سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
افزاینده های پلیمری
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٢:۳۱ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/٦/٢۱
 

-9 افزاینده های پلیمری

تشکیلات شیمیایی با مولکول های بزرگ هستند که از بسیاری واحدهای کوچک تکراری که مونومر نامیده می شوند تشکیل شده اند.

پلیمرها به هنگام اضافه شدن در گل تغییرات کمتری در محتویات جامد گل ایجاد می کنند و به منظور کنترل صافی، اصطلاح ویسکوزیته، لختگی و مقاومت شیلی به گل اضافه می شوند.

گل های پلیمری توانایی بالایی در برابر شدت تنش های بالا دارند همچون زمانی که درون لوله حفاری و یا در مواجه با مته حفاری قرار می گیرند. بر این اساس یک سهم بزرگی از نیروهای هیدرولیکی موجود می تواند صرف مته شود و در نتیجه شدت نفوذ و پیشروی با سرعت و بهبود هیدرولیک حاصل خواهد شد.

استفاده پلیمرها از زمانی که نشاسته به عنوان افزاینده ای برای کنترل هرز روی گل به کار می‏رفت در گل های حفاری آغاز شد. از آن زمان به بعد پلیمرها منحصر به فردتر و مقبولیت آنها بیشتر گردید.

امروزه پلیمرها بخش مهمی از سیستم گل های پایه آبی را تشکیل می دهند، حتی تا حدی که بعضی از سیستم ها به طور کلی وابسته به پلیمرها هستند به عنوان مثال می توان از نشاسته که مبنای آن از منابع طبیعی است نام برد. پتانسیل نامحدود توسعه پلیمرها، آنها را بسیار کارآمد برای تقریباً همه انواع سیالات حفاری ساخته است.

با تکنولوژی پلیمرها امکان آنالیز وضعیتی، بر روی کی مرحله مولکولی و همچنین طراحی پلیمری با خصوصیات ویژه برای آن وضعیت ممکن شده است. به همین دلیل پلیمرها یک آینده نامحدود در سیالات حفاری دارند.

1-9-1 شیمی پلیمرها

یک پلیمر مولکولی بزرگی است تشکیل یافته از واحدهای پشت سر هم مشابه که این واحدهای کوچک منظم، مونومرها نامیده می شوند. پلیمریزاسیون زمانی اتفاق می افتد که مونومرها برای تشکیل مولکول پلیمر بزرگ، به هم وصل می شوند.

پلیمرها ممکن است وزن مولکولی در حد میلیون داشته باشند. پلیمرهایی که فقط از چند واحد پشت سر هم تشکیل شده باشند الیگومرها نامیده می شوند. برای بیان فرمول های نوشته شده برای یک پلیمر، فرمول تجربی تعداد واحد ساده و منظم است که بیان می شود برای مثال:

پلیمر پلی اتیلن[1]                   (C2H4)N

اتیلن نتیجه پلیمرازسیون مونومر اتیلن (CH2= CH4) است

در مدت فرآیند پلیمرازسیون جفت باند شکسته شده و پلیمر پلی اتیلن تشکیل می شود.

 

پلیمر پلی اتیلن بدست آمده متشکل از زنجیره بلندی از واحدهای پشت سر هم است. تعداد دفعاتی که مونومرها پشت سر هم قرار می گیرند معین و به عنوان درجه پلیمرازسیون است[2]. پلیمرها معمولاً درجه ای بزرگتر از 1000 دارند. پلی اتیلن مثال ساده ای از یک هوموپلیمر است. مثالهایی دیگر از هوموپلیمرها، پلی پروپیلن و پلی استایرن است.

کوپلیمرها، پلیمرهایی هستند که از دو یا تعداد بیشتری از انواع مونومرها تشکیل می شوند که مونومرها می توانند در نسبت های متعدد و در شرایط متفاوت در زنجیره واقع شوند. کوپلیمرها در طراحی پلیمرها از آزادی عمل بیشتری برخوردار هستند.

ساختار پلیمرها به صورت خطی، شاخه دار و شبکه ای دسته بندی می شوند.

از پلیمرهای خطی پر کاربرد در سیالات حفاری می توان از کربوکسی متیل سلولز[3] (CMC)     PHPA[4] و هیدروکسی اتیل سلولز[5] (HEC) نام برد.

و برای پلیمرهای شاخه دار می توان نشاسته و صمغ زانتان و پلیمرهای شبکه ای از صمغ زانتان شبکه ای[6] نام برد.

در زیر شماتیک انواع ساختار زنجیره پلیمرها آمده است.

 

شکل 1-6 شماتیک انواع ساختار زنجیره های پلیمری (1) خطی (2) شاخه دار(3) شبکه ای

در طراحی پلیمرها یک محدودیت امکان تغییرات ساختاری وجود دارد. برخی از عوامل که بر روی بهبود و کارایی پلیمرها تاثیر گذارند در زیر آمده است:

-       وزن مونومر یا مونومرها

-       وزن مولکولی

-       نوع شاخه ها یا گروههای انشعابی در زنجیره پلیمر

1-9-2 دسته بندی پلیمرها در سیالات حفاری

پلیمرها در سیالات حفاری به سه روش می توانند دسته بندی شوند. می توان آنها را بر اساس

الف: شیمی آنها همچون آنیونی یا کاتیونی بودن

ب: با توجه به نوع کاربرد یا خصوصیت آنها به طور مثال ویسکوز بخش بودن یا اینکه افزاینده‌ای جهت کنترل هرز روی گل

ج: یا به صورت ساده بر اساس مبدأ و مبنای تولیدی، آنها را دسته بندی کرد.

که در زیر افزاینده های پلیمری را از نظر مبنای تولیدی آنها تقسیم بندی می کنیم:

1-   پلیمرهای طبیعی[7]

2-   پلیمرهای طبیعی اصلاح یافته[8]

3-   پلیمرهای مصنوعی[9]

 

1-9-2-1 پلیمرهای طبیعی

پلیمرهای طبیعی، پلیمرهایی هستند که از طبیعت گرفته شده اند. این مواد از منابع طبیعی همچون، درختان، حیوانات و تخمیر باکتریها بدست می آیند.

محصول بدست آمده حداقل مراحلی از قبیل بهره برداری، جدا سازی، خرد کردن، خشک کردن قبل از بسته بندی را طی می کند.

پلیمرهای طبیعی ساختار پیچیده تری نسبت به پلیمرهای مصنوعی دارند و عموماً از وزن مولکولی بالایی برخوردار هستند. پلیمرهای طبیعی، پایداری دمایی کمتری نسبت به پلیمرهای مصنوع دارند و همچنین سازگاری و تحمل کمتری نسبت به تجزیه به وسیله باکتریها دارند. پلیمرهای طبیعی مورد استفاده در سیالات حفاری شامل مولکول های قندی پلیمریزه شده ای هستند که متعلق به دسته از از ترکیبات به نام پلی ساکاریدها هستند. مونومرها واحدهای قندی شامل کربن، هیدروژن و اکسیژن به نسبت 6:12:6 هستند. پلیمرازیسیون واحدها از طریق واکنش مایع سازی، در نقطه ای که واحدهای قندی منشعب می گردند رخ می دهد. پلی ساکاریدهای بدست آمده شامل واحدهای قندی هستند که توسط اتم های اکسیژن معمول به هم اتصال پیدا کرده اند. پلی ساکاریدها دارای یک C: H: O با نسبت 6:10:5 یا بصورت C6(OH2)5 هستند.

اتصالات اسکلتی و نوع ساختار پلیمرهای طبیعی بسیار پیچیده تر از پلیمرهای مصنوعی است. اسکلت شامل ساختارهای حلقه ای کربوهیدراته و اتم های اکسیژنی که به حلقه اتصال پیدا کردند می‌شود اما پلیمرهای مصنوعی دارای اتصالات کربن – کربن بسیار ساده تری هستند.

 

1-9-2-2 نشاسته

نشاسته پلیمری است طبیعی که از نمونه های مختلی از منابع گیاهی یا دانه ای بدست می آید. نشاسته ذرت و سیب زمینی منابع بسیار مهمی برای سیالات حفاری هستند. نشاسته شامل دو پلی ساکارید است:

الف) آمیلاز[10]

ب) آمیلوپکتین[11]

آمیلاز زنجیره ای از حلقه های کربوهیدراته است که زنجیره مستقیم آن اسکلت مولکول های نشاسته تشکیل می دهد. آمیلوپکتین زنجیره شاخه دار بلندی از حلقه های کربوهیدراته است که از اسکلت آمیلاز منشعب می شود.

 

نسبت جزء آمیلاز و آمیلوپکتین معرف خواص نشاسته خواهد بود نشاسته در مواد خام که از آن حاصل می شود به صورت محلول در آب نیست بلکه این مواد بصورت ساده در سطح آب شناور می شوند برای تاثیر گذار بودن نشاسته در سیال حفایر لازم است که از پوش حفاظتی آمیلوپکتین خارج شده و آمیلاز درونی خارج شود. دانه های نشاسته را تا زمانی که سلول ها آزاد شود گرما می دهند که در نهایت آمیلاز می پاشد این فرآیند همانند پیش ژلاتینی شدن شناخته شده است. با اولین پاشیدگی و پخش شدن، نشاسته آب را جذب می کند. سپس خشک گردیده و بسته بندی می‌گردد. که این محصول غیر یونی و قابل حل در آب نمک اشباع به خوبی آب شیرین معمولی است. M2 – LO – JELیک نشاسته ذرت است که شامل میانگین از 25% آمیلاز و 75% آمیلوپکتین است.

 

1-9-2-3 POLY- SAL®

یک نشاسته سیب زمینی است که تفاوت های جزئی با نشاسته ذرت دارد. نشاسته سیب زمینی وزن مولکولی بالاتری نسبت به نشاسته ذرت دارد. همچنین دارای غلظت بالاتری از آمیلاز نسبت به آمیلوپکتین است. به همین دلایل متفاوت تر کار می کند.

 

POLY- SAL® سازگاری بیشتری نسبت به سختی آب و پایداری گرمایی کمتری نسبت به              My- lo- JelTM دارد و همچنین ویسکوزیته بیشتری را نیز ایجاد می کند.

بیشترین نگرانی و عقب نشینی برای استفاده از نشاسته ها در ارتباط با تمایل آنها به تخمیر است آنها مواد زود تجزیه شونده طبیعی هستند و زمانی که در سیالات حفاری استفاده می شوند باید با یک باکتری کش محافظت شوند.

 POLY- SAL®  شامل یک باکتری کش در محصول نهایی است. محدودیت دوم نشاسته پایداری دمایی کم آن است. نشاسته زمانی که در مواجه طولانی با دماهای بیشتر از (102°c)225°F قرار می‌گیرد سریعاً تجزیه می شود.

بعضی از محیط ها نسبت به دیگر محیط ها بسیار مستعد برای تجزیه باکتریهایی هستند. از بدترین محیط ها می‌توان آب‌های برکه ای راکد مثال زد اگر چه می‌بایست آب های گرفته شده از رودخانه‌ها یا جریان ها، مورد توجه قرار گیرد. دماهای بالا، شرایط PH نامشخص و آب شیرین، رشد باکتریها را تسریع می بخشد. مشکلات باکتریها در سیستم های پرنمک (نمکی) و محیط هایی با PH بالا کمترند با وجود این با گذشت زمان آنها نیز رخ می دهند.

1-9-2-4 صمغ زانتان

زانتان به عنوان پلیمرهای  طبیعی دسته بندی می شود با وجود آن در واقع تهیه آن از شکل تولید باکترییایی بیشتر از شکل برگرفته از منابع طبیعی آن است.

باکتری xanthomonas campestris از طریق فرآیند پیچیده آنزیمی در طول سیکل زندگی نرمال آن، این صمغ را تولید می کند. زانتان یک پلیمر قابل حل در آب، کمی آنیونی و یک پلیمر شاخه دار بزرگ است که دارای وزن مولکولی در محدوده 2 تا 3 میلیون است که نسبتاً برای سیالات حفاری بالاست. مطابق شکل 1-9 زانتان یک زنجیره پنج حلقه است که ساختار تکراری آن شامل یک اسکلت دو حلقه و یک زنجیره کناری سه حلقه است.

 

شکل 1-9 ساختار زانتان

اسکلت شامل گلوکز مجزا در ساختار سلولز است. شاخه های منشعب شده همان اسکلت زنجیره‌های کناری سه حلقه ای قندی که اضافه شده اند هستند.

زنجیره های کناری افزوده شده گروههای عاملی مختلف هستند (کربونیل، کربوکسیل، هیدروکسیل و غیره) ساختار شاخه های طولانی پلیمر با باندهای نسبتاً سست هیدروژنی که در بین گروههای کنار کوپل می شود که این امر به زانتان خصوصیات منحصر به فرد ویسکوز بخشی می دهد. زمانی که به یک غلظت معین از پلیمر می رسیم، باندهای هیدروژنی در میان شاخه های پلیمر پیشرفت کرده و یک شبکه پیچیده و زاویه داری از مولکول های سست باند بدست می آید. زمانی که تنش به سیستم اعمال می شود، برخوردها و کنش های الکترو استاتیکی سست هستند نیروهای جاذبه قسمت های کشیده شده پلیمرها را به سمت هم نگه می دارد. همانطور که باندهای هیدروژنی می شکند ویسکوزیته سیال نیز کم می شود.

