سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
تستهای گل حفاری
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱٢:٤٦ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/٢٢
 

1-اندازه گیری مقدار آهک در گلهای پایه روغنی alkalinity
estimation

 

1-    
مقدار 20میلی لیتر
از مخلوط یک به یک الکل پروپانل و زایلین (xylene) را در یک بشر
250 میلی لیتری بریزید.

2-یک میلی لیتر از
گل روغنی را به محلول با لا اضافه نموده و هم بزنید.

3-100-75 میلی لیتر
آب مقطر به آن اضافه نموده و خوب تکان دهید.

4- 5تا 10 قطره از
معرف فنل قتالین به محلول فوق اضافه نموده تا رنگ محلول صورتی شود.

5- قطره قطره اسید
سولفوریک 1/. نرمال(N/10) اضافه کنید تا رنگ صورتی موجود از بین رفته
و محلول بی رنگ شود.

6- مقدار اسید
مصرفی را یادداشت نموده و با استفاده از فرمول زیر مقدار آهک را برحسب پوند در
بشکه بدست آورید:

295/1 ×حجم اسید
مصرفی به ml=Bbl/lb.LIME OM,

 

نکته:LIME OM   اغلب اوقات Whole mud
alkalinity  و یا Excess
lime به کار می رود.

3-اندازه گیری غلظت
یون های کلسیم و منیزیم

 

1-    
یک میلی لیتر از
نمونه را در ظرف تیتراسیون بریزید.

2-    
مقدار 25 میلی
لیتر آب مقطر به آن بیفزائید.

3-     5 تا 10 قطره محلول بافر سختی Noah Hardness
buffer solution ,1N)) اضافه نموده وهم بزنید.(PH محیط حدود 12
تا 13)

4-    
مقدار 3 تا 5 قطره
محلول معرف کلسیم (callver II) اضافه کرده و خوب هم بزنید.اگر در نمونه
یون های کلسیم ،منیزیم و یا هر دو وجود داشته باشد رنگ محیط قرمز شرابی می شود.

-       هر چه رنگ محیط تیره تر باشد مشاهده نقطه پایانی واکنش مشکل
تر خواهد بود. بهتر است محلول معرف را به اندازه ای اضافه کنید که رنگ محیط زیاد
تیره نشود.

-       در صورت تمایل می توانید چند قطره متیل اورانژ اضافه نمائید
تا نقطه پایانی واکنش بهتر مشخص شود.

5-    
قطره قطره محلول
استاندارد ورسنایت(versenate) 400 mg/L به محیط اضافه
کنید تا رنگ قرمز شراب ناپدید شده و رنگ آب و یا بنفش ظاهر شود. حجم محلول
استاندارد ورسنایت مصرف شده را برحسب ml  یادداشت نمایید.

6-    
با استفاده از
رابطه زیر غلظت یون کلسیم(ca2+) را محاسبه نمائید:

400 mg/L×حجم ورسنایت به
Ml÷ حجم عصاره به ml=calcium (ca2+),mg/L

7- عدد حاصل
ازآزمایش سختی کل(Total hardness )را یادداشت نموده و از رابطه زیر غلظت یون
منیزیم (mg2+) را بدست آورید:

Mg2+),mg/L=Total hardness- (ca2+) ÷ 400 ×243

7-    
سایر کاتیون های
فلزی موجود در گل را از رابطه زیر بدست آورید:

=Total
hardness –(ca2+mg2)سایر کاتیون های فلزی

4-آزمایش
غلظت یون (
cl-)

1-یک میلی لیتر از
عصاره گل را درظرف تیتراسیون بریزید.

2- 2 تا 3 قطره
محلول معرف فنل فتالئین به آن اضافه نمائید،اگر رنگ محیط صورتی شد قطره قطره اسید
سولفوریک 02/0نرمال(N/50)به
ان اضافه نمایید تا رنگ صورتی ناپدید شود .چناچه رنگ صورتی پدیدار نشد،مرحله بعد
را انجام دهید.

3-(25-50)میلی
لیتر آب مقطر و(10-5 )قطره کرومات پتاسیم اضافه نموده و به هم بزنید تا رنگ زرد
پیدا شود.

4-قطره قطره محلول
نیترات نقره 282/0 نرمال معادل mg/L10000اضافه
نمائید تا نقطه پایان (رنگ قرمز یا قرمز آجری) پیدا شود.

5-حجم محلول
نیترات نقره مصرف شده را برحسب میلی لیتر یادداشت کنید.

6- غلظت یون
کلراید(cl-)موجود در صافاب را از رابطه زیر
محاسبه کنید:

حجم نیترات مصرفی
به mL ×غلظت نیترات نقره mg/L ÷ حجم عصاره به Ml=cl-)mg/l)

7- برای محاسبه
غلظت نمک (nacl)غلظت
یون کلراید را در عدد 65/1 ضرب کنید.

8- چنانچه از
کلسیم کلراید (cacl2)استفاده
می کنید،غلظت یون کلراید را در 65/1 ضرب کنید.

9- برای تبدیل
واحد mg/L به واحد ppm از رابطه زیر استفاده کنید:

(میلی گرم بر لیتر
یون کلراید )mg/L(cl-) ÷ جرم حجمی(S.G)عصاره=   cl- ppm

5- اندازه گیری با دستگاه Electrical
stability

 

1-    
نمونه گل روغنی را
پیش از آزمایش از توری قیف مارش عبور دهید.

2-    
نمونه گل روغنی را
به دمای 5 ±120 درجه فارنهایت برسانید.

3-    
دهانه الکترود را
به وسیله دستمال کاغذی کاملا تمیز و خشک نمایید. سپس دهانه الکترود را درون الکل
پروپانول فرو برده و با دستمال کاغذی دوباره کاملا تمیز و خشک نمائید.

4-    
نمونه گل روغنی را
به وسیله الکترود به مدت 10 ثانیه هم زده و الکترود را درون ظرف به گونه ای آویزان
کنید که با بدنه و ته ظرف هیچگونه ارتباطی نداشته باشد.

5-    
دستگاه را روشن و
دکمهTEST را فشار دهید ومنتظر بمانید تا عدد
روی صفحه دستگاه ثابت شود دقت کنید که در این مرحله الکترود باید ثابت و بدون حرکت
باشد.

6-    
آزمایش را با
انجام مراحل 3تا 5 دوباره تکرار کنید.

7-    
میانگین اعداد
حاصله از مراحل 5و6 را به عنوان مقدار E.Sگل روغنی گزارش
نمائید.

 

نکته:

-         
در مرحله 3 می
توانید یکی از دو مورد سیال پایه ،گل روغنی یا الکل پروپانل را استفاده کنید.

-         
اگر در زمان انجام
آزمایش چراغLow batteryروشن شد از انجام آزمایش صرف نظر کرده و پس از تعویض باتری
ها آزمایش را انجام دهید.

-         
هرگز از زایلین (xylene)برای تمیز کردن دستگاه ،کابل و
الکترود استفاده نکنید.

6-روش اندازه
گیری غلظت
H2S

 

1- مقدار3/8 میلی لیتر از گل را در بطری مخصوص آزمایش ریخته
و 7/16 میلی لیتر آب مقطر به آن اضافه کنید و بطری را تکان داده تا گل و آب کاملا
مخلوط شوند .(اگر گل بیش از حد کف کند ،یک قطره ضد کف به آن اضافه کنید.)

2- یک ورق کاغذ مخصوص آزمایش را درون سر بطری قرار دهید.

3- یک عدد قرص(Alka-seltzer)درون بطری انداخته و بلافاصله در بطری را ببندید.

4- 15 دقیقه صبر کنید تا قرص کاملا حل شود در بطری را باز
نموده و کاغذ را بیرون بیاورید وآن را با رنگهای شاخص (chart ) که درون جعبه آزمایش H2S قرار دارد مقایسه کنید.

5- عدد خوانده شده از روی شاخص را در عدد 3 ضرب نمائید تا
غلظت گاز بر حسب ppm  بدست آید.

6- شاخصی که درون جعبه آزمایش قرار دارد. غلظت های ppm3/0تا ppm15 را نشان می دهد. برای غلظت های
بالاتر به شکل زیر گل را رقیق کنید:

الف) اگر حدس می زنید که غلظت گاز بین (ppm 125تا 15)باشد در مرحله 1 بجای 3/8
میلی لیتر گل،یک میلی لیتر از گل را با 24 میلی لیتر آب مقطر رقیق کرده و مراحل 2
به بعد آزمایش را دنبال کنید. در پایان آزمایش عدد حاصل از روی شاخص را در عدد 25
ضرب نمائید.

ب) اگر حدس می زنید که غلظت گاز بین(125تا 1250ppm) باشد در مرحله 1 بجای 3/8 میلی لیتر
گل،یک میلی لیتر از گل را با 9 میلی لیتر رقیق نموده و از محلول حاصل یک میلی لیتر
برداشته و با 24 میلی لیتر آب مقطر رقیق کنید و مراحل 2 به بعد آزمایش را دنبال
کنید. در پایان آزمایش عدد حاصل از روی شاخص را در عدد 250 ضرب نمائید.

7-    
روش اندازه گیری HP-HT Filtration  تا دمای F300

 

1-     قبل از شروع آزمایش،کوره را با ولتاژ مناسب به برق وصل کنید
و دما سنج را در محل مخصوص قرار داده و ترموستات کوره را روی 10 درجه فارنهایت
بالاتر از درجه  حرارت آزمایش تنظیم کنید
تا گرم شود.

2-     نمونه گل برگشتی از چاه را ،گرفته و مدت ده دقیقه مخلوط
نمائید.

3-     تا نیم اینچ مانده به لبه بالایی سلول گل را از گل پر
نمائید.

4-     کاغذ صافی مورد نظر را روی سطح گل و در محل مورد نظر قرار
دهید و در پوش آن را ببندید.

5-     سلول گل را در حالی که شیرهای بالا و پائین آن بسته است در
داخل کوره قرار دهید و دماسنج را در محل خود قرار دهید.

6-     دستگاه فشار را برروی شیر فوقانی ظرف قرار داده وآن را محکم
نموده و قفل کنید،ظرف جمع کننده صافی را نیز به شیر زیر ظرف بسته  و قفل کنید و در حالیکه به شیرهای فوقانی و
تحتانی سلول گل هنوز بسته هستند،میزان psi100 فشار به هر دو رگلاتور اعمال کنید. در حالی که سلول را گرم می
کنید،شیر فوقانی را باز کرده و psi100
فشار به سطح گل وارد نمائید.

7-     وقتی دمای گل به 300 درجه فارنهایت رسید،فشار فوقانی را به psi600 افزایش دهید و سپس شیر تحتانی را
باز کنید.تا عمل صاف شدن گل صورت گیر. به مدت 30 دقیقه مایع صاف شده را جمع آوری
کنید و در این مدت دما را در 5 ±300 درجه فارنهایت ثابت نگه دارید.

8-     اگر فشار رگلاتور پائینی از psi100 بالاتر رفت،مقداری از عصاره جمع
آوری شده را درون استوانه مدرج تخلیه نمایید.

9-     در پایان آزمایش شیرهای بالایی و پایینی را بسته وفشار هر
دو رگلاتور را ترخیص کنید.

       لازم به ذکر است که سلول گل هنوز در حدود psi500 فشار دارد.

10- عصاره جمع آوری شده را در استوانه مدرج مرحله 8 تخلیه نموده
و حجم آن را بر حسب سانتی متر مکعب(cc)یادداشت
و عدد حاصل را در عدد 2 ضرب نموده و به عنوان عصاره HP-HT گزارش نمائید.

   ظرف گل را در
حالت قائم نگهداشته و صبر کنید تا خنک شود و به دمای اتاق برسد سپس به آرامی فشار
درون سلول گل را ترخیص نموده و دستگاه را برای آزمایش بعدی آماده کنید.

8- اندازه
گیری گرا نروی قیفی(
MARSH FUNNEL)

 

1-قیف را که قبلا شسته و خشک نموده اید در حالت عمودی نگه
داشته و با انگشت سوراخ آنرا ببندید.

2- با استفاده از لیوان، از هر نقطه از مسیر گردش گل که می
خواهید گرانروی گل را درآن نقطه معین کنید،گل را بردارید و بدون درنگ ،آنرا از روی
توری داخل قیف بریزید تا سطح گل به زیر توری برسد.

3- به محض این که گل به سطح زیر توری رسید،انگشت خود را از
روی سوراخ بردارید و بوسیله یک کرونومتر زمان لازم را برای جاری شدن یک کورات(946ml)گل را برحسب
ثانیه بدست آورید و گرانروی گل را برحسب sec/quart بیان نمایید.

4- از آنجایکه حرارت بر گرانروی مایعات اثر می گذار، لازم
است هر دفعه که قیف مارش گرانروی گل را اندازه می گیرد دمای گل را بر حسب درجه
فارنهایت بدست آورده و در کنار گرانروی یادداشت نمایید تا مشخص گردد.

گرانروی در چه درجه حرارتی گرفته شده است.

9-
روش اندازه گیری مقدار رس یا
MBT

 

1-     یک میلی لیتر(یا بیشتر )از گل را درون یک بشر 250 میلی
لیتری بریزید.

2-     10 میلی لیتر آب اضافه نموده و هم بزنید.

3-     15 میلی لیتر آب اکسیژنه 3درصد اضافه
نموده و هم بزنید .

4-     نیم لیتر اسید سولفوریک 5 نرمال (5N) اضافه نموده و
هم بزنید.

5-     محلول را به مدت 10 دقیقه بجوشانید.

6-     50 میلی لیتر آب اضافه نموده و هم
بزنید.

7-     در حالیکه محلول را هم میزنید ،نیم میلی لیتر محلول متیلن
بلو اضافه نموده و 30 ثانیه صبر نمایید.

8-     با یک همزن شیشه ای ،یک قطره از محلول را برداشته و روی
کاغذ بگذارید و اجازه دهید تاآب آن جذب و قطره آبی رنگ ،روی کاغذ منتشر شده و خشک
شود.

9-     آگر یک حلقه آبی متمایل به سبز دور قطره ایجاد شد یک تا دو
دقیقه دیگر صبر کنید و سپس یک قطره دیگر برداشته و روی کاغذ قرار دهید. اگر حلقه
آبی متمایل به سبز دوباره ایجاد شد به نقطه پایان ازمایش رسیده اید.

10- اگر حلقه ابی متمایل به سبز نمایان نشد هر بار مقدار نیم
میلی لیتر متیلن بلو اضافه نموده و مراحل 7و8و9 را تکرار نمائید تا به نقطه پایان
آزمایش برسید.

11- حجم متیلن بلوی مصرفی در پایان آزمایش را برحسب میلی لیتر
یادداشت نمائید.

12- برای محاسبه مقدار رس گل به شکل زیر عمل نمائید.

       حجم متیلن بلوی مصرفی به ml  ÷حجم نمونه به ml=Methylene blue
capacity(MBC)

 

برای محاسبه مقدار رس گل (MBT) برحسب پوند بر بشکه مقدار MBC را درعدد 5 ضرب کنید.

برای محاسبه مقدار رس گل (MBT)برحسب کیلوگرم بر متر مکعب ،مقدار MBC  را در عدد 14 ضرب کنید.

10
–اندازه گیری وزن گل
Mud balance

 

1-     پایه ترازو را روی یک سطح صاف و افقی قرار دهید.

2-     درجه حرارت گل حفاری را اندازه گرفته و در گزارش روزانه ثبت
نمائید.

3-     در پوش را برداشته و فنجان را که قبلا تمیز و خشک شده از گل
مورد نظر کاملا پر نمائید تا لبریز شود.

4-     در پوش را گذاشته و آنگاه کمی به چپ و راست بچرخانید تا
کاملا سر جایش قرار گیرد به طوری که مقداری گل از سوراخ وسط درپوش بیرون ریزد تا
اگر حبابهایی از هوا درون گل محبوس شده باشد به سطح گل آمده و خارج شود.

5-     انگشت را روی سوراخ وسط درپوش گذاشته و درپوش را به فنجان
فشار دهید.در این حال آن مقدار گلی را که روی درپوش و روی فنجان ریخته شده است با
آب بشویید و با یک قطعه پارچه خشک نمایید

6-     پایه را روی یک سطح افقی گذاشته و بازوی ترازو را طوری روی
آن قرار دهید که تکیه گاه بازو روی نقطه اتکا و پایه قرار گیرد.

7-     شاخص را آنقدر جابجا کنید که ترازو به حالت تعادل درآید
وبازوی آن افقی قرار گیرد.افقی بودن ترازو را بوسیله تراز روی دستگاه امتحان کنید.

8-     لبه چپ شاخص روی هر عدد که قرار گرفت آن عدد نشان دهنده وزن
گل مورد نظر می باشد.

15-روش اندازه گیری مقدار سدیم کلراید و کلسیم کلراید در گل
روغنی

 

1-    
درصد حجمی آب (Vo) را با استفاده
از دستگاه Retort kit  بدست
آورید.

2-    
مقدار 2 میلی لیتر
از گل مورد آزمایش را در ظرف تیتراسیون بریزید.

3-    
مقدار 10 میلی
لیتر ا ز محلول MEK (methyl Ethel ketone) را در ظرف
ریخته و خوب هم بزنید.

4-    
مقدار 15 میلی
لیتر استون اضافه نموده هم بزنید.

5-    
مقدار 10 میلی
لیتر آب مقطر اضافه نموده و هم بزنید.

6-    
مقدار 5 تا 10
قطره معرف کرومات پتاسیم اضافه نموده و هم بزنید .

7-    
قطره قطره نیترات
نقره 282/0 نرمال اضافه کنید تا رنگ زرد به قرمز آجری تبدیل شود مقدار نیترات نقره
مصرفی را یادداشت نموده و از رابطه زیر غلظت سدیم کلراید و یا کلسیم کلراید را
بدست آورید:

 

     8-

      A= مقدار نیترات
نقره مصرفی به میلی لیتر

       B= درصد حجمی آب Vo)به صورت کسری
از 100 ضرب در 2000

برای سدیم کلراید NACL از رابطه زیر
استفاده کنید:

          +B NACL,
mg/L=A×16.5×10÷(A×16.5)                                      

برای کلسیم کلراید
CACL2از رابطه زیر استفاده می کنیم :

CACL2,mg/L=A×15.6×1000000÷(A×15.6)+B

11-اندازه
گیری
Pf,Mf

 

Pf  به معنیphenolphthalein alkalinity of
filtrate

Mf به معنی methyl orange alkalinity of filtrate

 

1-    
یک میلی لیتر(یا
بیشتر )از عصاره گل را در ظرف تیتراسیون بریزید .

2-    
2تا3 قطره معرف
فنل فتالئین اضافه کنید.

3-    
چنانچه رنگ محلول
صورتی شد،قطره قطره اسید سولفوریک 02/0 نرمال(N/50) اضافه کنید تا رنگ اصلی عصاره پیدا
شود. در خاتمه عمل ph
محیط باید 3/8 باشد.

4-    
حجم اسید مصرفی را
یادداشت نموده و از رابطه زیر مقدار pf را بدست آورید :

       حجم اسید مصرفی به میلی لیتر ÷حجم عصاره
به میلی لیتر=pf

5-    
به محلول فوق 3 تا
5 قطره معرف متیل اورانژ اضافه نموده تا رنگ محلول نارنجی شود.

6-    
قطره قطره اسید
سولفوریک 02/0 نرمال (N/50)
اضافه کنید تا رنگ محیط به عنّابی روشن تبدیل شود.در خاتمه عمل ph محیط باید
3/4 باشد.

7-    
حجم اسید مصرفی را
یادداشت نموده و با اسید مصرفی در مرحله 4 جمع نمائید و به عنوان حجم کل اسید
مصرفی یادداشت نموده و سپس از رابطه زیر مقدار mf را بدست آورید:

   حجم کل اسید مصرفی به میلی لیتر÷حجم عصاره به
میلی لیتر=Mf

12- اندازه گیری PH یا قلالیت کل

 

1-    
ابتدا دستگاه
اندازه گیری PH  را
طبق دستور کارخانه سازنده استاندارد یا کالیبره نمایید.

2-    
نمونه مورد نظر را
درون ظرف شیشه ای یا پلاستیکی بریزید.

3-    
الکترودها را با
آب مقطر شسته و کاملا خشک نمائید .

4-    
الکترودها را درون نمونه قرار داده و سریع وکوتاه هم بزنید.

5-    
مدت 20 تا 40
ثانیه صبر نموده سپس دکمه PH  را
فشار دهید و منتظر بمانید تا دستگه مقدار PH  را نشان دهد.

6-    
مقدار PH  خوانده شده توسط دستگاه را و دمای نمونه در زمان
آزمایش را درگزارش روزانه قید نمائید.

7-    
الکترودها را از
نمونه خارج و با آب مقطر شسته و کاملا خشک نموده و درون محلول مخصوص الکترود
نگهداری نمائید.

13- روش اندازه گیری PM

Pm یعنی phenolphthalein
alkalinity of mud

 

1-    
گل را بوسیله
میکسر آزمایشگاه خوب هم زده و یک میلی لیتر (یا بیشتر) از گل را در ظرف تیتراسیون
بریزید.

2-    
25تا 50 میلی لیتر
آّب مقطر به آن اضافه نموده و هم بزنید.

3-     4تا 6 قطره معرف فنل فتالئین اضافه نمائید.

4-    
چناچه رنگ محلول
صورتی شد ،قطره قطره اسید سولفوریک02/0 نرمال(N/50) اضافه کنید تا
رنگ صورتی ناپدید شود در خاتمه عمل ،PH  محیط باید 3/8 باشد.

5-    
حجم اسید مصرفی را
یادداشت نموده و از رابطه زیر مقدارpm را بدست آورید:

 

حجم اسید مصرفی به
میلی لیتر÷حجم عصاره به میلی لیتر=pm

14- اندازه
گیری درصد آب ،نفت و مواد جامد گل

 

1-    
فنجان دستگاه و هم
چنین ظرف محتوی گل را کاملا تمیز و خشک نمائید .

2-    
گل جمع آوری شده
را تا دمای 80 درجه فارنهایت خنک کرده و از توری mesh 20 دستگاه قیف مارش عبور دهید تا در
صورت امکان کنده های درشت آن گرفته شوند.

3-    
در صورت مشاهده
گاز و یا هوا درون گل، 2 الی 3 قطره ضد کف به حدود 300 میلی لیتر مکعب گل اضافه
نموده و به مدت 2 الی 3 دقیقه مخلوط نمائید تا گاز ان آزاد گردد.

4-    
رزوه فنجان یا
رزوه محفظه بخار را با گریس مخصوص روانکاری نموده تا در اثر حرارت به همدیگر
نچسبند.

5-    
به اندازه کافی
پشم فولاد درون محفظه بخار قرار دهید تا از ورود گل به محفظه بخار جلوگیری به عمل
آید.

6-    
فنجان را از گل
مورد نظر که عاری از گاز باشد کاملا پر کنید.

7-    
در پوش را گذاشته
آنگاه کمی به چپ و راست بچرخانید تا کاملا سرجایش قرار گیرد بطوریکه که مقداری گل
از سوراخ وسط در پوش بیرون بریزد.سپس فنجان را کاملا تمیز نمائید و استوانه مدرج
تمیز نمائید و محفظه بخار را روی فنجان چرخاند ه و محکم کنید.

8-    
لوله خروجی محفظه
بخار را کاملا وارد سوراخ کندانسور نمائید و استوانه مدرج تمیز و خشک را زیر لوله
خروجی کندانسور قرار دهید در صورت وجود روغن در گل یک قطره wetting agent درون استوانه مدرج بریزید.

9-      دستگاه را به برق مناسب وصل کنید با روشن شدن
چراغ دستگاه عمل تقطیر شروع می شود این عمل تا خاموش شدن چراغ دستگاه طول می کشد .

10-
محصول عمل تقطیر
می تواند آب، نفت و یا هر دو باشد اگر درون استوانه مدرج گل دیده شود آزمایش را
تکرار نمایید

11-
مقادیر بدست آمده
را برحسب میلی لیتر ml
یا سانتی متر مکعب (cc)
یادداشت نمایید درصد هر فاز را از رابطه زیر بدست آورید .

      حجم فنجان دستگاه به ml=Vt                                                                                              
Vw/Vt)×100=%water)

Vo/Vt×100=%oil

100-(%water+%oil)=%solid

     حجم آب جمع شده به ml=Vm

   حجم روغن جمع شده
ml

16- اندازه گیری درصد شن گل SAND CONTENT

 

 

1-    
لوله شیشه ای را
تا روی خط نشانه (MUD TO HERE) از گل مورد نظر پر نمائید سپس آنقدر آب به
ان اضافه نمائید تا سطح گل رقیق شده به خط نشانه(WATER TO HERE) برسد. سر لوله
را با انگشت بگیرید و آنرا چند بار محکم تکان دهید.

2-    
محلول فوق را
آهسته روی توری بریزید تا آب و مواد محلول آن دفع شده و فقط مواد جامدش روی توری
باقی بماند و آنچه از محلول را نیز که در داخل لوله باقی مانده ،چندین مرتبه
بوسیله اب شسته و روی توری خالی کنید و با یک جریان ملایم آب شنهای روی توری را که
ممکن است هنوز آغشته به گل و رسها باشند آنقدر بشوئید که دیگر گلی درآن باقی نماند
و آب جاری زیر توری کاملا تمیز باشد.

3-    
قیف را وارونه روی
سر توری قرار دهید لوله شیشه ای را نیز وارونه کرده و نوک قیف را درون آن فرو
ببرید اینک همه دستگاه را وارونه نمائید.

4-    
با یک آبفشان
جریان ملایمی ازآب را روی توری بگیرید تا شنهای طرف دیگر آن شسته شده و به درون
شیشه ریخته شود.

5-    
بعد از آنکه مطمئن
شدید همه شنهای شسته شده و درون لوله ریخته شده اند چند لحظه صبر کنید تا شنها
درون لوله ته نشین شوند.از روی درجات موجود روی لوله شیشه ای درصد حجمی شن موجود
در گل حفاری را بخوانید.

17-آزمایش سختی گل(TOTAL HARDNESS)آب و یا عصاره گل

 

1-       
20 میلی لیتر آب
مقطر درون ظرف تیتراسیون بریزید.

2-       
یک میلی لیتر از
عصاره گل را به آن اضافه نمایید.

3-       
5تا 10 قطره
محلول بافر سختی NaOH یک نرمال (NAOH HARDNESS
BUFFER SOLUTION)اضافه نموده و هم بزنید.

4-       
2تا 6 قطره محلول
بافر سختی (HARDNESS INDIACTOR SOLOTION)اضافه کرده
وخوب هم بزنید اگر در نمونه یون های کلسیم ،منیزیم،و یا هر دو وجود داشته باشد رنگ
محیط قرمز شرابی می شود.

5-       
قطره قطره محلول
استاندارد ورسنایت (VERSENATE) 400mg/L به محیط اضافه
کنید تا رنگ قرمز شرابی ناپدید شده و رنگ آبی ظاهر شود.

6-       
حجم محلول
استاندارد ورسنایت مصرف شده را بر حسب ml یادداشت نموده
و با استفاده از رابطه زیر مقدار سختی گل را محاسبه نمائید:

    
400× حجم ورسنایت  به ml÷حجم عصاره به ml=TOTAL
HARDNESS ,MG/L

18- اندازه
گیری خواص حرکتی (رئولوژی)گل

 

1-    
استوانه دستگاه(Sleeve) را در محل خود قرار داده و محکم
کنید .

2-    
نمونه گل را درون
لیوان دستگاه ریخته تا به خط نشانه برسد.

3-    
لیوان را در محل
خود روی دستگاه v.g METERقرار داده وآن را تا رسیدن سطح گل به خط نشانه Sleeve بالا برده و پیچ پایه آن را ببندید.

4-    
دستگاه را روشن و
روی دور 600 تنظیم و اجازه دهید تا دمای گل به f2±120 برسد دمای گل را در گزارش
روزانه قید نمائید.

5-    
در دمای 120 درجه
فارنهایت و دور 600 صبر کنید تا عدد شاخص ثابت شود.مقدار عدد را خوانده و به عنوان
دور 600 یا θ 600 گزارش نمائید.

6-    
در دمای 120 درجه فارنهایت و دور 300 صبر کنید تاعدد شاخص ثابت شود.مقدار عدد را خوانده و به عنوان دور 300 و یا θ 300 گزارش نمائید.

7-    
در دمای 120 درجه
فارنهایت و دور 200 صبر کنید تاعدد شاخص ثابت شود. مقدار عدد را خوانده و به عنوان
دور 200 یا θ200 گزارش نمائید.

8-    
در دمای 120 درجه
فارنهایت و دور 100 صبر کنید تا عدد شاخص ثابت شود. مقدار عدد را خوانده و به
عنوان دور 100 یا θ100 گزارش نمائید.

9-    
در دمای 120 درجه
فارنهایت و دور 6 صبر کنید تا عدد شاخص ثابت شود. مقدار عدد را خوانده و به عنوان
دور 6 یا θ6 گزارش نمائید.

10-
در دمای 120 درجه
فارنهایت و دور 3 صبر کنید تا عدد شاخص ثابت شود. مقدار عدد را خوانده و به عنوان
3 یا θ 3 گزارش نمائید.

11-
نمونه گل را با
دور 600 و به مدت 10 ثانیه هم بزنید.

12-
دستگاه را خاموش و
به مدت 10 ثانیه صبر کنید.

13-
دستگاه را با دور
3 روشن نموده و حداکثر مقدار انحراف شاخص را به عنوان ژل 10 ثانیه یا ژل اولیه
گزارش نمائید.

14-
نمونه گل را با
دور 600 و به مدت 10 ثانیه هم بزنید.

15-
دستگاه را خاموش و
به مدت 10 دقیقه صبر کنید.

16-
دستگاه را با دور
3 روشن نموده و حداکثر مقدار انحراف شاخص را به عنوان ژل 10 دقیقه یا ژل ثانویه
گزارش نمائید.

17-
نمونه گل را با
دور 600 و به مدت 10 ثانیه هم بزنید.

18-
دستگاه را خاموش و
مدت 30 دقیقه صبر کنید.

19-
دستگاه را با دور
3 روشن نموده و حداکثر مقدار انحراف شاخص را به عنوان ژل 30 دقیقه گزارش نمائید.

20-
دستگاه را خاموش و
قطعات آن را باز کرده، شستشو و خشک نمائید.

21-
با استفاده از
روابط زیر مقادیر pv،yp،av را بدست آورده و در گزارش روزانه ثبت
نمائید.

Apparent viscosity (AV),cp=θ600/2

Plastic viscosity (PV),cp=θ600-θ300

Yield point(YP), lb/100ft3=θ300-Pv

2- اندازه
گیری
STANDARD API FILTERATION

 

1-    
مطمئن شوید که
قسمت های مختلف سلول گل به خصوص توری آن کاملا تمیز و خشک باشند.

2-    
قسمتهای سلول گل و
یک عدد کاغذ صافی مخصوص را به درستی روی هم قرار داده و محکم ببندید.

3-    
گل را درون سلول
ریخته تا سطح گل به نیم اینچی لبه سلول برسد.

4-    
مجموعه سلول گل را
روی پایه قرار داده و در پوش آنرا محکم ببندید.

5-    
یک عدد استوانه
مدرج زیر لوله خروجی سلول قرار دهید.

6-    
فشار 5 ±100 روی
سطح گل وارد نمائید.

7-    
مدت 30 دقیقه صبر
کنید.

8-   مقدار عصاره جمع آوری شده را برحسب میلی لیتر (ML)با 1/0 اعشار به عنوان عصاره APIگل گزارش
نمائید.

=Vo

 


 
 
شیـل و پـایـداری چـاه
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱٢:٤٢ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/٢٢
 

مقدمه:

نگهداری‌با ثبات حفره
چاه یکی از چالشهای‌بسیار اساسی هنگام حفاری یک چاه می‌باشد. مطالعات نشانگر آن
هست که این صنعت یا تخمین یک میلیارد دلاری در هزینه‌های سالیانه حوادث زمانبندی
نشده مرتبط با بی ثباتی حفره چاه بیش از 10 درصد هزینه‌های چاه را شامل می گردد.
با انجام تحقیقات و بکار گیری امکانات خاصی در سیال حفاری  بوسیله مهندس گل می توان از عدم ثبات شیل و
بوجود آمدن مشکلات جلوگیری نمود.

تکنولو‍ژیهای جدید
نیز به طور مستمر در حال ایجاد و بکارگیری روشهایی جهت رفع این مشکل می‌باشند. بی ثباتی
حفره چاه معمولا بوسیله تغییرات رادیکالی واکنشهای‌شیمیایی و تنشهای میکانیکی در
محیط های فیزیکی‌به خصوص در محیط هایی که یک حفره حفاری می گردد بوجود می آید.

در معرض قرار دادن
سیال حفاری‌با شیلها و عدم ثبات حفره عموما به صورت پوسته پوسته شدن و ریزش دیده می‌شود.
که نتیجه آن بزرگ شدن یا تنگی حفره چاه می‌باشد. مشکلات اصلی که در اینجا مدنظر
قرار گرفته است و درنتیجه عوامل بالا بوجود می آیند عبارتند از : گیر کردن لوله
های حفارِی، منحرف شدن از مسیر اصلی حفاری، مشکلات راندن لوله‌های جداری،
سیمانکاری ضعیف و گمشدگی و هرزروی سیال حفاری که‌همه آنها با افزایش هزینه، و
احتمالاً از دست رفتن بخشی از حفره کلی چاه و یا کاهش تولید در ارتباط می‌باشند.
بی ثباتی‌شیل که نتیجه آن بی ثباتی چاه می‌باشد به علت های زیر ایجاد می گردد:

 

 

تنش های میکانیکی mechanical Stress

 *خرابی تنش ، شکستگی و ازدست رفتن جریان

*خراب فشردگی – خرد شدن و درهم فرو رفتن (collapse) یا جریان پلاستیکی

* سایش و فرورفتگی

* واکنشهای متقابل
شیمیایی‌با سیالات حفاری chemical
interaction with the drilling fluid

* آبگیری‌شیل، متورم
شدن و پراکندگی

* غیر قابل حل شدن
سازندهای قابل حل

* واکنشهای متقابل
فیزیکی‌با سیال حفاری physical interaction with the drilling fluid

*فرسایش

* مرطوب شدن
شکستگیهای از قبل بوجود آمده (شیلهای ترد و شکننده)

* هجوم سیالات – انتقال فشار

شناخت شیل و بی ثباتی
حفره وهمچنین ارزیابی ماهرانه از وضعیت و اجرای طرحهای اصلاحی یکی از مهمترین
موضوعات مهندسی سیالات درحفاری می‌باشد. به عبارتی مهندسی گل تنها به سیالات حفاری
محدود نمی‌شود ، بلکه شامل شناخت مناسب از کار در تمام محیطهای عملیاتی‌به اضافه
شناخت در زمینه میکانیک و ژئوفیزیک و همچنین شیمی آب و شیمی رس می‌باشد. یکسری از
عوامل احتمالی می توانند در حل عدم ثبات چاه مورد ارزیابی قرار گیرند، که بوسیله
ارزیابی این شرایط اکثر حالت های خرابی می توانند تعیین شده و بطور مناسب جواب
داده و برای حل و یا دوام بی ثباتی چاه مورد استفاده قرار گیرند

این ها شامل شرایط
میکانیکی مانند:

*مشکلات پاک کردن
حفره

*فرسایش حفره چاه

*صدمه فیزیکی فشردگی

* وزن گل و فشار سازنده.

* فشار مکش (swab) و فشار موجی (surge)

*تنش های چاه.

* و همچنین شرایط
شیمیای مانند:

* واکنش های خرابی
سازند.

* سازگاری‌شیمیایی گل
باشیل.

*غیر قابل حل نمودن
مواد قابل حل سازند.

- اغلب راه حل‌های
اقتصادی و ساده برای پیشگیری از این گونه مشکلات وجود ندارد.

در این حالت ها باید
ترکیبی از مواد با فعالیت شیمیایی کم و غیر قابل واکنش با شیل استفاده گردد مانند
سیالات پایه روغنی. اما استفاده از این سیالات خود دارای محدودیت هایی می‌باشد.

 

مانند:

- نیاز در بدست آوردن
ارزیابی های خاصی از چاه:

*ایمنی و سلامتی محلی
و محیطی .

* هزینه‌های مواد.

*مشکلات دیگری که با
از بین رفتن پایداری در ارتباط می‌باشند مانند: از دست رفتن جریان سیال قبل از بحث
در رابطه با علل انفرادی‌بی ثباتی حفره چاه ، شناخت شیل و سنگهای رسوبی و شیمی رس،
و تنش زمین بسیار اهمیت دارد.

از وضعیت خارج شدن شیل و سنگ های رسوبیshale deposition and sedimentary Rocks

 سنگ های رسوبی موادی هستند که مرور زمان ازجای
خود درمجراهای رسوبی جابجا می گردند.

سنگ های رسوبی‌به دو
گروه اصلی کلاسیک و غیر کلاسیک تقسیم می‌شوند. سنگ های غیر کلاسیک رسوباتی‌شامل
موادی‌با منشاء آلی مانند زغال سنگ  و مواد
رسوبی‌شیمیای مانند نمک می باشند.

سنگ های رسوبی کلاسیک
از ذراتی تشکیل شده اند که از مکان یا سطح زمین به صورت فرسایش به مکان دیگر جابجا
شده و به صورت یک رسوب ته نشین می گردند. علل جابجایی سنگ های رسوبی کلاسیک می
تواند ، آب ، یخ ، با دو یا نیروی ثقل باشد. سنگ های رسوبی‌بیشتر از روی اندازه
ذراتی که آنرا ایجاد کرده طبقه بندی می‌شوند که عبارتند از :

کنگلورا ، سنگ شن ،
سنگ ماسه و شل یارس. سازندهای رسوبی کلاسیک در دو فاز مهم رسوبی‌شدن تشخیص آنها
بررسی می‌شود .رسوبی‌شدن فرایندی است که در سطح زمین به وقوع می پیوندد. و اجازه
می دهد که ذرات یا دانه‌های ریز ، بصورت رسوب بروی هم انباشته گردند. به عنوان
مثال یک گروه از ذرات جابجا شده بوسیله جریان آب پس از ساکن شدن جریان آب بصورت
ذرات بزرگتر رسوب پیدا می کنند. عموماً رودخانه‌ها و جویبارها ایجاد کننده شن،
ماسه و رس درمجراهای رسوبی هستند. فرایند رسوبی‌به صورت درجه بندی ذرات صورت می
گیرد . آنچنان که ماسه در یک مکان ، شن در مکان دوم و رس نیز در مکان سوم، رسوب می
کنند. هنگامی که یک مجرا پر گردد، در این حالت سطح آب در مجرای رسوبی و مکان دهانه
رودخانه عوض شده، مکان ماسه ، شن و رس ها تغییر پیدا می کند. که این ماسه‌ها ، شن
ها و رس ها به مرور زمان انباشته و زیاد می گردند. وجود بخش‌های عمودی در هر مکان
انعکاس دهنده تاریخچه و رسوبات قبلی در آن مکان بوده. دیانژ دربرگیرنده تمام
فرایندهائی است که تعمیر دهنده یک رسوب بعد از آن که ته نشین گردد می‌باشد. این
فرایندها شامل جامد شدن ، محلول شدن و رسوب شدن دیگر مواد معدنی و یا تغییر در
ترکیب مواد معدنی رسوب‌های رسی درون سنگ ماسه‌ها و سنگ های رسی و سنگ های‌شنی می
باشد در دیانژ بعد از آنکه رسوبات به صورت وزنی در قالب لایه‌های رسوبی ته نشین
شده ، شروع به جامد شدن و تحت فشار قرار گرفتن آب زیر سطح رسوبی می کنند. این
رسوبات به صورت عمقی دفن شده و حرارت موجب ایجاد تغییر در این رسوبات شده است. آبی
که در نتیجه دفن عمقی رسوبات تحت فشار قرار می گیرد، از میان رسوبات عبور کرده و
باعث می‌شود بعضی از مواد معدنی حل شده و بعضی از مواد معدنی رسوب داده شوند .
اغلب مواد معدنی رسوب شده در ماسه،‌ شن و شیل با هم، جمع شده و باعث ایجاد یک عامل
سخت و تشکیل دهنده سنگ های رسوبی سخت در طبیعت می‌شوند.

همچنان که فرایند دیانژ
‌به مرور زمان ادامه می یابد درجه حررات و فشار نیز تغییر پیدا می کند و بیشتر و
بیشتر می گردد. و باعث فرایندهای متامورفیک می گردد. این مساله باید در ذهن بماند
که تمام سنگ های رسوبی که حفاری می گردند نتیجه فرایند، رسوبی‌شدن و دیانژی می‌باشند.
شیل یکی از سنگ های رسوبی کلاسیک می‌باشد که ابتداً از ذراتی که در کلاس و اندازه
گل رس است و میانگین آن کوچکتر از 4 میکرون می‌باشد تشکیل شده است. برای‌شناخت
طبیعت رسوبات سنگ‌های‌شیلی‌شناخت عبارت رس که دارای دو مفهوم می‌باشد بسیار مهم
است. یک مفهوم این است که رس اندازه ای از ذرات رسوبی است و مفهوم دیگر آن به
عنوان کلاس مواد معدنی رس است به عنوان یک قاعده کلی رس به مواد معدنی که اندازه
ذرات آنها در کلاس اندازه رس یعنی کمتر از 4 میکرون می باشد اطلاق می‌شود اما مواد
معدنی غیر رس مانند سنگ های آذرین و فلدسپارها، به دلیل دارا بودن ذرات کوچکتر از
4 میکرون در این دسته بندی قرار می گیرند.

رس یک رسوب می‌باشد و
شیل نیز یک سنگ می‌باشد که از ذرات با اندازه رس تشکیل شده است. در حفاری های چاه‌های
نفت و گاز بیشتر سازند‌هایی‌شامل شیل یا رس که رسوبات مجراهای دریایی می‌باشند
حفاری می‌شوند. ذرات شیل ابتدا از طریق تراکم زمینی فرسوده شده و بوسیله رودخانه‌ها
به مجراهای دریایی انتقال می یابند.

طبیعت و ترکیب این
ذرات وارد شده در مجرای رسوبی‌به ترکیب صخره و خاک فرسوده شده در زمین به عنوان
منبع رسوب بستگی دارد. متغیر بودن زمین در این محیط ها یکی از دلایل اصلی در
متفاوت بودن مجراهای رسوبی است . برای مثال در درجه حرارت های عمومی زمین عموماً
اسمکتایت بوجود می آید تا حذف رس کائولینایت بدین صورت انباشته شدن رس  به صورت رسوباتی از شن و ماسه با سرعت جریان آب
و معلق شدن رس در آب در ارتباط است. در جریان متلاطم و با سرعت آب ذرات رس به صورت
معلق و در آب‌های آرام و بدون سرعت و غیر متلاطم ذرات ساکن و ته نشین شده و
انباشته می گردند این محیط های آبی آرام معمولا در آبهای فلات قاره در زیر موجهای
اصلی و یا در خلیج‌ها یا مرداب‌ها بوقوع می پیوندد. دیگر مکانهای رسوبی گل می
تواند شامل دریاچه‌ها یا دشت های سیلابی رودخانه ای‌باشد دو ویژگی رسوبات دریای رس
می تواند قابل توجه باشد که شامل (bioturbation),(flocculation) است در Floceulation یا لختگی ذراتی‌با اندازه رس پس از پخش شدن بوسیله آب
شیرین رودخانه وارد محیط شور دریا می‌شوند.

Flocoulation ، به چند عامل
بستگی دارد مانند طبیعت و درصد رس در آب وقتی Floceulation اتفاق افتد ذرات رس به صورت تکه‌های‌بزرگتر تجمع پیدا
می کنند و آسانتر از رس های پراکنده ته نشین می‌شوند. رس های لخته شده معمولا در
اندازه ماسه سنگ ها بر رسوبات کوارتز و فلرسپار ته نشین می گردند که نتیجه آن
رسوبات رس ماسه ای که اغلب نفوذ پذیر هستند می‌باشند یکی از پیامدهای عملی Flocculation یا لختگی این است که بیشتر رسوبات دریایی رس و شیل‌های
رسوبی حاوی مقادیر قابل توجهی از دانه‌های کوارتر با اندازه ماسه می‌باشند.

Bioturbation ، اختلالی  در رسوبات است که بوسیله اورگانیزمهایی‌که در آن
زندگی می کنند انجام می گیرد. این اورگانیزمها شامل نرمتنان و کرمها که از رسوبات
تغذیه می کند هستند.

این در حالی است که
بیشتر شیل‌های دریایی ورقه نشده‌هستند. فرایند bioturbation باعث تخریب یا اصلاح ساختار رسوبات می گردند و در بعضی
از موارد ممکن است باعث از هم پاشیدگی رسوبی گردند. رسوب‌های ورقه شده می توانند
دارای نفوذپذیری‌بالایی نسبت به رسوب‌های ورقه نشده باشند این در حالی است که
بیشتر شیل‌های دریایی ورقه نشده‌هستند. و bioturbation باعث تخریب ورقه‌ها
با ساختمان رسوبات شیل دریایی می گردند. یکی از انواع شیل‌ها که تاکنون bioturbation نشده Carbonuceous می‌باشد که
دارای محتویات مواد زنده بالایی هستند.

شیل Carbonuaeous بروی سطحی‌بدون اکسیژن رسوب می کند (در دریاچه‌ها اتفاق
می افتد) که باعث جلوگیری از اکسید شدن مواد آلی می گردد انواع شیل‌های Carbonueeous به صورت ورقه و پوسته‌هایی که می توانند به آسانی در
طول ورقه از هم پاشیده بشوند می گردند رسوبات رسها بوسیله فرآیند diagenesis تغییر پیدا می کنند. همچنین رسوبات رس کف اقیانوس گل
نامیده می‌شود زیر آنها دارای هیچ گونه چسبندگی نمی‌باشند در مراحل اولیه جامد شدن
رسوبات گل می توانند سخت تر شوند اما به سادگی درون آب دریا و مجراهای آبی از هم
پاشیده می‌شوند هنگامیکه این مواد به مرحله جامد شدن برسند دارای نفوذپذیری‌کمتر
بوده و توانایی گسترش فشار را دارند. جامد شدن رسوبات رس یکی از مکانیزمهای ایجاد
فشار زمینی است که با بالا رفتن عمق مواد دفن شده و افزایش درجه حرارت تغییرات
معدنی در شکل گیری رس آغاز می گردد. رسوبات رس می‌توانند ویژگیهای پلاستیکی و چسبندگی
پیدا کنند. نیز می توانند به صورت شیلهای‌بسیار سخت تر و محکم تر و یا شیل‌های‌شکننده
در آیند در اینجا دو نوع از تغییرات معدن شناسی diagentic وجود دارد که تغییر دهنده طبیعت رسوب‌های رس و شیل می‌باشند.
که عبارتند‌از:

1-  
تغییر شکل معدنی رسSmectite به لایه‌های
مخلوط Illite- smectite

2-  
رسوبات‌سخت‌معدنی

تغییر شکل Smectite به illite
–smectiteclay
به کاهش فعالیت شیمیایی رس یا شیل منجر می گردد. با گذشت عصر زمین
شناسی (در حدود یک میلیون سال) و رسیدن به درجه حرارت 200 درجه فار‌نهایت در قسمتی
از رسوب‌های رس فعالیت شیمیایی دارای‌ثبات کمتری است. این باعث تغیییر در لایه‌های
illite – Smectite می گردد. با
افزایش عمر زمین شناسی و افزایش دما به بالای


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 





  200 لایه‌های مخلوط معدنی‌بیشتر
به illite تبدیل می‌شوند. شیل‌های مربوط به دوران زمین شناسی
قدیمی( paleozoicage با قدرت بالای
250 میلیون سال ) به ندرت حاوی مقادیر رس Smectite می‌باشند.

به عنوان یک قاعده کلی
هر چه شیل‌ها قدیمی تر ، گرمتر و یا عمیق تر باشند دارای فعالیت شیمیایی کمتری در
مقایسه با رسوبات رسی سردتر کم عمق تر و جوانتر هستند. از دیگر فاکتورهای ‌شیل‌های
رسوبی سخت، شکننده بودن آن است . بعضی از شیل‌ها بوسیله کرنباتهای مانند کربنات
کلسیم یا دولومایت سخت شده‌اند. این سیمان کربنات بطور عملی‌بر مقاومت و دوام میکانیکی
‌شیل اثر می گذارد. سخت شدن کربناتی نسبت به سخت شدن سیلیکاتی عمومیت کمتری دارد.

سیلیکات و یا

در محصولات واکنش انتقال smectite به illite مورد بحث قرار
گرفت. سیلکاهای سخت به شیل خاصیت شکنندگی می دهند. حجم مقادیر سلیکاتها در شیل‌ها
می‌توانند متغیر باشند . غلطت های کم سیلیکا، شیل را شکننده و ضعیف و قابل پخش می
کند و وقتی که مقادیر سیلیکا افزایش پیدا کند شیل شکننده اما تمایل ‌به پوسته شدن
دارد.

توانایی سیالات حفاری
و نفوذ آنها در شیل‌های سخت یکی از عوامل مهم درثبات نسیل می‌باشد. شیل‌هایی که اجازه
می دهند آب به درونشان نفوذ پیدا کند به علت فشار دچار تورم شده و از هم پاشیده می‌شوند.
در اینجا چندین نوع شیل وجود دارد. که خارج از دریا شکل گرفته و شیل‌های غیر
دریایی که دربالا مورد بحث قرار گرفت که یکی از آنها TUFF آتشفشانی است درحالی که TUFF  صخره رسوبی نمی‌باشد. بستری از TUFF آتشفشانی می توانند بروی مواد صخره ای رسوبی ایجاد
گردند. TUFF انباشته خاکسترهای آتشفشانی فوران
شده از آتشفشانها می‌باشد.

خاکسترهای آتشفشانی‌بروی
سطح اقیانوس یا بسترهای رسوبی قرار می گیرند که ابتداً از سیلیکات شیشه ای تشکیل
شده اند. بعد از گذشت دوران زمین شناسی‌شیشه‌های آتشفشانی از لحاظ شیمیایی بی ثبات
شده و به صورت مواد رسی کریستاله می‌شوند. بستر خاکسترهای آتشفشانی تغییر یافته
چیزی است که بنتونایت نامیده می‌شود. و ایومینگ بنتونایت شکل رسوبات دریایی تغییر
یافته از خاکسترهای آتشفشانی می‌باشد. اهمیت زمین شناسی رسوبات خاکسترهای آتشفشانی‌شامل
TUFF در دریای ‌شمال و TUFF های مختلف در اندونزی می‌باشد. به علت تنوع وسیع شیل‌ها
در محیط های مختلف جهان تکنیک‌ها و راه حل‌ها برای حفاری ‌شیل و مشکلات تثبیت آنها
متفاوت می‌باشد یعنی ممکن است که روشی در محیطی‌به خوبی عمل کرده اما در محیطی
دیگر جواب ندهد و نیاز به تکنولو‍ژی جدید می‌باشد. شیل‌ها راه توان به سادگی‌بوسیله
ابزار تصویر نگاری اشعه گاما شناسایی کرد. این ابزارها اشعه گامای طبیعی ساطع شده
از شیل بوسیله چاه را اندازه گیری می کند. اشعه گاما بوسیله از هم پاشیدگی یک
ایزوتوپ پتاسیم با وزن اتمی 40 و یا از هم پاشیگی اتم‌ها در اورانیوم و عناصر سری
توریم ایجاد می گردد. مقادیر جزئی از توریم درسهای معدنی موجود و همچنین پتاسیم
نیز عموماً در شیل‌ها وجود دارد. بوسیله ظاهر شدن جابجایی در لاگ اشعه گاما در
ستون لاگ الکتریکی می توان شیل را شناسایی کرد بدین صورت که وقتی خط اشعه گاما به
سمت راست منحرف شود مشخص کننده شیل می‌باشد و اگر سمت چپ منحرف شود نشان دهنده
ماسه یا لایمستون می‌باشد. لاگها منابع با ارزشی اطلاعات برای مهندس گل می‌باشد
گزارشات لاگ روزانه ارائه کننده یک شکنندگی‌برای هر نمونه گرفته شده در عمق خاصی می‌باشد.
این لاگ‌ها می توانند به تخمین سازنده‌های مشکل ساز و ارزیابی واکنش‌ها و ثبات
نسبی آن کمک کند. در جدول یک لیست کدهای زمین شناسی استاندارد و گزارشات لاگ‌های
گل به اضافه اندازه دانه‌های صخره‌های رسوبی و توضیحات لازم ارائه شده است.

 

شیل ،سنگ ماسه و سنگ
آهک ایجاد کنده اکثر صخره‌های رسوبی و درصدهایی از دیگر انواع صخره‌ها می‌باشند.
در بیشتر سیستم های نفت و گاز که مورد حفاری قرار می گیرند شامل 50 تا 75 درصد شیل
می‌باشند.

درصد شیل ، سنگ ،
ماسه و سنگ آهک در چندین محیط در جدول (2) نشان داده شده است.

انواع صخره‌های متفاوت
نیز دارای ویژگی های‌شناخته شده و مشکلات حفاری مرتبط با خود می‌باشند.

 

جدول (3) لیستی از ویژگیهای متفاوت انواع صخره ها است.

 



 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شیمی رس chemistry clay

ازنقطه نظر رسوب‌شناسی،
به عنوان یک عبارت با اندازه ذره تعیین می گردد و از نقطه نظر شیمیایی و معدن
شناشی کانیهای رسی ذرات کوچک و ریزکانیهای اولیه نظیر ذرات کوارتز، فلدسپارو
میکاها هستند.

کانیهای رسی‌شامل
لایه ای از چهار وجهی های (تتراهدرال) si-o هستند. که در
این لایه‌ها هر چهار وجهی‌با جهار وجهی مجاورش سه اتم : اکسیژن به اشتراک گذشته
اند. واحد پایه

است که AL می تواند حداکثر جانشین نصف اتم های si شود و لایه ای متشکل از AL درموقعیت هشت وجهی (اکتاهدرال ) با یونهای

بطوری که در عمل یونهای

بین دو لایه از یونهای (O/OH) قرار می گیرند و
عناصر Fe و Mg و سایر یونها
ممکن است جانشین AL شوند.

نحوه قرار گرفتن
صفحات چهار وجهی و هشت وجهی‌به دو حالت T-O,
T-O-T
است.

گروه کائولینایت به
طور نامنظم از T-O و گروه اسمکتایت و ورمیکولایت به
صورت T-O-T تشکیل شده اند. پس رس کریستالی‌با ساختار لایه ای
سیلیکا و آلومینا است .عموماً رس‌های معدنی که در شیل‌ها پیدا می‌شوند شامل
اسمکتایت ، ایلایت ، کلرایت و کائولینایت میباشند این ذرات ریز در اندازه رس بوجود
می آیند . آنالیز انواع رس موجود در شیل بوسیله تفکیک اشعه ایکس انجام می‌شود. رس‌ها
توانایی جذب آب ، کایتون روی سطح شان را دارند.

همچنانکه در بالا ذکر
گردید رس دارای یک اندازه ذره ای کوچک و درای ساختار ورقه ای و لایه ای است رس‌ها
درای سطح مقطع (نسبت سطح مقطع به گرم از ماده) وسیعی هستند. ایلایت ، کلرایت‌،
کائولینایت ، کریستالهایی ریزی هستند که آب و کایتون ها را روی سطح خارجی خود جذب
می‌کنند اسمکتایت علاوه بر جذب آب ، کایتون روی سطح خارجی، آب و کایتون را بین لایه‌های
ساختار کریتسالی خود جذب می کند. توانایی جذب آب در اسمکتایت بیشتر از انواع دیگر
رس هست. توانایی جذب آب، توانایی تعویض کایتون و ذب آب، توانایی تعویض کایتون وس اع صخره ها است.

سطح مقطع ویژه رس با
پدیده ای که به آن خواص Colligative گویند ارتباط
دارد. این خواص کولینگاتیو مبنای اندازه گیری فعالیت رس می‌باشد و علت آن ظرفیت
تعویض کایتون (CEC) است. که به راحتی قابل اندازه گیری می‌باشند این یک روش عملی‌برای
ارزیابی فعالیت رس یا شیل می‌باشد (CEC)  یا ظرفیت تعویض کاتیون رس خشک بوسیله تیتراسیون
یا متیلن آبی قابل اندازه‌گیری که واحد استاندارد برای گزارش CEC در رس خشک میلی اکی و الان (meq) در 100 گرم از رس خشک می‌باشد برای
محاسبه CEC از محلول 01/0 نرمال متیلن آبی
استفاده می‌شود. بنابراین میلی لیتر از محلول متیلن آبی مورد نیاز برای نقطه
پایانی معادل با

می‌باشد.

محدوده CEC برای رس های خالص به شرح زیر است.

 

اسمکتایت‌ها بصورت
شفاف واکنش پذیری‌بیشتری در مقایسه با دیگر رس ها دارند، شیلهایی که محتوی
اسمکتایت‌ها هستند بسیار به آب حساس بوده و سریعاً آبگیری می‌شوند. شیلهایی که
محتوی دیگر مواد رسی هستند دارای توانایی کمتری در آب گیری هستند اما هنوز به آب
حساس می‌باشند. در اکثر شیلهایی‌که محتوی چندین نوع رس در حجم های متغیر می‌باشند
واکنش پذیری‌شیل بستگی‌به نوع و حجم رس موجود در شیل دارد. اغلب CEC بهترین راه محاسبه واکنش پذیری در رس نسبت به آنالیزهای
معدن شناسی‌بوسیله XRD  می‌باشد. ساختار ایلایت و اسمکتایت شبیه تکرار
ترکیب سه لایه ای واحد می‌باشد که در آن لایه آلومینیم به صورت ساندویچی‌بین دو
صفحه سیلیکا قرار دارد. در اسمکتایت آب و یون بین سه لایه جذب شده و تشکیل کریستال
می دهند در ایلایت لایه‌ای از یون پتاسیم وجود دارد اما هیچگونه آبی میان سه لایه
وجود ندارد. اضافه بر آن در ایلایت اتمهای آلومینیم بجای اتمهای سیلیکا جایگزین می‌شوند
در حای که در اسمکتایت اینگونه نیست. اتم های پتاسیم در ساختار ایلایت یونهای قابل
تبادل نمی‌باشند اما یک بخش ثابت از کریستال‌هستند. تنها یونهای که بر روی سطح
خارجی ایلایت قرار دارند قابل تعویض می‌باشند، در اسمکتایت این یونها بین لایه‌ها
قابل تبادل می‌باشند. که این یونها می توانند سدیم، کلسیم، منیزیم یا پتاسیم باشند
(قابل توجه است که تعویض یون پتاسیم در اسمکتایت شبیه به ایلایت نمی‌باشد).

در صنعت حفاری از
عبارت montmorillonite یا bentonite به جای عبارت smectite استفاده می‌شود
که معنی آن رسی است که بین ساختار لایه‌ای آن آب وجود دارد. این تعریف را متخصصانی
که در این صنعت مطالعه می‌کنند به وجود آورده‌اند. رسها را به گروههای اصلی زیر
طبقه‌بندی می‌کنند:

1- گروه کائولین Kaoline group: رسهای این گروه شامل پنج کانی‌به نامهای زیر است:

1)    Kaolinite

2)    Halloysite

3)    Dickite

4)    Naclite

5)    Endellite

چهار کانی اول دارای
ساختمان شیمیائی مشابهی هستند به فرمول 2H2O، 2SiO2، Al2O3 ولی کانی پنجم دو مولکول آب بیشتر
دارد. ساختمان دو لایه‌ای دارند که در آن لایه تتراهدرال به وسیله یونهای O/OH به لایه اکتاهدرال متصل است و در آن جانشینی‌به جای Si , Al صورت نمی‌گیرد یا به تعریف دیگر یک ورقه سیلکا و
آلومینیوم می‌باشد که اکسیژن‌های مربوط به مولکول تتراهدرال به صورت رو در رو با
هیدروکسیل‌های مربوط به مولکول اکتاهدرال پیوند قوی تشکیل می‌دهند. در سطح رس
کاتیونی وجود ندارد و یا بسیار کم است و لذا تمایل به آبگیری وتورم در این رس ضعیف
می‌باشد.

2- گروه اسمکتایت Smectite Group: رسهای این گروه شامل کانی‌های مونت مور یلونایت می‌باشد
که عبارتند از:

1) Montmorillonite

2)   
Beidellite

3)   
Nontronite

4)   
Hectorite

5)   
Saponite

گروه اسمکتایت یا
گروه بنتونایت گروهی از رسهای معدنی‌با ساختار سه لایه‌ای است ‌به طوریکه یک لایه
اکتاهدرال به صورت ساندویچی‌بین دو لایه تتراهدرال سلیس قرار دارد و محتوی آب میان
لایه‌های آلومینوسیکاتی خود می‌باشد این پنج کانی از نظر ساختمان شیمیایی و فرمول
با یکدیگر بسیار تفاوت دارند به‌همین دلیل‌هم نمیتوان در اینجا یک فرمول کلّی و
جامع برای آنها بیان کرد. مثلاً کانی نخست که از بقیه مهمتر می‌باشد دارای فرمول
زیر است:



  

در این آلومینوسیلکات
متبلور، نسبت

 مثل نسبت

 است و همان طوریکه ملاحظه
می‌شود در گروه Al2O3این کانی، عمل استخلاف (جانشینی) صورت گرفته است، با این ترتیب که یک اتم
منیزیم با ظرفیت دو (Mg2+) به جای یک اتم آلومینیوم با ظرفیت سه (Al3+) نشسته و حاصل یک
جانشینی یک بار منفی اضافی است که در مولکول کانی پدیده آمده است و این باز منفی
اضافی‌باید به وسیله یک اتم مثبت (Na+) خنثی‌شود سدیم
خود نیز یک base قابل تعویض می‌شود و ممکن است به
وسیله کاتیونهای دیگری مثل H+,Ca2+و غیره تعویض شود این خاصیت را base
exchange
(یا تعویض پایه) می‌گویند.

چهار کانی دیگر گروه
بنتونایت از نظر خواص base exchange ساختمانی‌شبیه
ساختمان مونت موریلونایت دارند.

مونت موریلونایت montmorillonite: یک رس معدنی متعلق به گروه اسمکتایت می‌باشد. اکثر
رسهای اسمکتایت در رسوبات خلیج ایالات متحده آمریکا قرار گرفته ولی می‌تواند در
دیگر بسترهای رسوبی وجود نداشته باشنرااولکول
تتراهدرانمکتایت انید.

بنتونایت Bentonite: از لحاظ زمین شناسی، بنتونایت یک بستری از خاکسترهای
آتشفشانی تغییر یافته می‌باشد. عبارت بنتونایت برای نام تجاری سدیم مونت
موریلونایت که به عنوان افزودنی گل حفاری استفاده می‌گردد، نامیده می‌شود. رس معدنی
نبتونایت در وایومینگ از یک بستر زمین شناسی‌بنتونایت ایجاد می‌گردد اما رسهای
معدنی‌بنتونایت در دیگر نواحی جهان از انواع دیگر رسوبات زمین شناسی تشکیل می‌شوند.

3- هیدرات گلایمر Hydrat glimmer: این دسته نیز دارای سه لایه می‌باشند و به صورت انبوه در طبیعت یافت می‌شوند
ولی آنها به علت نیروهای قوی پیوندی‌بین مولکولها hydrophob هستند. این گروه شامل:

Illite

Muskovit

Biotit

ایلایت Illite: رس معدنی خاص با
ساختار استخوانی آلومینوسیلیکات شبیه اسمکتایت اما بدون آب بین لایه‌ای می‌باشد.
متخصصان هنوز گروه ایلایت را کاملاً تقسیم‌بندی نکرده‌اند اما روی این مسئله در
حال کار می‌باشند.

