایی - مانند آنهایی که در خلیج مکزیک یا دریای شمال یافت می شوند - دارای سکوهای یکپارچه ای هستند که مستقیماً در ساختار سکو ساخته شده اند. اینها می توانند بسیار زیاد باشند: برخی از اسکله های دریایی روی سکوهای نیمه شناور ظرفیت بار قلاب بیش از حد دارند. 3 میلیون پوند و برخاستن 250 فوت بالای عرشه سکو

5. مته کشتی درریک

کشتی‌های حفاری، کشتی‌های خودکششی هستند که مجهز به اسکله‌ای هستند که بر روی یک حوض ماه مرکزی نصب می‌شوند - دهانه‌ای در بدنه که از طریق آن رشته مته به اقیانوس زیر می‌رود. اینها در محیط‌های با آب بسیار عمیق استفاده می‌شوند، جایی که عمق آب می‌تواند بیشتر شود 12000 فوت (3657 متر) . کشتی‌های حفاری حداکثر انعطاف‌پذیری عملیاتی را ارائه می‌دهند و معمولاً پیشرفته‌ترین سکوهای حفاری موجود هستند.

انواع دریک نفتی: مقایسه کنار هم

را table below compares the major oil derrick types across the most critical operational parameters to help clarify which type is best suited for different scenarios.

جدول: مقایسه پنج نوع اصلی انبار نفت بر اساس تحرک، ارتفاع، کاربرد و هزینه نسبی.

نفت دریک در مقابل دکل حفاری: تفاوت چیست؟

یک انبار نفت فقط ساختار برج است، در حالی که الف دکل حفاری این سیستم کامل است - از جمله سنگ شکن، موتورها، پمپ ها، سیستم های گل و همه پرسنل و تجهیزات مورد نیاز برای حفر چاه.

به این موضوع فکر کنید: قاب برای دکل حفاری همان قاب خانه است. قاب یک جزء ساختاری ضروری است، اما خانه همچنین شامل لوله کشی، سیستم های الکتریکی، سقف و تزئینات داخلی است. به طور مشابه، انبار نفت تنها بخشی از سیستم دکل حفاری بزرگتر است.

جدول: تمایزات کلیدی بین یک انبار نفت و یک سیستم دکل حفاری کامل.

مواد و مهندسی در پشت مخازن نفتی

مخازن نفتی مدرن شگفتی های مهندسی هستند که برای مقاومت در برابر فشارهای مکانیکی و محیطی فوق العاده ساخته شده اند. آنها باید بارهای عمودی عظیم قلاب را تحمل کنند، در برابر نیروهای جانبی باد مقاومت کنند و در محیط های شدید - از گرمای سوزان بیابان های خاورمیانه گرفته تا آب های یخ زده ساحلی دریای نروژ - به طور قابل اعتماد عمل کنند.

فولاد و آلیاژها

فولاد سازه ای با مقاومت بالا - اغلب درجه ASTM A36 یا A572 - ماده اولیه است. دریچه های دریایی ممکن است از آلیاژهای درجه بالاتر برای مقاومت در برابر خوردگی در محیط های شور استفاده کنند. یک سطل زمینی مدرن ممکن است از هر نقطه ای باشد 50 تا 200 تن فولاد سازه ای ، در حالی که سنگرهای بزرگ دریایی می توانند به میزان قابل توجهی بیشتر نیاز داشته باشند.

رتبه بندی بار

دریک ها بر اساس آنها رتبه بندی می شوند ظرفیت بار قلاب - حداکثر وزنی که می توانند روی بلوک مسافرتی تحمل کنند. دکل های زمینی رایج از رتبه بندی می شوند 500000 تا 2000000 پوند . واحدهای فراساحلی ممکن است فراتر رود 3000000 پوند . این رتبه‌بندی‌ها وزن استاتیک لوله و همچنین بارهای شوک دینامیکی در حین حفاری را در نظر می‌گیرند.

طراحی بار باد

دریک ها نیز باید طوری طراحی شوند که در برابر باد مقاومت کنند. اکثر آنها برای سرعت باد حداقل طراحی شده اند 100 مایل در ساعت (160 کیلومتر در ساعت) ، با واحدهای فراساحلی ساخته شده برای مقابله با بادهای طوفانی بیش از حد 150 مایل در ساعت (241 کیلومتر در ساعت) . ساختار شبکه باز یک دریچه عمداً طوری طراحی شده است که اجازه عبور باد را بدهد و سطح در معرض فشار باد را کاهش دهد.