زمانی که تنش از بین می رود و زنجیره های پلیمری نیروهای بین مولکولی باندهای هیدروژنی خود را باز می یابند و شرایط اصلی ویسکوز بودن بر می گردد.

پلیمر زانتان سیال های شبه پلاستیک با ساختارهای ژلی ایجاد می کند همانطور که ذکر شد خصوصیت ویسکوز بودن پلیمر با مقدار تنش نسبت عکس داشته بدین صورت که تحت شرایط تنش‌های خیلی بالای تجربه شده در نازل مته حفاری، سیال آنقدر رقیق می شود که رفتاری همچون آب از خود بروز می دهد و تحت شرایط شدت تنش های پایین به طور نمونه در دالیز باندهای هیدروژنی دوباره تشکیل می شوند و ویسکوزیته افزایش پیدا می کند.

در حالت ایستا (ساکن) سیال‌های زانتان خصوصیات تکسوتروپیکی (ژلی) از خودشان نشان می‌دهد صمغ زانتان و پلیمر طبیعی مشابه با آن به نام صمغ welan، دو تا از چند پلیمر تجاری در سیالات پایه آبی که خصوصیات تکسوتروپیکی (ژل ها) ایجاد می کند هستند.

غلظت مورد نیاز زانتان برای افزایش و ایجاد خصوصیات تکسوتروپیکی بستگی به آب تزریقی دارد. فقط 0.5 Lb/bbl برای سیستم آب شیرین ممکن است کافی باشد در حالی که برای یک سیستم KCL یا NaCl (نمکی بالا) 2 تا Lb/bbl 3 ممکن است لازم باشد. در محیط های آبی بسیار نمکی پلیمر زانتان، همچون دیگر پلیمرهای پایه آبی، بسادگی هیدراته نمی شوند و برای اندکی افزایش به صورت گره خورده و پیچشی باقی می مانند در آب شیرین پلیمر انبساط یافته و شاخه های پلیمر در معرض تماس قرار می گیرند و باندهای هیدروژنی را آزاد گذاشته و در نتیجه تکسوتروپی خیلی ساده افزایش پیدا می کند.

صمغ زانتان همچون (flo - vis® , Duo- vis®) برای چند کاربرد به سیال افزوده می شوند. بیشتر مواقع به عنوان جایگزین یک رس برای دادن خصوصیات تکسوتروپیکی به گل افزوده می شوند. به عباراتی صمغ زانتان به جای پر کردن سیال با جامدات رسی، برای دسترسی به ویسکوزیته و تعلیق گل به کار برده می شود که بسیار موثر و سودمند است و در بیشتر موارد به عنوان نگهدارنده تعلیق یا افزایش ظرفیت حمل سیالات بدون افزایش در پر کردن جامدات به کار می رود.

این خصوصیات، صمغ زانتان را به منظور افزایش ویسکوزیته در چاههای افقی و توسعه ای به ویژه زمانی که چاهها شامل سرعت های دالیزی پایین می باشند پلیمری برای انتخاب می سازد.

زانتان دارای خصوصیاتی می باشد که آن را برای کاربردهای سیال های عاری از رس و سیالات تکمیلی ایده ال می سازد. همچنین آن را برای آب نمک به آب دریا، NaBr,CaCl2,kCl, NaCl ویسکوز بخش می نماید. صمغ زانتان به وسیله اکسید کننده ها (رنگ برها) یا آنزیم ها تجزیه می شود و برای تمیز کاری، قابل حل در اسید نیز می باشد. و باعث افزایش قدرت ژلی و تعلیق ساده با مواد قابل حل در اسید همچون CaCO3 می شود.

Flo-vis نمونه تکامل یافته از زانتان است. نمونه تکامل به گونه ای است که برای از بین بردن هر گونه باقیمانده های باکترییایی برای کاربردهای سیال تمیز می باشد. از نام های تجاری دیگر برای این نوع صمغ می توان از پلیمر XC و یا کلزان نام برد که توسط شرت های مختلف تولید کنند، تولید می گردند.

1-9-2-5 پلیمرهای طبیعی اصلاح شده[12]

پلیمرهای طبیعی اصلاح شده در سیالات حفاری بسیار رایج هستند. سلولز و نشاسته، دو پلیمر طبیعی هستند که مکرراً برای تولید پلیمرهای طبیعی اصلاح شده استفاده می شوند. نمونه های اصلاح شده خصوصیات مجزا و متفاوتی نسبت به پلیمرهای طبیعی و اصلی آنها می توانند داشته باشند. برای سیالات حفاری، پلیمرهای طبیعی غیر یونی، همچون سلولز و نشاسته به صورت پلی‌الکترولیت ها اصلاح می یابند.

-       پلی الکترولیت ها[13]

بسیاری از پلیمرها قابل حل در آب نیستند، بنابراین در سیالات حفاری پایه آبی کارایی ندارند، مگر اینکه آنها اصلاح یابند. برای دستیابی به حلالیت در آب، پلیمرها بعضی مواقع بصورت پلی الکترولیت‌ها اصلاح می شوند. این اصلاح سازی شامل یک تغییر در واحدهای تکراری پلیمر است.

یک پلی الکترولیت، پلیمری است که بصورت پلی یون ها و یون های مخالفی از بارهای متضاد در آب حل شده است. یک پلی یون دارای بارهایی است که در طول زنجیره پلیمری تکرار می شوند. بارها می توانند همچون یک پلیمر کاتیونی مثبت یا همچون یک پلیمر آنیونی منفی باشند.

مثال های معدودی از پلیمرهای کاتیونی موجود است اما بیشتر مواقع پلیمرهایی که در سیالات حفاری هستند به صورت منفی بارگذاری شده اند.

موثر بودن یک پلی الکترولیت به تعداد محل های موجود بر روی پلیمر بستگی دارد که برگرفته از عوامل زیر است:

غلظت پلیمر

غلظت و نحوه توزیع گروههای قابل یونیزه

نمکی یا سخت بودن سیال

PH سیال

با یک افزایش تعداد محل های یونیزه شده بر روی پلیمر، آن پلیمر تمایل پیدا می کند که از حالت حلقه ای خارج شده و بسط پیدا کند. که این بر اثر دافعه بارهای متقابل است که باعث افزایش طول زنجیره و کشیدن پلیمر به دورن یک پیکربندی می گردد، که بیشترین فاصله بین بارها را داراست.

همانطور که بحث شد پلیمر در معرض تعداد محل های بازگذاری شده زیادی، قرار می گیرد که اجازه می دهد پلیمر به ذرات رس متصل و خاصیت ویسکوز به فاز سیال بدهد.

-       تاثیرات غلظت[14]

همانطور که تشریح شد پلیمرها، زمانی که در یک سیال حفاری حل می شوند بصورت یک پیکر بندی کشیده شده ای، با طول زنجیره پلیمری بلند فرض می شوند. که این پیکربندی به صورت میله ای نمی باشد بلکه برای دستیابی به ماکزیمم فاصله بین بارهای مشابه بر روی پلیمر به صورت تابدار و پیچش یافته است.

در غلظت های پایین (رقیق)، پلیمر و پوشش نازکی از آب (حدود 2 یا 3 مولکول آب) را جذب می‎کند.

که یک دافعه الکترواستاتیکی بین این پوشش ها وجود دارد. زمانی که شکل کاملاً توسعه یافته ای فرض شود دارای سطح بزرگی خواهد بود که این مساحت سطح بزرگ در تاثیرات ویسکوزیته پلیمر سهمی بر عهده خواهد داشت.

همانطور که غلظت پلیمر افزایش پیدا می کند پوشش محیط آبی پلیمر کاهش پیدا می کند.

 

 

-       تاثیرات PH

PH بر حلالیت پلیمر تاثیر گذار است. PH بعضی مواقع مقدار دامنه یونیزاسیون گروههای عاملی را در طول زنجیره پلیمری تعیین می کند. برای مثال بیشتر گروههای عامل رایج پیدا شده در پلیمرهای پایه آبی گروه کربو کسیلی هستند. گروه کربوکسیل یونیزه شده، یک مشخصه مجزایی در بیشتر پلیمرهای آنیونی شامل CMC، PHPA و صمغ زانتان و تعدادی دیگر ایجاد می کند.

پونیزاسیون به وسیله واکنش گروه کربوکسیلی با یک ماده آلکالی همچون کاستیک سودا انجام شده است. با یونیزاسیون گروه کربوکسیل نامحلول قبلی، حلالیت پلیمر رخ می دهد.

 

گروههای کربوکسیلی سدیم از طریق یک محل بازگذاری شده آنیونی، آب را در خود جذب می کنند. زمانی که پلیمر به آب افزوده می شود، یون سدیم از زنجیره پلیمر جدا شده و یک محل بارگذاری شده منفی ایجاد می کند. اکنون پلیمر آنیونی، و فارغ از آب هیدراته است همانطور که پلیمر آب را جذب می کند محیط پوشش پلیمر، افزایش یافته و ویسکوزیته افزایش پیدا می کند. بهترین حلالیت گروه کربوکسیل از PH 5/8 تا 10 رخ می دهد. برای یونیزه کردن و حلالیت پلیمر، کاستیک کافی برای رسیدن به PH برابر با 5/8 لازم است. اگر مقدار زیادی از کاستیک سودا افزوده شود خاصیت ویسکوزیته به صورت ناچیز سرکوب شده و جلوگیری می گردد. اگر یک PH معکوس رخ دهد برای مثال PH محلول به شرایط اسیدی سقوط کند (کمتر از 7) در آنصورت گروه کربوکسیلی به شکل اولیه و اصلی کربوکسیل باز می گردد و پلیمر حلالیت خود را از دست می دهد.

-       تاثیرات نمک

نمکی شدن سیال، در تاثیرات یک پلیمر بر سیال نقش بسیار بزرگی را داراست. زمانی که یک پلیمر قابل حل در آب به آب اضافه می شود، نمک از سست شدن (باز شدن) و افزایش طول زنجیره پلیمری جلوگیری می کند.

نمک، قدرت آبی را که یک پلیمر می تواند در آن هیدراته و توسعه یابد را محدود می کند. وقتی که نمک به یک سیستم آب شیرین که پلیمرها در آن هستند افزوده می شود معمولاً یک مشکل نوسان ویسکوزیته را به وجود می آورد. بدین صورت که نمک آب را جذب می کند و آن را از پلیمرها جدا می کند و سیستم ممکن است حداقل به صورت موقت تخریب شده و یک افزایش ویسکوزیته رخ دهد.

معمولاً در محیط های نمکی از تاثیر گذاری پلیمرها کاسته می شود اما آن را با افزاینده ای همچون PAC یا صمغ زانتان می توان باز گرداند که این افزاینده با غلظت های نرمال و یا حتی ممکن است برای بهتر کردن شرایط در محیط های نمکی غلظت های بیشتر لازم باشد.

-       تاثیرات کاتیون دو ظرفیتی (دو والانسی)[15]:

زمانی که در یک سیال حفاری یون های دو ظرفیتی همچون کلسیم و منیزیم حضور داشته باشند تاثیرات آنها بر سیستم می تواند قابل ملاحظه باشد

همانند یون سدیم که چنان آب را جذب می کند که موجودیت کلی آب را محدود می کند یون های منیزیم و کلسیم حتی آب بیشتری را نسبت به یون سدیم جذب می کنند که هیدراسیون پلیمر را در حضور آن بسیار ناکار آمد می نمایند.

پلیمرهای آنیونی یک مشکل مواجهه با کلسیم دارند که کلسیم با گروه آنیونی پلیمر واکنش داده که در حین این عمل پلیمر لخته شده و می تواند از سیستم ته نشین گردد. به همین دلیل در بیشتر مواقع برای بهتر کردن شرایط کلسیم، سودااش توصیه می گردد. پلیمرهایی که به مقدار کم آنیونی هستند همانند صمغ زانتان و پلیمرهایی که غیر آنیونی هستند همانند نشاسته که با کلسیم رسوب داده نمی‌شوند.

-       مشتقات سلولز

سلولز یک پلیمر طبیعی است که قابل حل در آب نمی باشد که برای مورد استفاده قرار دادن آن در سیالات حفاری باید به صورت کربوکسی متیل سلولز (CMC) اصلاح شود.

 

شکل 1-10 ساختار سلولز

CMC مثالی از یک پلی الکترولیت است شکل ها نشان می دهد که چگونه ساختار حلقه های تکراری برای سلولز در حضور گروه آنیونی کربوکسی متیل اصلاح می شود. حال در پلیمر اصلاح شده به واسطه گروه آنیونی، یک میل ترکیبی با آب و حلالیت در آن ایجاد شده است.

 

شکل 1-11 ساختار سلولز

کربوکسی متیل سلولز یا واکنشی از نمک سدیم اسید مونو کلرواستیک (CICH2COONa) با سلولز تشکیل می شود. جایگزینی بیشتر مواقع در گروه (-CH2OH) برای تشکیل یک پلی الکترولیت قابل حل اتفاق می افتد.

