هل تعاني من فقدان متكرر للدوران وانهيار جدار البئر أثناء الحفر؟ هل حددت الأسباب الحقيقية؟
يُعدّ الحفر عملية أساسية في الاستكشاف الجيولوجي والتعدين وبناء الأساسات الركائزية وغيرها من المجالات الهندسية. مع ذلك، غالبًا ما تواجه المشاريع مشكلة انهيار جدران الآبار وفقدان سائل الحفر (فقدان سريع لسائل الحفر). لا يؤدي هذا إلى فقدان كميات كبيرة من الطين وانهيار جدران الآبار فحسب، بل يُؤخر أيضًا الجداول الزمنية، ويرفع التكاليف، وقد يُؤثر سلبًا على جودة الحفر وسلامة الإنشاءات اللاحقة. استنادًا إلى الممارسات الميدانية، تُحلل هذه المقالة الأسباب الجذرية لفقدان سائل الحفر، وتقترح تدابير مضادة مُحددة لتوجيه المشاريع المماثلة.
الأسباب الرئيسية لفقدان الدوران: نادرًا ما يكون فقدان الدوران ناتجًا عن عامل واحد؛ بل ينتج عادةً عن التفاعل بين ظروف التكوين والممارسات التشغيلية. ويمكن تصنيف الأسباب إلى فئتين رئيسيتين:
العوامل الجيولوجية - القيود التكوينية المتأصلة: يُعد التكوين الجيولوجي نفسه العامل الرئيسي المُهيئ لفقدان طين الحفر. فعندما يتقاطع الحفر مع وحدات جيولوجية معينة، يرتفع خطر فقدان طين الحفر بشكل حاد.
طبقات الرمل المفككة: المسامية الكبيرة بين الحبيبات وضعف التماسك يسهلان تسرب سائل الحفر بسرعة عبر المسامات. وتكون الخسائر ملحوظة بشكل خاص في الرمال الناعمة والطبقات الطينية.
الكتل الصخرية المتصدعة: تحتوي الصخور الكربوناتية والجرانيتية وغيرها من الصخور ذات الشقوق أو المفاصل أو التجاويف الناتجة عن الذوبان على مسارات غير منتظمة يمكن من خلالها أن يتسرب الطين بسرعة، مما يؤدي إلى ظاهرة "الخسائر أثناء الحفر".
الوحدات السلبية الأخرى: تتميز التكتلات والمناطق المتصدعة والمحطمة بهياكل غير مستقرة وغير مستقرة لا تعزز فقدان السوائل فحسب، بل تزيد أيضًا من خطر انهيار البئر، مما يزيد من صعوبة البناء.
العوامل التشغيلية - تأثيرات البناء القابلة للتحكم: حتى في الظروف الجيولوجية المواتية، يمكن أن تؤدي العمليات غير السليمة إلى فقدان الدوران. هناك مشكلتان تشغيليتان هما الأكثر أهمية:
سرعة الحفر المفرطة: إن السعي لتحقيق تقدم سريع باستخدام معدلات دوران أو اختراق عالية للغاية يتسبب في اضطراب شديد لجدار البئر، ويدمر استقراره في المجال القريب، وينتج عنه تشققات أو تقشر، ويسمح لسائل الحفر بالهروب.
خصائص سائل الحفر غير الكافية: يُعدّ سائل الحفر الحاجز الأساسي لحماية البئر. فإذا كانت لزوجته منخفضة جدًا، فلن يتمكن من تكوين طبقة ترشيح فعّالة؛ وإذا كانت كثافته غير كافية، فلن يتمكن من موازنة ضغط التكوين. كلا الحالتين تمنعان إحكام إغلاق المسام والشقوق، مما يؤدي إلى خسائر.
التدابير المضادة المستهدفة: تتطلب معالجة فقدان الدورة الدموية اتباع نهج "الوقاية أولاً، ثم العلاج" مع علاجات متدرجة ومتعددة الطبقات تعالج المشكلة من جذورها.
تحسين خصائص سائل الحفر لتعزيز حماية البئر: يُعد سائل الحفر خط الدفاع الأول ضد التسرب. ويمكن لتعديل تركيبة السائل أن يُحسّن بشكل كبير من إحكام الإغلاق والدعم الهيكلي.
زيادة اللزوجة والكثافة: أضف البنتونيت ومشتقات السليلوز والبولي أكريلاميد والمواد المضافة المماثلة لرفع اللزوجة حتى يتمكن السائل من الالتصاق بشكل أفضل بجدار البئر وتشكيل طبقة ترشيح؛ قم بزيادة الكثافة بشكل معتدل لتوفير ضغط إحكام أكبر ضد مسام التكوين والكسور.
