سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
سیالا ت پایه ابی WBM
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ٢:۳٦ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/٦/٢۱
 

رئولوژی سیالات حفاری

Reheology به معنای علم حرکت از دو کلمه یونانی Reho (جریان) و Logy (علم) تشکیل شده است برای آنکه حرکتی صورت گیرد باید نیرویی بر جسمی وارد شود، با وارد شدن این نیرو بر جسم تغییر شکل صورت می‌گیرد.

هرگاه این تغییر شکل برگشت ‌پذیر باشد به آن elastic (فنری)،  ولی چنانچه تغییر شکل برگشت‌ناپذیر باشد به آن plastic گویند، حال چنانچه نیروی وارده باعث جریان یافتن آن ماده شود به آن سیال گویند.

سیال:

اگر دو سطح روی هم داشته باشیم و ماده‌ای درون آنها قرار گرفته شده باشد، هرگاه سطح پایینی ثابت و سطح بالایی متحرک باشد وقتی صفحه فوقانی به مساحت A توسط نیروی F با سرعت یکنواخت مخالف صفر حرکت کند می‌توان گفت که ماده موجود بین دو صفحه یک سیال است.

در این صورت تنش برشی  بر ماده مورد نظر وارد می‌شود به عبارتی ماده‌ای که در اثر تنش برشی هر چند ناچیز بطور دائم تغییر شکل دهد سیال نامیده می‌شود. تنش برشی در یک نقطه حد نیروی برشی وارد بر سطح است وقتی که این سطح به قدر کافی کوچک و به یک نقطه تبدیل شود.

نیروی «F» با سطح «A» و سرعت V نسبت مستقیم و با ضخامت سیال نسبت معکوس دارد بنابراین خواهیم داشت:

 

با اضافه کردن ضریب  می‌توان نوشت:

 ضریب تناسب و نشان‌دهنده خاصیت لزجت سیال است.                                 

 

 

 

در این صورت تنش برشی متوسط عبارت است از حاصل تقسیم نیروی برشی بر سطح،

 پس خواهیم داشت:                                                                              تنش برشی       

                                                                                                                  

 

با توجه به رابطه‌های بالا می‌توان گفت تنش برشی تغییرات سرعت بر تغییرات مسافت می‌باشد که به این معادله قانون لزجت نیوتن گویند.

تعریف سیال مواد غیر سیال را در بر نمی‌گیرد مثلاً یک ماده پلاستیکی متناسب با مقدار نیروی وارد بر آن به میزان معینی تغییر شکل می‌دهد ولی این تغییر شکل با گذشت زمان پیوسته نیست در صورتی که در سیالات تغییر شکل با گذشت زمان پیوسته است اگر بین دو صفحه خلاء ایجاد کنیم میزان تغییر شکل در هر لحظه صعودی و یا اگر بین دو صفحه ماسه قرار دهیم بدلیل وجود اصطکاک به نیروی معینی برای ایجاد حرکت پیوسته نیاز خواهیم داشت لذا پلاستیک‌ها و جامداتی که خاصیت elastic دارند در طبقه‌بندی سیالات قرار نمی‌گیرند.

سیالات را می‌توان به دو گروه نیوتنی و غیرنیوتنی تقسیم کرد. در سیالات نیوتنی بین تنش برشی و سرعت تغییر شکل زاویه‌ای رابطه خطی وجود دارد اما در سیالات غیرنیوتنی رابطه میان تنش برشی متوسط و سرعت تغییر شکل زاویه‌ای غیرخطی است.

اگر به رابطه گرانروی نیوتن توجه شود در خواهیم یافت که گرانروی با تنش برشی نسبت مستقیم دارد گرانروی بنابر تعریف خاصیتی از سیال است که در مقابل حرکت و یا به عبارت دیگر تنش برشی مقاومت از خود نشان می‌دهد.

گرانروی گازها با افزایش درجه حرارت نسبت مستقیم ولی گرانروی مایعات با افزایش درجه حرارت نسبت عکس دارد به نظر می‌رسد علت اصلی گرانروی مایعات وجود جاذبه مولکولی باشد زیرا با افزایش دما جاذبه مولکولی کم شده و گرانروی پائین می‌آید.

 

- جریان سیالات:

ذرات جامدی که درون سیالات به حرکت در می‌آیند تحت تاثیر دو نیروی اصلی هستند:

1) نیروی ثقل

2) نیروی هیدرودینامیک

بطور کلی حرکت مواد در جریان سیال تابع قانون ثقل است این نیرو در جهت محیط ‌های پست‌تر اثر می‌کند یعنی همیشه تمایل به سقوط اجسام دارد. بطور مثال در یک چاه که مانند یک استوانه است سقوط ذرات به پائین را در پی دارد البته هیچ‌گاه حرکت سیال را نمی‌توان تابع مایع کامل دانست زیرا در مایع کامل غلظت همیشه تقریباً صفر است.