 

شکل 1-12 ساختار CMC

خصوصیات کربوکسی متیل سلولز به چه عامل بستگی دارد:

-       درجه جانشینی                   (D.S)

-       درجه پلیمریزاسیون             (D.P)

-       یکنواختی جانشینی

-       خلوص محصول نهایی

درجه پلیمریزاسیون بیانگر تعداد دفعات تکرار شدن ساختار حلقه است. ساختار حلقه، یک ساختار تکراری است که پلیمر را تعریف می کند مقدار بالای D.P مقدار بالای وزن مولکولی است و همانطوری که D.P برای CMC افزایش پیدا می کند ویسکوزیته نیز افزایش پیدا خواهد کرد.

CMC با ویسکوزیته بالا (HV- CMC) یک وزن مولکولی بالایی نسبت به CMC با ویسکوزیته پایین (LV- CMC) دارد.

درجه جانشینی اشاره به تعداد جایگزین هایی دارد که بر روی یک ساختار حلقه ای منفرد رخ می‌دهد در کربوکسی متیل سلولز سدیم (مطابق شکل 1-11) دقیقاً یک جایگزینی بر روی هر ساختار حلقه‌ای وجود دارد که این بدین معنی است که D.S  برابر با 1 است.

در مثال بالا جایگزینی فقط بر روی گروه هیدروکسیل متیل (-CH2OH) رخ می دهد همچنین جایگزینی در هر یک از دو گروههای هیدروکسیل (-OH) می توانست رخ دهد که پتانسیل D.S برابر با 3 را نتیجه می دهد. حلالیت در آب زمانی فرا می رسد که D.S به 45/0 برسد.

محدوده D.S معمولی برای CMC از 7/0 تا 8/0 است. CMC با ویسکوزیته بالا (HV- CMC)، D.S مشابهی با CMC نسبتاً بالای CMC های جایگزین یافته است که آنها را پلی آنیونیک سلولز[16] یا بصورت ساده PAC  نامیده اند.

 

PAC

PAC از نظر ساختار شیمیایی و همچنین D.P، مشابه با CMC است فقط D.S برای دو پلیمر متفاوت است محدوده عادی D.S برای PAC بین 9/0 تا 1 است.

D.S بالا برای پلیمر PAC آنرا بسیار قابل حل تر از CMC کرده است که این کارایی PAC را بصورت کلی بهتر از CMC کارایی بهتری نسبت به CMC داراست.

بعضی مواقع CMC و PAC با D.S و D.P و خلوص متفاوت کارایی متفاوت دارند که این بر اثر غیر یکنواختی جایگزینی ها در طول زنجیره است یک CMC و PAC با کیفیت خوب دارای جانشینی های غیر یکنواخت در طول زنجیره است.

هنگامی که در یک زنجیره پلیمر CMC یا PAC، جایگزین فقط در یک سر و یا در وسط پلیمر رخ دهد در آنصورت حلالیت پلیمر و کم و در نتیجه دارای کارایی کمی در سیالات حفاری خواهد بود.

-       پلی پک (Poly PAC®)

پلی پک، یک سلولز پلی آنیونیک با کیفیت بالاست که هرز روی گل در سیستم های آب شیرین، آب دریا، NaCl، NCI را کنترل می کند که بوسیله ایجاد یک لایه نازک، سفت و انحنا پذیر از هرز روی سیال به سمت سازندها جلوگیری و آن را محدود می کند. همچنین ویسکوزیته عالی را در درون سیستم آب شیرین و آب دریا ایجاد می کند برای استفاده در آب دریا، آب نمکی و آب های با محلول کلسیم بالای (mg/l) 400، پلی پک بیشتر از CMC توصیه شده است.

 

در زیر جدولی با خصوصیات تکنیکی و محدودیت های از  PACو CMC آمده است:

D.S

D.P

وزن محلول

محصول

1-9 و 0

1-9 و 0

8 و 0-7 و 0

8 و 0-7 و 0

1000-850

1280-1130

1000-850

1280-1130

170-140

225-200

170-140

225-200

PACLV

PAC+V

CMC LV

CMC HV

 

هیدروکسی اتیل سلولز[17] (HEC):

نمونه ای دیگر از پلیمرهای سلولزی اصلاح شده است که با خیساندن سلولز در محلول کاستیک سودا و سپس واکنش این سلولز آنکانی با اتیلن اکساید بدست می آید نتیجه حاصله یک جایگزینی گروههای هیدروکسی اتیل بر روی هیدروکسی متیل در محل های هیدروکسیل است.

حتی با اینکه غیر یونی است گروههای هیدروکسی اتیل متیل ترکیبی ویژه ای با آب برای ایجاد محلول آبی پلیمری دارند.

D.P زنجیره های کناری جایگزینی مولی نامیده می شوند (M.S) یا میانگین تعداد مولکول های اتیلن اکساید که با هر واحد سلولزی واکنش می دهند با اتصال یک گروه هیدروکسی اتیل به هر واحد، گروههای اضافی از یک انتها به انتهای دیگر ساختار، بیشتر در معرض واکنش قرار می گیرند و تا زمانی که اتیلن اکساید موجود باشد این واکنش ها می تواند ادامه داشته باشد.

M.S بالا حلالین بالای پلیمر است بنابراین سازگاری بیشتری را در برابر نمک و سختی خواهد داشت معمولاً محدوده M.S از 5/1 تا 5/2 برای HEC متغیر است.

HEC برای کنترل ویسکوزیته و هرز روی گل در سیالات تکمیلی استفاده می شود که سازگار با آب‌های نمکی شامل آب دریا، KCl، NaCl، CaCl2 و CaBr2 است همچنین HEC یک پلیمر بسیار تمیز و قابل حل در اسید است که در عملیات های که باید از سیالات تکمیلی استفاده شود بکار می رود.

با توجه به اینکه HEC غیر یونی است با سطوح باردار شده همانند پلیمرهای یونی بصورت قوی واکنش نمی دهد. HEC دارای یک محدوده دمایی تا (1210C)2500F است. با  PH گل زیاد تأثیر پذیر نیست (بالای 10= PH ممکن است یک افت خفیف و ویسکوزیته داشته باشد) و مقاوم در برابر باکتری یایی شدن و یک پلیمر تکسوتروپیک نیست (ساختار ژلی برای تعلیق ایجاد نمی کند) با وجود این سهم بزرگی از ویسکوزیته کلی را ایجاد می کند.

-       مشتقات نشاسته ای

همانطوری که در مباحث گذشته بیان شد، نشاسته بسیار در کاربردهای زیادی بدون اصلاح سازی مورد استفاده قرار می گیرد. اما با اصلاح سازی های شیمیایی مشتقات نشاسته برای بدست آوردن خصوصیات متفاوت تر می تواند ساخته شود.

نشاسته می تواند به روشهایی، طوری اصلاح سازی شود که مستعد بودن آن، برای تجزیه باکتریها را کاهش یا از بین ببرد. همچنین می تواند با روش های ساده برای دستیابی به پایداری دمایی بیشتر اصلاح سازی شود.

مثال هایی از نشاسته اصلاح شده در زیر آمده است.

-       نشاسته کربوکسی متیل[18] (CMS)

مثالی دیگر از پلیمرهای اصلاح شده نشاسته کربوکسی متیل است. همانند CMC، نشاسته کربوکسی متیل به یک جایگزینی کربو کسیلات در هر یک از گروههای هیدروکسی متیل یا هر یک از دو گروههای هیدروکسی بر روی ساختار حلقه ای تن می دهد. مشابه CMC، جایگزینی سریعاً در گروه هیدروکسی متیل رخ می دهد.

 

شکل 1-13 ساختار نشاسته کربوکسی متیل

Therm pac UL®  

یک نشاسته کربوکسی متیل است که هرز روی گل را با یک حداقل افزایش در ویسکوزیته در بیشتر سیالات حفاری پایه آبی کنترل می کند. برای استفاده در سیستم هایی که نیاز به کنترل نتراسیون دقیق تر و خصوصیات رئولوژیکی پایین دارد نسبت به مواد PAC ارجح‌تر هستند. کارائی thermpac UL بسیار مشابه تر به مواد CMC است و دارای یک پایداری دمایی مشابه به CMC و PAC (بالای (1490C) 3000F) است و نیازی به باکتری کش ندارد.

Thermpac UL زمانی که در سیالات حفاری شامل محتویات کمتر از (mg/l) 20000 Cl و mg/l 800 Ca  است بسیار موثر است. در هر Ph کارایی دارد و برای کلیه سیستم های پایه آبی مناسب است.

-       نشاسته هیدروکسی پروپیل[19]

نمونه ای دیگر از نشاسته اصلاح شده هیدروکسی پروپیل است (نشاسته (HP)) که با واکنش نشاسته با اکسید پروپیلن بدست می آید. نتیجه اصلاح سازی غیر یونی و قابل حل در آب است.

 

شکل 1-14 نشاسته هیدروکسی پروپیل

همانند CMS و HEC جایگزینی در هر یک از گروههای هیدروکسی متیل یا هر یک از دو گروههای هیدروکسیل موجود بر روی ساختار حلقه ای رخ می دهد. همچنین مشابه با CMC و CMS جایگزینی، بسیار سریع در گروه هیدروکسی متیل رخ می دهد. نتیجه، یک جانشینی گروههای پروپو کسیلاتی است که D.P گروههای پروپو کسیلات شده همانند جایگزینی مولی (M.S) مشخص است.

M.S میانگین تعداد مولکول های اکساید پروپیلن است که با هر واحد نشاسته واکنش می دهد. یک گروه هیدروکسی پروپیل که به هر واحد متصل شده، می تواند واکنش های بیشتری با گروههای اضافی در دو سر ساختار داشته باشد.

واکنش پروپیلن اکساید با نشاسته شباهت های با واکنش سلولز با اکسید اتیلن دارد در هر مورد جایگزینی به وسیله یک ساختار تکراری رخ می دهد که باید با M.S آن تعریف شده باشد.

نمونه های زیادی از نشاسته HP موجود هستند که خصوصیات آنها با D.R، D.S و درجه پلیمریزاسیون گروه جایگزین شده (M.S) متغیر است.

 

 

 

Flo – TrolTM

یک نشاسته HP است که عمدتاً برای کنترل هرز روی گل در سیستم های
FLO-PROlTM بکار می رود. و به همراه کربنات کلسیم برای تشکیل لایه صافی قابل حل در اسید به عنوان یک آسان از بین برنده کار می کند.

همانند نشاسته، FLO- PROTM برای بیشتر آب های نمک دار شامل آب دریا، NaCl، KCl، CaCl2، NaBr، CaBr مناسب است، و نیازی به باکتری کش ندارد.

FLO- PROTM یک خصوصیت ویسکوز بخشی منحصر به فرد دارد که آن را برای کاربرد در سیالات حفاری مناسب می سازد. برخلاف محصولات PAC، flo – Trol به [20]LSRV کمک می‎کند.

غلظت های توصیه شده 2 تا (lb/bbl) 4 برای بسیاری کاربردهاست، با وجود این از غلظت های بالاتر برای دسترسی به مقادیر صافی پایین بکار می رود.

پایداری دماییFLO- PROTM  از بیشتر مواد نشاسته ای بیشتر است که در کاربردهای نمکی در حدود (1210C)2500F است.

 Mor- RexTM یک آنزیم هیدرولایز شده نشاسته غلات است که این اصلاح سازی شیمیایی برای بدست آوردن یک مالتود کسترین[21] صورت گرفته است.

هیدرولایز نشاسته نتایجی در محصول می دهد که در وزن مولکولی (کمتر از 5000) خیلی کم است و یک خصوصیت آنیونی جزئی به پلیمر می دهد.

 

Mor- Rex

در سیالات حفاری بصورت انحصاری پایه آهکی استفاده شده است که این عمدتاً به خاطر تمایل آن برای افزایش حلالیت کلسیم در یک محیط سیال پایه آهکس است در چنین محیطی پلیمر Mor- Rex بیشتر هیدرولایز شده و در حین هیدرولایز، Ca2+ به گروههای کربوکسیلات آزاد متصل می شود که این افزایش غلظتی از کلسیم محلول را نتیجه می دهد به عبارت دیگر سیستم پایه آهکی با Mor- Rex که شامل کلسیم محلول است دارای کارایی بهتری نسبت به سیستم پایه آهکی بدون Mor- Rex هستند.

معمولاً Mor- Rex همانند یک لخته گیر عمل می کند.

غلظت عادی برای Mor- Rex در یک سیستم آهکی و Mor- Rex 2 تا، (lb/lbl) 4 است. همانند نشاسته های تجاری پایداری دمایی در حدود (930C)2000F دارد و همچنین نیاز به باکتری کش دارد.

1-9-2-6 بررسی تاثیرات صمغ تاماریند[22] و سلولز پلی آنیونیک PAC بر خواص گل

از جمله آخرین تحقیقات انجام شده در خصوص افزایندههای پلیمری (طبیعی)، یک سیال پایه آبی دوستدار محیط زیست برای سوسپانسیون بنتونایت و آب با مطالعه رفتار رئولوژیکی “Tamarind gum”  و سلولز پلی آنیونیک (PAC) مورد مطالعه قرار می گیرد.