ایلایت یک رس سه لایه
است که  در ورقه‌های خارجی، جانشینی یون
آلومینیوم به جای سیلیکات Si2+ و در ورقه داخلی
جانشینی منیزیم (Mg2+) به جای آلومینیوم (Al3+) انجام می‌گیرد.
کمبود بارهای مثبت توسط پتاسیم جبران می‌شود. همچنین به علت وجود یون پتاسیم (K+) آبگیری این رس
بسیار آهسته انجام می‌گیرد. ابعاد یونیزه یون پتاسیم کوچک و آب بسیار کمی همراه آن
است. بدین ترتیب یون پتاسیم به قاعده شبکه اکسیژن واقع در ورقه خارجی می‌چسبد و
حجم کم آب پیرامون آن، موجب می‌شود که بار الکتریکی مثبت خیلی نزدیک به سطح صفحات
لایه قرار گرفته و نیروهای واندروالسی را تقویت کرده و صفحات را خیلی ‌به ‌هم
نزدیکتر سازد. بدینگونه فقط حجم کوچکی از آب می‌تواند با ذره رس همراه شود.

مسکووایت muscovite به فرمول باز (K2O, 3Al2O3,
6SiO2, 2H2O) در زیر میکروسکوپ ساختمان بشقابی‌شکل و نازک دارند و در
خاک که‌هستند برق می‌زنند به‌همین دلیل‌هم تشخیص آنها ساده است. پتاسیمی که در این
مایکاها وجود دارد در خارج شبکه کانی و با اتصالی‌بسیار محکم بر روی سطح آن چسبیده
است.

4-گروه کلرایت Chlorite Group

کلرایت یک رس با
صفحات سه ورقی است که توسط یک لایه بروسیت از یکدیگر جدا شده‌اند، یعنی جمعاً
دارای چهار لایه می‌باشند. لایه بروسیت به طور اساسی مشابه با ورقه اکتاهدرال
آلومینیوم (Al3+) به جای یون منیزیم منجر به پیدا کردن بار مثبت در ورقه
می‌شود. بار الکتریکی مثبت لایه بروسیت و بار الکتریکی منفی صفحه سه ورقی (مشابه
با ایلایت) سبب می‌شود که ذره رس بار تقریباً خنثی داشته باشد. به این ترتیب از
آنجایی که صفحات یا لایه‌ها پیوندی قوی‌با هم دارند و یونهای کلسیم و سدیمی ‌برای
جذب آب موجود نیست یا خیلی کم است، میزان آبگیری‌بسیار پایین است. به‌هر صورت در
مواردی نیز لایه بروسیت از بین صفحات لغزیده و خارج شده و آب به سطح صفحات سه ورقی
جذب می‌شود.

 

5-گروه آتاپولجایت Attapulgite Group

یک نوع از این رسها،
هیدرومنیزیم آلومنیم سیلیکات می‌باشد. این دسته از نمکها دارای یک ساختمان
کریستالی سوزنی هستند. از آنها جهت ساختن گل حفاری در زمانی که فقط آب نمک در
اختیار داریم استفاده می‌کنیم که باعث ایجاد ویسکوزیته در آب می‌شود و نام دیگر
این رسها salt clay می‌باشد.

رسهای معمول در
فرآیند حفاری عبارتند از:
اسمکتایت، ایلایت،
کائولینایت و کلرایت

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 









جدول زیر ارائه کننده ضخامتهای‌بین لایه‌ای‌بر حسب انگستروم برای‌بعضی از رسها می‌باشد.

 

 



تنشهای زمین The Earth's Stresses

شناخت تنش زمین و
رابطه آن با عدم ثبات چاه بسیار مهم می‌باشد، فشار اضافه وزن overburden pressure و فشار تخلخل pore pressure و نیروهای تکنونیک Tectonic Forces که در زیر توضیح داده شده‌اند همه در بی‌ثباتی چاه‌هنگام
حفاری در محیط زیرسطحی مشارکت دارند.

Overburden Pressure: فشار مربوط به حجم و وزن همه سازند‌ها و سیالات درون آنها که در بالای سازند
مورد نظر قرار گرفته‌اند را گویند، کل تنش تحمیل شده به وسیله overburden بر سازند زیر سطح را Geostatic یا Lithostatic یا                          Total overburden pressure گویند که از رابطه زیر محاسبه می‌گردد.

 

 

 

 

(

) معادل است با مجموع فشار ناشی از وزن رسوبات (PS)
Sediment Pressure و فشار ناشی از وزن سیالات (PF) Fluid Pressure که درون سازندهای‌بالاتر
قرار دارد که به وسیله تنش مکانیکی سازند حمایت می‌شوند را می‌توان با



 

نشان داد. در سیستم
انگلیسی

 را می‌توان از معادله زیر به دست آورد:

 

فشار تقسیم بر عمق
رابطه‌ای است که به آن گرادیان گویند Overburden
Pressure (POG)
Gradient   را می‌توان از رابطه زیر محاسبه کرد:



 

چگالی حجم رسوبات در
مکانها و عمقهای مختلف، متفاوت می‌باشد، اما معمولاً

 و همچنین Geostatic یا گرادیان                  

  در نظر گرفته می‌شود.

چگالی حجم رسوبات به
طور دقیق از طریق نمودار‌گیری چگالی قابل به دست آوردن است، این نمودارگیری‌ها جهت
به دست آوردن اطلاعات همیشه در دسترس نیستند، ولی گرادیان را می‌توان محاسبه کرد.
مثلاً در عمقهای مجاور هم برای خلیج مکزیک نزدیک

در نزدیکی سطح و

 نزدیک 20000 فوتی در نظر
گرفته می‌شود. Overburden Pressure در جاهایی که
شناخته شده نیست

یا از مقادیر نواحی مجاور آن استفاده می‌شود.

فشار تخلخل و فشار درون دانه‌ای Pore
Pressure Intergranular Pressure:

مجموع فشار Overburden به وسیله صخره‌ها از دو راه به وجود می‌آید، اول فشار
درون دانه‌ای (PI) که فشار ناشی از نیروی انتقالی‌برخورد مکانیکی میان
دانه به دانه‌ای است. دوم، برخورد دانه به دانه‌ای رسوباتی که‌هنوز به طور کافی
فشرده نشده‌اند. جایی که فشار Overburden به وسیله فشار
تخلخل (PP) تشدید شود، موجب فشار غیرعادی Abnormal Pressure می‌گردد. فشار تخلخل ناشی از سیالاتی
مانند آب، نفت و گاز می‌باشد که می‌بایست به وسیله وزن گل حفاری متعادل و کنترل
گردند. بنابراین مجموع فشار Overburden معادل است با
مجموع فشار درون دانه‌ای (PI) و فشار تخلخل (PP).



 

هنگامیکه گرادیان
چگالی حجمی‌به علت فشردگی متغییر باشد و همچنین فشار طبیعی تخلخل به علت شوری آب
سازند متغییر باشد، از جدول 4 و فرمول زیر برای‌به دست آوردن فشار طبیعی تخلخل
استفاده می‌شود.

 

 

عموماً فشار طبیعی
تخلخل را

 در نظر می‌گیرند. هنگامیکه
فشار تخلخل بیشتر از فشار هیدرواستاتیک تئوری‌برای عمق خاص باشد، سازند دارای فشار
غیرعادی (Abnormal) با فشار زمینی Geo
pressure
می‌باشد.

 

فشار غیرعادی وضعیتی
است که در آن سیالات درون تله‌های زمینی مسدود شده سازند به نواحی کم‌عمق‌تر از
جایی که جرم Overburden زیادتر است نفوذ
می‌کنند. این انسدادها می‌تواند به وسیله شیلهای متراکم، لایمستون، دولومایت، نمک
و دیگر شکلهای غیرقابل نفوذ به وجود آید.

شناخت سه فشار تعریف
شده یعنی pore , Intergranular ,
Overburden
را می‌توان به وسیله مثال برج آب بیشتر توضیخ داد Overburden pressure را می‌توان مجموع وزن ایجاد شده روی
پایه برج آب در نظر گرفت یعنی مجموع وزن آب و وزن خود برج.

 Intergranular
pressure
را می‌توان وزن ساختمانی‌به وجود آمده میان بدنه یا چهار چوب ساختمان در نظر گرفت.

 Pore pressure: را می‌توان فشار هیدرواستاتیک آب در
نظر گرفت.

 

جهت‌گیری تنشها Orintation of Stresses

Overburden اعمال شده یک
تنش عمودی می‌باشد که باعث تنش افقی در قسمت خارجی می‌شود که بستگی‌به خواص
مکانیکی صخره دارد. تنشهای زیرسطحی در نتیجة جهت‌گیری سه تنش اصلی در فضای سه بعدی
که‌همه بر یکدیگر عمود می‌باشند به وجود می‌آید (به شکل 2 نگاه کنید) که عبارتند
از: 1- حداکثر تنش اساسی

. 2- متوسط تنش اساسی

. 3- حداقل تنش اساسی

. گرادیان یا شیب شکست ذاتاً با حداقل تنش اساسی معادل می‌باشد. در
محیط تنشهای غیرتکنونیک، حداکثر تنش در جهت عمودی

 ناشی از Overburden و متوسط و حداقل تنش اساسی

 در جهت افقی صفحه و معادل‌هم
هستند.

 

 

وقتی یک چاه از حالت
عمودی انحراف پیدا کند، این تنشها به ناپایداری چاه و نیاز به افزایش وزن گل منجر
می‌شود که این امر به قدرت صخره بستگی دارد. برای ارزیابی تنشها در چاههای
انحرافی، بررسی جهت‌گیریهای مختلف تنشهای اصلی می‌تواند مفید واقع شود که این جهت‌گیریها
نسبت به چاه، شعاعی

Radial ، مماسی Tangential

 و محوری Axial

 هستند که در شکل 3 نشان
داده شده‌اند.

 

 

با استفاده از این
جهت‌گیریها و برنامه کامپیوتری تنشهای M.I می‌توانیم
پایداری مکانیکی سازند را برای یک مجموعه از شرایط حساب کنیم (شکل 4). می‌توان یک
طرح از اثر فشار هیدرواستاتیک روی کل تفاضل تنشهای (مماسی منهای‌شعاعی) صخره ایجاد
کرد. چندین زاویه شعاعی در اطراف چاه نشان داده شده که از یک طرف در

 به انتها در

 و تا طرف دیگر در

. اگر تنش تفاضلی کمتر از قدرت کشش یا انبساط صخره باشد، خرابی
انبساطی یا شکستگی اتفاق خواهد افتاد و اگر وزن گل کمتر از گرادیان شکست باشد.
شکستگی یا خراب شدن نزدیک چاه اتفاق می‌افتد و اگر وزن گل بیشتر از گرادیان شکست
باشد، هرزروی جریان پیش خواهد آمد. اگر تنش تفاضلی‌بیشتر از قدرت تراکمی صخره
باشد، خرد شدن (spalling) و درهم فرو رفتن (collapse) یا حالت پلاستیکی (مانند سازند نمکی)
به وجود خواهد آمد.

 

هنگامیکه این آنالیز
انجام شد می‌توان یک رنج عملیاتی ایمن جهت وزن گل برای زوایای مختلف چاه و فشار
تخلخل در یک حفاری چاه محاسبه کرد. در نتیجه در چاه زاویه‌دار رنج یا محدودة وزن
گل جهت پایدار ماندن چاه به طور قابل توجهی کمتر از حالت عمودی می‌باشد. (شکل 5)

 

 

نیروهای تکتونیک TECTONIC FORCES

تنشهای تکتونیک،
تنشهایی هستند که باعث تغییر شکل در موارد صخره‌ای در طبیعت می‌شوند. برخوردهای
محلی و حرکتهای صفحات پوسته زمین و دیگر نیروهای زمین باعث ایجاد این تنشها می‌شوند.
نیروهای تکتونیک باعث ایجاد دو تنش افقی‌با مقادیر متفاوت می‌شوند که چین خوردگی و
جابجایی نتیجه تنشهای تکتونیک هستند. تنشهای تکتونیکی متراکم موجب مشکلاتی در اثر
تراکم می‌گردند و در جایی که صخره‌ها شکننده‌هستند، ممکن است صخره‌ها خرد شده و
درون چاه افتاده یا سازند را به حالت پلاستیکی‌شبیه فشار نمک درآورده و چاه را در
جهت فشار به حالت بسته درآورد.

تنش تکتونیکی انبساطی
موجب شکستگی و در نتیجه ‌هرزروی جریان می‌شود.

کمربند چین‌خوردگیهای
کوهستانی نواحی هستند که به وسیله تنش تکتونیکی متراکم ساخته می‌شوند. یک کمربند
چین از چینهای طاقدیسی و ناودیسی‌به وسیله تنش تکنونیک (حداکثر تنش) و در جهت عمود
بر هم و بر چین‌های‌بریده به وجود می‌آید (یا برخورد تکه‌های پوسته). هر دو تنشهای
حداکثر و حداقل، همیشه به صورت افقی‌با تنش متوسط که بیشتر عمودی هستند برخورد می‌کنند.

تنشهای تکنونیکی
انبساطی دلیل ایجاد جابجایی در انواع محیطهای کوهستانی می‌باشند، حداقل تنش افقی‌بر
مسیر جابجایی عمود می‌باشد در حالیکه متوسط تنش اساسی‌با مسیر جابجایی موازی و با
حداکثر تنش اساسی، در جهت عمود می‌باشد.

نزدیک ساختارهای نمکی
مانند گنبدها و پوسته‌ها این تنشها به وسیله ورود ناگهانی‌به سمت بالا و جابجایی و
مهاجرت نمک در میان صخره‌ها تعدیل می‌شوند. ارزیابی چگونگی ساختاربندی و اصلاح
حالتهای تنشهای صخره‌ای نمک مشکل می‌باشد. برای پایداری چاه معمولاً به وزن گل
بیشتری نیاز است. هرزروی جریان و مشکلات کنترل پایداری چاه معمولاً در این محیطهای
پیچیده به وجود می‌آیند و علت آن ساختارهایی است که تقریباً دارای مقاومت شکنندگی
کمتری می‌باشند.

 

خرابی تنشهای مکانیکی
Mechanical Stress Failure

خرابی حفره چاه به
علت تنشهای مکانیکی‌به وسیله یکی از این دو وضعیت ایجاد می‌گردد. اولین وضعیت وزن
گل می‌باشد که اگر بیش از حد بالا باشد باعث شکستگی و هرز روی جریان (Lost
Circulation)
می‌شود. ثانیاً اگر وزن گل بیش از حد پایین باشد، غار شدگی (cave) در جایی که خرد شدن (spalling) ایجاد می‌شود یا
در هم فرو رفتن (collapse) به وجود می‌آید. همچنان که در شکل 6 مشاهده می‌کنیم.
سائیدگی مکانیکی و برخورد رشته حفاری نیز می‌تواند باعث گشاد شدن چاه و ایجاد عدم
ثبات در صخره‌های‌شکننده گردد.

 

 

شکنندگی- خرابی کششی
یا انبساطی
Tensile Failure –
Fracturing

صخره‌ها دارای
استحکام کششی ضعیفی می‌باشند. در حقیقت ماسه‌های سخت نشده یا سازندهای دارای‌شکستگی،
استحکام کششی‌شان صفر می‌باشد. ماسه سنگها نسبت به شیلها استحکام کششی کمتری
دارند. صخره‌های سخت می‌توانند 300psi تا 600psi استحکام کششی یا انبساطی داشته
باشند، معمولاً وزن گل را برای کنترل جریان گاز و مایعات درون چاه افزایش می‌دهند.
این کار به وسیله افزایش اندک فشار هیدرواستاتیک گل نسبت به فشار تخلخل صورت می‌گیرد.
اگر فشار گل بیشتر از گرادیان شکست صخره باشد، شکستگی ایجاد و هرز روی گل به وجود
می‌آید. جهت شکستگی‌با جهت حداکثر تنش اساسی، موازی و با جهت حداقل تنش عمود می‌باشد،
که معمولاً نتیجه آن یک شکستگی عمودی‌باز به سمت آخرین تنش اساسی می‌باشد. شکستگی
و هرز روی جریان می‌توانند اثر تعیین کننده‌ای روی یکپارچگی و پایداری چاه داشته
باشند، به خصوص در سازندهای متوسط تا سخت.

بعضی از شیلهای نرم و
شیلهای چسبنده (gumbo) که دارای آب زیادی می‌باشند، می‌توانند تغییر شکل
پلاستیکی دهند که این عمل موجب افزایش سایز و حجم چاه شده که به این پدیده بالونی‌شده
(ballooning) گویند. تئوری‌بالونی‌شدن،
تئوری است که اگر وزن گل زیاد شود، باعث خواهد شد که چاه گشاد (بالونی) و فشار حبس
گردد مانند فشار مخزن. این وضعیت در برگشت منجر به نشان دادن جریان یافتن چاه (Kick) و افزایش حجم گل
برگشتی می‌شود. این مفهوم کمی جدل آمیز بوده و به سختی قابل شناخت می‌باشد. این
مسئله‌هنوز کاملاً آشکار نشده که علائم بالنی‌شدن به وسیله باز و بسته شدن
شکستگیها ایجاد یا به وسیله تغییر شکل پلاستیکی چاه ایجاد می‌گردد. در هر حالت جهت
کنترل چاه باید از حالتهای تا حد ممکن ایمن استفاده نمود.

 



خرابی فشردگی- فرو
ریختن یا جریان پلاستیکی
Comprssive
Failure – Collapseor Plastic Flow

صخره‌ها عموماً دارای
قدرت فشردگی 4000psi تا  15000psi هستند، اگر وزن
گل برای تعادل با حداکثر تنش صخره‌ها نامناسب باشد، یکی از مکانیزمهای خرابی زیر
به وقوع می‌پیوندد:

1-گشاد شدن چاه به
علت فرو ریختن (collapse) یا خرد شدن (spalling) در صخره‌های‌‌شکننده

2- تغییر شکل چاه و
تنگ شدن چاه به علت جریان پلاستیکی در سازندهایی که دارای خواص پلاستیکی هستند
مانند سازندهای نمکی و بسته شدن چاه در اثر فشار.

شیلهای تحت تنش و
شیلهای فشرده دو مشکل پایداری چاه می‌باشند که در صورت نامناسب بودن وزن گل نسبت
به قدرت فشردگی می‌توانند مشکل‌ساز باشند زیرا مثل افزایش فشار گاز قابل شناسایی
نیستند و همچنین به‌همین دلیل نیاز به افزایش وزن گل به سختی قابل تشخیص است.
هنگامیکه با این دو مشکل شیل مواجه شدیم، حجم زیادی از خرده‌ها و کنده‌ها روی الک
لرزان قابل مشاهده می‌باشند. اغلب تغییر در سایز و شکل (بزرگتر و زاویه‌دارتر)
همراه با افزایش حجم است. تعدادی از کلمات که در مورد خرابی‌شیل در حالت فشردگی (compression) به کار می‌روند
عبارتند از پوسته پوسته شدن (sloughing) غار شدگی و ریزش (caving
and spalling).
لازم به ذکر است که خرده‌ها و تکه‌های‌شیل از کنده‌های حفاری (cutting) بزرگتر می‌باشند
و به صورت زاویه‌دار یا شکسته و ممکن است ظاهر مقعر داشته باشند.

شیلهای تحت تنش stressed shales

معمولاً جهت کنترل
جریان گاز و مایعات درون چاه وزن گل را افزایش می‌دهند. اگر سازند به علت نیروهای
تکتونیکی تحت تنش باشد، برای پیشگیری از بی‌ثباتی چاه باید وزن گل را افزایش داد.
این نوع شیلها را می‌توان به صورت شیلهایی که به طور محسوس آبگیری نشده‌اند اما
وقتی در این شیلها نفوذ شود، درون چاه به صورت پوسته پوسته (sloughing) درمی‌آیند، توضیح داد. این شیلها در
نواحی که حرکات تکتونیک اتفاق می‌افتد (فرآیندی که به وسیله آن پوسته زمین تشکیل
اقیانوسها و کوهستانها و غیره می‌دهد). این شیلها ممکن است به طور قابل توجهی نسبت
به افق شیب‌دار باشند. این نیروها ممکن است روی سازند عمل کرده و وقتی که آزاد شده
موجب افتادن شیلها درون چاه شوند. اگر سطح بستر به وسیله آب یا نفت مربوط شوند این
مشکل شدیدتر می‌شود همچنان که قبلاً مورد بحث قرار گرفت. تنشهای ایجاد شده به
وسیله جابجایی دیاسترفیک (diastrophic) یا تنش تکتونیک باعث ایجاد شیلهای
آسیب‌پذیر به پوسته پوسته شدن (sloughing) می‌شود اضافه بر آن مواد طبیعی سخت
شده این شیلها، ممکن است نسبتاً ضعیف شوند.

بعضی‌شیلهای تحت تنش
را هرگز نمی‌توان با وزن گل به طور کامل کنترل کرد که علت آن هرزروی جریان می‌باشد.
در این وضعیت شیلها تمایل دارند که درون چاه پوسته پوسته شوند. گاهی اوقات بهترین
روش برای درمان مشکل، بهبود پاک‌سازی چاه و سعی در تحمل مشکل بدون اجازه دادن به
مشکلات حفاری قابل توجه، می‌باشد. باید از یک سیستم گل خوب با نیروی‌برشی (shear) کم و دبی کم و
قدرت ژل بالا استفاده شود که باعث خوب نگهداری فیلتر کیک (filter-cake) و کم کردن هرز روی عصاره گل (fluid
loss)
می‌شود. دبی کم به دلیل حفظ خط و پروفایل جریان به جلوگیری از پوسته پوسته شدن تحت
تنش و تمیز کردن چاه کمک خواهد کرد. قدرت ژل بالا باعث معلق نگهداشتن خرده‌های‌شیل
در زمان توقف گردش گل می‌گردد. این کار از ریختن شیل درون چاه و ایجاد پل (bridge) جلوگیری می‌کند.
در این وضعیت اغلب بهتر است که در جاهای مشکل‌دار از شستن و گشاد کردن (Wash
& Ream)
برحذر کنیم مگر اینکه مطلقاً به این کار نیاز باشد.

با مشکلات غیرمعمول
ناپایداری چاه، به عنوان محیطهای فعال تکنونیک باید برخورد کرد. اگر مکانیزم
فیزیکی خرابی چاه به خوبی‌شناخته نشود، پاسخ عملیاتی ممکن است به کلی نامناسب
باشد. در حین حفاری در نواحی که وضعیت تکنونیک غیرمعمول مشاهده می‌شود، روشهای عملی‌برای‌به
دست آوردن وزن گل و گرادیان شکست باید تغییر کند به معیارهای مکانیکی و به نشانه‌های
فشار تخلخل مانند گلی که در اثر گاز وزن آن کمتر شده است (Gas-Cut) نباید اعتماد کرد. مدیریت صحیح در
کنترل ناپایداری مهمتر است تا سعی در معالجه کامل شرایط به وجود آمده. تجربیات در
این محیطها منجر به مشاهدات زیر شده است.

* ناپایداری تکنونیکی
کاملاً مکانیکی هستند و به وسیله روشهای‌شیمیایی قابل اصلاح نیستند.

* ناپایداری مکانیکی مرتبط است با خرابی ایجاد شده در
اثر تنش و ضعیف بودن شیل که اغلب باعث ایجاد شکستگی (fractured) یا جابجا شدگی (faulted) در سازند می‌شود.

* وقتی فشار گل نزدیک، حداقل تنش شود، شکستگی ایجاد شده
و باعث هرزروی جریان و ناپایداری چاه می‌شود.

* برآمدگی (breakout) و در هم فرو ریختن (collapse) زمانی اتفاق می‌افتد
که فشار گل کمتر از قدرت فشردگی صخره باشد.

* جهت‌گیری مسیر چاه با توجه به نیروهای تکنونیک می‌تواند
به حل مشکل کمک کند.

* حفاری ضعیف می‌تواند با ناپایداری چاه مرتبط باشد و
روش مناسب حفاری می‌تواند به تحمل بیشتر بعضی از ناپایداریها کمک کند.

* مقرون به صرفه بودن، هزینه و زمان برای تیم‌های کاری
حساس می‌باشد.

بعضی از پیشنهادات
عبارتند از:

* مشاهده وضعیت چاه و
الک لرزان برای مشخص شدن ناپایداری و نیاز به بهبود تمیز شدن چاه و از بین بردن
علائم ناپایداری (پر شدن و ایجاد پل)

* استفاده از تکنیک سریع و صاف حفاری‌برای کاهش زمان در
معرض قرار گرفتن و به حداقل رساندن اختلالات

* استفاده از لوله جداری (casing) عمیق برای جدا کردن فواصل مشکل‌دار

* به حداقل رساندن و کاهش اختلالات مکانیکی مگر آنکه به
طور مطلق مورد نیاز باشد.

تفاوتهای حرارتی میان
جریان گل سردتر و سازند گرمتر می‌تواند موجب تنش و ناپایداری چاه شود. این یک مشکل
عمومی نیست ولی هنگام ارزیابی چاه در درجه حرارتهای‌بالای چاه می‌تواند مدنظر قرار
گیرد.

 

شیلهای فشرده pressured shales

معمولاً برای کنترل
جریان یافتن گاز و مایعات درون چاه، وزن گل را افزایش می‌دهند. اگر سازند ناتراوا
باشد و با سازند تراوا مجاور نباشد مانند شیلهای توپر (massive shale) یا بدنه نمکی، ممکن است به سختی فشار
ناشی از گاز یا شار مایع تخلخل نشان داده شود که علت آن نبود یک زمینه و مجرا است.
شیلهای مشکل‌دار مرتبط با فشار زمینی از لحاظ جغرافیایی‌به محیط‌هایی‌با زمین
شناسی اولیه که معمولاً از نوع Postcretaceous می‌باشد محدود
می‌شوند. شیلهایی از این نوع معمولاً متراکم اما غیرهمگون هستند. یک فرد به طور
منطقی می‌تواند وجود فشار در بستر شیل را اینگونه بیان کند که طی زمان زمین شناسی
تغییرات سطح دریا مانند تغییرات به وقوع پیوسته در دوره یخبندانها باعث جابجایی
رسوبات محلی‌با رسوبات خارجی در مجراهای رسوبی وسیع شده و این چنین تغییرات آب و
هوایی می‌تواند جهت ایجاد سنگ ماسه‌ها در نزدیکی ساحل که در عصر زمین شناسی دیرین
قرار گرفته‌اند، کافی‌باشد و بدین صورت عدسیهای ماسه‌ای نفوذپذیر درون شیلهای
متراکم قرار می‌گیرند و به وسیله این شیلها احاطه شده و از محیط جدا می‌گردند.

پس از طی دوران زمین
شناسی‌به علت افزایش وزن overburden، ماسه‌ها و
شیلها روی هم انباشت و فشرده می‌شوند که طی فرآیند فشرده شدن، مایعات درون شیلها
در اثر نیرو، خارج شده و وارد خلل و فرج عدسیهای ماسه‌ای نفوذپذیر می‌شوند. عدسیهای
ماسه‌ای متخلخل و نفوذپذیر هستند و به‌هیچ عنوان فشرده نمی‌شوند. بدین صورت سیالات
درون عدسیها به دام افتاده و به وسیله شیلهای متراکم کاملاً جدا و احاطه شده‌اند.
(مانند شکل 7)

 

با گذشت دوران زمین
شناسی، فضای خلل و فرج کاملاً پر شده و در نتیجه سیال به دام افتاده به فشار مساوی‌با
لایه‌های فوقانی (overburden) دست پیدا می‌کند. اگر سازند ناتروا (permeable) باشد، افزایش
فشار یا جریان گاز یا مایع درون چاه قابل شناسایی نمی‌باشد، در نتیجه فشار
هیدرواستاتیک گل کمتر از فشار شیل خواهد شد، لذا اختلاف فشار سعی خواهد کرد که در
بخش کم مقاومت خود را آزاد نماید. باور بر این است که این عکس‌العمل در بستر زمین
بین ماسه و شیل اتفاق خواهد افتاد و باعث خواهد شد که شیل خرد شده و به درون چاه
سقوط نماید. شیل‌های ضعیف شده آنقدر به ریزش ادامه خواهند داد تا فشار آن کاملاً
آزاد شده و با فشار ستون گل معادل گردد.

بعضی از شیلها فشرده
ممکن است واقعاً دارای گاز باشند که به آن شیلهای حاوی گاز یا سازندهای گازی‌با
فشار بالا و حجم پایین گویند. در این حالت ثبات چاه به مقاومت صخره و علل به وجود
آمدن گاززدگی در گل، بستگی دارد. ممکن است لازم نباشد که وزن گل را تا فشار شیل
حاوی گاز بالا برد، زیرا این امر باعث هرز روی جریان (Lost circulation) خواهد شد، اما
تا نقطه‌ای که سازند شکسته نشود، می‌توان وزن گل را بالا برد. حل این چنین مشکلات
شیل به وسیله فشار، نسبتاً ساده است. علاوه بر سنگین‌تر کردن وزن گل روشهای دیگری
نیز می‌تواند به حل مشکل کمک کند که عبارتند از:

1- چاه را در حین
بیرون کشیدن لوله‌ها همواره پر نگاه دارید، زیرا این عمل فشار هیدرواستاتیک را در
بالاترین حد ممکن نگه خواهد داشت.

2- گرانروی و نیروی
استحکام ژلاتینی کم در گل به جلوگیری از پدیده مکش کمک خواهد کرد. همچنین اندودهای
(Wall
kakes)
کم ضخامت‌تر به علت فیلتراسیون کمتر به جلوگیری از پدیده مکش کمک خواهد کرد.

3- لوله‌ها را در مقطع مشکل‌ساز، آهسته بالا بکشید.

 

جریان پلاستیکی Plastic Flow

صخره‌ها با بازده
پلاستیکی مانند نمک می‌توانند باعث تغییر شکل و تنگ شدن چاه شوند. نمک ماده‌ای است
که تحت فشار، جریان پیدا می‌کند و فشرده می‌شود که این امر موجب تنگی چاه یا
احتمال بسته شدن چاه (tight Hole) یا چسبیدن لوله‌های حفاری (sticking the pipes) می‌شود. نمک
مجرا و انتقال دهنده فشار سازندهای‌بالاتر (overburden) در جهت افقی می‌باشد. بنابراین سه
تنش معادل‌هم می‌شوند. نمک در درجه حرارت بالا بیشتر پلاستیکی می‌شود (بالای  

) خزش نمک یکی از مشکلات اساسی سازندهای عمیق نمکی‌با عمق بیشتر از
10000ft می‌باشد. در شکل
8 نشان داده شده است که برای کنترل جریان پلاستیکی نمک در عمق و دمای مورد نظر به
چه وزن گلی نیاز است.

 

در بسیاری از بخشهای
دنیا جهت پیشگیری از خزش نمک، سازند را با وزن گل پایین‌تر از حد نیاز حفاری می‌کنند.
این کار را با گل نمکی زیر اشباع انجام می‌دهند، زیرا به حل شدن نمک اجازه می‌دهد
و از تنگ شدن حفرة چاه جلوگیری می‌کند. این روش در سازندهای نمکی کم عمق و متوسط
با دمای کمتر از

 عملی‌تر است.

شیلهای نرم و چسبنده
که محتوی آب زیادی هستند، اغلب به طور پلاستیکی تغییر شکل می‌دهند که علت آن
نامناسب بودن وزن گل بوده که در نتیجه باعث تنگی چاه و مکش در هنگام لوله بالا می‌شود-
ترکیبی از فاکتورها هستند که بر روی تنگی چاه مؤثر می‌باشند مانند: متورم شدن (swelling) و ضخامت
فیلترکیک (filter-kake). افزایش وزن گل معمولاً جهت رفع تنگی چاه و ایجاد مکش
در شیلهای نرم و چسبنده به کار می‌رود.

 

تأثیرات متقابل شیمیایی CHEMICAL INTERACTION

شیل حساس به آب water-sensitive shale

ناپایداری و بزرگ شدن
چاه می‌تواند به دلیل تأثیرات شیمیایی سیالات پایه آبی و اثر آن بر روی‌شیل به
وجود آید. طرحهای زیادی در طبقه‌بندی‌شیلها مطابق با واکنشهای مربوطه وجود دارد. معمولاً
این طرحها تعیین کننده طبقه‌بندی‌شیل مطابق با واکنشهای آن می‌باشد. اکثر آنها که
حساس به آب و قابل‌هیدرات شدن هستند حاوی غلظتهای‌بالای رس مونت موریلونایت هستند.
بنابراین جهت طبقه‌بندی سیستم معمولاً از مقدار وجود رس مونت موریلونایت به عنوان
اندازه‌گیری اولیه واکنش‌پذیری‌شیل با گل پایه آبی استفاده می‌شود. روشهای مفید
دیگر برای اندازه‌گیری‌شامل CEC، کل محتویات رس،
محتویات آب، سطح مقطع و سختی می‌باشد. حتی‌شیلهایی که حاوی رسهایی‌با قابلیت
آبگیری کمتری هستند مانند ایلایت کلرایت یا کائولینایت نیز تحت تأثیر واکنش شیمیایی‌با
گل پایه آبی قرار می‌گیرند، نمی‌توان از هیچ یک از طبقه‌بندیهای‌شیل استفاده کرد
زیرا هیچ سیستمی یکپارچگی آن و کاربردی‌بودن آن در تمام محیطها اثبات نشده است.

آبگیری یا هیدراته
شدن یکی از مهمترین علل در ناپایداری چاه می‌باشد. شیلهای حساس به آب از دو روش
هیدراته می‌شوند: 1- جذب سطحی. 2- جذب اسمزی.

هیدراته شدن سطحی
زمانی رخ می‌دهد که حجم کوچکی از آب شدیداً در داخل صفحات مسطح رسها جذب شود که
باعث کمی نرم شدگی یا تورم خواهد شد. اما اگر تورم محصور شود می‌توان تنش اضافی را
هدایت کرد. تورم اسمزی وقتی اتفاق می‌افتد که حجم زیادی از آب به طور ضعیف به رس
چسبیده که به وسیله نیروی الکترواستاتیک جذب سطح رس می‌شود. تورم اسمزی موجب نرم
شدن و تورم قابل ملاحظه و انبساط در لایه‌های رس که در مجاورت آب قرار گرفته و
هیدراته شده‌اند می‌شود. تورم اسمزی، تنشهای اضافی تولید نمی‌کند، حتی وقتی که
محصور می‌شوند. اگر از یک گل نمکی‌با فعالیت شیمیایی کم استفاده شود می‌توان از
آبگیری رسها و ایجاد مشکل جلوگیری کرد.

شیلیهایی که محتوی
مونت موریلونایت هستند ممکن است آب را از سیال حفاری جذب کنند و هیدراته (hydrate) یا بخش (disperse) گردند. روش
خرابی حفره چاه، یا در اثر فشردگی (constriction) چاه در یک منطقه متورم (swollen
zone)
نرم شده (softened) صورت می‌گیرد یا در اثر خرد شدن (spalling) تکه‌های نسبتاً سخت انجام می‌پذیرد.
جذب اسمزی و هیدراته شدن چاه را نرم و متورم کرده و در ناحیه نرم، شیلهای پراکنده
شده، که این امر سبب تنگی حفره چاه شده و پتانسیل پراکندگی‌شیل را زیاد می‌کند.

خرابی ترد یا شکننده (Brittle
Failure)
در اثر تماس مایع اشباع از نمک با قسمتهای نرم شیلهای پراکنده شو (dispersible
shales)
و در اثر تماس گل پایه آبی غیراشباع با شیلهای تردد و شکننده (Brittle
shales)
سخت‌تر و قدیمی‌تر به وجود می‌آید. در شیلهای سخت‌تر و قدیمی‌تر آبگیری سطحی‌به
دلیل تنش داخلی ناشی از تورم محصور شده باعث افزایش تنش در نزدیکی چاه می‌شود که
خود نیز عامل شکنندگی (brittle)، زاویه‌دار شدن (angalar)، غارشدگی ناشی
از ریزش (cavings) و پوسته پوسته شدن (sloughings) می‌باشد که این امر معلوم می‌کند که
آب از میان خطوط شکستگی که از قبل موجود بوده و به طور جزئی سخت شده، به درون شیل
نفوذ می‌کند که خود نیز به دلیل سطح تورم باعث افزایش تنش داخلی‌شده و در نتیجه به
خرابی صخره در مسیر شکستگی منجر می‌شود.

تستهای نفوذپذیری
نشان می‌دهد که این شیلها نسبتاً غیرقابل نفوذ می‌باشند. یونهای وارد شده به وسیله
عمل مویین (capillary action)، اسمزی، یا هجوم به سطح لایه‌بندی‌باعث هیدراسیون یا دی‌هیدراسیون
شیل می‌شوند. بنابراین تغییرات به صورت انتقال آب از گل به شیل و یا انتقال آب از
شیل به گل به وجود می‌آید که‌هر کدام از این تغییرات یعنی هیدراسیون و دی‌هیدراسیون
ایجاد شود باعث ناپایداری‌شیل خواهد شد. ممانعت از انتقال آب بین سیال حفاری و شیل
که باعث تغییر در شیل می‌شود، مهم می‌باشد که این کار را می‌توان به وسیله متعادل
کردن فعالیت (غلظت یون) گل با شیلها انجام داد. گلهای روغنی و ترکیبی (synthetic) به طور خیلی
زیادی در پایداری و ثبات چاه‌های حفره شده در شیلهای حساس به آب مؤثر می‌باشند
زیرا اولاً روغنی (oil) یا ترکیبی (synthetic) می‌باشند که از
تداخل عمل‌هر گونه آبی‌به سازند جلوگیری می‌کنند و ثانیاً آنها حاوی آب نمک کلرید
کلسیم امولیسون شده با فعالیت کم جهت دستیابی‌به یک فعالیت موازنه شده می‌باشند.
بدین صورت که طبق عمل اسمز، آب از یک محلول نمک کم غلظت (با رسانایی زیاد) به درون
محلول غلیظ‌تر (با رسانایی کمتر)، با وجود غشاء نیمه تراوا، عبور می‌کند. به‌همین
دلیل وقتی که رسانایی گل روغنی‌بیشتر از شیل باشد، آب از درون گل به درون شیل
مهاجرت می‌کند. همچنین عکس این عمل یعنی دی‌هیدراسیون نیز صورت می‌گیرد. وقتی
رسانایی یکسان باشد هیچگونه آبی مهاجرت نخواهد کرد که به این حالت رسانایی متوازن
گفته می‌شود. روشهای تعیین رسانایی‌به دو صورت امکان‌پذیر است. روش اول که برای
تعیین رسانایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، سنجش رطوبت نسبی دو محیط با استفاده از
هیدرومتر می‌باشد و روش دیگر تعیین رسانایی، نیاز به شکستن امولسیون و اندازه‌گیری
محتویات نمک است.

تعادل نیروی اسمزی در
گلهای روغنی‌با افزودن CaCl2,NaCl در فاز آبی
تأمین می‌شود. NaCl اشباع شده می‌تواند حداقل یک رسانایی
معادل با 75/0 را به وجود آورد و اگر رسانایی‌شیل کمتر از 75/0 باشد می‌توان برای
تأمین یک رسانایی ناچیز تا 34/0 از CaCl2 استفاده کرد.

یک سیال حفاری ایده‌آل
سیالی خواهد بود که شیل را به‌هیچ شکلی تغییر ندهد. انواع خیلی متفاوتی از این
سیالات وجود دارند مثل گل آهکی، گل گچی، گل کلسیم کلراید، گل سیلیکاتی، گل
سورفکتانت، گل لینگوسولفونات، گل پلیمری پلی اکریلامید که به طور جزئی هیدرولیز
شده (PHPA). گل پلیمر کاتیونی و گل روغنی. هیچ کدام این سیالات به
تنهایی و کاملاً در همه موارد رضایت‌بخش نبوده‌اند. یک گل ممکن است اندکی‌بهتر از
دیگری در درون یک بخش شیل معین عمل کند اما برعکس این قضیه ممکن است در منطقه
دیگری صحیح باشد. به طور کلی‌برای موفقیت بیشتر می‌توان از سیستمهای پلیمر با
مبنای پتاسیم و سیستمهای روغنی یا ترکیبی‌برای مشکل شیلها استفاده نمود. همه نوع
شرایط شیمیایی محیطی جهت کنترل مسئله شیل‌ها امتحان شده‌اند. تئوری اصلی و
زیربنایی این است که به شیلها اجازه ندهیم هیدراته شوند. در این خصوص از گلهایی که
دارای الکترولیت بالایی هستند استفاده می‌کنند زیرا هیدراسیون را کاهش می‌دهند.
تئوری دیگر تبدیل کردن رس به موادی‌با فعالیت کمتر است که این کار با تغییر یون
اصلی (base exchange) مانند کلسیم یا پتاسیم برای‌به وجود آوردن کاتیون درون
لایه‌ای روی رس به جای سدیم جهت جلوگیری از هیدراسیون می‌باشد.

سیستمهای پلیمری
پتاسیم (یا نمک) مانند (poly-plus) به علت اینکه از چند روش از
هیدراسیون جلوگیری می‌کنند مناسب می‌باشند. با تعویض یون اصلی درون لایه‌ای رس با
پتاسیم می‌توان فعالیت رس یا شیل را کمتر کرد. سیستمهای نمکی‌با فعالیت کم شیمیایی‌باعث
کاهش تورم اسمزی و نرم شدن می‌شوند. یک تغلیظ مناسب و کافی از پلیمرها باعث اندود
و پوشش شیلهای‌بی‌حفاظ و بریده می‌شود و آنها در یک لایه نازک از پلیمر محفوظ می‌مانند.
این وضعیت توانایی آب را در واکنش با شیل محدود کرده و به جلوگیری از خرد شدن و
پراکنده شدن کمک می‌کند. همچنین پلیمرها، غلظت فیلتریت سیال را افزایش داده و
اینگونه انتقال آب کاهش داده خواهد شد. باید توجه داشت که شیلها دارای نفوذپذیری
خیلی کم هستند. نفوذپذیری‌شیلها نسبت به آب یک میکرو دارسی و یا کمتر و حتی کمتر
از آن در خصوص سیالات پایه روغنی یا ترکیبی می‌باشند و علت آن کشش سطحی‌شیلهای آب
خیس شده می‌باشد. ترکیب و ساختار گل می‌تواند جهت بهبود و افزایش ممانعت صورت
گیرد، علاوه بر آن مبادله و تعویض کاتیون رس با کلسیم یا پتاسیم جهت تغییر ویژگی و
طبیعت رس که باعث شده واکنش متقابل با آب را کاهش دهد. پلیمرها همچنین باعث لزجی و
چسبناکی فیلتریت یا صافاب شده که به طور مؤثری توانایی صافاب نسبت به نفوذ به داخل
منافذ ریزشیل را کاهش می‌دهد. همچنین مواد غیرقابل حل در آب و عوامل مجرابند (Plugging
Agents)
می‌توانند به طور اساسی ثابت و پایداری چاه را بهبود بخشند. این مواد هجوم آب را
در شیلها به واسطه مجرابندی منافذ ریز، کاهش می‌دهند. این مواد خصوصاً در شیلهای
سخت (Firm Shale) که تمایل به شکستگیهای ریز دارند، موثر می‌باشند. این
افزودنیها شامل:

 


  • نفت یا روغن (oil) و مایعات ترکیبی (synthetic) غیرآبی

  • Clovd-point پلی‌گلیکولها (Glydvil)

  • پلی‌گلیکولهای غیرقابل حل و روان کننده‌ها (Lube-100 and Lube-167)

  • آسفالت (stabil Hole)

  • گیلسونایت

  • مخلوط‌های آسفالت سولفونات شده (Asphasol)

تجربه نشان داده
زمانی مشکلات کمتر می‌شود که بتوان هرزروی مایع گل (Fluid Loss) را کمتر کنیم که این کار به نگهداری
پایداری چاه کمک می‌کند. کاهش عصاره گل یا هرزروی مایع گل (Fluid
Loss)
به وسیله افزودنیهای پلیمری انجام می‌شود مانند پلی‌آنیونیک سلولز (Polyanionic
ellulose or PAC) و سدیم آکریلات که موجب افزایش ویسکوزیته صافاب شده و از صافی
گذشتن گل به درون شیل جلوگیری می‌کند. به‌هر صورت توقف و کنترل یک مشکل در صورت
وجود هرز روی صافاب Filtrate-loss زیاد، خیلی مشکل
می‌باشد.

فاکتور دیگری که ثبات
شیل را تحت تاثیر قرار می‌دهد PH می‌باشد.
تقریباً همه گلها در یک رنج آلکالیتی کنترل می‌شوند، کنترل PH سیال در رنج 5/8 تا 5/9 ثبات بهتر چاه را با کنترل بی‌نظیر
ویژگیهای گل در اختیار می‌گذارد. PH بالای غیر نرمال
مثلاً با یک گل آهکی مشکلات سبک شدن شیل را ایجاد می‌کند. فشار درون شیلها و عمق
سازندها مسئله را پیچیده‌تر می‌کند. سه چاره اساسی برای مشکلات شیل با این ویژگی
عبارتند از:

1-  
دانسیته کافی

2-  
رنج PH صحیح

3-  
کنترل صافاب FLUID LOSS

 

میکانیزم پایداری
شیمیایی شیل

بخشی از شرح  چگونگی واکنش یک گل نمکی/ پالیمری با شیلها در
تأثیر‌گذاری بر پایداری شیل بخوبی قابل درک است از این میان دو مقوله، ذیل را می‌توان
معتبر‌ فرض نمود.

1- هرگونه نیروی
اسمزی که موجب آبگیری شیلها می‌شود با افزودن نمک به گل کاهش می‌یابد.

2- با افزودن پالیمر
سرعت و میزان آبگیری شیل محدود می‌گردد.  

علاوه بر‌کاهش
نیروهای آبگیری اسمزی که در اثر افزودن هرگونه نمکی حاصل می‌شود. در درون محلولهای
نمکی، گاه کاتیونهائی وجود دارد‌که بر رس موجود در شیلها تأثیر‌کرد، و واکنش نشان
می‌دهد.

بعلت شکل واکنش یون
پتاسیم با رسها، این یون برای پایداری شیلها بگونه‌ای منحصر بفرد عمل می‌کند. در
عین‌حال می‌دانیم که رسها اجزاء فعال شیلها هستند‌ و برای نشان دادن این نکته یون
پتاسیم را با یونهای مشابه مقایسه می‌کنیم ابعاد فیزیکی گروه 1 جدول تناوبی در
جدول یک فهرست شده است. یونهای‌کلسیم و منیزیم نیز اضافه شده‌اند زیرا‌که در اغلب
آبها یافت می‌شوند.



 

 

 

Ion
  Diameter A* not hydrated

Hydration
  hydrated

Energy
  Kcal/mol

Li+

1.20

14.6

124.4

Na+

1.90

11.2

97.0

K+

2.66

7.4

77.0

Rb+

2.96

7.2

71.9

Cs+

3.34

7.2

66.1

Ca++

1.98

19.2

377.0

Mg++

1.30

21.6

459.1

 

بعلت قطبی بودن
مولکول آب که یک سوی آن مثبت و سمت دیگر منفی 
می‌باشد یونهای فلزی مثبت جذب سمت منفی 
مولکولهای آب شده و دور آن جمع می‌شوند به این ترتیب هر یون فلز در یک پوشش
مولکولی آب محصور می‌شود ضخامت این بسته (پوشش) آب WATER ENVELOPE در جدول بالا برای تعیین قطر هیدراته‌ معین شده است.
مقادیر ارائه شده در ستون «تحت عنوان انرژی هیدراسیون» بیانگر نیروی نگه دارنده
مولکولهای آب توسط یونهای فلزی هستند. منطقی است‌ تصور‌کنیم‌که بسته آب پیرامون یک
یون با انرژی هیدراسیون بالا، محکم بوده و بآسانی تغییر شکل نمی‌یابد. ممکن است.
بیان شود‌که یک پالیمر آنیونی فعالتر از پالیمر کاتیونی یا غیریونی است بحث برآن
است که لبه‌های‌شکسته، صفحات رسی‌بار مثبت داشته و دیواره‌های چاه حفر شده از میان
شیل پر از این لبه‌های‌شکسته است. پلیمر آنیونی که توسط مولکولهای قطبی آب‌هیدراته
شده به لبه‌های‌با بار مخالف جذب شده و نگه داشته می‌شود. پلیمر و آب‌هیدراسیون
آن، هر دو کانالهای موجود در سطح دیواره چاه را که از درون آن هیدراسون بطور عادی
رخ می‌دهد، مسدود می‌نماید.

قطر فضاهای خالی8/2
آنگستروم تعیین شده است. با مراجعه به جدول متوجه می‌شوید که قطر یون پتاسیم
(هیدارته  نشده) بگونه ای است که به درون
چنین سوراخی‌به راحتی جای می‌گیرد. دیگر یونهای‌باقی مانده یا با سستی جای گرفته
یا به قدری درشت هستند که کلاً داخل سوراخ نمی‌شوند. دو صفحة رسی را با جذب آب یک
لبه شیپوری(Frayed  edge ) را نتیجه می‌دهد.

در رسهای ایلایت
فاصله بین دو لبه صفحات 10 آنگستروم است. (میلی متر

=آنگستروم) کاتیونهای آبدار موجود در اغلب سیالات حفاری‌به نسبت
اندازه‌شان در مقایسه با فضای 10 آنگسترومی‌بین صفحات رسی نشان داده شده اند. سطوح
صفحات رسی‌بار منفی داشته و به این ترتیب می‌توان انتظار داشت که کاتیونهای مثبت
به طرف سطوح رسی مهاجرت کنند. حال به چگونگی عملکرد کاتیونهای مختلف در رابطه با
عدم پایداری‌شیل، آن چنانکه توسط نظریة لبة شیپوری (Frayed  edge ) ارائه می‌گردد.
می‌پردازیم.

1-هر گاه سیال حفاری
فقط دارای یونهای کلسیم و منیزیم  باشد
منطقی تر آنست بپذیریم که قطعه‌های صفحات شکننده باشد قطعات ناپایدار شکسته شده و
به درون چاه می‌ریزد

2- هرگاه فقط یونهای
سدیم در سیال موجود باشد یونهای آبدار وارد بخش عریضتر لبة شیپوری‌شکل می‌شوند.
اگر غلظت یونهای سدیم به قدر کافی‌بالا باشد صفحات، بستة آب‌هر یون سدیمی که آب
خود را  از دست داده و وارد یکی از
سوراخهای ورقه، رسی‌شود توسط نیرویی که مقدار آن با فاصلة بین یون و دیواره سوراخ،
بطور معکوس و بصورت نمائی (توانی) تغییر میکند، در محل نگه داشته میشود. لذا فقط
در فاصلة خیلی کم، نیروی جاذبة قوی میتواند بوجود آید. به تجربه دانسته شده است که
یون توسط رسها مهار نمی‌شود و ثابت نیست. به این ترتیب صفحات رسی توسط یونهای سدیم
آبدار و جذب آب اضافی، فاصله دار شده و به علت اختلاف بار الکتریکی تجمع پیدا
میکند. نیروهای مخالف بزرگتر، در تجمع صفحات نقش مسلط را ایفا می‌کنند.

3- هر گاه  سیال حفاری فقط شامل یونهای پتاسیم باشد یون
آبدار بعلت اندازة کوچکش به آسانی‌بین ورقه‌ها قرار میگرد. بعلت آنکه بسته، آب دور
یون به سادگی قابل تغییر شکل است ورقه‌ها با غلظت پائین کاتیونها به یکدیگر
نزدیکتر میشوند.

یونهای پتاسیم آبدار
که ممکن است وارد سوراخهای موجود در ورقه شوند بعلت آنکه یون بخوبی در سوراخ جای
میگیرد در محل محکم و پایدار باقی میماند. لذا منطقی است انتظار داشته باشیم که
یونهای پتاسیم تمایل به بستن لبه‌های‌شیپوری‌شکل موجود در شیلهای در دیوارة چاه
داشته و آنها را بسته نگاه دارد.

4- اگر یونهای
کلسیم  و منیزیم، سدیم و پتاسیم همگی در
سیال حفاری موجود باشند مکانیزمهای ارائه شده برای هریک از یونها بطور همزمان رخ
خواهد داد. اثر نهایی حداقل تا اندازة زیادی‌به غلظتهای نسبی هریک از یونها وابسته
است.

مبحثی که ارائه گردید
مبتنی‌بر مشاهدات ذیل است:

1-  
پایداری خوب شیلها با گل آبی دارای یونهای پتاسیم با غلظت های نسبتاً پائین
تحصیل می‌‌گردد.

2-  در جائیکه سدیم و پتاسیم در سیال حفاری
موجود باشند. هنگامیکه غلظت یونهای پتاسیم بیشتر است پایداری‌بهتری تحصیل می‌گردد.

3-  وقتیکه گل پتاسیمی‌بوسیلة آب دریا
ساخته میشود در جائیکه یونهای کلسیم و منیزیم از محلول خارج شوند قابلیت پایداری‌شیلها
بسیار بهبود می‌یابد. 

تثبیت یون پتاسیم
توسط رسها پدیده ای است که سالها پیش در شیمی خاک شناسی‌شده است . یون پتاسیم با
برخی از رسهای  اسمکتایت بگونه ای که تشریح
شد واکنش نشان میدهد

. اما واکنش آن با
تمام رسها چنین نیست. بطور خلاصه پایداری‌شیلها با استفاده از یون پتاسیم بطور
اساسی‌با محدود کردن تورم و کاهش تنشها و نیروی آبگیری‌بدست می‌آید.

لبه‌های‌شیپوری‌شکلی
که در دیوارة چاه  ایجادمیشوند و میتوانند
بعنوان مجاری جذب آب و حتی منشاء شکستگی عمل کنند، به واسطه واکنش رس با این یون
جمع شده و کوچک میشوند. محدود کردن آبگیری اسمزی‌به میزان شوری کل سیال حفاری‌بستگی
دارد. دیگر مواد  کلوئیدی مختلفی که در
سیال حفاری موجودند که میتوانند آبگیری‌شیل را محدودتر کنند.

 

تست کردن شیل  shale  Testing

تعدادی از تستهای آزمایشگاهی جهت بررسی و تعیین کمی واکنشهای متقابل شیمیایی‌بین
گلهای پایه آبی گوناگون و شیل وجود دارد که این تستها شامل:

 * طبقه بندی‌شیلها (CEC  و محتویات رس)

* تست های غوطه‌وری‌بصری

* تست های هیدارسیون (بازده)

* تست های سختی‌برشها

* تست های مکش موئین

* تست های تورم خطی

* تستهای پراکندگی

* تست کردن فشار محصور شده

* تست سه محوری

* تست سختی‌شیل

یک هشدار در بارة تستهای سازگاری‌شیل 
این است که تستها بطور چشمگیری‌به واسطة خصوصیات گل، خصوصاً عصاره یا
صافاب(Fluid loss)، ویسکوزیته صافاب و وویسکوزیته گل،
تحت تأثیر قرار می‌گیرند. مقایسه‌ها بین دو سیستم گل با  صافاب و ویسکوزیته خیلی متفاوت باهم نباید
انجام شود. دو تست اولیه که M.I بکار می‌برد
شامل تست تورم خطی که اندازه گیری تورم نامیده‌ می‌شود و تست پراکندگی نورد گرم می‌باشد.

در تورم سنج گلوله‌های‌شیل درون سیال حفاری غوطه ور کرده و سرعت و مقدار تورم
خطی را اندازه‌گیری می‌کنند. این تست می‌تواند چندین سیال را با هم مقایسه کند.
نتایج را بعنوان درصد تورم از ضخامت  اصلی
و مقدار نهایی تورم در انتهای تست گزارش می‌کنند. نتایج نمونه‌های تورم سنج از 50 درصد
تا 150 درصد تغییر می‌کنند. تورم‌سنج اغلب جهت ارزیابی سطوح متفاوت ممانعت‌کنندگی (inhibition) نمکها یا ممانعت
کننده‌های یونی  دیگر (مثل کلسیم و پتاسیم)
بکار برده می‌شود. این روش جهت ارزیابی تاثیر عوامل مجرابند (plugging Agent) مثل آسفالت،
گیلسونایت و آسفالت سولفات شده یا پلیمرهای محافظ‌کننده مثل PAC و PHPA مناسب نمی‌باشد.

در تست پراکندگی‌شیلها، آنها را برای مدت زمان معین درون سیال  حفاری غوطه‌ور کرده و تحت نورد‌گرم قرار داده و
سپس مقادیر شیلها پراکنده شده را براساس سایز خرده شیلها اندازه‌گیری می‌کنند.
خرده‌های‌شیل اصلی‌براساس بزرگتر یا‌کوچکتر بودن از مشبکهای توری سایز‌بندی می‌کنند.
در پایان تست، حجم خرده‌هایی که باز هم روی توری‌با انداز‌ه‌کوچکتر نگه داشته می‌شوند
یا‌گیر می‌کنند، اندازه‌گیری و بعنوان درصد بهبودی گزارش می‌شوند.

تست پراکندگی‌ برای
ارزیابی تاثیر و سودمندی پلیمرهای روکش کننده (encapsulating) عالی می‌باشد. این یکی از
بهترین  تستها برای حصول شناخت بهترین
سیستم‌‌گل جهت یک شیل خاص و کار در حوزه واقعی و عملی‌که دارای‌بیشترین سازگاریست ،
می‌باشد.

روشهای‌به حداقل رساندن واکنشهای متقابل گل پایه آبی‌با
شیل.

1- استفاده از بهترین
سیستم یونی ممانعت‌کننده (inhibition) مبتنی‌بر تست شیل و کانی‌شناسی مانند
بازدارندگی نمک.

2- به حداقل رساندن
صافاب‌گل (Fluiol Loss) 

3- استفاده از یک
پلیمر روکش‌کننده (encapsulating)

4- استفاده از
پلیمرهای افزایش دهنده ویسکوزیته صافاب جهت‌کاهش صافاب

5- استفاده از حداقل PH سودمند.

6- استفاده از یک
سیال اضافی غیرمحلول در آب جهت‌کمک به مجرابندی (Plugging Agent)

7- استفاده از یک عامل
اندود‌کاری قابل تغییر شکل مثل آسفالت یا‌گیلسونایت.

 

بازدارندگی (نمک) Inhibition (NaCl)

هنگامیکه یک  محلول آبی حاوی‌بیش از 12000 میلی‌گرم در لیتر
نمک (NaCl) باشد میتواند از آبگیری رسها جلوگیری‌کند. این امر به
علت بالا بودن درصد یون سدیم در آب رخ می‌دهد. بدینگونه‌که یونهای سدیم موجود روی
صفحات رس، قادر به ترک آن و ایجاد فضا جهت ورود آب و بدرون صفحات رسی نخواهند بود.
یون ‌کلراید (CL-) می‌تواند
ملکولهای آب را محکم نگه  داشته و بدین‌
ترتیب یونهای آزاد‌کمتری‌برای پوشاندن و محاصره رس باقی می‌ماند. هنگامیکه رس
آبگیری نکرده حالت آن مشابه با زمانی است‌که بصورت تجمعی و بسته‌ای وجود دارد. در
این حالت یون‌کلراید میزان تورم رس حفاری‌شونده را‌کنترل  می‌کند‌که گاه از این مورد تحت عنوان
بازدارندگی‌کننده‌ها (Inhibition Cutting) یاد می‌شود.

غیرقابل حل‌کردن
سازندهای قابل انحلال
Dissolution
of Soluble formations

چندین سازند هستند‌که
در‌گل پایه آبی مقداری حل می‌شوند. اینها شامل سازندهای نمکی، سولفاتهای کلسیم،
ژیپسم وانهیدرات می‌باشند. اگر به سازند قابل حل اجازه شسته شدن داده شود، پایداری
چاه‌کم خواهد شد. همچنین مشکلات دیگری مانند تمیز‌کردن چاه و عدم حصول سیمانکاری
رضایت بخش ممکن است بروز کند. قابلیت انحلال پدیده‌ای متأثر از درجه حرارت، فشار،
شوری و PH می‌باشد. نمک به سهولت در هر‌گل با
منشاء آبی و زیر  اشباع قابل حل می‌باشد.
محدود‌کردن گشاد‌شدگی (Enlargement) چاه در سازندهای نمکی‌برای دستیابی‌به
سیمانکاری مناسب جهت ایجاد قدرت و مقاومت نسبت به درهم فرورفتن (Collapse) لوله جداری (Casing) بسیار مهم می‌باشد.
ژیپسم و انهیدرات نیز قابلیت انحلال دارند. 
اگر به ثبات چاه در یک منطقه حاوی ژیپسم و انهیدرات نتوان دست یافت، باید
از سیستم‌کلسیمی پایه آهک یا پایه ژیپسم استفاده نمود.

 

واکنشهای متقابل
فیزیکی
PHYSICAL INTERACTIONS

واکنشهای فیزیکی هم
می‌توانند منجر به بی‌ثباتی چاه شوند. این واکنشها شامل فرسایش که باعث گشاد‌شدگی
چاه و مرطوب شدن شکستگیهای از قبل موجود می‌باشد و همچنین هجوم سیال که باعث
انتقال فشار می‌شود. پایداری یک چاه زمانی‌بیشتر می‌شود‌که فشار هیدرواستاتیک  کافی جهت حفظ بیش تعادل (Overbalance) بودن روی وجه چاه وجود داشته باشد و
همچنین وقتی‌که حداکثر تنش روی چاه‌کمتر از تحمل سازند باشد. به این دلیل برای حفظ
یک چاه، به حداقل رساندن عصاره یا صافاب گل (Filltrate Losses) به درون
سازندهای نفوذ‌پذیر مهم می‌باشد، همچنین می‌توان با استفاده از عوامل مجرابندی (Plugging) یا اندود‌کاری (Plastering) جهت ممانعت از
هجوم سیال و انتقال فشار حاصل که باعث مسیرهای‌شعاعی در چاه  می‌شود، جلوگیری کرد.

 



فرسایش Erosion

فرسایش بواسطه سیال
متلاطم در سازندهای نرم ایجاد  می‌شود،
سازندهای نرم‌که به سادگی سائیده می‌شوند شامل ماسه سنگهای نامتراکم، گچ‌های نرم،  رسهای نرم و شیلهای نرم می‌باشند جریان متلاطم
می‌تواند موجب فرسایش در نرم‌ترین سازنها شود. به‌هرحال مسلم است‌که میزان بالای‌برش
نازلهای مته اولین دلیل فرسایش بوسیله سیال می‌باشد. نازل مته با میزان برش بالا
جهت به حداکثر رساندن میزان نفوذ بکار برده می‌شود‌‌که در این حالت مهمترین علت
فرسایش چاه می‌باشد. مقدار فرسایش پدیدار شده به قدرت صخره بستگی دارد، البته برخی
سازندها تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. فرسایش در شیلها و ماسه سنگها نشان داده‌که
میزان برش نازل سرمته  بزرگتر از 100000
برثانیه باشد، فرسایش رخ می‌دهد. در زمان حفاری ماسه‌های غیرمتراکم، جهت محدود‌کردن‌
فرسایش، استفاده از روشهای اضافی نیاز می‌باشد. در این ماسه‌ها، گل ویسکوز با
خصوصیات برش‌کم و حجم زیاد نبتونایت (جهت تشکیل فیلتر‌کیک  مناسب) معلوم شده‌که موفق‌ترین بوده است.

 

مرطوب شدن، هجوم سیال
و انتقال فشار
Wetting, Fluid Invasion
And Pressure Transmission

مرطوب شدن شکستگیهای
زیر از قبل موجود  در شیل، هجوم سیال و
موازنه فشار بیش تعادل، همه در ناپایداری چاه نقش دارند. یکی از دلایل اصلی‌بی‌ثباتی‌شیل
مرطوب شدن شکستگیهای زیر در میان شیل توسط آب می‌باشد. در حالی‌که شیلها زمان
ارتباط و تماس با آب نرم یا خرد نمی‌شوند، اما برخورد صافاب یا هجوم گل، سستی را
در میان سطوح بستر شیل بوجود خواهد آورد و باعث پوسته پوسته شدن (Sloughing) و خردشدن (Splitting) می‌شوند.
این  امر اغلب بعنوان شکستگیهای صفحه‌کتاب (book-page) یا لبه‌های‌شیپوری
(fruyed-edges) نامیده  می‌شوند.