 نیروی دیگری که مدنظر است نیروی هیدرودینامیک می‌باشد. در چاه‌های حفاری عملاً این نیرو همان نیروی پمپها است که باعث شکست G.S شده و حرکت سیال را بوجود می‌آورد این نیرو در پائین از نوک مته باعث صعود ذرات جامد سیال می‌شود که همیشه مقدار این نیروی صعودی باید از نیروی ثقل بیشتر باشد و از آنجا که این نیروی هیدرودینامیک ایجاد سرعت می‌کند پس در جداره جاه این سرعت  (Annular velocity) بسیار مهم بوده و کنده‌های حفاری زمانی در سطح ظاهر می‌شوند که سرعت صعود آنها از سرعت سقوطشان بیشتر باشد در جریان سیال به جزء اثر غلظت باید از تاثیر سایشی جداره نیز صحبت کرد. در یک محیط بسته استوانه‌ای جریان سیال تحت تاثیر نیروی سایشی جداره قرار دارد. در قسمت نزدیک جداره نیرویی عکس جهت حرکت بر سیال وارد می‌شود. این نیرو بر سطوح نزدیک به جداره و تا حدی به قسمت‌های درونی منتقل شده و در نتیجه سرعت‌های مختلفی به نسبت فاصله از جداره در سیال پیدا می‌شود. بطوری که برای نشان دادن حرکت عمومی ذرات یک سیال در محیطی بسته نمی‌توان از یک سرعت بلکه باید از سرعت‌های مختلف گفتگو کرد مثلاً در چاه‌های حفاری از آنجا که لوله‌هایی با سایزهای مختلف داریم (D.P-D.C) همچنین لوله های جداری با سایزهای مختلف پس باید دانست که سرعت سیال در هر قسمت می‌تواند متفاوت باشد.

قابل ذکر است که برای حمل کنده‌ها توسط یک سیال به جزء سرعت صعود و غلظت، اندازه و شکل هندسی ذرات نیز مهم است.

بطور کلی دو نوع جریان سیال قابل بررسی می‌باشد.

1) جریان تیغه‌ای (آرام)    Flow Laminar

2) جریان آشفته (درهم) Flow Turbulent

چنانچه سرعت سیال در هر مقطعی ثابت بماند یعنی نسبت به زمان تغییر نکند، جریان را آرام گویند که در آن ذرات بطور منظم حرکت می‌کنند ولی در جریان در هم ذرات سیال بطور نامنظم حرکت کرده و سرعت سیال نسبت به زمان تغییر می‌کند و موجب می‌شود که اندازه حرکت از یک بخش سیال به بخش دیگر انتقال یابد اگر سرعت یا دبی جریان زیاد باشد جریان آرام پایدار نبوده و تبدیل به جریان در هم خواهد شد.

جریان آرام به عنوان جریانی تعریف می‌شود که در آن سیال بصورت لایه لایه حرکت کرده و هر لایه به آرامی بر لایه مجاور خود (بدلیل تعادل مولکولی اندازه حرکت) می‌لغزد ولی در جریان متلاطم حرکت ذرات سیال درهم است و تبادل اندازه حرکت به دلیل حرکات متقاطع صورت می‌گیرد.

ماهیت جریان یا به عبارت دیگر آرام یا متلاطم بودن و موقعیت نسبی آن در یک مقیاس که نشان‌دهنده جریان درهم به جریان آرام است به وسیله عدد رینولدز نشان داده می‌شود.

- عدد رینولدز: رینولدز طبق آزمایشات و تحقیقات خود به این نتیجه رسید که نوع جریان به سرعت، جرم حجمی، گرانروی سیال و همچنین به اندازه قطر استوانه بستگی دارد و رابطه زیر را تعریف کرد.

 

جرم حجمی =

عدد رینولدز Re=

قطر استوانه= d

غلظت =

سرعت V=         

طبق این فرمول هرگاه گرانروی عدد بزرگی باشد جریان بصورت آرام (Laminar) و هرگاه نیروهای حرکتی (جرم و سرعت) عدد بزرگی باشند آنگاه عدد رینولدز بزرگ بوده و جریان بصورت درهم (turbulent) خواهد بود.

وقتی که گرانروی و نیروهای حرکتی (جرم و سرعت) یکسان باشند جریان ناپایدار و به اصطلاح یک حالت انتقالی خواهد داشت. عدد رینولدز بدون واحد و جریان‌ها براساس این عدد به شکل زیر تقسیم می‌شوند.

آرام                          Re<2100  Laminar

انتقالی                 2100<Re<4100 Transitional

متلاطم                          Re>4100  Turbulent

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- تعادل یونی آب و PH:

آب مقطر به مقدار کم یونیزه می‌شود و در آن تعادل یونی برقرار است.

 

در هر لیتر آب از یک مول آن فقط  مول به شکل فوق یونیزه بوده و می‌توان نوشت:                                           

و چون رابطه یونی فوق‌ تعادلی است می‌توان قانون تعادلها را برای آن در نظر گرفت.

 

چون غلظت یونی آب یونیزه شده ثابت است و حاصلضرب  نیز عددی ثابت می‌شود آن را با  نشان می‌دهیم و می‌توانیم بنویسیم:

 

اگر عدد مربوط به  را در رابطه  قرار دهیم خواهیم داشت:

 

این رابطه درمورد تمامی محلولها صدق می‌کند از آنجا که در محلول‌های مختلف اسیدی و بازی تغییرات  بسیار وسیع است و از 1 الی  مول در لیتر تغییر می‌کند، حال می‌توان به جای این اعداد منفی، از لگاریتم آنها استفاده کرد که آن را PH می‌نامیم. PH نشان‌دهنده قدرت یا پتانسیل یون هیدروژن می‌باشد پس غلظت  در یک محلول را برحسب مقیاس PH بیان کرده و آن را به صورت زیر تعریف می‌کنیم:

 

به عبارت دیگر PH لگاریتم منفی غلظت یون هیدروژن است. پس اگر داشته باشیم:  آنگاه می‌توان نوشت:

 

بنابراین برای یک محلول خنثی خواهیم داشت:

 

باید به خاطر داشت که PH به نمای 10 مربوط است و بنابراین غلظت یون  محلولی دارای 1=PH صد برابر غلظت یون  در محلولی دارای 3=PH است و سه برابر آن نیست.