تأثیر افت صافی سیال حفاری بر روی سازندهای شکسته مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت بحث سیال حفاری و خواص رئولوژیکی آن که بسط داده می شود، کنترل افت صافی و هرز روی گل که برای بهترین کارایی در حفاری چاههای نفت، لازم می نماید. به علاوه کنترل صافی سیال حفاری می نی مم آسیب دیدگی سازندها در سنگ های ماسه ای و شنی ایجاد می کند.

صمغ تاماریند (بر گرفته از درخت تا ماریند یکی از رایج ترین درختان در هند) با کمترین هزینه، در بهبود ویسکوزیته و امکان قابل استفاده بودن در فرمولاسیون سیال حفاری است که بصورت پودر سفید کرمی است که تقریباً ویسکوزیته مشابهی با صمغ گوآر[23] در یک غلظت مشابه در آب ایجاد می‌کند و از نظر قیمت هفت برابر ارزان تر از صمغ گو آر است و از نظر شیمیایی یک پلیمر کربوهیدراته شاخه داراست اسکلت ساختاری آن شامل واحدهای D- glucose متصل شده با اتصالات (1-4)P مشابه سلولز است و شامل یک زنجیره اصلی از واحدهای
–D(1-4)- galactopyranosyl  با یک زنجیره کناری از یک واحد منفرد Xylopyranosyl از طریق یک اتصال  هر یک از واحدهای دوم، سوم و چهارم
D- glucopyranosyl متصل شده است.

پلی آنیونیک سلولز (PAC) به عنوان کم کننده افت سیال برای گل های آبی شیرین و نمکی است همچنین به عنوان اصلاح کننده و بهبود ویسکوزیته در این سیستم ها عمل می کند.

PAC به دو صورت ویسکوزیته بالا و ویسکوزیته پایین موجود است هر دو میزان مشابهی از کنترل هرز روی گل ایجاد می کند اما درجه های متفاوتی از ویسکوزیته در گل ایجاد می نماید.

پایداری دمایی PAC در حدود 1490C و دستخوش تجزیه توسط باکتری نمی شود.

رس بنتونایت در سیال حفاری به خصوص در آبهای شیرین به چه منظور اضافه می گردد:

1-   افزایش خصوصیات تمیز کنندگی چاه

2-   کم کردن تراوش آب و یا نفوذ به سمت سازنده ها

3-   تشکیل یک لایه نازک با نفوذپذیری پایین

4-   بالا بردن پایداری دیواره چاه در سازندهای کم سیمان شده

5-   اجتناب یا مقابله با کاهش گل در هنگام چرخش گل.

اما سیال حفاری با محتویات بالای جامدات رسی چند تأثیر مخرب دارد:

1-   کاهش بیش از اندازه شدت نفوذ

2-   افزایش گیر کردن و چسبیدن مته

3-   مسبب اصلی ترک[24] (پیچش و کشش) در مته یا ساقه

بر این اساس برای کنترل مقدار کلی جامدات مقدار محتویات پایین بنتونایت مطلوب است. و از طرفی در غلظت های پایین بنتونایت در گل، خصوصیات رئولوژیکی رضایت بخش لازم را برای بهترین کارایی در حفاری چاههای نفت ایجاد نمی کند از این رو پلیمرها برای دستیابی به نتایج مطلوب و دلخواه به عنوان افزاینده انتخاب می شوند.

آسیب دیدگی سازند، کم کردن نفوذ پذیری نزدیک دیواره چاه است که یک کاهش تولید با تزریق در یک چاه نفتی یا گازی را نتیجه خواهد داد که این اثر گذاری هجوم سیال خارجی و یا جامدات به قسمت های مورد مواجهه نزدیک دیواره چاه را به دنبال خواهد داشت.

یکی از کاربردهای اصلی سیال حفاری کنترل طغیان سیالات به بیرون است که وقتی در معرض فشار بالای فشارهای تحت الارضی قرار می گیرد رخ می دهد بر این اساس فشار ستون گل باید بیشتر از فشار سازند باشد. به عنوان نتیجه جامدات گل و ناخالصی وارد سازند شده و باعث آسیب دیدگی می شوند سیالات پایه آبی با استفاده از پلیمرهای طبیعی ایمن بوده و می بایست به گونه ای طراحی و آماده سازی شوند که کمترین مقدار انتقال جامدات و هجوم سیال به  درون سازند را ایجاد نمایند.

 

موارد موردنیاز تحقیق

1)     سه نمونه رس بنتونایت بدست آمده از Kutch region، kutch، Gujarat، India

2)     صمغ تاماریند تهیه شده از صنایع چوب saiguru، Mumbai

-       سلولز پلی آنیونیک (PAC) با ویسکوزیته بالا

-       نمونه های core سنگ های ماسه ای

یکی از کاربردهای اصلی سیال حفاری کنترل طغیان سیالات به بیرون است که وقتی در معرض فشار بالای فشارهای تحت الارضی قرار می گیرد رخ می دهد بر این اساس فشار ستون گل باید بیشتر از فشار سازند باشد. به عنوان نتیجه جامدات گل و ناخالصی وارد سازند شده و باعث آسیب دیدگی می شوند سیالات پایه آبی با استفاده از پلیمرهای طبیعی ایمن بوده و می بایست به گونه ای طراحی و آماده سازی شوند که کمترین مقدار انتقال جامدات و هجوم سیال به  درون سازند را ایجاد نمایند.

 

نمونه های رس بنتونایت پس از خشک شدن به مدت چند روز در مقابل آفتاب توسط الک و مش الک شده و حتی نمونه ها با هوای 100 خشک می شوند.

پس از تعیین

       Swelling index

Cation exchange eapacity (CEC)      رس، سوسپانسیون آب

Yield of clay        

 

بنتونایت در شرایط و خواص رئولوژیکی متفاوت آماده می شود مقدار

 

Plastic vis.

اندازه گیری می شود.

App vis.

Intial gel st.

10 min gel str.

 

سپس ایده آل ترین غلظت بنتونایت در آب با مقایسه نتایج بدست آمده انتخاب می شود. خواص، دوباره با اضافه کردن پلیمرهای یاد شده اندازه گیری می شود.

بدین ترتیب سه نوع بهترین سیستم گل برگرفته از 3 نوع سوسپانسیون رس ارائه می شود. سپس به مدت 16 ساعت پایداری دمایی آنها مورد مطالعه و آزمایش قرار می گیرد.

این گل ها توسط کاغذ فیلیتر whatman  No . 50 مورد استفاده API سپس فیلتراسیون بدست آمده برای مطالعه سازندهای آسیب دیده مورد مطالعه قرار می گیرد.

ویسکوزیته ظاهری A.V، ویسکوزیته پلاستیکی و نقطه تسلیم محاسبه شده از 300 rpm و   600 rpm با استفاده از فرمول های زیر برگرفته از API

 

در تحقیق زیر سه نمونه مختلف از رس بنتونایت که به صورت A111 و B222 و C333 نام‌گذاری شده اند استفاده شده است. که در زیر تأثیر غلظت های مختلف این سه نمونه بر روی سوسپانسیون آب و رس بنتونایت مورد بررسی قرار گرفته و بهترین غلظت بنتونایت انتخاب می‌شود.

که با بررسی خواص رئولوژیکی سوسپانسیون، غلظت 30 (g/l) از هر نمونه برای مطالعه تأثیر‌گذاری صمغ تاماریند و PAC و یا مخلوطی از هر دو انتخاب می گردد.

در زیر نتایج حاصل از اضافه شدن صمغ تاماریند بر سوسپانسیون آب و بنتونایت (30g/l) در هر نمونه مشخص شده است.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نمونه های رس بنتونایت انتخاب شده

 

Properties

 

Sample no.

Swelling index

Yield of clay

(m3/ton klay)

Cation exchange capacity

(meq/100g clay)

 

3.5

8.634*10E-3

81.66

A111

3.9

10.44*10E-3

80.0

B222

3.7

9.912*10E-3

83.33

C333

تأثیر غلظت های مختلف از بنتونایت نمونه A111 بر روی سوسپانسیون آب و بنتونایت

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

0.25

0.35

1

1.25

10

0.375

0.5

1

1.5

20

0.5

1

1

2

30

0.5

1.25

1

2.25

40

0.5

1.25

2

3.25

50

تاثیر غلظت های مختلف از بنتونایت نمونه B222 بر روی سوسپانسیون آب و بنتونایت

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

0.5

0.5

1

1.5

10

0.75

1

1

2

20

2

1.5

1

2.5

30

2

1.75

1

2.75

40

2.5

1.75

2

3.75

50

 

 

 

تاثیر غلظت های مختلف از بنتونایت نمونه C333 بر روی سوسپانسیون آب و بنتونایت

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

0.375

0.35

1

1.25

10

0.5

0.5

1

1.5

20

0.5

1

1

2

30

0.5

1.5

1

2.5

40

0.5

1.5

2

3.5

50

 

خصوصیات رئولوژیکی سوسپانسیون آب و رس بنتونایت (30g/I)

Sample no.

 

Properties

 

C333

B222

A111

 

2

2.5

2

Apparent viscosity (cp)

1

1

1

Plastic viscosity (cp)

1

1.5

1

Yield point (N/m3)

0.5

0.5

0.5

Intial gel strength (N/m3)

1

1

1

10 min gel strength (N/m3)

 

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ tamarind بر خصوصیات رئولوژیکی در سوسپانسیون آب و بنتونایت A111 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.5

3

3

6.5

0.5

2

5.5

6

11.5

1

4.5

11

9

20

1.5

6

15

10

75

2

6.5

18.5

10

28.5

2.5

 

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ tamarind بر خصوصیات رئولوژیکی در سوسپانسیون آب و بنتونایت B111 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.5

3.5

3.5

5

0.5

2.5

6

6

11

1

3

7

7

14

1.5

5

12

9

21

2

5.5

14

9

23

2.5

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ tamarind بر خصوصیات رئولوژیکی در سوسپانسیون آب و بنتونایت C111 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.5

3

4

7

0.5

2.5

5.5

6

11.5

1

3

8.5

7

15.5

1.5

4.5

11.5

7

18.5

2

5.5

13

8

21

2.5

 

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ PAC بر خصوصیات رئولوژیکی در سوسپانسیون آب و بنتونایت A111 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.75

4.5

7

11.5

1

2.5

6

10

16

2

3.5

12

14

26

3

6

16

17

33

4

9

21

20

41

5

 

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ PAC بر خصوصیات رئولوژیکی در سوسپانسیون آب و بنتونایت B222 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.25

2.5

7

9.5

1

2

6

9

15.0

2

3

9.5

13

23.5

3

5

19

18

37

4

8.5

22

18

40

5

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ PAC بر خصوصیات رئولوژیکی در سوسپانسیون آب و بنتونایت C333 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.25

2.5

7

9.5

1

2

5.5

11

16.5

2

3

10

13

23

3

5

14.5

17

31.5

4

8.5

21

20

41

5

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ tamarind بر خصوصیات رئولوژیکی مخلوط PAC (g/I)1 و (g/I)30 بنتونایت در سوسپانسیون آب و بنتونایت A111 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.5

5

8

13

0.5

3

8.5

11

19.5

1

5.5

14.5

13

27.5

1.5

9

21

14

35

2

14.5

32

16

48

2.5

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ tamarind بر خصوصیات رئولوژیکی مخلوط PAC (g/I)1 و (g/I)30 بنتونایت در سوسپانسیون آب و بنتونایت B222 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.25

5

7

12

0.5

2

6.5

9

15.5

1

4

10.5

12

22.5

1.5

6

16.5

12

28.5

2

10

24

16

40

2.5

 

تأثیر غلظت های مختلف از صمغ tamarind بر خصوصیات رئولوژیکی مخلوط PAC (g/I)1 و (g/I)30 بنتونایت در سوسپانسیون آب و بنتونایت C333 (30g/I)

gel(N/m2)

Yield poin(N/m3)

Plastic viscosity (cp)

Apparent viscisity (cp)

Conc. Ofbentonite(g/l)

1.5

5

8

13

0.5

2.5

8.5

11

19.5

1

3

14.5

13

27.5

1.5

5

21

14

35

2

7

32

16

48

2.5

 

مطالعه خصوصیات رئولوژیکی برای دماهای فراتر از دمای محیط بر روی دو نمونه گل با مشخصات زیر نیز انجام گرفته و نتایج در زیر آمده است:

MUD  A {PAC 1(g/I),    tamarind 1(g/1),  30 (g/I)  bentonite}

MUD  B  {PAC 1(g/I),   tamarind 1.5 (g/I), 30 (g/I) bentonite}

 

Drilling fluid combination.

