عملیات حفاری در صنایع نفت و گاز یک فرایند مهم است که برای استخراج منابع طبیعی و ایجاد چاه‌های نفت و گاز استفاده می‌شود. در این عملیات پیچیده، استفاده از ابزارهای مناسب و کارآمد از اهمیت بسیاری برخوردار است. در واقع، ابزارهای حفاری مناسب نقش بسیار مهمی در افزایش بهره‌وری، کاهش زمان و هزینه‌ها، بهبود عملکرد و کاهش مشکلات ناشی از حفاری دارند. در این مقاله پترو تأمین فهم قصد داریم تا به بررسی انواع ضربه زن حفاری بپردازیم.
ضربه زن حفاری (drilling jar) چیست؟
ضربه زن حفاری یا جار حفاری چیست؟ یکی از ابزارهای اساسی و بسیار مهم در صنعت نفت و گاز است. این وسیله برای اعمال ضربات به سمت بالا یا پائین استفاده می‌شود. جارها در عملیات حفاری، سیمان‌کاری، مغزه‌گیری و سایر عملیات مانند مانده‌یابی به کار می‌روند.
ساختار انواع جارهای حفاری متفاوت است و بعضی از آنها فقط به سمت بالا یا پایین ضربه می‌زنند، درحالی‌که دیگر جارها قادرند به هر دو جهت ضربه بزنند. ضربه زن‌های حفاری می‌توانند به شکل ساده باشند یا جارهای قدرتی باشند که برای ضربه‌زدن به سمت بالا استفاده می‌شوند. برخی از جارهای حفاری قدرتی می‌توانند در شرایط خاص به سمت پایین هم ضربه بزنند. این جارها می‌توانند به‌صورت هیدرولیکی یا مکانیکی عمل کنند.
در ادامه به انواع ضربه زن حفاری می‌پردازیم.
انواع ضربه زن حفاری
در صنعت نفت و گاز، مدل‌های مختلفی از انواع ضربه زن حفاری وجود دارند که از دودسته زیر نشئت می‌گیرند.
جارهای مکانیکی (mechanical Jar)
این نوع جارها با استفاده از یک سیستم بازدارنده، ضربه را به تأخیر می‌اندازند و سپس با اعمال نیروی کشش، ضربه را ایجاد می‌کنند. قدرت ضربه در این جارها قابل‌تنظیم نیست و یک مقدار ثابت دارد.
جارهای هیدرولیکی ((Hydromechanical Jar))
جارهای هیدرولیکی ابزارهایی هستند که از نیروی هیدرولیک برای ایجاد ضربه استفاده می‌کنند.
این ضربه زن‌ها از دو قسمت اصلی تشکیل شده‌اند: یک جک هیدرولیکی و یک میله ضربه‌ای. جک هیدرولیکی از یک پیستون و یک سیلندر تشکیل شده است که توسط مایع هیدرولیک تحت‌فشار قرار می‌گیرند. میله ضربه‌ای به جک هیدرولیکی متصل است و هنگام فشرده‌شدن جک، ضربه ایجاد می‌کند.
جار حفاری میله‌ای یا لوله‌ای (Tubular jar)
ضربه زن حفاری لوله‌ای، یک جار مکانیکی است که با استفاده از آن می‌توان ضربه را به سمت بالا و پایین اعمال کرد. این جار حفاری از بدنه لوله‌ای سبک و یک پیستون تشکیل شده است. به طور عمده در عملیات بازیافت سیم بریده استفاده می‌شود، زیرا در این عملیات احتمال پیچیده‌شدن کلاف‌های سیم در طول قسمت‌های متحرک و ازدست‌دادن ضربه کمتر است. یکی از کاربردهای دیگر این جار در گل‌های حفاری سنگین و نفت با ویسکوزیته بالا است.
باتوجه‌به اینکه در لینک این جارها، مایعات با ویسکوزیته بالا، قابلیت چسبندگی دارند، حرکت آزادانه دو قسمت متحرک جار محدود می‌شود و این باعث کاهش سرعت و قدرت ضربه می‌شود. به‌طورکلی، جارهای لوله‌ای نسبت به لینک جارها، قدرت و استحکام کمتری دارند و باید بااحتیاط از آنها استفاده شود. طول حرکتی این جارها نیز بین ۱۲ تا ۱۴ اینچ است.
جار مفصلی (Knuckle Jar)
ضربه زن حفاری مفصلی یا جار مفصلی در چاه‌هایی که زاویه‌دار هستند و با لوله مغزی و قطرکم و نزدیک به قطر خارجی چاه‌پیمایی شده‌اند، ممکن است انواع تجهیزات حفاری و ابزاری مانند فشارسنج در آن گیر کنند. در این شرایط، ضربه‌ها باید کنترل شده باشند و قدرت ضربه نیز کم باشد. جار مفصلی با مقدار Stroke بین ۶ تا ۸ اینچ مناسب برای اعمال ضربه‌هایی باقدرت کم و ضعیف است. اما باید توجه کرد که جار مفصلی در ایران کاربرد ندارد.
جار خطی (Linear Jar)
جار خطی یک نوع ضربه زن حفاری است که در حفاری چاه‌هایی با زاویه انحرافی بیش از ۶۵ درجه و دارای لوله‌هایی با قطرکم استفاده می‌شود. این جار، نوعی از جار لوله‌ای است که با طول حرکتی ۳۰ اینچ و دارابودن غلتک و بلبرینگ برای کاهش اصطکاک بین ساقه و سیلندر طراحی شده است. جار خطی روی بدنه خارجی خود چرخک‌هایی دارد تا اصطکاک بین سطح داخل لوله و رشته چاه‌پیمایی را کاهش دهد.
