برج الحفر ومؤشراته التصميمية  

^ مقدمة ^ :

برج الحفارة (Mast):

&إن عملية حفر الآبار النفطية تتخللها عمليات رفع و إنزال تشكيلة الحفر أو مواسير التغليف التي يزداد وزنها مع ازديا د عمق البئر لذلك كان لابد من وجود برج الجهاز الحفر يثبت فوق فوهة البئر على قواعد خاصة لانجاز عمليات الرفع والإنزال وتلقي حمولة تشكيلة الحفر وحمولة مواسير التغليف ، والحمولات الزائدة أثناء عمليات الاصطياد. ويقاوم جميع الاجهادات الحاصلة . &

**برج الحفر **:

&الوظيفة الأساسية لبرج الحفر هي شد كبل الحفر الرئيسي الذي يحمل تشكيلة الحفر أو غيرها و يجب أن يكون البرج بارتفاع محدد بحيث يمكن معه رفع ستاند مواسير حفر ( ثلاثة مواسير مربوطة مع بعضها بطول يقارب 29 متر ) و وضعه على قاعدة الستاندات فوق منصة الحفر مع الأخذ بعين الاعتبار طول الهوك و البكرات المتحركة ، إضافة إلى مسافة أمان لمنع اصطدام البكرات المتحركة مع البكرات الثابتة و لهذا فأغلب الأبراج يزيد ارتفاعها عن / 40 / مترا . تثبت في أعلى البرج مجموعة البكرات الثابتة ( التاجية ) ، كما يثبت في وسطه بلكون و مخزن لإسناد النهايات العلوية لستاندات مواسير الحفر ، كما تثبت على البرج بكرات خاصة تساعد في رفع و تنزیل البرج ، وبكرات خاصة من أجل تركيب مفاتيح التونغ ، و يثبت عليه خط الستاند بايب ، و له سلم خاص محمي بقفص حديدي من أجل الصعود و النزول الأمن العامل البرج أو لعمال الميكانيك .&

 &تختلف أبراج الحفارات عن بعضها البعض بالاستطاعة (Capacity) و بالتصميم أو النوع (Design ) من حيث الاستطاعة فإن الشركات المصنعة تنتج عدة أبراج باستطاعات مختلفة بحيث يوافق كل منها استطاعة الحفارة ككل أو بمعنى آخر يوافق العمق النهائي الافتراضي للحفارة . و هذه الاستطاعة تأخذ بعين الاعتبار الحمولة المتوقعة على العمق النهائي الافتراضي إضافة إلى عامل أمان باعتبار أن هناك حمولات إضافية ناتجة عن الشد الإضافي خلال عمليات الاصطياد أو استعصاء تشكيلة الحفر ، إضافة إلى إجهادات أفقية ناتجة عن قوة الرياح ، لذلك يجب على برج الحفارة أن يقاوم كل الاجهادات المحتملة دون حدوث أي تشوه في تصميمه . &

 & و من حيث تصميم البرج هناك نوعين رئيسيين :

1. أبراج ثابتة (Bootstrap Mast) : يتألف البرج فيها من أربعة أرجل متصلة ببعضها البعض بعوارض حديدية تجعل البرج يتحمل قوة الشد التي يتعرض لها و يقاوم الانحناء . و هذا النوع من الأبراج هو المفضل للحفر في المناطق محدودة المساحة ، كما هو السائد في منصات الحفر البحري ، و هو يتميز باستطاعة كبيرة لتحمل الاجهادات و لكنه يحتاج إلى زمن کبیر نسبية من أجل نصبه على القواعد .
2. أبراج قابلة للطي (Cantilever Mast) تستند على قواعد البرج في نقطتي استناد محوریتین بحيث يمكن للبرج أن يأخذ وضعية شاقولية خلال أعمال الحفر أو وضعية أفقية خلال عملية نقله من موقع لآخر . في الوضعية الشاقولية يتم تثبيت البرج إضافة إلى نقطتي الاستناد المذكورتين بنقطتين أخريين على برج مساعد صغير هرمي الشكل ، أو بواسطة مسندي تثبیت ( عارضتين طويلتين من الحديد ) &

& يجب أن يؤمن ارتفاع برج الحفر الأمان في العمل خلال رفع البكرات المتحركة بأعلى سرعة رفع مع الأخذ بعين الاعتبار معامل الارتفاع من أجل إيقاف البكرات المتحركة على بعد  کافي عن الحافة السفلى المجموع البكرات التاجية  الارتفاع المفيد لبرج الحفر  يعطى بالعلاقة التالية :

H = h1 + Is + h2 +h3

حيث :

H1 : المسافة من أرضية البرج حتى النهاية السفلى لمقطع مواسير الحفر المعلق ( 1.2 – 1.5 )

Is : طول مقطع المواسير.

H2 : طول قضبان تعليق لاقطة المواسير والخطاف والبكرات المتحركة (8 - 7) متر

H3 : مسافة الأمان بين مجموعة البكرات التاجية وأعلى وضع لمجموعة البكرات المتحركة (7) متر &

**الحمولات المؤثرة على برج الحفر** : &

• الحمولات الشاقولية :

1. الحمولة على الخطاف
2.  وزن البرج والمعدات المنصوبة عليه .
3.  المركبة الشاقولية من شد النهاتين المتحركة والثابتة لحيل الحفر .
4.  لمركبة الشاقولية لوزن المواسير المستندة على محور الإسناد .

ب۔ الحمولات الأفقية :

1. المركبة الأفقية لشد النهايتين المتحركة و الثابتة لحبل الحفر .
2. المركبة الأفقية من وزن مجموعة المواسير الموضوعة على مخزن المواسير .
3. قوة ضغط الرياح . &

&

وتحدد الحمولة الشاقولية على قاعدة مجموعة البكرات كما يلي:

  في حالة السكون وفق العلاقة :

وفي حالة حركة الخطاف وفق العلاقة :

وتحدد المركبة الأفقية من شد الطرفين الثابت والمتحرك  لحبل الحفر :

1. في حالة السكون بالعلاقة :

2. في حالة الحركة وفق العلاقة :

Ph  : الحمولة المسموح بها على الخطاف بالنيوتن

Gtr : وزن أجزاء منظومة الحبال ( الخطاف – مجموعة البكرات التاجية والمتحركة – كبل الحفر ) بالنيوتن

βα : زاويتي ميل الطرفين المتحرك والثابت على التوالي لكبل الحفر عم المحور الشاقولي للبرج

M : تركيبة منظومة الحبال وتحدد بالعلاقة التالية :

Gtb :وزن البكرات مع الخطاف

Gd  :وزن حبل الحفر