ملاحظات ایمنی در مخازن نفتی

کار بر روی یک میدان نفتی یکی از سخت‌ترین و پرخطرترین مشاغل در صنعت انرژی است. با این حال، قوانین ایمنی، فناوری و آموزش مدرن، نرخ تصادفات را در چند دهه گذشته به طور چشمگیری کاهش داده است.

• پیشگیری کننده از فوران (BOPs): دریچه های هیدرولیک عظیمی که در دهانه چاه نصب می شوند تا در صورت افزایش فشار که می تواند باعث فوران شود، در چاه بسته می شود. طبق قانون برای کلیه عملیات حفاری الزامی است.
• حفاظت از سقوط: را derrickman works at heights of 80 to 120 feet above the rig floor; modern rigs use full-body harnesses, safety cages, and escape devices.
• اتوماسیون حمل و نقل لوله: سیستم‌های جابجایی لوله رباتیک تا حد زیادی جایگزین قفسه‌بندی دستی لوله در دکل‌های مدرن شده‌اند و به‌طور چشمگیری خطر آسیب‌های ناشی از نقطه فشار را کاهش می‌دهند.
• سیستم های تشخیص گاز: نظارت مستمر برای سولفید هیدروژن (H2S) و سایر گازهای خطرناک یک روش استاندارد است.
• بازرسی دکل: دریک ها باید به طور منظم از نظر یکپارچگی سازه بازرسی شوند و از روش های آزمایش غیر مخرب (NDT) برای تشخیص ترک یا خوردگی در اعضای باربر حیاتی استفاده شود.

اثرات زیست محیطی و آینده مخازن نفتی

را environmental footprint of oil derricks and drilling operations is a major topic of debate. On one hand, modern drilling technologies have significantly reduced the land disturbance and fluid waste associated with each well. On the other hand, the extraction of fossil fuels remains a central concern in discussions about climate change.

حفاری جهت و افقی

حفاری جهت دار - توانایی هدایت مته در جهات غیر عمودی - به این معنی است که یک مکان واحد اکنون می تواند به چندین هدف مخزن که در یک منطقه وسیع زیرزمینی گسترده شده اند دسترسی داشته باشد. یک چاه می تواند ده یا چند چاه را از یک چاه حفر کند پد چند چاهی ، تعداد جاده های دسترسی و مکان های سطحی مورد نیاز را به شدت کاهش می دهد.

کاهش زمان حفاری

چاهی که حفاری آن در دهه 1990 ممکن بود 60 روز طول بکشد، اکنون می تواند در آن تکمیل شود 10 تا 15 روز با سیستم‌های هدایت‌شونده چرخشی مدرن، مته‌های پیشرفته، و تجزیه و تحلیل داده‌های بلادرنگ - به این معنی که اسکله مکانی را برای مدت کوتاه‌تری اشغال می‌کند و اختلال کلی محیطی کاهش می‌یابد.

دریک های دیجیتال و خودکار

را oil industry is increasingly integrating فناوری دوقلو دیجیتال، بهینه سازی حفاری مبتنی بر هوش مصنوعی، و مراکز عملیات از راه دور به عملیات دکل. برخی از سکوهای پیشرفته اکنون به لطف اتوماسیون با کاهش قابل توجهی از اندازه خدمه کار می کنند و ایمنی و کارایی را بهبود می بخشند.

سوالات متداول در مورد نفت خام

س: ارتفاع یک انبار نفتی معمولی چقدر است؟

پاسخ: اکثر مخازن نفتی خشکی از محدوده 100 تا 200 فوت (30 تا 61 متر) در ارتفاع اسکله های سکوی فراساحلی می توانند بیش از 250 فوت (76 متر) باشند. هرچه سطل بلندتر باشد، لوله طولانی‌تر می‌تواند تحمل کند، که باعث تسریع عملیات حفاری می‌شود.