 

Properties

 

MUD B

MUD A

 

 

 

23

22.5

20.5

19.5

apparent viscosity (cp)

12

12

11

11

Plastic viscosity (cp)

11

10.5

10.5

8.5

Yield point (N/m3)

4

4

3

3

Intial gel strength (N/m3)

8

8

6

6

10 min gel strength (N/m3)

12

12

12

12.5

API fluid loss (ml)

 

مطالعه تخریب سازند

اندازه گیری نفوذ پذیری آب مقطر و صافی گل A بر روی نمونه core (1)

Mud filtrate A

Distilled water

Properties

8.5

7

PH

0.97

0.896

Viscosity (cp) at 25 c

182.73

234.85

Perbeability (k.md)

اندازه گیری نفوذ پذیری آب مقطر و صافی گل B بر روی نمونه core (2)

Mud filtrate B

Distilled water

Properties

8.5

7

PH

0.97

0.896

Viscosity (cp) at 25 c

64.99

82.78

Perbeability (k.md)

 

تخریب سازند در این فورمولاسیون از گل، کمتر است که ممکن است به دلیل جذب کمتر پلیمر بر روی نمونه core به واسطه غلظت پایین پلیمر است. همچنین مقدار پایین PH ممکن است عامل دیگر تخریب پایین نمونه باشد. در PH پایین، حل شدن سیلیکا و به دنبال آن جدا شدن و نفوذ ناخالصی‌ها در درون سازند کمتر است.

نتایج:

1-  سیالات حفاری با ترکیب صمغ تاماریند هفت بار ارزان تر از سیالات حفاری با ترکیب صمغ گوآر است و دسترسی به تاماریند بیشتر از گوآر و در نتیجه برای بیشتر سیالات حفاری مناسب تر است.

2-  ترکیب صمغ تاماریند و PAC و رس بنتونایت خصوصیات رئولوژیکی دلخواه را در غلظت‌های خیلی پایین ایجاد کرده و هرز روی بهینه را ایجاد می کند. به علاوه تاثیر آن بر تخریب سازند کمتر از صمغ گوآر می باشد.

1-9-2-7 بررسی تأثیر پلیمر KELZAN XC (نمونه ای از صمغ زانتان) بر روی خواص مختلف گل حفاری

در این تحقیق اثر پلیمر KELZAN XC (در 9 غلظت(1ppb) , 2855.6 , 1500, 1000 ,800, 500, 200, 100, 0)  و (1.5ppb) 4283.4 ppm بر روی خواص مختلف گل حفاری مورد بررسی قرار می گیرد. پارامتر و خواصی که در این تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفته و به آنها پرداخته شده، عبارتند از:

1-   نیروی تنشی (در نیروی برشی مختلف)

2-   ویسکوزیته ظاهری

3-   پارامترهای مدلهای توانی و Bingham

4-   هرز روی سیال در طول و انتهای 30 دقیقه

5-   ضخامت لایه کیک گل

6-   قدرت ژله ای اولیه و 10 دقیقه

7-   دانسیته گل

8-   PH گل

در این تحقیق تأثیر پلیمر KELZAN XC بر روی خواص مختلف گل حفاری پایه آبی از جنس بنتونایت مورد بررسی قرار گرفته است. پلیمر فوق در غلظتهای مختلف به گل افزوده شد. گل مورد استفاده شامل سوسپانسیون بنتونایت در آب و با غلظت 15ppb می باشد. آب مورد استفاده در تمام آزمایشها، آب معمولی می باشد.

برخی از نتایج بدست آمده از آزمایشهای مذکور در گراف های شماره 1 الی 3 آورده شده است. همانگونه که در گراف شماره 1-1 مشاهده می شود، افزودن پلیمر به گل حفاری به مقدار قابل ملاحظه ای رفتار رئولوژیکی گل را در محدوده های مختلف نرخ برشی تحت تأثیر قرار داده است. همچنین با افزایش غلظت پلیمر، گل حفاری از یک سیال بیهنگام به یک سیال پلاستیک مجازی تبدیل می شود.

اثر پلیمر بر کاهش هرز روی گل حفاری در گراف 1-2 آورده شده است. همانگونه که در این گراف مشاهده می شود افزایش پلیمر به گل سبب کاهش زیادی در هرز روی سیال می شود و این کاهش در غلظتهای کم پلیمر بیشتر می باشد و به تدریج که غلظت پلیمر اضافه می شود، شدت کاهش هرز روی آب کم می شود بطوریکه در غلظتهای بالا تقریباً تاثیری در کاهش هرز روی آب ندارد. این پدیده در شکلهای دیگر مربوط به این خاصیت نیز مشاهده می شود.

گراف 1-3 تغییرات ویسکوزیته گل را در غلظتهای مختلف پلیمر بر حسب نرخ برشی نشان می دهد. مطابق این شکل افزودن پلیمر به گل حفاری در مقادیر کم نرخ برشی سبب افزایش ویسکوزیته گل گردیده است. این امر باعث می شود که عمل تمیز کردن چاه و تعلیق مواد کنده شده در فضای حلقوی چاه (فضای بین دیواره چاه و لوله های حفاری) که سرعت گل در آنجا کمتر است به نحو مطلوبی انجام شود.

 

گراف 1-1 تغییرات نرخ برشی در غلظت های مختلف پلیمر کلزان

 

گراف 1-2 تغییرات میزان هرزروی در غلظت های مختلف پلیمر کلزان

 

گراف 1-3 تغییرات ویسکوزیته گل در غلظت های مختلف پلیمر بر حسب نرخ برشی

 

 

 

نتیجه گیری:

1- پلیمر KELZAN XC در ایجاد خاصیت پلاستیک مجازی گل حفاری توانایی خوبی دارد و ایجاد این خاصیت سبب بهبود خواص گل حفاری در مورد تمیز کردن چاه و قدرت تعلیق آن می‌شود.

2- افزایش پلیمر به گل حفاری (بویژه در غلظتهای کم) اثر قابل ملاحظه ای بر روی کاهش میزان هرز روی آب دارد. البته این اثر با افزایش غلظت پلیمر بتدریج کاهش یافته و در محدوده بالای غلظت، حدود   3000ppmافزایش غلظت پلیمر بر کاهش هرز روی گل تقریباً بی تاثیر است.

3-پلیمر فوق تأثیر خوبی بر افزایش خاصیت shear Thining گل داشته و سبب کاهش توان مورد نیاز برای پمپ کردن گل و افزایش سرعت عملیات حفاری می گردد.

4-افزایش پلیمر فوق تغییری در دانسیته و PH گل حفاری ایجاد نکرد.

1-9-2-8 پلیمرهای مصنوعی[25]

پلیمرهای مصنوعی معمولاً از محصولات و مشتقات نفتی سنتز می شوند و مشتمل بر هوموپلیمرها و کوپلیمرها می شوند و برخلاف پلیمرهای طبیعی و طبیعی اصلاح یافته، پلیمرهای مصنوعی از مولکولهای کوچکتری ساخته شده اند و در طراحی آنها امکان یک تغییر پذیری های تقریباً نامحدودی وجود دارد. آنها تقریباً برای هر کاربردی می توانند سفارش و طراحی شوند. اندازه و ترکیب شیمیایی آنها برای ایجاد تقریباً هر نوع کاربرد و خصوصیاتی می تواند ساخته شود.

اغلب پلیمرهای مصنوعی از جانشینی اتیلن بدست می آیند. فرایند پلیمرازیسیون از طریق یک واکنش افزایشی، در جایی که گروههای اتیلنی جانشین شده به انتهای زنجیره پلیمری اضافه شده اند رخ می‌دهد. در شکل زیر گروه جایگزین شده “A”، گروه عاملی می باشد.

 

اسکلت کربن – کربن و امکان نامحدود جایگزینی قابل توجه است. در مقایسه یا پلیمرهای پایه سلولزی و نشاسته اسکلت کربن – کربن بسیار پایدارتر از اتصالات اکسیژن – کربن می باشند. اتصال کربن – کربن مقاوم در برابر باکتری و دارای پایداری دمایی در دماهای بالاتر از (3710C)7000F است.

گروههای جایگزینی قابلیت بیشتری برای جدا شدن و تجزیه نسبت به تصال کربن – کربن دارند.

پلی اکریلات[26]

پلیمریزاسیون اسید اکریلیک و پس از آن نتراسیون با هیدروکسید سدیم، پلیمر سدیم پلی اکریلات[27] (SPA) را ایجاد می کند. SPA یک پلیمر آنیونی است که با توجه به وزن مولکولی پلیمر می تواند به عنوان افزاینده ای جهت کاربردهایی برای ضد لختگی یا کنترل هرز روی گل به کار رود.

 

در هنگام حفاری چاه، برخوردها و کنش های موجود بین جامدات حفاری شده تأثیرات عمیقی بر روی خواص گل می گذارد.

یک میل طبیعی برای وقوع لختگی در گل وجود دارد مطابق شکل1-15

 

شکل 1-15 لختگی

لخته شدن نتیجه یک افزایش کلی در خصوصیات رئولوژیکی سیال حفاری است. SPA به عنوان یک لخته گیر در وزن های مولکولی پایین (کمتر از 10000) عمل خواهد کرد.

SPA بسیار آنیونی است و بر روی جامدات فعال در سیال حفاری جذب می شود. پلیمرهای جذب شده به دلیل آنیونی بودن بارهای مثبت بر روی ذرات بهم پیوسته را خنثی کرده و یک دافعه متقابل و در نتیجه ضد لختگی را نتیجه خواهد داد. که بهترین نتیجه دهی با یک پلیمر کوچک خواهد بود.

پلیمرهای با زنجیره کوتاه بیشترین جذب بر روی سطوح ذرات را داشته و زمانی که یک پلیمر بر روی چند ذره جذب می شود، مشکل لختگی را حل می نماید.

 

شکل 1-16 اثر دافعه متقابل

بسیاری از شرکت های سازنده گل از سدیم پلی اکریلات با وزن مولکولی پایین به عنوان بازدارنده لختگی اولیه برای سیستم های گل کم جامد، غیر پخش شده و دیگر سیستم ها استفاده می کنند. سدیم پلی اکریلات می توان بصورت یک پودر خشک تولید شود و اما معمولاً به صورت مایع موجود است.

SPA در مقایسه با لیگنو سولفات ها در غلظت های پایین تری عمل خواهد کرد. معمولاً غلظت های ما بین 25/0 تا (lb/bbl)1 برای کنترل خواص رئولوژیکی کافی است. SPA به آلکالینیتی PH بستگی ندارد و دماهای تا حدود (260C)5000F را تحمل می  کند. SPA بهترین کارایی را در سیستم های پلیمری دراد اما بعضی مواقع به عنوان تثبیت کننده در گل و یا کاربردهای زمین گرمایی استفاده می‌شوند.

SPA بسیار حساس به غلظت بالای جامدات است و با توجه به اینکه به عنوان مواد فعال سطحی است در محیط های با جامدات بالا این فعال بودن در هم شکسته می شود. SPA بهترین کارایی را در زمان CEC (ظرفیت تغییر کاتیونی) پایین یک گل بنتونایت خواهد داشت.

-       کوپلیمرها

در هموپلیمرها بیشتر با پلیمرهایی سر و کار داشتیم که از واحدها (موتومرهای) مشابه تشکیل می‌شدند ولی امکان آن وجود دارد که پلیمراسیون با بیش از یک نموه از موتومرها شروع شده و در نهایت یک کوپلیمر را نتیجه دهد. یک کوپلیمر شامل تعداد دو یا بیشتر از نمونه های متفاوت مونومرهاست. از طریق کوپلیمریزاسیون، پلیمرهایی با خصوصیات متفاوت نسبت به هر هموپلیمری می تواند ساخته شود. اضافه شدن مونومرهای بیشتر کاملاً یک بعد جدیدی در طراحی و قابلیت خصوصیت بخشیدن به پلیمر خواهد داد ممکن است با استفاده بیش از یک مونومر، خصوصیات ویژه و منحصر به فرد دیگری به محصول پلیمر نهایی داده شود به عنوان مثال یک مونومر می تواند برای افزایش پایداری دمایی و مونومر دومی برای محدودیت شیلی مورد استفاده قرار گیرد.

TAKLE®

TAKLE® مثالی از یک کوپلیمر است که از دو مونومر ایجاد شده است.

مونومر سدیم اکریلات (مشابه در SPA)و یک مونومر شناخته شده در صنعت به نام
(2-acrylamido-2-methyl propane solfonic Acid) AMPS است. مونومر AMPS یک گروه سولفوناتی ایجاد می کند که خواص پایداری دمایی بالا، سازگاری با جامدات، نمکی بودن و سختی را نسبت به گروه سدیم اکریلات، مجزا به پلیمر می بخشد.

 

شکل 1-17 پلیمریزاسیون کوپلیمر

کوپلیمریزاسیون

AMPS یک مونومر گرانبهای ارزشمندی است که در حضور آلودگی نیز پایداری دمایی بالایی را ایجاد می کند که بسیار بیش از میزان پایداری دمایی است که PAC و نشاسته اصلاح شده ایجاد می‌نماید.

 

شکل 1-18 ساختار منومر AMPS (2-acylamido-2-methyl propane solfinic Acid)

پلیمر TAKLE®با توجهبه وجود مونومر AMPS دارای مقاومت در برابر آلودگی بالا و سازگاری با جامدات نسبت به SPA  تنها است. AMPS همانند SPA بسیار مناسب برای کاربرد سیستم های پلیمری و کم جامد و غیر پخشی است. TAKLE در محیط های با جامدات بالا دارای مشکل کنترل ویسکوزیته است و همچنین تاثیر پذیر در محلول کلسیم با وجود این TAKLE در آب دریا بسیار کاراتر از SPA با وزن مولکولی پایین است.