در حالی‌که ممانعت
شیمیایی و وزنهای‌بالاتر‌گل ممکن است  در به
حداقل رساندن مشکلات کمک‌کند، اما تاثیر آنها به اندازه عوامل مجرابند (Plugging
Agents)
و عوامل اندوکاری (Plastering agents) نمی‌باشد. جهت‌کنترل مؤثرتر شیلها می‌بایست سازندها را
در مقابل‌هجوم سیال پوشاند. این بواسطه‌کنترل صافاب در دما و فشار بالا و فیلتر
کیک خوب بوسیله پلیمرها انجام می‌شود. یک تغلیظ خوب از بنتونایب و استفاده از مواد
غیرقابل حل در آب و عوامل مجرابند منفذ، این کار را  انجام می‌دهند.

هجوم سیال، موازنه
فشار بیش تعادل (overbalance) را از چاه دور‌کرده و تمایل به بی‌ثباتی میکانیکی چاه
را  ایجاد می‌‌کند. این موضوع‌‌که آیا این
مسئله در یک سازند نفوذ‌پذیر مثل ماسه سنگ یا در یک شیل نسبتاً غیرقابل نفوذ می‌باشد،
بجا و صحیح است. یک فیتلر کیک ایده‌آل می‌تواند به پایداری چاه‌کمک‌کند. برای‌گلهای
پایه آبی این مزیت وجود دارد‌که استفاده از افزودنیهای غیرقابل حل به محدود‌کردن
صافاب از طریق فیلتر کیک روی ماسه سنگ و درون منافذ ریز آب خیس شده شیلها کمک می‌کند.
ایجاد صافاب (Fluid Loss) کم از طریق فیلتر کیک خوب و پلیمرهای ترکیب شده با
افزودنیهای مجرابند منافذ بدست می‌آید که این‌کار موجب‌کاهش هجوم سیال و محدود‌کردن
انتقال فشار می‌شود. آسفالت، آسفالت سولفونات شده و گیلسونایت بطور‌گسترده‌ای‌بکاربرده
می‌شوند و افزودنیهای مؤثری‌برای این‌ هدف می‌باشند. افزودنیهای مجرابند منافذ (Pore-Plugging) و اندوکار (Plastering) شامل مواد زیر
هستند:

- نفت یا روغن (Oil) و مایعات ترکیبی
غیرآبی

- [Cloud-Point] پلی‌گلیکولها (glydril)

- پلی گلیکولهای
غیرقابل حل و روان‌کننده‌ها (Lube-100 & Lube-167)

- آسفالت (Stabil-hole)

-گیلسونایت

- مخلوطهای آسفالت
سولفانات شده (Asphasol)

آنها بواسطه مجرابندی
ریزمنفذ‌ها در شیل‌ها، هجوم آب را‌کاهش می‌دهند.

 



مشکلات رایج در حفاری‌شیلها

مشکلات در شیلها را
براساس نوع شیل به دو دسته تقسیم می‌کنند:

A- مشکلات در
شیلهای نرم و سفت که عبارتند از:

1. چسبندگی‌گل به مته
(Bit
Balling)

2. حلقه‌های‌گل (mudrings)

3. تنگ شدگی چاه (Tight
Hole)

4. فرسایش و ریزش (Spalling
& Erosion)



B- مشکلات در
شیلهای سخت و شکننده‌که عبارتند از:

1- تنگ‌شدگی چاه (Tight
Hole)

2- پوسته پوسته شدن (Sloughing)، ریزش (Caving)،‌ روان شدگی (Packing-off)

در ارتباط با تنگ
شدگی چاه، فرسایش و ریزش در قسمتهای قبل توضیح داده شد. در اینجا به تعریف و راه‌حل
چسبندگی گل به مته و حلقه‌های گل می‌پردازیم.

 

چسبندگی گل به مته bit balling

بعضی از شیلها می‌توانند
به رشته  حفاری ته چاهی (BHA) چسبیده و بر روی
مته، پایدار‌کننده و لوله‌های سنگین حفاری جمع و متراکم شوند. اغلب این شیلها از
نوع نرم تا نسبتاً محکم و مخصوصاً از نوع پلاستیک می‌باشند و بخصوص وقتی‌که با‌گل
پایه آبی‌با بازدارندگی ضعیف (Poorly inhibited) حفاری‌شوند می‌توانند
چسبندگی ایجاد‌کنند. وقوع چسبندگی گل به مته در‌گلهای پایه روغنی‌بسیار نادر است.

 

علائم چسبیده شدن گل
به مته

1- افزایش فشار پمپ‌گل
بعلت گیر‌کردن مسیرجریان

2- کاهش سرعت حفاری‌بعلت
چسبیده شدن‌گل به مته

3- کاهش حجم‌کننده‌های
حفاری روی الک لرزان بعلت کاهش سرعت حفاری و احتمال گیربودن مسیر

4- بسته شدن منافذ
الک لرزان توسط رس و تمایل به گلوله شدن

5- اضافه‌کشش هنگام
بیرون‌کشیدن لوله‌ها به علت محدود شدن مسیر عبور

6- گیر احتمالی لوله‌ها

 

چگونه از چسبیده‌ شدن
گل به مته جلوگیری‌کنیم.

1- مراجعه به اطلاعات
قبلی وقوع چسبیده شدن‌گل به مته دردیگر چاههای حفاری‌شده ناحیه و اتخاذ دستورالعمل
مشابه، اگر قبلاً موفقیت آمیز باشد.

2- استفاده از‌گل‌هایی
که دارای خواص بازدارندگی هستند.

3- استفاده از روان‌کنندهایی
که تشکیل فیلم (غشاء) می‌دهند.

4- پرهیز از اعمال
وزن زیاد بر روی مته

5- اطمینان از تمیز‌کردن
چاه برای جلوگیری از تجمع زیاد‌کنده‌های حفاری در اطراف مته

6-  کاربرد مته مناسب

 

معالجه چسبندگی‌گل به
مته

1- کاهش وزن روی مته

2- اضافه‌کردن
حلالهای حفاری (Detergent) به گل پایه آبی‌برای پراکنده سازی رسهای گلوله شده

3- در‌گلهای پایه
روغنی‌باید میزان نمک‌گل را افزایش داد تا میزان رطوبت و آب شیل‌کاسته شده و برسختی
آن افزوده شود.

 



حلقه‌های گل Mud Rings

کنده‌های نرم حفاری
ممکن است در فضای حلقوی‌بصورت حلقه‌هایی تجمع‌کنند و مانع جریان گل و انتقال کنده‌های
حفاری‌شوند. این حلقه‌هایی متشکل از‌کندهای نرم بسته به وضعیت جریان گل حفاری ممکن
است بطرف بالا یا پایین مهاجرت‌کنند و ممکن است خطوط جریان را مسدود سازند.
محدودیت در جریان و انتقال‌کنده‌های حفاری می‌توانند باعث تنگی (Pack
off)
شوند. عمل حلقه شدن ‌گل فقط در‌گلهای پایه آبی صورت می‌گیرد.

 

علائم بروز حلقه‌های‌گل

1- افزایش در فشار
پمپ بعلت مسدود شدن قسمتی از فضای حلقوی

2- کاهش در شدت
انتقال کنده‌های حفاری‌بر روی الک لرزان

3- کاهش در سرعت
حفاری (ROP) و کاهش در وزن رشته حفاری (hook) بعلت اینکه حلقه گل مثل پیستون برای‌بالابردن
لوله‌های حفاری عمل می‌کند.

4- مسدود شدن خطوط
جریان گل و مسدود شدن سوراخهای الک لرزان

 

راههای جلوگیری از
بروز حلقه‌های گل

1- استفاده کافی از‌گل
دارای‌بازدارندگی (inhibition) که از چسبندگی کنده‌های حفاری جلوگیری کند.

2- گردش گل از فضای
حلقوی‌برای‌بهسازی قبل از بیرون‌کشیدن لوله‌های حفاری

3- استفاده از خطوط
جریان با قطر بالا

4- پرهیز از سرعت
زیاد حفاری

5- اطمینان از انجام
عمل تمیز‌کردن چاه برای جلوگیری از 
انباشته شدن کنده‌های حفاری

 

معالجه حلقه‌های‌‌گل

1- افزودن به شدت
جریان و گردش‌گل جهت تمیز‌کردن فضای حلقوی (اگر ECD اجازه دهد) در صورت لزوم پیل  غلیظ برای تمیز‌کردن چاه بگردش درآورید.

2- در صورتیکه حلقه
گل سخت باشد، افزودن حلال (Detergent) ممکن است به از هم پاشیدگی و پخش شدن
رس  کمک‌کرده و باعث شود که حلقه گل از بین
برود.

 



آنالیزهای مکان چاه Wellsit Analysis

شرایط بی‌نهایت دشوار
حفاری‌به روشهای سیستماتیک‌تر جهت آنالیز بی‌ثباتی‌های چاه منتهی‌شده است. یک چنین
روشی (از Zausa و Civolani) که می‌تواند بعنوان یک راهبرد برای مهندسی گل بکار
برده شود، شامل سه‌گام اصلی می‌باشد:

1- مانیتور‌کردن و
آنالیز مکانیزم اصلی خرابی

2- تعیین و درک
فاکتورهای حاکم بر این مکانیزم خرابی

3- مدل بندی مسئله با
توجه به بررسی تغییرات حادث شده

 

1- مانیتور‌کردن و
آنالیز مکانیزم خرابی

مانیتور‌کردن اطلاعات
و وقایع روی چاه، اولین‌گام در فرآیند و پردازش می‌باشد‌که شامل:

- جمع‌آوری،
سازماندهی اطلاعات حفاری می‌باشند: اطلاعات حفاری مانند میزان نفوذ (ROP)، چرخش بر دقیقه (RPM)، وزن روی مته (WOB)، مجموعه ته چاهی
(BHA) گشتاور (torque) ، اضافه کشش (overpull) لوله پایین (TIH). و بیرون‌کشیدن
لوله‌ها از چاه (POOH)،  مکش (Swab) و موج زدن (surge)، میزان جریان (flow Rate)، وزن‌گل، رئولوژی‌گل
و غیره روی یک  مبنای مداوم گردآوری،
سازماندهی و آنالیز شوند و با دلایل و علائم ثبات چاه مشاهده شوند. این موضوع برای
ارزیابی کار و مشخص‌کردن هر انحرافی و اندازه‌گیری مؤثر، سودمند بوده و به تاثیر
روشهای‌بهینه‌سازی کمک‌ می‌کند.

- توصیف خصوصیات
سازند:
روش استاندارد در عملیات‌های  حفاری استفاده از دانش حاصله از چاههای قبلی‌برای
چاههایی‌که بعداً در منطقه جغرافیایی مشابه حفر می‌شوند، می‌باشد. بررسی‌بی‌ثباتی
حفره چاه نیاز به ارزیابی‌شیلها در طول فرآیند حفاری دارد. از آنجائی که تست شیل
در مکان دکل به خاطر دستگاه و محدودیتهای زمانی محدود می‌شود، بیشترین ارزیابی‌ها
در یک آزمایشگاه‌که بطور مناسب تجهیز شده است انجام می‌شود. تستهای آزمایشگاهی جهت
ارزیابی تورم شیل، قابلیت پراکندگی، ظرفیت مبادله کاتیون، حجم کلوئید، زمان مکش
موئین، تستهای سختی‌شیل و ویژگیهای سازگاری گل انجام می‌شوند. تعدادی از روشها
وجود دارند‌که جهت انجام تستهای محل چاه بکار برده می‌شوند. این تستها شامل  تستهای ساده متیلن آبی (CEC) اندازه‌گیری‌های سختی‌شیل، تست
پراکندگی نورد‌گرم در‌گلهای گوناگون و با افزودنیها و فرمولهای مختلف و آنالیزهای
تحلیلی ماهرانه از صفات‌گوناگون رس میباشند. خصوصاً بررسی و تعیین مکانیزم خرابی،
تورم و نرمی و شکستن ترد مهم می‌باشند. اطلاعات از این تستها، مشاهدات نوسان و
رایج اطلاعات نمودارگیرهای گل جهت ارزیابی کار سیال حفاری، تنظیم مکانیکی
پارامترهای حفاری و انجام تصمیمات درباره طراحی لوله جداری (Casing) استفاده می‌شوند. گزینه‌های اصلی جهت
رویارویی‌با مشکلات شیل در مکان چاه عبارتند از:

A- تغییر دانسیته
سیال حفاری

B- تغییر یک سیستم
به پایه روغنی یا پایه ترکیبی

C- تغییر به سمت
یک گل پایه آبی‌با خاصیت مماننعت (inhibited) بیشتر

D- کاهش صافات
سیال (fluid loss) به سطوح خیلی پایین و افزایش ویسکوزیته صافاب

E- بکارگیری
افزودنیهای مجرابند  منفذ (Pore
Plugging)،
مواد غیرقابل حل امولسیون شده یا عوامل اندود‌کننده (Plastering agent)

F- تنظیم
پارامترهای میکانیکی حفاری

- ارزیابی و آنالیز نشانه‌های‌بی‌ثباتی: علائم هشداری بی‌ثباتی
مثل ظهور خرده‌های زیاد روی الک لرزان (shaker) برای یک ROP معلوم، پرشدن اتصالات، دشواریهای لوله بالا، گشتاور (Torque)، گیر‌کردن لوله‌ها
(Stuck
pipe)  و غیره، مشخص می‌کنند‌که مشکلی درون چاه پیش
آمده است. بزرگی و حجم صخره خراب شده باید با پارامترهای دیگر حفاری ضبط و برآورد
شود. تعداد و موقعیت رویدادهای خاص مثل 
گیرکردن لوله‌ها، پرشدن یا روان شدگی (Paking off) باید ضبط شوند. همه این اطلاعات می‌توانند
سازماندهی‌شده و به زمان و عمق جهت موقعیت و مقدار شدت خرابی در بخشهای‌بحرانی در
چاه ربط داده شوند.

 

2- تعیین و درک
مکانیزم خرابی

همه پارامترها
مانیتور و ردیابی‌شده و سپس جهت شناسائی محتمل‌ترین مکانیزم ایجاد کننده بی‌ثباتی
ارزیابی می‌شوند. مفید‌ترین نشانه و علائم جهت تشخیص مکانیزم پاسخ به بی‌ثباتی  چاه عبارتند از:

A- آنالیز ریزشها

B- دشواریها در
بیرون کشیدن لوله‌ها

C- وضعیت حفاری

D- آنالیزهای
سیستم‌گل

E-  وضعیت درجا

این علائم و نشانه‌ها
باید برمبنای نظم درونی و دانش جهت علل بوجود آمدن  ناپایداری‌بررسی‌شده و محتمل‌ترین مکانیزم
خرابی مشخص‌گردد.

 

3- مدل بندی و بررسی
تغییرات مطرح شده

یکی از مراحل مانیتور‌کردن
و معین‌کردن عبارت است از سازمان بندی و آنالیز پارامترهای‌بوجود آمده است جهت
تغییرات ایجاد شده و راه‌حلهای مناسب آن می‌باشد. یک راه  مناسب در این میان، استفاده از ورود به فلوچارت
یا درخت تصمیم  جهت بررسی مکانیزم ممکن و
بدست آوردن راه‌حلهای اطمینان بخش می‌باشد. مقادیر اصلاح کننده باید عملی‌شده و
نتایج حاصل در این روش feed back شوند. فلوچارت
یا درخت تصمیم‌گیری که در شکل 9 نشان  داده
شده است‌ برای‌بررسی علل افزایش خرده‌ها و ریزش می‌باشد. این روش جهت تهیه یک راه
منطقی‌برای مشخص‌کردن مکانیزم  بدست آوردن
راه حل مناسب انجام می‌شود.

پایداری چاه در بخشی‌که
شیل را حفاری می‌کنیم بسیار پردردسر می‌باشد و همیشه راه‌حل ساده وجود ندارد‌ اما
بکار بردن روش حفاری مناسب و سیال حفاری مناسب اغلب باعث موفقیت می‌شود. آنالیز
مکانیزم تنش و کشش نشان می‌دهد‌که برای پایداری چاه به دانسیته گل مناسب نیاز می‌باشد.

 

 

 

 



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



اندازه‌گیری CEC یا Cation
Exchange Capcity

غالباً لازم می‌شود‌که
CEC یا «ظرفیت تعویض کاتیون» گل حفاری را بدانیم. مقدار CEC هرچند نه بطور دقیق لیکن تا حدود قابل قبولی می‌تواند
نشان دهنده درصد بنتونایت گل باشد. برای این آزمایش، به مواد زیر احتیاج داریم 1-
محلول متیلن بلو (C6H12N3SCL.3H2O) با غلظت 74/3
گرم در لیتر

2- محلول سه درصد آب
اکسیژنه

3- محلول  تقریباً 5N اسیدسولفوریک

روش: 1- یک یا چند میلی‌لیتر
گل را در ظرف سنجش ریخته و بترتیب 10 میلی‌لیتر آب‌ مقطر، 15 میلی‌لیتر آب اکسیژنه
و نیم میلی‌لیتر محلول اسید سولفوریک به آن اضافه‌کنید و خوب بهم بزنید.

2- محلول با بمدت ده
دقیقه به آرامی‌بجوشانید.

3- بوسیله آب مقطر،
محلول را تا 50ml رقیق‌کنید.

4- محلول متیلن بلو
را از طریق یک بورت قطره‌قطره داخل محلول فوق بریزید و محلول را مرتباً هم بزنید.
در فاصله‌های مساوی- مثلاً بعد از چکیدن هر ده قطره متیلن‌بلو- شیر بورت را بسته و
درحالیکه محلول را همچنان هم  می‌زنید، پس
از نیم دقیقه بانوک یک همزن شیشه‌ای یک قطره از محلول را بیرون‌کشیده و روی یک
کاغذ صافی قرار  دهید. چند لحظه صبر‌کنید
تا‌کاغذ، آب قطره را جذب و منتشر کند و ذرات جامد رنگ گرفته گل، در وسط قطره و روی
کاغذ خشک شوند.

الف- اگر یک حلقه آبی
متمایل به سبز دور ذرات جامد روی کاغذ صافی تشکیل شد، دو دقیقه دیگر صبر کنید و در
این مدت محلول را همچنان هم بزنید. بعد یک قطره دیگر از محلول را روی کاغذ صافی و
کنار قطره اول قرار دهید. اگر حلقه آبی متمایل به سبز مجدداً تشکیل شد، نقطه پایان
آزمایش رسیده است.

ب- اگر هیچیک از
صورتهای «الف» اتفاق نیفاد، سنجش محلول را بوسیله محلول متیلن بلو ادامه دهید-
یعنی ده قطره دیگر متیلن بلو بیفزائید و شیر بورت را ببندید و مطابق فوق عمل‌کنید.
تا به نقطه پایان برسید.  در تمام مدت
انجام مرحله (4) محلول را باید هم بزنید.

5- حجم  محلول متیلن بلو مصرف شده را برحسب ml یادداشت‌کنید.

6- محاسبات



 methylene blue capacity

Bentonite
of mud, PPB=5x(methyleneblue capacity)

تذکر یک-گلهای حفاری
علاوه بر بنتونایت، غالباً دارای مواد دیگری هم هستند‌ه جاذب متیلن بلو می‌باشد
مثل cmc، lignin,
lignosulfonate , polyacrylate، استفاده از آب اکسیژنه در آزمایش فوق، بمنظور جلوگیری
از تأثیر اینگونه مواد روی متیلن بلو می‌باشد.

تذکر دو- بروش فوق می‌توان
CEC رسها و پلمه سنگها و غیره را نیز تعیین نمود. برای این‌
منظور وزن معینی از رس را بوسیله یک همزن برقی‌بر دور در مقداری آب پخش‌کنید. سنجش
را  مطابق آزمایش فوق انجام  دهید با 
این تفاوت که دیگر محلول، آب‌ اکسیژنه نیفزائید.

 



CEC رس را بصورت زیر‌گزارش
کنید:



توضیح: هر یک میلی‌لیتر از محلول
متیلن بلو با غلظت 74/3 گرم در لیتر معادل 01/0 میلی اکی والان آن است.  


 
 
گل حفاری( Drilling mud )
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۳:٠۱ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/۱٦
 

گل
حفاری(
Drilling
mud
)

 

آب ،اولین سیال حفاری بود که در
عملیات حفاری مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر گل های حفاری که در عملیات حفاری
کاربرد دارند بعضی از اوقات از هوا و گاز نیز به عنوان سیال حفاری استفاده می شود.

وظایف گل حفاری

وظایف گل حفاری عبارتند از :

1)   
تمیز کردن
ته چاه و انتقال کنده های حفاری به سطح زمین

گل وقتی از نازل های مته بیرون می
آید بواسطه ی فوران شدیدی که دارد ،سبب تمیزی کف چاه و به این ترتیب هم طول عمر
مته را بیشتر می کند و هم سرعت حفاری را افزایش می دهد.

2)   
خنک کردن
مته و لوله های حفاری

در محل مته و جایی که با سازند تلاقی
دارد گرمای شدیدی به وجود می آید ،که این گرما بوسیله ی سیال حفاری به سطح منتقل
می شود.

3)   
روان کردن
مته و لوله های حفاری

رسی که در بیشتر گل های حفاری پایه
آبی مصرف می شود به عنوان یک روان کننده
   (lubricant)نیز
عمل می کند.

4) اندود کردن دیواره ی چاه و
جلوگیری از ریزش آن

یک گل حفاری خوب باید بتواند دیواره
ی چاه را حتی اگر بافتی سست و نا منسجم داشته باشد بوسیله یک لایه نازک و غیر قابل
نفوذ طوری اندود کند که هم جلو هرز رفتن گل و صافاب آن به داخل سازند به داخل
سازند ها را بگیرد و هم به پایداری و تحکیم سنگ های سازنده دیواره چاه کمک کند و
مانع ریزش آنها به داخل چاه شود.

5) کنترل فشار های زیر زمینی

در حین حفاری ممکن است به لایه آبده
و یا
payzone برخورد کنیم که فشار بالایی دارند.
گل به واسطه ی وزن خود ناشی از ستون سیال می تواند جلوی این فشار ها را بگیرد.

6) معلق نگه داشتن کنده ها و مواد وزن افزای گل به هنگام خاموشی
پمپ ها

7) ترخیص شن و کنده های حفاری روی
الک لرزان

یک گل حفاری خوب باید به گونه ای
باشد که وقتی از چاه بیرون می آید و روی توری الک لرزان ریخته می شود ،کنده های
حفاری و مواد وزن افزا بتوانند به راحتی از آن جدا شوند.

 

 

8)تحمل بخشی از وزن لوله های حفاری و
لوله های جداری

از آنجایی که لوله ها در چاه ناچاراً
در گل قرار خواهند گرفت پس تحت تأثیر
effect  buoyancy گل قرار گرفتند و به اندازه ی گل هم حجم شان از وزن آنها کاسته
خواهد شد.

9) به حداقل رسانیدن ضایعات وارد بر
سازنده های مجاور و ارائه حداکثر اطلاعات پیرامون آنها

10) انتقال توان هایدرولیک پمپ ها به
مته

گل حفاری ،محیط پیوسته ای است که
توان تولید شده در پمپ ها را به نوک مته متصل می کند.

توانایی یک گل برای معلق نگه داشتن
کنده در طی زمان
non_circalation  بستگی
به 
        gel_strength گل
حفاری دارد.
gel strength نشان دهنده ی خاصیتthixotropy است. همچنین این خاصیت باید برگشت
پذیر باشد ،یعنی بایستی
 gel بر اثر هم زدن به مایع تبدیل شود.

معلق نگه داشتن کنده ها در طی زمانshut down  پمپ ها باعث
می شود تا کنده ها به ته چاه سقوط نکرده و باعث چسبیدن و سفت شدن مته نشود. ته
نشین شدن کنده ها در بالای
D.C ها
باعث گیر کردن لوله حفاری(
stockpipe) می شود که در این چنین مواقعی نیاز
به عملیات
fishing  خواهیم
داشت که عملیاتی بسیار گران است.

 

انواع گل های حفاری

گل های حفاری معمولاً به 5 دسته زیر
تقسیم می شوند :

1) fresh water muds

2) salt water muds

3) Emulsion muds

4) oil base muds

5) surfactant muds

جزء اصلی  fresh water mud،آب تازه می باشد. به طور کلی این نوع از گل های حفاری برای حفاری
های کم عمق مناسب می باشد. وقتی که با سازند هایی مواجه می شویم که دارای
Nacl ،gypsum ، ایندریت هستند ،گل های حفاری شامل نبتونایت ،راضی کننده نیستند
،زیرا این گونه سازنده ها دارای یک یون کلسیم هستند که باعث
Floccalation گل حفاری می شوند. این عمل باعث افزایش قابل ملاحظه یloss        water، M         gel strengthمی
شود و در نتیجه مواد شیمیایی باید به گل حفاری افزوده شود تا کاهش یابد.

کلوئید های حفاری آلی مانند  peregelatiniz starechیا CMC به گل
حفاری افزوده می شود تا
water loss کاهش یابد.

استفاده از گل های حفاری salt water muds در مناطقی می باشد که سازند های نمکی
بایستی حفاری شوند و یا در مناطقی که به قدر کافی آب نمکی موجود است مانند
offshore یا مناطق نزدیک به دریا. به طور کلی فرق اصلی بین fresh water muds و salt
water muds
در
نوع کلی استفاده شده برای ایجاد فاز
gel می باشد.

عمده ترین نوع Emulsion mud ،نوع oil-in-water می باشد ،که در آن oil فاز dispersed می باشد و به صورت قطرات ریز وجود
دارد. گل پایه می تواند
fresh water یا salt water باشد.

پایداری چنین امولسیون هایی بستگی به
وجود عواملی مثل
emulsifier دارد.

Soops ، lignin compound ، starech و یا CMC و یا
سایر
colloidal Solids عوامل اصلی ایجاد امولسیون می باشند.

Oil base muds   بطور کلی
تشکیل یافته اند از
diesel oil به عنوان فاز پیوسته ، alkali و عوامل مختلف پایدار کننده گل و 2
تا 5 درصد آب.

این نوع گل های حفاری گران می باشند
و فقط برای حفاری های ویژه از آنها استفاده می شود. آنها کاملاً غیر حساس به نا
خالصی ها (آلوده کننده ها) مانند نمک ،
gypsum ، anhydrite می باشد زیرا اینها غیر قابل حل در
نفت هستند.

Surfactant muds در واقع گل های حفاری water base تغییر یافته می باشند و آنها توسط افزودن surfactant های غیر یونی به این نوع از گل های حفاری تبدیل می شوند.    Surfactant 
ها عواملی هستند که در سطح فعال می باشند و باعث می شوند که حالت کولوئیدال
به یک حالت انباشتی کنترل شده در آیند.

مواد افزودنی به این نوع گل های
حفاری دارای نام های تجاری
DMS و DME می باشند که از DMS(Drilling mud surfactant) استفاده می شود تا حالت انباشتی
ایده آل میزال های
clay بدست آید. از DME(Drilling mud Emulsi fier) فقط در emulsion mud استفاده می شود.

خواص رئولوژیکی گل حفاری

 

پارمتد های مهم گل حفاری که تحت
عنوان خواص رئولوژیکی شناخته شده است عبارتند از :

الف) وزن حجمی (دانسیتد)

وزن واحد حجمی گل را می گویند که بر
حسب یکی از واحد های
PPG و PCF یا گزارش می شود.

ب)گراندوی (ویسکوزیتد)

عبارتست از مقاومتی که سیال در برابر
جابجایی و حرکت از خود نشان می دهند. علاوه بر خود گراندوی ،پارامتدی به نام
گوانروی پلاستیکی نیز وجود دارد که عبارتست از :

نیروی الکترو استاتیکی بین ذرات جامد
موجود در گل ،گراندوی پلاستیکی از رابطه ی زیر محاسبه می شود:

لازم به توضیح است که گراندوی ظاهری Apparent Viscosity نیز از رابطه ی زیر بدست می آید:

ج) نقطه ی واروی(Yeild point )

در ترکیب گل حفاری یک سری ذرات جامد
وجود دارد که آنها با مواد دیگر فاز مایع پیوند های الکترو شیمیایی ایجاد می کند
،به مقاومتی که این مواد در برابر برش خوردن نشان می دهند نقطه ی واروی می گویند
که واحد آن است. به عبارت دیگر نقطه ی واروی بیانگر نیروی چسبندگی و نیروهای
الکترو استاتیکی بین ذرات است که از فرمول زیر بدست می آید:

 

د) مقاومت ژلاتینی (gel strength)

بیانگر برشی است که یک گل باید در
برابر وزن ذرات جامد درونش تحمل کند. مقاومت ژلاتینی بر دو نوع است
Initial gel strength و Ten_minute gel strength می باشد.

 

 

 

 

دستگاه های تست گل حفاری

از این دستگاه برای همگن ساختن دو
فاز مایع و جامد استفاده می کنند. در حالت کلی می توان گفت که کار این دستگاه
عبارتست از ایجاد یک محیط مناسب برای ساخت گل حفاری معمولاً مدت زمان
mixing بین 10 تا 15 دقیقه است.

2)Mud Balance

در حالت کلی از این وسیله برای
اندازه گیری وزن گل استفاده می شود. این دستگاه از بخش های مختلفی تشکیل شده است
که عبارتند از:
mud cap ، cap ، rider ، balancing screw ، base support .

برای اطمینان از دقت این دستگاه
معمولاً آن را با آب کالیبره می کنند ،بدین صورت که ابتدا آن را بر روی یک سطح صاف
و تخت قرار داده و ظرفش را از آب پر می کنند. اگر در این حالت دستگاه عدد را نشان
داد ،دستگاه کالیبده است. در غیر این صورت می توان آن را با پیچ تنظیم کالیبده
کرد.

نکته مهم در کاربرد این وسیله این
است که باید همیشه خشک و تمیز باشد تا دقت کافی را داشته باشد. برای استفاده از
این وسیله ابتدا تکیه گاه را بر روی یک سطح تخت قرار می دهیم ،سپس ظرف گل را از
سیال حفاری پر کرده و در پوش آن را قرار می دهیم طوری که از در پوش ،گل بیرون
بزند. بعد از تمیز کردن گل های زائد ،آن را بر روی تکیه گاه قرار می دهیم و وزنه ی
بازو را آنقدر حرکت می دهیم تا حباب تنظیم درست در وسط قرار بگیرد در این صورت عدد
مقابل پیکان وزنه را یادداشت می کنیم.

3) Fann V_G Meter

این دستگاه وسیله ای است که برای
اندازه گیری،،
Initial gel strength ، Ten_minate ، gel stregth بکار می رود. معمولاً گدانروی سنج ها مستقیم از نوع چرخشی به
وسیله الکترو موتور و یا هندل دستی نیرو می گیرند. این دستگاه هم نوع ویژه ای از
گدانروی سنج های مستقیم است که از سرعت های همزمان در موتور نیرو می گیرد که این
سرعت بر روی دورهای قابل
3 ، 6 ،100  ، 200 ، 300 ، 600  قابل تنظیم کردن است.

در این دستگاه ،سیال حفاری در یک
فضای حلقوی بین دو وسیله سیلندر مانند می چرخد که سیلندر بیرونی ثابت و سیلندر
درونی دوار است. بر روی این دستگاه یک دستگیره قرار دارد که بر روی آن می توان
دستگاه را روی دورهای مختلفی تنظیم کرد. دستگاه مذکور یک ظرف نیز برای ریختن سیال
حفاری دارد که توسط زائده های آن بر روی دستگاه سوار می شود.

برای شروع به کار با این دستگاه
،ابتدا ظرف مخصوص گل را تا خط نشان ،از سیال حفاری پر کرده و سپس از بالا آوردن
تکیه گاه و ثابت کردن در جای خود دستگاه را روشن کرده و در دور
600 قرار می دهیم و صبری می کنیم تا
عقربه ی آن ثابت شود. سپس عدد ثابت شده را تحت عنوان یادداشت می کنیم سپس دستگاه
را بر دور
300 برده و پس از steady شدن ،عدد مذکور را تحت عنوان گزارش می کنیم.

برای بدست آوردن Initial gel strength گل نیز ابتدا دستگاه را در دور 600 قرار می دهیم و سپس بر روی دور 3 گذاشته و دستگاه را خاموش می کنیم. پس از 10 ثانیه مجددا دستگاه
را روشن کرده و ماکزیمم انحراف عقربه را تحت عنوان استحکام اولیه ژلی گزارش می
کنیم.

اما برای بدست آوردن Ten minute gel trength نیز دستگاه را بر روی دور 300 گذاشته و پس از بردن آن به دور 3 آن را خاموش کرده ،پس از 10دقیقه دستگاه را دوباره روشن کرده و
ماکزیمم انحراف عقربه را تحت عنوان استحکام نهایی ژلی یادداشت می کنیم.

پس از پایان کار ظرف گل را از آب پر
کرده و دستگاه را مدتی در دور تند قرار می دهیم تا خوب تمیز شود.

طرز ساخت گل پایه

برای ساخت x بشکه از گل
نبتونایتی پایه ،ابتدا به مقدار آب تازه را جدا کرده و داخل ظرفی ریخته و زیر
mixer قرار
می دهیم. پس از روشن کردن
mixer به مقدار نبتونایت را وزن کرده و
آهسته آهسته به روی آب اضافه می کنیم و مدت 10 تا 15 دقیقه صبر می کنیم تا خوب دو
فاز جامد و مایع در هم حل شده و به حالت همگن در آیند.

برای ساختن گل روغنی از 30% نفت و 70 درصد آب  استفاده می کنیم.

 

 

گل پلیمری سبک

در این آزمایش سعی داریم که یک گل
پایه آبی پلیمری بسازیم که دارای خواص رئولوژیکی زیر باشد:

MW= 68 pcf

PV= 5-7

PH= 10

 

مواد مورد استفاده در این
آزمایش عبارتند از:

آب ، سوداش ، کاستیک(در صورت لزوم) ،
نمک ،
CMC (نوعی پلیمر)

روش کار

ابتدا توسط بشر مقدار 350cc آب(شبکه آزمایشگاهی) را جدا می کنیم.
در مرحله ی بعد از اینکه ظرف حاوی آب را در زیر
mixer قرار دادیم به مقدار سوداش به آب
اضافه می کنیم تا سختی آب را بر طرف کند.(سختی آب ناشی از یونهای کلسیم و منیزیم
است و سوداش طبق واکنش های زیر این املاح را از آب جدا می کند:




 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 





در اینجا توسط کاغذ تورنسل مقدار PH گل را
محاسبه می کنیم که می بینیم مقدار آن تقریباً برابر 15 است.

در مرحله بعدی انجام آزمایش برای
رساندن وزن گل
68pcf به از نمک استفاده می کنیم. بدین ترتیب که مقدار 30g نمک را به 350cc آب اضافه می کنیم وسپس گل بدست آمده را توسطBalance  mud (که
قبلاً آن را توسط آب آن را کالیبره کرده ایم) وزن می کنیم که تقریباً به
68pcf رسیده ایم.

حال برای افزایش PV گل از CMC که
نوعی پلیمر است استفاده می کنیم.

برای این کار در زمانی که گل زیر mixer قرار
دارد مرحله به مرحله ،و در هر مرحله را
CMC 0.1g به گل
اضافه می کنیم و سپس هر مرحله توسط
Fann V_G meter ،مقادیر

گل را می خوانیم. داده های هر مرحله
را به صورت زیر داریم:





پس بعد از اضافه کردن 0.5g CMC توانستیم به دست پیدا کنیم.

 

گل پلیمری پایه سنگین

در این آزمایش قصد داریم که یک گل
پایه آبی پلیمری بسازیم که خواص رئولوژیکی زیر داشته باشد:

MW= 135pcf

Pv = 60- 65

PH= 9.5

مواد مورد استفاده در این
آزمایش عبارتند از :

آب + سوداش ،کاستیک ،نمک ،نشاسته ،باریت ،فروبار (در صورت نیاز).

روش کار

ابتدا توسط بشر مقدار 350ccآب را جدا
کرده و مقدار


سوداش را توسط mixer با آن
مخلوط می کنیم تا سختی آب گرفته شود. سپس حدود


 کاستیک را توسط تراز و وزن
کرده و به گل اضافه می کنیم تا بدین وسیله به
PH=10 برسیم.

در مرحله بعد برای افزایش وزن گل از
نمک اضافه می کنیم. ابتدا
30g نمک را به گلی که در زیر mixer قرار دارد اضافه می کنیم و سپس مخلوط
شدن کامل توسط
MB وزن گل را بدست می آوریم که این
مقدار تقریباً برابر
9ppg است. دوباره به مقدار 60g نمک به گل جدید اضافه می کنیم و سپس از mixing گل را وزن می کنیم.

وزن گل به 9.7 یوند بر گالن رسیده است.(توجه داشته باشید که توسط نمک می توان
فقط وزن گل را تا
75pcf یا 10ppg ) افزایش داد.

حال اگر 30g دیگر نمک را به گل 9.7ppg اضافه کنیم و گل را پس از mixing وزن کنیم می بینیم که به وزن 10ppg یا 75pcf رسیده ایم. در این مرحله از آزمایش 15g نشاسته را توسط تراز و وزن کرده و گل اضافه می کنیم و مقادیر را
محاسبه می کنیم.


برای رساندن وزن گل به مقدار مورد
نیاز
(135pcf) از باریت استفاده می کنیم که نوعی
ماده وزن افزا است.

حال برای بالا بردن وزن گل ،در زمانی
که گل زیر
mixer قرار دارد باید 750g باریت را به آن اضافه کنیم در اینجا لازم به ذکر است که باریت
علاوه بر افزایش وزن گل توانایی ایجاد
pv را بواسطه ذرات خود دارد. پس در
ابتدا مقدار
150g باریت را به گل اضافه می کنیم و پس از mixing کامل ،مقادیر

را محاسبه می کنیم. داریم:



در ادامه ی کار 650g باریت را وزن کرده و به گل اضافه می
کنیم. پس از اینکه عمل مخلوط شدن را به خوبی انجام دادیم گل جدید را وزن می کنیم و
خواص رئولوژیکی آن را محاسبه می کنیم.

داده های بدست آمده به قرار زیراند :



پس مشاهده کردیم که دیگر برای افزایش
بیشتر وزن نیازی به استفاده از فروبار نیست.

 

 

گل پایه روغنی

هدف از انجام این آزمایش ساخت گل
پایه روغنی است. برای ساخت گل پایه روغنی بایستی آب و نفت را به نسبت ،
70% نفت و 30% آب با یکدیگر مخلوط می کنیم. برای ساخت گل پایه روغنی می بایست
ابتدا گل پایه آبی را با
70% بشکه آزمایشگاهی بسازیم و سپس گازوئیل و امولسینایر (Emulsifier) را به آن اضافه می کینیم.

در آخر نیز می توان از مواد افزون
کننده ی ویسکوزیتد مثل
drill jell و مواد وزن افزا مثل پودر آهک نیز در ترکیب گل استفاده کرد.

مواد مورد استفاده در این آزمایش
عبارتند از :

آب ،نمک ، Ca OH یا Na OH (برای افزایش PH) ، (پودر آهک) و امولسینایر.

در این آزمایش خواص رئولوژیکی گل
برای ما مشخص نیست و ما می خواهیم ببینیم که با استفاده از
70g پودر آهک به چه وزنی می رسیم.

 

 

روش کار

ابتدا مقدار 30% از 350cc بشکه آزمایشگاهی را به عنوان فاز آب جدا می کنیم.

 حال مقدار 30g نمک را به فاز آب اضافه می کنیم تا وزن گل به pcf 75 برسد. حال در زمانی که ظرف گل در زیر mixer قرار
دارد
70g از پودر آهک را به همراه0.5g Na OH
 به آن اضافه می کنیم و صبر می
کنیم که عمل
mixing بطور کامل انجام شود.

در مرحله آخر گازوئیل را به مقدار 245cc

 با گل بدست آمده ،مخلوط می
کنیم و در زیر
mixer  قرار می دهیم. برای اینکه گازوئیل روی نفت معلق
نماند (بخاطر چگالی کمتر) بایستی از امولسیفایر استفاده کنیم. پس هنگامی که
mixer روشن است از حدود 1g مایع ظرفشویی به عنوان امولسیفایر استفاده می کنیم.

در آخر کار پس از آماده شدن گل آن را
وزن کرده و توسط دستگاه 
Fann V_G Meter مقادیر را می خوانیم.
داده های زیر را داریم :   


 


 
 
آشنایی با واژگان تخصصی نفت
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٢:٥۸ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/۱٦
 

● زمین شناسی

▪ سن های زمین شناسی:

سن
های زمین شناسی شامل 5 دوره است که به ترتیب از قدیم به جوان عبارتند از:

1)
پری کامبرین : بیش از 560 میلیون سال پیش

2)
پالیوزوییک : 245-560 میلیون سال پیش

3)
مزوزوییک : 65-245 میلیون سال پیش

4)
سنوزوییک که شامل 2 دوره است:

1-4)
ترشیاری: 2-65 میلیون سال پیش

2-4)
کواترنری: از 2 میلیون سال پیش تا کنون


سازند:

به
مجموعه ی رسوبات سنگ شده ای گفته می شود که برخی از ویژگی های آن ها مانند سن، نوع
فسیل، جنس، پیوستگی (قطع شدگی در آن دیده نشود و گسلی آن را قطع نکرده باشد)،
ضخامت، رنگ و .... تا حدودی مشترک است. در این میان سن و نوع فسیل سازند از اهمیت
بیشتری برخوردار است. ممکن است برخی از این ویژگی ها در یک سازند مشترک نباشد. به
طور مثال سازند آسماری در میدان اهواز و مارون دارای ضخامت های متفاوتی است. اما
به دلیل آن که سایر ویژگی های سازند همچنان در میدان های مختلف یکسان است، آن را
یک سازند واحد می شناسند. یک سازند ممکن است از یک یا چند لایه ی رسوبی تشکیل شده
باشد. البته لایه های یک سازند کاملاً به هم پیوسته هستند.


جنس سنگ( Lithology ):

به
جنس سنگ، لیتولوژی سنگ گفته می شود بعنوان نمونه وقتی گفته می شود لیتولوژی سازند
آسماری از نوع سنگ آهک است در واقع به این معنی است که جنس سنگ سازند آسماری از
جنس آهک است.


شیل (Shale):

سنگ
شیلی به سنگی گفته می شود، که ذرات تشکیل دهنده ی آن بسیار ریز است و دارای لایه
بندی های خیلی خیلی نازکی است که به آن ها تورق گویند از ویژگی های این نوع سنگ
این است دارای تخلخل بسیار زیاد است اما این تخلخل ها بسیار ریز هستند و تراوایی
این نوع سنگ بسیار پایین است و در نتیجه این نوع سنگ معمولا نمی تواند بعنوان سنگ
مخزن عمل کند اما از آنجا که معمولا درون این نوع سنگ ها مواد آلی وجود دارد می
تواند به عنوان سنگ منشاء عمل کند.


گنبدهای نمکی (salt dome):

همیشه
یک لایه در اعماق زیاد وجود دارد که از جنس نمک است از آن جا که نمک دارای چگالی
کم است و همچنین خاصیت روان کنندگی (Lubricant) دارد لایه های
دیگر براحتی روی آن می لغزند اما اگر نیرویی از اطراف این لایه را تحریک کند و به
آن فشار آورد این لایه کم چگال، به سمت بالا شروع به حرکت می کند و در لایه های
بالایی خود نفوذ می کند و به سمت سطح زمین روانه می شود و ممکن است این حرکت در
اعماق زمین متوقف شود و یا اینکه این گنبد نمکی لایه های زمین را طی کند و به سطح
زمین برسد و گنبد هایی از نمک ظاهر شود این گنبدهای نمکی به دلیل اینکه دارای
ترآوایی کم و شکل پذیری خوبی هستند می توانند به عنوان یک پوش سنگ (Cap rock) خوب عمل کنند.


برون زد(out crops):

بخشی
از سازند که به سطح زمین رسیده و بدون حفاری امکان دسترسی مستقیم به آن وجود دارد.


Type section :

بهترین
محلی که می توان برون زد یک سازند را مورد مطالعه قرار داد، به طوری که نمونه بدست
آمده تقریباً می تواند تمامی خصوصیات آن سازند را نشان دهد.


سطح فرسایشی(Erosional surface):

سطحی
که توسط عوامل فرسایشی(مانند آب،باد، و( ... فرسایش یافته است


مخزن (Reservoir):

به
بخش هایی از یک سازند که دارای نفت یا گاز باشد و تغییرات فشار قابل توجهی نداشته
باشند، مخزن نفت یا گاز گفته می شود. بنابراین ممکن است یک سازند دارای چندین مخزن
باشد.


سنگ منشأ یا سنگ مادر (source rock) :

سنگی
که نفت در آن پدید می آید. در واقع سنگ منشأ، محیط تشکیل نفت خام در میلیون ها سال
پیش بوده است. نفت پس از تشکیل در این محیط به سمت سنگ مخزن حرکت می کند و در آن
جا ذخیره می شود.


پوش سنگ (seal rock) یا (Cap rock) :

سنگی
که روی سنگ مخزن وجود داشته و دارای تراوایی بسیار پایینی است به نحوی که مانع از
خروج نفت از سنگ مخزن شود.


مهاجرت( Migration) :

به
جریان حرکت نفت و یا گازاز سنگ مشأ به سنگ مخزن پدیده ی مهاجرت گفته می شود.


سیستم نفتی(Oil System) :

به
مجموعه ی سنگ منشأ، سنگ مخزن و پوش سنگ یک سیستم نفتی می گویند.


میدان(Field) :

به
مجموعه ی یک یا چند مخزن نفت که دارای ساختار (ساختار تله نفتی) مشابهی باشند، یک
میدان نفتی می گویند.


حوضه(Province) :

به
مجموعه ی یک یا چند میدان نفتی که خصوصیات چینه شناسی یکسانی داشته باشند، حوضه
نفتی می گویند. هر حوضه شامل چند سیستم نفتی است.


کروژن(Kerogen) :

کروژن
به مواد آلی درشت دانه ای گفته می شود که توانایی انحلال در اسیدهای آلی را
ندارند.


بلوغ مواد آلی (Maturation) :

مسیر
تغییر و تحولات مواد آلی درون سنگ منشأ را " بلوغ (Maturation) مواد آلی" گویند.


عملیات های اکتشاف


روش های سطحی:

گاه
مطالعه برخی از نشانه ها در سطح زمین می تواند راهنمای ما برای کشف مخازن احتمالی
باشد. که این نشانه ها شامل : برونزد(outcrop)، چشمه های
نفتی (oil spring)،حوضه ی رسوبی و... باشند.


روش های ثقل سنجی و مغناطیسی سنجی:

این
2 روش برای شناسایی مخازن نفتی ای که ساختارهای مشخص و معینی (مثل طاقدیس) در
اعماق کم دارند به کار می روند. البته با روش مغناطیس سنجی تلوریک (telluric) می توان مخازن تا حدی عمیق را نیز
شناسایی کرد. در روش ثقل سنجی اساس کار این گونه است که تغییر شتاب جاذبه ثقل در
نقاط مختلف را می توان به تغییر ماهیت سنگ یا تغییر ساختار، مخصوصا ساختارهای
طاقدیس نسبت داد.


ژیوشیمی:

علمی
است که به مطالعه ی سنگ منشا و سنگ مخزن و ارتباط آن ها با هم می پردازد و در
مطالعه ی سنگ منشا نقش بسزایی دارد و اطلاعاتی شامل نوع کروژن، مرحله ی بلوغ و ...
در اختیار قرار می دهد. برای کسب اطلاعات بیشتر اینجا را کلیک کنید


مطالعه لرزه نگاری(seismic) :

در
روش لرزه نگاری امواج لرزه ای در اثر انفجار به صورت موج های مکانیکی در لایه های
درون زمین منتشر می شوند؛ برای این که بازتاب این امواج از لایه های مختلف، دریافت
شود، گیرنده هایی (Geophone) بر روی زمین تعبیه شده اند که بازگشت
این امواج را ثبت می کنند. منابعی که برای ایجاد این لرزه ها بکار می رود می
تواندچاله هایی که از مواد منفجره پر شده است، یا دستگاه vibrosize باشد.این عملیات ها در ابعد مختلف :2
بعدی (2-Dimensional)، بعدی (3- Dimensional) و حتی به روش 4 بعدی ( 4- Dimensional) انجام می گیرند.


چاه های اکتشافی:

تنها
راه حل برای شناسایی مخزن و اثبات وجود سیال در درون آن ها،به صورت قطعی حفر چاه
های اکتشافی است. روش های مطالعات سطحی،ثقل شنجی و مغناطیس سنجی،لرزه
نگاری،ژیوشیمی و... اطلاعات اولیه را برای حفر اولین چاه در اختیار متخصصین اکتشاف
قرار می دهند؛ این متخصصین برای دست یابی به دقت بیشتر در اطلاعات خود باید چاه
های اکتشافی را در مخزن حفر کنند.


خصوصیات سنگ و سیال


تخلخل(porosity) :

بخشی
از حجم سنگ که توسط بخش جامد اشغال نشده است؛ در واقع قسمت های خالی سنگ را تخلخل
گویند. نفت خام، گاز و آب در درون تخلخل های سنگ وجود دارند. حجم این تخلخل ها از
مقیاس میکرو تا مقیاس های بزرگ تغییر می کند.


خمیره سنگ(matrix) :

مجموع
قسمت های جامد تشکیل دهنده سنگ ها را به جز قسمت رسی آن گویند. علت این امر آن است
که سنگ های رسی به دلیل تراوایی بسیار پایینی که دارند، تأثیری بسیارمنفی و
نامطلوبی بر تراوایی و کیفیت کل مخزن می گذارند. بنابراین محاسبه ی درصد رس موجود
در سنگ به عنوان یک عامل مجزا از خمیره از درجه اهمیت بالایی برخوردار است.


درجه ی تخلخل(degree of porosity) :

نسبت
حجم فضاهای خالی سنگ به حجم کل سنگ، درجه ی تخلخل گفته می شود.


نفوذپذیری یا تراوایی ( Permeability) :

توانایی
سنگ برای عبوردهی سیالی (با گران روی مشخص و در فشار مشخص) از درون خلل و فرج خود
را Permeability می گویند. نفوذ پذیری مطلق تنها به
خصوصیات سنگ بستگی دارد، اما نفوذپذیری نسبی علاوه برخصوصیات سنگ، به خصوصیات سیال
و درصد اشباع(سنگ از سیال) نیز بستگی دارد.

ـ
توضیح: منظور ازگران روی مقاومت سیال در برابر جریان و حرکت است.


شکاف مصنوعی (Hydraulic Fracturing ):

از
نقطه نظر مهندسی نفت و گاز و بهره برداری از مخازن هیدروکربوری، افزایش بهره دهی
در چاه ها به ویژه در چاه هایی با نفوذ پذیری کم یا چاه های آسیب دیده یکی از
مهمترین اهداف می باشد. تا به امروز روش های متفاوتی برای افزایش میزان بهره دهی
چاه ها ارایه و انجام شده است که هر یک می تواند به طریقی موجب بهبود عملکرد چاه
ها گردد. از مهمترین روش های بهبود بهره دهی چاه ها، اثر گذاشتن بر فیزیک سنگ مخزن
می باشد که در آن سعی می شود تا ساختار فیزیکی سنگ مخزن بهبود یابد. از جمله مهم
ترین این روش ها می توان به ایجاد شکستگی های مصنوعی در سنگ مخزن اشاره کرد.


درجه اشباع(degree of saturation) :

درجه
اشباع یک سیال، عبارت است از درصدی از حجم فضاهای خالی سازند که توسط آن سیال
اشغال شده است.


درجه شوری(salinity) :

میزان
نمک محلول در آب سازندی را گویند


کشش سطحی(IFT) :

نیرویی
که بین سطح دو سیال(مانند نفت و آب، نفت و گاز، یا گاز و آب) ایجاد می شود.


نقطه شبنم(Dew point) :

شرایط
دما و فشاری که در آن اولین قطره مایع ایجاد می شود و تا قبل این نقطه فقط فاز گاز
داریم.


Cricondenterm :

حداکثر
دمایی که در آن سیال به صورت دو فازی(گاز و مایع) است.


نقطه ی بحرانی (Critical point):

حداکثر
فشاری که در آن سیال به صورت دو فازی(گاز و مایع) است.


Black oil :

نفت
سنگین.


Volatile oil :

نفت
سبک.


Gas Condensate :

گاز
میعانی.


Wet gas :

گاز
تر.


Dry gas :

گاز
خشک.


نقطه ی حباب یا شبنم (Bubble Point
Pressure) :

با
افت فشار مخزن، گاز محلول در نفت توانایی آن را پیدا می کند که از نفت خارج شود،
فشارنقطه ی حباب یا (فشار اشباع) فشاری است که اولین حباب گاز از نفت جدا می شود.
روشن است که در فشار های بالاتراز آن تنها یک فاز مایع و در فشار های پایین تر از
آن دو فاز مایع و گاز وجود دارد.

در
شکل زیر می توانید منحنی نقطه ی حباب، نقطه ی بحرانی و نقطه ی شبنم را برای یکی از
انواع سیالات مشاهده کنید.


چاه پیمایی


چاه پیمایی یا لاگ (logging):

چاه
پیمایی ابزاری است که اطلاعاتی درباره ی تغییرات خواص فیزیکی سازندهایی که چاه آن
ها را قطع کرده و همچنین سیال (همچون نفت، گاز و آب) موجود در آن ها را در اختیار
مهندسین نفت قرار می دهد. هر لاگ شعاع بررسی مشخصی دارد. انواع لاگ ها عبارتند از:

1)
نگارهای الکتریکی

2)
نگارهای هسته ای

3)
نگارهای صوتی

4)
نگارهای الکترومغناطیسی

5)
نگار دماسنجی

6)
نگار شیب سنجی

7)
نگار تصویرساز

8)
تکنیک های جدید چاه نگاری


مقاومت ویژه الکتریکی(Resistivity):

میزان
مقاومت مواد در برابر جریان الکتریسیته (حرکت الکترون) در درون آن است. با بدست
آوردن مقاومت ویژه می توان برخی از این خواص را شناسایی کرد. مقاومت ویژه الکتریکی
مبنای محاسبه میزان شوری سیال است. نوعی از مقاومت ویژه که در ادامه به آن پرداخته
شده است، مبنای محاسبه تحرک پذیری سیال واقع می شود. همچنین تشخیص نوع و حجم سیال
درون سازند و پارامتر های مهم دیگر از طریق محاسبه مقاومت ویژه امکان پذیر است.


مقاومت الکتریکی ظاهری:

مقاومتی
است که توسط لاگ اندازه گیری می شود، معمولاً با مقدار واقعی مقاومتی که قصد اندازه
گری آن را داریم، متفاوت است. چرا که اثر لایه های مجاور، نازک بودن لایه، دقت
اندازه گیری لاگ، خطا در انجام عملیات لاگ کیری و ... موجب می شود، مقاومت مورد
نظر به درستی اندازه گیری نشود. به همین دلیل باید تصحیحات لازم روی داده های لاگ
انجام شود تا بر دقت کار افزوده شود.


Rt :

مقاومت
الکتریکی ویژه زون دست نخورده


Rmf :

مقاومت
الکتریکی ویژه گل حفاری فیلتره شده داخل سازند


Rw :

مقاومت
الکتریکی ویژه آب درون سازندی


Rxo :

مقاومت
الکتریکی ویژه بخشی از سنگ که توسط گل حفاری فیلتره شده اشغال شده است. این مقاومت
الکتریکی در بررسی توانایی تحرک نفت در درون سازند (Mobility) کاربرد دارد که با روشن شدن آن، می
توان پارامتر های دیگری همچون حجم درجای نفت را محاسبه کرد.


Rt :

مقاومت
الکتریکی ویژه زون دست نخورده

ـ
نکته:

هنگامی
که هدف ما بررسی Rt است، باید توجه داشته باشیم، آنچه در
واقع دستگاه اندازه گیری می کند، مقاومت الکتریکی ظاهری محیط بررسی است و برای
رسیدن به هدف بررسی یعنی Rt باید اثر بقیه
پارمترها مثل مقاومت الکتریکی ویژه گل حفاری ، قطرچاه واثر) Rs مقاومت الکتریکی لایه های مجاور لایه
مورد مطالعه است)را حذف کنیم.


Ro :

مقاومت
الکتریکی ویژه سنگی که 100 درصد فضای خالی آن، ازآب اشباع شده است


قدرت تفکیک قایم یا جداسازی قایم :

توانایی
دستگاه در مشخص کردن مرز بین لایه هاست. هر چه قدرت جداسازی قایم بیشتر باشد، لایه
های نازک بهتر قابل شناسایی هستند.


بازه(AM) :

فاصله
میان چشمه(فرستنده) و گیرنده را بازه گویند. هر چه این فاصله بیشتر باشد شعاع
بررسی بزرگ تر، اما جداسازی قایم کم ترمی شود.


اثر کامپتون :

هنگامی
که پروتوی گاما به الکترونی برخورد می کند، مقداری از انرژی خود را صرف خارج کردن
آن الکترون از اتمش می کند و بخش دیگر انرژی آن در امتداد دیگری منتشر می شود. به
این پدیده اثر کامپتون می گویند.

پرتوهای
گاما ذرات بدون جرمی هستند که با سرعت نور منتشر می شوند.


زون رخنه(invaded zone) :

منطقه
ای که توسط گل حفاری تحت تاثیر قرار گرفته است.


زون دست نخورده(intact zone) :

منطقه
ای که توسط گل حفاری تحت تاثیر قرار نگرفته است، یعنی هیچ یک از بخش های گل حفاری
به آن جا نرسیده است.


زون انتقالی(transition zone) :

منطقه
ی بین زون آغشته و زون دست نخورده را گویند که در این منطقه شرایط زون آغشته کم کم
به شرایط زون دست نخورده تبدیل می شود.


گل کبره(mud cake) :

منطقه
ای که توسط قسمت جامد گل حفاری تحت تاثیر قرار گرفته است(گل حفاری از دو قسمت
تشکیل شده است 1 قسمت آن سیال است و قسمت دیگر ذرات جامد است که در سیال ، محلول
یا بصورت معلق هستند) .


گل کبره و فیلترای گل :

هنگامی
که گل حفاری به درون سنگ وارد می شود، ابتدا قسمت جامد گل در خلل و فرج بخشی از
سنگ گیر می کند. به این بخش از گل حفاری که در درون سنگ گیر افتاده گل کبره گویند.
اما بخش محلول گل که بیشتر در سنگ نفوذ می کند و منطقه بیشتری از آن را تحت تأثیر
خود قرار می دهد، فیلترای گل گویند.


آب سازند :

آبی
که به طور طبیعی از میلیون ها سال پیش در درون سازند باقی مانده است.


شعاع بررسی :

شعاع
بررسی یک لاگ مشخص می کند که دستگاه تا چه شعاعی پیرامون چاه می تواند خصوصیات سنگ
و سیال را مشخص کند.


توانایی تحرک نفت (Mobility) :

منظور
توانایی تحرک نفت در درون سازند است که در یک فشار مشخص و در برابر فشار تزریق
مشخص سیال دیگری محاسبه می شود.


دبی (Rate) :

مقدار
حجم سیالی که در واحد زمان (معمولا یک روز) از چاه تولید می شود. واحد آن متر مکعب
در روز یا گالن در روز است.


غلظت وزنی :

غلظت
وزنی کانی پرتوزا مشخص می کند که از نظر وزنی، چه مقدار از سازند از کانی های
پرتوزا تشکیل شده است.


چگالی :

چگالی،
نسبت جرم به حجم هر ماده است.


مطالعات مخزن و واژگان مرتبط


ازدیاد برداشت(Enhanced Oil Recovery : EOR) :

کلیه
روش هایی که طی آن به مخازنی که تحت شرایط طبیعی خود قادر به تولید اقتصادی
نیستند، از بیرون انرژی داده شده و یا موادی درآن ها تزریق شود، روش های ازدیاد
برداشت گویند.


چاه آزمایی(Well Testing):

به
محض حفر یک چاه در درون مخزن و آغاز استخراج سیال درون آن، تغییراتی در پارامتر
های مخزنی مانند فشار، حجم سیال درون مخزن، گرانروی سیال و... ایجاد می شود. تغییر
پارامتر های مخزن باعث تغییر رفتار مخزن مانند چگونگی فاز های سیال(مایع و گاز)
درون مخزن، در نتیجه چگونگی فازهای سیال استخراج شده، میزان دبی و... می شود.

بنابراین
با گذشت زمان و ادامه ی برداشت از مخزن، رفتار مخزن تغییر می کند. در واقع
پارامترهای مخزن به نوعی تابع زمان هستند. عملیات چاه آزمایی (Well Testing) تجزیه و تحلیل رفتار مخزن و چاه بر
اساس زمان است؛ نتایج حاصل از آن می تواند تأثیر زیادی در تشخیص مقادیر واقعی
پارامترهای مخزنی داشته باشد، از این رو چاه آزمایی یکی از مهم ترین ابزار های
مهندسان برای شناخت مخزن نفت محسوب می شود. به دست آوردن مقدار واقعی این تغییرات
نقش عمده ای در ایجاد یک مدل دقیق و به روز از مخزن دارد.


زمان میان بر(Break through time):

هنگامی
که از چاه نفتی در حال بهره برداری، آب زیادی برداشت کنیم، اصطلاحا گفته می شود که
چاه به آب خورده است یا break through
time اتفاق افتاده است و دیگر بهره برداری از آن چاه مقرون بصرفه نیست.


Fingering :

سطح
تماس بین 2 سیال معمولا یک صفحه کاملا صاف نیست و مقداری از سیالی که دارای قدرت
تحرک بیشتری است به داخل مرز میان 2 سیال نفوذ می کند سطح تماس سیال ها ی داخل
مخزن نفتی و گازی نیز به همین صورت است این پدیده یعنی Fingering مخصوصا در هنگام تزریق آب به مخزن به
منظور برداشت نفت بیشتر،خود را بیشتر نشان می دهد از آن جا که آب دارای تحرک
بیشتری است از سطح تماس آب تزریقی و نفت عبور کرده و سطح تماس این 2 سیال شکل
انگشتان دست را به خود می گیرد به این علت این پدیده Fingering گویند و باعث می شود که آب تزریقی به
داخل مخزن، سریع تر به چاه برداشتی برسد و اصطلاحا زودتر چاه ما به آب بخورد و
پدیده break through time اتفاق بیافتد.
با وقوع این حادثه و افزایش نسبت آب به نفت برداشتی ، دیگر برداشت از آن چاه مقرون
بصرفه نیست.


مهاجرت ماسه (Sand migration) :

درمخازن
ماسه سنگی یا مخازنی که دارای مقداری ماسه هستند اگر ماسه شل (loose) باشد، هنگام برداشت نفت یا گاز از آن
مخزن، این ذرات ماسه به داخل چاه وارد می شوند و باعث می شوند خلل و فرج (porosity)مسیرحرکت خود را پر کنند و کیفیت مخزن
راکاهش دهند. هم چنین این ذرات ماسه باعث ایجاد خوردگی در تاسیسات سر چاه و لوله
های جداری می شوند که باید تمهیدات لازم جهت ثابت کردن(stable) این ذرات ماسه اندیشیده شود ومانع از
مهاجرت آن ها به سمت دهانه چاه شد.