جارهای قدرتی فنری مکانیکی با قابلیت تنظیم
جارهای قدرتی فنری مکانیکی با قابلیت تنظیم، برای ارسال ضربه به طرف بالا طراحی شده‌اند. آنها دارای قدرتی مکانیکی بوده و مشکلاتی را که در جارهای مکانیکی وجود داشت، برطرف کرده‌اند. جارهای قدرتی مکانیکی با احتیاط و تحت کنترل عمل می‌کنند و از لحاظ ایمنی بسیار برتر هستند.
این نوع جار از انواع ضربه زن حفاری دارای واشرهای فنری یا بشقابی هستند که به شکل در‌هم قرار گرفته و یک فنر بزرگ را تشکیل می‌دهند. قدرت ضربه این جارها به قدرت فنر مربوط می‌شود و همچنین قابل‌تنظیم هستند. اما یکی از مشکلات این جارها این است که برای افزایش قدرت و توان ضربه، نیاز است که از چاه خارج شده و مجدداً تنظیم شوند. همچنین، طول حرکت این جارها معمولاً بین 10 تا 12 اینچ است.
جارهای فنری غیر قابل تنظیم
این نوع جارها از انواع ضربه زن حفاری نیز شبیه به جارهای قبلی هستند، با این تفاوت که از فنرهای حلقوی معمولی استفاده می‌کنند و برای تنظیم قدرت ضربه باید فنر را تعویض کنید. در جارهای حفاری از ساچمه استفاده می‌شود و سایر ویژگی‌ها با مدل قبلی یکسان است.
جارهای روغنی معمولی
جارهای روغنی معمولی بین پرکاربردترین انواع جارهای قدرتی قرار می‌گیرند. قدرت ضربه در این جارها بستگی به تنش کششی در سیم دارد. در چاه‌های گازی و نفتی که حاوی مقدار زیادی گاز و درجه حرارت بالا باشند، استفاده از مدل از انواع ضربه زن حفاری امکان‌پذیر نیست؛ زیرا احتمال تخلیه روغن و نفوذ گاز وجود دارد و این می‌تواند باعث خرابی جارهای هیدرولیکی شود. جار قدرتی در رشته چاه‌پیمایی و بین وزنه‌ها قرار دارد و برخی از اپراتورها این جار قدرتی را زیر جارهای مکانیکی قرار می‌دهند.
جارهای تلفیقی هیدرولیکی – مکانیکی
مکانیسم ضربه در این مدل از انواع ضربه زن حفاری شبیه به جارهای فنری است، با این تفاوت که از سیستم هیدرولیکی جهت ذخیره انرژی و ایجاد مقاومت استفاده می‌شود که باعث تأخیر در زمان ضربه از لحظه شروع کشش می‌شود. اما با کنترل ضربات، دقت و ایمنی بیشتری حاصل می‌شود. این جارها نیاز به تنظیم ندارند و قدرت ضربات آنها به میزان کشش سیم بستگی دارد. قدرت ضربه در این جارها بیشتر از جارهای فنری است و مشکلات جارهای هیدرولیکی را ندارند، بنابراین تحت محدودیت‌هایی قرار نمی‌گیرند.
جار انفجاری (Explosive jars)
مکانیسم جارهای انفجاری‌مانند لگدزدن یا پس‌زدن در سلاح‌های جنگی مثل تفنگ است. این جارها در حفاری چاه‌های پیمانکاری برقی استفاده می‌شوند؛ زیرا جهت فعال‌سازی انفجار به جریان الکتریکی نیاز دارند و فقط می‌توانند در یک‌بار ضربه وارد کنند.
نتیجه‌گیری
استفاده از ابزارهای حفاری مناسب می‌تواند به بهبود کارایی و بهره‌وری بیشتر منجر شود. این ابزارها می‌توانند به طور دقیق و کارآمد در انجام وظایف مختلفی مانند حفر، مغزه‌گیری، مانده‌یابی و غیره کمک کنند.
علاوه بر این، استفاده از ابزارهای مناسب، زمان حفاری را کاهش می‌دهد. همچنین، با کاهش زمان حفاری، هزینه‌های مربوط به تجهیزات، نیروی انسانی و سوخت نیز کاهش می‌یابد. انواع ضربه زن حفاری قادرند بادقت بیشتر و کنترل بهتر بر فرایند حفاری به کاهش خطرات و مشکلات مرتبط با آن کمک کنند.
جهت خرید انواع ضربه زن حفاری و یا کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در هلدینگ پترو تأمین فهم تماس بگیرید.
سؤالات متداول
1-دو مدل اصلی جارها در حفاری چیست؟
به‌طورکلی دو نوع اصلی ضربه زن حفاری وجود دارد، جارهای هیدرولیک و مکانیکی. طراحی‌های مربوط به هر دو نوع جار کاملاً متفاوت است، اما عملکرد آنها مشابه است.
2-فاکتورهای کلیدی که باید هنگام انتخاب انواع ضربه زن حفاری در صنعت نفت و گاز در نظر گرفت، چیست؟
هنگام انتخاب یک ظرف حفاری برای یک عملیات حفاری خاص در صنعت نفت، فاکتورهای کلیدی مانند ویژگی‌های سازند، اهداف حفاری، شرایط عملیاتی، ویژگی‌ها و مشخصات ضربه زن باید در نظر گرفته شود.
3-تأثیر ضربه زن حفاری در فرایند حفاری نفت چیست؟
با استفاده از ضربه زن‌ها، راندمان کلی حفاری که شامل کاهش زمان، افزایش سرعت حفاری، حفاظت از تجهیزات و بهینه‌سازی عملیات حفاری است، افزایش می‌یابد.