 

SP-101®

یک پلی اکریلات با وزن مولکولی متوسط است (300.000±) که برای کنترل هرز روی گل استفاده شده است و پایدار در دماهای بسیار بالا [(204C)4000F] است و اغلب در کاربردهای زمین گرمایی بکار می رود. SP-101 همانند Takle به PH بستگی ندارد و تجزیه باکترییایی ندارد اما نسبت به آلودگی های محلول کلسیم حساس و تأثیر پذیر است. به همین دلیل توصیه شده است که غلظت کلسیم محلول در حدود (gr/L) 300 یا کمتر برای کارایی بهتر نگهداری شود که این در سیستم آب شیرین بسیار موثر است.

SP-101 بیشتر مواقع در سیستم های غیر پخشی و کم جامد و دیگر سیستم های پلیمری همانند PHPA بکار رفته است علاوه بر کنترل هرز روی گل SP-101 دارای یک تأثیر گذاری پایداری کنده های حفاری است.

SP-101 بر روی ذرات رس چسبیده و یک حالت کپسول شدن به کنده های حفاری می بخشد. بعضی مواقع که SP-101 به عنوان افزاینده به سیستم اضافه شود یک مشکل ویسکوزیته (تغییر نوسانی) به وجود می آید برای جلوگیری از کپسولی شدن کنده های حفاری در سیستم پلیمر باید به غلظت کافی افزوده شود تا حالت پایداری و تثبت کنده های حفاری باقی بماند.

معمولاً این غلظت در حدود (Ib/bbl) l رخ می دهد اما می تواند با توجه به میزان جامدات بصورت ناچیز، کمتر یا بیشتر باشد.

SP-101 یک بازدارنده لختگی بویژه در کاربردهای دما بالا و پلیمری است. با وجود SP-101 تأثیرات نازک شدن فوری همانطور که در Takle دیده شده ایجاد نمی نماید. بلکه در حفظ و پایداری خصوصیات رئولوژیکی در بسیاری از سیستم های آب تازه شامل PHPA، زمین گرمایی و کم جامد و غیر بخشی بسیار موثر است.

 

کوپلیمر پلی اکریل آمید / پلی اکریلات[28]

(PHPA) اغلب برای شناسایی کوپلیمر پلی اکریل آمید / پلی اکریلات استفاده می شود. محصول نهایی یک PHPA، پلیمر مشابهی است که با پلیمریزاسیون پلی اکریل آمید / پلی اکریلات تشکیل شده است. حتی با اینکه محصول اغلب به عنوان PHPA بیان شده اما در واقع کوپلیمریزاسیون از مونومرهای سدیم اکریلات و اکریل آمید ساخته شده است و به خاطر ساده سازی ماده به PHPA بیان شده است.

خصوصیات PHPA با وزن مولکولی و همچنین نسبت گروههای کربوکسیل به گروههای آمیدی تأثیرپذیر است. پلی اکریل آمید خودش به تنهایی غیرقابل حل است اما باید با سدیم اکریلات کوپلیمریزه شود تا حلالیت در آب را بدست آورد. کوپلیمریزاسیون با سدیم اکریلات یک پلیمر آنیونی را نتیجه می دهد که قابلیت حل شدن در آب را دارا است.

نسبت سدیم پلی اکریلات به اکریل آمید در شروع فرایند، نسبت دو گروههای عاملی در پلیمر نهایی را معین می کند. دو منومری که کوپلیمر را می سازند در زیر نشان داده شده است.

 

شکل 1-19 ساختار مونومرهای سدیم اکریلات و سدیم اکریل آمید

طی کوپلیمریزاسیون، دو منومر در یک مد تصادفی برای تشکیل اسکلت کربن – کربن خطی به هم متصل می شوند. کوپلیمر تشکیل یافته دارای گروهای کربوکسیلی و گروههای آمیدی هستند که بصورت تصادفی در طول اسکلت پخش شده اند. کوپلیمر بدست آمده در شکل نشان داده شده است.

 

 

شکل 1-20 ساختار PHPA

باید توجه شود که به دلیل وجود اتصال کربن – کربن، این پلیمر دارای یک پایداری دمایی استثنایی و مقاومت در برابر باکتری است. همچنین باید توجه شود که این پلیمر آنیونی است و این بدین معنی است که با سختی و سطوح کاتیونی همچون همان چیزی که بر روی رس ها وجود دارد تأثیر پذیر است.

 

Poly - plus®

رایج ترین استفاده PHPA در سیالات حفاری، نمونه ای با وزن مولکولی بالاست که از 65 تا 70% اکریل آمید و درصد باقیمانده اکریلات تهیه می گردد. محدود وزن مولکولی بالای 20 میلیون است.

Poly - plus® به عنوان محدود کننده شیلی و پلیمر بازدارنده کپسولی شدن جامدات در سیستم های آب شیرین، آب دریا، NaCl و kCl استفاده می شود. علاوه بر خصوصیات محدود کنندگی شیلی و بازدارندگی کپسولی شدن کنده های حفاری در سیستم آب شیرین ایجاد ویسکوزیته نیز می نماید.

ویژگی بازدارندگی شیلی PHPA زمانی رخ می دهد که پلیمر نزدیک دیواره چاه به رس ها می‌چسبند و از هیدراسیون (آبکافت) و پخش شدن های نرمال جلوگیری می کنند.

گروههای کربوکسیل آنیونی به بارهای مثبت بر روی لبه های ذرات رس می چسبند. تا زمانی که پلیمر دارای یک وزن مولکولی بالا و همچنین نسبتاً بلند است در طول دیواره چاه در چند محل همبسته شده و یک همبستگی کلی را در طول دیواره تشکیل می دهد که این یک پوششی در طول دیواره چاه و یک محدودیت عبور آب از درون رس ها را ایجاد می کند.

تأثیر مشابهی نیز بر روی کنده های حفاری شده دیده شده است که پلیمر در حفظ و تمامیت کنده ها کمک می کند و اجازه می دهد که کنده ها بسیار آسان از سطح خارج شوند.

PHPA همچنین در پایداری شیلی به وسیله تغلیظ فاز آب کمک می کند. PHPA ویسکوزیته ناخالص‌های سیال حفاری را که دارای ناتوانی در برابر هجوم و نفوذ در عمق را دارد افزایش می‌دهد با وجود این آب ممکن است تا مسیر بیشتر در شیل نفوذ کند یک سطح ناخالص پلیمری با مقاومت خیلی بزرگتر از اثر یک افزایش سریع فشار مویینه ایجاد می گردد که این امر در کم کردن مقدار ناخالصی آب موجود برای آبکافت موثر است و همچنین توانایی ورود ناخاصی ها به درون شکاف های کوچک و شکستگی های شیلی را محدود می کند.

مطالعات شیلی بر این مبنا بوده که یک نسبت 70:30 از واحدهای اکریل آمید به واحدهای اکریلات برای سیالات حفاری، بهینه است که اغلب بصورت 30% هیدرولیز بیان شده است و همچنین معین می کند که پلیمرهای با وزن مولکولی بالا در جلوگیری از کپسولی شدن بهتر از پلیمرهای با وزن مولکولی پایین عمل می کنند.

همانطور که قبلاً اشاره شد برای رسیدن به حلالیت در آب به کوپلیمرازسیون با سدیم اکریلات نیاز است هر چند یک پلی اکریلات 100% نمی تواند به اندازه یک نسبت 70:30 بازدارندگی ایجاد نماید. حتی در وزن های مولکولی بالای مشابه به نسبت 70:30 نیز بهترین محدودیت شیلی ایجاد می نماید.

نظریه ای وجود دارد که یک پلی اکریلات با وزن مولکولی بالا دارای میلی کششی بسیار بالا با بارهای مثبت بر روی رس ها است. مشابه لیگنوسولفونات ها، همانطوری که پلیمر در سیستم باقی می ماند و به لبه رس های فعال هم در سیستم سیال و هم در دیواره چاه می چسبند، ممکن است نیروی جاذبه بسیار قوی رس ها را به اطراف بکشد و باعث پخش شدن آنها در سیستم شوند.

گروه آمیدی به وسیله ایجاد کمی فاصله ما بین گروه های کربوکسیل آنیونی قوی و محل های کاتیونی بر روی ذرات رس به این روند کمک می کند.

زمانی که گروه های آمیدی و گروه های کربوکسیل بصورت یکنواخت در طول زنجیره پلیمر پخش می شوند بزرگی گروه آمیدی از نزدیک شدن گروه کربوکسیل به بارهایرس جلوگیری می‎کند و رس ها را به اطراف می کشاند.

همچنین گروه اکریل آمیدی دارای یک میل ترکیبی و کشش با سطح رس است اما یک باند هیدروژنی نسبتاً سست در مقابل بر هم کنش یونی قوی بین گروه کربوکسیل و بارهای مثبت بر روی ذرات رس وجود دارد.

گروه اکریل آمید مستعد تشکیل باندهای هیدروژنی در طول و سطح رس می باشد با وجود اینکه بر هم کنش یونی در داخل سیال به شدت اتفاق نمی افتد اما بر هم کنش رس و پلیمر در محل مورد نظر را جهت تأمین فاصله بین بارهای آزاد را به صورت عالی انجام می دهد.

در محیط های نمکی نیز PHPA هنوز در پایداری شیلی بسیار مؤثر است. با وجود این غلظت آن باید برای دستیابی به تأثیرات کافی بر روی ویسکوزیته افزایش داده شود. به همان اندازه که نمک آب افزایش پیدا می کند، PHPA نمی تواند به آسانی آب آزاد را جذب نماید و پلیمر به صورت گره خورده و پیچشی باقی می ماند و این پلیمر را به سمت کاهش خصوصیات ویسکوز بخشی هدایت می کند و هرچند پلیمر بر روی محل های فعال بر روی دیواره چاپ جذب شده هستند اما هنوز آنیونی است. بکارگیری PHPA در سیالات حفاری پایه نمکی بصورت ساده بدین معنی است که پلیمر PHPA بیشتری برای دستیابی به تأثیرات بازدارندگی از کپسولی شدن و ایجاد لایه صافی باید افزوده شود. از آنجایی که گل های نمکی، به ویژه گل های KCL یک مقدار بزرگی از پایداری شیلی به خود گل می بخشند، یک گل PHPA نمکی خصوصیات پایداری شیلی استثنایی بوجود می آورد. نمک یا KCL پایداری شیلی عالی به وجود می آورند و PHPA یک حالت صافی با وسیکوزیته به وجود می آورد که شدت هجوم و نفوذ سیال را محدود می کند.

یکی از نگرانی های استفاده از PHPA حساسیت آن بر کلسیم محلول است. همانند پلی اکریلات قسمت های کربوکسیل آنیونی با کلسیم واکنش می دهد. این یک مشکل جدی است به ویژه در سیستم های آب شیرین بدین صورت که کلسیم می تواند پلیمر PHPA را هرآنچه بصورت جامداتی که پلیمر بر روی آن جذب شده ته نشین کند. PHPA به عنوان یک لخته کننده در حضور کلسیم عمل می کند. به ویژه زمانی که محتویات جامد سیال حفاری پایین باشد. زمانی که محتویات جامد پایین است، کلسیم کاهش یافته لخته شدن سیال را باعث شده و جامدات از محلول جدا شده و بصورت مجزا از گل ته نشین می شود. در سیستم های با جامدات بالا، کاهش کلسیم، سیستم را لخته کرده و ویسکوزیته بسیار بالا را ایجاد می کند.

در گل نمکی، پلیمر PHPA نسبتاً گره خورده و پیچیده باقی می ماند و در این صورت برای تأثیرگذاری لختگی در محلول کلسیم مستعد نمی باشد اما هنوز با Ca حداقل برای اندکی افزایش تأثیرگذار است. از آنجایی که Ca مستقیماً بر روی پلیمر، با یک قسمت آنیونی واکنش می دهد که قسمت های آنیونی در یک محل فعال بر دیواره چاه زیاد موجود نیستند. به صورت خلاصه در این صورت مقدار پلیمر زیادی باید برای از سرگیر تأثیرات کلسیم استفاده شود.

بهترین وضعیت محلول کلسیم برای سیستم های PHPA تا کمتر از (1/ mg) 300 توصیه شده است که این حالت برای بهبود وضعیت در کاربردهای با دانسیته پایین و جامدات پایین آسانتر است به ویژه زمانی که جامدات قابل هیدراته نیستند. زمانی که غلظت جامدات نسبتاً بالاست همچون یک گل با وزن بالای lb/gal 10 و یا یک گل بنتونایت بالای lb/bbl 20 در آنصورت برای بهبود کلسیم بسیار مشکل است. خارج کردن کلسیم از سیستم نیازمند اضافه کردن یک منبع کربناتی همچون سودا اش یا بی کربنات سودا است که ممکن است باعث لخته شدن سیستم گردد.

یک وضعیت مشابه، به وسیله آلودگی منیزیم ایجاد می شود. منیزیم نیز به قسمت های کربوکسیل آنیونی می چسبد برای بهبود وضعیت منیزیم لازم است که PH را تا مرحله 10 و 5/10 افزایش داده شود. نظر به اینکه واکنشی که در آن PH با قابلیت افت، رخ می دهد PH باید در آن حد بالا نگهداری شود تا از تبدیل شدن به غیر قابل حل بودن در منیزیم کنونی به قابلیت حل دوباره جلوگیری کند.