اثر مخروطی (Gas & water coning):

درهنگام
برداشت نفت از چاه اگربه شیوه ی درستی از مخزن برداشت نشود، نفت به اطراف حرکت
کرده و گاز و آب به ترتیب در بالا و پایین ستون نفتی به حالت مخروطی به داخل ستون
نفت وارد می شوند، ارتفاع ستون نفت را در آن چاه کاهش می دهند و باعث کاهش برداشت
نفت از آن چاه می شوند .


آسفالتن (Asphalten):

بخش
های سنگین نفت را که ظاهر آن همچون قیر است را آسفالتن می گویند. پدیده تشکیل
آسفالتن نیز از پدیده هایی است که در بعضی از میادین ایران هنگامی رخ می دهد که
بخش های سبک نفت به دلایل مختلف مانند water
washing ، فعالیت میکروب ها(این میکروب ها می تواند به طور طبیعی در مخزن
باشند یا هنگام تزریق آب به مخزن اگر ناخالصی های آب گرفته نشود (آب treat نشود) و حاوی این میکروب ها باشد وارد
مخزن می شود)، از آن جدا شده و یک لایه آسفالتن در قسمت زیرین مخزن تشکیل می شود
که باعث قطع ارتباط مخزن با قسمت آبران آن شده و انرژی لازم برای بالا آمدن نفت را
از آن می گیرد.


مخازن گاز میعانی(Gas Condensated Reservoir):

به
مخازنی گفته می شود که گاز موجود در آن ها در شرایط دما و فشار سطحی به نفت تبدیل
می شود و این نوع نفت بسیار سبک است و دارای API بالایی (در حدود 50 API )است.


نسبت گاز به نفت[GOR) Gas oil ratio )] :

نسبت
گاز به نفت را گویند. در واقع نسبت گاز به نفت را در شرایط دما و فشار سطح زمین را
GOR گویند.


فشار اشباع(Bubble Point Pressure) :

با
افت فشار مخزن، گاز محلول در نفت توانایی آن را پیدا می کند که از نفت خارج شود،
فشار اشباع فشاری است که اولین حباب گاز از نفت جدا می شود. روشن است که در فشار
های بالاتراز آن تنها یک فاز مایع و در فشار های پایین تر از آن دو فاز مایع و گاز
وجود دارد.


PSI)Pound per square inch):

یک
واحد فشار است که معمولا در صنعت نفت فشار را با این واحد معرفی می کنند.

هر
یک PSI، معادل 6894/7پاسکال است. هر پاسکال 1
نیوتن بر متر مربع است. هر نیوتن تقریباً معادل یک دهم کیلوگرم است.


API ) American petroleum Institution) :

در
واقع معرف کیفیت نفت است و هر چه این عدد افزایش یابد نفت سبکتر می شود اگر این
عدد خیلی زیاد شود( در حدود API
50)
نفت به (Condensated oil) نفت میعانی تبدیل می شود و از این
مقدار بالاتر برای گازها بکار می رود.


Btu) British thermal unite) :

واحد
گرمای بریتانیایی. یک واحد گرما است در واقع ارزش گرمایی سوخت را مشخص می کند.


کلاهک گازی (Gas Cap) :

در
صورتی که در یک مخزن نفتی هر سه سیال آب، نفت و گاز وجود داشته باشد، ترتیب قرار
گرفتن سیالات درون مخزن به گونه ای است که از پایین به بالا ابتدا آب، بعد نفت و
سپس گاز قرار می گیرد. به سازند ی که در آن گاز قرار دارد، سازند گازی و به
سازندهای دیگر سازندهای نفتی و گازی می گویند.

به
بخش بالایی مخزن که حدفاصل میان پوش سنگ و سطح تماس نفت و گاز است، کلاهک گازی
مخزن نفتی می گویند. گفتنی است که برخی از مخازن فاقد کلاهک گازی، برخی دیگر فاقد
بخش آب ده هستند و برخی فاقد هر دوی آن ها هستند.


سفره آبی(Aquifer) :

سازند
آبی ای که در پایین مخزن می تواند وجود داشته باشد.


امتزاج پذیری (Miscibility) :

دومایع
را وقتی امتزاج پذیر می گویند که کاملاً درهم حل شده و امولیسون نسازند.


اوپک (OPEC) :

اوپک
که شکل خلاصه شده ی (Organizations
of Petroleum exporting Countries) یعنی سازمان کشورهای صادرکننده ی نفت
است . این سازمان در 14-10 سپتامبر 1960 توسط 5 کشور ایران، عربستان، ونزویلا و
کویت و عراق تشکیل شد که بعد از آن 9 کشور دیگر الجزایر، قطر، نیجریه، امارات،
اندونزی، لیبی، الجزیره، اکوادور، آنگولا به آن ها اضافه شدند. هدف از تشکیل این
سازمان کنترل سیاست های قیمتی نفت بود.


Isothermalهم دما (دمای ثابت) :

معمولاً
در مخزن دما تقریباً ثابت است و فرآیند های داخل مخزن را به صورت هم دما فرض می
کنند.


اثر پوسته ای (Skin Effect) :

این
اثر باعث کاهش تماس سنگ مخزن با دهانه چاه می شود و مانند یک لایه ی نازک سطح سنگ
که در تماس با چاه است را می پوشاند.


تحریک چاه(Well Stimulation) :

هر
فرایندی که طی آن بهره دهی چاه افزایش یابد و سیال با سرعت و انرژی بیشتری وارد
چاه شود را تحریک چاه گویند مانند: اسید کاری، تزریق مواد شیمیایی و ...


شاخص تولید( Productivity index) :

نسبت
سیال تولید شده به سیال موجود در مخزن را گویند.


اشباع بحرانی میعانات :

با
رسیدن اشباع میعانات به این سقف، فاز مایع در قالب لایه ی مایع چسبیده به دیواره
شروع به حرکت می کند.


CVD)Constant Volume Depletion ) تخلیه با حجم
ثابت :

در
این آزمایش حجم ثابت گرفته می شود و با تغییر پارامتر فشار رفتار سیال را بررسی می
کنند.

▪CCE)Constant Composition Expansion)انبساط با ترکیب ثابت :

در
این آزمایش ترکیب سیال حفظ می شود، و هیچ ترکیبی از سیال خارج نمی شود.


Positive coupling effect :

گاز
در اثر حرکت سریع خود میعاناتی را که در سر راه خود دارد به درون چاه می آورد
وباعث تخلیه ی میعانات می شود که یک اثر مثبت ایجاد می کند.


پوسته :

فاصله
نزدیک چاه که به دلیل عواملی، خواص فیزیکی خود را از دست داده باشد. این عوامل می
تواند ورود آب از گل حفاری به داخل سازند یا عوارض حاصل از مشبک کاری (سوراخ کردن)
و هم چنین آزادشدن گاز نزدیکی چاه، به دلیل افت فشار و هم چنین رسوب آسفالتین(نوعی
نفت بسیار سنگین با گرانروی بسیار بالا) می تواند باشند. مقدار پوسته را با یک
ضریب به اسم ضریب پوسته نشان می دهند.


حفاری


انواع حفاری:

برای
بهره برداری از نفت و گاز مخازن، که هزاران متر زیر زمین هستند، باید تمام سازند
ها و لایه های بالایی و خود سنگ مخزن مورد حفاری قرار گیرد.امروزه در صنعت نفت،
صنعت حفاری حرف اول را می زند و ملاک قدرت شرکت های نفتی محسوب می شود.انواع روش
های حفاری عبارتند از:

1)
حفاری عمودی

2)
حفاری جهت دار

3)
حفاری زیرتعادلی

4)
Multilateral

5)
حفاری افقی


ناحیه ی هدف:

ناحیه
ای معین در عمقی از پیش تعیین شده که بر اساس طراحی انجام گرفته، چاه باید آن
ناحیه را قطع کند.


حفاری عمودی (vertical drilling)

در
این روش حفاری بصورت عمودی نبست به سطح زمین انجام می شود اما در هر حفاری یک
انحراف از مسیر (drift) وجود دارد که در روش عمودی این انحراف
باید خیلی کم و در حد 1 درجه تا 2 درجه باشد.


حفاری جهت دار (Directional Drilling):

حفاری
جهت دار نوعی از حفاری است که در آن مسیر چاه بر اساس نقشه ای معین و از پیش طراحی
شده، برای رسیدن به ناحیه هدف (Target
Area) از حالت عمودی منحرف می شود. این نوع حفاری زمانی انجام می شود
که بنابه دلایلی هدف نهایی از محلی که بر روی زمین شروع به حفاری می کنیم به صورت
جانبی دارای فاصله باشد.


حفاری زیر تعادلی ( UBD) :

در
حفاری زیر تعادلی ( UBD) فشار سیال
حفاری عملا کمتر از فشار روزنه های سیالات سازند نگه داشته می شود، در نتیجه در
مواجهه با سازندهای نفوذپذیر، سیال سازند اجازه نفوذ به درون چاه در حال حفاری را
پیدا می کند. در این روش تجهیزات و روش های خاصی برای کنترل جریان سازند در حفاری
زیر تعادلی مورد نیاز است. اما این روش مزیت های قابل ملاحظه ای نسبت به حفاری
معمولی دارد.


Multi lateral Drilling :

این
روش بیشتر در چاه هایی مورد استفاده قرار می گیرد که برروی دریا قرار دارند(offshore)یا همان سکوهای نفتی و گازی دریایی. به
این ترتیب که از یک سکو در جهت های مختلف حفاری انجام می شود هم زمان می توان
چندین نقطه در یک مخزن یا مخازن مختلف را حفاری کرد.


حفاری افقی (Horizontal drilling) :

در
این روش، حفاری با زاویه 90 درجه نبست به محور چاه انجام می شود. این نوع حفاری می
تواند درسنگ مخزن بسیار بصرفه باشد چراکه سطح تماس مخزن را با چاه افزایش داده و
در نتیجه باعث برداشت بیشتر و بهتر از مخزن می شود، اما این روش نیاز به تکنولوژی
بالایی نیز دارد.


Measured depth :

طول
واقعی چاه از نقطه شروع حفاری تا هر نقطه دلخواه درمسیر آن.


Build up :

قسمتی
از چاه که زاویه شیب (inclination) افزایش می
یابد.


Build up Rate :

سرعت
تغییر زاویه چاه (Build up Rate) را معمولاً به ازای هر 100فوت عمق
اندازه گیری شده (Measured depth)، بر حسب درجه بیان می کنند.


MWD) Measured While Drilling):

نوعی
از دستگاه های موقعیت یاب و اندازه گیری که در انتهای رشته حفاری و بالای مته قرار
می گیرند و این امکان را فراهم می آورند که درحین عملیات حفاری بتوان موقعیت دقیق
چاه را تعیین کرد.


موتور گل(Mud Motor) :

موتورهایی
که نیروی محرکه خود را از گلی که با فشار به درون لوله ها پمپ می شود به دست می
آورند.


انحراف از مسیر اولیه (Side Track) :

عملیاتی
که به منظور جهت دهی دوباره به مسیر چاه انجام می گیرد، این کار با حفاری مجدد از
نقطه ای بالاتر از انتهای چاه آغاز می شود.


Kelly :

یک
لوله استوانه ای شکل است که مقطع آن مربع یا شش ضلعی منتظم است. این لوله ویژه ی
روش حفاری با میزگردان است و در روش topdrive از آن استفاده
نمی شود.


رشته های حفاری (drilling pipe) یا (drilling string) :

رشته
های حفاری، لوله های استوانه ای شکلی هستند که دارای طولی در حدود 30 فوت هستند.
ابتدا 3 رشته حفاری به هم پیوند می خورند که به آن ها یک Stand گفته می شود و سپس stand ها به درون چاه فرستاده می شوند.


Collar :

لوله
ای استوانه ای شکل است که قطرو وزن آن نسبت به رشته های حفاری بیشتر است و از آن
برای اعمال نیرو بر روی مته استفاده می شود، کاربرد دیگر آن شاقول کردن و یا در
اصطلاح مرکز کردن(centralize) مته در داخل چاه است.


مته (Bit) :

برای
حفر سازندها از آن استفاده می شود و دارای انواع مختلفی است مانند کاج دار، الماس
طبیعی و مصنوعی و غیره که هر کدام کاربردها ، مزیت ها و معایب خاص خود را دارند.


موتور متحرک (draw work) :

موتوری
است که سیم های نگهدارنده را دور قرقره که در داخل خود قرار دارد، جمع یا باز می
کند.


جعبه متحرک( traveling block ) :

این
بخش نیز همانند تاج دکل جعبه ای ست که داخل آن چندین قرقره قرار می گیرد و فرق آن
با Crown block در این است که Crown block ثابت است اما traveling block متحرک است.


تاج دکل ( Crown block) :

در
واقع جعبه ای است که داخل آن چندین قرقره ثابت قرار می گیرد.


قرقره ذخیره (storage reel) :

قرقره
ای است که سیم های نگهدارنده ذخیره، بدور آن جمع می شوند.


سیم های نگهدارنده :

سیم
هایی هستند که نیرو را از draw
work به قسمت های دیگرمنتقل کرده و باعث بالا و پایین رفتن لوله ها
داخل چاه می شوند.


قلاب (hook) :

از
این ابزار در سیستم های میزهای گردان استفاده می شود و برای آویزان کردن swivel به traveling block مورد استفاده قرار می گیرد.


هرزگرد (swivel) :

این
ابزار نیز در سیستم میزگردان مورد استفاده قرار می گیرد و در واقع هرزگردی است که
باعث می شود kelly براحتی داخل swivel بچرخد.


پمپ های گل (pumps) :

که
گل را با فشار به داخل رشته های حفاری و از آنجا به درون چاه پمپ می کند.


Stand pipe :

لوله
ای عمودی که گل از آن به داخل Kelly
hose منتقل می شود.


Kelly hose :

شیلنگ
مرتجعی است که گل حفاری را از stand
pipe به Kelly منتقل می کند.


Kelly و رشته های حفاری :

که
گل از درون آنها به مته می رسد و سپس وارد فضای حلقوی بین رشته های حفاری و دیواره
چاه می شود.


فضای حلقوی (annulus) :

گل
حفاری به همراه کنده های حفاری از داخل فضای حلقوی چاه به سطح می رسند. در واقع به
فضای بین رشته های حفاری و دیواره چاه ، فضای حلقوی گویند.


Shale shaker :

غربالی
است با مِش های مختلف که هر کدام کنده های حفاری با سایز های مختلف (در حد بزرگ تر
از ماسه و رس) را از گل جدا می کنند.


Desilterو desander :

قسمت
های ریز کنده های حفاری، در سایزهای رس و شن که توسط shale shaker قابل جدا شدن نیستند، را جدا می کنند.


لوله های جداری (Casing) :

لوله
های جداری وظایف مختلفی را برعهده دارند به عنوان مثال جدا کردن سازندهای مختلف از
یکدیگر، جلوگیری از امتزاج سیالات سازندهای مختلف و غیره. این لوله های جداری توسط
سیمان به دیواره چاه می چسبند و از بالا نیز نگه داشته می شوند.


لوله هادی (Conductor pipe) :

که
دکل حفاری روی آن سوار می شود


لوله جداری سطحی ( surface casing) :

که
مانع از امتزاج نفت و سیالات حفاری با سفره ی آب های زیرزمینی و آلوده شدن این آب
ها می شود.


لوله های جداری میانه (Intermediate) :

اگر
خواستیم در مسیر حفاری ارتباط سازندی را از سازندهای دیگر جدا کنیم از آن استفاده
می کنیم.


لوله جداری تولیدی (production
casing) :

که
درقسمت مخزنی چاه نصب می شود و هنگام بهر ه برداری آن را سوراخ می کنند و از آن
بهره برداری می کنند.


آستری (Liner) :

این
نوع لوله های جداری تا سطح کشیده نمی شوند بلکه تا پایین ترین قسمتی که لوله جداری
قبلی گذاشته شده است ادامه دارد.


فوران گیرها (BOP) (blow out preventor) :

فوران
گیر ابزاری است که از یک بدنه اصلی و تعدادی شیر کنترل تشکیل شده است و طی عملیات
حفاری روی سرآخرین لوله جداری که در چاه رانده شده بسته می شود. بخش های مختلف
فوران گیر شامل شیرهای ورودی و خروجی گل، شیر ورودی سیمان، shear rams و Blind rams و annulus preventor است.


Platform :

دکل
های ثابتی هستند که بعد از حفاری دیگر کاربردی ندارند و نمی توان آن ها را حمل و
منتقل کرد.


Jack - up :

در
این نوع ارتفاع platform (سکوی حفاری) قابل تنظیم است و می توان
با توجه به ارتفاع موج های دریا که در منطقه ایجاد می شود، سطح سکوی حفاری را بالا
یا پایین آورد.


kick :

به
شرایطی گفته می شود که به علت زیادبودن فشار سازندهای حفاری شده نسبت به فشار
هیدرواستاتیک ستون گل، سیال سازند وارد چاه شود.


فوران(Blow out) :

در
صورتی که پس از پیدایی kick، این شرایط
کنترل نشود و سیال پر فشار به سطح زمین برسد، باعث ایجاد فوران و در برخی مواقع
آتش سوزی می شود.


کشتن چاه (Well Killing) :

روش
های جلوگیری از راه یافتن سیال سازند به سطح زمین و فوران را روش های کشتن چاه (Well Killing) می گویند.


مانده (Fish) :

قطعاتی نظیر تکه های لوله حفاری، تکه های مته و یا
ابزارهای دیگر که بنابه هر دلیل درون چاه سقوط کرده و یا در میانه چاه گیر کرده
اند و ادامه عملیات حفاری را مختل می نمایند.


 
 
مواد افزودنی به گل‌های حفاری
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٢:٥٦ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/۱٦
 

مواد افزودنی به گل‌های حفاری

جهت کنترل رفتار ذرات
کلوئیدی، جلوگیری از هدر رفتن گل حفاری، کاهش خواص ژله شدن و کاهش گرانروی معمولاً
به گل حفاری بعضی از ترکیبات شیمیایی را اضافه می‏کنند. همچنین ممکن است گل حفاری
در هنگام برخورد با طبقات مختلف زمین، خاصیت خود را از دست بدهد، به همین دلیل باید
گل حفاری کنترل شده و خواص از دست رفته جبران شود. به همین خاطر مواد مختلفی
(معدنی و شیمیایی) به آن اضافه می‌کنند، که این  موادمورداستفادهتابع: روشحفاری،مقاومتسنگ‌ها،میزانشکستگی،عمق،موادگازیوترکیبکانیشناسی
سنگ هستند.

در اینجا
به شرح بعضی از این مواد می‏پردازیم:

میکا: برای جلوگیری از گیر
کردن مته در سنگ‌های دارای خاصیت چسبندگی زیاد، نظیر زون گسلی یا سنگ‌های مارنی،
باید از میکا استفاده شود. همچنین در مواقع ضروری میکا به گل حفاری افزوده شده تا
ترک خوردگی موجود در طبقات زمین را پر نموده و از ورود گل به طبقات زمین جلوگیری
می‌کند‌.

گرافیت: هر گاه مته و محور آن به
هنگام حفاری گیر کند استفاده از گرافیت لازم می‌آید که البته بعد از برطرف شدن
مانع باید آن را از چاه خارج کرد.

باریت: باریت به دلیل سادگی
مصرف در حین کار، خنثی بودن از نظر شیمیایی، نرمی ‌و مناسب بودن از نظر قیمت، در
گل حفاری مورد استفاده قرار می‌گیرد‌. باریت در آب حل نمی‏شود و به صورت ذرات معلق
در گل باقی می‏ماند و خواص گل را تغییر نمی‏دهد. یک ویژگی مهم باریت چگالی بالای (SG =4/2gr/cm 3) آن است به طوری که وقتی در گل حفاری قرار دارد در مقایسه با ذرات
دیگر حجم کمتری از گل را اشغال می‏کند در نتیجه هم چگالی گل را بالا می‏برد که
بسیار برای غوطه‏ور شدن ذرات سنگ مناسب است و هم حجم بیشتری از گل را در این حالت
مایع تشکیل می‏دهد و باعث روان‏تر شدن جریان گل می‏شود.

 گالن: برای افزایش وزن مخصوص در صورتی که فشار آب یا گاز در
سنگ‌هایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد از گالن استفاده می‌کنند. این ماده تا
کنون خیلی کم استفاده شده است زیرا وزن مخصوص بالایی دارد و سریع ته نشین می‌شود و
معلق نگه داشتن آن بسیار دشوار است.

سنگ آهک(1)1: این ماده همانند باریت در آب نامحلول و جزو مواد غیر
فعال به حساب می‌آید و برای بالا بردن وزن گل‌های پایه روغنی ( تا وزن 100 پوند بر
فوت مکعب) از آن استفاده می‌شود‌. نوع خالص آن به گل سفید معروف است‌. سنگ آهک در
اسید کلریدریک به خوبی حل می‌شود و به همین دلیل هنگام حفاری در سازند آسماری از
آن به عنوان افزایش دهنده وزن گل استفاده می‌کنند‌. تا پس از پایان عملیات حفاری
بتوان به وسیله اسید کلریدریک تمام ذرات سنگ آهک را که احتمال می‌رود خلل و فرج
طبقه نفت خیز را پر سازند، حل نموده و خروج نفت را آسان‌تر کند‌. البته نوع دیگر
آن به صورت دانه‌دانه است و به سنگ آهک دانه‌ای معروف است، فقط برای پر کردن ترک
یا گسستگی‌های طبقات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آهک زنده: جهت کاهش وزن مخصوص و
برای بالا بردن pH گل پایه آبی از آهک استفاده می‌شود‌.
ضمناً به عنوان پایدارکننده‌های گل‌های روغنی نیز مصرف می‌شود‌. مقدار مصرفی آن
حدود 6 تا 8 پوند برای هر بشکه می‌باشد‌.

کربوکسی متیل
سلولز
)
2 (
:
یک نوع کلوئید آلی است و معمولاً تحت نام عمومی‌ ثعلب در میان مردم شناخته می‌شود‌.
پودری است سفید رنگ که در آب به خوبی حل می‌شود‌. CMC یک نوع پلیمر آنیونی است که ذرات آن روی سطح ذرات رسی قابل جذب هستند.

ژیپس: برای جلوگیری از آلودگی
کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانی‌های رسی از ژیپس استفاده می‌شود.

آزبست: به منظور افزایش درصد
مواد حفاری می‌توان از آزبست استفاده نمود.

نمک: در موقع حفاری از میان
سازندهای نمکی به منظور کنترل قطر چاه و همچنین برای کنترل تورم رس‌ها در سازند
ماسه سنگی از نمک استفاده می‌شود.

پرلیت و خاکستر
آتشفشانی
:
جهت تهیه سیمان‌های سبک و خاص به کار می‌روند.

فسفات‌ها: فسفات‌ها برای
فرونشاندن بار الکتریکی موجود روی ذرات رس، شیل و بنتونیت‌های تجارتی به کار می‌رود‌.
در مواردی که گل حفاری منعقد می‌شود از این ماده برای پایین آوردن غلظت گل استفاده
می‌گردد‌.

 L.C.M(1)1:
موادی هستند که برای پر کردن ترک خوردگی‌های دیوار چاه و جلوگیری از مهاجرت گل
حفاری به درون این حفره‌ها به کار می‌روند و عبارتند از: الیاف گونی و پوسته
شلتوک، پوست گردو، پوست صدف یا گوش ماهی، خاک اره (پسماندهای اره نجاری) و مواد
دیگری نظیر ساقه برنج یا گندم.

کربنات سدیم یا
سوداـ اش
(2): این ماده به عنوان رسوب‌دهنده
یون کلسیم به خصوص سولفات کلسیم در گل‌های پایه آبی با pH
پایین نقش مهمی ‌را بازی می‌کند‌.

کاستیک سودا: نام دیگر آن سود سوزآور
است، در آب به خوبی حل می‌شود و قادر است pH
محیط را به 14 برساند و از آن برای کنترل pH گل
پایه آبی استفاده می‌شود‌. به دلیل هزینه بالا، گاهی از آهک به جای سود سوزآور
استفاده می‌شود‌.

 بیکربناتسدیم(3)1: این ماده به سودای خمیر معروف است، از بی‌کربنات سدیم به
منظور رسوب دادن یون کلسیم حاصل از سیمان یا سولفات کلسیم بی‌آب در گل‌هایی کهpH آنهابالاتراز 5/8 باشد،استفادهمی‌شود‌.
هدف اصلی از به کار بردن بیکربنات در گل‌های حفاری مبارزه با آلودگی سیمان است
زیرا سیمان pH گل را بالا می‌برد و خواص فیزیکی گل
را به کلی خراب می‌کند‌. بی‌کربنات سدیم به علت داشتن یون هیدروژن خود باعث کاهش pH می‌شود‌.

بی کربنات
باریم
(4): پودری سفید رنگ و بسیار
سمی ‌می‌باشد‌. برای مبارزه با آلودگی گل حفاری به انهیدریت (سولفات کلسیم بی‌آب)

از آن استفاده می‌شود‌. هنگامی‌که در لایه زمین دارای انهیدریت در حال حفاری
هستیم، مقدار زیادی سولفات کلسیم وارد گل می‌شود و خواص گل را تغییر می‌دهد‌. وجود
یون حاوی کلسیم در لایه‏های حاوی ژپیس(5) و انهیدریت(6)
باعث به هم پیوستن رس‌های موجود در گل حفاری شده اصطلاحاً گل گلوله گلوله می‏شود و
این امر باعث هدر رفتن آب گل حفاری و افزایش گرانروی و ضخیم ‏شدن بیش از حد گل
می‏شود که با افزایش کربنات باریم و جوش‏شیرین در زمانی که مقدار کلسیم کم باشد و
یا چنانچه مقدار کلسیم زیاد باشد باید با افزایش آهک گل آهکی یا کلسیمی‌ساخت تا
مشکل گل را تا حدودی برطرف کنند.

لیگنو سولفات
فروکروم
:
این ماده که در صنعت به سپرسین نیز معروف است به عنوان تینر(1)5 درگل‌هایآبنمکاشباع استفاده می‌شود‌. این ماده باعث
کاهش گرانروی در گل‌های که مواد جامد آنها کم و pH
بالا است می‌گردد.

کرومات سدیم(2)
و سولفیت سدیم
:
برای کاهش زنگ‌زدگی در لوله‌ها از آنها استفاده می‌شود‌.

کلرور کلسیم(3): به صورت فلس یا دانه‌دانه
و رنگ‌های سفید یا خاکستری یافت می‌شود‌. این ماده شدیداً جاذب رطوبت است‌. از
کلرور کلسیم در گل‌های بدون مواد جامد، سیمانکاری چاه نفت به عنوان کاهش‌دهنده
زمان بندش سیمان و در گل‌های پایه روغنی به منظور جلوگیری از ریزش رس موجود در
طبقات زمین استفاده می‌شود‌.

فروبار: ماده‌ای است به رنگ
قرمز آلبالویی و مخلوطی از هماتیت(4) با سیلیکات‌های غیر قابل متورم
شدن ساخته شده است‌. وزن مخصوص آن gr/cm37/4 و ذرات آن به صورت
گرد و مدور هستند‌. در عملیات حفاری همانند باریت به عنوان افزایش‌دهنده وزن گل
استفاده می‌شود‌. ترکیبات فروبار شامل 85 درصد سیلیکات‌های آلومینیوم فوری و سرب
می‌باشد‌.

 نشاسته(5)1: نخستین پلیمر آلی است که به مقدار وسیعی
در گل‌های پایه آبی مصرف می‌شود‌. وظیفه اصلی نشاسته در عملیات حفاری کنترل هرزروی
آب(6) می‌باشد‌. اما برای کاهش خاصیت ژلاتینی گل هم به کار می‌رود.

پلیمر ایکس سی(7): نام دیگرآن زانتان گام
می‌باشد‌. این ماده یک نوع پلی ساکارید محلول در آب است و در اثر واکنش باکتری‌های
بخصوصی بر روی هیدرات‌های کربناته بدست می‌آید‌.

این پلیمر به عنوان یک
ماده سوسپانسیون ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد و هدف اصلی از به کارگیری آن تهیه
گل‌های حفاری عاری از مواد جامد می‌باشد. ‌.

صابون مایع(8): مایعی است که در صورت
مخلوط کردن با آب، کف تولید کرده و برای ساختن گل حفاری با وزن حجمی‌ کمتر از وزن
آب مورداستفادهقرارمی‌گیرد‌.


 
 
نقش مواد در گل حفاری
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٢:٥٤ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/۱٦
 

»» نقش
مواد در گل حفاری
 

کنترل وزن مخصوص: برای منترل مخصوص از باریت ، گالن
و آهک استفاده می‌شود. در مواردی که فشار آب و یا گاز در منطقه حفاری زیاد باشد،
یا حفاری در سنگ خاصی (نظیر شیل) صورت گیرد، از باریت می‌توان استفاده نمود. در
صورتی که فشار آب و یا گاز در سنگهایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد، از گالن
استفاده می‌کنند. از آهک به منظور کاهش وزن مخصوص کمک می‌گیرد.

مواد تغییر دهنده غلظت : به منظور بازیابی سریع مواد
حفاری شده ، جلوگیری از گیر کردن مته و افزایش سرعت حفاری ، از نبتونیت سدیم‌دار ،
اتاپولژیت (
Attapulgite) ، آزبست ، موسکویت ، گرافیت و دیاتومیت
می‌توان استفاده کرد.

کنترل ترکیب شیمیایی محلول حفاری : ترکیب شیمیایی
محلول حفاری بر غلظت ، وزن مخصوص ، سرعت حفاری و دستگاههای حفاری تاثیر مستقیم می‌گذارد.
مواد معدنی مورد استفاده عبارتند از بی‌کربنات سدیم ، نمک ، آهک ، دولومیت و ژیپس.
 

»» مواد معدنی مورد استفاده در حفاری

بنتونیت : به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری
در چاههایی که درز و شکاف زیاد دارند. می‌تواند از نبتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش
داخلی سطح چاه استفاده نمود. نبتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می‌دهد. و در نتیجه
درصد بازیابی پودر و سنگ افزایش می‌یابد.

میکا : برای جلوگری از گیر کردن مته در سنگهای دارای
خاصیت چسبندگی زیاد ، نظیر وزن گسلی یا در سنگهای مارنی از میکا باید استفاده شود.

گرافیت : هر گاه مته و محور آن به هنگام حفاری گیر
کند استفاده از گرافیت لازم می‌آید که البته بعد از بر طرف شدن مانع باید آن را از
چاه خارج کرد.

باریت : برای کنترل وزن مخصوص از باریت استفاده می‌کنند.

گالن : به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفاده می‌نمایند.

آهک و دولومیت : جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصیت
قلیای از آهک و دولومیت می‌توان استفاده نمود.

ژیپس : برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت
لخته کردن کانیهای رسی از ژیپس استفاده می‌شود.

آزبست : به منظور افزایش درصد مواد حفاری می‌توان از
آزبست استفاده نمود.

نمک : در موقع حفاری به منظور کنترل قطر چاه و
همچنین برای کنترل پراکندگی رسها از نمک استفاده می‌شود.

کربنات و بی‌کربنات سدیم : به منظور کنترل محلولها و
جلوگیری از خطر آلودگی ، کربنات را مورد استفاده قرار می‌دهند.

پرلیت و خاکسترهای آتشفشانی : این مواد به عنوان
سیمان بکار می‌روند.

 

»» انواع گل حفاری :

a) گلپایهآبی

b) گل هوا و کف : نوعیگلپایهآبیبودهکهدرطبقاتباشکستگیزیادمورداستفادهقرارمیگیرند.

c) گلپایهروغنی :بخشعمدهآنگازوئیل (
۹۵
٪ تا٩۸٪ ) وبقیهآنآبنمکودیگرافزودنیهامیباشد.بهچنددلیلدرحفاریهاازگلروغنیاستفادهمیشود
:

1. دربخشهایمخزنیجهت
جلوگیری از ریزش چاه

2. جلوگیریازریزششیل

3. عدمنفوذزیادگلبدرونسازند

 

الف ) گاهی نوع خاص از گل تزریق می شود به نام پیل  : کهباویسکوزیتهبیشتراستوهنگامیکهچاهساکناستبدرونچاهاضافهمیشودوجلوگیریازهرزرویکهیاازLCM (مواد کنترل کننده هرزروی) و یا از Hv 
Pill
  (پیلباویسکوزیتهزیادیاپیلغلیظ)استفادهمیشود.

ب  ) سلاگ  : باوزنحجمیبیشتریاستودرهنگاملولهلولهبالامورداستفاده قرارمیگیرد.

 

»» موادی که به گل اضافه می شود  :

1) کاستیک (Na OH) برای تغییر در PH و قلیائی نمودن گل

2) رس : جهتبالابردنویسکوزیتهآن

3) باریت  : (Ba
SO4
) : بمنظور
بالا بردن وزن گل

4) CMC 
Hv
: جهت
بالا بردن ویسکوزیته
 درپیل

5) کلسیم
(
Ca) : بالا بردن سختی گل حفاری

6) بنتونیتبهمنظوربالابردنویسکوزیته

7) LCM 
(Loss Controller Material
): افزودنیهائی مثل پوست گردو ، پوست شکلات میکا و . . . برای نفوذ
در داخل خلل و فرج ( در هنگام هرزروی بالا استفاده می شود).

 

»» مشخصات گل حفاری :

صاف آب (WL :
Water Loss
):
بر حسب
cc.

پایه آبی : PH

Ca  برحسب ppm

ALK    : آلکالینیتی

پایه روغنی : ES : مربوطبهسالینیتی ( شوری ) وعدمدوفازشدنگل

HPHT  :مربوطبهصافآباست
.

 

»» آنالیز گل حفاری

در بخش گل حفاری خواص سیال حفاری را مورد بررسی قرار
می دهند و از آنجا که مثلاً بنتونیت
Bentonite به تنهائی از پس کلیه وظایف گل حفاری بر
نمی آید. یک سری افزودنی به گل اضافه می کنند که در این آزمایشگاه با انجام
آزمایشهای مختلف ترکیب یک گل با خصوصیات مورد نظر بدست می آورند. مثلاً یکی از
افزودنیها
CMC می باشد که برای افزایش viscosity به گل اضافه است. از خواص دیگر گل می
توان به موارد زیر اشاره کرد :

»» viscosity  (گرانروی ) کهدردورRPM 
600
 اندازهگیریمیشودبااستفادهازدستگاهRheometer  انجاممیگیرد. (یکیدیگرازخواصگلPlastic
viscosity
  است ) تعیینyieldpoint یکیدیگرازخواصگلحفاریاست.

»» هرچه yield
point

بالاتر باشد حمل قطعات و
cuttings توسط گل راحت ترصورت می گیرد.

 

»» از خواص مهم گلmud
filtrate

است که با دستگاه
API Standard filter press اندازهگیریمیشود. Mud
filtrate

مقدار آبی است که سیال حفاری در حین
circulation از دست می دهد. در دستگاه مورد نظرگل را
داخل یک محفظه می ریزند و مقدار آبی که در زمان 30 دقیقه تحت فشار
psi
100
از گل جدا
می شود برحسب
cc/30 min گزارش می گردد. همچنین دراین آزمایش
ضخامت
mud cake را نیز اندازه گیری می کنند. با افزودن یک سری مواد می توان ضخامت
mudcake را کاهش داد.

»» از خصوصیات دیگر گل حفاری استحکام ژله ای گل است.

یکی دیگر از دستگاههایی که برای اندازه گیری هرز روی
و بهینه کردن آن بکار می رود تا آن را به حداقل برساند
bridging
materialtester) BMT
)
می باشد. در این دستگاه برای هر نوع سازندی یک مدل اختیار می شود. مثلاً برای
سازند ماسه سنگی یک مدل گلوله ای را در نظر می گیرند و میزان هرز روی گل را از
داخل این مدل اندازه گیری می کنند.

در آزمایشگاه اسید زنی آزمایشات مربوط به اسیدکاری
انجام می شود. می دانیم که پس از سیمان کاری به چاه اسید می زنند تا سیمان باقی
مانده خارج شده و شسته شود.
Acidizing
Instrument

در این واحد قرار دارد، قلب این دستگاه
 پمپآناست.
درایندستگاهفشاروحرارتبررویسنگاعمالمیشود. درواقعاسیدبایکفشارمعینبهداخل
core تزریق می شود. در این دستگاه فشار و
حرارت برروی سنگ اعمال می شود.
 بهاین
وسیله کربناتهای داخل مغزه حل می شوند. پس از اسید زنی تراوایی را دوباره اندازه
گیری می گیرند، خروجی این دستگاه بصورت
print شدهتهیهشود.

 

خواص مکانیکی گل که باید در آزمایشگاه تعیین شوند
عبارتند از :

1.Plastic
viscosity)    PV
)

2. Yield
point)  YP
)

3. Gel
Strength)  gs
)

4. Filtration
Lost)  FL
)

 

 

 

»» سیستم گردش گل

سیال حفاری اگر مایع باشد قسمت عمده آن آب است و
گاهی نفت جزء اصلی آن است. از رس های مخصوصی برای شکل دادن به گل حفاری استفاده می
شود و باریت برای افزایش وزن مخصوص گل بکار میرود.
 موادشیمیائی
برای کنترل گرانروی (
Viscosity) گل و افزایش توانائی ذرات جامد گل برای
اندود نمودن دیواره چاه بکار می روند.
 ١٪تمامیچاههاینفتحفاریشدهازهوایمتراکمیاگازطبیعیبرایسیالحفاریبجایگلاستفادهکردهاند. مخازنگلدارایهمزنهائیهستند(Agitators) (پارو مانند) کهگلرابهمزدهومخلوطمیکنند.

 

»» گردش گل حفاری :

بخش های مختلف مسیر گردش گل به قرار زیر می باشند  :

 

1- مخازن گل  :     

                -1الف) مخزنذخیرهگل   ReserveTank

                  -2ب ) مخزنمکش        SuctionTank از آنها بدرون پمپها هدایت می شود.

                 -3ج ) مخزنشیکر         ShakerTank پس از خروج از چاه

                 -4د  ) مخزنمیانی        Middle Tank قبل از مخزن مکش قرار دارد.

 

*مخزن Trip  : درحینپرکردنوخالینمودنچاهدرشرایطیغیرازحفاری مثلا"
لوله بالا مورد استفاده قرار می گیرد

2–   پمپهایگل :

3-    Mud
Hose
  :لولهایکهازپمپبهSwivel وارد می شود.

4-     شیلشیکر
(
ShaleShaker)

5-   Mud
Cleaner

: شامل ١ -
Desander (ماسه زدا) و۲- Desilter (سیلتزدا)

6-   Degasser

7-   MudAggitator : شفتی است که با چرخش خود در مخزن
ترکیبات گل را
 بایکدیگرمخلوطمیکندوازتهنشینیموادموجوددرگلجلوگیریمینماید.
(دستگاهسانتریفوژروی
SuctionTank) قرار دارد).

8-  Stand
PipeManifold
 رویFloor حفاری قرار داشته با چهار مسیر بشرحزیر  :

1-8) Fill
UpLine
:
هنگام پر کردن چاه از گل

2-8) JetCellar: مسیری است که باعث خالی شدن Cellar میگردد.

3-8) Bottom
KillLine
:
به سمت
Pipe Rams  پائینمیرود.

4-8) Top
KillLine
:
که به سمت
Pipe Rams بالائی می رود.

 

9- Mud
Pit
: حوضچه
ای که زائده های داخل گل درون آن میریزد.

Over Balance= هرزروی گل در اثر فشار کم سازند

Under Balance= فشار سازند از گل بیشتر بوده و نتیجتا" فورانخواهیم داشت(Flow یا Kick ).


 
 
 
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٥:٢٩ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/۱٤
 

 

سیستم سیال حفاری
گلایکولی

 

بازدارندة جدید به عنوان هدف در نظر گرفته می شود.

 

علاوه بر مزایای ذکر شده در مورد سیالات حفاری غیر آبی، این خانواده از سیالات دارای یک سری نواقصی

 

هم هستند که از آن جمله می توان به هزینة بالا، محدودیتهای زیست محیطی، مشکلات مربوط به دفع،

 

مشکلات مربوط به سلامتی و ایمنی و خسارتهایی که به سازندهای بهره ده می زنند اشاره کرد. نتیجتاً، یک

 

سیال حفاری پایه آبی که شبیه به یک گل روغنی عمل کند به عنوان هدف نهایی در صنعت حفاری به

 

حساب می آید. دو شاخص مهم در ارزیابی میزان عملکرد یک سیال حفاری پایه آبی با توانایی بالا عبارتند

 

از: پایدارسازی شیلها و میزان روانکاری.

 

هنگامیکه شیلهای حساس به آب در معرض سیالات حفاری پایه آبی معمولی قرار می گیرند، تمایل به جذب

 

سریع آب از سیال حفاری دارند که در نتیجة آن بر حسب خواص شیمیایی شیل، پدیدة متورم شدن یا

 

عدم انسجام ،( bit‐balling ) پراکندگی شیل روی می دهد. نتیجة نهایی این پدیده ها توپی شدن مته

 

کنده ها، گشاد شدگی چاه، تنش پیچشی و کششی زیاد و گیر لوله ها است.

 

در 5 دهة گذشته، مواد شیمیایی متعددی برای بازدارندگی شیلهای حساس به آب به کار گرفته می شدند.

 

در این میان متداولترین روشی که مورد استفاده قرار می گرفت عبارت بود از استفاده از غلظتهای بالای

 

نمکهایی از قبیل کلرید پتاسیم، کلرید سدیم و نمکهای دوظرفیتی. ادعاهای متعددی در مورد مکانیسم این

 

نمکها در بازدارندگی از متورم شدن وجود دارد. توسعه یافته ترین سیالات بازدارندة شیل شامل گلهای کلرید

 

سدیم/نشاسته، گلهای سیلیکاتی، گلهای آهکی و گلهای ژیپسی بر پایة سولفات کلسیم هستند.

 

با این وجود، استفاده از این نمکها به مقدار زیاد اثرات منفی شیمیایی و زیست محیطی بر اکوسیستم می

 

٧

 

گذارد. این نمکها همچنین محدودیتهایی را بر انعطاف پذیری و سازگاری افزایه های سیال حفاری در

 

عمومیت یافت. دسته KCL/ فرمولاسیون گل اعمال می کند. در اواخر دهة 1960 و اوایل 1970 گلهای پلیمر

 

مورد بررسی قرار گرفتند و نتیجة آن این بود که این ترکیب در مقایسه با KCL ای از پلیمرها در ترکیب با

 

در غلظتهای پائین پلیمر بسیار کارایی بالایی داشت. KCL/PHPA . دارای بازدارندگی شیل بالاتری بود KCL

 

با این وجود، به خاطر بازدارندگی ناکافی شیل و گرانروی بالای پلیمر تورم سطحی اتفاق می افتد که نتایج

 

به این خاطر که در اثر هیدرولیز آکریلامید از خود گاز PHPA ، رضایتبخشی را ایجاد نمی کند. علاوه بر این

 

آمونیاک متصاعد می کند و به خاطر بقایای مونومرهای آکریلامید، برای سلامتی انسان مضر است. گلهای

 

شوری بالایی دارد و به این خاطر دفع این سیالات با شوری بالا می تواند برای اکوسیستم KCL/PHPA

 

دریایی و خاکهای کشاورزی مضر باشد. در هر مورد از موارد ذکر شده کلرید پتاسیم به عنوان عامل اصلی در

 

بازدارندگی شیل در ترکیب با دیگر نمکها یا سیالات مورد استفاده قرار می گیرد.

 

وابستگی آنها به الکترولیتها برای بازدارندگی بهینة شیل است. چنین ،KCL/ نقص این سیالات حفاری پلیمر

 

موادی می توانند اثر شدیدی بر روی محیطهای دریافت کننده داشته باشند که استفاده از آنها و تخلیة آنها

 

را محدود می کند یا گاهی اوقات قبل از تخلیه نیاز به عملیات تصفیه ای پر هزینه ای دارند.

 

پلیمر در سال 1990 در میدان نفتی بکار /KCL و یک KCL سیستم گلایکول و پلی گلایکول در ترکیب با

 

گرفته شد که موفقیتهایی را کسب کرد و در شرایط خاصی که آزمایشها بر روی مغزه ها نشان از جواب

 

[ مثبت بر روی شیلها داشته باشند، می توان از آنها استفاده کرد.[ 6

 

تلف قرار

 

را شامل

 

ند روغن

 

شد که با

 

می آورد.

 

خاصیت

 

اتم کربن مخت

 

پلی پروپیلن

 

ن یا زرد مانن

 

یه آبی می باش

 

ت را فراهم م

 

و

 

دمای بالا و

 

ل بر روی دو ا

 

پلی اتیلن یا

 

قهوه ای روشن

 

یستمهای پایه

 

رده شده است

 

شرایط فشار ه هیدروکسیل

 

ی اکسیدهای

 

بیرنگ،رنگ ق

 

ن گلایکول

 

یلن گلایکول

 

ه در بین سی

 

ه در ادامه آور

 

صافاب در ش

 

٨

 

ر آن دو گروه

 

ل کوپلیمرهای

 

ی به صورت ب

 

ختار شیمیایی
اتیلن

 

تار شیمیایی
پروپیل

 

مری پیشرفته

 

صوصیاتی که

 

ه چاه، کنترل

 

ی ساده که در

 

یچیده از قبیل

 

صنعت حفاری

 

شکل 1: ساخ

 

شکل 2: ساخت

 

ک سیستم پلیم

 

شرایط و خص

 

ایداری دیواره

 

ل:

 

ولها از دیولهای

 

ی پلیمری پی

 

استفاده در ص

 

رندگی:

 

گلایکولی یک

 

پلی گلایکول

 

دگی شیلها، پا

 

می گلایکول

 

گسترة گلایکو

 

تا سیستمهای

 

[ 5]

 

کولهای مورد

 

تند.

 

یسم بازدار

 

سیستم گل گ

 

ز تکنولوژی پ

 

بالا از بازدارند

 

مته.

 

-3 شیم

 

گ

 

می گیرند

 

می شود.[

 

پلی گلایک

 

نباتی هست

 

-4 مکانی

 

س

 

استفاده از

 

درجه ای ب

 

روانکاری م

 

٩

 

Differential ) همچنین این سیستم برای حفاری شیلهای فرسایشی در جایی که گیر اختلاف فشاری

 

لوله های حفاری بزرگترین نگرانی به حساب م یآید، در عملیات حفاری آبهای ( pressure-sticking

 

عمیق و در حفاری چاههای با زاویه زیاد در سازندهای فعال و نیز در جایی که پایداری دیواره چاه و نیروی

 

نوعی نگرانی محسوب می شود، کاربردی ایده آل دارد. ،( Drag
) و کشش ( Torque ) گشتاوری

 

از دیگر مزایای آن می توان، افزایش انسجام و یکپارچگی کنده های حفاری، بهبود کیفیت کیک گل، میزان

 

پائین نیاز به رقیق سازی، کاهش پدیده گشاد شدگی چاه، مقاومت بیشتر در برابر مواد جامد، کارایی بهتر

 

و افزایش سرعت حفاری را نام برد. این سیستم از ( bit balling ) کاهش توپی شدن مته ،PDC مته های

 

لحاظ زیست محیطی نیز به دلیل سمیت کم و میزان پسماند پایین بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

 

از طریق جذب سطحی شیمیایی تا حدی بازدارندگی POLYGLYCOL هر چند که پلیمر پیشرفته

 

مکانیسم اصلی آن جهت " ( CLOUD- POINT ) ایجاد می نماید، اما پدیده " نقطه ابری شدن

 

درجه حرارتی است که در آن پلی CLOUD-POINT بازدارندگی و پایدار سازی است. نقطه ابری شدن

 

گلایکول از محلول به طور کامل به نامحلول تغییر حالت می یابد. در دمای بالاتر از این پدیده، پلی

 

گلایکولها به شکل قطرات کوچک کلوئیدی در می آیند که منتج به تشکیل یک میکروامولسیون می شود. از

 

1 یاد می شود. (TAME) « گل امولسیونه فعال حرارتی » این پدیده در گلهای حفاری غالباً به عنوان

 

به سه روش کاملاً متمایز روی پایداری دیواره چاه اثر می گذارد: TAME

 

- از راه جذب سطحی شیمیایی

 

- از طریق ایجاد میکرو امولسیون و نشستن آنها به روی خلل و فرج چاه و مسدود کردن آنها.

 

- به وسیله فراهم آوردن یک کیک نازک با منافذ کمتر روی دیواره چاه.

 

به جهت بازدارندگی یونی و KCL سیستمهای پلی گلایکول وقتی با یک نمک بازدارنده، به عنوان مثال

 

مورد استفاده قرار گیرند، موثرتر واقع می شوند. پس توصیه می شود که PHPA یک پلیمر کپسول ساز مثل

 

در سیستم از نمک پتاسیم کراید یا سدیم کلراید استفاده شود. حداکثر کارایی با تنظیم دمای نقطه ابری

 

Thermally Activated Mud Emulsion ١

 

١٠

 

شدن پلی گلایکول با دمای ته چاه یا درجه حرارت سازند در حال حفاری به دست می آید و منتج به جذب

 

سطحی پلی گلایکول بر روی دیواره چاه و به داخل دیواره کیک گل می شود. جذب پلی گلایکولهای

 

نامحلول بر روی سازند رسی/ شیلی تشکیل یک سد محافظ در مقابل آب و اثر ویرانگر آن م یدهد.

 

جذب پلی گلایکولهای نامحلول به درون بافت کیک فیلتراسیون روی منافذ تراوای سازند، ضخامت کیک و

 

میزان عصاره را کاهش می دهد. از آنجایی که پلی گلایکول نامحلول میل ترکیبی با سطوح دارد می تواند

 

مواد جامد و سطوح بیرونی آنها را بپوشاند و همچنین روانکاری مته را فراهم م یسازد و بدین وسیله از توپی

 

شدن مته جلوگیری می کند. اغلب سیستمهای پلیمر پلی گلایکول برای حالتی طراحی شده اند که وقتی از

 

فضای حلقوی چاه به سطح م یرسند سرد شده و همیشه در سطح به طور کاملاً محلول باشند، با این وجود،

 

برخی از سیستمهای موجود طراحیشان به گونه ای است که در همه مدت زمان گردش گل به صورت

 

نامحلول می باشند.

 

گلایکولهای مختلفی با دامنه گسترده و متنوعی از نظر دمای نقطه ابری شدن برای رسیدن به شرایط دلخواه

 

در دسترس است. بنابراین، سیستمهای پلیمری پلی گلایکول قبل از شروع عملیات حفاری چاه طراحی می

 

شوند و تنها گلایکول مناسب به محل چاه فرستاده می شود. این پلی گلایکولها در زیر لیست شده اند:

 

POLYGLYCOL GP Broad-range-clouding polyglycol, low salinity

 

POLYGLYCOL LC Low-salinity-clouding polyglycol, < 30000
mg/l Cl-

 

POLYGLYCOL MC Moderate-salinity-clouding polyglycol, 30000
to 90000 mg/l Cl-

 

POLYGLYCOL HC High-salinity-clouding polyglycol, >90000
mg/l Cl-

 

سیستمهای پلی گلایکول شبیه دیگر سیستمهای پلیمری باید از ابتدا و از شروع به صورت خالص و در یک

 

مخزن جداگانه تهیه شوند. اگر قرار است گل گلایکولی جایگزین گلی دیگر در درون چاه شود، گل قبلی می

 

بایست به طور کامل با گل گلایکولی از پیش ساخته شده جایگزین شود. تبدیل گل قبلی ( هر نوع گلی که

 

باشد ) به گل گلایکولی کار اشتباهی است.

 

اصلی ترین مسئله مورد توجه در نگهداری سیستم پلی گلایکول، مراقبت و حفظ غلظت پلیمر در حد

 

١١

 

مناسب، کنترل مواد جامد در حد مطلوب و استفاده از غلظت و نوع پلی گلایکول مناسب در سیستم برای

 

نقطة ابری شدن ) گلایکول با شوری گل ( ) CLOUD POINT . می باشد TAME دستیابی به اثر

 

پائین می آید. غلظت پلی پلاس باید از راه تست آمونیاک مورد بررسی قرار گیرد. ( به (NACL
و KCL

 

قسمت "آزمایشات مربوطه و تجهیزات
مورد نیاز
" مراجعه شود. ) غلظت پلی گلایکول را می توان هم به

 

دستی و با استفاده ( refractometer ) وسیله ریتورت کیت دو مرحله ای و هم با استفاده از شکست سنج

 

از محاسبات مخصوص که در قسمت آزمایشات گل گلایکولی آمده، حساب کرد. بعد از تقطیر آب در

 

510°
تقطیر شده و جهت اندازه گیری گلایکول c (950°F) 149° دستگاه خاموش و نمونه در c (300°F)

 

گل باید زیر 15 پوند در بشکه باشد. MBT آماده می شود. میزان

 

مکانیسم بازدارندگی گلایکول به سه طریق کاملاً متفاوت می باشد که عبارتند از:

 

- جذب سطحی شیمیایی

 

- ایجاد میکرو امولسیون و نشستن آنها به روی خلل و فرج چاه و مسدود کردن آنها.

 

- ایجاد یک کیک نازک با منافذ کمتر روی دیواره چاه.

 

-5 بازدارنده های مکمل و مکانیسم
آنها
:

 

به جهت بازدارندگی یونی KCL سیستمهای پلی گلیکول وقتی با یک نمک بازدارنده، به عنوان مثال

 

مورد استفاده قرار گیرند، موثرتر واقع می شوند.[ 1 ] در این قسمت به PHPA و یک پلیمر کپسول ساز مثل

 

جوانب مختلف مربوط به این مواد و مکانیسم اثر آنها خواهیم پرداخت.

 

:KCL -1-5

 

مورد نیاز برای استفاده KCl این ماده جهت جلوگیری از آبگیری رسها به کار می رود. مقدار واقعی

 

در گل حفاری متغیر بوده و بستگی به شرایط چاه و لایه های حفاری شونده دارد. سازندهای قدیمی که

 

١٢

 

و شیلهای جوانتر که دارای رسهای قابل آبگیری KCl % دارای رسهای متورم نشونده هستند نیاز به 3 تا 5

 

حدود % 15 نیاز دارند. بسته به شرایط و محدودیتهای زیست محیطی که احتمال KCl می باشند به میزان

 

دارد برای کلراید وجود داشته باشد ممکن است از منابع دیگر پتاسیم نیز ( با کمی تفاوت در عملکرد و نه

 

[ و ... استفاده گردد. [ 3 K2CO3 ،KNO خیلی زیاد ) مانند 3

 

این سیستم جهت پایدار سازی شیلهای حساس به آب گسترش زیادی پیدا کرده و به وسیله یونهای

 

بازدارنده پتاسیم این امر صورت می گیرد. طبیعت بازدارندگی این سیستم، آبگیری شیلها را به حداقل کاهش

 

می دهد که در نتیجه به هم آمدن دیواره چاه و توپی شدن استابلایزر و مته، ریزش شیلها به درون چاه و نیز

 

تقلیل نفوذ پذیری نقاط بهره ده چاه به حداقل خواهد رسید. سیستم پتاسیم کلراید از نمک کلرید

 

به عنوان منبع اصلی یون پتاسیم به دلیل خاصیت بازدارندگی آن استفاده می کند. این (KCL) پتاسیم

 

سیستم در حالتی که از پلیمر برای خصوصیت کپسوله کردن آن استفاده شود نتیجه بخش تر خواهد بود.

 

می توانند برای (PHPA) یا پلی آکریلامیدهایی با هیدرولیز ناقص (PAC) هر کدام از پلی آنیونیک سلولزها

 

تولید کپسولهای جامد رسی مورد استفاده قرار گیرند. این پلیمرها کنده های حفاری را پوشش می دهند و اثر

 

متقابل آب با شیلهای در معرض آب را محدود می کند.

 

از آنجایی که بعضی از شیلها حساسیت بیشتری نسبت به آب دارند(در مقایسه با شیلهای دیگر)، به مقادیر

 

برای باز داشتن این شیلها نیاز است. در حین عملیات حفاری، کنده های شیلی به طور KCL متفاوتی

 

پیوسته باید از بابت پایداری مدنظر گیرند. اگر غلظت کلرید پتاسیم ناکافی باشد کنده های شیلی نرم و

 

سست خواهند شد و بالعکس با غلظت کافی نمک، کنده ها یکپارچگی خود را حفظ خواهند کرد.

 

3 تا 5 درصد / شیلهای قدیمی تر معمولاً در حدود 10 تا 15 پوند در بشکه به پتاسیم کلراید نیاز دارند( 5

 

وزنی) در حالی که برای شیلهای جوانتر( از لحاظ عمر زمین شناسی) ممکن است 30 تا 50 پوند در بشکه

 

8 تا 15 درصد وزنی).پتاسیم کلراید و دیگر مواد شیمیایی می بایست قبل از اضافه / نمک مورد نیاز باشد ( 5

 

شدن به سیستم در آب خوب مخلوط شوند تا بهترین و مناسبترین بازدهی را داشته باشند. وقتی آب سخت

 

برای این سیستم مورد استفاده است باید سختی آب تا حد کمتر از 300 میلی گرم در لیتر نگهداشته شود.

 

١٣

 

این کار به وسیله سودا اش قبل از اضافه کردن پلیمر به سیستم صورت می پذیرد زیرا پلیمرها به سخت یهای

 

موجود در آب حساس هستند.

 

از آنجایی که سیستمهای پتاسیم کلرایدی حساسیت زیادی به مواد جامد دارند بهتر آن است که برای تهیة

 

آنها از یک محلول تازه به جای سیال حفاری حفرة قبلی استفاده کرد. به این منظور در اولین گام، آب را به

 

وسیله سودااش جهت کنترل سختی درمان کرده، سپس بنتونایت را در آب شیرین پیش هیدراته(از قبل در

 

و ..... اضافه م یکنند. POLY PAC و POLY- PLUS ،KOH ،KCL آب حل شده) نموده و سپس

 

خصوصیات رئولوژیکی و کنترل صافاب توسط مواد پلیمری کنترل می شود که نباید در دمای بیشتر از

 

300° مورد استفاده قرار گیرند. این سیستم در مقابله با مواد جامد و کلسیم حساس بوده و معمولاً گرانتر F

 

از بقیه سیستمهای پایه آبی می باشد. غیر از منبع کلرایدی جهت یون پتاسیم منابع دیگر مثل کربنات

 

[ پتاسیم، سولفات پتاسیم، استات پتاسیم و هیدروکسید پتاسیم (پتاس) موجود است.[ 1

 

گلهای پایه پتاسیم در مناطقی استفاده می شوند که شیلها می بایست از تغییرات شیمیایی بازداشته شوند.

 

مکانیسم عمل بدین صورت است که کاتیون پتاسیم جایگزین یونهای سدیم یا کلسیم اسمکتایت

 

و رسهای میان لایه ای می شود. علت بازدارندگی بیشتر یون پتاسیم در مقایسه با یون کلسیم (smectite)

 

یا دیگر یونهای بازدارنده اینستکه بهتر در شبکه ساختاری رسها قرار می گیرد و مانع از آبگیری آنها می

 

شود. گلهای پایه پتاسیمی در شیلهایی که شامل مقادیر بالایی اسمکتایت یا رسهای میان لایه ای هستند به

 

که شامل مقادیر بالایی ،(Shallow shales) بهترین وجه عمل می کنند. اما با این وجود شیلهای کم عمق

 

از مونت موریلونایت هستند، در سیستم گلهای پایه پتاسیمی متورم می شوند. مزایای استفاده از این نوع گل

 

نبایستی ما را از هزینه ها غافل کند.

 

کاری که پتاسیم با رسها انجام می دهد بر مبنای دو مکانیسم است: سایز یونها و انرژی هیدراسیون. در

 

حقیقت یونهای پتاسیم دارای اندازه های مناسبی هستند که در درون فضای بین دو لایة چهاروجهی سیلیکا

 

2.66 است که 􀕀 که در ساختار سه لایه ای رس یکدیگر را لمس می کنند قرار می گیرد. قطر یونی پتاسیم

 

2.8 در فضای شبکه ای ساختار رسی است. 􀕀 خیلی نزدیک به فاصلة

 

١۴

 

چگونگی پایدارسازی شیلهای مشکل ساز با یونهای پتاسیم به صورت زیر است. هنگامیکه رس در حال

 

باشد، یون پتاسیم جایگزین سدیم و کلسیم می (Montmorillonite) حفاری از نوع مونت موریلونایت

 

شود که نتیجة آن ساختاری پایدارتر با مقاومت بیشتر در مقابل تبلور خواهد بود. هنگامیکه رس در حال

 

باشد، پتاسیم جایگزین هرگونه ناخالصی کاتیونی قابل تعویض در ساختار رس (Illite) حفاری از نوع ایلایت

 

می شود. با جایگزینی پتاسیم در ساختار شیل، تمایل برای تعویض یونی بیشتر کاهش می یابد و شیل

 

پایدارتر می شود. در رسهایی با لایه های مختلف، پتاسیم هم بر روی ایلایت و هم بر روی مونت موریلونایت

 

اثر می کند و میزان تورم بر اثر نفوذ آب کاهش می یابد. بنابراین، یونهای پتاسیم شیلهایی را که دارای

 

است را پایدار می کند. (Smectite) درصدهای بالایی از ایلایت یا ایلایت/اسمکتایت

 

پارامترهای کلی گوناگونی می تواند به عنوان ملاک در بکارگیری گلهای پایه پتاسیمی مطرح باشند. این

 

کلی گوئیها بر اساس نتایج آزمایشهای میدانی و آزمایشگاهی است. یون پتاسیم در شیلهای حاوی مقادیر

 

زیاد ایلایت و رسهای میان لایه ای به خوبی عمل می کند. این گفته تا زمانی صحت دارد که شیل مورد

 

بحث فوق العاده سخت نباشد و یا اینکه به خاطر وجود شکستهای ریز در ساختار شیل حالت شکنندگی

 

نداشته باشد. در این موارد حتی کوچکترین احتمال متورم شدن می تواند پایداری چاه را به خطر بیندازد.

 

ورود سیال به درون شکستهای ریز پدیدة متورم شدن را سرعت می بخشد. حتی 80 % کاهش در آبگیری

 

برای پایدار نمودن سازند کافی نیست. بنابراین، این شیلها با گلهای پایه پتاسیمی که در ترکیبشان

 

آسفالتیت و آسفالتن به کار رفته، با موفقیت حفاری می شود. گلهای پایه پتاسیمی برای حفاری شیلهای

 

ایلایتی خیلی سخت مورد استفاده قرار می گیرد. در حالت ایده آل شیلهایی از این دست می بایست قبل از

 

اینکه این نوع گلها برای آنها پیشنهاد شود، تست شوند.

 

شیلهایی که حاوی مقادیر زیاد مونت موریلونایت هستند در تماس با سیستم گلهای پایة پتاسیم تا حدی

 

متورم می شوند. درجة بازدارندگی مناسب مورد نیاز برای این نوع شیلها به حدی است که هزینة استفاده از

 

این سیستم را بسیار بالا می برد، بویژه به این علت که بیشتر شیلهای از این دست در عمقهای کم وجود

 

دارند. برای اینکه پدیدة تعویض یونی روی دهد می بایست مقادیر زیادی پتاسیم در سیستم وجود داشته

 

١۵

 

باشد، بخصوص زمانیکه قطر چاه زیاد بوده و سرعت حفاری زیاد باشد. مجدداً آزمایش شیل مورد نظر از

 

لحاظ درجة بازدارندگی و هزینة مواد مصرفی می بایست انجام گیرد و مشخص شود که آیا هزینه ها در حد

 

معقول و منطقی در می آیند یا خیر. اگر پراکندگی ذرات به جای فرسایش چاه مشکل اصلی باشد، سیستم

 

گل پایه پتاسیمی ممکن است که مشکل را تا حد زیادی کاهش دهد.