علاوه بر این چون PH به نمای منفی مربوط است هر اندازه مقدار PH پایین‌تر باشد غلظت یون  بیشتر است. در 7=PH محلول خنثی و محلول‌های دارای PH پائین‌تر از 7 اسیدی و محلولهای دارای PH بالاتر از 7 قلیائی‌اند.

با تعیین PH یک سیال حفاری می‌توان خواص رئولوژی آن سیال را در محیط‌ های اسیدی یا بازی مورد بررسی قرار داد و به گزینه مطلوب یک سیال جهت حفاری دست یافت. اصولاً سیالات حفاری در محیط‌ های بازی به بهترین خاصیت رئولوژی خود می‌رسند. علت این مسئله ساختار مواد جامد مفید مورد استفاده در این سیالات می‌باشد. همچنین PH بالای 7 یکی از عوامل مهم در جلوگیری از خوردگی فلزات است.

یون هیدروکسیل توانایی خنثی کردن یون  سولفید هیدروژن (H2S) را دارا می‌باشد و از شکنندگی فلزات توسط این گاز جلوگیری می‌نماید (اگر انتظار برخورد با گاز  در حین حفاری می‌رود باید PH را بالای 11 نگه داشت).

نکته: انحلال کلسیم با افزایش PH کم می‌شود و منیزیم موجود در آبهای رودخانه‌ای و دریا در محدوده PH=10 رسوب می‌کند.

PH بالا می‌تواند باعث کلوخه‌ای شدن ذرات جامد  موجود در گل شود و این همان مشکلی است که موقع آلودگی گل با سیمان اتفاق می‌افتد و باعث بالا رفتن Y.P ،  G.S، F.L می‌گردد این مشکلات بخاطر افزایش ناگهانی PH بوجود می‌آید و افزایش کلسیم در این نوع آلودگی، تاثیر چندانی در بوجود آمدن مشکلات بالا ندارد.

 

 

 

 

 

 

- آلکالینیتی (Alkalinity)

برای اینکه به بهترین کارآیی مواد در PH بالای 7 رسید توجه به آلکالینیتی بسیار مهم است. آلکالینیتی مشابه PH نیست، یک باز قوی مانند کاستیک سودا با اضافه شدن به آب خالص می‌تواند رابطه بین PH و آلکالینیتی را نشان دهد (جدول 1)

 اندازه‌گیری آلکالینیتی  (و دیگر مقادیر) برای محاسبه یونهای هیدروکسیل ()، بی‌کربنات () و کربناتها () مورد استفاده قرار می‌گیرد.

رابطه آلکالینیتی یک محلول با PH مانند رابطه ظرفیت گرمایی با دما می‌باشد.

آلکالیتینی قدرت تشکیل یک باز بوسیله یک اسید را به ما نشان می‌دهد، این فرآیند مقدار اسیدی را نشان می‌دهد که باید مقدار PH محلول را تا مقدار معینی کاهش دهد. محلولهای مختلف نیاز به مقدار اسیدهای مختلف جهت کاهش PH دارند درست مانند اجسام مختلف که نیاز به مقدار مختلف تخلیه حرارتی جهت کاهش دمای خود دارند.

دو نمونه آلکالینیتی که بطور معمول اندازه‌گیری می‌شوند عبارتند از :

آلکالینیتی  عبارت است از مقدار اسیدسولفوریک 0.02 نرمال به سی‌سی جهت کاهش PH یک سی‌سی عصاره گل تا 8.3 ، که تغییر رنگ معرف فنل فتالئین پایان آزمایش خواهد بود.

آلکالینیتی  عبارت است از مقداری از همان اسید که برای کاهش PH محیط تا 4.3 لازم است که تغییر رنگ معرف متیل اورنژ پایان آزمایش خواهد بود.

مفهوم تیتراسیون یا کاهش PH با مقادیر ذکر شده بخاطر حضور یونهای کربنات و بی‌کربنات در بسیاری از عصاره‌های گل می‌باشد. یون کربنات () با اسید واکنش داده و یون بی‌کربنات () را تشکیل می‌دهد. این رویداد زمانی انجام می‌پذیرد که PH محیط تا 8.3 کاهش یافته باشد. همچنین در این PH تمام یونهای هیدروکسیل باید خنثی شده باشند.

 به عنوان نتیجه آلکالینیتی () اندازه‌گیری خاصیت قلیایی مشترک یونهای هیدروکسیل و کربنات می‌باشد به محض پائین آوردن PH تا 4.3  اسید با یونهای بی‌کربنات واکنش داده تا آنها را به آب و  تبدیل کند از نتیجه این دو آلکالینیتی می‌توان مقدار یون‌های هیدروکسیل، کربنات‌ها و بی‌کربنات‌های (اگر یون‌های مزاحم دیگری وجود نداشته باشند) درون محلول را محاسبه کرد.