سیستم های PHPA ، سیستم های غیر پخش شده هستند که به راحتی سازگاری و تحمل آلکالینتی، PH ندارد. همانند هر سیستم کم جامد، اضافه کردن کاستیک سودا دارای یک تأثیرگذاری لختگی بر روی سیستم های PHPA است. یون هیدروکسید (OH-) بسیار واکنش پذیر است و مستقیماً به سمت رس های غیر حفاظت شده در سیستم می رود.

هیدرولیز، پلیمر PHPA در هر PH رخ می دهد اما تا رسیدن به PH برای 10 بسیار ناچیز است. با وجود این که، یک هیدرولیز بسیار سریع آغاز می شود. هیدرولیز تا رسیدن به PH برابر 10 کامل نمی شد اما با توجه به اینکه هیدرولیز، جداسازی گازآمونیا (NH3) را نتیجه می دهد که در محل دکل درغلظت های پایین قابل ملاحظه است که باید از آن اجتناب کرد. هیدرولیز در واقع یک فرایند نسبتاً آرام در PH برابر 10 است که مدت زیادی را برای واکنش و عمل کردن از طریق پلیمر پیچش یافته می گیرد. فرایند با دمای بالا می تواند شتاب بگیرد. در دمای بالای  هیدرولیز در یک شدت بسیار بالا رخ می دهد. PHPA همانند یک بسط دهنده خواص بنتونایت و ایجاد لختگی های انتخابی و کلی عمل می کند.

با توجه به وزن مولکولی و نسبت مونومرهای اکریل آمید به مونومرهای اکریلیت، PHPA می‎تواند چند کاربرد در یک سیال حفاری پایه آبی داشته باشد.

 

GELEXÒ

مثالی از PHPA است که به عنوان یک پوشاننده و افزایش دهنده خواص بنتونایت استفاده می‌شود. زمانی که شرایط مناسب باشد، غلظت خیلی پایین PHPA می تواند ویسکوزیته بنتونایت را افزایش دهد. زمانی که جامدات کلی سیستم کمتر از 40% حجمی و غلظت بنتونایت کلی کمتر از 20lb/bb1 باشد PHPA می تواند به قسمت های مثبت بر روی ذرات رس بنتونایت بچسبند. با ذرات بنتونایت چسبیده به قسمت پلیمر و با باقی ماندن پلیمر آزاد برای هیدراته شدن و یا چسبیدن به دیگر ذرات رس، یک افزایش ویسکوزیته را نتیجه خواهد داد. در حقیقت پلیمر PHPA در سوسپانسیون با ذرات بنتونایت کلوئیدی هیدراته شده و از گره خوردگی خارج می‌شود.

برای افزایش بازدهی تأثیرات بنتونایت با استفاده از PHPA، چند شرایط دیگر علاوه بر غلظت‎های بنتونایت و جامدات کلی باید مورد توجه قرار بگیرد. اولاً سیستم باید سیستم آب شیرین باشد و نسبتاً خالی از کلسیم (200mg/l) برای هیدراته شدن مناسب است.

دوماً مقداری پلیمر باید در محدوده غلظت 05/0 تا (1b/bbl) 1/0 باشد. سوماً سیستم نباید محتوی هیچ افزاینده عامل پراکندگی و یا افزاینده ای که بتواند به بنتونایت جذب شود باشد.

فرآیند بهبود شرایط بنتونایت به گونه ای محدود به کاربردهای سیستم هایی با جامدات کم و غیر پخشی است. اضافه کردن تنها یک مقدار کوچک از PHPA سبب یک افزایش فوری در ویسکوزیته می شود. همانطوری که بر غلظت PHPA افزوده می شود ویسکوزیته به یک افزایش فوری در ویسکوزیته می شود. همانطوری که برغلظت PHPA افزوده می شد. ویسکوزیته به یک بیشترین مقدار خواهد رسید و پلیمرهای اضافه شده بعدی به صورت جدا شده می ماند. محدوده موثر غلظت پلیمر بسیار کم است.

میزان بهبود شرایط بنتونایت با پلیمر به عوامل زیر بستگی دارد:

-        وزن مولکولی (MW) و نسبت اکریل آمید به اکریلیت

-        اندازه و هیدراسیون ذرات

-        میزان نمک و سختی آب تزریق شده

-        غلظت پلیمر PHPA

 

FLOXITTM

همچنین PHPA به عنوان یک لخته کننده نیز می تواند بکار رود. لخته شدن در این فرآیند به وسیله پلیمرهای لخته کننده ذرات مجزا به باندهای سست وصل می شوند و تشکیل تجمع های بزرگی می دهند. جرم حاصل از ذرات بهم پیوسته به حدی افزایش پیدا می کند که جامدات انباشته شده بصورت مجزا از تعلیق قرار می گیرند و زمانی که سیستم ساکن است بیشتر ته نشین می گردد.

مکانیسم صورت گرفته در لختگی بسیار مشابه مکانیسم استفاده شده برای افزایش خواص بنتونایت است. PHPA در هر دو مورد بسیار موثر است. باید توجه داشت که PHPA در سیستم های حاوی لخته کننده ها بنتونایت بسیار موثر نیست.

از آنجایی که بنتونایت به صورت و اندازه های کلوئیدی و جامدات هیدراته شده بر می گردد بنتونایت ته نشین نشده و ذرات کوچک هیدراته شده، دانسیته کافی جهت ته نشین شدن را ندارند.

استفاده از Floxit محدود به کاربردهای حفاری آب شیرین می باشد. غلظت بهینه Floxit باید با تست های پایلوتی تعیین گردد. تأثیرگذاری لختگی بستگی به برخوردها و برهم کنشی است که پلیمر و جامدات با هم دارند که نشأت گرفته از موارد زیراست:

-        قابلیت هیدراته شدن جامدات

-        غلظت جامدات

-        نمکی بودن آب

-        سختی آب

-        خصوصیات شیمیایی پلیمر

-        غلظت پلیمر

-        خصوصیات رئولوژیکی سیستم

AMPS همچنین برای بهبود پایداری دما بالا در الودگیهای افزاینده های کنترل هر زروی گل به کار می‌رود. مثال هایی از کوپلیمرها که در ان مونومر AMPS یا دیگر مونورهای سولفوناتی را جایگزین می‎کنند همانند 2825 Hostadrill  Hoechsts ، Specialitiecs Drilling D – Driscal و SKWSpolydrill این مواد به گونهلی ساخته می شوند که سازگاری در حضور نمک و سختی در دماهای(C 204°) F 400° ایجاد می نماید ساختار شیمیایی Hostadrill و Polydrill در شکل آورده شده است .

 

شکل 1-2 ساختار POLY DRILL

POLY DRILL®

یک پلیمر سولفوناتی است که به عنوان افزاینده کنترل هرزروی گل بکار می رود و رئولوژی گل را در گسترده وسیعی از حفاری و سیستم های سیالات تکمیلی، پایداری می کند.

خصوصیات POLY DRILL در یر آمده است.

فیزیکی

شیمیایی

ظاهر: پودر قرمز / قهوه ای

نوع: پلیمر سولفوناته مصنوعی

وزن مخصوص: 0.75

حلالیت: قابل حل در آب

دانسیته حجمی: kg/m3 600

PH: 7.0 – 9.0

 

فرمولاسیون Polydrill یک شیمی جدید متعلق به گروهی از پلیمرهای 100% مصنوعی هم چون کوپلیمرهای پلی اکریل آمیدها و وینیل سولفونات / وینیل آمید است.

پلیمر دارای یک وزن مولکولی 200000 که به آن فواید کنترل کنندگی هرزروی گل به وسیله کاهش فضاهای خالی (پرز) کیک فیلتری و مسدود کردن این فضاهای خالی می دهد این پلیمر همچنین دارای یک قابلیت بالای محصور کنندگی آب که قسمت زیادی از آب های آزاد را غیر فعال می کند. Polydrill در آلودگی های بالا و محیط های دما بالا در غلظت های kg/m3 5/8-8/2 بسیار خوب عمل می کند از دیگر خصوصیات این پلیمر می توان موارد زیر را نام برد:

-        پایداری دمایی بالای c ° 200

-        مقاومت کلسیمی تا ppm 75000

-        مقاومت منیزیمی تا ppm 100000

-        مقاومت کامل در برابر کلراید پتاسیم و سدیم

-        پایدار کنندگی خصوصیات رئولوژیکی

-        تأثیرات اندک بر روی ویسکوزیته

-        بهتر کردن کیفیت کیک فیلتری

-        نداشتن اثرات مخرب سازند

-        پذیرفته شده محیط زیست

یک نمونه از یک پلیمر دما بالا که کاربرد آن در جلوگیری از پلاتینی شدن در دمای بالا است. یک کوپلیمر Sulfonated Styrene Maleic Anhydride (SSMA) است.

که عموماً در چاهها در دمای بالا قبل از نمودارگیری بکار می رود و در دیگر زمانی که سیال حفاری برای یک زمان متناوب اضافی نمی چرخد و در نگهداری پایداری در دمای بالا مؤثر است و نمی تواند به عنوان افزاینده ای برای کنترل هرزروی گل یا یک لخته کننده باشد ساختار در شکل 1-23 مشخص است.

 

شکل 1-23 ساختار مونومر SSMA

RheostarTM

سیستماین پلیمر برمبنای مصنوعی است.

برای کنترل ژلاتینی بودن در دمای بالا و لختگی بنتونایت دما بالا می رود وبرای ایجادلایه یا ضد لختگی نیز بگار می رود.به علت طبیعی بودن تجمعی محیط های پایه آبی دما بالا،Rheostar در واقع مخلوطی از سه پلیمرمصنوعی باوزن مولکولی پایین است. این پلیمرها بسیار متفاوت از پلیمرهای پایه اکریلیتی AMPS قدیمی می باشد.

Rheostar یک پودر خشک است که در سیستم آب شیرین و آب دریا سریع عمل می‎کند و تا دمای 450°F(232°C)   پایدار است عموماً غلظت آن از 6 تا (lb/bbl) 12 متغیر است. این پلیمر یک پلیمر شبکه ای است که از مونومر اکریل آمید و مونومر سولفاتی و یک مونومر شبکه ای تشکیل شده است. درجه اتصالات و شبکه ای شدن در ساختار پلیمر یک نقش مهمی در حلالیت پلیمر و خصوصیات کنترل هرزروی گل دارد. اتصالات بیشتر پلیمری محکم تر و تمایل هیدراته کمتر حاصل می نماید در حالی که شبکه اتصالات خیلی کمتر نتایجی همچون خصوصیات مشابه به PHPA که بلند و خطی با سازگاری کمتری نسبت به آلودگی ایجاد می نمایند.

PRAEST STABIL پلی اکریل بر پایه پلیمرهای مصنوعی

POLY STABIL – تینرهای سیالات حفاری – باز دارنده پوسته، پوسته شدن

این محصولات کاربرد فراوان به ویژه در زمان حفاری رس های فعال آبی با گل های پایه آبی دارند خصوصیات بارز این محصولات، محافظت عالی از تأثیرات مخرب که رس ها یا شیل ها بر روی عملیات حفاری به عنوان مثال خیس شدن، چسبیدن و یا توپی شدن مته (دراثر بادکردن شیل) دارند.

 

محصولات (مشتقات) اصلی این پلیمر عبارتنداز :

PRAESTAPOL  D2624 : با وزن مولکولی بالا دانه بندی شده با خواص ضد کپسول شدن عالی

PRAESTAPOL  C3812: با وزن مولکولی متوسط دانه بندی شده و کاهنده صافی خوب و لخته شوندگی انتخابی

                 PRAESTAPOL  EM35  : تعلیق مایع PRAESTAPOL  D2624

چاهها اکتشافی

PRAESTAPOL®EM35

PRAESTAPOL

 D2624

PRAESTAPOL®

C3812

محافظت از خیس شدن رس ها و شیل‌ها حساس آب به صورت جلوگیری از چسبیدن و با غلیظ ساز گل

*

*

*

کاربرد در گل های بنتونایتی برای کاهش مقدار زیاد افت صافی و پایداری سوسپانسیون

 

 

*

کاربرد در سیالات بدون جامد برای افزایش ویسکوزیته، کاهش اصطکاک و کنترل جامدات

*

*

 

پایدار دمایی بالای 180°C

*

*

*

 

 

POLY STABIL  - تینرهای سیال حفاری و بازدارنده های پوسته شدن

پلیمرهای اکریلیک با وزن مولکولی پایین که ثابت کرده اند که چاره خوبی برای تینرهای مصطلح  و هچنین  پخش شدن تحت خیلی شرایط هستند، توانایی های زیست محیطی و پایداری دمایی، تنها تعدادی از خصوصیات بارزآنهاست. از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد.

 POLY STABIL   VZKمحصول مایع وزن مولکول پایین برای استفاده در آب شیرین و کم نمک

POLY STABIL  KWS محصول مایع سولفاته  وزن مولکولی پایین برای شرایط پرنمک

بطور کلی کلیه افزاینده های پلیمری امروزه نقش تعیینکننده ای در حفاری داشته که در پیوست A مرجعی از انواع این افزاینده ها آمده است.