 

مزایای انجام تستهای آزمایشگاهی قبل از استفاده از سیالات بازدارندة پایه پتاسیمی در سازندهای شیلی

 

مشکل دار بر کسی پوشیده نیست. اگر مغزه از چاههای مجاور در دسترس باشد، یک سری آزمایشها شامل

 

ایزوترم جذبی، تورم و پراکندگی را می توان بر روی آن انجام داد. اگر مغزه در دسترس ،X‐ray آزمایش

 

نباشد می توان آزمایشهای پراکندگی را بر روی کنده های حاصل از چاههای قبلی انجام داد. اگر هیچ نمونه

 

ای در دست نباشد می بایست نوع شیل را بر اساس عمق، روابط زمین شناختی و اطلاعات نمودارگیری شدة

 

در دسترس تخمین زد.

 

همچنانکه حفاری پیش می رود، واکنشهای تعویض یونی با کاتیونها در شیل، کنده ها و دیوارة چاه

 

(همچنین با کاتیونهای روی سطح رس اضافه شده به سیال حفاری)، میزان یون پتاسیم را در سیال حفاری

 

به طور فاحشی کاهش می دهد. چونکه غلظت یون پتاسیم بایستی در حد کافی باقی بماند تا تضمینی برای

 

بازدارندگی سیال باشد، لذا همیشه مقدار اضافه تری پتاسیم را وارد سیستم سیال حفاری می کنیم.

 

اساس بازدارندگی یونی هر یک از سیستمهای سیال حفاری یکی است و آنچه که باعث می شود یک سیستم

 

سیال خاص مورد استفاده قرار گیرد به اینکه کدام سیستم برای کاربر ارجحیت دارد، وزن گل مورد نیاز، نوع

 

سازندهایی که می بایست حفاری شوند، دماهای مورد انتظار، صافاب مورد نیاز، تجهیزات موجود در دکل و

 

تجهیزات کنترل جامدات موجود در دکل بستگی دارد. باز هم بر اهمیت استفاده از تجهیزات کنترل جامدات

 

مناسب تأکید می شود.

 

دغدغة اصلی در استفاده از سیستمهای سیالات پایة پتاسیمی، نگهداشتن میزان پتاسیم در حد کافی برای

 

تعویض یونی به همراه مقدار اضافی از آن در سیستم است. اگر میزان یون پتاسیم به کمتر از مقدار مورد نیاز

 

نزول کند، شیلها یا رسها شروع به آبگیری کرده و باعث ناپایداری دیوارة چاه و مشکلات گل می شود. اگر به

 

١۶

 

[ سرعت درمان کافی بر روی گل صورت نگیرد، کل منافع گلهای پتاسیمی از بین می رود.[ 3

 

قابل ذکر است، در سیستمهای پتاسیم کلرایدی جهت تأمین کمبود یون کلراید مورد نیاز گلایکول از سدیم

 

کلراید استفاده می شود (در صورتیکه محدودیت افزایش وزن سیال وجود داشته باشد بناچار بایستی نوع

 

گلایکول را تغییر داد.)

 

:PHPA -2-5

 

-1-2-5 مقدمه :

 

پلیمرها از سال 1930 یعنی زمانی که نشاسته ذرت به عنوان یک افزودنی در گلهای حفاری در

 

جهت کاهش هرزروی مورد استفاده قرار گرفت، در صنعت حفاری مطرح شدند. از آن زمان تا به امروز

 

پلیمرها بسیار تخصصی تر و متنوع تر شده و به همین نسبت در صنعت حفاری نیز بیشتر مطرح شده اند.

 

پلیمرها امروزه یک جزء لاینفک سیستمهای پایه آبی به شمار می روند. بعضی از سیستمهای گل حفاری نیز

 

ساختاری کاملا پلیمری دارند که به طور کلی سیستمهای پلیمری نامیده می شوند.

 

امروزه گستره وسیعی از پلیمرها در دسترس ما هستند . تعدادی از پلیمرها مانند نشاسته منشاء طبیعی

 

دارند ، تعدادی دیگر که کاربردهای تخصصی تر دارند پلیمرهای طبیعی اصلاح شده بوده و پلیمرهای

 

پیچیده تر دیگری هم هستند که به طور مصنوعی و طی فرآیندهای شیمیایی خاص تولید می شوند.

 

پتانسیل نامحدود پلیمرها برای رشد و توسعه ، آنها را برای استفاده در تمام زمینه ها در صنعت حفاری قابل

 

کاربرد می سازد. با استفاده از تکنولوژی پلیمر می توان شرایط مختلف را در سطح مولکولی مورد بررسی

 

قرار داده و پلیمری برای آن شرایط خاص طراحی کرد. با توجه به گفته های بالا آینده بسیار درخشانی را

 

[ می توان برای پلیمرها در صنعت حفاری متصور شد. [ 1

 

-2-2-5 شیمی پلیمر و کاربردها:

 

١٧

 

یک پلیمر در حقیقت مولکول بزرگی است که از واحدهای تکرار شونده کوچک و مشابهی تشکیل

 

شده است. این واحدهای کوچک تکرار شونده مونومر نامیده می شوند. عمل اتصال این مونومرها به یکدیگر

 

برای تشکیل یک مولکول پلیمر بزرگ را پلیمریزاسیون گویند. پلیمرها ممکن است دارای وزن مولکولی در

 

حد میلیون بوده و یا اینکه متشکل از تعداد محدودی مونومر باشند که در این صورت وزن مولکولی پلیمر

 

بسیار کم خواهد بود. پلیمرهایی که دارای تعداد کمی از واحدهای تکرار شونده باشند، الیگومر نامیده می

 

شوند.

 

نوشته می شود. برای مثال ساده ترین n برای بیان فرمول شیمیایی یک پلیمر فرمول تجربی مونومر با درجه

 

است. پلی اتیلن نتیجه پلیمریزاسیون مونومر اتیلن با فرمول (C2H4)n پلیمر، پلی اتیلن با فرمول

 

است. در طول فرآیند پلیمریزاسیون، باند دوگانه از بین می رود و پلیمر پلی اتیلن تشکیل می (CH2=CH2)

 

شود.

 

n( CH2=CH2) (CH2‐CH2)n

 

پلی اتیلن اتیلن

 

n . می باشد (CH2‐CH مرتبه تکرار واحد ( 2 n پلی اتیلنی که در نتیجه این فرآیند تولید می شود متشکل از

 

را درجه پلیمریزاسیون می گویند. پلیمرها عموما دارای درجه پلیمریزاسیونی بزرگتر از 1000 هستند.

 

پلی اتیلن مثالی از یک هوموپلیمر ( پلیمر همگن ) است. هوموپلیمرها شامل تنها یک مونومر هستند.

 

مثالهای دیگر پلیمرهای همگن، پلی پروپیلن و پلی استایرن هستند. نوع دیگری از پلیمرها هستند که از دو

 

یا بیش از دو نوع مونومر تشکیل شده اند این نوع پلیمرها کوپلیمر نام دارند. مونومرها می توانند در

 

نسبتهای متعدد و در مکانهای مختلفی در زنجیره پلیمری قرار داشته باشند. کوپلیمریزاسیون قدرت انعطاف

 

بیشتری در اختیار طراح پلیمر قرار می دهد.

 

ساختار پلیمرها :

 

طبقه بندی ساختار پلیمرها به سه صورت : خطی ، شاخه ای و اتصال میانی می باشد برای این موارد در زیر

 

١٨

 

مثالهایی آورده شده است:

 

  • • خطی

 

Partially Hydrolyzed ) PHPA ،(Carboxy methyl cellulose) CMC : مثال

 

(Hydroxy Ethylcellulose) HEC و (Polyacrylamide

 

  • • شاخه ای

 

. ( Xanthan gum ) مثال : نشاسته و صمغ زانتان

 

  • • اتصال ضربدری

 

١٩

 

اتصال میانی ( xanthan gun ) مثال : صمغ زانتان

 

در پلیمرها احتمالات بسیاری در تشکیل ساختار مولکولی وجود دارد. که هر یک از این احتمالات منجر به

 

ساختار پلیمری خاصی شده و به تبع آن بر عملکرد پلیمر نیز تأثیر می گذارد . تعدادی از این احتمالات در

 

زیر آورده شده است :

 

-1 نوع مونومر یا مونومرها

 

-2 وزن مولکولی

 

-3 نوع و میزان اصلاحات شیمیایی که بر روی پلیمر صورت گرفته است.

 

[ -4 تعداد گروههای جانبی یا اتصال ضربدری که بر روی زنجیره اصلی پلیمر وجود دارند.[ 1

 

عواملی که رفتار یک پلیمر ویژه را تعیین می کنند، پیچیده هستند و اغلب فقط با یک تغییر کوچک در

 

ساختار مولکولی، خصوصیات یک پلیمر بطور کلی عوض می شود. این موضوع به پلیمرها یک تنوع ذاتی می

 

دهد و باعث می شود که پلیمرها کاربردهای بسیاری داشته باشند. مهمترین متغیرهای ساختاری عبارتند از:

 

[ شکل 3 : ساختار بنیانی پلیمر[ ٢

 

٢٠

 

الف- وزن مولکولی یا طول زنجیر- این متغیر با محدود کردن تعداد گروه های خاتمه دهنده زنجیر یا بوسیله

 

شکست زنجیرهای بزرگتر قابل تغییر است. خصوصیت مهم دیگر توزیع وزن مولکولی است.

 

این موضوع درشکل 4 برای دو نمونه که دارای وزن مولکولی میانگین برابر هستند، نشان داده شده است. در

 

موردی که توزیع اندازه وزن مولکولی گسترده است(شکل 4)، مقدار زیادی از مواد با وزن مولکولی کمتر،

 

غالب هستند یا حداقل واکنش مواد با وزن مولکولی بیشتر را تعدیل می کنند.

 

ب- نوع گروه های واکنش دهنده- واکنش پذیری شیمیایی به نوع گروه ها و تعداد گرو ههایی که به ملکول

 

متصل شده اند، وابسته است و معمولاً بیش از یک گروه واکنشگر وجود دارد. توزیع گروه ها بروی زنجیره

 

اصلی پلیمری نیز منعکس کننده خصوصیات و واکنش پذیری آن است. اغلب بدلیل طبیعت پیچیده

 

پلیمرها، جزییات ساختاری آنها مشخص نیست، اما شرایط واکنشی متفاوت م یتواند در ساختار پلیمر تغییر

 

بوجود آورد و بر عملکرد پلیمر تاثیر بگذارد.

 

[ شکل 4 : منحنی های توزیع وزن
مولکولی [
2

 

گروههایی که برروی پلیمر قرار می گیرند عبارتند از:

 

غیر یونی 􀂃

 

٢١

 

گروه های آندی یا باردار منفی 􀂃

 

گروه های کاتدی یا باردار مثبت 􀂃

 

البته ممکن است بیشتر از یک گروه در ملکول موجود باشد. گروه های مختلف در جدول 1 مشخص هستند.

 

از آنجائیکه گروه ها، بازی ضعیف یا اسیدی ضعیف هستند طبیعت بار الکتریکی بعضی از گروه ها وابسته به

 

پی، اچ پلیمر است و از غیر یونی به کاتدی یا آندی تغییر خواهد کرد.

 

[ جدول 1: گروههای قطبی[ 2

 

ساختار سه بعدی- شکل احتمالی یا ساختار سه بعدی مولکول به عوامل زیر وابسته است:

 

شاخه ای شدن ساختار 􀂃

 

غلظت و نوع گروه های موجود در مولکول ها 􀂃

 

پی، اچ محلول - پی، اچ خصلت یونی محلول را تحت تاثیر قرار می دهد و بنابراین جاذبه و دافعه در 􀂃

 

داخل مولکول را نیز تغییر می دهد.

 

قدرت یونی یا غلظت نمک- قدرت یونی یا غلظت نمک، دافعه الکترواستاتیکی بین بارهای الکتریکی 􀂃

 

٢٢

 

را تحت تاثیر قرار می دهد. افزایش مقدار الکترولیت توازن بین نیروهای جاذبه و دافعه را برهم می

 

زند و اجازه می دهد بارهای الکتریکی مشابه به یکدیگر نزدیک شوند که اثر آن بر روی پلیمرهای

 

باردار منفی، تغییر پیکربندی از پلیمر گسترده در آب شیرین(در آّب شیرین نیروهای دافعه ملکول

 

را پهن و باز می کند.) به ساختار مارپیچی در محلول نمکی(که نیروهای دافعه کمتر هستند.) است.

 

این موضوع در شکل 5 بصورت هندسی نشان داده شده است. تغییر شکل ملکولی، خصوصیات

 

فیزیکی پلیمر در محلول را عوض خواهد کرد. تحقیقات 1__________نشان می دهد مارپیچی شدن پلیمر موجب

 

می شود که پلیمر سطح تماس کمتر با آب یا ملکول های پلیمری دیگر داشته باشد و چون ایجاد

 

گرانروی حاصل تماس مولکولها با یکدیگر است، افزایش نمک گرانروی یک پلیمر باردار را کاهش

 

خواهد داد و برعکس گرانروی یک پلیمر غیریونی با افزایش نمک تغییر نمی کند.

 

یون های چند ظرفیتی- یون های چند ظرفیتی می توانند بعنوان عوامل اتصال عمل کنند. یون 􀂃

 

های چند ظرفیتی این کار را با واکنش دادن یا کمپلکس شدن با بیش از یک گروه باردار برروی

 

ملکول انجام م یدهند. اتصالات می توانند گرانروی و حلالیت را کاهش دهند، به همین دلیل

 

سیمان(که محتوی یون های کلسیم محلول است و قلیا ئیت بالایی نیز دارد) با پلیمرهای آندی

 

مانند کربوکسی متیل سلولز(سی ام سی) واکنش می دهد و مقدار واکنش، تابعی از غلظت یون های

 

[ محلول است. [ 2 PH چند ظرفیتی و

 

[ شکل 5: اثر غلظت الکترولیت بر شکل
پلیمر[
2

 

-3-2-5 روابط بین ساختار پلیمری
و عملکردشان در سیالات
حفاری:

 

٢٣

 

این قسمت خصوصیات کلی مورد نیاز یک پلیمر را برای انجام دادن یک کار معین در سیال حفاری

 

نشان خواهد داد و قسمت بعدی، پلیمرهایی را توصیف می کند که معیارهایی مانند هزینه، در دسترس

 

بودن و پایداری در سیستم گل را دارا هستند و همچنین یک کار معین را در سیال حفاری انجام می دهند.

 

[ جدول 2 روابط بین عملکرد در سیال حفاری و خصوصیات اساسی ساختار پلیمر را نشان می دهد.[ 2

 

خصوصیات اصلی عملکردها

 

وزن مولکولی بالا

 

وزن مولکولی بالا و ساختار شاخه ای یا عوامل اتصال

 

(cross‐linking agent)

 

وزن مولکولی بالا و انواع غیر یونی یا انواع آنیونی جایگزین

 

وزن مولکولی پایین که دارای بار منفی در مقادیر آلکالینی است.

 

وزن مولکولی بالا با گروه های باردار که بروی رس جذب م یشود.

 

گروه های هیدروفیلیک و هیدروفوبیک بروی گروه های یکسان

 

ذرات کلوییدی تشکیل می دهد.

 

گرانروی

 

گرانروی و خصوصیات ژله ای گل

 

گرانروی در محلولهای آب نمک

 

ضد لختگی پراکندگی یا عمل رقیق شدن

 

لختگی

 

افزایش دهنده سطوح

 

مواد کنترل کننده صافاب

 

[ جدول 2: خلاصه ای از رابطة
بین عملکردهای پلیمر در سیال حفاری
و ساختار کلی آن[
2

 

-4-2-5 طبقه بندی پلیمرها :

 

پلیمرهایی که در صنعت سیالات حفاری به کار می روند می توانند به سه صورت طبقه بندی شوند

 

که این طبقه بندی میتواند: بر اساس شیمی پلیمرها باشد، اینکه آنیونی هستند یا کاتیونی . بر اساس

 

عملکردشان باشد، اینکه به عنوان یک عامل ویسکوزیته دهنده هستند یا اینکه به عنوان یک عامل جلوگیری

 

از صافاب گل به کار می روند و بر اساس منشاء پلیمر. به این صورت که پلیمرهای مورد استفاده در سیالات

 

حفاری داری سه منشاء هستند که عبارتند از :

 

- پلیمرهای طبیعی

 

- پلیمرهای طبیعی اصلاح شده

 

- پلیمرهای مصنوعی

 

٢۴

 

-1-4-2-5 پلیمرهای طبیعی :

 

پلیمرهای طبیعی، پلیمرهایی هستند که در طبیعت و به طور طبیعی و بدون دخالت انسان تولید

 

می شوند این مواد از منابع طبیعی مثل گیاهان ، حیوانات و تخمیرهای باکتریایی بوجود می آیند.

 

این مواد با گذشتن از یک سری فرآیندها به محصول نهایی مورد استفاده تبدیل می شوند که این مراحل

 

عبارتند از : برداشت، جدا سازی، آسیاب کردن و خشک کردن و در نهایت بسته بندی. پلیمرهای طبیعی

 

ساختارهای پیچیده تری نسبت به پلیمرهای مصنوعی داشته و وزنهای مولکولی بیشتری نیز در مقایسه با

 

پلیمرهای مصنوعی دارند . این پلیمرها همچنین در مقایسه با پلیمرهای مصنوعی پایداری حرارتی کمتری

 

داشته و مقاومت کمتری نیز نسبت به تجزیه باکتریایی دارند.

 

پلیمرهای طبیعی مورد استفاده در سیالات حفاری متشکل از مولکولهای شکر پلیمریزه شده بوده و متعلق

 

به طبقه ای از ترکیبات به نام پلی ساکاریدها می باشند. مونومرهای تشکیل دهنده این پلیمرها شامل

 

6 هستند ( : 12 : واحدهای شکر می باشند که متشکل از اتمهای کربن : هیدروژن : اکسیژن با نسبت 6

 

شکل 6 ). پلیمریزاسیون واحدهای شکر از طریق فرآیند کندانس که در آن آب از واحدهای شکر در طی

 

فرآیند حذف می گردد، صورت می گیرد. پلی ساکاریدی که در طی این فرآیند بدست می آید متشکل از

 

واحدهای شکری است که از طریق اتمهای مشترک اکسیژن به یکدیگر متصل شده اند. پلی ساکاریدها

 

می باشند. C6(OH2) 5 و با فرمول شیمیایی 5 : 10 : شامل اتمهای کربن : هیدروژن : اکسیژن با نسبت 6

 

استخوانبندی اصلی اتصال پلیمرهای طبیعی پیچیده تر از پلیمرهای مصنوعی است. این استخوانبندی شامل

 

ساختارهای حلقوی کربناته بوده که توسط اتمهای اکسیژن به یکدیگر متصل شده اند. پلیمرهای مصنوعی

 

دارای اتصالات کربن – کربن ساده تری هستند.

 

٢۵

 

شکل 6: گلوکز

 

نشاسته پلیمری طبیعی است که از حبوبات و گیاهان متعددی بدست می آید ، در این میان نشاسته سیب

 

زمینی و ذرت به خاطر کاربرد بیشتری که در سیالات حفاری دارند ، بیشتر مورد توجه ما هستند.

 

شکل 7: آمیلوپکتین

 

٢۶

 

شکل 8: آمیلوز

 

است. ( Amylopectin ) و آمیلوپکتین ( amylose ) نشاسته شامل 2 پلی ساکارید به نامهای آمیلوز

 

آمیلوز که در حقیقت سازنده شاخه اصلی نشاسته است شامل زنجیره ای از حلقه های کربوهیدارته می

 

باشد. آمیلوپکتین زنجیره شاخه دار حلقه های کربوهیدراته ایست که از زنجیره راست خط آمیلوز منشعب

 

می شوند.

 

نشاسته در حالت خام در آب حل نمی شود بلکه به صورت ذراتی معلق در آب در می آید . برای اینکه بتوان

 

در سیالات حفاری از آن به عنوان یک افزودنی مناسب استفاده کرد می بایست پوسته آمیلوپکتینی آمیلوز

 

شکسته شده و آمیلوز آزاد شود. به این منظور دانه های نشاسته حرارت داده می شوند تا سلولها شکسته

 

شوند و آمیلوز آزاد شود. این فرایند را پیش ژلاتیناسیون می گویند . هنگامی که آمیلوز در آب پراکنده می

 

شود متبلور می شود. در نهایت محصول بدست آمده خشک می شود و به عنوان محصول نهایی بسته بندی

 

می گردد. محصول بدست آمده یک محصول غیر یونی بوده و در آب شور اشباع به اندازه آب شیرین حل می

 

گردد.

 

نشاسته ذرت شامل به طور متوسط حدود % 25 آمیلوز و % 75 آمیلوپکتین است. نشاسته سیب زمینی ذره

 

ای متفاوت با نشاسته ذرت است. نشاسته سیب زمینی دارای وزن مولکولی بیشتری نسبت به نشاسته ذرت

 

بوده و نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین آن در مقایسه با نشاسته ذرت بیشتر است . بنابر این و با توجه به گفته

 

های بالا عملکرد این دو نشاسته نیز کمی با هم متفاوت است. نشاستة سیب زمینی مقاومت بیشتری نسبت

 

به سختی آب و حرارت در مقایسه با نشاستة ذرت دارد و همچنین ویسکوزیته بیشتری نیز ایجاد می کند.

 

بزرگترین مشکل استفاده از نشاسته ها در گل حفاری تمایل آنها به تخمیر است . آنها به طور طبیعی تمایل

 

٢٧

 

به تخمیر دارند که می بایست در هنگام استفاده از آنها در گل حفاری از یک سری مواد ضد تخمیر استفاده

 

کرد. گروهی نشاسته های سیب زمینی وجود دارند که شامل مواد باز دارنده از تخمیر می باشد.

 

دومین محدودیت نشاسته به عنوان یک افزودنی در گل حفاری توانایی حرارتی کم آن می باشد. نشاسته

 

102 قرار می گیرد به سرعت °c (225 ° F) هنگامی که به صورت طولانی مدت در معرض دماهای بالاتر از

 

تجزیه می شود.

 

بعضی از محیط ها استعداد بیشتری برای تجزیه باکتریایی در مقایسه با محیط های دیگر دارند . بدترین

 

محیط از این نظر آبهایی هستند که در آنها فعالیت زیست توده ها زیاد باشد. منبع اینگونه آبها عبارتند از

 

خنثی و PH ، آبهای راکد یا آبهایی که از رودخانه ها یا منابعی نظیر آنها سرچشمه می گیرند. دماهای بالاتر

 

آبهای شیرین تر همگی عواملی هستند که رشد باکتریها را سرعت می بخشند . مشکلات باکتریایی در

 

بالا کمتر به چشم می خورد گر چه این مشکلات با PH سیستم های با میزان نمک بالا و محیط های

 

گذشت زمان در این سیستمها نیز بوجود خواهد آمد.

 

به عنوان یک پلیمر طبیعی طبقه بندی می شود اگر چه این محصول به ( Xanthan Gum ) صمغ زانتان

 

جای اینکه به صورت طبیعی تولید شود از طریق فعالیتهای یک سری باکتریهای خاص تولید می شود.

 

در طول دوره زندگی اش از طریق (Xanthomonas compestris ) باکتری زانتوموناس کامپستریس

 

یک فرآیند پیچیده آنزیمی صمغ زانتان را تولید می کند. زانتان در آب حل می شود و تا حدی آنیونی بوده

 

و دارای شاخه های زیادی می باشد. این صمغ دارای وزن مولکولی 2 تا 3 میلیون است که برای استفاده در

 

سیالات حفاری وزنی نسبتا زیاد است.

 

زانتان دارای ساختاری متشکل از پنج حلقه تکرار شونده شامل دو حلقه به عنوان شاخه اصلی و 3 حلقه به

 

عنوان شاخه جانبی می باشد . شاخه اصلی شامل بقایای گلوکز که از نظر ساختار شبیه به سلولز می باشد.

 

شاخه های جانبی منشعب شده از شاخه اصلی شامل 3 حلقه از جنس حلقه های شکر می باشد. گروههای

 

عاملی متعددی از قبیل گروههای عاملی کربوکسیل ، کربنیل، هیدورکسیل و غیره به شاخه های جانبی

 

متصل است که همین گروههای عاملی باعث بوجود آمدن خواص ویسکتوزیته دهندگی در زانتان می شود.

 

٢٨

 

در حقیقت ساختار شاخه ای طولانی پلیمر در ترکیب با پیوند هیدروژنی نسبتا ضعیف بین گروههای جانبی

 

باعث خاصیت ویسکوزیته دهندگی در زانتان می شود . هنگامی که غلظت پلیمر به حد خاصی می رسد

 

پیوند هیدروژنی بین شاخه های جانبی پلیمر تشکیل می شود که نتیجه آن شبکه ای در هم پیچیده از

 

مولکولهای با پیوند ضعیف می باشد. نیروهای الکتروستاتیک بین مولکولهای پلیمر ضعیف است بنابراین

 

هنگامی که تنشی به سیستم محلول پلیمر اعمال می شود نیروهای جاذبه نگهدارنده مولکولهای پلیمر تحت

 

کشش قرار می گیرند. با شکستن پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای پلیمر ، ویسکوزیته محلول پلیمر

 

کاهش می یابد و با حذف این تنش پیوندهای هیدروژنی شکسته شده دوباره تشکیل می شوند و ویسکوزیته

 

اولیه دوباره به محلول باز می گردد.

 

(Xanthan Gum)
شکل
9: صمغ زانتان

 

است یعنی با افزایش تنش برشی بر روی ( pseudo – plastic ) محلول زانتان یک سیال شبه پلاستیک

 

همچنین این محلول دارای خاصیت .( shear – thinning ) محلول ویسکوزیته آن کاهش می یابد

 

ژلاتینی نیز می باشد. تحت شرایطی که میزان برش اعمال شده بر روی محلول زیاد است ( برای مثال در

 

٢٩

 

داخل لوله حفاری ) ویسکوزیته این سیال کاهش می یابد. در شرایط که میزان برش اعمال شده خیلی زیاد

 

است ( مثلا در نازلهای مته حفاری ) ویسکوزیته این سیال آنقدر کاهش پیدا می کند که سیال از لحاظ

 

ویسکوزیته شبیه به آب می شود. در شرایطی مانند شرایط داخل فضای حلقوی چاه که میزان برش اعمال

 

شده کمتر است پیوندهای هیدروژنی دوباره تشکیل شده و ویسکوزیته مجددا افزایش می یابد. در حالتی که

 

حالت ( thixotrapic characteristics ) سیال هیچگونه حرکتی ندارد به خاطر خاصیت تیکسوتراپیک

 

( welan gum ) ژلاتینی به خود می گیرد. صمغ زانتان و یک پلیمر زیستی مشابه دیگر با نام صمغ ولان

 

دو مورد از محدود پلیمرهای تجاری هستند که در سیالات پایه آبی خواص ژلاتینی تولید می کنند.

 

میزان غلظت زانتان برای اینکه در محلول خاصیت ژلاتینی تولید کند بستگی به آبی دارد که برای ساخت

 

0/5 می باشد lb/bbl محلول مورد استفاده قرار می گیرد. در مورد آبهای شیرین وزن داده شده این مقدار

 

3 lb/bbl این مقدار 2 تا NaCl و یا محلول با شوری بالا از kcl در حالی که در موارد آبهای شور با نمکهای

 

است. در آبهای شور با میزان نمک بالا پلیمر زانتان ( همچون دیگر پلیمرهای پایه آبی ) به راحتی متبلور

 

نمی شود و تا حدی به همان صورت اولیه باقی می ماند. در آبهای شیرین ، پلیمر متبلور می شود و شاخه

 

های جانبی پلیمر با یکدیگر در تماس قرار گرفته و در نتیجه پیوند هیدروژنی بین آنها برقرار می شود که

 

نتیجه آن ایجاد خاصیت ژلاتینی در محلول می باشد.

 

صمغ زانتان در مواردی خاص به سیال حفاری اضافه می گردد. اغلب به عنوان جایگزینی برای رسها به

 

منظور ایجاد خاصیت ژلاتینی به کار می رود. همچنین صمغ زانتان به عنوان جایگزینی برای رسها در ایجاد

 

ویسکوزیته و حالت معلق سازی ذرات جامد در محلول به کار می رود. اضافه کردن این ماده از چند جهت

 

مفید است که مهمترین فایده آن بالا بردن ظرفیت حمل و معلق سازی جامد در مایع بدون افزایش در

 

میزان جامدات سیال است. این خاصیت زانتان در افزایش ویسکوزیته باعث می شود که از آن در حفاری

 

های افقی و با عمق زیاد ، بویژه درمواردی که سرعت جریان سیال در فضای حلقوی کم است استفاده شود.

 

زانتان دارای خواص متعددی است که آن را یک انتخاب ایده آل برای کاربرد در سیالات حفاری داخل

 

NaBr , CaCl مخزن و عملیات تکمیلی / تعمیراتی چاه می نماید. این ماده به آبهای شور شامل آب دریا ، 2

 

٣٠

 

ویسکوزیته می دهد. این ماده با اکسید کننده ها یا آنزیمها تجزیه می CaBr و تا حدی 2 , KCl , NaCl

 

شود و در اسید حل می شود که به این ترتیب به راحتی آثار آن از بین خواهد رفت. این ماده خاصیت

 

را در سیال CaCo را افزایش داده و مواد وزن افزای قابل حل در اسید مثل 3 ( gel strength ) ژلاتینی

 

به صورت معلق در می آورد.

 

محصولاتی از زانتان وجود دارند که حاصل تصفیه زانتان هستند. در حقیقت هر گونه بقایای باکتریایی به

 

منظور ایجاد محصولی تمیز و عاری از هر گونه آلودگی برای کاربرد در سیال حفاری حذف گردیده است.

 

-2-4-2-5 پلیمرهای طبیعی اصلاح شده:

 

پلیمرهای طبیعی اصلاح شده در سیالات حفاری بسیار کاربرد دارند. سلولز و نشاسته دو پلیمر طبیعی

 

هستند که برای تولید پلیمرهای طبیعی اصلاح شده مورد استفاده قرار می گیرند . موادی که در نتیجه این

 

اصلاحات بدست می آیند دارای خواص متفاوتی در مقایسه با پلیمرهای طبیعی اولیه هستند .

 

در حقیقت به منظور اینکه این محصولات در سیالات حفاری کاربرد داشته باشند می بایست از مواد اولیه

 

غیر یونی مانند سلولز و نشاسته محصولات پلی الکترولیت بدست آید که در زیر تعریفی از پلی الکترولیت

 

آورده شده است.

 

پلی الکترولیتها :

 

تعداد زیادی از پلیمرها در آب قابل حل نیستند و بنابراین در سیالات حفاری پایه آبی کاربردی ندارند مگر

 

اینکه بر روی آنها اصلاحاتی صورت گیرد. به منظور ایجاد خاصیت انحلال در آب گاهی اوقات پلیمرها می

 

بایست اصلاح شوند تا از آنها پلی الکترولیت بدست آید. این عملیات شامل تغییر در واحدهای تکرار شونده

 

پلیمر می باشد. یک پلی الکترولیت ، پلیمری است که در آب حل می شود و یونهای متعددی با بارهای

 

مشابه و مخالف بوجود می آورد. یک پلی یون دارای بارهایی است که در طول زنجیره پلیمر تکرار می شوند.

 

بارها می توانند مثبت ( پلیمرهای کاتیونی ) یا منفی ( پلیمرهای آنیونی ) باشند. تعداد پلیمرهای کاتیونی

 

٣١

 

معدود است در حالی که بیشتر پلیمرهایی که در سیالات حفاری به کار می روند آنیونی هستند.

 

کارایی یک پلی الکترولیت بستگی به سایتهای فعال بر روی پلیمر دارد که آن نیز به نوبه خود بستگی به

 

عوامل زیر دارد :

 

غلظت پلیمر .I

 

غلظت و توزیع یونهای با قابلیت یونیزه شدن .II

 

شوری و سختی سیال .III

 

سیال PH .IV

 

با افزایش تعداد سایتهای فعال ، پلیمر در سیال حل می شود . علت این امر نیروی دافعه ای است که بین

 

بارهای همنام بوجود می آید و برای به حداقل رساندن این نیروی دافعه می بایست ذرات در بیشترین فاصله

 

نسبت یکدیگر قرار گیرند که این به معنای حل شدن پلیمر در سیال می باشد. ذرات باردار به وجود آمده به

 

ذرات رس محلول در سیال متصل شده و باعث ایجاد ویسکوزیته در سیال می گردند.

 

اثرات غلظت : .I

 

همچنان که مورد بحث قرار گرفت ، هنگامی که پلیمرها در فاز آبی یک سیال حفاری حل می شوند یک

 

ساختار کش آمده را از خود به نمایش می گذارند این گفته به این معنا نیست که این اجزاء به شکل

 

مستقیم هستند بلکه یک حالت پیچ خورده دارند چرا که با این حالت بیشترین فاصله بین بارهای همنام

 

بوجود خواهد آمد.

 

در غلظتهای کم پلیمر در محلول آبی ، پوشش ضخیمی از مولکولهای آب ( حدود 3 یا 4 مولکول )

 

مولکولهای پلیمر را در بر می گیرند. یک نیروی دافعه الکتروستاتیک بین این پوشش ها ( که یک حالت

 

کاملا گسترش یافته دارند ) وجود دارد و سطوح گسترده این پوشش ها باعث ایجاد ویسکوزیته پلیمر در

 

سیال می گردد.

 

٣٢

 

با افزایش غلظت پلیمر، پوشش آبی دور پلیمرها کاهش می یابد. با افزایش تعداد مولکولهای پلیمر پوششهای

 

آبی کمتر شده و در نتیجه ویسکوزیته افزایش می یابد. علت این افزایش در ویسکوزیته آنستکه هنگامی که

 

غلظت پلیمرها زیاد می شود با چسبیدن به مقدار کمی آب با یکدیگر برخورد می کنند و همین علت، عامل

 

افزایش در ویسکوزیته است.

 

: PH اثرات .II

 

تعیین کننده میزان یونیزاسیون گروههای عاملی موجود PH است. درحقیقت PH حلالیت پلیمر تحت تأثیر

 

بر روی زنجیره پلیمری است. برای مثال، در بیشتر موارد گروه عاملی که بر روی پلیمرهای محلول در آب

 

یافت می شود، گروه کربوکسیل است . گروه کربوکسیل یونیزه شده ویژگی غالب بیشتر پلیمرهای آنیونی

 

و از این قبیل می باشد. ( Xanthan gum ) صمغ زانتان ، PHPA , CMC مثل

 

شکل 10 : گروه کربوکسیل یونیزه
شده

 

همچنانکه در شکل 10 مشاهده می شود گروه کربوکسیل یونیزه شده دارای یک اکسیژن با پیوند دو گانه و

 

یک اکسیژن با پیوند یگانه بر روی کربن مربوط به کربوکسیل می باشد. یونیزاسیون در نتیجه واکنش گروه

 

کربوکسیل با یک ماده قلیایی مثل سود سوزآور صورت می گیرد. در حقیقت انحلال پلیمر در نیتجه

 

( یونیزاسیون گروه کربوکسیل اتفاق می افتد . ( شکل 11

 

٣٣

 

شکل 11 : حلالیت پلیمر

 

مکانیسم این حلالیت به این صورت است که آب به خاطر بار منفی گروه سدیم کربوکسیلات به سمت آن

 

جذب می شود. هنگامی که پلیمر به آب اضافه می شود ، یون سدیم از زنجیره پلیمری جدا شده و یک بار

 

منفی بر روی پلیمر برجا می گذارد. پلیمر اکنون دارای بار منفی بوده آمادگی تبلور توسط آب را دارد. با

 

متبلور شدن پلیمر توسط مولکول آب، پوشش دور پلیمر از نظر اندازه افزایش یافته و در نتیجه ویسکوزیته

 

افزایش می یابد.

 

بین 8.5 تا 9.5 صورت می گیرد. اگر مقدار بیشتری ( در PH بهترین حلالیت گروه کربوکسیل در گستره

 

سود سوز آور به محلول اضافه شود خواص ویسکوزیته دهندگی ( PH = 8/ مقایسه با مقدار مورد نیاز برای 5

 

کمتر از 7 ) قرار PH محلول در محدوده اسیدی ( یعنی PH پلیمر ممکن است تا حدی کاهش یابد. اگر

 

گیرد گروه کربوکسیلات به کربوکسیل تبدیل شده و حلالیت پلیمر کاهش می یابد.

 

اثرات شوری : .III

 

شوری اثر زیادی در کارایی پلیمر دارد. شوری از کش آمدن و باز شدن پلیمر که در هنگام حل شدن پلیمر

 

در آب اتفاق می افتد جلوگیری می کند. این حالت به این علت اتفاق می افتد که بر سر آب رقابت صورت

 

می گیرد . نمک آب موجود و در دسترس پلیمر ( را که موجب تبلور و بزرگ شدن پلیمر می شود ) را

 

محدود می کند. با افزایش شوری پلیمر به آن حد متبلور نمی شود و در نهایت ویسکوزیته زیادی هم به

 

محلول نمی دهد .

 

اگر به محلولی از آب شیرین که پلیمرها در آن به طور کامل متبلور شده اند نمک اضافه شود در محلول یک

 

٣۴

 

مشاهده خواهد شد. علت این امر این است که همچنان که ( Viscosity Hump ) افزایش ویسکوزیته

 

نمک در آب حل می شود و مولکولهای آب را از پلیمر جدا می کند سیستم برای لحظه ای ناپایدار شده و

 

یک افزایش موقتی در ویسکوزیته مشاهده خواهد شد. علت این ناپایداری این است که پلیمرها درحالی که

 

دارند به حالت غیر متبلور و اولیه شان بر می گردند با پلیمرهای دیگر و جامدات حفاری برخورد می کنند.

 

با برگشتن پلیمرها به حالت اولیه ویسکوزیته به طور چشمگیری کاهش می یابد.

 

عملا ، کارایی پلیمرها درمحیط های شور کاهش می یابد ولی می توان با یک سری افزودنیهای خاص این

 

را ( Xantan Gum ) پلی آنیونیک سلولز ) یا صمغ زانتان ) PAC مشکل را حل کرد. برای مثال می توان

 

به اندازه دو برابر غلظت حالت عادی یا حتی بیشتر اضافه کرد تا درمحیط شور اثر کنند.

 

اثرات یونهای
مثبت دو ظرفیتی
: .IV

 

یونهای دو ظرفیتی از قبیل کلسیم و منیزیم می توانند اثرات بدی بر روی سیال حفاری داشته باشند.

 

همچنانکه یون سدیم میزان آب در دسترس پلیمرها را کاهش می دهد یونهای دو ظرفیتی کلسیم و منیزیم

 

میزان آب در دسترس پلیمر را بیشتر کاهش می دهند. این امر باعث کاهش بیشتراثر پلیمر درمحلولهای

 

آبی می شود. پلیمرهای آنیونی در حضور یون کلسیم مشکلات بیشتری نیز دارند چرا که یون کلسیم با

 

شده و ( Flocculated ) پلیمرهای آنیونی واکنش می دهد که در نتیچه آن پلیمر تبدیل به ذرات کلوخه

 

پیشنهاد می ( Na2Co به خاطر وزنشان در محلول ته نشین می شوند. برای حل این مشکل سودااش ( 3

 

و یا پلیمرهایی که ( Xanthan Gum ) شود پلیمرهایی که مقدار کمی آنیونی هستند نظیر صمغ زانتان

 

غیر یونی هستند نظیر نشاسته توسط کلسیم رسوب نمی کنند. ولی به خاطر اثر کاهش میزان آب در

 

دسترس توسط کلسیم کارایی آنها کاهش می یابد.

 

1-2-4-2-5 - مشتقات
سلولز:

 

٣۵

 

سلولز یک پلیمر طبیعی است که در آب حل نمی شود. برای اینکه در سیالات حفاری قابل کاربرد باشد آنرا

 

یک پلی الکترولیت است. شکل CMC . می کنند ( Carboxy Methyl Cellulose ) CMC تبدیل به

 

12 و 13 چگونگی اصلاح ساختار حلقوی تکرار شونده سلولز با وارد کردن یک گروه کربوکسی متیل آنیونی

 

را نشان می دهد. محصول بدست آمده از این طریق میل ترکیبی با آب داشته و در آب محلول است.

 

شکل 12 : سلولز

 

D.S=1.0،(Sodium Carboxymethylcellulose) شکل 13 : کربوکسی متیل سلولز سدیمی

 

با (CL CH2 COONA ) کربوکسی متیل سلولز در نتیجه واکنش نمک سدیمی اسید مونوکلرواستیک

 

برای تشکیل یک پلی ( ‐ CH2OH ) سلولز تشکیل می شود. بر اثر این واکنش یک جانشینی در گروه

 

الکترولیت صورت می گیرد.

 

خواص کربوکسی متیل سلولز سدیمی بستگی به عوامل متعددی دارد که عبارتند از:

 

( D.S ) - درجه جانشینی

 

٣۶

 

( D.P ) - درجه پلیمریزاسیون

 

- یکنواختی جانشینی

 

- خلوص محصول نهایی

 

درجه پلیمریزاسیون به تعداد دفعاتی که ساختار حلقوی تکرار می شود ، اشاره دارد.

 

ساختار حلقوی ، ساختاری تکرار شونده است که پلیمر را تعریف می کند. هر چه درجه پلیمریزاسیون

 

میزان ویسکوزیته آن CMC افزایش یابد وزن مولکولی افزایش می یابد. با افزایش درجه پلیمریزاسیون

 

است. CMC Low Vis دارای وزن مولکولی بیشتری در مقایسه با CMC High Vis . افزایش می یابد

 

درجه جانشینی به تعداد جانشینی هایی که روی یک واحد حلقوی صورت می گیرد اشاره دارد. در سدیم

 

کربوکسی متیل سلولز نشان داده شده در شکل 13 ، درست یک جانشینی بر روی هر ساختار حلقوی وجود

 

این پلیمر برابر با 1 است. D.S. دارد و این به معنای این است که

 

صورت گرفته است. جانشینی می ( ‐ CH2OH ) در مثال بالا جانشینی تنها در گروه هیدروکسی متیل

 

برابر 3 می ( D.S. ) صورت گیرد که دراینصورت درجه جانشینی ( ‐OH ) توانست در دو گروه هیدروکسیل

 

0 و / بین 7 CMC مربوط به D.S. 0 برسد حلالیت محقق خواهد شد. گستره / به 45 D.S. شد. هنگامی که

 

یکسان بوده و Low Vis یا Medium ،High Vis ها اعم از CMC 0/8 است . این مقدار برای تمامی

 

آنها است.
D.P. ها در CMC فرقی نمی کند . تنها تفاوت بین این

 

( Polyanionic cellulose) هایی که درجه جانشینی بالاتری دارند به عنوان پلی آنیونیک سلولز CMC

 

شناخته می شوند. ( PAC ) با علامت اختصاری

 

با D.S. است و تنها دو پلیمر از نظر CMC دارای ساختار شیمیایی و درجه پلیمریزاسیونی به اندازه PAC

 

1 است. / 0 تا 0 / بین 9 PAC مربوط به D.S. هم فرق دارند . میزان

 

CMC در مقایسه با PAC های بالاتر باعث حلالیت بیشتر سلولز می شود که این باعث عملکرد بهتر D.S.

 

در PAC در آب شیرین یکسان عمل می کنند اما در آبهای شور یا سخت PAC و CMC است. هر دو پلیمر

 

بهتر عمل می کند. CMC مقایسه با

 

٣٧

 

و خلوص یکسان عملکرد متفاوتی از خود نشان می دهند. این D.S و D.P با PAC و CMC گاهی اوقات

 

یا CMC حالت به خاطر یکنواختی ( یا عدم یکنواختی ) درجانشینی های بر روی زنجیره پلیمری است. یک

 

که به طور ضعیفی عمل می کند ممکن است دارای جانشینی هایی در یک انتها یا در میان زنجیره PAC

 

پلیمری باشد. نتیجه این امر یک پلیمر با حلالیت محدود و بنا بر این عملکرد ضعیف می باشد.

 

کیفیت موجود است. این محصول دارای خاصیت کنترل صافاب در ( PAC ) نمونه ای سلولز پلی آنیونیک

 

است. این ماده یک کیک نازک ، سفت انحنا پذیر بر KCl و NaCl ، سیالات حفاری آب شیرین ، آب دریا

 

روی سازند تشکیل می دهد که مانع از نفوذ صافاب به سازندهای نفوذ پذیر می شود. همچنین ویسکوزیته

 

در آب دریا، آب CMC عالی ای را در آب شیرین و آب شور ایجاد می کند، همچنین برای درمان مشکل

 

400 است توصیه می شود. در جدول زیر mg/lit نمک و آبهایی که میزان کلسیم محلول آنها بالای

 

آورده شده است . CMC و PAC خصوصیات و محدودیتهای

 

PAC و CMC : جدول 3

 

نوع دیگری از پلیمر سلولز اصلاح شده است. ( Hydroxy Ethyl Cellulose ) HEC

 

این ماده با خیساندن سلولز در محلول سود سوز آور و سپس واکنش سلولز قلیایی با اکسید اتیلن تولید می

 

شود .

 

بر جای گروههای هیدروکسیل و ( Hydroxy Ethyl ) نتیجه این فرآیند جانشینی گروه هیدروکسی اتیل

 

هیدروکسی متیل است. اگر چه در این حالت پلیمر غیر یونی است اما گروههای هیدروکسی اتیل میل

 

ساختار پلیمر D.S ترکیبی کافی با آب را دارند که این باعث حل شدن پلیمر در آب می گردد. علاوه بر

 

٣٨

 

شاخه های جانبی اتوکسیلات قرار می گیرد. D.P تحت تأثیر

 

نامیده می شود و در حقیقت جانشینی ( Molar Substitution ) شاخه های جانبی جانشینی مولار D.P

 

مولار تعداد متوسط مولکولهای اتیلن اکسایدی است که با هر واحد سلولز واکنش داده اند. هنگامی که گروه

 

هیدروکسی اتیل به هر واحد متصل می شود این گروه می تواند با گروههای بیشتری به صورت انتها به انتها

 

بیشتر M.S واکنش دهد. تا زمانی که اکسید اتیلن موجود باشد واکنش می تواند ادامه پیدا کند. هر چه

 

باشد حلالیت پلیمر درآب افزایش یافته و بنا بر این مقاومت بیشتری نسبت به نمک و سختی دارد. عموما

 

بین 1.5 تا 2.5 است. HEC در پلیمر M.S گستره مقادیر مربوط به

 

(Hydroxyethylcellulose) شکل 14 : هیدروکسی اتیل سلولز

 

عمدتا ___________به عنوان عاملی برای افزایش ویسکوزیته و جلوگیری از صافاب گل در عملیات تعمیرات و HEC

 

سازگار CaBr و 2 Cacl2 , Nacl , Kcl تکمیل چاه به کار می رود. این ماده با شورابهایی نظیر آب دریا

 

است. این ماده یک پلیمر خیلی تمیز و قابل حل در اسید است که آن را مناسب برای مراحلی از حفاری می

 

غیر یونی است به اندازه HEC کند که سیال حفاری در تماس با سطوح تولید مخزن است. چون که

 

پلیمرهای یونی با سطوح باردار واکنش نمی دهد که این عامل نیز به نوبه خود نقش آن را به عنوان یک ماده

 

( 250°F
) توانایی تحمل دماهای حداکثر HEC . افزودنی به گل در عملیات تکمیل چاه درخشانتر می سازد

 

١٢١ را دارد. °c

 

و فعالیت باکتریایی تأثیر زیادی بر آن نمی گذارد. خاصیت ژلاتینی تولید نمی کند و در حقیقت PH

 

٣٩

 

ویسکوزیته برای مقادیر برشهای کم ایجاد می کند. اگر چه به طور کلی باعث افزایش درویسکوزیته سیال

 

حفاری می گردد.

 

-2-2-4-2-5 مشتقات
نشاسته:

 

همچنان که قبلا در این بخش بیان شد نشاسته در بسیاری از موارد بدون هیچگونه اصلاحی قابل

 

کاربرد است. اما مشتقات نشاسته که از طریق اصلاحات صورت گرفته بر آن بدست آمده اند دارای خواص

 

متفاوتی نسبت به آن می باشند. مثلا با اصلاحاتی که بر روی نشاسته صورت می گیرد می توان مقاومت آن

 

را نسبت به تجزیه باکتریایی و همچنین حرارت بالا برد. تعدادی از مثالهای مربوط به نشاسته اصلاح شده در

 

زیر آورده شده است.

 

( CMS ) ( -1-2-2-4-2-5 نشاسته کربوکسی متیل

 

: Corboxymethyl Starch )

 

کربوکسی متیل نشاسته از ، CMC این نشاسته نمونه ای از یک پلیمر اصلاح شده است. همچون

 

طریق یک فرآیند جانشینی کربوکسیلات به جای گروههای هیدروکسیل یا هیدروکسی متیل بدست می

 

جانشینی بیشتر بر روی گروه هیدروکسی متیل صورت می گیرد. ، CMC آید. همچنین باز هم مشابه

 

۴٠

 

D.S=1،(Carboxymethyl
starch
) شکل 15 : نشاسته کربوکسی
متیل

 

نمونه ای نشاسته کربوکسی متیل وجود دارد که از صافاب جلوگیری کرده و مقداری هم باعث افزایش

 

در PAC ویسکوزیته در سیالات حفاری پایه آبی می شود. این ماده جایگزین خوبی برای مواد خانواده

 

سیستمهایی است که نیاز به کنترل صافاب خوبی داشته و خواص ویسکوزیته و ژلاتینی زیادی از آنها انتظار

 

است تا نشاسته . این ماده دارای پایداری حرارتی شبیه CMC نمی رود. عملکرد این محصول بیشتر شبیه

 

149°
) بوده و احتیاجی به مواد ضد باکتری ندارد. c ( 300°F
) بیش از ) PAC و CMC

 

Ca 20000 و + 2 mg/lit در سیالات حفاری با غلظت کلر کمتر CMS این محصول خانوادة

 

کمتر از

 

ی به خوبی عمل کرده و با همه سیستمهای پایه آبی PH 800 کارایی بهتری دارد. این ___________ماده در هر mg/lit

 

سازگار است.

 

-2-2-2-4-2-5 نشاسته
هیدروکسی پروپیل:

 

است. این ماده حاصل واکنش (HP ) مثال دیگری از یک نشاسته اصلاح شده، هیدروکسی پروپیل

 

نشاسته با اکسید پروپیلن است. نشاسته اصلاح شده ای که در نتیجه این فرآیند بدست می آید غیر یونی

 

بوده و محلول در آب است . اصلاحی که در نتیجه این فرآیند بر روی نشاسته صورت گرفته تنها به حلالیت

 

جانشینی می تواند در سایت مربوط به HEC و CMS نشاسته در آب افزوده است . همچون موارد مربوط به

 

هیدروکسی متیل یا سایتهای هیدروکسیل موجود بر روی ساختار حلقوی صورت گیرد. از سوی دیگر

 

جانشینی بیشتر درگروه هیدروکسی متیل صورت می گیرد. CMS و CMC همچون

 

۴١

 

M.S=2 ،D.S=0/5 ،(Hydroxypropyl
Starch
) شکل 16 : نشاسته هیدروکسی پروپیل

 

گروههای پروپوکسیلات نیز به عنوان D.P . نتیجه این فرآیند جانشینی گروههای پروپوکسیلات است

 

تعداد متوسط مولکولهای M.S . شناخته می شوند ( M.S ) ( Molar Substitution ) جانشینی مولار

 

اکسیدپروپیلن است که با هر واحد نشاسته واکنش داده اند. هنگامی که یک گروه هیدروکسی پروپیل به هر

 

واحد متصل می شود می تواند با گروههای بیشتری در یک ساختار انتها به انتها واکنش دهد. واکنش اکسید

 

پروپیلن با نشاسته شباهتهایی به واکنش سلولز با اکسیداتیلن دارد. در هر دو مورد جانشینی با یک ساختار

 

آن تعریف شود. M.S تکرار شونده صورت می گیرد که می بایست با

 

آنها با یکدیگر M.S و D.S , D.P موجود است . خواص این محصولات بر اساس HP انواع متعددی نشاسته

 

متفاوت است.

 

موجود است که اوایل برای کنترل صافاب در سیستمهای سیال حفاری داخل HP نمونه ای از نشاسته

 

مخزن مورد استفاده قرار می گرفت . این ماده در ترکیب با کربنات کلسیم کیکی تشکیل می دهد که قابل

 

CaBr2 , NaBr , با بیشتر شورابها از قبیل آب دریا HP حل در اسید است. مشابه نشاسته ، این نمونه از

 

و . . . سازگار است و همچنین احتیاج به مواد ضد باکتری ندارد. Cacl2 , Kcl , Nacl

 

خاصیت ویسکوزیته دهندگی بسیار خوبی دارد که آن را مناسب کاربرد در سیالات حفاری HP این نمونه از

 

در ویسکوزیته مربوط به مقادیر برشی کم HP این نمونه از ، PAC داخل مخزن می سازد . بر خلاف

 

( Xanthan Gum ) دخالت دارد و باعث افزایش آن می شود. این ماده به همراه صمغ زانتان (LSRV)

 

می گردد. (LSRV) باعث افزایش ویسکوزیته مربوط به مقادیر برشی کم

 

۴٢

 

4 می باشد اگر چه در مواردی غلظتهای بیشتری lb/bbl 2 تا ، HP مقادیر توصیه شده برای این نمونه از

 

بهتر از بیشتر مواد HP هم به منظور کاهش صافاب به کار گرفته شده است. پایداری حرارتی این نمونه از

 

121°
را در شورابها داراست. c (250°F
) نشاسته ای است. این ماده تحمل دماهایی تا

 

محصولی از نشاسته ذرت هیدرولیز شده آنزیمی وجود دارد که با اصلاحات شیمیایی به مالتودکسترین

 

تبدیل شده است. نتیجه هیدرولیز تولید محصولی با وزن مولکولی خیلی کمتر که تا (Malto dextrin)

 

حدی خاصیت آنیونی نیز دارد ، می باشد.

 

این محصول تقریبا به طور گسترده ای در سیالات حفاری آهکی مورد استفاده قرار می گیرد. علت این امر

 

آنستکه میزان حلالیت کلیسم را در سیالات پایه آهکی افزایش می دهد. مکانیسم عمل به این صورت است

 

Ca که در یک چنین محیطهایی این پلیمر بیشتر هیدرولیز می شود و + 2

 

به گروههای کربوکسیلات که در

 

Ca حین فرآیند هیدرولیز تولید می شوند، متصل می شود. که نتیجه آن حلالیت بیشتر یون + 2

 

است. عقیده

 

Ca بر اینستکه میزان بیشتر + 2

 

بازدارندگی بیشتری را بوجود می آورد.

 

همچنین این محصول به عنوان یک عامل ضد کلوخه ای شدن عمل می کند . غلظت مورد استفاده آن در

 

4 است. lb/bbl یک سیستم آهک، 2 تا

 

93°
را تحمل کرده و احتیاج به مواد ضد c ( 200°F
) مشابه نشاسته معمولی ، این ماده حرارتهای تا

 

باکتری دارد.

 

-3-4-2-5 پلیمرهای مصنوعی:

 

پلیمرهای مصنوعی به طور شیمیایی از مشتقات نفتی تولید می شوند. بر خلاف پلیمرهای طبیعی و

 

پلیمرهای طبیعی اصلاح شده، پلیمرهای مصنوعی از مولکولهای کوچکتری ساخته شده اند. امکان انعطاف

 

پذیری نامحدودی در طراحی پلیمرهای مصنوعی وجود دارد. آنها می توانند دقیقا مطابق با نیازهای خواسته

 

شده ساخته شوند.

 

۴٣

 

غالبا، پلیمرهای مصنوعی از اتیلن طبق فرآیند جانشینی بدست می آیند. فرآیند پلیمریزاسیون در پلیمرهای

 

که در آن اتیلن های جانشین شده به انتهای ) ( Addition Reaction ) مصنوعی طبق واکنش افزایش

 

می تواند هر “ A “ یک زنجیزه پلیمری اضافه می شوند ) صورت می گیرد. در شکل زیر، گروه جانشین شده

 

گروه عاملی باشد.

 

CH
= CH
2

 

A

 

در شکل بالا به استخوانبندی اصلی کربن – کربن پلیمر و احتمالات جانشینی نامحدود آن توجه شود.

 

اتصال کربن – کربن در مقایسه با اتصال کربن – اکسیژن ( که قبلا در مورد پلیمرهای با پایه نشاسته و

 

سلولز مورد بحث قرار گرفت ) پایدارتر و مستحکم تر است.

 

371°
را دارد . c ( 700°F
) اتصال کربن – کربن نسبت به باکتری مقاومتر بوده و تحمل حرارتهای بیش از

 

لذا در مواردی که پلیمر های مصنوعی درمعرض باکتری یا حرارت قرار می گیرند گروههای جانشین شده

 

قبل از پیوند کربن – کربن تجزیه می شوند.

 

پلی آکریلات :

 

پلیمریزاسیون اسید آکریلیک و خنثی سازی آن با هیدروکسید سدیم پلیمر پلی آکریلات سدیم

 

یک پلیمر آنیونی بوده که می تواند بسته به وزن مولکولی اش هم به SPA . را تولید خواهد کرد (SPA)

 

عنوان ماده ضد کلوخه شدن و هم به عنوان ماده ای برای کنترل صافاب عمل کند.

 

۴۴

 

شکل 17 : پلی آکریلات سدیم

 

در طول حفاری یک چاه عملکرد متقابل بین کنده های حفاری اثرات بسیار زیادی را بر روی خواص گل

 

دارد . در گل حفاری یک تمایل طبیعی برای کلوخه شدن وجود دارد.( شکل 18 ) . کلوخه ای شدن نتیجه

 

افزایش در خواص رئولوژیک گل حفاری است.

 

۴۵

 

شکل 18 : کلوخه ای شدن
جامدات حفاری

 

در وزنهای مولکولی کم ( کمتر از 10000 ) به عنوان یک ماده ضد کلوخه ای شدن عمل می کند. این SPA

 

ماده شدیدا آنیونی بوده و جذب مواد جامد فعال در گل حفاری می شود. پلیمر جذب شده بارهای مثبت

 

روی ذرات جمع شده را خنثی می کند که نتیجه اش دافعه متقابل بین ذرات و از بین رفتن حالت کلوخه

 

ای می باشد. هر چه که پلیمر کوچکتر باشد این عمل را بهتر انجام می دهد. بیشترین میزان جذب بر روی

 

سطوح ذرات توسط پلیمرهای با زنجیره کوتاه صورت می گیرد که باعث حذف حالت کلوخه ای می شود که

 

خود این حالت کلوخه ای می تواند نتیجه جذب یک پلیمر به چند ذره باشد لذا به همین دلیل است که

 

( گفته می شود بایستی ذرات پلیمر کوچک باشند. ( شکل 19

 

۴۶

 

و رسها
SPA شکل 19 : دیاگرام

 

تعداد زیادی از شرکتهایی که در زمینه گل حفاری کار می کنند از پلی آکریلات با وزن مولکولی کم به

 

عنوان عامل ضد کلوخه ای شدن در گلهای با میزان مواد جامد کم و بدون پراکندگی و دیگر سیستمهای

 

پلیمری استفاده می کنند. این ماده به هر دو صورت پودر و مایع به بازار عرضه می شود.

 

در مقایسه با لیگنوسولفونات در غلظتهای بسار کمتری مورد استفاده قرار می گیرد. عملا ، غلظتهای SPA

 

1/0 از این ماده برای کنترل خواص رئولوژیک گل کافی است. lb/bbl 0/25 تا

 

260°
را تحمل کند. این ماده به خوبی c ( 500°F
) قلیایی ندارد و می تواند دماهای تا PH نیازی به SPA

 

درگلهای پلیمری عمل می کند و گاهی اوقات به تنهایی در گلهای مورد استفاده در مراحل شروع حفاری

 

و در حفاری چاههای زمین گرمایی استفاده می شود. (Spud Mud)

 

به غلظتهای بالای جامدات حساس است. به این علت که این ماده یک ماده فعال سطحی است به SPA

 

راحتی در محیطهای با میزان بالای جامدات غوطه ور می شود. این ماده در مواردی که ظرفیت تعویض

 

12 باشد به بهترین lb/gal 20 معادل بنتونایت و وزن گل کمتر از lb/bbl گل کمتر از ( CEC ) کاتیونی

 

شکل عمل می کند.

 

۴٧

 

: ( Copolymerization ) کوپلیمریزاسیون

 

سرو کار داشته ایم. اما در این ( Homoploymer ) تاکنون در این بخش تنها با پلیمرهای همگن

 

قسمت می خواهیم کوپلیمرها را مورد بحث قرار دهیم . در حقیقت کوپلیمرها شامل 2 یا بیش از 2 نوع

 

مونومر هستند.

 

از طریق کوپلیمریزاسیون می توان پلیمرهایی تولید کرد که خواص آن متفاوت از پلیمرهای مربوط به هر

 

یک از مونومرهای تشکیل دهنده آن است. اضافه کردن هر مونومر دریچه تازه ای برای طراحی پلیمرهای

 

جدیدتر به روی ما باز می کند. برای مثال یک مونومر می تواند جهت بالا بردن توانایی تحمل حرارتی در

 

مورد استفاده (Shale Control) پلیمر به کار رود در حالی که مونومر دیگر می تواند جهت کنترل شیل

 

قرار گیرد.

 

در صنعت سیال حفاری محصولی وجود دارد که یک کوپلیمر است. این ماده از دو مونومر تشکیل شده است

 

که عبارتند از :

 

با آن آشنا شدیم ) و یک مونومر دیگر که در صنعت SPA سدیم آکریلات ( همچنانکه در قمست مربوط به

 

2 ) می شناسند. ‐ acrylamido‐2‐methyl propane sulfonic
acid ) AMPS آن را با نام

 

به پلیمر می دهد عبارتند از : پایداری حرارتی بالاتر و مقاومت نسبت به AMPS خواصی که مونومر

 

جامدات، شوری و سختی. که این خواص در مقایسه با زمانی که سدیم آکریلات به تنهایی وجود داشته باشد

 

تقویت شده اند.

 

شکل 20 : کوپلیمریزاسیون

 

دارای قیمت بالایی در بازار می باشد با این وجود این ماده در حضور مواد آلوده کننده می تواند AMPS

 

۴٨

 

و نشاسته اصلاح PAC پایداری حرارتی بالایی را برای گل ایجاد کند که این مقدار بیشتر از مقادیر مربوط به

 

شده است.

 

AMPS شکل 21 : مونومر

 

مقاومت بالاتری نسبت به آلودگی داشته و AMPS کوپلیمری که در بالا ذکر شد به خاطر حضور مونومر

 

این ماده از لحاظ کاربرد در موارد ، SPA دارد. همچون SPA توانایی تحمل جامدات بیشتری را در مقایسه با

 

سیستمهای کم جامد و غیر پراکنده وسیستمهای پلیمری مناسب تر است. این ماده در کنترل ویسکوزیته

 

با وزن SPA در محیط های با میزان جامد بالا توانایی زیادی ندارد. با این وجود این کوپلیمر در مقایسه با

 

مولکولی کم کاربرد بیشتری در موارد آب دریا دارد.

 

نمونه ای پلی آکریلات با وزن مولکولی متوسط ( 300000 ± ) وجود دارد که عمدتا برای کنترل صافاب

 

204/4°
مقاوم بوده و c ( 400°F
) مورد استفاده قرار می گیرد این ماده به دماهای خیلی بالا ( بیشتر از

 

مورد استفاده قرار می گیرد. همچون کوپلیمر ( Geothermal ) گاهی در حفاری چاههای زمین گرمایی

 

۴٩

 

بستگی ندارد و توسط باکتریها تجزیه نمی شود اما حساس به آلودگی کلسیمی می PH ذکر شده در بالا ، به

 

300 یا mg/lit باشد. به همین دلیل جهت عملکرد بهینه این ماده توصیه می شود که غلظت کلسیم محلول

 

کمتر نگه داشته شود. این ماده در محیط آب شیرین بسیار خوب عمل می کند.