التعديل المستهدف: بالنسبة لمناطق الرمال المفككة، أضف مواد ليفية مثل نشارة الخشب أو قشور الأرز لتحسين قدرة التعليق والسد؛ بالنسبة للمناطق المتشققة، أضف عوامل سريعة التصلب (الأسمنت، سيليكات الصوديوم) حتى يتمكن السائل من التصلب بسرعة في الشقوق وتشكيل ختم.
ضع مواد سد لإغلاق نقاط الفقد النشطة. عند حدوث الفقد، أدخل مواد السد على الفور في التجويف لملء المسام والشقوق مباشرة وسد مسارات السوائل:
مواد سدّ شائعة: الطين (البنتونيت)، نشارة الخشب، الأسمنت، ألياف القطن، قشور الجوز، إلخ. اختر المواد بناءً على شدة التلف. في حالات التلف الطفيف، قد يكفي الطين أو نشارة الخشب؛ أما في حالات التلف المتوسط، فيُستخدم خليط من الأسمنت والطين للاستفادة من تصلب الأسمنت لتعزيز الإغلاق على المدى الطويل.
طريقة الوضع: استخدم الوضع المرحلي وتقنيات "الحفر والسد" - قم بتغذية المواد ببطء في منطقة الفقد مع الحفاظ على دوران الطين بحيث يتم نقل المواد إلى مسارات التسرب، وملء الفراغات، وتشكيل سدادة مستقرة تمنع المزيد من الفقد.
التحكم في معايير الحفر لتقليل اضطراب البئر. تُعد الممارسات التشغيلية السليمة ضرورية لمنع فقدان الدوران عن طريق تقليل الضرر الذي يلحق بجدار البئر:
تقليل معدل الاختراق: خفض سرعة الدوران ومعدل التغذية، خاصة عند عبور الرمال السائبة أو الطبقات المتصدعة؛ اعتماد نهج "عدد دورات منخفض في الدقيقة، تقدم صغير" لتقليل تأثير المثقاب على الجدار والحد من الاضطراب.
امنح وقتًا لتكوين طبقة الترشيح: الحفر البطيء يمنح السائل وقتًا لترسيب طبقة ترشيح موحدة وكثيفة على جدار البئر، مما يزيد من تماسك الجدار ويغلق المسام الدقيقة لتقليل مخاطر الفقد.
إعادة التعبئة وإعادة الحفر في حالات الخسائر الشديدة: عندما تكون الخسائر شديدة وتفشل عمليات السد الروتينية - أو عندما يحدث انهيار واسع النطاق في البئر - قد يكون من الضروري إعادة تعبئة الفاصل وإعادة الحفر:
خيارات مواد إعادة التعبئة: يُفضل استخدام الطين، أو ملاط الأسمنت، أو مزيج من الطين والأسمنت. يُعد الطين منخفض التكلفة وفعالاً في عمليات الإغلاق؛ بينما يتصلب ملاط الأسمنت ليُوفر تقوية عالية القوة لجدار البئر.
إجراء إعادة التعبئة وإعادة الحفر: املأ منطقة الفقدان وهامشًا فوقها بالمادة المختارة حتى يمتلئ الجزء المتضرر. اترك المادة تتصلب بشكل كافٍ (عادةً من ٢٤ إلى ٤٨ ساعة، حسب نوع المادة وظروف التكوين) لتشكيل طبقة عازلة مستقرة، ثم استأنف الحفر. عند إعادة الحفر، حسّن سائل الحفر وتحكم في الاختراق لمنع تكرار المشكلة.
الخلاصة: يُعدّ انهيار جدار البئر وفقدان السوائل أثناء الحفر من المشكلات الشائعة، وينتج عن كلٍّ من خصائص التكوين الجيولوجي (الرمال المفككة، والمناطق المتصدعة) وعوامل يمكن التحكم بها (سرعة الحفر المفرطة، وضعف أداء سائل الحفر). ولإدارة المخاطر بفعالية، يُنصح بإجراء مسوحات للتكوين الجيولوجي قبل بدء الإنشاء لتحديد المناطق المعرضة للفقدان؛ وأثناء الإنشاء، يجب منع الفقدان من خلال تحسين خصائص سائل الحفر والتحكم في معاييره؛ وفي حال حدوث الفقدان، يجب تطبيق استجابة تدريجية تشمل سدّ البئر، وإعادة ملئه، وإعادة الحفر عند الضرورة. إن تبني نهج "الوقاية أولاً، ثم المعالجة" وتعديل التدابير لتتناسب مع خصائص التكوين الجيولوجي وظروف الحقل أمران أساسيان للتغلب على مشكلات فقدان الدوران، وضمان سلاسة عمليات الحفر، وتحسين جودة وكفاءة الإنشاء.