1-9-2-9بررسی رفتار رئولوژیکی افزاینده های پلیمری سیالات پایه آبی در دما و فشارهای بالا  

در تحقیق زیر رفتار چند پلیمربه عنوان افزاینده برای بهبود خواص رئولوژیکی درگل های حفاری پایه آبی استفاده می شود در یک دما و فشار شبیه سازی شده با یک چاه نفتی  عمیق مورد مطالعه قرار می گیرد. پلیمرهایی که در این تحقیق مورد استفاده قرارمی گیرد عبارتنداز :

PHPA که یک پلیمر مصنوعی است و همچنین پلیمرهای طبیعی CMC و XC با به عبارتی زانتان سیال مورد تحقیق از حل کردن 1 و2 و3 گرم از هریک از سه پلیمرهای قابل حل در آب در 350cc از گل پایه، که شامل 21 گرم از جامد است بدست می‌آید. خصوصیات رئولوژیکی سیالات  پایه آبی یا روغنی در مواجه با فشارها و دماهای بالا در عمق چاه‌های نفت ممکن است تغییر پیدا کند. چند پلمیر طبیعی و مصنوعی وجود دارند که مقاومت خوبی را در برابر دما و باکتری‌یابی شدن و حتی تجزیه مکانیکی از خود نشان می‌دهند در این مطالعه که درمورد تاثیرگذاری دما و فشار بر روی رفتار رئولوژیکی سیال پایه آبی است 10 سیال متفاوت مورد آزمایش، انتخاب می‌گردد که اولین سیال مورد تحقیق شامل فقط بنتونایت، بدون افزاینده‌هایی پلیمری است که این  سیال پایه با 21 گرم از بنتونایت و cc 530 آب مقطر بدست آمده که با مخلوط کننده با دور rpm12000 به مدت 20 دقیقه تکان داده می‌شود. پس از آن با اضافه کردن به ترتیب 1 گرم، 2 گرم  و3 گرم از پلیمرهای CMC وXC  PHPA ( که همگی به صورت پودر هستند) در سیال، 9 سیال مورد تحقیق دیگر تهیه می‌گردند. سیال‌های ترکیبی (سیال شامل پلیمر) پس از تکان دادن به مدت 12 دقیقه (البته در کمترین دور مخلوط کننده به منظور اجتناب از تجزیه مکانیکی زنجیره‌های پلیمری) برای به وجود  آوردن محلول کامل آماده می‌شوند.

برای تهیه نمودار جریان سیالات مورد تحقیق از یک وسیکوزیمتر تجاری Fann50c استفاده می‌شود که قطر cup این ویسکوزیمتر mm 18.41 و قطر bob hadm   آن

 mm 12.245 و ارتفاع آن mm76.2 می‌باشد. این وسیله قادر به اندازه‌گیری ویسکوزیته سیال در دماهای بالای F° 525 و فشارهای بالای Psi 1050 و تحت شدت تنش‌های 1000 می‌باشد در این تحقیق همه نتایج بدست آمده در5 فشار100، 200، 300، 400 و Psi500 و در چهار دمای 110، 155، 200، 255 و F°  300 به ترتیب ثبت می‌شوند. قبل از تست ویسکوزیته، ویسکوزیمتر باید با یک روغن نیوتنی استاندارد کالیبره شود.برای ارزیابی خصوصیت کنترل هرز روی گل در سیال‌های مورد تحقیق از یک صافی تحت فشار سیال در دمای F ° 300 و فشار Psi 500 در یک دوره زمانی 30 دقیقه استفاده می‌گردد.

 

 

آنالیزها و نتایج

برای اولین تجربه نمودار جریان بدست آمده مطابق گراف 1-4 برای همه سیال‌‎های مورد تحقیق، تحت یک افزایش تنش برشی با افزایش شدت تنش (غیرخطی) صورت می‌گیرد که اندازه‌گیری‌های بدست آمده را در دماها و فشارهای متفاوت نشان می‌دهد. هرچند نمودار جریان متعلق به دماها و فشارهای مختلف هستند اما آنها نیز قابل مقایسه با یکدیگر می‌باشند. در نمودار مشخص است که در یک شدت تنش داده شده، تنها برای سیال پایه، یک افزایش در فشار یا دما، افزایش تنش برشی را به همراه خواهد داشت. برای همه نه سیال دیگر به ترکیب پلمیری، زمانی که هریک از دو پارامتر دما یا فشار افزایش پیدا می‌کند، یک افزایش در تنش برشی مشاهده می‌گردد. گراف 1-5 تاثیرات دما بر روی نمودار جریان که خیلی دقیق‌تر و مجازاتر از تاثیرات فشار بر روی نمودار جریان است قابل توجه است.

در حقیقت برای همه سیالات مورد تحقیق، افزایش فشار بیشتر از Psi300 (همانطوری که از گراف 1-5 قابل درک است) تاثیرات قابل اندازه‌گیری بر روی نمودار جریان ندارد، که این رفتار می‌تواند نشان دهد که سیالات مورد نظر در این محدوده از فشار اعمال شده، غیرقابل فشرده شدن هستند.

برای یک سیال غیرقابل فشرده شدن، اعمال کنش‌های ایزنتروپیک (همچون فشار)، تاثیری بر روی ذرات سیال ندارد و در نتیجه نمودار سیال می‌بایست همانگونه که دراین کار به دنبال آن هستیم بدون تغییر بماند.

دومین کار درمورد مطالعه تاثیرات فشار و دما بر روی قدرت ژلی سیالات مورد تحقیق است تاثیر پارامترها بر روی قدرت ژلی گل پایه، تفاوت آن را با استفاده پلمیر در سیستم نشان می‌دهد برای پلیمر PHPA (گراف- 1-6) قدرت ژلی بدست آمده در بالاترین فشار و دمای اعمال شده، کمترین مقدار است برای این پلمیر قدرت ژلی بوسیله یک افزایش در دما در هر فشار داده شده افزایش پیدا می‌کند. این رفتار مشابه در همه 3 غلظت می‌شود. برای CMC قدرت ژلی تا زمانی که دما به °200  سی سی برسد، افزایش پیدا می‌کند وسپس شروع به کاهش در دماهای بالاتر می‌کند.

برای پلمیر XC نیز، تاثیر مشابه بر روی قدرت ژلی  قابل مشاهده است.

تحقیق سوم در رابطه با تاثیر فشار و دما بر روی ویسکوزیته ظاهری سیال‌های مورد مطالعه است گراف 1-7 نشان می‌دهد که یک افزایش در فشار و دما، ویسکوزیته ظاهری سیال پایه افزایش پیدا می‌کند در مقابل برای گل‌های با افزاینده پلمیری، یک کاهش در ویسکوزیته ظاهری در هرسه غلظت به کار رفته، قابل مشاهده است. (گراف 1-8)

کنترل هرز روی گل، آخرین ارزیابی در این تحقیق است. در این تحقیق، سیال با کارایی بهینه می‌بایست افت صافی آن کمتر از 15 سی سی در یک دوره زمانی 15 دقیقه باشد و همه آزمون‌ها می‌بایست در یک دمای معیار باشد اما در دمای بالاتر 250 فقط محلول PHPA خصوصیات افت صافی خوبی  از خود نشان می‌دهد دو پلیمر دیگر از حالت استاندارد به دور هستند. (مطابق جدول زیر)

CMC (3gr)

CMC (2gr)

CMC (1gr)

XC (3gr)

XC (2gr)

XC (1gr)

PHPA (3gr)

PHPA (2gr)

PHPA (1gr)

FLUID

16

18.5

19

17

21

26

8.2

9.2

11

FLUID LOSS (CC)

تفاوت بین این سه پلیمر در رفتارصافی آنها منطقی به نظر می‌رسد. زیرا در دماهای بالا CMC وXC  دارای پایداری دمایی پایین و بسیار نامقاوم در برابر تجزیه دمایی می‌باشند.بر پایه نتایج بدست آمده در این کار تحقیقی  به هنگام حفاری در عمق چاهها، زمانی که دما و فشار بسیار افزایش پیدا می‌کند پلیمر PHPA ، افزاینده‌ای منتخب، نسبت به دو پلیمر دیگر است. استفاده از این پلیمر ویژه در ظاهر بسیار گرانتر از دو پلیمر دیگر است اما ممکن که در دراز مدت این قیمت بالا را جبران نماید.

   

گراف 1-4 تغییرات نرخ برشی در فشارهای مختلف

گراف 1-5 تغییرات حجم سیال در دما و فشار مختلف

 

گراف 1-6 تغییرات مقاومت ژلی در دما و فشارهای مختلف

 

 

1-9-2-10بررسی نتایج تست زیست پایداری تعدادی از افزاینده‌های پلیمری سیالات حفاری

هدف از تحقیق تخمین و محاسبه زیست پایداری[29] چند افزاینده حفاری بر پایه پلی اکریل آمید، واکنش‌گر نشاسته‌ای و کربوکسی متیل سلولز اصلاح یافته به هنگام در معرض قرار گرفتن میکرو ارگانیسم‌های زیر است.

Fusarim sp.no.56,Rh .erythropolis Vkm AC- 1339D

یکی از مشکلات اصلی در چاه‌های نفت و گاز، مشکلات زیست‌محیطی به هنگام حفاری به وسیله مواد ویژه شیمیایی با میزان سمیت‌هایی متفاوت است. قسمتی از اجزاء دور ریزنده‌های (فاضلاب) حفاری، اجزا آلی با محدود وسیعی از واکنش‌گرهای شیمیایی است.

بیشتر نگرانی این اجزا مربوط به اجزایی است که به منظور خواص ژلی و یا تأثیرات پایدارکنندگی در ترکیب با بخش‌های معدنی، کلوئیدی تشکیل سوسپانسیون ذرات (بخش سمی) را می‌دهند که پایداری توده‌ای و پیوسته به دو ریزنده‌های حفاری می‌بخشد.

بعضی سیستم‌های پخشی- کلوئیدی پایدار شده به فعالیت‌های فیزیکو شیمیایی کمتر حساس هستند. هرچند این افزاینده‌ها، خطرات زیست محیطی را در بردارند، می‌بایست افزاینده آلی مناسب برای آب حفاری به منظور حفظ محیط زیست انتخاب شود.

هدف از این تحقیق محاسبه زیست پایداری چند افزاینده حفاری بر پایه پلی اکریل آمید (sypan, DKS- extender, dk- drill Activator I, Aphroizer B,corn starch,  fito – Rstarch , Gabroza EHV) و اصلاح یافته‌های کربوکسی متیل سلولز (CMC- Selpol- SL, CMC RX,CMC- Finfix) در ارتباط با میکرو ارگانیسم‌های ذکر شده است. CMC ‌های اصلاح سازی شده مواد آرام حل شونده و سفید رنگ که محلول‌های کلوئیدی ویسکوز را تشکیل می‌دهند.نشاسته ذرت زرد رنگ، پودر آرام حل شونده که محلول کلوئیدی ویسکوز تشکیل می‌دهند. نشاسته- R fito  و واکنش‌گر Gabriza EHV پودرهای سفیدرنگ هستند که با نشاسته ذرت در حلالیت بالا در آب  سرد متفاوت است.

Activator I نشاسته اصلاح یافته‌ای است با وزن مخصوص 3.5- 3.6 که برای  بهترکردن پایداری ساختار محلول APHORON ICSTMو به هنگام اخطار کاهش ویسکوزیته تحت سرعت‌های پایین انتقال در اثر تجزیه دمایی بکار می‌رود.

Aphronizer B پلیمری  است با وزن مخصوص ( ) 67/0- 61/0 که در محلول‌های حفاری APHORON ICSTM برای پایداری phron ها بکار می‌رود.

Activtor I  و  Aphroizer B بسیار رطوبت‌کش هستند. Sypan پلیمری است که شامل پلی اکریل آمید هیدرولایتیک (PAA) با وزن مولکولی 180 که مقدار هیرولیز 30-20% است.

رودررویی فعال مخرب‌های نفت و محصولات آن

Rhodococus erythropolis VKMAC-1339 D +Fusanum sp.no.56 در این تحقیق مورد استفاده بوده است.



[1] - Poly ethylen

[2]- Degree of polymerization

[3] - Carboxy methyl cellulose

[4] - Partially Hydrolyzed poly acryl amide

[5] - Hydroxy ethyl cellulose

[6] - cross linked xanthan gum

[7] - Naturally occurring

[8] - Modified naturally occurring

[9] - Synthetical drived

[10] - Amylose

[11] - Amylopectine

[12]- Medified natural polymers

[13] - Poly electrolyts

[14] - Caoncentration effects

[15] - Divalent cation effects

[16] - Poly anionic cellulose

[17] Hydroxy ethyl cellulose

[18] - Carboxy methyl starch

[19] - Hydroxy propyl

[20] - Low- shear- Rate- Viscosity

[21] - Maltodextrine

[22] - Tarmarind gum

[23] - guar gum

[24] - Noqe

[25]- Synthetic Polymers

[26] - Poly acrylate

[27] - Sodium poly acrylate

[28] - Polyacrylamide / polyacrylate copolymer

[29] -Bio stability