 

این نمونه از پلی آکریلات اغلب اوقات در سیسمتمهای کم جامد ، بدون فاز پراکنده و دیگر سیستمهای

 

به کار برده می شود. علاوه بر ایجاد خاصیت کنترل صافاب، یک اثر پایدار کننده بر PHPA پلیمری چون

 

روی کنده های حفاری دارد. این محصول به ذرات رس متصل می شود و لایه ای کپسول مانند را به دور

 

کنده های حفاری ایجاد می کند. گاهی اوقات هنگامی که این نمونه از پلی آکریلات سدیم به سیستم

 

ایجاد می شود. هنگامی که ( Viscosity Hump ) اضافه می شود یک حالت افزایش موقتی ویسکوزیته

 

پلیمر در سیستم به یک غلظت کافی می رسد و حالت کپسولی در اطراف جامدات ایجاد می کند سیستم

 

دوباره روان شده و حالت پایدار به خود می گیرد.

 

1 است اما ممکن است غلظت مورد استفاده lb/bbl غلظت مورد استفاده این نمونه از پلی آکریلات برابر

 

کمی بیشتر یا کمی کمتر از این هم باشد که این بستگی به میزان مواد جامد گل دارد. این نوع پلی آکریلات

 

یک عامل از بین برنده حالت کلوخه ای است بویژه در حالتی که دمای سیستم زیاد باشد یا اینکه سیستم

 

یک سیستم پلیمری باشد.

 

در حالی که این نمونه از پلی آکریلات حالت روان کنندگی سریعی را ایجاد نمی کند ( همچنانکه در مورد

 

1 تجاوز کند، خواص رئولوژیک lb/bbl کوپلیمر ذکر شده در بالا مشاهده می شود) هنگامی که غلظت آن از

 

را پایدار می کند. این نمونه از پلی آکریلات در پایدار کنندگی خواص رئولوژیک بسیاری از سیستمهای آب

 

زمین گرمایی، کم جامد و بدون فاز پراکنده بسیار مفید و کارآمد است. ، PHPA شیرین از قبیل

 

کوپلیمر پلی
آکریلامید
/ پلی آکریلات :

 

(Partially Hydrolyzed Poly Acrylamid) اصطلاح پلی آکریلامید هیدرولیز شده جزئی

 

گاهی اوقات برای معرفی کوپلیمر پلی آکریلامید / پلی آکریلات به کار می رود. در حقیقت (PHPA)

 

۵٠

 

محصول نهایی کوپلیمریزاسیون پلی آکریلامید / پلی آکریلات است. اگر چه این محصول با نام PHPA

 

شناخته می شود اما در حقیقت از طریق کوپلیمریزاسیون آکریلامید و سدیم آکریلات بدست آمده PHPA

 

تنها به منظور سادگی در کاربرد نام آن به کار رفته است. PHPA است و نام

 

تحت تأثیر وزن مولکولی و نسبت گروههای کربوکسیل به گروههای آمید است . پلی PHPA خواص

 

آکریلامید به تنهایی درآب قابل حل نیست بنابراین می بایست با سدیم آکریلات کوپلیمریزه شود تا قابلیت

 

انحلال در آب بدست آورد. در حقیقت کوپلیمریزاسیون با سدیم آکریلات پلیمری آنیونی ایجاد می کند که

 

در آب قابل حل است. نسبت سدیم پلی آکریلات به آکریلامید در شروع فرآیند، تعیین کننده نسبت دو

 

گروه عاملی در کوپلیمر نهایی می باشد. مونومرهایی که این کوپلیمر را می سازند در شکل زیر نشان داده

 

شده اند.

 

شکل 22 : سدیم آکریلات / آکریلامید

 

در طول کوپلیمریزاسیون ، دو مونومر به صورت تصادفی جهت تشکیل یک پیوند کربن – کربن به یکدیگر

 

متصل می شوند. کوپلیمری که در نتیجه این فرآیند ایجاد می شود دارای گروههای کربوکسیل و گروههای

 

آمیدی است که به صورت تصادفی بر روی اسکلت اصلی کوپلیمر قرار گرفته اند.

 

کوپلیمرنهایی در شکل 23 نشان داده شده است.

 

۵١

 

PHPA : شکل 23

 

توجه به این نکته لازم است که به خاطر پیوند کربن – کربن به عنوان استخوانبندی اصلی تشکیل کوپلیمر،

 

این کوپلیمر نسبت به حرارت و تجزیه باکتریایی مقاومت بسیار خوبی دارد. توجه به این نکته نیز لازم است

 

که این پلیمر آنیونی است و آن به این معناست که تحت تأثیر سختی و سطوح کاتیونی رسها قرار می گیرد.

 

موجود است که دارای وزن مولکولی زیاد و شامل % 65 تا % 70 آکریلامید و PHPA نمونه ای از

 

بقیه آکریلات می باشد. وزن مولکولی این ماده درگستره ای بیش از 20 میلیون قرار می گیرد . این محصول

 

و عاملی در جهت کپسولی کردن مواد جامد در سیستمهای آب شیرین، آب Shale به عنوان یک بازدارنده

 

به کار برده می شود. علاوه بر اینها ، این ماده در آب شیرین تولید ویسکوزیته نیز Kcl و Nacl دریا ، نمک

 

می نماید.

 

این ماده به این صورت است که پلیمر به رسهای روی ( Shale Inhibition ) مکانیسم بازدارندگی شیل

 

دیواره چاه متصل می شود و از تبلور و پراکنده شدن آنها جلوگیری می کند. در حقیقت در این فرآیند این

 

محصول از طریق گروههای کربوکسیل آنیونی خود به بارهای مثبت روی لبه ذرات رس متصل می شود و

 

چونکه دارای وزن مولکولی زیاد بوده و نسبتا طولانی نیز می باشد می تواند با چندین رس ارتباط برقرار کند

 

که نتیجه اش ایجاد یک حالت پوشش بر دیواره چاه و جلوگیری از تماس مولکولهای آب با رسها می باشد.

 

همین اثر این محصول بر روی کنده های حفاری نیز مشاهده می شود . پلیمر انسجام و یکپارچگی کنده

 

های حفاری را حفظ می کند، که این نتیجه اش حذف راحتتر آنها در سطح می باشد.

 

همچنین از طریق بالا بردن ویسکوزیته فاز آبی عمل بازدارندگی شیل را به انجام می رساند. PHPA

 

ویسکوزیته صافاب گل را افزایش می دهد که این عامل به نوبه خود باعث کاهش میزان نفوذ صافاب PHPA

 

۵٢

 

به داخل سازند می شود. اگر چه صافاب گل ممکن است به داخل سازند نفوذ کند اما یک صافاب پلیمری

 

پس از نفوذ به داخل سازند با فشارهای موئینگی روبرو می شود که از نفوذ بیشتر آن به داخل سازند

 

جلوگیری می کند. این عامل همچنین از نفوذ صافاب به داخل شکافهای ریز و درشت سازند نیز جلوگیری

 

می کند.

 

70 واحدهای آکریلات : آکریلامید نسبتی : مطالعات در زمینه شیل ها نشان داده است که یک نسبت 30

 

بهینه برای کاربرد در سیالات حفاری است. این نسبت گاهی با نام هیدرولیز % 30 شناخته می شود.

 

همچنین این موضوع به اثبات رسیده است که پلیمرهای با وزن مولکولی بالا شیل را بهتر از پلیمرهای با

 

وزن مولکولی کم کپسوله می کنند.

 

همچنان که قبلا ذکر شد علت استفاده از آکریلات سدیم ایجاد حلالیت در آب است با این وجود یک پلیمر

 

70 بازدارندگی شیل ایجاد کند. حتی همین : 100 پلی آکریلات نمی تواند به اندازه یک کوپلیمر 30 %

 

70 با وزن مولکولی بالاتر بازدارندگی شیل بهتری را ایجاد می کند. : نسبتهای 30

 

عقیده بر این است که پلی آکریلات با وزن مولکولی بالاتر میل ترکیبی بیشتری با بارهای مثبت روی رسها

 

دارد . همچون لیگنو سولفونات ها هنگامی که پلیمر در سیستم باقی می ماند و به لبه های فعال رسها

 

متصل می شود ، نیروهای جاذبه قوی ممکن است ذرات رس را از هم جدا کرده و در فاز مایع پراکنده سازد.

 

گروههای آمید در این زمینه مفید هستند چرا که بین گروههای آنیونی کربوکسیل و سایتهای کاتیونی بر

 

روی ذرات رس فاصله ایجاد می کنند. هنگامی که گروههای آمید و گروههای کربوکسیل در طول زنجیره

 

پلیمری توزیع می شوند ، خاصیت توده ای گروه آمید از نزدیک شدن زیاد گروه کربوکسیل به بارهای روی

 

رسها جلوگیری کرده مانع جدا شدن ذرات رس توسط گروههای کربوکسیل می شود. گروه آکریلامید تمایل

 

به سطوح رسها دارد ولی پیوند هیدروژنی ضعیفی که عامل این تمایل است در مقایسه با پیوند یونی بسیار

 

قوی ( بین گروه کربوکسیل و لبه های با بار مثبت ذرات رس ) قابل اغماض است. گروه آکریلامید قادر به

 

تشکیل پیوند هیدروژنی در طول سطوح رسها است . همچنان که گفته شد این پیوند هیدروژنی در مقایسه

 

با نیروی پیوند یونی خیلی ضعیف است و تنها کاری که می کند باعث می شود که فاصله ای بین بارهای

 

۵٣

 

ذرات موجود در داخل گل حفاری ایجاد شود.

 

همچنان می تواند در پایدار کردن شیل موثر باشد، اگر چه می بایست غلظت PHPA ، در یک محیط نمکی

 

آن در مقایسه با آب شیرین افزایش یابد تا اثر قابل توجهی بر روی ویسکوزیته صافاب داشته باشد. با افزایش

 

نمی تواند به سرعت در آب متبلور شود. این منجر به کاهش در خواص ویسکوزیته PHPA ، شوری آب

 

دهندگی پلیمر می شود. در این حالت پلیمر هنوز آنیونی است و می تواند بر روی سایتهای فعال چاه جذب

 

شود.

 

در سیالات حفاری پایه نمکی به این معناست که به منظور بدست آوردن همان خواص PHPA بکارگیری

 

ویسکوزیته دهندگی به صافاب و حالت کپسوله کردن کنده ها مشابه آب شیرین می بایست مقدار بیشتری

 

ذاتاً دارای خاصیت KCl به محلول آب نمکی اضافه کرد. چون که گلهای نمکی، خصوصا گلهای PHPA

 

دارای خواص بازدارندگی شیل استثنائی ای می PHPA پایدار کنندگی شیل هستند یک گل نمکی حاوی

 

به صافاب گل خاصیت PHPA دارای خاصیت پایدارکنندگی زیادی برای شیلها هستند و KCl باشد. نمک یا

 

ویسکوز می دهد که عمق نفوذ آن را در داخل سازند محدود می کند.

 

حساسیت آن به کلسیم محلول است. همچون پلی آکریلات ، کربوکسیل PHPA یکی از مشکلات استفاده از

 

آنیونی با کلسیم واکنش می دهد. این حالت بویژه در سیستم آبهای شیرین که کلسیم می تواند پلیمر

 

و هر آنچه که این پلیمر بر روی آن جذب سطحی شده را رسوب دهد یک مشکل اساسی است. در PHPA

 

درحضور کلسیم به عنوان یک عامل کلوخه ای شدن گل عمل می کند این مشکل PHPA بعضی موارد

 

بویژه در مواقعی که میزان جامدات گل کم باشد نمود پیدا می کند . هنگامی که میزان جامدات گل کم

 

باشد و کلسیم به گل وارد شود، کلوخه شدن اتفاق می افتد و جامدات رسوب کرده و از گل خارج می شوند.

 

در سیستم های با میزان جامد بالا ، ورود کلسیم به گل باعث کلوخه شدن گل و افزایش ویسکوزیته در گل

 

می شود.

 

به طور کامل متبلور نمی شود و درمعرض اثرات کلوخه کنندگی کلسیم PHPA در یک گل نمکی ، پلیمر

 

Ca تا حدی تحت تأثیر + 2 PHPA محلول قرار نمی گیرد. البته پلیمر

 

Ca قرار می گیرد و چون که + 2

 

۵۴

 

سایتهای آنیونی پلیمر را اشغال می کند دیگر سایت آنیونی ای برای واکنش با سایتهای فعال دیواره چاه

 

Ca وجود ندارد. به طور خلاصه هنگامی که + 2

 

در محلول وجود داشته باشد باید مقدار بیشتری پلیمر اضافه

 

کرد تا بر اثرات آن غلبه کند.

 

300 برسانیم. mg/lit غلظت کلسیم محلول را به زیر PHPA پیشنهاد می شود که به منظور استفاده از

 

انجام این عمل درسیستمهای کم جامد و با دانسیته کم به ویژه هنگامی که جامدات آنقدر قابلیت متبلور

 

شدن ندارند، راحت تر است. در سیستمهایی که غلظت جامدات نسبتا زیاد است ( مثلا هنگامی که وزن گل

 

20 معال بنتونایت باشد حذف lb/bbl آن بیش از ( MBT ) 10 است و میزان تست متیلن بلو lb/gal بالای

 

کلسیم کاری بس مشکل است . حذف کلسیم از سیستم نیازمند اضافه کردن منابع کربناته مثل سودااش یا

 

بیکربنات سدیم است، که ممکن است باعث کلوخه ای شدن گل شود.

 

یک حالت مشابه برای منیزیم وجود دارد . منیزیم هم به سایتهای آنیونی کربوکسیل جذب شده و با آن

 

به 10 یا 10.5 افزایش یابد. چون که این واکنش PH واکنش می دهد. به منظور حذف منیزیم لازم است که

 

را در این سطح نگه داشت تا از حل شدن مجدد منیزیمی که به PH برگشت پذیر است لذا باید همواره

 

سیستمهای غیر پراکنده اند و به راحتی PHPA رسوب کرده، جلوگیری شود. سیستمهای PH خاطر این

 

های قلیایی را تحمل نمی کنند . همچون هر سیستم غیر پراکنده ای ، افزودن سود سوز آور اثر کلوخه PH

 

OH‐ ) دارد. یون هیدروکسید PHPA کنندگی بر روی سیستم

 

) خیلی واکنشگر است و مستقیما به سراغ

 

رسهای بدون محافظ در سیستم می رود. نیتجه همان است که در موارد اضافه کردن سود سوز آور به گل

 

مراحل ابتدایی حفاری چاه پیش می آید که همان کلوخه ای شدن گل می باشد.

 

برابر 10 و بالاتر از آن سرعت هیدرولیز بسیار زیاد PH ی رخ می دهد ولی در PH در هر PHPA هیدرولیز

 

را مصرف کند و لیکن چون که دراثر PHPA خواهد شد. هیدرولیز هیچگاه تکمیل نمی شود تا تمام

 

تولید می شود می بایست از هیدرولیز جلوگیری کرد. در حقیقت هیدرولیز ( NH هیدرولیز گاز آمونیاک ( 3

 

149°c
( 300°F
) یک فرآیند فوق العاده کند است و دماهای بالا آنرا سرعت می بخشد. در دماهای بالای

 

هیدرولیز سرعت بیشتری به خود می گیرد.

 

۵۵

 

به عنوان تقویت کننده بنتونایت ، کلوخه کننده انتخابی و کلوخه کنند کلی : PHPA

 

خواص متفاوتی را از خود به نمایش می PHPA ، بر اساس وزن مولکولی و نسبت آکریلامید به آکریلات

 

[ گذارد.[ 1

 

۵۶

 

۵٧

 

6 - چگونگی ساخت:

 

فرمولی که در ساخت این نوع گل بیان می شود در حقیقت یک فرمول نوعی است که ممکن است

 

بسته به شرایط چاه و دیگر عوامل تغییراتی در آن ایجاد شود. در ابتدا و قبل از هر کاری مخازن را از سیال

 

حفرة قبل خالی می کنیم و شستشو می دهیم.

 

-1 آب

 

300 سودااش به میزان: mg/lit -2 در صورت بالا بودن کلسیم آب به مقداری بالاتر از

 

پوند در بشکه جهت پائین آوردن سختی آب و کاهش (mg/lit Ca2+‐300) ×FW×0.000928

 

در حقیقت کسر حجمی آب است که از ریتورت کیت بدست می FW ) . یون کلسیم به کار می رود

 

آید. )

 

9.5 بکار می رود. در این – بین 9 PH -3 کاستیک سودا به میزان مورد نیاز جهت افزایش و کنترل

 

استفاده شود چرا که استفاده از سود سوزآور یونهای سدیم ناپایداری ( KOH ) مورد ترجیحاً پتاس

 

را بوجود می آورد که برای گل احتمالاً مشکلاتی را بوجود خواهد آورد.[ 3 ] معمولاً میزان کاستیک

 

مورد نیاز پس از استفاده از سودااش به صورت زیر محاسبه می شود:

 

پوند دربشکه. ولی بهتر است که میزان کاستیک سودا با توجه mg/lit Mg2+ × FW × 0.00116

 

در حقیقت کسر حجمی آب است که از ریتورت کیت بدست FW ) . صورت پذیرد PH اندازه گیری

 

می آید. )

 

بسته به نوع کانیهای رسی و شیل متفاوت است و بر انتخاب نوع گلایکول تأثیرگذار KCl -4 غلظت

 

است. یعنی بین 2 تا 15 % وزنی می تواند باشد.

 

10-12 جهت کنترل صافاب. ( ترجیحاً نشاستة گندم lb/bbl به میزان ( Starch ) -5 نشاسته

 

(نشاستة قرمز))

 

3-5 جهت کنترل صافاب. lb/bbl به میزان PAC‐L -6

 

0.5 جهت بالا بردن رئولوژی و کمک به پائین آوردن صافاب. -1.5lb/bbl به میزان PAC‐R -7

 

0 به جهت کپسوله کردن و کنترل شیل. -0.5 lb/bbl به میزان PHPA -8

 

جهت ایجاد ویسکوزیته در صورت نیاز. Xanthan Gum -9

 

6 % حجمی. - -10 پلی گلایکول به میزان 3

 

85 از کربنات کلسیم و بالاتر از آن از باریت استفاده pcf -11 ماده وزن افزا به مقدار مورد نیاز. تا وزن

 

می شود.

 

۵٨

 

-7 محاسبات مربوطه:

 

برای 100 بشکه گل گلایکولی نتایج محاسبات مواد مربوطه به صورت جدول زیر خواهد بود.

 

نام
ماده غلظت مورد نیاز واحد
غلظت کل غلظت واحد غلظت

 

bbl 95.5 bbl آب

 

lb 191 lb/bbl سودااش 2

 

lb 143.25 lb/bbl کاستیک
سودا 1.5

 

lb 2292 lb/bbl 24 KCl

 

lb 764 lb/bbl نشاسته 8

 

lb 95.5 lb/bbl 1 Xanthan Gum

 

lb 95.5 lb/bbl 1 PAC-R

 

lb 47.75 lb/bbl 0.5 PHPA

 

bbl 4.5 %vol پلی گلایکول 4.5

 

۵٩

 

-8 آزمایشات مربوطه و تجهیزات مورد
نیاز
:

 

در این قسمت باید گفته شود که این گل در حقیقت یک نوع گل پایه آبی است و تمامی آزمایشاتی

 

که در مورد گلهای پایه آبی انجام می شود در مورد آن نیز باید انجام شود. علاوه بر اینها آزمایشاتی نیز

 

وجود دارند که در زیر ذکر شده اند.

 

-1-8 اندازه گیری میزان یون پتاسیم

 

21 باشد: lb/bbl -1 در صورتیکه کمتر از -1 -8

 

مقدار 7 میلی لیتر از صافاب ( گل فیلتر شده ) در لولة سانتریفوژ می ریزیم. .I

 

به آن اضافه می کنیم. ( NaClO مقدار 3 میلی لیتر سدیم پرکلرات ( 4 .II

 

1800 گردش می دهیم تا رسوب در لولة آزمایش تشکیل شود و rpm به مدت 1 دقیقه با دور .III

 

مقدار رسوب را یادداشت می کنیم.

 

در همین جا آورده شده است ) مراجعه می کنیم تا ببینیم این مقدار ) KCl سپس به گراف .IV

 

است. سپس عدد حاصل را بر 3.5 تقسیم می کنیم تا به درصد KCl ،ppb رسوب معادل چند

 

وزنی تبدیل شود.

 

21 باشد: lb/bbl بیش از KCl -2 در صورتیکه مقدار -1 -8

 

استفاده کرد. در این روش: KCl بایستی از روش رقیق سازی به جهت اندازه گیری میزان

 

3.5 از صافاب برمی داریم. mlit مقدار .I

 

3.5 آب مقطر اضافه می کنیم. mlit مقدار .II

 

3 سدیم پرکلرات اضافه می کنیم. mlit مقدار .III

 

مقدار رسوب قرائت شده در مرحلة قبل را در عدد 2 ضرب می کنیم .IV

 

۶٠

 

KCl (wt.%)= 􀯟􀯕⁄􀯕􀯕􀯟

 

􀬷.􀬹

 

K+ ( mg/l )= 1500 *
KCl ( lb/bbl )

 

:PHPA -2-8
اندازه گیری
میزان

 

-1 روش اول: -2 -8

 

  • • تجهیزات ___________و مواد مورد نیاز:

 

سانتریفوژ .I

 

استوانة مدرج سانتریفوژ 15 میلی لیتری .II

 

پیپت 5 میلی لیتری .III

 

بشر 100 میلی لیتری .IV

 

هیدروکسید سدیم ( 0.2 نرمال ) .V

 

محلول کلرید قلع % 10 .VI

 

اسید کلریدریک ( 0.2 نرمال ) .VII

 

محلول معرف کروزول قرمز .VIII

 

۶١

 

  • • روش آزمایش:

 

cc .I

 

10 از صافاب را در یک بشر cc

 

100 می ریزیم.

 

4 قطره معرف کروزول قرمز را به آن اضافه می کنیم. رنگ محلول قرمز/بنفش می شود. .II

 

0.2 ) تیتر می کنیم. نقطة پایانی تیتراسیون با تغییر رنگ N ) محلول را با اسید کلریدریک .III

 

محلول از قرمز به زرد تشخیص داده می شود. در صورت رد شدن از نقطة پایانی با محلول

 

تیتر می کنیم. ( NaOH ) هیدروکسید سدیم

 

flocculate 10% )
را به عنوان مادة ،SnCl با پیپت 5 میلی لیتر، 2 میلی لیتر کلرید قلع ( 2 .IV

 

کننده به محلول اضافه می کنیم. آن را برای 3 تا 5 دقیقه به هم می زنیم. این کار باعث

 

تشکیل بافت کلوئیدی می شود.

 

رسوب ایجاد شده را در استوانة مدرج 15 میلی لیتری به مدت 10 دقیقه سانتریفوژ می کنیم. .V

 

مقدار رسوب تشکیل شده را بر حسب میلی لیتر گزارش می کنیم. .VI

 

  • • محاسبات:

 

kg/m حجم رسوب به میلی لیتر برابر غلظت پلیمر بر حسب ( 3

 

) می باشد.

 

-2 روش دوم: -2 -8

 

  • • تجهیزات و مواد مورد نیاز:

 

هیتر همزن دار به همراه مگنت .I

 

2 عدد ارلن مایر 125 میلی لیتری .II

 

آب مقطر .III

 

محلول اسید بوریک، % 2 وزنی .IV

 

۶٢

 

معرف متیل رد .V

 

محلول هیدروکسید سدیم 6 نرمال .VI

 

لولة تیگون با قطر داخلی 0.25 اینچ به طول 2 تا 3 فوت .VII

 

درپوش لاستیکی شمارة 6 با سوراخ میانی 0.25 اینچ .VIII

 

محلول اسید سولفوریک 0.02 نرمال .IX

 

( Dow‐Coring 84 AFC‐ کف زدای سیلیکونی ( 78 .X

 

لولة شیشه ای با قطر بیرونی 0.25 اینچ ( 2 عدد با طول 3 تا 4 اینچ ) .XI

 

  • • روش آزمایش:

 

دو قطعه لولة شیشه ای را به دو انتهای لولة تیگون متصل کنید. یک سر آن را به درون .I

 

درپوش لاستیکی فرو کرده به طوریکه انتهای لوله دقیقاً با انتهای درپوش لاستیکی تراز شود.

 

در یکی از ارلن ها 25 میلی لیتر محلول اسید بوریک و 6 قطره معرف متیل رد اضافه کنید. .II

 

این ارلن را ارلن جمع آوری نامگذاری نمائید. توجه کنید که رنگ اولیة محتویات این ظرف

 

باید صورتی/قرمز باشد و نه زرد.

 

به داخل ارلن مایر دیگر ( نام آن ظرف واکنش است )، 50 میلی لیتر آب مقطر، 2 میلی لیتر .III

 

در محلول PHPA ضدکف سیلیکون و 10 میلی لیتر سیال حفاری اضافه کنید. اگر غلظت

 

1.5 باشد، باید 10 میلی لیتر سیال حفاری اضافه کنیم و اگر بیش از lb/bbl بیش از

 

4.5 باشد، 5 میلی لیتر سیال حفاری به ظرف واکنش اضافه می کنیم و نتیجة نهایی lb/bbl

 

را دو برابر می کنیم.

 

ظرف واکنش را بر روی هیتر همزن دار قرار دهید. 3 میلی لیتر محلول هیدروکسید سدیم 6 .IV

 

نرمال به ظرف اضافه کنید و فوراً درب آنرا با درپوش لاستیکی ببندید.

 

سر دیگر لوله را در محلول % 2 اسید بوریک/متیل رد فرو ببرید. .V

 

۶٣

 

ظرف واکنش را به مدت 45 تا 60 دقیقه حرارت دهید و اجازه دهید خوب جوش بخورد تا .VI

 

تقریباً 25 میلی لیتر مادة حاصل از تقطیر در ظرف جمع آوری، جمع شود و رنگ ظرف جمع

 

آوری از صورتی به زرد تغییر کند.

 

در طول مدت زمان حرارت دهی، به گونه ای حرارت را تنظیم کنید که نه خیلی داغ باشد و نه .VII

 

خیلی سرد که اجازه دهد محلول اسید بوریک از ظرف جمع آوری به ظرف واکنش برگشت

 

کند. بعد از اینکه 25 میلی لیتر در ظرف جمع آوری جمع شد، درپوش لاستیکی را بردارید و

 

مایع داخل لوله های رابط را به داخل ظرف جمع آوری هدایت نمائید. محتویات ظرف جمع

 

آوری را تا گرفتن دوبارة رنگ قرمز/صورتی با محلول اسید سولفوریک 0.02 نرمال تیتر کنید و

 

مقدار اسید مصرفی را یادداشت کنید.

 

از روی منحنی تصحیح قابل تعیین است. به یاد داشته باشید که اگر نمونة گل PHPA غلظت .VIII

 

مصرفی شما 5 میلی لیتر بود نتیجه مربوطه را دو برابر کنید.

 

مایع ) ) PHPA شکل 24 :آزمایش
غلظت

 

۶۴

 

خشک) ) PHPA شکل 25 : آزمایش
غلظت

 

-3-8 اندازه گیری گلایکول:

 

:(REFRACTOMETER TEST) -1 روش اول -3 -8

 

استفاده می شود که Atago N10E رفرکتومترهای گوناگونی وجود داشته و معمولاً از نوع .I

 

گلایکول از 0 تا 10 % بکار آید. برای مقادیر بالای 10 % با کارخانه سازنده range می تواند در

 

تماس حاصل شود.

 

20 یا 50 میلی قابل استفاده است. ، ریتورت 10 .II

 

  • • دستور کار:

 

از گلایکول در آب به صورت زیر تهیه نمائید. calibration یک منحنی

 

مخلوطهایی با درصد حجمی مختلف از گلایکول در آب مقطر تهیه کنید ( ترجیحاً 1 تا 6 .I

 

درصد )

 

کرده و روی یک کاغذ گراف خطی مقدار run ریتورت را روی هر کدام از مخلوطهای فوق .II

 

نام واحد رفرکتومتر برای اندازه گیری گلایکول ) را در مقابل ( نسبت به ) brix خوانده شده از

 

) مقدار درصد حجمی اصلی گلایکول اضافه شده به آب که در قبل گفته شد ( 1 تا 6% ) رسم

 

۶۵

 

نمائید.

 

مقدار درصد حجمی مایع تقطیر شده را یادداشت کنید. .III

 

مایع تقطیر شده را کاملاً تکان دهید تا کاملاً مخلوط شود. .IV

 

2 تا 4 قطره از این مایع را روی سطح منشور ( بلور ) رفرکتومتر بریزید. مطمئن شوید که این .V

 

منشور کاملا توسط مایع پوشیده شده و سپس سرپوش آنرا بگذارید. به داخل دریچه ( روزنه

 

رفرکتومتر ) به جائی که منشور ( بلور ) به سمت منبع نشان شده نگاه کنید.

 

را یادداشت نمائید. brix مقدار .VI

 

􀜩􀝈􀝕􀜿􀝋􀝈 % 􀝓􀝄􀝋􀝈􀝁
􀝉􀝑􀝀 􀵌 .VII

 

􀝃􀝈􀝕􀜿􀝋􀝈 􀝌􀝁􀝎􀜿􀝁􀝊􀝐
􀝂􀝎􀝋􀝉 􀜿􀜽􀝈􀝅􀜾􀝎􀜽􀝐􀝅􀝋􀝊
􀜿􀝑􀝎􀝒􀝁

 

􀵈 l􀝅􀝍􀝑􀝅􀝀 􀝂􀝎􀜽􀜿􀝐􀝅􀝋􀝊
􀝋􀝂 􀝐􀝄􀝁 􀝉􀝑􀝀

 

:(DUAL TEMPERATURE RETORT) -2 روش دوم -3 -8

 

API دستور کار این تست برای تمام انواع گلایکولها به یک شکل می باشد. این تست یک تست

 

مورد استفاده قرار می گیرد. API نیست اما دستور کار ریتورت

 

( 950°F ) 150° و c ( 302°F ) ترجیحا 50 میلی لیتر) قابل کنترل در دماهای ) API ریتورت با استاندارد

 

510° برای انجام این تست لازم است. c

 

  • • دستور کار:

 

302° تنظیم کرده تا حدود 90 دقیقه حرارت دهید تا تمام آب خارج شود. این F دما را روی .I

 

نامیده می شود. V حجم 1

 

950° تنظیم کنید و حرارت را ادامه دهید تا دیگر فاز مایعی برای F کنترل کننده دما را تا .II

 

بنامید. V خارج شدن نباشد. این حجم را 2

 

درصد
واقعی گلایکول

 

حل
شده در آب

 

Calibration curve

 

brix مقادیر

 

۶۶

 

950° شامل سیالات روغنی دیگر مانند F • توجه : فاز مایع موجود پس از حرارت دهی در دمای

 

روغنها یا مواد نفتی نیز است که این نکته منفی این آزمایش است. ( این آزمایش برای گلایکولهای

 

رنگی مورد استفاده قرار می گیرد.)

 

CHEMICAL DETERMINATION OF GLYCOL USING ) -3 روش سوم -3 -8

 

:(CENTRIFUGE

 

  • • دستور کار:

 

را در یک لوله مدرج سانتریفوژ بریزید. FILTRATE 8 میلی لیتر از .I

 

به آن اضافه کنید و سپس به خوبی تکان دهید که دیگر نمک حل نشود NaCl 3 گرم .II

 

محلول را بمدت 3 دقیقه سانتریفوژ کنید. .III

 

جدا شده و یک فاز از آن در بالای لوله به وجود می آید. حجم این NaCl گلایکول از محلول اشباع .IV

 

یادداشت کنید. (V) لایه را درون لوله مدرج به عنوان حجم

 

۶٧

 

-9 مشکلات احتمالی و روش رفع
آنها
:

 

-1- مگنست: 9

 

به علت منیزیمی که در ساختار مگنست وجود دارد این منیزیم بر روی پلیمرها اثر منفی گذاشته و

 

باعث از دست رفتن خاصیت پالیمرها شده و میزان صافاب و ژل گل را افزایش داده و موجب تورم

 

.( -2- شیلها شده و در مواردی موجب تنگی چاه نیز می شود ( مراجعه شود به 12

 

-2- مشاهدة شیلهای ریزشی بر
روی شیکر: 9

 

اگر بر روی شیکر شیلهای ریزشی مشاهده شد نمی بایست اولین قضاوت آبگیری شیلها باشد بلکه

 

احتمال دارد که به خاطر به کارگیری وزن کمتر از مقدار مورد نیاز شیلهای ریزشی به داخل چاه و

 

به درون جریان سیال حفاری وارد شده باشند از سوی دیگر در سازندهایی که شیلهای ریزشی

 

وجود دارد بر اثر تنشهای مکانیکی وارده از سوی رشتة حفاری، شیلهای ریزشی به درون جریان

 

سیال وارد می شوند. که در چاههای انحرافی این مورد احتمال نمود بیشتری دارد.

 

۶٨

 

-10 مقایسة گلهای روغنی و گلایکولی:

 

-1-10 قیمت:

 

80 با وزن / در این قسمت محاسبة مربوط به ساخت 100 بشکه گل روغنی با نسبت 20

 

75 آورده شده است. pcf تقریبی

 

میزان مصرف برای 100 بشکه قیمت واحد ( ریال ) قیمت کل ( ریال ) ( lb/bbl
) نام ماده واحد میزان مصرف

 

1,831,680 160 11,448 80% by
vol. Lit.
گازوئیل

 

10,631,798 5,315,899 2 DR(55 gal) primary
em.

 

4,510,808 4,510,808 1 DR(55 gal) secondary
em.

 

10,321,991 378,473 27.27272727 30 Sks(110 lb) CaCl2

 

715,909 15,750 45.45454545 25 Sks(55 lb) Lime

 

13,463,850 448,795 30 15 Sks(50 lb) FLC

 

15,088,055 829,843 18.18181818 10 Sks(55 lb) Gelton

 

3,274,628 467,804 7 154 BG(2200 lb) Limestone
powder

 

جمع
کل ( ریال ) 59,838,719

 

گازوئیل

 

 

Primary em.

 

18%

 

Secondary Em.

 

8%

 

CaCl2

 

17%

 

Lime

 

1%

 

FLC

 

23%

 

Gelton

 

25%

 

Limeston Powder

 

5%

 

گازوئیل

 

Primary em.

 

Secondary Em.

 

CaCl2

 

Lime

 

FLC

 

Gelton

 

Limeston Powder

 

۶٩

 

75 آورده pcf و در این قسمت محاسبة مربوط به ساخت 100 بشکه گل گلایکولی با وزن تقریبی

 

شده است.

 

میزان مصرف برای 100 بشکه قیمت واحد ( ریال ) قیمت کل ( ریال ) ( lb/bbl
) نام ماده واحد میزان مصرف

 

37,460 27,471 1.363636364 1 - 2 Sks(110 lb) سودااش

 

47,844 350,853 0.136363636 0.1 - 0.2 DR(110lb) کاستیک سود ا

 

2,736,000 62,700 43.63636364 18 - 30 Sks(55 lb) کلرید پتاسیم

 

4,983,241 322,445 15.45454545 7 - 10 Sks(55 lb) starch

 

1,207,829 664,306 1.818181818 1 Sks(55 lb) PAC-R

 

2,914,131 1,602,772 1.818181818 1 Sks(55 lb) Xanthan
Gum

 

642,839 707,123 0.909090909 0.5 Sks(55 lb) PHPA

 

9,613,777 2,800,827 3.432477812 3 - 6 % by
vol. DR(55
gal) Glycol

 

1,871,216 467,804 4 90 BG(1000 kg) Limestone
powder

 

جمع
کل ( ریال ) 24,054,337

 

سودااش

 

 

کاستیک
سودا

 

 

کلرید
پتاسیم

 

%١١

 

Starch

 

21%

 

PAC‐R

 

5%

 

Xanthan

 

Gum

 

12%

 

PHPA

 

3%

 

Glycol

 

40%

 

Limestone

 

Powder

 

8% سودااش

 

کاستیک
سودا

 

کلرید
پتاسیم

 

Starch

 

PAC‐R

 

Xanthan Gum

 

PHPA

 

Glycol

 

Limestone Powder

 

٧٠

 

-2-10 محیط زیست:

 

میزان آلوده کنندگی این ماده چه در دریا و چه در خشکی از گل روغنی و آسفازول ( که پایة نفتی

 

دارد ) به مراتب کمتر است.

 

-3-10 اثرات بر روی تجهیزات:

 

این گل بر خلاف گل روغنی بر روی تجهیزات لاستیکی و پلاستیکی تأثیر نمی گذارد و آنها را

 

خراب نمی کند.

 

٧١

 

-11 کمکهای اولیه در کار با
سیال گلایکولی
:

 

-1- بلعیدن: 11

 

دزهای پائین توانایی آسیب زیادی نمی رسانند. مقادیر کم که در حین کار با مواد

 

خورده شوند، آسیبی نمی رسانند ولی مقادیر بیشتر از آن ممکن است آسیب برساند.

 

اقدامات اولیه: اگر مقادیر زیادی بلعیده شده باشد بایستی فرد وادار به استفراغ شود و به

 

اعضای بهداری اطلاع داده شود.

 

-2- پوست: 11

 

یکبار تماس به مدت کوتاه ممکن است مقداری سوزش ایجاد کند. تماسهای به مدت

 

طولانی یا مکرر نیز ممکن است مقداری سوزش ایجاد کند. اگر تماس با مواد در دماهای بالا

 

صورت گیرد، ممکن است باعث سوختگی پوست شود. این مواد به مقدار زیادی از طریق پوست

 

جذب نمی شود.

 

اقدامات اولیه: آلودگی را شسته شده و دوش گرفته شود.

 

-3- تنفس: 11

 

به خاطر خواص فیزیکی که دارد، بخارات تولید شده در دمای اطاق در مدت کوتاه

 

تأثیر چندانی بر سلامت فرد ندارد. اگر حرارت داده شود یا بخار غلیظ از آن تولید شود ممکن

 

است باعث سوزش و یا اثرات دیگر شود. تماس طولانی مدت: حیواناتی که به مدت طولانی در

 

معرض پلی گلایکولها قرار گرفتند، دچار مرض کبد شدند.

 

اقدامات اولیه: اگر تغییری احساس شد هوای آزاد استنشاق شود. به پزشک مراجعه شود.

 

-4- چشم: 11

 

سوزش در چشم ایجاد نمی کند.

 

اقدامات اولیه: چشمها را با مقادیر زیادی آب شستشو دهید.

 

٧٢

 

-12 سوابق استفاده در شرکت ملی
حفاری ایران
:

 

قبل از شروع این مبحث ذکر این نکته لازم است که اگر چه طرز ساخت این نوع گل به صورت

 

نوعی و مشکلات احتمالی و مقایسه و مزیتهای این نوع گل در لابلای بحث بیان شده، ولی به جهت قابل

 

( Case Study ) فهم بودن مطلب برای دوستان و همکارانی که شاید بیشتر به دنبال موارد واقعی و عملی

 

استفاده از گل گلایکولی هستند و می خواهند از ابتدا تا انتهای پروژه را بدانند و به جهت پیوستگی مطلب

 

برای هر پروژه، تصمیم گرفته شد که تمام مدارکی که برای هر پروژه به دست آورده ایم را پس از ساماندهی

 

مطالب ( با رعایت اصل امانتداری ) در این قسمت ذکر کنیم. از سوی دیگر طرز ساخت این نوع گل از

 

میدانی به میدان دیگر و از چاهی به چاه دیگر اندک تفاوتهایی دارد که این مورد نیز در این تصمیم نقش

 

داشت. از گل گلایکولی در موارد زیر در شرکت ملی حفاری ایران استفاده شده است:

 

-1-12 دکل 63 فتح در میدان نفتی اهواز چاه شمارة 414 در سال 86 ، چاه توسعه ای، کارفرما

 

شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب، از 2448 تا 3433 متری، سازندهای آسماری، پابده، گورپی و

 

. 8 1/ تاپ بنگستان، طول حفره 985 متر، سایز حفره " 2

 

-1 روش ساختن سیال گلایکول مربوط به این چاه: -1-12

 

1. پس از شستشوی مخزن ذخیره مقدار 150 بشکه آب شیرین گرفته شد.

 

2. برای پائین آوردن سختی آب و کاهش یون کلسیم مقدار سودااش ( کربنات سدیم ) به

 

400 رسید. [ ppm 2 اضافه شد که بعد از آزمایش میزان سختی آن به lb/bbl مقدار

 

300 ذکر شده است. ] علت این کار هم ppm این مقدار MI البته در منبع شرکت

 

اینستکه پلیمرهای مورد استفاده به سختی حساس هستند.

 

0.2 کاستیک سودا استفاده شد. [ lb/bbl 8.5 مقدار – بین 9 PH 3. برای افزایش و کنترل

 

هم تنظیم شود چرا که ( KOH ) 9.5 باشد و ترجیحاً توسط پتاس – باید بین 10.5 PH

 

استفاده از سود سوزآور یونهای سدیم ناپایداری را بوجود می آورد که برای گل احتمالاً

 

٧٣

 

[ مشکلاتی را بوجود خواهد آورد.[ 3

 

به محلول افزوده شد و مخلوط گردید. poly sal 6 پلیمر lb/bbl 4. مقدار

 

xanthan gum 1 پلیمر lb/bbl 5. مقدار

 

PAC‐R 1 پلیمر lb/bbl 6. مقدار

 

به محلول مذکور به منظور کنترل شیل افزوده KCl 18 معادل % 5 وزنی lb/bbl 7. مقدار

 

شد.

 

به میزان مورد نیاز ( طبق محاسبات ) جهت رساندن وزن گل ( CaCO 8. لایمستون پودر ( 3

 

. 66 pcf به

 

-2 عملیات سیال حفاری: -1-12

 

مقدار 1200 بشکه گل به روش فوق ساخته و با گل قبلی جابجا شد و با این سیال

 

عمل حفاری شروع شد و بعد از 4 ساعت حفاری و گردش گل نمونه هایی از گل در آزمایشگاه

 

تست کردیم که پارامترهای زیر بدست آمدند.

 

M.W= 66 pcf

 

Vis= 56 sec/qt

 

PV= 11 cp

 

YP= 16 lb/100 ft2

 

FLUID LOSS= 6CC/30 min

 

PH= 9

 

KCl= 4% wt.

 

MBT= 1 lb/bbl CLAY

 

CHLORIDE= 42000 ppm

 

Ca2+= 400 ppm

 

به POLY SAL ،1 lb/bbl و PAC‐UL ،2 lb/bbl برای کنترل صافاب و کاهش آن مقدار

 

٧۴

 

2.8 کاهش داده شد. با توجه به نزدیک شدن ml سیستم گل افزودیم و واترلاس بتدریج تا

 

به سیستم GLYDRIL عملیات حفاری به سازند پابده که شیل دار است، مقدار % 3 حجمی

 

گل اضافه نمودیم و مرتباً سیستم گل را آزمایش نموده و خواص رئولوژی آنرا بدست آورده و

 

تطابق آن با گسترة مناسب کنترل شد که خواص و پارامترهای آن به شرح ذیل است.

 

M.W= 66.5 – 67 pcf

 

Vis= 60 sec/qt

 

PV= 14 cp

 

YP= 18 lbf/100 ft2

 

GEL= 4/6 lbf/100 ft2

 

FLUID LOSS= 2.8cc/30 min

 

SOLID= 15%

 

PH= 9

 

MBT= 2.5 lb/bbl CLAY

 

Ca2+= 300 ppm

 

TOTAL HARDNESS= 340 PPM

 

CHLORIDE= 50000 ppm

 

KCl= 5% wt

 

GLYCOL= 5% vol

 

برای نگهداری از خواص گل و همچنین حفظ غلظت مواد مورد استفاده در گل، مقدار 100

 

بشکه از گل سیستم را به داخل مخزن ذخیره منتقل کرده و پس از محاسبة مواد مورد نیاز،

 

آنها را افزوده و بعد از اختلاط کافی بطور آهسته به سیستم گل اضافه نموده ایم. مثلاً برای

 

به سیستم گل اضافه شد و جهت حفظ خواص PAC‐UL ،2 lb/bbl ، کاهش میزان صافاب

 

رئولوژی، کاستیک سودا و سودااش در گل مصرف شد. برای تثبیت و تمرکز خواص رئولوژی

 

و پودر کربنات کلسیم ( سایز 10 میکرون ) به کل سیستم PAC‐UL ،POLY‐SAL گل مواد

 

٧۵

 

2.5 رس lb/bbl مربوط به گل، که مقدار آن به MBT سیال اضافه شد. بعد از آزمایش

 

رسیده بود متوجه افزایش مقدار شیل در نمونه های کنده های حفاری شدیم که توسط زمین

 

شناس هم تست و تأیید شد و این بیانگر وجود شیل در سازند حفر شده بود.

 

( SHALE INHIBITOR ) برای مجهز کردن سیستم گل به مواد کنترل کنترل کنندة شیل

 

برای همة سیستم گل 1500 بشکه حساب POLY PLUS یا PHPA ، 0.5 lb/bbl مقدار

 

کرده و بطور آهسته به سیستم سیال در حین حفاری افزوده ایم.

 

-3 موادی که برای ساختن گل گلایکول مورد استفاده قرار گرفت. -1-12

 

1– Soda Ash

 

2– Caustic
Soda

 

3– Kcl

 

4– Biocide

 

5– Xanthan
Gum

 

6– PAC‐R

 

7– PAC‐UL

 

8– Poly‐Sal

 

9– Poly‐Plus
( PHPA )

 

10– Glydril

 

11– limestone

 

12– defoamer

 

-4 خواص و وظایف مواد گلایکول: -1-12

 

برای رسوب دادن یون کلسیم آب و کاهش سختی آب و :( CaCO 1. سودااش ( 3

 

شیرین کردن آن مورد استفاده قرار می گیرد.

 

٧۶

 

گل. PH 2. کاستیک سودا: برای افزایش قدرت قلیایی و کنترل

 

که برای افزایش گرانروی ( viscosifier ) یک مادة گرانروی زا :Xanthan Gum .3

 

( 2 lb/bbl سیال از این ماده استفاده می شود. ( به میزان

 

برای کمک به رئولوژی گل و تأثیر کمی نیز در کنترل صافاب دارد.( :PAC‐R .4

 

.( filtration ،shale control ،viscosifier

 

5-6 مصرف lb/bbl برای کنترل صافاب و ایجاد گرانروی در گل به میزان :Poly‐sal .5

 

( filtration ،viscosifier ) . می شود

 

2 در گل مصرف می شود و lb/bbl عمدتاً برای کاهش صافاب به میزان :PAC‐UL .6

 

روی گرانروی سیال تأثیر ناچیزی دارد.

 

5 وزنی در گل مورد استفاده قرار گرفت. - 18 معادل % 7 -22 lb/bbl مقدار :KCL .7

 

در حین حفاری هر 4 ساعت یک بار اندازه KCL علت آن کنترل شیل بود. میزان

 

گیری می شد ( با روش آزمایش که در همین جا آورده شده است. ) که در بعضی

 

به KCL اوقات که درصد وزنی از مقدار مورد نیاز کمتر شد میزان کمبود آنرا با افزودن

 

سیستم جبران کردیم.

 

بشکه های کوچک 24.5 گالنی و مایع است و ضد باکتری می باشد و :Biocide .8

 

تعداد 5 بشکه از آن در کل سیستم گل از ابتدا تا پایان حفاری اضافه شد.

 

بشکه های آن 55 گالنی است و برای کنترل شیل به سیستم گل ابتدا به :GLYDRIL .9

 

میزان % 3 حجمی و سپس تا % 5 حجمی افزوده ایم. این ماده در برابر حرارت ته چاه

 

مقاوم بوده و همراه گل در ته چاه در اثر حرارت بصورت ابری درآمده و با مکانیسم

 

سیستمهای گلایکولی از آبگیری شیلها ممانعت بعمل می آورد.

 

0.5 به سیستم گل افزودیم. به -1lb/bbl هنگام حفاری شیل به میزان :Poly Plus .10

 

این ترتیب که مقدار 100 بشکه از گل سیستم را به داخل مخزن ذخیره منتقل کرده

 

٧٧

 

را به آن اضافه کرده و سپس بطور خیلی آهسته poly plus و مقدار مورد نیاز ماده

 

به سیستم گل افزوده ایم.

 

85 مورد استفاده pcf 64 تا pcf جهت افزایش وزن گل از :(CaCo 11 . لایمستون پودر( 3

 

قرار می گیرد.

 

در بشکه های 55 گالنی و بمنظور جلوگیری از کف کردن گل به :Defoamer .12

 

سیستم گل افزوده ایم.

 

-5 فواید گل گلایکولی: -1-12

 

این نوع سیال یک سیال پایه آبی است که مواد آن آب شیرین و پالیمرها هستند و

 

نسبت به گل روغنی، روی نیروی انسانی و کارکنان ضایعات کمتری دارد. همچنین روی

 

قسمتهای پلاستیکی، تجهیزات، مخازن گل و پمپهای گل و هوزها یا شیلنگهای دستگاه

 

حفاری مانند هوزهای لوله های خوابیده و کیلی هوز تأثیر منفی نداشته و باعث فرسودگی و

 

خرابی این قسمتها نمی شود و وظایف یک سیال حفاری زیر را بطور مطلوب انجام می دهد.

 

-6 مشکلات سیال گلایکول: -1-12

 

هنگام حفاری با این نوع سیال و گردش آن، دو شیکر تاندوم دو طبقه با توریهای

 

در طبقة پائین به صورت همزمان در حال کار بودند که B در طبقة بالا و 120 B100

 

جوابگوی تصفیة گل نبودند و مقدار قابل توجهی گل به همراه کنده های حفاری به بیرون دفع

 

B در طبقة بالا و 100 B شده و هرزروی شد که با تعویض توریهای شیکر و نصب توریهای 80

 

در طبقة پائین هرزروی گل روی شیکر کمتر شده و ناچیز گردید ولی درصد جامدات غیر فعال

 

1 بطور pcf 67 بود بعد 6 ساعت حفاری تقریباً pcf گل بالا رفته است و دانسیته گل که ابتدا

 

٧٨

 

68 رسید که علت آن ضعف دستگاههای تصفیه و عدم وجود pcf ناخواسته افزایش یافته و به

 

سانتریفوژ در سیستم بود.

 

می باشد. موقع poly plus مشکل دیگر این نوع گل، غلظت زیاد آن هنگام افزودن مواد

 

که مقدار 100 بشکه از گل سیستم را درون مخزن ذخیره poly plus مخلوط نمودن مواد

 

گرفته و آماده سازی نموده و بطور آهسته به سیستم گل اضافه کرده، گرانروی سیال را افزایش

 

داد به طوریکه شیکر قادر به الک کردن گل نشد و مجبور شدیم به مدت 2 ساعت گل خروجی

 

کنیم و از زیر شیکر گردش انجام گیرد. بعد از 2 ساعت گردش گل هیچ موادی به bypass را

 

3 سودااش و lb/bbl گل اضافه نگردید و برای پائین آوردن گرانروی مقدار 100 بشکه آب و

 

در مخزن ذخیره حل کرده و محلول مذکور را بطور آرام به سیستم گل PAC UL ،2 lb/bbl

 

افزوده و مقدار کمی لایمستون پودر نیز جهت جبران کاهش وزن ( تنظیم وزن گل سیستم )

 

به سیستم گل اضافه کردیم و بدین ترتیب گرانروی گل سیستم را به گسترة قابل قبول

 

رساندیم و گل برگشتی را از روی شیکر عبور داده و الک شد.

 

[پیشنهاد تجربی: در اینگونه مواقع به جای تعویض سایز توریها که خود مشکلات دیگری را به

 

در هر اتصال لوله ها استفاده کرد.] jet steam همراه دارند بهتر است از دستگاه

 

مشکل دیگر این نوع گل هنگام حفاری سیمان با آن، خواص رئولوژی و پارامترهای این گل از

 

از گسترة قابل قبول خارج شده و غیرنرمال می شود. GEL و YP ،VIS ،PH ،W.L قبیل

 

بنابراین در زمان حفاری سیمان نمی تواند خواص رئولوژی خود را حفظ نماید.

 

-7 روش کنترل جامدات گل
گلایکولی:
-1-12

 

-1 برای نگهداری سیالات لازم است غلظت ذرات جامد نامحلول کاهش داده شود.

 

-2 مواد پلیمری که به ذرات جامد فعال می چسبند گرانند و گل گلایکول نیازمند

 

غلظت های پائین ذرات جامد می باشد. امروزه ملاحظات زیست محیطی به منظور

 

٧٩

 

به حداقل رساندن ضایعات، کنترل ذرات جامد را ضروری می کند.

 

سیالات حفاری را در صورت جداسازی جامدات آن به گونه ای مؤثر می توان دو بار

 

مورد استفاده قرار داد و اگر ضایعات به حداقل برسند، هزینه های تلف شده به

 

حداقل خواهد رسید.

 

دلایل جداسازی ذرات جامد حفر شده زیاد است که شامل:

 

کاهش ضایعات به دلایل زیست محیطی .I

 

کاهش بودجة مربوط به سیالات حفاری .II

 

کاهش بودجة مربوط به هزینة ضایعات .III

 

اجتناب از فوران چاه .IV

 

جلوگیری از گیر لوله ها .V

 

جلوگیری از فرسودگی مته های حفاری .VI

 

جلوگیری از فرسودگی پمپهای گل .VII

 

اگر سیال حفاری به خوبی درمان و تصفیه نشود، هزینه و مشکلات زیادی را بوجود

 

می آورد.

 

12 فروردین ) -2-12 دکل 81 فتح در میدان نفتی منصوری چاه شمارة 72 از اول آوریل 2008

 

6 اردیبهشت 1387 )، چاه توسعه ای، کارفرما شرکت ملی مناطق ) 1387 ) تا 26 آوریل 2008

 

نفتخیز جنوب، از 2217 تا 3827 متری، سازندهای آسماری، پابده، گورپی، ایلام و سروک، طول

 

. 8 1/ حفره 1610 متر، سایز حفره " 2

 

:8 1/ -1 حفرة " 2 -2-12

 

2217 متری – 3827 : 8 3/ حد فاصل حفرة " 8

 

٨٠

 

طول حفره : 1610 متر

 

تاریخ شروع حفاری : 1 آوریل 2008

 

تاریخ تکمیل : 8 می 2008

 

هزینة حفره : 1,404,621,681 ریال ایران

 

هزینه بازاء هر متر : 872,436 ریال ایران

 

هزینه بازاء هر بشکه : 370,779 ریال ایران

 

حجم گل ساخته شده : 3788 بشکه

 

حجم گل مورد استفاده قرار گرفته : 2231 بشکه

 

حجم گل باقیمانده در چاه و تانکها : 1557 بشکه

 

-2 خلاصة وقایع حفاری: -2-12

 

حفاری این قسمت از درون سازندهای آسماری، پابده، گورپی ، ایلام و سروک صورت

 

8 به درون چاه و به بالای 3/ جدید به همراه متة " 8 BHA گرفت. برای شروع حفاری این حفره

 

سیمان رانده شد و سیمان حفاری گردید. گردش گل به منظور تمیز کردن چاه انجام گرفت. سپس

 

نام تجاری مربوط به گل گلایکولی که ) Hyper‐Foil Gen گل قبلی چاه با گل جدید با نام 1

 

مربوط است به شرکتی که این گل از آن خریداری شده است) جایگزین گردید. کفشک حفاری

 

PDC گردید و حفاری تا عمق 2231 متری ادامه یافت. لوله بالا جهت تعویض مته قبلی با متة

 

جدید. تعویض مته و لوله پائین تا عمق 2231 متری.

 

8، پمپ نمودن پیل با ویسکوزیته بالا، هیچگونه کنده ای بر m/hr ادامة حفاری با سرعت متوسط

 

٨١

 

روی الک لرزان مشاهده نشد و این به آن معناست که رئولوژی گل به قدر کافی برای تمیز کاری

 

چاه مناسب است. ادامة حفاری تا عمق 2548 متری. گردش گل، ته چاه بالا آمد.

 

لوله بالا جهت بهسازی چاه تا عمق 2375 متری بدون هیچگونه مشکلی. چاه در وضعیت مناسبی

 

بود.تنگی چاه در عمق 2375 متری به میزان 2 متر. لوله بالا همراه با پمپ کردن به اندازة 1 استند

 

40,000 ). لوله بالا تا کفشک بدون اضافه کشش. بررسی چاه، ساکن lb ( حداکثر اضافه کشش

 

بود. لوله پائین مجدد تا ته چاه و ادامة حفاری تا عمق 2659 متری. مقدار کمی هرزروی به میزان

 

.3 bbl/hr متوسط

 

ادامه حفاری تا عمق 2721 متری ( بالای سازند پابده در 2707 متری ). افت فشار در حدود

 

نشان از نشتی در ساق حفاری می داد. لوله بالا جهت بررسی ساق slow pump .100psi

 

12 ) در ساق حفاری مشاهده شد. خارج نمودن کل لوله های cm 5 و cm ) حفاری. دو نقطه نشتی

 

خوب بود. ادامه لوله بالا، نشتی دیگری بر روی ،BHA حفاری از درون چاه. بررسی چاه در بالای

 

جار مشاهده شد. لوله بالا تا سطح. تست فورانگیر.

 

لوله پائین مجدد به ته چاه جهت ادامة حفاری. حفاری پیشرفت نداشت و هیچگونه گشتاور پیچشی

 

مشاهده نشد. به خاطر احتمال وجود قطعه ای در چاه پیل ویسکوزیته بالا تهیه شد و به درون چاه

 

پمپ شد، چیزی بر روی الک لرزان مشاهده نشد. پیل آب نمک/کاستیک به جهت رفع توپی شدن

 

احتمالی مته تهیه و به درون چاه پمپ شد. هیچگونه تغییری در سرعت حفاری و گشتاور پیچشی

 

جدید برداشته شد و با bottom bit مشاهده نشد. لوله بالا، مته و تمام اجزاء آن سالم بود. متة

 

به درون چاه رانده شد. چاه در شرایط خوبی بود. هیچگونه گشتاور پیچشی junk basket یک

 

مشاهده نشد. پمپ نمودن پیل ویسکوزیته بالا و سعی در جمع نمودن براده ها به درون سبد (

 

گه گاه در مواردی به منظور جمع آوری براده های احتمالی شدت جریان افزایش می .( basket

 

یافت.

 

حفاری در سازند پابده که از جنس مارل بود با سرعت کمی ادامه پیدا کرد و تا 2735 متری پیش

 

٨٢

 

مشاهده نشد. basket هیچگونه براده ای در .junk basket رفت. لوله بالا تا سطح، انداختن

 

برداشته شد و تا عمق 2735 متری به درون چاه رانده شد. حفاری PDC جدید با یک متة BHA

 

3/ تا عمق 2986 متری ( بالای سازند گورپی در 2947 متری ) در سازند پابده ادامه یافت. حفرة " 8

 

8 از 2986 تا 3033 حفاری شد.

 

لوله بالا جهت بهسازی چاه از 2986 متری ( 12 استند ). لوله پائین تا ته چاه، شرایط چاه خوب

 

78 افزایش یافت.ادامة حفاری از 3164 pcf 75 به pcf بود. ادامة حفاری تا 3164 متری. وزن گل از

 

متری تا 3176 متری ( بالای سازند ایلام 3161 متری ).

 

ادامه حفاری از 3176 متری تا 3280 متری. گردش گل به منظور تمیز نمودن چاه. لوله بالا جهت

 

بهسازی چاه بدون هیچگونه اضافه کشش. ادامه حفاری از 3287 متری تا 3357 متری. ( بالای

 

سازند سروک در 3346 متری ). ادامة حفاری از 3453 متری تا 3530 متری.

 

78 به pcf لوله بالا جهت بهسازی چاه از 3530 متری تا 3217 متری در حالیکه وزن گل از

 

79 افزایش یافت. ادامة حفاری از از 3530 متری تا 3585 متری همزمان با افزایش وزن گل از pcf

 

.80pcf 79 به pcf

 

ادامه حفاری از 3604 متری تا 3827 متری ( عمق نهایی چاه ). گردش گل جهت تمیز نمودن

 

چاه. لوله بالا با شستشو و تراش معکوس و گشتاور پیچشی بالا تا 3330 متری و سپس ادامة لوله

 

9 ). بررسی چاه، 5/ بالا با شرایط خوب از 3330 متری تا 2200 متری ( کفشک جداری " 8

 

سایز PDC 6 و متة 1/ 1 هرزروی. ادامة لوله بالا تا سطح. انداختن جار و پایدارکنندة " 2 bbl/hr

 

.Bit Sub 8 و سه شاخه لوله های وزنه. مشاهدة ___________نشتی بر روی 3/8"

 

جدید تا BHA 8 و 3/ 13 سایز " 8 RR 4000 . لوله پائین با متة شمارة psi تست شیرهای فورانگیر با

 

1-2 ، به همراه تراش در لایة سروک ( سنگ ماسه و سنگ bbl/hr عمق 3810 متری، با هرزروی

 

آهک ) به خاطر فشار هیدرواستاتیک پائین. گردش گل ته چاه بالا آمد. لوله بالا با شرایط خوبی از

 

3827 متری تا 3730 متری انجام شد. لوله بالا با تراش معکوس از 3730 متری تا 3470 متری و

 

٨٣

 

به همراه پمپ نمودن از 3470 متری تا 3350 متری ( بالای سروک ) ادامه یافت.

 

لوله بالا با شرایط خوبی تا 2217 متری ادامه پیدا کرد. بررسی چاه 1 تا 2 بشکه بر ساعت هرزروی

 

را نشان داد. لوله پائین مجدد از 2217 متری تا 3820 متری. در سازند سروک شستشو و تراش

 

انجام شد. به علت تنگی چاه در سازند سروک تصمیم به افزایش فشار ستون سیال گرفته شد.

 

82 بخاطر شرایط چاه، همزمان با بالا آمدن ته چاه. لوله بالا pcf گردش گل، بالا بردن وزن گل به

 

8 با شرایط خوب و بدون اضافه کشش یا تراش معکوس از عمق 3/ جهت خارج نمودن متة " 8

 

8 پائین انداخته شد. 3/ 1 هرزروی. متة " 8 -2bbl/hr 3827 متری تا سطح با

 

تا عمق 3823.5 متری بود. DLL‐MSFL‐BCS‐GR بلند کردن ابزار نمودار گیری، تست اول

 

عملیات نمودارگیری از 3823.5 متری تا 3130 متری و 2730 متری تا 2217 متری صورت

 

تا 2753 SDL‐DSN‐LSNG 1 هرزروی. راندن تست دوم bbl/hr گرفت. خارج نمودن ابزار با

 

17klbs متری، ابزار پائین نرفت. سعی در عبور از این نقطه، بدون موفقیت. بالا کشیدن ابزار با

 

اضافه کشش در 2753 متری، 2733 و 2665 متری.

 

8 3/ ادامة بالا کشیدن ابزار نمودارگیری تا سطح. پائین انداختن ابزار نمودار گیری. با متة سایز " 8

 

تا عمق 2660 متری پیش رفتیم. هیچگونه تنگی چاه یا کشش BHA 13 و آخرین RR شمارة

 

مشاهده نشد. برای اطمینان از انجام موفقیت آمیز عملیات نمودارگیری دوم، شستشو و تراش از

 

2660 متری تا 2835 متری صورت گرفت.