متاسفانه در بسیاری از عصاره گلها، اسیدهای آلی و یونهای بافری مانند کرومات وجود داشته و در اندازه‌گیری آلکالینیتی  دخالت می‌کنند.

افزایش غلظت یونهای کربنات و بی‌کربنات درون یک گل باعث افزایش قدرت ژله‌ای گل می‌شود و این با افزایش مواد تینری قابل حل نخواهد بود. این مسئله باعث نیاز به رقیق سازی بیشتر جهت کنترل خواص رئولوژی گل داشته که متعاقباً باعث بالا رفتن هزینه گل خواهد شد.

 نشانه شروع این مشکل بالا رفتن  و کاهش PH می‌باشد. یکی از نشانه‌های پائین‌آمدن PH نیاز بیش از حد معمول به مواد افزاینده ، برای رسیدن به حد مطلوب PH خواهد بود. اگر این قضیه اتفاق بیفتد شاهد بالا رفتن ژل ده دقیقه‌ای خواهیم بود جهت درمان باید کلسیم اضافی به سیستم اضافه نمائیم (مانند آهک)، کلسیم با یون کربنات تشکیل رسوبی بنام  داده و منبع این مشکل را حذف می‌کند.

وقتی که PH گل در محدوده مناسب نگه داشته شود و غلظت یونهای کربنات و بی‌کربنات به پائین ترین حد ممکن برسد خواص رئولوژی گل ثابت بوده و گل به درمان شیمیائی احتمالی جواب می‌دهد.

علاوه بر آلکالینیتی عصاره گل یک آلکالینیتی دیگر نیز باید مشخص شود و آن آلکالینیتی خود گل می‌باشد () آزمایش این نوع آلکالینیتی مانند آزمایش فیلتریت بوده با این تفاوت که به جای عصاره از خود گل استفاده می‌شود.

هدف از این آزمایش تعیین نمودن ظرفیت و ذخیره آلکالینیتی گل می‌باشد.

مقدار یون هیدروکسیل () موجود در آب گل، مشابه یونهای موجود در عصاره گل می‌باشد اگر کسر حجمی آب گل که از دستگاه Ritort kit بدست می‌آید در  ضرب شود نتیجه باید مقدار آلکالینیتی فاز مایع را نشان دهد.

این عدد اگر از  کم شود آلکالینیتی حاصل از ذرات جامد را نشان می‌دهد و چنانچه این عدد در 0.26 ضرب شود سهم آلکالینیتی ذرات مواد جامد به عنوان معادل غلظت آهک آزاد درون گل به واحد  بدست خواهد آمد.

 

باید توجه داشت اگر نمک‌های آلی مانند لیگناتها و یا استات‌ها و یا اسیدهای آلی در محیط باشند نتیجه  برای شناسایی آلودگی بی‌کربناتها و کربناتها قابل اعتماد نخواهد بود که در آن صورت اندازه‌گیری  برای محاسبه مقدار کربنات و بی‌کربنات درون گل مورد استفاده قرار می‌گیرد و مقدار کمک خواهد کرد که آلودگی‌هایی نظیر کربنات و بی‌کربنات و دی‌اکسید کربن را تحت کنترل قرار دهید.

 

جدول 1: رابطه بین PH و Alkalinity برای آب خالص

 

(PPM)

 

( (cc 0.02N-

NaOH

(lb/bbl)

PH

0.0017

0.000005

0.0000014

7

0.017

0.00005

0.000014

8

0.17

0.0005

0.00014

9

1.7

0.005

0.0014

10

17

0.05

0.014

11

170

0.5

0.14

12

1700

5

1.4

13

17000

50

14

14

 

 

 

 

 

 

 

کنترل موادجامد گل حفاری:

یکی از وظایف گل حفاری بالا آوردن ذرات جامد حفاری شده است ولی باقی ماندن این ذرات جامد درون سیستم گل باعث بروز مشکلات عدیده‌ای می‌شود که از آن جمله می‌توان به تاثیر در خواص رئولوژی گل، کم شدن میزان حفاری، ایجاد Torque و  Drag، افزایش E.C.D  که نتیجه آن افزایش افت فشار سیستم و در نهایت افزایش هرز روی، افزایش گیر اختلاف فشار و ... اشاره کرد.

ذرات جامد درون سیستم گل یا مفید هستند یا غیر مفید، یا فعال هستند و یا از کمترین فعالیت درون سیستم گل برخوردارند. آنچه که در سیستم گل حفاری باید حذف و کنترل شود ذرات جامد غیرمفید چه فعال و یا غیر فعال می‌باشد.

حذف این ذرات یکی از موارد مهم کنترل خواص سیستم گل می‌باشد بر این اساس دانستن اندازه، قطر و وزن ذرات بسیار مهم است.

 

5

Hematite

4.2

Barite

2.6

Bentonite

0.85

Diesel oil

2.7-2.9

Limestone

2.6-2.7

Sand

1

Water (Fresh)

 

واحد اندازه‌گیری ذرات، میکرون () است و یک میکرون برابر 0.001 میلی‌متر و یا  اینچ است.

 

 

اندازه ذرات حفاری شده درون سیستم گل به دلایل زیر مهم است:

1) هرچه ذرات کوچکتر باشند اثر آنها بر روی خواص رئولوژی گل بیشتر است.