س: یک انبار نفتی در محل چاه چقدر می ماند؟

A: پس از اتمام حفاری، دریک برداشته می شود. اکثر اسکله های خشکی برای هر نقطه ای در محل هستند چند هفته تا چند ماه بسته به پیچیدگی چاه. پس از حفاری، چاه تکمیل شده و دریک به مکان جدید منتقل می شود. آنچه برای همیشه باقی می ماند تجهیزات سر چاه در سطح زمین است.

س: آیا جک پمپ همان مخزن نفت است؟

الف: نه الف جک پمپ (که به آن پمپ خر یا سر اسب نیز می گویند) وسیله مکانیکی تکان دهنده ای است که برای پمپاژ نفت از چاهی که قبلاً حفر شده و تولید می شود استفاده می شود. انبار نفت سازه بلندی است که در مرحله حفاری استفاده می شود. این دو اهداف بسیار متفاوتی را دنبال می کنند: دریک موقت است و برای حفاری استفاده می شود. جک پمپ دائمی است و برای تولید استفاده می شود.

س: چه چیزی جایگزین مخازن نفتی چوبی قدیمی شد؟

الف: انبارهای چوبی نفت جایگزین شدند دریچه های شبکه فولادی آغاز در اوایل قرن 20th. عملیات مدرن در حال حاضر عمدتا استفاده می شود دکل های قابل حمل فولادی از نوع دکل ، که می تواند به سرعت حمل و نصب شود. سنگ های چوبی قدیمی در حال حاضر عمدتاً به عنوان آثار تاریخی و در موزه ها یافت می شوند.

س: یک انبار نفتی چقدر هزینه دارد؟

پاسخ: هزینه یک انبار نفتی به تنهایی می تواند متفاوت باشد 500000 تا چند میلیون دلار ، بسته به اندازه و مشخصات آن است. هنگامی که بسته کامل دکل حفاری - موتورها، پمپ ها، سیستم های گل و لای، محل اقامت و تدارکات را در نظر بگیرید - یک دکل کامل خشکی می تواند هزینه داشته باشد. 10 تا 30 میلیون دلار یا بیشتر . یک کشتی حفاری فوق عمیق مدرن با اسکله یکپارچه آن را می توان به ارزش بالاتر از آن ارزیابی کرد 600 تا 1 میلیارد دلار .

س: آیا می توان از مخازن نفتی برای چاه های گاز طبیعی استفاده کرد؟

ج: بله. برای حفاری چاه‌های گاز طبیعی از همین نوع مخازن نفتی و تجهیزات حفاری استفاده می‌شود. فرآیند حفاری اساساً یکسان است. تفاوت در نوع مخزن و تجهیزات تولید سطح نصب شده پس از اتمام حفاری است.

س: کار دریکمن در یک سکوی نفتی چیست؟

را دریکمن یک کارگر بسیار ماهر دکل است که در حین عملیات قطع کردن لوله در تخته میمون - یک سکوی تقریباً 80 تا 120 فوتی در سنگر - کار می کند. لوله هدایت کننده derrickman به داخل صفحه انگشتی (قفسه ای که پایه های جداگانه لوله را نگه می دارد) قرار می گیرد و سیستم مایع حفاری (گل) را نظارت می کند. این یکی از خطرناک ترین موقعیت ها در یک دکل به دلیل ارتفاع کار است.

نتیجه گیری

یک انبار نفت بسیار بیشتر از یک قطعه مناظر صنعتی است - این یک سیستم ساختاری دقیقا مهندسی شده است که استخراج نفت از زمین را ممکن می کند. از برج‌های چوبی قرن نوزدهم پنسیلوانیا تا سکوهای دیجیتالی یکپارچه فراساحلی امروزی، انبار نفت به طور مداوم در پاسخ به نیازهای مخازن عمیق‌تر، محیط‌های خشن‌تر و طرح‌های پیچیده‌تر چاه تکامل یافته است.

درک اینکه یک انبار نفت چیست، چگونه کار می‌کند و انواع مختلف آن، پایه محکمی برای درک دنیای گسترده‌تر اکتشاف و تولید نفت و گاز فراهم می‌کند. همانطور که صنعت انرژی در حال انتقال به سمت منابع کم کربن است، فناوری حفاری - و سنگر در قلب آن - به سمت عملیات ایمن تر، کارآمدتر و کمتر مخل محیط زیست پیش می رود.