 

لوله پائین با شرایط خوب از 2835 متری تا 3818 متری. شستشو و تراش از 3818 متری تا 3827

 

متری. گردش گل ته چاه بالا آمد. شیلهای ترد و شکننده بر روی الک لرزان مشاهده شد. بیرون

 

1 هرزروی. bbl/hr 8 از عمق 3827 متری تا کفشک جداری با شرایط خوب با 3/ کشیدن متة " 8

 

8 از 2217 متری تا 3/ 84 . لوله پائین مجدد با متة " 8 pcf گردش گل همزمان بالا بردن وزن گل به

 

و لوله بالا از 2600 تا 2217 متری. Top Drive 2600 متری به خاطر نقص در سیستم برقی

 

8 با شرایط خوب از 2717 متری تا 3827 متری. گردش گل، ته چاه بالا آمد و 3/ لوله پائین متة " 8

 

٨۴

 

8 با شرایط خوب از از 3827 3/ 84 تنظیم شد. بیرون کشیدن متة " 8 pcf وزن گل سیستم در

 

8 پائین انداخته 3/ 0 هرزروی )، متة " 8 -1bbl/hr متری تا سطح ( بررسی در کفشک و مشاهدة

 

شد. بلند کردن ابزار نمودارگیری.

 

به عمق 3825 متری. نمودار گیری از 3825 متری تا SDL‐DSN‐CSNG راندن ابزار نمودارگیری

 

و نمودارگیری از ته چاه تا عمق 2050 متری. بیرون CDR‐GR سطح. راندن ابزار نمودارگیری

 

3 و در ادامة 1/ کشیدن و پائین انداختن تجهیزات نمودارگیری. راندن 45 شاخه لولة ته باز سایز " 2

 

آن لوله های " 5 تا عمق 3760 متری. گردش ناپیوستة گل. مخلوط و پمپ نمودن 70 بشکه

 

100 ) و پمپ نمودن 195 بشکه گل پشت سر آن به عنوان پلاگ توازن. لوله pcf مگنست (با وزن

 

8 تا 3/ بالا تا 3190 متری. فلاش نمودن لوله ها و ادامة لوله بالا تا سطح. لوله پائین با متة سایز " 8

 

عمق 3435 متری و لمس بالای مگنست. حفاری مگنست از 3435 متری تا 3708 متری. لوله بالا

 

تا کفشک در عمق 2217 متری. لوله پائین تا 3100 متری. ادامة لوله پائین تا 3557 متری. گردش

 

30-35 klb گل ته چاه بالا آمد. کار روی بهسازی گل. لوله بالا از 3557 متری تا 3470 متری با

 

اضافه کشش. ادامة لوله بالا تا 2217 متری. خواص گل به شرح زیر بود:

 

MF.V= 52 sec/qt

 

PV= 18 cp

 

YP= 16 lbf/100ft2

 

GEL= 6/9 lbf/100ft2

 

W.L= 2.6cc/30 min

 

PH= 9.8

 

لوله پائین تا 3691 متری، گردش گل، ته چاه بالا آمد. پارامترهای گل عبارت بودند از:

 

MF.V= 65 sec/qt

 

PV= 26 cp

 

YP= 23 lbf/100ft2

 

GEL= 4/23 lbf/100ft2

 

٨۵

 

PH= 9.3

 

W.L= 5cc/30 min

 

کار بر روی بهسازی گل همراه با گردش گل. خواص گل عبارت بودند از:

 

MF.V= 53 sec/qt

 

PV= 18 cp

 

YP= 12 lbf/100ft2

 

GEL= 4/8 lbf/100ft2

 

W.L= 2.2cc/30 min

 

به خاطر تنگی چاه مشاهده شده در سطح مشترک با مگنست تصمیم به جابجایی گل پایه آبی با

 

گل پایه روغنی گرفته شد.

 

-3 بحث بر روی سیال
حفاری و نگهداری آن: -2-12

 

( KCL‐PHPA Glycol mud system ) Hyper‐Foil Gen این قسمت از چاه با 1

 

که توسط کربنات کلسیم به عنوان عامل مسدود کننده و کنترل کنندة صافاب در ناحیة بهره ده

 

وزن داده شده بود، حفاری شد. تا میزان تراوایی چاه در ناحیة بهره ده در هنگام تولید آسیب نبیند.

 

به PHPA به کار رفته % 8 وزنی در کل حجم گل بود. میزان KCl 69 بود. مقدار pcf وزن اولیة گل

 

0.7 و مقدار گلایکول % 4 حجمی در سازندهای شیلی و مارلی بود. دیگر خواص lb/bbl کار رفته

 

گل در طول حفاری در مقادیر مشخص شده نگاه داشته شدند. بخاطر اینکه شیلهای حین حفاری

 

این قسمت خیلی آبگیر نبودند، لذا نیازی به جلوگیری از آبگیری این شیلها احساس نشد و در

 

نتیجه غلظت مواد بازدارندة کمتری نسبت به آنچه در قسمت مربوط به شیلها نیاز است، مورد نیاز

 

که Xanthan Gum بود. به خاطر اینکه حفاری با آهنگ سریعی پیش می رود، لذا باید مقدار

 

مادة اصلی تأمین کنندة کیفیت دورهای 3 و 6 است در گل حفظ شود.

 

رئولوژی به این خاطر که نقش اصلی در تمیزکاری چاه را بر عهده دارد، بسیار حائز اهمیت است.

 

٨۶

 

و گلایکول به جهت افزایش PHPA برای شروع حفاری این مقطع مورد استفاده قرار گرفت و KCl

 

بازدارندگی کم کم در حین حفاری انتهای سازند آسماری به سیستم گل اضافه شد. میزان صافاب

 

/30min. در کل طول این دوره حفاری زیر

 

cc

 

3 نگه داشته شد.

 

-4 تجهیزات کنترل جامدات: -2-12

 

در طول دورة حفاری این قسمت گل برگشتی از روی الک لرزان عبور کرده و به سیستم

 

گل بازمی گشت. شن زدا، ماسه زدا و سانتریفوژها با پیشرفت حفاری مورد استفاده قرار می گرفتند.

 

175*175*175*140 mud cleaner 110 مش و برای *84*84* سایز توری الکهای لرزان 84

 

مش بود. جهت جبران اضافه حجم حاصل از حفاری گل جدید به سیستم اضافه می شد. انجام این

 

کار از این لحاظ که جامدات موجود در گل حفاری را رقیق می کرد نیز قابل توجه بود.

 

رس موجود در این قسمت خیلی قابل انحلال نبود و ویسکوزیته را هم افزایش نمی داد، علت آن هم

 

بود. مقدار ویسکوزیتة قیفی نیز در طول حفاری در Hydro‐Foil Gen بازدارندگی خیلی خوب . 1

 

50 باقی ماند. -60 sec/qt محدودة

 

-5 نتیجه گیری: -2-12

 

همچنانکه مشاهده می شود، گلی که در این قسمت مورد استفاده قرار گرفته می تواند با

 

توجه به نیاز مشتری تغییرات داده شود و همین انعطاف پذیری این نوع گل است که نقطة قوت آن

 

در استفاده از آن می باشد. رابطة نزدیک ویسکوزیتة قیفی و رئولوژی در بخشهای بحرانی متعدد، به

 

انجام سریعتر و ارزانتر چاه کمک خواهد کرد. این سیستم گل در حقیقت یک سیستم گل پلیمری

 

می باشد که استفادة آن تحت چنین شرایطی آنرا از لحاظ قیمت بسیار ارزان و به صرفه می کند.

 

٨٧

 

-6 توصیه ها -2-12

 

  • • پرش عمودی کنده های حفاری بر روی الک لرزان و چسبیدن آنها مورد توجه قرار گیرد.

 

نیاز به تعمیر و نگهداری تجهیزات کنترل جامدات همچون موتورهای الکهای لرزان به منظور

 

افزایش کارایی ظرفیت حذف جامد لازم و ضروری بنظر می رسد.

 

  • • در طول تمیز کاری مخازن گل، توده های جامدات ته نشین شده و انباشته های کنده های

 

به خاطر mud cleaner حفاری حکایت از بازده پائین تجهیزات کنترل جامدات بویژه عدم کارایی

 

12 ) و پلاگ بودن تعدادی از مخروطهای ماسه زدا ( تنها 3 مخروط باز بود ) psi ) فشار نامناسب

 

داشت. برای رفع این مشکل می بایست پره های پمپ خوراک از " 9 به حداقل " 12 افزایش یابد و

 

از سوی دیگر لوله های جداکننده نیز از لحاظ خوردگی مورد بازبینی قرار گیرند.

 

  • • برای حفاری مگنست می بایست تعداد تانکهای درگیر در فرآیند حفاری را به حداقل

 

توسط سودسوزآور به بیش از 10 افزایش یافته و لیگنوسولفونات مثلاً PH رساند. در حالیکه

 

مورد استفاده قرار گیرد. در نظر گرفتن زمان انقضاء و بسته بندی مناسب مواد مورد Unical

 

استفاده می تواند زمان درمان را کاهش دهد.

 

  • • مگنست

 

حساسیت دارند. در طول حفاری با گل ( Mg و Ca ) همة انواع پلیمرها به دما، قلیائیت و سختی

 

گلایکولی ما با گل ژلاپ شده ای سر و کار داشتیم که مربوط به مواد بازدارنده نمی شد بلکه نتیجة

 

بود. حد بالای مجاز سختی که پلیمرها PAC اثر سختی بالا بر روی پلیمرهایی از قبیل نشاسته و

 

1400 بود که mg/lit 1000 است اما در این مورد سختی در حدود mg/lit می توانند تحمل کنند

 

Mg 1100 آن مربوط بود به + 2 mg/lit

 

. هیچگونه تفاوت قابل توجهی بر روی خواص ظاهری مانند

 

ویسکوزیتة قیفی یا ظرفیت حمل و یا حتی بر روی میزان صافاب مشاهده نشد. به جز اینکه بررسی

 

فیزیکی به همراه ژلاپ شدن گل در هنگامیکه در مدت چند دقیقه در یک ظرف ساکن ته نشینی

 

روی می دهد، تغییراتی را نشان می دهد.

 

٨٨

 

درمان شیمیایی با افزودن سود سوزآور به میزان 1 کیسه در مدت 15 دقیقه و کاهش سریع حالت

 

ژلاتینی که به دنبال آن از لیگنوسولفونات به عنوان پراکنده ساز استفاده گردد، می تواند مثمر ثمر

 

واقع گردد.

 

  • • قویاً توصیه می گردد که به جای پلاگ مگنسیتی از پلاگ از جنس سنگ آهک (

 

با سایز 600 و 1000 میکرون استفاده گردد. ( Limestone

 

2 اردیبهشت 1388 ) -3-12 دکل 62 فتح در میدان نفتی اهواز چاه شمارة 426 از 22 آوریل 2009

 

25 اردیبهشت 1388 )، چاه تزریقی، کارفرما شرکت ملی مناطق نفتخیز ) ) تا 15 می 2009

 

جنوب، از 3360 متری تا 3940 متری، سازندهای آسماری، پابده، گورپی، ایلام و سروک، طول

 

. 8 1/ حفره 580 متر، سایز حفره " 2

 

-1 خلاصه عملیات: -3-12

 

عمودی بوده که توسط دکل 62 (Injection Well) چاه اهواز # 426 یک چاه تزریقی

 

فتح تا سازند سروک حفاری گردیده است.

 

آب مورد نیاز از رودخانه کارون تأمین شده که مشخصات آن به صورت زیر است:

 

Mg/lit کلراید 760

 

Mg/lit سختی کل 280

 

Mg/lit 48 \ کلسیم \ منیزیم 200

 

- 7.5 PH

 

0.02 میلی لیتر اسید سولفوریک 0.02 نرمال / 0.4 Pf / Mf

 

9 ( کفشک جداری در عمق 5/ دکل در 10 آوریل 2009 اسپاد شد و بعد از سیمانکاری جداری " 8

 

که بعداً طبق برنامه در عمق KCl/Polymer 8 با گل 1/ 2872 متری قرار گرفت ) حفره " 2

 

٨٩

 

3360 متری به گل گلایکولی تبدیل شد حفر گردید. این قسمت تا عمق 3940 متری که در تاریخ

 

15 می 2009 گرفته شد، حفاری گردید و توسط آستری " 7 که در عمق 3938.5 متری ( لبه

 

لاینر در عمق 2803 متری ) قرار گرفت، پوشانده شده و بدون هیچ مشکلی در تاریخ 30 می 2009

 

سیمانکاری شد.

 

230°
ثبت گردید. F دمای ته چاه بعد از یک مدت زمان 16 ساعته بدون گردش به میزان

 

3453 بشکه گل جهت رسیدن به عمق نهایی ساخته شد و کلاً 4152 بشکه تا سیمانکاری آستری

 

7 مخلوط گردید. "

 

8 1/ -2 جنبه های مختلف عملیات سیال حفاری در حفره " 2 -3-12

 

8 1/ سایز حفره: " 2

 

Kcl‐Polymer / Glyco‐Drill : نوع گل

 

3940 متری - عمق مقطع: 2872

 

3938.5 متری ( لبه لاینر @ 2803 متری ) @ آستری: "
7

 

8 با 1/ بدون گلایکول ) برای شروع حفاری حفره " 2 ) Kcl/Polymer 1363 بشکه مخلوط

 

lb/bbl ، 10 نشاسته -11 lb/bbl ، 0.08 سود سوزآور lb/bbl ،Kcl ( 5.5% وزنی ) 19.4 lb/bbl

 

5 ماده وزن افزای lb/bbl و XC‐Polymer 0.2 lb/bbl ، 1.5 پرمالوز lb/bbl ،PAC‐LV 4

 

66 ) تهیه گردید. گل قبلی ( که از حفاری قسمت pcf کربنات کلسیم ( برای افزایش وزن از 65 به

 

جایگزین گردیده و برای KCl/Polymer 9 قرار داشت ) به طور کامل با گل 5/ قبل در جداری " 8

 

مورد ( Anhydrite عمدتاً ) Anhydrite/Limestone/Marl از جنس Cap Rock حفاری

 

استفاده قرار گرفت.

 

74 در فاصله 3300 تا 3376 pcf وزن سیستم گل به طور تدریجی توسط کربنات کلسیم از 66 به

 

75 در 3440 متری رسید و با همین وزن تا عمق نهایی pcf متری افزایش یافت و در نهایت به

 

٩٠

 

79000 ( مربوط mg/lit با حداکثر میزان کلراید NaCl 75+ ). همچنین نمک pcf ) پیش رفت

 

به منظور افزایش وزن، کنترل خواص رئولوژیک، خواص گل و جلوگیری از تخمیر ( KCl و NaCl به

 

نشاسته تا جایی که امکان داشت، در سیستم به کار رفت.

 

مربوط بود به سازند آسماری در عمق 3278 متری با میزان % 2.6 وزنی در KCl حداقل غلظت

 

جایی که میزان بازدارندگی زیادی مد نظر نبود. این میزان به % 7 وزنی در پایان حفاری این مقطع

 

رسید و حداکثر درصد به میزان % 8.7 در عمق نهایی و در زمان بهسازی چاه بود.

 

به منظور وجود میزان کافی گلایکول در سیستم گل مورد بحث و حصول اطمینان از بازدارندگی

 

کافی در فصل مشترک سازندهای آسماری و پابده نزدیک به % 5 حجمی گلایکول در عمق 3360

 

متری و در حدود 40 متر بالاتر از سازند پابده ( 3397 متری ) به سیستم گل اضافه شد. درصد

 

4 نگه - گلایکول تا انتهای حفاری حفره مورد بحث ( 3940 متری ) و راندن آستری در گستره % 5

 

در جهت بازدارندگی بیشتر و کپسوله سازی کنده KCl داشته شد. به منظور کمک به گلایکول و

 

به سیستم گل افزوده شد. PHPA 0.25 lit/bbl های مارلی و شیلی خیلی فعال در حدود

 

به منظور حفظ و نگهداری خواص و حجم سیال حفاری تا رسیدن به عمق نهایی محلول تازه به

 

پیل در این Hi‐Vis سیستم گل اضافه می شد. به خاطر قدرت تمیزکنندگی بالای گل، هیچگونه

 

مقطع مورد استفاده قرار نگرفت. در عمق 3365 متری % 1 حجمی گازوئیل به منظور روانکاری به

 

گل اضافه شد که این مقدار در 3743 متری به % 2 افزایش یافت. صافاب گل با استفاده از نشاسته،

 

/30min در گستره بین Permalose ،Pac‐L

 

cc

 

2-3.5 نگه داشته شد و رئولوژی با استفاده از

 

lbf/100ft کافی (در حدود 2 YP با تأمین XC‐Polymer و Pac‐R

 

18 ) و قدرت تمیزکنندگی

 

9.0 تنظیم گردید. - با سودسوزآور بین 9.5 PH خوب کنترل گردید. همچنین

 

/30min 75.5 ، صافاب گل pcf وزن گل

 

cc

 

7% وزنی، گلایکول % 4.7 KCl ، 2.2 ویسکوزیته 48 ثانیه

 

142°
دمای گل برگشتی از چاه در عمق نهایی ( 3940 F حجمی و فاز روغن % 1.6 با حداکثر

 

متری).

 

٩١

 

گل گلایکولی (بدون کربنات (Solution) مواد شیمیایی زیر برای ساخت یک مخزن محلول

 

در طول حفاری مورد استفاده قرار می گیرد. (NaCl کلسیم یا نمک

 

ردیف نام ماده غلظت واحد غلظت

 

lb/bbl ( PH: 9.0-9.5) 0.1- 1 سودسوزآور 0.15

 

lb/bbl ( % by wt. ) 18- 31 ( 5 - 2 کلرید پتاسیم ( 8.5

 

% by vol. (lb/bbl) 3-5 (10.5 - 18 ) Glyco-Dril 3

 

lb/bbl 8 - 4
نشاسته 10

 

lb/bbl 2 DPAC TL 5

 

lb/bbl 3-4 Permalose 6

 

lb/bbl 0.5 Pac-R 7

 

lb/bbl 0.2-0.3
BIODAN XCP 8

 

lit/bbl 0.25 PHPA (liq.) 9

 

هیچگونه کنده های چسبناک ( کنده های مارلی ) در طول حفاری بر روی الک لرزان مشاهده نشد

 

و این گواه بر این مدعاست که سیال حفاری بازدارندگی بسیار خوبی به دور کنده ها ایجاد کرده

 

است. در تمام طول دوره حفاری کنده ها به صورت خشک و با شکلی مناسب در روی الک لرزان

 

مشاهده می شدند.

 

سازند آسماری با سرعت بسیار بالا ( که نظیر آن قبلاً در حوزه نفتی اهواز حتی با گل روغنی

 

مشاهده نشده بود ) و بدون هیچ مشکلی حفاری شد.

 

در محل میدان حفاری تنها کربنات کلسیم سایز 75 میکرون به منظور افزایش وزن وجود داشت و

 

600 ،300 ، هیچگونه سایز درشت تر ( بر خلاف آنچه که در برنامه حفاری ذکر شده بود یعنی 200

 

و 1000 میکرون ) به عنوان مواد جلوگیری از هرزروی موجود نبود. این مورد بارها به صورت کتبی

 

در گزارشات روزانه قید و به صورت شفاهی به نماینده شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب اعلام شده

 

بود.

 

٩٢

 

بعد از رسیدن به عمق نهایی ( نقطه آستری گذاری " 7 ) به خاطر مشاهده شیلهای ریزشی در روی

 

الک لرزان تصمیم به افزایش وزن گل گرفته شد که منجر به گیر ( گیر اختلاف فشاری ) لوله ها در

 

موارد متعدد و مشکلاتی از این دست ( جهت اطلاعات بیشتر به قسمت "مشاهدات" در قسمت "

 

وزن گل و بهسازی چاه " مراجعه شود. )

 

در گل حفاری مخازن ( Low Gravity Solids ) ها LGS به منظور کنترل جامدات حفاری و

 

دائماً چک می شدند و در صورت نیاز تخلیه می شدند. توریها و sand trap و de‐sander

 

به منظور تشخیص به Connection سینی های الک لرزانها دائماً در طول حفاری و در هنگام

 

موقع نقاط پاره و شکسته و ته نشینی های زیر قابها چک می شدند و توریهای پاره عوض می شدند

 

و تنظیم وزن گل) LGS و جامدات ته نشین شده تمیز می شدند. به منظور حذف جامدات (حداقل

 

2900 ) به کار گرفته می شد. -3000 rpm) تا حداکثر مقدار ممکن سانتریفوژ در سرعت بالا

 

-1-2-3-12 هرزروی درون چاهی:

 

  • • مشکل: تلفات (نرمال) حداقل

 

2 هرزروی ته چاه در طول حفاری bbl/hr 5 و در بهینه ترین حالت - • مشاهدات: حداکثر 6

 

این قسمت مشاهده می شد. از یک سو به خاطر هرزروی خیلی کمی که در چاه وجود داشت و از

 

، های مناسب مانند کربنات کلسیم با سایزهای متنوع ( 200 LCM سوی دیگر به خاطر عدم وجود

 

shellfish 600 و 1000 میکرون) هیچگونه درمانی بر روی این گلها صورت نگرفت. تنها ،300

 

در محل میدان حفاری وجود داشت که از یک سو با سایز نازلهای مته سازگاری (oyster shell)

 

نداشت و از سوی دیگر به این خاطر اینکه دارای وزن مخصوص بالایی بود و احتمال ته نشینی در

 

ته چاه را افزایش می داد، گزینه مناسبی برای استفاده در این وضعیت نبود.

 

0-2 هرزروی درون چاهی که در مقاطع بالاتر از ته چاه و سازند bbl/hr به خاطر مشاهده حدود

 

آسماری صورت می گرفت و به خاطر این طرز تلقی غلط که هرزروی از سازند ایلام و از ته چاه

 

٩٣

 

pcf) سرچشمه می گیرد در طول مدت حفاری سازند ایلام گل با وزن مناسب به کار گرفته نشد

 

های مناسب (چیپس LCM 77 ). دلیل اصلی این مشکل به خاطر عدم وجود pcf 75 به جای

 

کربنات کلسیم) در مکان فیلد برای جلوگیری از هرزروی به درون سازند بود. حفاری سازند ایلام در

 

شرایط پایداری در ته چاه و هرزروی در لایه های بالاتر (در سازند آسماری) صورت گرفت. این

 

موضوع 2 روز قبل از اتمام حفاری و رسیدن به نقطه آستری گذاری یعنی زمانی که شیلهای ریزشی

 

های ذکر شده در LCM بر روی الک لرزان مشاهده شد، به نماینده کارفرما ابلاغ گردید. عدم وجود

 

بالا در محل میدان حفاری چه به صورت شفاهی و چه به صورت کتبی در گزارشات روزانه به اطلاع

 

کلیه نمایندگان کارفرما رسید.

 

در حفاری
این قسمت از چاه مورد
LCM توجه: هیچگونه
کربنات کلسیمی به عنوان

 

محل چاه
حفاری بود
. (stock) استفاده قرار نگرفت علت
آن هم عدم وجود آن
در انبار

 

هایی چون کربنات کلسیم درشت جهت رفع LCM • پیشنهادات: همیشه مقدار مناسب از

 

هرزرویهای درون چاهی در سریعترین زمان ممکن و در مواقع مورد نیاز می بایست در مکان حفاری

 

و تزریق محطاطانة آن به لایه های دارای هرزروی در کاهش LCM چاه موجود باشد. تهیه پیلهای

 

نشتی و هرزروی و جلوگیری از هرزرویهای بزرگ درون چاهی، کاهش میزان صافاب، تشکیل کیک

 

فیلتراسیون قوی و جلوگیری از ایجاد کیک ضخیم در نقاط دارای هرزروی نقش بسزایی را ایفا

 

خواهد کرد.

 

با استفاده از بنتونایت پیش هیدراته شده در سیستم گل حفاری می توان ژل مناسبی را در سیستم

 

گل بوجود آورد که قابلیت پوشش دهی مناسبی را برای سازندهای ماسه ای داشته، ریسک هرزروی

 

و ژل) را بهبود می بخشد و به پلیمرها در بهبود کیک YP) درون چاهی را کاهش داده، رئولوژی

 

فیلتراسیون و کاهش صافاب گل کمک خواهد کرد. همچنین مقادیر مناسبی از بنتونایت و مواد وزن

 

افزا می بایست در مکان حفاری چاه موجود باشد تا در زمانی که در سازندهای با هرزروی بالا (بویژه

 

سازند آسماری) نیاز شد مخلوط شده و به درون چاه پمپ شود. انجام این روش بدین صورت است

 

٩۴

 

که در مواردیکه هیچگونه برگشت گل بر روی الک لرزان وجود ندارد و به منظور ایجاد فشار ستون

 

سیال و خالی نبودن چاه از گل، مقدار مناسبی از گل حفاری را فقط با بنتونایت و مواد وزن افزا (با

 

حداقل مواد شیمیایی و زمان اختلاط) مخلوط کرده و به درون چاه پمپ نمود. غلظت کم بنتونایت

 

15 ) آنقدر قدرت نخواهد داشت که بتواند لایه های بهره ده را lb/bbl پیش هیدراته شده (کمتر از

 

نماید. (plug) هر چند هم که دارای تخلخل کمی باشند، مسدود

 

به جای کربنات کلسیم بکار گرفته شود. فشردگی کریستالی marble توصیه می شود که

 

یک سنگ آذرین marble . به مراتب قوی تر از سنگ آهک رسوبی کربنات کلسیم است marble

 

بر خلاف سنگ آهک رسوبی در marble . است که در معرض دما و فشار بالایی قرار گرفته است

 

هنگامیکه در معرض شرایط دینامیکی/ تنشی قرار می گیرد، مقاومت بیشتری نسبت به خرد شدن

 

به ذرات ریز تر، که اثر آن را برای ایجاد حائل جلوگیری کننده از هرزروی کاهش می دهد، نشان

 

می دهد.

 

نکته مهم: همچنانکه بر هر کسی واضح و مبرهن است، منیزیم یکی از منابع آلودگی گلهای پایه

 

آبی است که می بایست در کوتاهترین زمان ممکن درمان شود. بنابراین، قویاً توصیه می شود که در

 

زمانیکه با گل آبی بویژه گل گلایکولی کار می شود از بکار بردن پیل مگنست تا حد ممکن

 

های پائین می تواند مجدداً فعال شده و عمده خواص PH خودداری شود. منیزیم غیر فعال شده در

 

گل را به سرعت تغییر دهد که درمان آن بسیار سخت خواهد بود ( چنانکه این مورد قبلاً در حفاری

 

یکی از چاهها مشاهده شده است ).

 

2-2-3-12 - بازدارندگی:

 

  • • مشکل: مشکلی وجود نداشت
  • • مشاهدات:

 

٩۵

 

و آسماری ( 2872 و 2900 متری) (cap‐rock) سازندهای پوش سنگ (a

 

همراه با انتخاب روشهای مناسب حفاری، بازدارندگی کافی و KCl غلظت کلرید پتاسیم

 

خوبی برای مارلهای چسبناک و فعال ایجاد خواهد کرد و هیچگونه نگرانی در مورد درصد کلرید

 

به PHPA 3 وزنی) در حین حفاری سازند آسماری وجود نخواهد داشت. همچنین - پتاسیم (% 4

 

0.25 در طول حفاری این سازند نگه داشته می lb/bbl سیستم گل اضافه می شود و مقدار آن در

 

در عمل بازدارندگی کمک کرده و به دور کنده هایی که عمل بازدارندگی بر روی KCl شود تا به

 

آنها صورت گرفته یک لایة کپسولی ایجاد کند.

 

میزان گلایکول در سیستم گل در حدود % 5 نگه داشته شد، گلایکول از عمق 3360 متری یعنی در

 

حدود 40 متر قبل از شروع سازند پابده ( که از عمق 3397 متری شروع شد. ) به منظور تضمین

 

بازدارندگی گل در ناحیة گذار بین آسماری و پابده به گل اضافه شد.

 

ذکر این نکته در اینجا جالب توجه است که به خاطر اینکه عمل بازدارندگی و کنترل وزن به خوبی

 

انجام شد سازند آسماری با سرعت بسیار بالایی ( بویژه حد فاصل 3000 تا 3200 متری ) حفاری

 

شد، بطوریکه چنین چیزی قبلاً در این میدان نفتی مشاهده نشده بود.

 

3605 و 3785 متری ) ، سازندهای پابده، گورپی و ایلام ( 3397 (b

 

با غلظت PHPA 4 حجمی و - 4.5 وزنی، گلایکول با غلظت % 5 - با غلظت % 7 KCl با ترکیب

 

0.3 بازدارندگی بسیار خوب و با کیفیتی به دور مارلهای فعال، کنده های شیلی -0.5 lb/bbl

 

100% فعال و درون سازندهای حفاری شده در همان لایه ها صورت گرفت. نوع گلایکول انتخاب

 

4 حجمی، عملکرد بسیار خوبی را نشان داد و هیچ مشکلی در بازدارندگی شیل حتی - شده با % 5

 

بعد از 2 هفته لوله بالا و پائین، شستشو و تراش و ترمیم گیر اختلاف فشاری ( که به خاطر انتخاب

 

روشهای ناصحیح حفاری در ناحیه گذار آسماری- پابده ( ناحیه شیلی ) و سپس بالا بردن نیروی

 

وارد بر کف چاه بعد از رسیدن به نقطة آستری گذاری ( 3940 متری )) بروز نکرد.

 

نه تنها در هنگام حفاری که حتی در هنگام لوله بالا و پائین و گردش از ته چاه همة کنده ها به

 

٩۶

 

صورت چیپس و کاملاً خشک بود و این مورد باعث شگفتی کارفرما، زمین شناس و هر شخص

 

دیگری شد که با این صحنه مواجه شده بود. بر طبق نظر زمین شناس هیچ گونه تفاوتی بین

 

خشکی کنده های ( مارل خاکستری/قرمز، سنگ آهک مارلی، شیل مارلی و شیلهای % 100 فعال )

 

حاصل از حفاری با کلرید پتاسیم/گلایکول و گل روغنی وجود نداشت. همچنین در طول حفاری

 

همه ذرات ریز و درصدهای کم شیلها در نمونة کنده ها ( که دلیلی بر بازدارندگی خیلی خوب این

 

نوع گل بود ) توسط زمین شناس مشاهده و گزارش شد. در مقایسه با گل روغنی همة کنده ها

 

قابلیت شستشو و تشخیص بهتری توسط زمین شناس داشتند.

 

به منظور پر نمودن خلأ دور کنده ها در KCl • پیشنهادات: همیشه باید غلظت مناسبی از

 

6- 3 برای حفاری قسمتهای بالای سازند آسماری و % 7 - سیستم گل بکار گرفته شود. این مقدار % 4

 

50 متر بالای پابده )، سازندهای پابده، گورپی و ایلام. - برای حفاری قسمتهای پائین این سازند ( 40

 

8 ) در 1/ در حدود 50 متر قبل از شروع سازند پابده تا انتهای حفاری این قسمت از چاه ( حفرة " 2

 

4 حجمی گلایکول می بایست به کار برده شود که در حقیقت تضمین کنندة - میدان نفتی اهواز % 5

 

بازدارندگی گل به دور کنده های شیلی/مارلی فعال و چسبناک و درون سازندهای حفاری شده

 

0.3 )، این مقدار در حقیقت -0.5 lb/bbl ) را می توان در غلظتهای کم به کار برد PHPA . است

 

و گلایکول در ایجاد بازدارندگی کافی و کپسوله نمودن کنده های حفاری است. KCl کمک کنندة

 

-3-2-3-12 وزن گل و شرایط چاه:

 

  • • مشکل: در حین حفاری مشکلی وجود نداشت. بعد از رسیدن به نقطة آستری گذاری به

 

وزن گل افزوده شد و مقداری گیر اختلاف فشاری روی داد.

 

75+pcf • مشاهدات: وزن گل بر اساس شرایط چاه و دستورات نمایندة کارفرما بین 66 و

 

66 بود که از عمق 3335 متری کم کم pcf کنترل گردید. شروع حفاری این قسمت با گل با وزن

 

75+ خاتمه pcf 75 رسید و در نهایت به pcf به وزن گل افزوده شد و تا 3442 متری که وزن گل به

 

٩٧

 

75 از کربنات pcf به این وزن رسیده بود) به KCl 65 (که با pcf یافت. برای افزایش وزن گل از

 

کلسیم استفاده شد. همچنین نمک طعام به عنوان کمکی کربنات کلسیم در افزایش وزن سیستم،

 

ایجاد شوری بیشتر برای جلوگیری از تخمیر نشاسته، تنظیم رئولوژی گل در گسترة مقادیر تعیین

 

شده و مقادیر جامد کمتر به کار گرفته شد.

 

جهت تنظیم وزن گل در گسترة تعیین شده و جبران کاهش حجم گل، رقیق سازی معمولی توسط

 

محلولهای با وزن کمتر از وزن سیستم گل موجود صورت گرفت. آزمایشگر گل دائماً توریهای الک

 

لرزانها را جهت جلوگیری از هر گونه سوراخ یا خرابی کنترل می کرد. صفحات توریها با چسبهای

 

سیلیکون درزگیری می شدند و به منظور جلوگیری از هر گونه افزایش وزن که ناشی از بالا رفتن

 

میزان جامدات گل است این صفحات تعویض می شدند.

 

در نقطة آستری گذاری در هنگام یک لوله بالا و پائین کوتاه با مشاهدة شیلهای ریزشی بر روی الک

 

78 افزایش داده شد و با مشاهدة نتایج بهتر از قبل وزن pcf لرزان وزن گل بالا برده شد. وزن گل به

 

80 افزایش داده شد که اولین گیر اختلاف فشاری مشاهده شد. با مشاهدة این حالت 2 pcf گل به

 

77 و سپس pcf 66 به منظور انداختن فشار ستون سیال به pcf محلول 100 بشکه ای با وزن

 

75 یکی پس از دیگری به درون دالیز و بالای مته پمپ شد، اما نه تنها پیشرفتی حاصل نشد pcf

 

بلکه چاه را نیز خراب نمود و رژیم چاه را نیز به حالت ناجوری تغییر داد. به طور خلاصه، سعی در

 

انجام عملیات نمودارگیری در دو مرحله ناکام ماند، چرا که ابزار نمودارگیری در یک مرحله از

 

3425 متری و در مرحلة بعد از 3397 متری ( هر کدام بعد از یک مرحله شستشو و تراش ) پائین

 

78 در بیش از یک pcf 80 و تصمیم به کاهش وزن گل به pcf تر نرفت. بعد از افزایش وزن گل به

 

به سیستم گل bit lube مرحله، در هنگامیکه تراش و شستشو مفید واقع نشد، % 1.5 حجمی

 

اضافه شد. عملیات نمودارگیری با موفقیت انجام شد و هنگامیکه بیش از یک بار گیر اختلاف

 

77 مشاهده pcf 77 کاهش یافت. مشکل دیگری با گل با وزن pcf فشاری مشاهده شد، وزن گل به

 

نشد و آخرین لوله بالا و پائین نیز انجام گرفت و آستری " 7 با موفقیت و بطور کامل و خالی از هر

 

٩٨

 

گونه سؤالی رانده شد.

 

در اینجا ذکر این نکته لازم و ضروری است که همة گیرهای ذکر شده در بالا ( به خاطر گیر

 

آزاد می شدند ولی در حقیقت این گیرها به دلیل افزایش pipe lax اختلاف فشاری ) بعد از اسپات

 

77 ) اتفاق می افتند و جای هیچ گونه شکی وجود ندارد که علت اصلی pcf ) بیش از اندازة وزن گل

 

این گیرها کیک فیلتراسیون ضخیمی است که بر دیوارة چاه شکل می گیرد.

 

  • • پیشنهادات: متأسفانه، برخلاف نظر اکثر افراد، که مشاهدة شیلهای ریزشی در هنگام لوله

 

بالا و پائین در نقطة آستری گذاری را ناشی از آبگیری کنده های حفاری به خاطر عدم بازدارندگی

 

مناسب سیال حفاری می دانستند، افتادن شیلهای ریزشی در حقیقت مربوط بود به عدم بکار گیری

 

وزن مناسب برای سیال حفاری و بویژه انحراف چاه که به خاطر بکارگیری روشهای نادرست و غیر

 

مرسوم در ناحیة فصل مشترک آسماری-پابده روی داد. انحراف چاه در شروع حفاری سازند پابده

 

شروع شد و مقدار آن 4 درجه بود و پس از 13 متر حفاری به 7 درجه افزایش یافت و تا نقطة

 

آستری گذاری مقدار آن به 18 درجه رسید!!! بهتر است بویژه برای اینکه در هنگام حفاری لایه

 

ها/سازندهای شیلی عملکرد بهتری داشته باشیم پارامترهای حفاری بازنگری و تنظیم شوند.

 

برای وزن دهی نیاز به کربنات کلسیم های ریزتر از 70 میکرون ( 50 میکرون ) داشتیم تا بتوانیم

 

ریزترین توری الک لرزان را مورد استفاده قرار داده و نتیجتاً کنترل بهتری بر حذف جامدات و

 

تنظیم وزن گل داشته، کیک فیلتراسیون نازکتر و هرزروی کمتری داشته باشیم.

 

های مناسب در محل مکان حفاری، پس از رسیدن به نقطة آستری LCM به خاطر عدم وجود

 

گذاری وزن نامناسب و بیش از اندازه اعمال شد که باعث بوجود آمدن مشکلات زیادی شد چنانکه

 

قبلاً نیز در بالا ذکر شده بود. لطفاً به قسمت مشاهدات مربوط به " هرزروی درون چاهی " در بالا

 

مراجعه شود.

 

اسپات نمودن پیلهای بازدارنده در اطراف مناطق با شیلها یا مارلهای فعال قبل از عملیات نمودار

 

و نتیجتاً تغییر (PHPA و KCl ، گیری یا راندن آستری ریسک کاهش غلظت بازدارنده ها (گلایکول

 

٩٩

 

در شرایط چاه در نتیجة جذب آب و متورم شدن کنده های فعال را پائین می آورد.

 

توصیه می
شود جهت جلوگیری از آسیب
دیدن چاه از پمپ نمودن
هر گونه گل وزن داده

 

نشده برای
آزاد نمودن گیر اختلاف فشاری
لوله ها شدیداً اجتناب شود
.

 

-4-2-3-12 کنترل صافاب:

 

/30min • مشکل: در طول حفاری سازند آسماری میزان صافاب کمتر از

 

cc

 

3 نشد.

 

/30min 8 میزان صافاب 1/ • مشاهدات: در شروع حفاری حفرة " 2

 

cc

 

2.8 بود که در عمق

 

2991 متری به علت عدم وجود کربنات کلسیم کافی به عنوان مسدود کنندة خلل و فرج در محل

 

/30min مکان حفاری به

 

cc

 

66+ افزایش یافت و در نقطة آستری گذاری به pcf 3.6 در وزن گل

 

/30min

 

cc

 

/30min 75+ رسید. متوسط میزان صافاب در طول حفاری pcf 2.2 در وزن گل

 

cc

 

2.6

 

بود.

 

برای بدست آوردن صافاب مورد نیاز، غلظت مواد کنترل کنندة صافاب در ساخت گلهای جدید به

 

/30min شکل جدول زیر تغییر داده شد که برای نگه داشتن میزان صافاب در کمتر از

 

cc

 

3 تا

 

رسیدن به نقطة آستری گذاری بسیار مفید بود.

 

ردیف نام ماده غلظت واحد غلظت

 

lb/bbl 1 نشاسته 9

 

lb/bbl 3 DPAC TL 2

 

lb/bbl 3.5 Permalose 3

 

PAC‐ و مقادیر کمتری از نشاسته و Permalose همچنانکه در جدول بالا ذکر شده، مقدار بیشتر

 

اثر بهتری بر روی کنترل صافاب در حین حفاری داشته اند. L

 

ذکر این نکته لازم و ضروری است که در همین زمان % 2 گازوئیل به عنوان عامل روانکاری به

 

١٠٠

 

75 افزایش یافت pcf 66 به pcf سیستم گل اضافه شد و وزن سیستم گل توسط کربنات کلسیم از

 

که هر دوی آنها به طور مستقیم بر روی میزان صافاب تأثیر گذار بودند.

 

  • • پیشنهادات: بنتونایت ماده ای است که به عنوان عامل کنترل کنندة صافاب و خواص

 

رئولوژیک گل به گل اضافه می شود. ایجاد مقدار مناسب ژل در سیستم گل با استفاده از بنتونایت

 

پیش هیدراته شده نه تنها دارای اثر پوشش دهی بر روی سازندهای ماسه ای بوده و میزان نفوذ

 

گل را نیز بهبود ( GEL و YP ) سیال به داخل این لایه ها را کاهش می دهد بلکه خواص رئولوژی

 

می باشد. به این طریق که به
تشکیل
XC‐Polymer می بخشد و نتیجتاً نیاز به مقدار کمتری

 

لایه کیک
فیلتراسیون بر روی دیوارة چاه
با حداقل نیاز به پلیمر
های کنترل کنندة

 

صافاب کمک
می کند
.

 

لوله ها به ( connection ) بازرسی مداوم صفحات توریها در حین حفاری و در هنگام اتصال

 

منظور تشخیص سریع هرگونه خرابی جهت جلوگیری از بالا رفتن جامدات حفاری، افزایش صافاب

 

و در نتیجه استفاده بیشتر از مواد کنترل کنندة صافاب امری لازم و ضروری به نظر می رسد.

 

اسپات نمودن پیلهای پلیمری دما بالا در ته چاه قبل از عملیات نمودارگیری یا راندن آستری

 

flow احتمال تخریب پلیمر را کاهش داده و از تشکیل هر گونه کیک ضخیم در هنگامیکه دمای

 

140 می رسد، جلوگیری می کند. °F به line

 

استفاده از کربنات کلسیم با اندازه ذرات کمتر از 70 میکرون ( 50 میکرون ) برای وزن دهی لازم و

 

ضروری به نظر می رسد، چرا که در این صورت امکان استفاده از توریهای الک لرزان با سوراخهای

 

ریزتر فراهم می شود که نتیجة آن کنترل بهتر بر روی فرآیند حذف جامدات، تنظیم وزن گل،

 

تشکیل کیک فیلتراسیون نازکتر و صافاب کمتر می باشد. استفاده از مخلوطی از کربنات کلسیم با

 

دانه بندی متنوع در کاهش ضخامت کیک فیلتراسیون می تواند مفید و مؤثر واقع شود.

 

-5-2-3-12 رئولوژی:

 

١٠١

 

  • • مشکل: قدرت ژلاتینی پائین.

 

ft 17 و 2 - و ژل 30 دقیقه در طول حفاری این مقطع بین 19 YP : • مشاهدات

 

7-8 lbf/100

 

قطر چاه و سرعت حفاری، نیاز به هیچگونه پیل ویسکوزیته بالا که به ،YP بود. با در نظر گرفتن

 

داخل سیستم گل اضافه شود یا به عنوان افزایش دهندة رئولوژی به منظور تمیزکاری بهتر به داخل

 

چاه پمپ شود، احساس نمی شود.

 

این نکته می بایست یادآوری شود که داخل چاه در تمام مدت تمیز بود و هیچگونه افزایش رئولوژی

 

گل به خاطر درمان شیمیایی بیش از اندازه یا بالا رفتن میزان جامدات در گل مشاهده نشد.

 

  • • توصیه ها: همچنانکه هر کسی می داند، بنتونایت ماده ای است که به عنوان عامل کنترل

 

کنندة صافاب و خواص رئولوژیک گل به گل اضافه می شود. رسیدن به قدرت ژلاتینی مناسب تنها

 

با تکیه بر پلیمرها امری غیر ممکن است. نخستین مادة شیمیایی که جهت ایجاد ویسکوزیته، ژل و

 

است. بنابراین بهتر است ( PHB ) خواص رئولوژی به کار می رود، بنتونایت پیش هیدراته شده

 

را با دزهای مناسب جهت XC‐Polymer ،PAC‐R ،Permalose تعدادی از پلیمرها از قبیل

 

ایجاد مقداری رئولوژی / ژل به کار برد و بقیة رئولوژی را با بنتونایت پیش هیدراته شده تنظیم کرد.

 

lifting ) بنتونایت پیش هیدراته شده ممکن است به صورت مکملی برای قدرت بلند کنندگی

 

پلیمرها بکار رود. ( capacity

 

15 ) آنقدر قدرت ندارد که نواحی lb/bbl غلظتهای پائین بنتونایت پیش هیدراته شده ( کمتر از

 

بهره ده را ( حتی با میزان تخلخل پائین ) مسدود کند.

 

-6-2-3-12 کنترل جامدات:

 

  • • مشکلات: صفحات توری الک لرزانها پس از یک مدت زمان نه چندان طولانی به سرعت می

 

شکست.

 

  • • مشاهدات: در ابتدای حفاری این حفره سایز توری الک لرزانها 140 و 175 مش ( تعداد

 

١٠٢

 

سوراخها در یک اینچ در یک توری یا غربال ) بود و از عمق 3200 متری به بعد تا انتهای چاه (

 

3940 متری ) به 175 و 210 مش تغییر کرد. دلیل این رخداد مربوط بود به فاصلة کمی که بین

 

قاب تعدادی از توریها در طول و لاستیکهای تاجی روی تیغه های الک لرزان ( دیواره های

 

جداکننده ) بود که باعث می شد عمل غربالگری الک لرزان به خوبی صورت نگیرد و قابها از طول

 

بشکنند. جهت جلوگیری از هر گونه افزایش جامدات موجود در گل توریها در سریعترین زمان

 

ممکن تعویض می شدند.

 

ها زیر لاستیکهای تاجی پر می شدند! با انجام Big Bag این فواصل با گذاشتن نوارهای مربوط به

 

این عمل طول عمر تعدادی از توریها افزایش می یافت و در مورد بقیة توریها مشکل شکستن توری

 

مرتفع می شد.

 

سینی زیر الکهای لرزان پس از چند ساعت از شروع حفاری مملو از جامدات حاصل از حفاری می

 

شد که مربوط بود به فاصلة بین قاب توریها و ستونهای محل خواب آنها که آنهم نتیجة فرسودگی

 

الکهای لرزان بود. همچنین نوارهای بلند مهارکننده نمی توانستند به خوبی بر روی بدنه فرسوده

 

بنشینند و این خود نیز باعث فرار جامدات حفاری به درون گل می شد.

 

( LGS ) در بعضی از موارد جهت حذف جامدات حاصل از حفاری و جامدات با وزن مخصوص پائین

 

2900 ) استفاده می شد. -3000 rpm ) تا حد ممکن و تنظیم وزن گل از سانتریفوژ با دور بالا

 

حداکثر میزان جامدات با وزن مخصوص پائین در طول حفاری و در نقطة آستری گذاری، % 4.2 بود

 

که این میزان فاصلة بسیار خوبی با برنامه گل حفاری یعنی % 6 داشت.

 

آزمایشگر گل دائماً توریهای الک لرزانها را جهت جلوگیری از هر گونه سوراخ یا خرابی کنترل می

 

کرد. صفحات توریها با چسبهای سیلیکون درزگیری می شدند و به منظور جلوگیری از هر گونه

 

افزایش وزن که ناشی از بالا رفتن میزان جامدات گل است این صفحات تعویض می شدند.

 

  • • توصیه ها: چونکه جامدات عمدة آلوده کننده ها در سیال حفاری و بویژه در گل گلایکولی

 

است، قویاً توصیه می شود که تعمیر و نگهداریهای اساسی بر روی الکهای لرزان قید شده در بالا

 

١٠٣

 

صورت گیرد یا اینکه آنها را با انواع نو یا مدلهای بهتر جایگزین کرد.

 

توصیه می شود که یک جت کوچک که از خط اصلی تفنگها منشعب می شود به صورت جداگانه به

 

متصل شود تا در حین حفاری و در زمان اتصال mud box پائین قاب هر یک از الکهای لرزان و به

 

لوله های حفاری آنها را فلاش کند و به این طریق می توان از ریزترین توریهای ( connection )

 

ممکن استفاده نمود و جامدات موجود در گل را کنترل کرد.

 

لوله ها به ( connection ) بازرسی مداوم صفحات توریها در حین حفاری و در هنگام اتصال

 

منظور تشخیص سریع هرگونه خرابی جهت جلوگیری از بالا رفتن جامدات حفاری، افزایش صافاب

 

و در نتیجه استفاده بیشتر از مواد کنترل کنندة صافاب امری لازم و ضروری به نظر می رسد.

 

استفاده از کربنات کلسیم با اندازه ذرات کمتر از 70 میکرون ( 50 میکرون ) برای وزن دهی لازم و

 

ضروری به نظر می رسد، چرا که در این صورت امکان استفاده از توریهای الک لرزان با سوراخهای

 

ریزتر فراهم می شود که نتیجة آن کنترل بهتر بر روی فرآیند حذف جامدات، تنظیم وزن گل،

 

تشکیل کیک فیلتراسیون نازکتر و صافاب کمتر می باشد.

 

١٠۴

 

-13 محدودیتهای استفاده از این نوع
گل
:

 

این نوع گل در مواردیکه شیلهای ریزشی به مقدار زیاد وجود داشته باشند و خصوصاً اگر تعداد

 

موارد لوله بالا و پائین زیاد باشد به علت کوبشهای فراوان که باعث ریزش شیلهای مستعد ریزش می

 

شود، مناسب نخواهد بود.

 

١٠۵

 

-14 موارد مشکلات بوجود آمده:

 

-1-14 مگنست:

 

به علت منیزیمی که در ساختار مگنست وجود دارد این منیزیم بر روی پلیمرها اثر منفی

 

گذاشته و باعث از دست رفتن خاصیت پالیمرها شده و میزان صافاب و ژل گل را افزایش داده و

 

.( -2- موجب تورم شیلها شده و در مواردی موجب تنگی چاه نیز می شود ( مراجعه شود به 12

 

برای رفع این مشکل می بایست از پلاگ کربنات کلسیمی استفاده کرد.

 


 
 
آلودگی به کربنات/ بی کربنات:
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٥:۱٦ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/۱٤
 

آلودگی به کربنات/ بی
کربنات:

هنگامی که یک سیال
پایه آبی با کربنات ها آلوده می شود، مشکلات خواص حرکتی و کنترل عصاره را در پی
دارد.کربنات ها میتوانند در یکی از سه حالاتی که به
pH سیالوابسته اند موجود باشند.

کربنیک اسید: H2CO3، بی کربنات: HCO3¯ و کربنات: ¯¯CO3

شکل 2-8 نقاط تعادل
این حالات در سطوح مختلف
pH
نشان می دهد
.

کربناتها می توانند از
منابع گوناگون ناشی شوند.

-                                            
استفاده بیش از حد از
سودا اش و سدیم بی کربنات برای از بین بردن کلسیم یا آلودگی سیمان.

-                                            
تجزیه دی اکسید کربن ناشی از گاز سازند،
تجهیزات مخلوط کردن سیال، به درون کشیدن پمپهای سیال و غیره...

-                                            
افت دمایی ترکیبات بنیانی مانند لیگنوسولفات
ها، ذغال سنگها و غیره... در دمای بالا تر از 300 درجه فارنهایت.

-                                            
باریت آلوده.

شکل 2 - 8: انواع
گوناگون محلول در سیستم کربنات به عنوان تابعی از
pH، محاسبات برای K1=3.5× 10-7 و K2=6.0 ×10-11 انجام شده




 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 





اندازه گیری کربناتها

اتحادیه نفت آمریکا[1] سه روش استاندارد برای
اندازه گیری کربناتها در سیال حفاری دارد. روشی که پیشنهاد میشود روش «سلسله
گازهای گرت»[2]
(
GGT) است. GGTتنها روشی است که مستقیماً کربناتها را اندازه میگیرد.در تمام روشهای دیگر،
داده های خصلت قلیایی برای پی بردن به غلظت کربناتها و بی کربناتها در سیال
استفاده می شود.

دو روش دیگر تیتراسیون P1/P2 و محاسبه کربنات Pf/Mf هستند.روش Pf/Mfروشی سنتی است. روش P1/P2برای رفع محدودیت‌
های
روش Pf/Mfکهتمایل به زیاد تخمین زدن غلظت بی کربنات دارد، به ویژه در
سیستمهاییکه دارای بافر قوی هستند،
اصلاح شده است.

در تیتراسیون P1/P2برای ته نشین کردن
باریم کر
بنات از باریم کلراید استفاده می شود. هم به دلیل اینکه باریم کلراید سمی است
و همبه علتاینکه تیتراسیون ها خیلی حساس‌ هستند، می بایست هنگام استفاده از این
روش احتیاط نمود.

جدول 2 30 مزیت‌هایدوروشرامقایسه‌میکند.
محاسباتی با استفاده مقادیر
Pf/Mf برای تعیین غلظتهای کربنات و بی کربنات در جدول 2 31 آمده است.

جدول 2 30:مقایسهروش ها

روش

مزایا

معایب

Pf / Mf

روش سنتی، فقط 2 تیتراسیون
  بر روی یک نمونه

دخالت تیتراسیون برای Mf،
  معمولاً  نتایج بی کربنات بالا را ارائه
  می دهد

P1 / P2

حذف دخالت تیتراسیون برای Mf

نیاز به 3 تیتراسیون بر روی
  3 نمونه،
حیاتى
  بودن
سنجش کاستیک برای صحت آزمایش، استفاده از یک ماده سمی

جدول 2 31: غلظت های یون تعیین کننده خصلت قلیایی  Pf/Mf

مقادیر Pf
  / Mf

[OH¯]

[CO3-2]

[HCO3¯]

Pf = 0

0

0

1220
  Mf

2Pf< Mf

0

1200
  Pf

1220 ( Mf – 2
  Pf )

2Pf = Mf

0

1200
  Pf

0

2Pf> Mf

340 ( 2 Pf
  Mf )

1200
  (Mf - Pf)

0

Pf = Mf

340 Mf

0

0

 

تعیین خصلت قلیایی سیال، عصاره و مقدار آهک

 

وسایل مورد نیاز

1-                                        
محلول اسید استاندارد شده
0.02 نرمال (
N/50): سولفوریک یا نیتریک اسید.

iنکته: برای تعیین خصلت قلیایی سیال می توان از محلول اسید
استاندارد شده 0.1 نرمال (
N/10) نیز استفاده کرد. اگر از اسید 0.1
نرمال (
N/10) استفاده شود مقدار میلی لیتر اسید را در 5 ضرب کنید.

2-                                        
محلول شناساگر فنول فتالین: 1
گرم بر 100 میلی لیتر الکل 50 درصد.

3-                                        
محلول شناساگر متیل اورنج[3]: 1 گرم بر 100 میلی لیتر
آب

4-                                        
بشر یا ظرف 100 تا 150 میلی
لیتری برای تیتراسیون (ترجیحاً سفید)

5-                                        
پیپت مدرج: یک عدد 1 میلی
لیتری و یک عدد 10 میلی لیتری.

6-                                        
سرنگ یا پیپت 1 میلی لیتری

7-                                        
همزن

8-                                        
پی اچ متر با الکترود شیشه ای
(اختیاری)

دستورالعمل

خصلت قلیایی عصاره (Pf)

1-                                        
مقدار یک یا چند میلی لیتر از
عصاره را درون ظرف یا بشر تیتراسون بریزید. دو تا سه قطره محلول شناساگر فنول
فتالین به آن بیفزایید. اگر شناساگر به رنگ صورتی درآمد، در حین همزدن، با استفاده
از پیپت قطره قطره اسید 0.02 نرمال (
N/50)
اضافه کنید تا اینکه رنگ صورتی از بین برود. اگر نمونه ای شدیداً رنگی شده بطوری
که تغییر رنگ شناساگر مشخص نباشد، زمانی به نقطه پایانی می رسید که پی اچ اندازه
گیری شده با الکترود شیشه ای تا 8.3 پایین آید.

2-                                        
مقدار میلی لیتر اسید 0.02
نرمال (
N/50) مصرف شده بر مقدار میلی لیتر عصاره را به عنوان Pf
گزارش دهید.

3-                                        
به نمونه ای که برای تیتر
کردن
Pf به نقطه پایانی رسیده، 2 یا 3 محلول شناساگر متیل اورنج
اضافه کنید. حین همزدن، با استفاده از پیپت قطره قطره اسید اضافه کنید تا اینکه
رنگ شناساگر از زرد به صورتی تغییر کند. اگر نمونه ای شدیداً رنگی شده بطوری که
تغییر رنگ آشکار نباشد، زمانی به نقطه پایانی می رسید که پی اچ اندازه گیری شده با
الکترود شیشه ای تا 4.3 پایین آید.

4-                                        
کل اسید 0.02 نرمال بکار رفته
بر حسب میلی لیتر بر مقدار میلی لیتر عصاره تا رسیدن به نقطه پایانی متیل اورنج را
به عنوان
Mf گزارش دهید. (شامل اسید مصرف شده تا رسیدن به نفطه
پایانی آزمایش
Pf نیز میشود)

خصلت قلیایی سیال (Pm)

1-                                         
مقدار یک میلی لیتر از سیال
را درون ظرف یا بشر تیتراسون بریزید. نمونه را با 25 تا 50 میلی لیتر آب مقطر رقیق
کنید. در حین هم زدن مقدار 4 یا 5 قطره محلول شناساگر فنول فتالین به آن اضافه
کنید. با سرعت با اسید 0.02 نرمال یا 0.1 نرمال آن را تیتر کنید تا رنگ صورتی از
بین رود. اگر رنگ نمونه مشخص نیست، زمانی به نقطه پایانی می رسید که پی اچ اندازه
گیری شده با الکترود شیشه ای تا 8.3 پایین آید.

2-                                         
مقدار میلی لیتر اسید 0.02
نرمال (
N/50) مصرف شده بر مقدار میلی لیتر سیال را به عنوان Pm
گزارش دهید، یا ...



مقدار آهک

1-                                        
مقدار خصلت قلیایی فنول فتالینی سیال و عصاره را
بدست آورید. (
Pm و Pf)

2-                                        
با استفاده از ریتورت کیت
مقدار درصد آب سیال (
Fw) را بدست آورید.



                                                                          (1 – 5)

3-                                        
مقدار آهک سیال را بر اساس فرمول های زیر گزارش
دهید.

 

(lb/bbl) = 0.26 (Pm – Fw × Pf) آهک                                                         (1
- 5a)

(kg/m3) = 0.742 (Pm – Fw × Pf) آهک                                                      (1
- 5b)

روش خصوصیات قلیایی P1 / P2

تجهیزات

محلول اسید هیدروکلریک (HCl)
0.02 نرمال.

محلول هیدروکسید سدیم (NaOH)
0.01 نرمال.

محلول باریم کلراید 10% خنثی شده تا پی اچ7 با هیدروکسید سدیم (NaOH).

محلول شناساگر فنول فتالین.

آب زدوده شده از هرگونه یون(یا آب مقطر).

کاغذ نشان دهنده پی اچ رنگ بندی شده برای محدوده 6 تا 12 یا پی اچ متر.

بشر 100 تا 150 میلی لیتری برای تیتراسیون.

پیپت 1 و 2 میلی لیتری.

بورت 25 میلی لیتری.

استوانه مدرج 25 و 5 میلی لیتری.

دستور العمل

1-                                        
مقدار Pf را همان گونه که قبلاً شرح داده شد
اندازه بگیرید.

2-                                        
با استفاده از یک پی
پت، 1 میلی لیتر از عصاره را درون بشر تیتراسیون بریزید و 25 میلی لیتر آب مقطر
اضافه کنید.

3-                                        
با استفاده از یک پی
پت، 2 میلی لیتر از هیدروکسید سدیم 0.1 نرمال را به آن اضافه کنید و خوب تکان
دهید. پی اچ را اندازه بگیرید. اگر پی اچ از 11.4 بیشتر بود، به مرحله 5 رجوع
کنید.

4-                                        
اگر پی اچ از 11.4
کمتر بود، باز هم 2 میلی لیتر از هیدروکسید سدیم به به آن اضافه کنید.

iنکته: برای جلو گیری از خطا، نیازاست کهدر اندازه گیری
کاستیک دقت شود.

5-                                        
با استفاده از استوانه مدرج کوچکتر،
3
میلی لیتر باریم کلراید به آن بیفزایید. ضمن تکان دادن 2
تا 4 قطره از شناساگر فنول فتالین به آن اضافه کنید.

6-                                        
بدون اطلاف وقت،ترکیب
را با اسید هیدروکلریک تیتر کنید، تا هنگامی که رنگ صورتی از بین برود یا با پی اچ
متر پی اچ به 8.3 برسد. اگر در زمان کوتاهی دوباره رنگ برگشت، به تیتراسیون ادامه
ندهید.

7-                                        
میزان اسید مصرف شده
برای رسیدن به نقطه پایانی را بر حسب میلی لیتر به عنوان خصلت قلیایی
P1 ثبت کنید.

8-                                        
خصلت قلیاییخالی[4]، P2، را بوسیله تکرار مراحل بالا و
دقیقاً با استفاده از همان مقادیر آب و شناساگر،اما با خارج کردن عصاره،تعیین
کنید.

9-                                        
میزان اسید استفاده
شده برای تیتراسیون بر حسب میلی لیتر را به عنوان خصلت قلیایی
P2 (خالی) ثبت کنید.

10-                                    
 با استفاده از
جدول 2
32 غلظت یون های هیدروکسید، کربنات و بی کربنات را در محلول تعیین کنید.

جدول 2 32: غلظت یون های تیتراسیون P1 / P2

مقادیر Pf
  / Mf

[OH¯]

[CO3-2]

[HCO3¯]

P1> P2

340 (P1 – P2)

1200 [Pf – (P1
  – P2)]

0

P1< P2

0

1200 Pf

1220 (P2 – P1)

 

روش فرعی برای تخمین CO3 / HCO3

یک الگوى ریاضی برای تعیین غلظت کربنات/بی
کربنات با استفاده از رابطه
pH و Pf توسعه داده شده است. این روشی با استفاده آسان است که به کمترین
زمان و تجهیزات نیاز دارد، اما توسط اتحادیه نفت آمریکا مورد قبول واقع نشده است.
این روش می تواند در مقدار پی اچ های زیر 10.0 نتایجی
غیر واقعی بدهد که می بایست محتاتانه استفاده شود. این روش به قرار زیر است.

1-                                        
پی اچ را اندازه گیری کنید پی اچ عصاره باید با
پی اچ متر با دقت 0.1
± تعیین شود. در صورتی
که حجم عصاره ناچیز است می توان از پی اچ سیال استفاده کرد.

2-                                        
Pf
را اندازه گیری کنید
خصلت قلیایی عصاره. با استفاده از معادلات زیر کربنات ها محاسبه می شوند.

سیالات با پی اچ بالا



غلظت «هایدروکسیل»[5] بر حسب میلی گرم بر
لیتر (
OH)                                              (1 2)



غلظت کربنات بر حسب میلی گرم بر لیتر (CO3)                                            (2 - 2)



غلظت بی کربنات بر حسب میلی گرم بر لیتر (HCO3)                            (3 2)

مثال

pH = 12.6

Pf= 5.3 (Cm3)

OH = 677
(mg/L)

CO3 = 3971 (mg/L)

HCO3
= 5 (mg/L)

سیالات با پی اچ پایین

هنگامی که پی اچ از
9.5 پایین تر باشد اندازه گیری دقیق
Pf دشوار است. بنابر این، در این حالت،
این روش باید اصلاح شود. این دستورالعمل به شرح زیر است.

1-                                        
بوسیله محلول کاستیک
سودا (
NaOH) پی اچ عصاره را تا 11.5
افزایش دهید.

2-                                        
آن را تیتر کنید و
مقدار
Pf
را در پی اچ 11.5 بدست آورید.

3-                                        
مقدار Pf بدست آمده برای پی اچ 11.5 را در
1200 ضرب کنید تا مقدار کل کربناتها را در پی اچ 11.5 بر حسب میلی گرم بر لیتر
بدست آورید.

4-                                        
با استفاده از فرمول
های زیر کربنات ها و بی کربنات ها را برای پی اچ اصلی حساب کنید،



(mg/L) بی کربنات                                                                  (4
2)



(mg/L)کربنات ها                                                        (5 2)

که؛

Y= کل کربناتها را در پی اچ 11.5 و ...

pH= پی اچ اصلی عصاره می باشد.