2) هرچه ذرات جامد درون گل کوچکتر و فعال‌تر باشند تصفیه و حذف آنها از درون سیستم گل مشکل‌تر است. (ذرات کلوئیدی بطور موثری خواص گل را تحت تاثیر قرار می‌دهند.)

حذف ذرات جامد از سیستم گل می‌تواند به روش‌های زیر صورت گیرد:

- اضافه نمودن آب به سیستم

- ته‌نشین کردن مواد جامد

- استفاده از الک لرزان

- استفاده از Hydrocyclones  و Centrifuges

- اضافه نمودن آب به سیستم:

می‌توان با اضافه شدن ذرات جامد در حین حفاری به گل و اضافه نمودن آب به سیستم و بیرون ریختن حجم معین، درصد ذرات جامد در گل را کنترل کرد.

این روش مخصوصاً در اوایل شروع حفاری و کمیتهای پائین کاربرد دارد. در این روش می‌توان از سیستم باز (یعنی اضافه نمودن آب از یک طرف و بیرون ریختن از سوی دیگر) و یا بصورت باز و بسته (یعنی اضافه نمودن آب و بیرون ریختن به اندازه آب اضافه شده) استفاده کرد.

این روش را می‌توان تا آنجا ادامه داد که حجم ذرات جامد بطور محسوسی افزایش یافته و برای تغییر در ساختار گل حفاری نیاز به مواد مفید دیگری احساس شود در این صورت باید گل موجود در سیستم را بیرون ریخته و مخازن جهت استفاده از سیال مناسب شسته شود.

- ته نشین کردن مواد جامد:

ته‌نشین کردن یکی از روش‌های متداول در حذف ذرات جامد معلق در سیالات می‌باشد.

ته‌نشینی به قطر، اندازه، وزن مخصوص و سرعت سیال بستگی دارد.

بطور معمول اگر مقدار ذرات جامد در گل کمتر از ده درصد باشد (گلهای سبک وزن) می‌توان جهت ته‌نشینی آنها در یک مخزن که حالت سکون در آن رعایت شود (بدون هم‌زن و تفنگی) اقدام کرد. در این حالت ذرات با اندازه‌های بالای 100 میکرون می‌توانند بصورت آزاد سقوط کرده و از سیستم خارج شوند.

اندازه توری

اندازه ذرات به میکرون

طبقه‌بندی ذرات

10

بیشتر از 2000

coarse

60

2000-250

Intermedia

200

250-74

medium

325

74-44

fine

-

44-20

ultrafine

-

2 میکرون یا کمتر از 2 میکرون

colloid

 

از جدول فوق می‌توان نتیجه گرفت که بیرون ریختن مواد کلوئیدی از سیستم گل بسیار مشکل و تا حدودی غیرممکن است.

- استفاده از الک لرزان:

در این روش با استفاده از ارتعاشی که به توریها (vibration Screen) داده می‌شود می‌توان در جهت تصفیه گل از ذرات جامد اقدام کرد. تعیین اندازه توری (Screen Mesh) براساس اندازه ذرات جامد در گل و سرعت حفاری امکان‌پذیر است هرچه ذرات بزرگتر باشند از توری‌هایی با سوراخ های درشت‌تر و هرچه ذرات کوچکتر باشند از توری‌هایی با سوراخ های ریزتر استفاده می‌شود.

امروزه الکهای لرزانی ساخته شده است که توانایی حجم ورودی زیادی از گل را دارند. از نقاط بسیار مثبت این نوع الکهای لرزان در به حداقل رساندن توجه به سرعت حفاری در انتخاب اندازه توری می‌باشد. الکهای لرزان فوق به شما این اجازه را می‌دهند که در هر سرعت حفاری با انتخاب ریزترین توری‌های ممکن در جهت حذف مواد غیرمفید با کمترین وقفه در عملیات حفاری اقدام کنید.

 

 

 

 

 

 

 

- استفاده از Centrifuges , Hydrocyclones:

Cyclone ظرف مخروطی شکلی است که قسمت انتهایی آن سوراخی جهت بیرون ریز مواد (UNDER Flow) تعبیه شده است.

تصفیه ذرات جامد بوسیله centrifuges و Hydrocyclone با استفاده از نیروی گریز از مرکز، میزان تصفیه گل را نسبت به روش ته‌نشینی (براساس وزن مخصوص خود ذرات) بیشتر می‌کند. این روش از قانون مشهور فیزیکی استوکس تبعیت می‌کند اگر گل در وضعیت متحرک قرار بگیرد ژل آن شکسته شده و ذرات به تبع قانون استوکس ته‌نشین می‌گردند. زمانی که ذره در آب با سرعت ثابتی رسوب کند این سرعت به نام سرعت سقوط نامیده می‌شود در چنین حالتی نیروی مقاومتی که از طرف آب بر ذره واد شده و از رسوبگذاری آن جلوگیری می‌کند با نیروی جاذبه که در جهت مخالف عمل می‌کند برابر است. بنابراین ذره از روی سرعت اولیه خود با سرعتی ثابت شروع به سقوط می‌کند.

در واقع سرعت سقوط یک ذره به قطر ذره، وزن مخصوص ذره و وزن مخصوص مایع بستگی دارد هرچه قطر ذره و وزن مخصوص آن زیاد باشد سرعت سقوط آن نیز بیشتر خواهد بود. فرمول ریاضی قانون استوکس به صورت زیر است:

 

وزن مخصوص ذرات جامد          سرعت ته‌نشینی برحسب

وزن مخصوص مایع               سرعت جاذبه برحسب    

گرانروی مایع (سانتی‌پوآز-cp) =H               قطر ذرات جامد برحسب  

 

از این معادله می‌توان به نتایج زیر دست یافت:

هرچه اختلاف بین وزن ذرات جامد و وزن مایع () بیشتر باشد سرعت ته‌نشینی ذرات بیشتر خواهد بود.

هرچه قطر ذرات (ds) بیشتر باشد سرعت ته‌نشینی بیشتر است و هرچه گرانروی مایع کمتر باشد ته‌نشینی مواد سریعتر صورت می‌پذیرد همچنین اگر نیروی وارد بر ذرات (G نیروی جاذبه) بوسیله نیروی مکانیکی بیشتر شود به تناسب آن سرعت ته‌نشینی ذرات بیشتر می‌گردد.

مشاهدات عملیاتی تائید می‌کند که گل با غلظت کم وقتی که با جریان آرام همراه شود باعث تسریع در ته‌نشین شدن ذرات جامد بزرگتر و یا سنگین‌تر می گردد بنابراین حذف ذرات حفاری شده به روش ته‌نشین و یا نیروی گریز از مرکز کاربردی و به صرفه است.

ولی چنانچه گل حاوی ذرات باریت باشد این ماده نیز می‌تواند همراه با ذرات حفاری شده (silt , sand) ته‌نشین گردد. تنها راهی که می‌توان باریت را از بقیه ذرات جامد جدا کرد این است که ذرات باریت بصورت یکنواخت دارای اندازه متفاوتی با اندازه ذرات جامد دیگر داشته باشند.

قانون استوکس نشان‌دهنده آن است که ذرات با وزنهای مختلف و اندازه‌های متفاوت با حجم مشابه دارای میزان ته‌نشین ثابت هستند برای مثال یک ذره sand و یا silt با SG حدود 2.6 که نزدیک به 1.5 برابر بزرگتر از ذرات باریت با وزن مخصوص 4.2 باشد با سرعت مشابهی رسوب می‌کند.                   (3.9=2.6×1.5)

بدین دلیل این ته‌نشینی در مخازن و یا دستگاه‌های هیدروسکلون و سانترفیوژ بطور صحیح و کامل صورت نخواهد گرفت. به عبارت دیگر جدا کردن ذرات silt با قطر 60 میکرون از ذرات باریت با قطر 40 میکرون غیرممکن به نظر می‌رسد.

بنابراین در هنگام استفاده از روش‌های تصفیه فوق باید به اضافه نمودن مواد جامد مفید به سیستم توجه کرد.

اصولاً هر کدام از دستگاه‌های کنترل مواد جامد گل برای نگه داشتن مقدار ذرات جامد حفاری شده درون گل در حد مطلوب و سطح قابل قبول طراحی شده‌اند. این دستگاه‌ها برای جدا کردن ذرات با اندازه‌های معین ساخته شده و ترکیب کردن چند دستگاه کنترل مواد جامد متناسب با ذرات موجود در گل برای داشتن یک عملیات صحیح بسیار مهم است.

 

 

 

 

 

 

بطور معمول برای کنترل مناسب ذرات جامد گل باید مقدار هر یک از انواع مختلف ذرات جامدی که در گل وجود دارد را بدانیم.

مقدار تخمینی این ذرات جامد بوسیله آزمایش‌های معمولی که بر روی گل انجام می‌شود قابل شناسایی است.

اگر وزن مخصوص ذرات معلق در گل را به دو بخش سنگین وزن مانند باریت (2/4SG=) و ذرات سبک شامل ذرات حفاری شده و بنتونایت (SG=2.6) فرض کنیم برای محاسبه این مقادیر نیاز به وزن دقیق گل نتیجه Retort kit و تعیین مقدار کلراید گل داریم. معادله عمومی محاسبه درصد حجمی ذرات جامد با وزن کم (Low Gravity Solid) بصورت زیر می‌باشد (این ذرات مواد جامد حفر شده خواهند بود)

 

 = بصورت کسری از حجم        وزن مخصوص آب =

= بصورت کسری از حجم         وزن مخصوص روغن = So

وزن گل برحسب

اگر گل آب نمکی باشد وزن مخصوص واقعی آب نمک باید در معادله بالا قرار گیرد. وزن مخصوص نفت دیزل حدود 0.84 می‌باشد. اگر وزن مخصوص دقیق ذرات جامد مشخص باشد مقدار صحیح آنها باید در معادله بالا قرار داده شود برای مثال وزن مخصوص ذرات لایمستون حدود 2.8 است اگر ذرات جامد درون گل عمدتاً لایمستون باشد عدد 2.8 باید در معادله بالا به جای عدد 2.6 قرار گیرد.

اگر گل از آب شیرین تشکیل شده و حاوی هیچ‌گونه نفتی نباشد معادله بالا می‌تواند بصورت زیر ساده شود.

 

درصد بدست آمده از ریتورت را بصورت عدد صحیح می‌نویسیم = Solids

    وزن برحسب  در این فرمول محاسبه می‌شود = M.W

برای تشخیص صحیح درصد مواد جامد درون گل باید مقدار نسبی نیتونایت و ذرات حفاری شده با کیفیت پائین (Low quality) که باعث تشکیل کسر L.GS می‌شود را بدانیم.