درمان کربناتها

محدوده متداول
کربناتها در بیشتر سیالات از 1200 تا 2400 میلی گرم بر لیتر است. برخی سیالات می
توانند دو برابر این مقدار را تحمل کنند یا با 1200 میلی گرم بر لیتر به شدت تحت
تأثیر قرار گیرند. غلظت قابل قبول کربناتها در سیال حفاری همیشه به غلظت ذرات
جامد، دما و غلظت مواد بکار رفته در گل بستگی خواهد داشت. اگر مشخص شده باشد که
مشکلات خواص حرکتی و کنترل عصاره به علت کربناتها بوجود آمده اند، روش درمان شامل
اضافه کردن یون مثبت کلسیم برای ته نشین شدن به شکل کربنات کلسیم خواهد بود. کلسیم
به شکل گچ[6] یا آهک اضافه می شود. اگر
گچ استفاده شود، می بایست کاستیک سودا یا آهک اضافه شود تا بی کربناتها به کربنات
تبدیل شوند در غیر این صورت
واکنش‌ با کلسیم رخ نخواهد داد.
اگر آهک استفاده شود، پی اچ بالا خواهد رفت. ممکن است لازم باشد که گچ یا لینگوسولفونات[7] اضافه شود تا از افزایش پی
اچ جلوگیری شود. از افزودن لیگنیت[8] به علت اینکه با گچ و آهک واکنش
میدهد و مانع واکنش شیمیایی می شود، اجتناب کنید. همچنین
توصیه میشود که همه
کربناتها توسط درمان از بین نروند. باید
اجازه داده شود تا حداقل از 1000 تا
1200
میلی گرم بر لیتر در سیستم باقی بماند. واکنشهای شیمیایی و
غلظتهای درمان در زیر آمده اند.

واکنشهای شیمیایی

آهک، Ca(OH)2

CO3= + HCO3¯ +
2Ca++ + 4OH¯
® 2CaCO3¯ + H2O + 3OH¯

گچ + آهک، یا، گچ +
کاستیک سودا

CO3= + HCO3– + 2Ca++
+ OH¯
® 2CaCO3¯ + H2O

مقادیر واکنش

آهک

هر 0.00043 پوند آهک
1.0 میلی گرم بر لیتر کربنات (
¯¯CO3) را درمان می کند.

هر 0.00021 پوند آهک
1.0 میلی گرم بر لیتر بی کربنات (
¯HCO3) را درمان می کند.

گچ

هر 0.001 پوند گچ 1.0
میلی گرم بر لیتر کربنات (
¯¯CO3) را درمان می کند. کاستیک سودا نیز اضافه شود.

هر 0.00023 پوند گچ
1.0 میلی گرم بر لیتر بی کربنات (
¯HCO3) را درمان می کند.

 

 

توضیحات بیشتر

در تصمیم گیریوجود مشکل
کربناتی،باید توجه داشت که حضور کلسیم در عصاره مشکل کربنات را رفع نمیکند. کلسیم
یافت شده در تیتراسیون سختی ممکن است
در واکنش با کربناتها قابلاستفاده‌نباشد. اغلب واکنشی از ترکیبات حلقوی، سرعت واکنش را می کاهد و تغییر مکانها در موازنه
ها مانع واکنش دادن
کلسیم اندازه گیری شده با کربناتها خواهد شد. در آزمایش سختی، دست کم باید 100 تا 200 میلی گرم بر لیتر
کلسیم قابل اندازه گیری باشد تا اطمینان حاصل شود که مقداری کلسیم آزاد برای
واکنشبا کربناتها حضور دارد. خصلت قلیایی معمولاً برای حضور کربنات، بی کربنات و
هایدروکسیل های تفسیر شده است، اما مواد قلیایی دیگری هم در خصلت قلیایی سیال
حفاری شرکت دارند. این دخالت و محدودیت های نحوه عملکرد با آزمایش تیتراسیون خصلت
قلیایی،تخمین های ساده برای
تجزیه و تحلیلکربنات می سازد. برای
این استدلال، «سلسله گازهای گرت» صحت و دقت بیشتری دارد.
صرفنظر از اینکه کدام
روش استفاده شده، پیشنهاد میشود که قبل از درمان سیال سیستم برای
کربنات ها، تست راهنما کاملی انجام گیرد.



[1]- API

[2]- Garrett Gas Train
(GGT) Method

[3]- MethylOrange Indicator

[4]-The Blank Alkalinity,
P2

[5]- Hydroxyl

[6]-Gypsum

[7]-Lingosulfonate

[8]-
Lignite


 
 
 
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٤:٥٧ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۳/۸/۱٤
 

 

مروری
بر پایداری کف حفاری
Review of Drilling Foam stability

به
طور کلی کف گازی است
پراکنده چون هوا درون یک
سیال که به وسیله یک
سورفکتانت با کاهش کشش

سطحی
محل تماس آب و هوا
ایجاد می شود

) پورتر
4991 (. حباب ها افزون
بر فشار اتمسفری دارای یک
فشار

داخلی
نیز هستند که وابستگی زیادی
به اندازه حباب، استحکام غشاء
و پوسته آن دارد
. حباب ها در یک
کف

خشک
که در آن ضخامت دیواره
مطابقت کمی با اندازه آنها
دارد کروی نیستند اما به
هم پیوسته اند و چند
وجهی

منظمی
را تشکیل می دهند که
اغلب به شکل

41 وجهی
) سطحی
( منظم دارای
غشاهای تقریباً مسطح مایع ) در

.) بین آنها ( دیده می شود )شکل 4

شکل
) 4( : ساختار کف در
نمای دو بعدی

غشاهای
نازک دارای انرژی سطحی هستند
و سورفکتانت ها باعث
کاهش این انرژی شده اند
و از این پس
وجود

انرژی
خود باعث به وجود آمدن
کف می گردد
.
برای یک
نسبت هوا به سیال ثابت،
مساحت سطحی و در نتیجه

انرژی
کل با کاهش اندازه حباب
ها افزایش پیدا می کند
. یعنی یک ترکیب حاوی
حبابهای بسیار ریز دارای انرژی

به
مراتب بیشتر از همان ترکیب
دارای حباب های درشت است
. با توجه به اینکه
هر ساختار برای رسیدن به
تعادل

نیازمند
از دست دادن انرژی

)پتانسیل(
است و
در حالت تعادل از کمترین
انرژی پتانسیل برخوردار می باشد،
کف

2

در
یک سیر تحولی از وضعیت
ناپایدار دارای انرژی پتانسیل بالا
به وضعیت مایع دارای حداقل
انرژی پتانسیل

تبدیل
می شود
. انرژی پتانسیل هر مولکول
از لامینه های کف برابر
با حاصل ضرب وزن در
ارتفاع آن از سطح مبنا

)سطح سیال( است. در این صورت انرژی
پتانسیل کل از مجموع تمام
این انرژی ها بدست می
آید. در هر
صورت

ترکیبی
دارای پایداری بیشتری است که
با جلوگیری از سقوط سقلی
سیال یا مولکول های تشکیل
دهنده کف
) از

قبیل
مولکولهای آب، انواع نمک ها،
پلیمرها، رس ها و غیره
( مدت زمان بیشتری این
انرژی را در خود حفظ

نماید.

سورفکتانت
ها
:

سورفکتانت
ها به عنوان مواد اصلی
سازنده کف از نقطه نظر
منشا دو گونه اند

: نوع اول
شوینده های مصنوعی و

نوع
دوم شوینده هایی که اساس
پروتئینی دارند
. اکثر سورفکتانت ها به
صورت مصنوعی ساخته می شوند
و مقدار

اندکی
از آنها نیز از منشاء
پروتئینی هستند
.

3 پایدار کننده – – 14 مواد ایجاد کننده کف
پروتئینی و % 44 به طور
کلی کف سازهای پروتئینی شامل % 14

5 شوینده مصنوعی کف گلایکولی هستند.
در حالی
که کفسازهای مصنوعی ) به طور
ویژه آنیونی ( شامل % 34

45 پایدار کننده کف اتر
گلایکولی می باشند. جهت ساخت کفساز هر
دو ممکن است دارای تقریباً % 5 و % 14

پلیمر
محلول نیز باشند
.
کفسازهای مصنوعی
شامل ترکیبی از هیدروکربن های آنیونی
، حلال
و پایدار کننده های

کف
می باشند
. آنها تمایل به ناپایداری به
دلیل بالا بودن سرعت زهکشی
سیال بین دیواره ای دارند. کفسازهای

پروتئینی
نیز شامل پروتئین هیدرولیز شده، حلال،
کلرید سدیم، نمک های آهن
و کلسیم، پایدار کننده
کف و

نگهدارنده
است که در یک محلول
آبی قرار دارد
.
پروتئین مذکور
ممکن است از موادی چون
دانه های سویا،

نشاسته
)چسب(
ذرت، خون
، پودر
شاخ و سم حیوانات، دور ریز
بقایای ماهی یا پودر پر
و بال پرندگان بدست

آید.
کف سازهای
پروتئینی عموماً خشک )
stiff
(، پایدار و دارای
آب از دست دهی خیلی
کمی هستند. پلیمرها

ممکن
است به مواد کفساز برای
افزایش گرانروی کف و بهبود
خواص تیکسوتراپیک آن افزوده شوند
.
تاثیر چنین

افزودنی
هایی کمک به پایداری بیشتر
کف ایجاد شده است
.

یک
کف ساز مناسب به ترتیب
اهمیت از مواد زیر تشکیل
می شود
:

3

v سورفکتانت ها یا مواد
کاهنده کشش سطحی
:

v مواد پایدار کننده حباب
های کف
: کف باید دارای
قوام و پایداری مناسبی باشد. تقویت کننده ها
یا پایدار کننده

های
کف موادی هستند که با
اضافه شدن به ترکیب سبب
افزایش کیفیت، حجم و پایداری
کف
) Foam در

صنعت
حفاری و
Lather در صنعت شامپوسازی
( و در
نتیجه افزایش چشمگیر نیمه عمر
آن می شوند. از جمله

این
مواد می توان به ترکیباتی از
قبیل گلایکول ها

) چون پلی
اتیلن گلایکول )
PEG (، مونو اتیلن گلایکول

( MEG (، هگزیلن گلایکول (، آلکانول
آمیدهای اسیدهای چرب ) مانند لوریک ایزو پرو
پانول آمید، لوریل دی

اتانول
آمید، لوریل مونو اتانول آمید،
کوکونات مونو اتانول آمید

(، سوپرآمیدها، الکل های
چرب با غلظت پایین و

در
مقادیر کمتر سارکوزین ها و
فسفات ها اشاره کرد
.
در صورت
عدم استفاده از پایدار کننده
های مناسب و کافی

نبودن
درصد آن در ترکیب، حباب
های کف به دلیل بالا
بودن سرعت آبدهی

)زهکشی(
سیال بین
دیواره ای بسیار

ناپایدار
خواهند بود
. تخلیه سریع سیال بین
دیواره ای از دیواره های
حباب سبب کاهش سریع استحکام
دیواره ای

و
متلاشی شدن حباب می گردد
. جریان سیال در اطراف
حباب به طبعیت از جاذبه
زمین از بالا به طرف
پایین

خواهد
بود و در پایینترین سطح آن
از سیال بین دیواره ای
خارج می گردد

) شاهد این
ادعا جمع شدن سیال

مذکور
در پایینترین قسمت ظرف و آغاز
فروپاشی حباب ها از بخش
بالایی است
(. این امر سبب نازک
شدن

سطوح
بالایی حباب می گردد و
هنگامی که سطوح نازک بالایی
تحمل خود را در مقابل
نیروهای وارده از دست

بدهند
حباب مذکور می شکند
.

v حلال : به طور ویژه
آب دیونیزه و فاقد هر
گونه بار میکروبی و تنها
در جهت کاهش گرانروی بکار
می رود.

در
صورت استفاده از آب سخت
و دارای بار میکروبی، کفساز
ها که عمدتاً از نوع
سدیم لوریل یا اتر لوریل

سولفات
هستند در واکنش با کاتیون
های فلزی تشکیل رسوب می
دهند و کیفیت آنها به
میزان قابل توجهی کاهش

می
یابد
. بالا بردن بیش از
حد درصد آب نیز سبب
بالا رفتن آبدهی ترکیب حاصل
و کاهش کیفیت خصوصیاتی

چون
گرانروی و در نتیجه کاهش
پایداری کف می گردد
.
از همه
اینها گذشته افزایش آب سبب
افزایش شدید

دمای
انجماد ترکیب و نزدیک شدن
آن به دمای انجماد آب
)صفر درجه( و یخزدگی در زمستان
می گردد. همچنین

سبب
کاهش شدید گرانروی و نشتی
بشکه های مربوطه نیز می
گردد
.

4

v مواد ضد خوردگی : سیلیکات سدیم
جهت جلوگیری از کلوخه ای
شدن و خوردگی فولاد و
آلومینیوم.

v نگهدارنده ها و مواد
محافظ میکروبی
: برای جلوگیری از رشد
باکتریها و فساد حاصل از
عملکرد آنها ) موادی

چون
فرمالدئید، هیدروکسی بنزوات، متیل پارابن، فنیل
مرکوریک استات، نمک های دهیدرو
استیک اسید و غیره

(.

v نمک های فلزی : کلراید سدیم
و نیز سولفات سدیم
و غیره جهت رقیق
سازی.

v ضد یخ : در صورت احتمال
یخ زدگی در زمستان.

v عوامل ضد بازنشینی : اولین و مهمترین
ماده در این دسته
CMC ) کربوکسی متیل سلولز ( است که با D.S (

درجه
جایگزینی
( درجه آن مشخص می
گردد. وقتی به
عنوان
D.S عدد 4.5 ذکر می شود، یعنی نصف
OH های

موجود
در مولکول های سلولز به
طور متوسط عوض شده اند،
حلالیت و گرانروی حاصل از
CMC با این درجه

مرتبط
است
. ممکن است در مولکولهای مختلف
این عدد 4.1 تا 4.0 و
یا در حد اندازه های
مختلف دیگر تغییر

کند.
کیفیت یک
کف ساز به ضریب انبساط ) نسبت حجم کف
تولید شده به حجم آب )سیال( اولیه ( و نوع و

ماهیت
آن و غلظت مواد تولید
کننده و نیز پایدار کننده
کف بستگی دارد
.

یکی
از نمونه های کاربردی محلول
تولید کننده کف به شرح
زیر است
) سه
هزار و شصت روش ساخت
مواد نانو

:) و فرآورده های صنایع
شیمیایی، دکتر محمود ادریسی، صفحه
973

محلول
تولید کننده کف
:

مواد
قسمت وزنی

لوریل
الکل اتر سولفات

)
تِگزاپون
و یا ژناپون
( 144

هگزیلن
گلایکول
) و
یا پلی اتیلن گلایکول
( 444

لوریک
ایزو پرو پانول آمید

144

آب
544

5

شوینده
ها یا مواد فعال ساز
سطحی
:

ترسازها
)
Surfactants ( در حقیقت مواد
فعال ساز سطحی هستند که
سبب کاهش کشش سطحی سیال
می

شوند.
سطح می
تواند بین جامد و مایع،
گاز و مایع ) کف ( و یا دو مایع
غیر قابل امتزاج ) امولسیون ( باشد.

اولین
و مهمترین خصوصیت این
مواد این است که غلظت
این مواد در سطح بیشتر
از غلظت آنها در توده
است
.

مقدار
کمی از این مواد می
تواند کشش سطحی را به
میزان قابل توجهی کاهش دهد
. به طور مثال افزودن 4.4

درصدی
یک کف ساز خوب می
تواند کشش سطحی آب را
از
71 به 34 دین بر سانتی متر
مربع کاهش دهد.

تمام
این مواد ترکیبی مشابه دارند
. هر مولکول خواصی دوگانه
دارد. یک قسمت
از آن که اصطلاحاً دم نامیده
می

شود
غیر قطبی، آب گریز

)
hydrophobe ( یا چربی دوست ) lipophile
( است و
ماهیت هیدروکربنی دارد،

قسمت
دیگر که سر نامیده می
شود قطبی و یا به
عبارتی قابل یونیزه شدن و
یا آبدوست
) hydrophilic ( و یا آب

خواه
)
hydrophile ( است ) شکل 1 (. سر مولکول ممکن است
در یکی از دو انتهای
مولکول و یا در قسمت

های
دیگر آن باشد
.
مولکولهای این
مواد در سطح یا میان
سطح قرار می گیرند و
به طوری جهت دار می
شوند که

قسمت
سر
) بخش قطبی ( به سمت محیط آبی
و قسمت دم ) بخش آلی ( به طرف هوا ) در سطح ( و یا در
بخش

روغنی
) میان سطح ( جهت گیری کند.

شکل
) 1( : بخش های دوگانه
یک سورفکتانت ) آنیونی (

انواع
مواد فعال ساز سطحی

) طبقه بندی
سورفکتانت ها (

6

از
منظر تجاری سورفکتانت ها بر
اساس کاربردشان طبقه بندی می شوند
. اما به دلیل اینکه
بسیاری از سورفکتانت

ها
دارای کاربرد های مختلف هستند
این روش کاربرد زیادی ندارد
. علمی ترین و قابل
قبول ترین طبقه بندی

سورفکتانت
ها بر اساس تجزیه و
تفکیک آنها در آب است
. مواد فعال ساز سطحی
با توجه به بار الکتریکی قسمت

یونی
خود به چهار دسته مهم
زیر تقسیم می شوند
:

)1 سورفکتانت های آنیونی

این
مواد هنگام حل شدن در
آب یک آنیون بزرگ تولید
می کنند که یک طرف
آن آبدوست و یک طرف
دیگر

چربی
دوست است
. طرف آبدوست و قطبی
این مواد دارای بار منفی
است. آنها شامل
آلکیل بنزن سولفونات )

شوینده
(، صابون ها ) اسیدهای چرب (، لوریل
سولفات ها و لوریل اتر
سولفات ها ) کف سازهای
آب شیرین (،

دی
آلکیل سولفوسوکسینات
) ماده ترساز (، لیگنوسولفونات ها ) پراکنده سازها ( و ... هستند. طرف آبدوست

سورفکتانت
های آنیونی که ارزانترین گروه سورفکتانت ها
را تشکیل می دهند عبارتند
از
: سولفات ها ) SO ،) 1

سولفونات
ها
) SO3
(، فسفات ها و
کربوکسیلات ها که سولفات ها
و سولفونات ها معمولترند. بخش غیر آبدوست

می
تواند آلیفاتیک، سیکلوآلیفاتیک یا آروماتیک باشد
.
سورفکتانت های
آنیونی دارای خواص پاک کنندگی
خیلی

خوب،
کف کنندگی خیلی خوب، و
نیز پایدارکنندگی کف
) Foaming Boosting ( هستند.

7

مهمترین
سورفکتانت های آنیونی مورد استفاده
در صنعت کف سازی عبارتند
از
:

الف(
آلکیل سولفات
های نوع اول
Primary Alkyl Sulfates

41 اتم کربن است به
ویژه آنها که حاوی
آلکیل
سولفات های نوع اولی که
طول زنجیره کربنی آنها

41
C ، 41

C ، 41 C40 هستند کف
خیلی خوبی تولید می کنند. ترکیب یک آلکیل
سولفات مناسب می تواند به
شرح زیر باشد:

C41 :
1%, C40
: 41%,
C
41 : 11%, C41
: 01%,
C
44 : 1%

پرکاربردترین
این مواد در صنعت کفسازی
ترکیباتی از سدیم است
.
رایجترین سورفکتانت های
این دسته از املاح

لوریل
الکل
) C41H15OH (
و میرستیل
الکل )
C41H19OH (
می باشند. لوریل سولفات ها
حجم کف بیشتری تولید

می
کنند در حالی که میرستیل
سولفات ها کفی با قوام
بهتر تولید می کنند، به
گونه ای که مخلوط این
دو حالت

ایده
آلی تولید می کند
.
حلالیت این
سورفکتانت ها در آب سرد
کم است و با افزایش
دما حلالیت آنها نیز افزایش

.) پیدا می کند ) شکل 3

شکل
) 3( : سدیم لوریل سولفات
سورفکتانت مورد استفاده جهت ایجاد
کف در آب شیرین

8

آمونیم
لوریل سولفات نیز از جمله
پاک کننده هایی است که
حلالیت خوبی دارد و کف
مناسبی تولید می کند
.

این
ماده در مقایسه با سدیم
لوریل سولفات مقاومت بیشتری نسبت
به هیدرولیز در محیط اسیدی

) تا
PH کمتر

.) از 1.5 ( از خود نشان می
دهد ) شکل 1

شکل
) 1( : ساختمان آمونیم لوریل
سولفات

ب(
الکل اتر
سولفات ها
Alcohol Ether Sulfates

سولفات
های الکل های چرب اتوکسیله ارزان
قیمت و دارای اثرات محافظت
کنندگی کف
) Booster ( می

باشند.
مهمترین این
ترکیبات سدیم لوریل اتر سولفات
یا سدیم لورِت سولفات )
Sodium
Laureth Sulfate
،

ماده
اصلی پرکاربرد تولید کننده کف در
شامپوهایی چون
Head & Shoulder ،
کریستال، اِمِرون و

... (،

آمونیوم
لوریل اتر سولفات

) یا آمونیم
لورِت سولفات مورد استفاده در
شامپوهایی چون
Head & Shoulder ( و

نیز
تری اتانول آمین لوریل اتر
سولفات است
. از جمله این مواد
می توان به
ESB ،
ژناپول
) Genapol ( و تگزاپن

( Texapon ( اشاره نمود. ساختمان آنها به
صورت زیر است:

C41H15(OCH1CH1)n OSO3Na

که
n به طور معمول
1 یا
3 است.
این مواد
با
n=3
دارای اثر
کف کنندگی مناسبی هستند.

نامهایی
چون
Sodium Alkyl Ether Sulfate ،
Sodium lauryl Ether Sulfate ، Sodium laureth Sulfate معرف تگزاپون و ژناپول
در صنعت کفسازی است
.

)2 سورفکتانت های کاتیونی

9

در
این گروه بخش هیدروفیل یا آبدوست
دارای بار الکتریکی مثبت است
. این مواد با انواع
غیریونی سازگار و با

سورفکتانت
های یونی به خصوص آنیونی
ها به دلیل ایجاد رسوبِ
نامحلول ناسازگارند
. دارای خواص باکتری

کشی
هستند و در شامپوهای ضد شوره
از آنها استفاده می گردد
. کف خوبی تولید می
کنند اما نسبت به

سورفکتانت
های آنیونی قدرت تولید کف
کمتری دارند، همچنین دارای قیمتی
به مراتب بالاتر از سایر
سورفکتانت

ها
هستند
. قدرت پاک کنندگی آنها
کمتر از سورفکتانت های آنیونی
است. به همین
دلیل از عمومیت کمتری در

مقایسه
با سورفکتانت های آنیونی و غیر
یونی برخوردارند
. از جمله این مواد
می توان به
Cetyl trimethyl ammonium bromide اشاره
نمود
.

)3 سورفکتانت های آمفوتری

این
نوع سورفکتانت ها بسته به
PH محیط می توانند همانند
آنیون ها یا کاتیون ها
عمل کنند
. بخش آبدوست این

سورفکتانت
ها دارای یک ترکیب مرکب
یونی مثبت و نیز منفی
است
. به همین خاطر این
ماده دارای خواصی

دوگانه
است
. یعنی قادر است در
محیط قلیایی نقش آنیون و
در محیط اسیدی نقش کاتیون
را بازی کند. این مواد

کف
خوبی تولید نمی کنند اما
به دلیل پایین بودن قدرت
تحریک پوست در شامپوهایی چون شامپوی
بچه کاربرد

دارند.
این سورفکتانت ها
با همه گروه های قبلی
سازگارند.
تحقیقات اخیر
حاکی از این است که % 05 از کل پاک

کننده
های مصرفی جهان آنیونی،

% 19 غیر یونی، % 5 کاتیونی و تنها % 4 آمفوتر است.

)4 سورفکتانت های غیر یونی

بخش
آبدوست آنها غیر یونی است
. قدرت تولید کف بسیار
کمی دارند. سازگاری آنها
با سورفکتانت های آنیونی،

عدم
حساسیت به آبهای سخت، عدم
حساسیت به
PH ،
عدم حساسیت پوست نسبت به
آنها سبب شده است که

این
مواد پس از آنیونی ها
پر مصرف ترین سورفکتانت های مورد
استفاده در سطح جهان باشند
.

ویژگی
های کف

با
توجه به اینکه حفاری با
کف در شرایط ویژه ای
انجام می گیرد خصوصیات کف
ایجاد شده جهت بدست آمدن

بهترین
راندمان از اهمیت بالایی برخوردار است
. از جمله این ویژگی
ها می توان به ضریب
انبساط کفساز،

11

پایداری
یا ماندگاری کف، تحمل حرارتی بالا،
پایین بودن آبدهی، عدم ایجاد
رسوب هنگام برخورد با آب
های

سازندی
سخت و شور، قابلیت حمل
کنده،
PH و داشتن خاصیت روان
کنندگی جهت کاهش اصطکاک رشته

حفاری
اشاره کرد
. در ادامه پاره ای
از این ویژگی ها مورد
بحث قرار خواهد گرفت.

)1 ارتفاع کف یا ضریب
انبساط سورفکتانت مورد استفاده

خصوصیات
یک کف ساز به ضریب
انبساط
) نسبت حجم کف تولید
شده به حجم سیال اولیه (، نوع و ماهیت
آن

و
غلظت مواد کف ساز درون
سیال بستگی دارد
.
در صنعت
دو روش آزمایشگاهی برای سنجیدن
ضریب انبساط

کفساز
وجود دارد
. در روش اول با
تزریق نیتروژن یا هوا از
پایینترین بخش ظرف شیشه ای
حاوی مخلوط آب و

کفساز،
کف مذکور بدست می آید،
در صورتیکه در روش دوم
از مخلوط کننده

)
Mixer ( برای ساخت کف

استفاده
می گردد
. نتایج حاکی از این
است که یک کف حفاری
باید دارای ضریب انبساطی بالاتر
از 1 در آب
شیر

باشد
و این عدد می
تواند تا
44 نیز تغییر کند. بی شک یکی از
ویژگی های مهم یک سورفکتانت توانایی
و قدرت

کف
سازی آن در شرایط مختلف
است
. از نقطه نظر تولید
کف، سورفکتانت های آنیونی دارای بالاترین ظرفیت

تولید
کف و نیز به همین
نسبت ارزانترین و با صرفه ترین
ماده در این زمینه اند
. به طوریکه در تمام
فرآورده های

بهداشتی
از جمله شامپوها که دارای
شبیهترین ترکیب به کفسازهای حفاری هستند
از این مواد به عنوان
پاک کننده

و
نیز تولید کننده و حتی
قوام دهنده کف استفاده می
گردد
. در این میان ترکیبات
سدیم و آمونیم لوریل و
اِتِر

لوریل
سولفات از اهمیت بالایی برخوردارند
.

)2 پایداری کف و ارتباط
آن با نوع و غلظت
افزودنی های مختلف

همه
کف ها نیمه پایدار هستند
و سرانجام فرو می
ریزند
. اما می توانند طوری
ساخته شوند که برای مدتی
طولانی

پایدار
باقی بمانند
. دانستن کل زمان پایداری
یک کف در فضای پیچشی
چاه بسیار مهم است. چرا که هنگام

متوقف
کردن پمپاژ و شروع مجدد
آن پس از یک یا
چندین ساعت
) مثلا در مراحل مختلف
لوله پایین تا رسیدن

به
ته چاه
(، در صورت
پایین بودن پایداری، فروپاشی کف
درون چاه و تبدیل آن
به سیال اولیه باعث ایجاد
فشار

هیدرواستاتیک
مضاعف می گردد
.
این امر
با توجه به محدود بودن
تحمل سیستم های سطحی، مشکلات
بسیاری را

) با بالا بردن فشار
در هنگام برقراری گردش های
ته چاهی ( به وجود
می آورد. بالا رفتن
بیش از اندازه فشار

11

علاوه
بر مشکلات سطحی، باعث می
شود کف حفاری پمپاژ شده
نیز جهت رسیدن به تعادل
طبق قانون عمومی

گازها
) ثابت
PV= ( به سیال اولیه تبدیل
گردد
. این بدان معنی است
که افزایش بیش از اندازه
فشار که در نتیجه

فروپاشی
سریع کف حفاری ناپایدار درون چاه
حاصل می شود، خود عامل
فروپاشی مجدد کف پمپاژ شده
مرحله

بعدی
و تبدیل آن به
سیال اولیه و نهایتاً هرزروی
و تزریق آن در
سازند میگردد
. لازم به ذکر است
چون کف

اساساً
از هوا تشکیل شده است
از قانون عمومی گازها پیروی
می کند
. بررسی های آزمایشگاهی بر روی
کف های

حاصل
از مخلوط آب و کفساز
حاکی از کاهش حجم

)فروپاشی(
کف هنگام
بالا رفتن فشار است

)1991([ Quebaud et al .) [ ) شکل 5

) شکل ) 5( : نتایج
آزمایش تغییرات متناسب حجم و
فشار کف
]) 1991 Quebaud
et al
]

شکل
های
0 و 7 نیز نشان دهنده بالا
رفتن فشار در اثر ایجاد
فشار هایدرواستاتیک مضاعف در مراحل مختلف

لوله
پایین هنگام برقراری مجدد گردش
) در اثر پایین بودن
پایداری کف درون چاه ( در چاه شماره 39 میدان

91 و /9/ تابناک است. در این شکل ها ) به ویژه در
شکل 7 ( بالا بودن
شیب افزایش فشار در تاریخ
های 9

91 حاکی از ایجاد فشار
هایدرواستاتیک مضاعف در /9/ 91/9/44 در مقایسه با شیب
بسیار کمتر آن در تاریخ 41

12

) شکل ) 0 ( : مقایسه فشارهای مختلف در
مراحل مختلف لوله پایین ) تابناک 39

) شکل ) 7 ( : مقایسه روند افزایش فشار
در لوله پایین های مختلف ) تابناک 39

13

91 تا /9/ 91 فشار گردشی ته چاه
تا 4154 و
در 44 /9/
اثر پایین
بودن نیمه عمر کف درون
چاه است. در تاریخ 9

91 حداکثر تا /9/ 4354 و حتی بیشتر افزایش
یافت در صورتیکه فشار در 41
psi 4444 افزایش داشت. افزودن تنها

5 پوند در بشکه بنتونایت و
استفاده از اکسی پالیمر پایدارتر که
باعث رسیدن به شرایط بهتر
در روز سوم و نیز

برقراری
گردش ته چاهی در آن
روز شد حاکی از ضعف
پایدار کننده های کف در
سیال حفاری به کار رفته

روزهای
قبلی
) اکسی پالیمر و پایدارکننده های
درون کفساز ( می باشد. کف حفاری دارای
تحمل بسیار بالایی

در
مقابل افزایش بیش از حد
فشار نیست
) گرچه می توان با
افزایش خواص مربوطه این توانایی
را تا میزان

دلخواه
افزایش داد
( به همین دلیل افزایش
بیش از حد فشار خود
یکی از عوامل اصلی فروپاشی
کف حفاری در

ته
چاه است
. در واقع در این
فرآیند چرخه ای شکل می
گیرد که مطابق آن کف
درون چاه به دلیل پایین
بودن

پایداری
با تبدیل شدن به سیال
اولیه و ایجاد فشار هایدرواستاتیک مضاعف
سبب بالا رفتن بیش از
اندازه فشار و

در
نتیجه تبدیل کف پمپاژ شده
مراحل بعدی به سیال اولیه
و هرز روی آن
در سازند می شود
.
نشانه چنین
فرآیندی

بالا
رفتن بیش از حد فشار
و عدم مشاهده برگشتی
است
.

از
طرفی نیز باید عنوان کرد
که یکی از ویژگی های
مهم و مورد نیاز کف
حفاری مقاومت آن در برابر
فشار است

و
برای این امر لازم است
این سیال دارای خواصی شبیه
به مایعات باشد تا با
پیروی از قانون مایعات

) که حاکی

14

از
عدم کاهش حجم آنها نسبت
به افزایش فشار است

( در صورت
بالا رفتن فشار پایدار باقی
بماند. برای این

منظور
غشاء هر کدام از واحدهای
کوچک یا همان حباب های
کف بایستی دارای استحکامی بالا باشد
تا بتواند

چون
یک واحد
)سلول( مایع در مقابل فشار
مقاوم بماند. در این
حالت با توجه به اینکه
سیال اولیه حجم کوچکی

از
کف را تشکیل می دهد
) غشاء الاستیک و ژلاتینی
حباب ها ( اما به
دلیل استحکام بالا حالت اسفنجی
پایداری

را
شکل می دهد که در
مقابل تجزیه اجزاء، متراکم شدن
و جدا شدن بخشی
بسیار مقاوم خواهد بود
.

پایداری
کف کاملاً وابسته به اندازه
حباب ها و استحکام دیواره
آنها است
. جهت پایداری بیشتر، اندازه
حباب ها

بایستی
تا حد امکان ریز و
یکسان باشد که در این
صورت کف مذکور ظاهری چون
خمیر ریش پیدا می کند
. در

کف
دارای حباب های با اندازه
های مختلف حباب های بزرگتر
تمایل به تسخیر و کشتن
حبابهای کوچکتر دارند
.

با
اینکه در ابتدا پایداری کاذبی
مشاهده می شود کف ساخته
شده تا رسیدن به اجزای
اصلی سازنده خود از هم

می
پاشد
. این فروپاشی از سقوط
ثقلی سیال صفحات )لامینه های( بین حبابی ناشی می
شود. این روند
منجر به

نازک
شدن تدریجی و ترکیدن لامینه
های بین حبابی، کاهش مساحت
سطحی و در انتها ایجاد
انرژی سطحی می

گردد.

پایداری
کف هنگامی که از آن
به عنوان سیال حفاری استفاده
می گردد یکی از ویژگی
های بسیار مهم است
.

بعضی
از محققان آزمایش تعیین نیمه
عمر که در آن زمان
جدا شدن نصف مایع اولیه
) مثلاً آب ( اندازه گیری می

شود
را ملاک تعیین کیفیت کف
) و در نتیجه کفساز ( قرار می دهند ) Decon4990,Quebaud
et al
.) 4991

نتایج
بیانگر آن است که با
تولید کف های مناسب، نیمه
عمرهای چندین ساعته نیز دست
یافتنی است
.

مطالعات
حاکی از افزایش کشش سطحی
آب توسط الکترولیت ها است
و در این میان
برای بوجود آوردن کف،

غلظت
بالای سورفکتانت مورد نیاز است
.
ضمناً کاتیونهای یک
ظرفیتی در مقایسه با کاتیون
های دو ظرفیتی دارای

توانایی
بالاتری در ایجاد حجم بالای
کف دارای حباب های بزرگتر
هستند
. توجه به این مسئله
بسیار مهم است که

سورفکتانت

ها با کاهش کشش سطحی
سبب ایجاد، توسعه و پایداری
کف می شوند اما مهمترین
مسئله در

پایداری
کف، آبدهی
)زهکشی( غشاء است که به
طور ضمنی توسط گرانروی و
خاصیت چسبندگی سیال اولیه

کنترل
می شود
. در این میان دو
فاکتور مقاومت در برابر آشفتگی
مکانیکی و خنثی سازی ریزش
غشاء، تابع

15

خاصیت
کشسانی
)الاستیکی( آن است. محلول های آبی دارای
کشش سطحی پایین، حجم بزرگی
از کف دارای

حباب
های با اندازه مساوی را
ایجاد می کنند
.
غشاء نازک
احاطه کننده فاز گازی باید
دارای خاصیت کشسانی و

چسبندگی
مناسب باشد تا دوام و
یکپارچگی مکانیکی مورد نیاز را
ایجاد نماید
. تحقیقات گسترده حاکی از
رابطه

مستقیم
خصوصیات جریانی
) گرانروی، نقطه واروی و
خاصیت ژلاتینی ( گل حفاری
با پایداری کف حاصل از

آن
است
. این خصوصیات علاوه بر
ایجاد غشاء الاستیک مقاوم در
برابر هر گونه گسستگی، سبب
کاهش سقوط

ثقلی
)آبدهی(
و جلوگیری
از نازک شدگی و در
نتیجه استحکام مکانیکی بالای آن
می گردد. شایان ذکر
است

بسیاری
از شرکت های معتبر گرانروی
لازم گل حفاری را جهت
افزودن کفساز و رسیدن به
شرایط مطلوب

( محدوده 14 الی 54 sec/quart
( می دانند. یکی دیگر از
نتایج این امر پایین آمدن
آبدهی ترکیب و جلوگیری از

آبگیری
رس های فعال سازند و
پیشگیری از هر گونه گیر
لوله ها و مانده گذاری
است
. استحکام مکانیکی بالای

غشاء
حباب ها نیز نقش موثری
در بالا بردن قابلیت حمل
کنده های حفاری دارد به
نحوی که هر چه گرانروی،

نقطه
واروی و خاصیت ژلاتینی گل
حفاری بالاتر باشد کف مذکور
قابلیت حمل کنده های درشتری
را آن هم به

نحو
موثرتر پیدا می کند
.
یکی دیگر
از مزایای بالا بردن استحکام
مکانیکی غشاء، به صفر رساندن
اختلاف زمان

رسیدن
کنده های ته چاه به
سطح نسبت به زمان محاسبه
شده
) Log Time ( است.
در واقع
می توان گفت بهترین

و
پایدارترین کف دارای حداقل زمان
تاخیر در هنگام حفاری است
. و این امر با
توجه به بالا بودن نرخ
حفاری از

اهمیت
بالایی برخوردار است
.

از
طرفی با توجه به اصطکاک
شدید مته و بالا بودن
دمای ته چاه در شرایط
حفاری و نیز در موارد
خاص، پایداری

حرارتی
اجزاء کف حفاری نیز از
اهمیت بالایی برخوردار است
.
در کل
می توان گفت مجموعه سازنده
کف

حفاری
بایستی دارای قابلیت های زیر
باشد
:

  • · ایجاد خصوصیات جریانی از
    قبیل گرانروی، نقطه واروی، استحکام ژلاتینی
    مناسب
    .
  • · کاهش مناسب آبدهی سیستم
    به منظور جلوگیری از فروپاشی
    حباب ها و آبگیری سازندهای شیلی
    و مارنی

حساس.

16

  • · بالا بردن استحکام مکانیکی
    غشاء جهت جلوگیری از فروپاشی
    ناشی از افزایش فشارهای درونی
    چاه
    .
  • · پایداری حرارتی کلیه اجزاء
    اصلی ترکیب
    .

در
این زمینه نقش عوامل اصلی
ترکیب کف حفاری هر کدام
مورد بحث قرار می گیرد
.

)1 سورفکتانت ها

با
بکارگیری یک سورفکتانت مناسب که
قادر به ایجاد لامینه های
پایدار بین حبابی باشد ساختار
و شبکه کف به

نحو
مطلوبی حفظ می گردد
.
تحقیقات گوناگون
حاکی از آن است که
سورفکتانت های دارای بار الکتریکی ) یونی

( قادر به ایجاد خاصیت
الاستیکی بهتری هستند. این به آن دلیل
است که مکانیسم پایدار سازی
سورفکتانت های

آنیونی
و کاتیونی نتیجه تاثیر
نیروهای متقابل مولکولی است و
در این میان مولکول های
حاوی بار الکتریکی با

ایجاد
پیوند های قوی با سایر
اجزاء محلول، شبکه پایدارتری را به
وجود می آورند
.
در غلظت
های بالای

سورفکتانت
گرانروی سطح و توده به
مقدار قابل توجهی نیز افزایش
می یابد که این خود
سبب افزایش مجدد

پایداری
کف می گردد
.
به همین
دلیل درصد آب کفساز حفاری
باید طوری طراحی شود که
افزودن کفساز به گل

حفاری
سبب کاهش گرانروی آن نگردد
. تقریباً تمامی شرکت های
خارجی و داخلی از سورفکتانت های
آنیونی

جهت
ساخت کفساز حفاری استفاده می
کنند و در این میان
لوریل سولفات ها و لوریل
اتر سولفات ها نقش اصلی

را
بر عهده دارند
.
آزمایش های
تعیین کیفیت کف حفاری در
شرایط یکسان آزمایشگاهی نیز حاکی
از کیفیت بالاتر

سورفکتانت
های آنیونی نسبت به سایر
سورفکتانت های مصنوعی است
.
به طور
مثال مقایسه 1 سورفکتانت سدیم

دو
دِسیل سولفات
) SDS (
یا همان
سدیم لوریل سولفات )
SLS
( ) سورفکتانت آنیونی،
کفساز آب شیرین (، سِتیل

تری
متیل آمونیم بروماید

) سورفکتانت کاتیونی (،
444 ) سورفکتانت غیر یونی ( و N-alkyl betaines (

.) سورفکتان آمفوتری ( حاکی از کیفیت بالای
سورفکتانت های آنیونی نسبت به
دیگر نمونه هاست ) شکل 1

مبنای
آزمایش چنین مقایسه ای بررسی
کیفیت کف حاصل از تزریق
گاز نیتروژن به محلول دارای
% 4 درصد

سورفکتانت
مخلوط در آب شیر و
اندازه گیری زمان نیمه عمر
آن بوده است
.
سورفکتانت های
آنیونی به دلیل

تولید
کف فراوان و پایداری بیشتر
آن و نیز به دلیل
ارزان قیمت بودن امروزه در
حدود
% 05 درصد مصرف جهان

را
به خود اختصاص داده اند
.

17

شکل
) 1 ( : مقایسه پایداری کف
سورفکتانت های مصنوعی مختلف

)2 پایدار کننده های کف

ترکیب
بندی سیال کف حفاری بنابر
کارکرد های مورد نیاز صنعت
حفاری نیازمند دو نوع پایدار
کننده کف به نام

پایدار
کننده های درون ساختاری و
برون ساختاری است
.
پایدار کننده
های درون ساختاری به موادی
اطلاق می

گردد
که جهت پایدار نمودن کف
مذکور به ترکیب کف ساز
افزوده می گردد
.
از جمله
این مواد می توان به

ترکیباتی
از قبیل گلایکول ها

)پلی اتیلن
گلایکول )
PEG
مونو اتیلن گلایکول )
MEG
(، هگزیلن گلایکول (،

آلکانول
آمیدهای اسیدهای چرب

) مانند لوریک
ایزو پرو پانول آمید، لوریل
دی اتانول آمید، لوریل مونو
اتانول

آمید،
کوکونات مونو اتانول آمید

(، سوپرآمیدها، الکل های
چرب با غلظت پایین و
در مقادیر کمتر سارکوزین ها

و
فسفات ها اشاره کرد
.
وقتی سورفکتانت ها
در محلول مورد نظر با
سایر اجزاء ترکیب می شوند
ویژگی های

غشاء
و شبکه کف آن
در مقایسه با زمانی که
تنها فقط از سورفکتانت استفاده می
گردد کاملاً تغییر پیدا می
کند
.

پایدار
کننده های برون ساختاری نیز
شامل بنتونایت و پلیمرهایی است که
جهت ایجاد خاصیت چسبندگی و

کشسانی
لازم و کاهش آبدهی به
کار می روند
.

پایدار
کننده های گل حفاری

الف
( بنتونایت

18

بنتونایت
به سبب افزایش مطلوب گرانروی
) vis (، نقطه واروی) YP
( و
دارا بودن خاصیت ژلاتینی بالا)
Gel ( و نیز

کاهش
آبدهی
) FL (
یکی از
اساسی ترین پایدار کننده های
کف حفاری است. ترکیب صفحات سدیم مونت

موریلونیت
با مولکول های بلند سورفکتانت سبب
ایجاد شبکه ای چسبناک و
الاستیک می گردد
.
استحکام مکانیکی

و
پایداری الاستیکی چنین شبکه ای به
نحوی است که قادر به
حمل کنده های بسیار درشت
و تحمل فشارهای بالا

است.
یادمان نرود
که ما در فرایند ساخت
کف پایدار، بایستی از حباب
کفی که یک کودک برای
سرگرمی خود

ایجاد
می کند و توسط نیروی
ناچیز باد می ترکد، حباب
هایی بسازیم که تحمل نیرویی
بسیار بزرگتر را دارا باشند

و
این تنها با افزودن خاصیت
الاستیکی و چسبندگی آن که
منجر به کاهش آبدهی نیز
می گردد صورت می پذیرد
.

در
مقایسه با همه پایدار کننده
های پلیمری گل حفاری، بنتونایت به
سبب ایجاد خاصیت چسبندگی

) ژلاتینی
(

بسیار
بالا دارای قابلیت بالاتری در
حمل کنده های حفاری و
ایجاد کفی به مراتب پایدارتر است
. از طرفی با توجه

به
اینکه پایداری حرارتی بنتونایت بالا است
ساختار کف در هنگام بالارفتن شدید
دمای ته چاه پایدار باقی
خواهد

ماند.
نتایج آزمایشگاهی و
تجربی میدانی حاکی از افزایش
کیفیت کف حفاری همراه با
افزایش گرانروی و دیگر

( خصوصیات جریانی است. این به نحوی است
که اساساً گرانروی زیر 37
sec/quart
( پیشنهاد نمی
گردد و

پایین
آوردن آن ضریب خطر حفاری
را افزایش می دهد
.
بررسی بسیاری
از مانده گذاری ها حاکی
از نقش تعیین

کننده
خصوصیات گل حفاری در موفقیت
یا عدم موفقیت سیال کف
حفاری است
. یکی دیگر از مزایای
حفاری با

گرانروی
مناسب این است که کف
حفاری نسبت به رقیق شدن
بیش از حد حاصل از
برخورد با آب های سازندی

پیش
درمان میگردد
. در این هنگام با
به تاخیر افتادن فروپاشی حباب
ها ،کف مذکور
فرصت خروج از چاه را
پیدا

می
کند
. اما هنگامی که از
گل حفاری دارای گرانروی پایین
استفاده گردد برخورد هر گونه
آب سازندی سبب

رقیق
سازی بیش از حد و
فروپاشی حباب ها می گردد
. لازم به ذکر است
که کف دارای گرانروی بالا
به سبب

داشتن
خاصیت چسبندگی مناسب دارای ضریب
نفوذی
) نفوذ پذیری ( به مراتب کمتر از
کف دارای گرنروی

پایین
است و در چنین حالتی
آب سازندی به راحتی قادر
به نفوذ به درون ساختار
کف و مخلوط شدن با
اجزاء و

متلاشی
کردن حباب ها نیست
.
از میان
همه این خصوصیات نقطه واروی )
YP ( که عامل اصلی
ایجاد خاصیت

چسبندگی
)الاستیکی(
سیال در
حال حرکت است، باعث جلوگیری
از انتشار گاز و شکستن
حباب ها در حالت

متحرک
می شود
. همانطور که گفته شد
شکستن حباب ها سبب ایجاد
حباب های بزرگتر می گردد
و این حباب ها

19

نیز
به نوبه خود با جذب
حباب های کوچکتر و کشتن
آنها کف مذکور را متلاشی
می کنند
. خاصیت ژلاتینی

( GEL (
نیز در
حالت ایستا )ساکن( چنین وظیفه
ای را بر عهده دارد،
در واقع این دو خصوصیت
عوامل حفظ

پایداری
کف در حالت های گوناگون
سکون و متحرک هستند
.
همانطور که
می دانیم بالا بردن هر
یک از

خصوصیات
بالا منجر به کاهش آبدهی
و سقوط سقلی سیال
بین دیواره ای و در
نتیجه پایداری بیشتر نیز می
گردد
.

در
مشاهده چشمی
)در مخزن مکش( هنگامی که گرانروی و
به طبع نقطه واروی و
خاصیت ژلاتینی گل حفاری

اولیه
کم باشد حباب های کف
در سطح سیال و تا
ارتفاع زیادی بالا می آیند
ولی در حالتی که گرانروی
تا

محدوده
مناسب افزایش پیدا کند همه
حباب ها در بدنه سیال
حفاری اولیه محبوس می شوند
.

با
توجه به اینکه بنتونایت و کفساز
آب شیرین
) SLS یا SDS (
جهت ساخت
ترکیب مربوطه در آب شیرین
بکار

می
روند و به جهت تاثیر
منفی نمک هایی چون
NaCL و KCL بر هر دو ماده
یاد شده، در هنگام استفاده
از آنها

نبایستی
از هیچ یک از این
نمک ها در ترکیب سیال
حفاری اولیه استفاده گردد
.
تنها بکار
بردن مقادیر کمی از نمک

های
یاد شده کافی است تا
بنتونایت و سدیم لوریل سولفات
را غیر فعال نماید
.
به طور
مثال با استفاده از 44 الی

41 پوند در بشکه KCL می
توان سدیم لوریل سولفات را
کاملا غیر فعال نمود
.
در مورد
NaCL نیز بررسی های

.) آزمایشگاهی نتایج مشابهی را
در بر داشته است ) شکل 9

شکل
9 : تاثیر غلظت
کلرید سدیم بر پایداری کف
حاصل از سدیم لوریل سولفات

21

لازم
به ذکر است در فرایند
بازیافت آب حاصل از پسماند
حفاری کفساز آب شیرین، می
توان با استفاده از همین

نمک
های
NaCL و KCL و نیز آهک
) به جای
بکارگیری ضد کف ( کفساز مربوطه را غیر
فعال نمود. از چنین

آبی
می توان در ساخت گل
های پلیمری نمکی و غیره
استفاده نمود
.

ب
( پایدار کننده
های پلیمری

فرایند
پایدار سازی کف حفاری نیازمند
انتخاب یک گرانروی زای مناسب
جهت کاهش میزان فروپاشی ساختمان

آن
است که هدف کارهای تحقیقاتی بسیاری
بوده است
. همانطور که گفته شد
متلاشی شدن کف حفاری تحت

تاثیر
3 فرآیند پیوسته
زیر صورت می گیرد:

v آب دهی یا زهکشی
غشاء

v نازک شدن غشاء و
ترکیدن آن

v پیوستن حباب های مجاور
به یکدیگر و ایجاد حباب
های بزرگتر ناپایدار

پلیمرها
ممکن است به مواد کفساز
یا گل حفاری اولیه برای
کاهش سرعت زهکشی

) آبدهی
( دیواره، افزایش

گرانروی
و بهبود خواص تیکسوتراپیک آن
افزوده شوند
. تاثیر چنین افزودنی هایی
کمک به پایداری بیشتر با

افزایش
گرانروی توده غشائی و در
نتیجه افزایش خاصیت کشسانی یا
چسبندگی و همچنین کاهش میزان
آب دهی

آن
است
. آنها اغلب در غلظتی
کمتر از افزودنی های آلی )ارگانیک( و معدنی چون
بنتونایت موثر واقع می شوند،

همچنین
بعضی از آنها سازگاری بهتری
با انواع ترکیب های مختلف
چون آبهای سازندی دارند
.
از طرفی
افزودن

مواد
پلیمری به سورفکتانت های آنیونی
چون سدیم لوریل اتر سولفات
) SLES (
سبب ایجاد
کفی به مراتب پایدار

می
شود
. در حقیقت این عمل
باعث تغییر شکل بندی زنجیره
پلیمری در محلول آبدار می
گردد، چرا که وقتی

سورفکتانت
دارای بار الکتریکی باشد به
پلیمر خاصیت پلی الکترولیتی می بخشد
. این به تنهایی تغییرات
شگرفی

در
خواص رئولوژیکی ایجاد می کند
.
عموماً با
افزایش مقدار پلیمر پایداری کف
نیز افزایش می یابد. از طرف

دیگر
افزودن پلیمر سبب اصلاح قابلیت
انحلال و انتشار گاز در
فاز مایع می شود
.
این دو
ویژگی سیال غشایی

هنگامی
که گرانروی سیال افزایش پیدا
می کند به دلیل ایجاد
پلیمر
) یا خاصیت پلیمری ( کاهش می یابد. این

21

کاهش
به نوبه خود سبب کاهش
تراوایی غشاء می گردد
.
در نتیجه
مقدار انتشار گازهای بین حبابی
کاهش می یابد.

به
عنوان یک نتیجه عملی، این
فرایند سبب کاهش ناپدید شدن
حباب های کوچکتر و پایداری
بیشتر می گردد
.

مکانیسم
دیگری که می تواند وابسته
به نوع پلیمر و غلظت
آن به ویژه اکسی پالیمر
مخلوط در محلول اولیه باشد

افزایش
کشش مکانیکی غشاء است
.
نتایج آزمایشگاهی حاکی
از آن است که با
بکار بردن اکسی پالیمر ) زانتان

گام
( در کنار
سورفکتانت آنیونی می توان پایدارترین کف
حفاری را در مقایسه با
سایر پلیمرها به دست آورد

)شکل 44 (. غشاءهای کف حاصل از
محلول سورفکتانت فاقد اکسی پالیمر دارای
پایداری ناچیزی هستند و به

دلیل
دفع متقابل سرهای قطبی جهت
دار، دارای مولکول هایی است
که فضای وسیعی را اشغال
می کنند
. این

غشاء
ها فاقد چسبندگی مناسب و
از لحاظ مکانیکی ضعیف هستند
. در چنین شرایطی در
غشاء بین دو سطح، سیال

موجود
به سمت پایین و خارج
سیستم جریان پیدا می کند
و سقوط سقلی آن
سبب نازک شدگی و متلاشی
شدن

حباب
می گردد
) شاهد این ادعا جمع
شدن فاز آبی اطراف حباب
های ساخته شده کودکانه در
زیر حباب قبل از

ترکیدن
آن است
(. افزودن اکسی پالیمر به
این غشاء می تواند آنرا
به یک توده متراکم تر
دارای چسبندگی و

گرانروی
بالاتر که آب از دست
دهی پایینی دارد تبدیل و
سرانجام کف پایداری را ایجاد
نماید
.

شکل
) 44 ( : نقش اکسی پالیمر
بر پایداری کف حفاری در
مقایسه با دیگر پلیمرها

22

پایداری
کف و ارتباط آن با
غلظت اکسی پالیمر

همان
طور که در مورد بنتونایت گفته
شد اکسی پالیمر نیز به
عنوان یک ماده گرانروی زای
کنترل کننده آبدهی و

ایجاد
کننده خاصیت چسبندگی نقشی اساسی
در پایداری کف دارد
.
از طرفی
با توجه به اینکه کیفیت
خواص

نامبرده
ارتباط مستقیمی با غلظت اکسی
پالیمر
)و نیز کیفیت آن( دارد توجه به
غلظت )و
کیفیت( آن از
اهمیت

بالایی
برخوردار است
. در واقع تعیین کننده
این غلظت محدوده مناسب پارامترهایی چون
گرانروی)
vis (، نقطه

واروی)
YP
خاصیت ژلاتینی)
Gel (
و آبدهی )
FL ( است. نتایج آزمایشگاهی نیز حاکی
از بالا رفتن خطی پایداری

کف
همراه با افزایش غلظت اکسی
پالیمر در ترکیب اولیه است
)شکل 44 (. شکل مربوطه گویای این
واقعیت نیز

است
که افزایش خطی پایداری کف
تنها در صورت بکارگیری کف ساز
های آنیونی دیده می شود
.

شکل
) 44 ( : نقش غلظت اکسی
پالیمر بر پایداری کف حاصل
از سورفکتانت های مصنوعی مختلف

ارتباط
پایداری کف با پایداری حرارتی
اکسی پالیمر

پرکاربردترین
پلیمر زیستی یعنی زانتان گام
یک پلی ساکارید دارای وزن
مولکولی بالاست
. توانایی ایجاد گرانروی

بالا
و سیالی با خواص
الاستیکی مناسب جهت بالا بردن
پایداری کف از ویژگی های
آن است
. وقتی که مولکول

زانتان
گام در شرایط دمایی بالا
قرار می گیرد، ساختار آن
دستخوش تغییری منظم به غیر
منظم می گردد
.
دمایی که

23

این
تغییر شکل صورت می گیرد
دمای تحول یا دمای ذوب
نامیده می شود

)شکل های 41 و 43 (. این تغییر

آرایش
با کاهش چشمگیر گرانروی و
افزایش مضاعف تجزیه هیدرولیتی همراه است
. وقتی دما به زیر
دمای تحول

کاهش
می یابد در حالتی که
مدت زمان تماس کوتاه باشد
پلیمر دوباره مقداری از گرانروی
خود را باز می یابد
.

شکل
) 41 ( : الگوی تغییر ساختاری
و رفتاری اکسی پالیمر
در برخورد با دمای تحول

شکل
) 43 ( : تغییرات گرانروی هنگام
بالا رفتن دما از دمای
تحول اکسی پالیمر

24

اما
در صورتیکه اکسی پالیمر مدتی
طولانی در معرض دمای بالاتر
از دمای تحول خود قرار
گیرد خاصیت پلیمری

خود
را از دست می دهد
و کاهش پایداری در
گرانروی آن صورت می گیرد
. دمای تحول زانتان گام
وابسته به

طبیعت
و غلظت دیگر مواد
حل شده در محیط است
. تحقیقات Shell (
Clarke-Sturman & Sturla, ) 4910

نشان
داد که ترکیبات فلزی آلکالی
) نمک های محلولی چون
KCL
دارای قابلیت افزایش دمای تحول
زانتان گام

و
در نتیجه بالا بردن پایداری
حرارتی آن در دماهای بالا
هستند
) شکل 41 (. در چنین شرایطی می
توان با افزودن

چنین
افزودنی هایی به ترکیب سیال
و کف حفاری، پلیمر
مربوطه را در برابر ناپایداری حرارتی
مقاوم نمود
.

شکل
) 41 ( : مقایسه دمای تحول
اکسی پالیمر در آب و
محلول دارای کاتیون پتاسیم

طول
مدت پایداری اکسی پالیمر

مقدار
زمان مورد نیاز پلیمر زانتان
دارای کیفیت مناسب جهت پایدار
ماندن در یک دمای مشخص
به نوع و غلظت

نمک
محلول بستگی دارد
.
برای ترکیبات
مختلف سیال حفاری، میزان پایداری
افزون بر یک دوره 40 ساعته مطرح

است.
حد پایداری 40 ساعته زانتان گام
در بعضی شوراب های استاندارد بوسیله
Shell اندازه گیری شده است.

حد
پایداری دمایی در این آزمایشات مقدار
دمایی که در آن سیال
مورد آزمایش
54 % گرانروی
پایدار خود را پس

از
گذشت
40 ساعت از دست می
دهد در نظر گرفته شده
است. شکل 45 چگونگی مقایسه
حد پایداری دمایی 40

25

ساعته
زانتان گام با دمای تحول
آن را در شوراب های
استاندارد نشان می دهد
.
این شکل
حاکی از آن است در

صورت
بکارگیری نمک هایی چون
KCL می توان در هنگام
بالا بودن دمای ته چاه
بر پایداری زانتان گام و
در

نتیجه
کف حفاری افزود
.
در غیر
این صورت ناپایداری حرارتی پلیمر
مربوطه سبب ناپایداری کف و
از دست دادن

شرایط
مطلوب حفاری می شود
.
به همین
دلیل پیشنهاد می گردد در
صورت احتمال ناپایداری حرارتی از
پتاسیم

کلراید
استفاده گردد
.

شکل
) 45 ( : نقش نوع و
غلظت نمک های مختلف در
طول مدت پایداری اکسی پالیمر

پایدار
کننده های درون ترکیبی کفساز
حفاری

پایدار
کننده های گلایکولی

45 پایدار کننده همانطور که قبلاً گفته
شد در ترکیب کفسازهای مصنوعی

) به طور
ویژه آنیونی ( بایستی % 14

کف
اتر گلایکولی استفاده گردد
.
یکی از
بهترین ترکیبات این دسته پلی
اتیلن گلایکول )
PEG (
است که
تجربه

حاکی
از نقش اساسی آن در
پایداری حباب های کف با
کنترل آبدهی فاز سیال و
حفظ پایداری حرارتی پلیمرهای

زیستی
آن چون اکسی پالیمر است
. از طرفی وجود این
ماده به طور مستقیم و
غیر مستقیم سبب کاهش ضریب
نفوذ

و
پایداری بیشتر شبکه کف در
مقابل رقیق سازی حاصل از
برخورد با آبهای سازندی است
.

26

پلی
اتیلن گلایکول
) پلی آلکیلن گلایکول (

مزایای
بکار گیری این ماده در
صنعت سیال و کف حفاری
عبارتند از
:

  • · حفظ آبدهی سیال در
    دماهای بالا
    ) ته چاه (.
  • · افزایش پایداری حرارتی پلیمرهای زیستی
    چون اکسی پالیمر
    .
  • · پایداری چاه و جلوگیری
    از فعالیت شیل ها با
    کاهش فعالیت فاز سیال و
    بستن منافذ شیلی توسط خاصیت

ابری.

  • · افزایش روانکاری مته و
    رشته حفاری
    .
  • · جلوگیری از توپی شدن
    مته
    .
  • · کاهش سرعت رقیق شدن ) ناشی از آب های
    سازندی و سطحی (.

)3 ضریب اصطکاک در کف
حفاری پایدار پلیمری

بررسی
____________های آزمایشگاهی ارزیابی
روان کنندگی با استفاده از
دستگاه روان سنج سیال حفاری
Fann مدل 141EP

حاکی
از کاهش چشمگیر ضریب اصطکاک
رشته حفاری
)عامل ایجاد تورک( در هنگام بکارگیری پایدار کننده
ای

چون
اکسی پالیمر در کنار سورفکتانت آنیونی
است
. این ویژگی در سرعت
گردشی 04 دور در
دقیقه و فشار 444

پوندی
اندازه گیری شده است
.
در این
حالت ضریب اصطکاک برابر با
مقدار ) تورک ( خوانده شده
تقسیم بر 444

خواهد
بود
. 444 / مقدار تورک خوانده شده = ضریب اصطکاک

27

شکل
40 مقدار ضریب
اصطکاک را برای انواع گل
های مختلف نشان می دهد. هر کدام از
اندازه ها پس از قرار

گرفتن
گل مورد نظر به مدت
3 دقیقه تحت شرایط آزمایشگاهی بدست
آمد. نتایج نشان
می دهد که گل پایه
آبی

بالاترین
مقدار
4.175 و در مقابل سیال حفاری
کف رقم 4.101 را نشان
می دهد. این در
حالی است که افزودن

9.1 کمتر از سیال حفاری
کف ( را %( 4.1% حجمی اکسی
پالیمر کاهش بیشتر ضریب اصطکاک
تا مقدار 4.139

سبب
می شود
.

شکل
) 40 ( : مقایسه ضریب اصطکاک ) عامل ایجاد تورک ( در گل های
مختلف

این
نتیجه حاکی از آن است
که افزودن
% 4.1 حجمی اکسی پالیمر به سیال
حفاری کف قادر به کاهش
چشمگیر

ضریب
اصطکاک و در نتیجه میزان
تورک وارد بر رشته حفاری
است
. در کل اکسی پالیمر
به دلیل اینکه عامل

افزایش
گرانروی در سرعت برشی و
دمای پایین است بهبود ظرفیت
حمل گل حفاری و تمییز
سازی بهینه چاه را

سبب
می شود
. این در حالی است
که در سرعت برشی و
دمای بالایی که در مته
رخ می دهد سیال حفاری
ساخته

شده
با اکسی پالیمر دارای گرانروی
پایینی است که این مسئله
باعث بالا رفتن سرعت حفاری
می گردد
. لازم به

یادآوری
است که کاهش گرانروی و
به طبع کاهش ظرفیت حمل
کنده در اطراف مته و
لوله های وزنه به دلیل
بالا

28

بودن
دما می تواند سبب بوجود
آوردن تورک و کاهش نرخ
حفاری نیز گردد
.
در این
هنگام جهت رفع مشکل

کافی
است که با بکار بردن
نمک هایی چون
KCL
پایداری
حرارتی پلیمر را افزایش داد
.