از آنجا که انواع مختلف ذرات جامد دارای ظرفیت کاتیونی مختلف هستند می‌توان فرق بین بنتونایت و دیگر ذرات با وزن حجمی پائین را بوسیله آزمایش متیلن بلو مشخص کرد. ظرفیت متیلن بلودرگل میانگین ظرفیت تعویض کاتیونی (CEC) ذرات جامد در گل را نشان می‌دهد اگر ما ظرفیت تعویض کاتیونی بنتونایت و دیگر ذرات جامد حفاری شده را بدانیم می‌توانیم محاسبه کنیم که از هر کدام چه مقدار در L.G.Fraction گل وجود دارد.

بطور میانگین اندازه ظرفیت تعویض کاتیونی ذرات شیل و یا رس (Low quality)  بنتونایت می‌باشد با این پیش فرض می‌توان بنتونایت را از معادله زیر بدست آورد.

 

 

 

در این فرمول %LGS شامل درصد مواد جامد حفر شده و بنتونایت می‌باشد.

درصد حجمی موادی که دارای وزن مخصوص 2.6 هستند را می‌توان با ضرب دو عدد 9.1 به پوندیر بشکه  تبدیل کرد.

درصد حجمی باریت که دارای وزن مخصوص 4.2 می‌باشد را می‌توان با ضرب دو عدد 14.875 به پوند بر بشکه  تبدیل کرد.

بوسیله منحنی‌های موجود می‌توان بصورت بصری این معادلات را حل کرد.

نمودار شماره 1 برای حل کردن معادلات ساده شده با پیش فرض آب شیرین و بدون نفت طراحی شده است.

اگر گل دارای آب نمک باشد درصد L.G.S مشخص شده بیش از مقدار واقعی موجود در گل می‌باشد. برای بدست آوردن این اختلاف و تصحیح آن می‌توان از نمودار شماره 2 استفاده کرد.

این نمودار مقدار درصد L.G.S که باید از مقدار مشخص شده در منحنی 1 کم شود را نشان می‌دهد.

اگر گل حاوی روغن باشد نمودار شماره 3 مقدار درصد L.G.S را که باید از مقدار واقعی کم شود تا جواب صحیح (با وجود روغن در گل ) بدست آید را نشان می‌دهد.

وقتی که مقدار L.G.S صحیح مشخص شد درصد بنتونایت نیز بصورت تخمینی از نمودار شماره 4 بدست می‌اید.

درصد کل جامدات معلق در گل با تفریق مقدار تصحیح شده درصد L.G.S از نمودار 3 و 4 و درصد مواد جامد از طریق Retort kit بدست می‌آید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در گلهای سبک که فقط حاوی L.G.S می‌باشند مشخص کردن درصد حجمی ذرات جامد بسیار ساده است زیرا فقط نیاز به وزن گل، شوری و مقدار نفت در گل دارد تا محاسبات انجام گیرد معادله زیر بطور کلی در گلهای سبک وزن کاربرد دارد.

 

 

این محاسبات می‌تواند تشخیص دقیق‌تری از درصد ذرات جامد در مقایسه با دستگاه Retort kit به ما بدهد تنها دلیل استفاده از Retort kit در گلهای سبک وزن می‌تواند بدست آوردن درصد نفت باشد.

اگر گل حاوی هیچ‌گونه نفت یا نمکی نباشد معادله کلی آن بصورت زیر است:

 

نمودار دیگری تهیه گردیده تا معادلات کلی گلهای سبک وزن را نشان دهد در این نمودار وزن مخصوص L.G.S برابر 2.6 و وزن مخصوص نفت 0.84 در نظر گرفته شده است.

برای استفاده از این نمودار باید تقاطع بین وزن گل و مقدار کلراید موجود در گل را پیدا کرده و درصد مواد جامد را از حاشیه سمت چپ آن قرائت کرد اگر گل حاوی روغن باشد نتیجه بدست آمده باید اصلاح گردد بر روی منحنی کوچک واقع در بالای صفحه تقاطع بین مقدار کلراید و درصد نفت را پیدا کرده و درصد اضافی ذرات جامد را در سمت چپ قرائت کنید این مقدار اضافی ذرات جامد باید به درصد ذرات جامد اصلی اضافه شود تا درصد کلی و تصحیح شده ذرات جامد بدست آید.

 

DRILING FLUIDS

تقسیم‌بندی‌های متفاوتی برای سیالات حفاری ذکر شده ولی شاید بتوان آنها را به سه گروه کلی بصورت زیر تقسیم کرد.

1) گلهای پایه آبی Water base fluids ……………………………………..

2) گلهای پایه روغنی  Oil base fluids ……………………………………….

3) گلهای هوازده Pneumotic fluids ………………………………………    

سیالات پایه آبی بخش وسیعی از سیالات حفاری را تشکیل می‌دهند آنها بطور معمول به آسانی ساخته شده و با هزینه کم درمان می‌گردند، همچنین قابل تغییر برای مبارزه با بسیاری از مشکلات حفاری می‌باشند.

در این کتاب سعی ما بر آن است که توجه خود را معطوف به سیالات پایه آبی کنیم، پس در ابتدا بطور اجمالی سیالات هوازده و روغنی را مرور کرده و سپس به بخش گلهای پایه آبی بطور مفصل‌تری می‌پردازیم.

 

   سیالات هوازده :                                                                                                                       )Pneumotic Fluids)      

 

در لایه‌هایی که پایداری آنها کم بوده و با جذب آب ریزش می‌کنند از گلهای هوازده استفاده می‌شود از مزایای این نوع گلها می‌توان به بالا بردن سرعت حفاری، زیاد شدن عمر مته، کم بودن فشار H.P افزایش بازده و نهایتاً پائین آمدن مخارج حفاری اشاره کرد.

این نوع حفاری مشکلاتی را نیز با خود به همراه دارد که می‌توان به، احتمال فوران بدلیل کم بودن فشار H.P، گیر کردن لوله‌ها در مواقع Trip (که بطور نسبی گردش گل هوازده قطع و کنده‌ها ته نشین می‌شوند) ، گشادگی چاه و خطر آتش سوزی را  نام برد.

 

گلهای هوازده به 4 دسته تقسیم می‌شوند.

 

 
   

 

 

 

انواع گلهای هوازده

 

 

 

1) هوای خشک: اگر لایه های مورد حفاری کاملاً خشک و یا مقدار جریان آب کم باشد از جریان قوی و پرفشار هوا برای حفاری استفاده می‌شود که این حالت را حفاری خشک گویند.

در این حالت کنده‌ها بصورت گرد و خاک به سطح می‌رسند که در این وضعیت مناسب‌ترین سرعت حفر، حاصل می‌شود و این بهترین وضعیت اقتصادی را دارد.

2) هوای مرطوب: اگر لایه های مورد حفاری کاملاً خشک نبوده و جریان آب در آنها وجود داشته باشد به هوا، مخلوط آب و کف اضافه می‌کنند که آن را هوای مرطوب گویند.

در این حالت کنده‌ها بصورت مرطوب به سطح می‌رسند. در حفاری با هوای خشک معمولاً فشار PSI 200 بوده لیکن در حفاری با هوای مرطوب فشار PSI 350 و گاهی بیشتر لازم است. مخصوصاً در موقع Trip ممکن است آب زیادی در چاه جمع شود که برای خارج کردن آن از چاه فشاری بیش از PSI 1000 لازم است.

3) حفاری با کف غلیظ یا فشرده: کف فشرده امولسیونی است که هوا در آن بصورت یک عنصر پایدار همراه با مواد کف‌زا و پایدارکننده در آمده که شبیه خمیر ریش می‌باشد و بخاطر مصرف مواد پایدارکننده در فضای حلقوی تحت فشار و حرارت چاه، امولسیون آن شکسته نمی‌شود.

برای ساخت کف غلیظ یا فشرده از آب، بنتونایت، کربنات سدیم، کاستیک، دریسپاک و کف صابون استفاده می‌شود.

4) گل هوازده: در حفاری با گل هوازده هم هوا و هم گل مورد استفاده قرار می‌گیرد. اهداف اصلی از هوا زدن به گل را می‌توان تمیز کردن چاه ، سبک کردن وزن ستون گل بازگشتی در درون فضای حلقوی ( در جاهائی که گم شدن گل در لایه‌ها استفاده از گل را گران می‌کند ) دانست.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

سیالات پایه روغنی :  "Oil Base Fluids"

اصولاً وقتی از گلهای روغنی صحبت می‌کنیم قصد امتزاج دو مایع غیرهمگن مانند آب و روغن را داریم این کار بسادگی امکان‌پذیر نیست مگر از ماده‌ای بنام امولسی فایر جهت پیوند این دو فاز غیرمتجانس استفاده کنیم.

آمولسی فایرها موادی صابونی یا اسیدهای چرب هستند که در زنجیره مولکولی آنها یک سر قطبی و یک سر غیرقطبی دارند و باعث اتصال بین دو فاز ناهمگن مانند روغن و آب می‌شوند (سرقطبی در آب و سر غیرقطبی در روغن)

اگر از امولسی فایری استفاده شود که حلالیت طرف قطبی آن بیشتر باشد ، باعث شده قطرات روغن به عنوان فاز پراکنده به راحتی در داخل فاز پیوسته قرار گیرد ، در این صورت به آن Emulsion Mud Oil گویند ولی چنانچه حلالیت طرف غیرقطبی آن بیشتر بوده در آن صورت روغن، فاز پیوسته و آب، فاز پراکنده خواهد بود و گلهای Invert Oil Mud را تشکیل می‌دهند.

این سیالات جهت مبارزه با مشکلات شیل ها و بهبود پایداری چاه استفاده می‌شوند همچنین کاربرد زیادی در چاههای خیلی کج دارند زیرا باعث روانکاری و قابلیت ممانعت از هیدراته شدن رسها می‌گردند این سیالات همچنین در شرایط خاص چاه مانند دما و فشار بالا جهت جلوگیری از صدمه به سازنده مورد استفاده قرار می گیرد.

دلیل دیگر برای استفاده از سیالات پایه روغنی مقاومت بالای آنها در برابر آلودگیهایی از قبیل انیدریت، نمک و گازهای  می‌باشد.

گران‌ شدن انرژی و بالا رفتن ارزش مواد هیدروکربنی مانند گازوئیل ساخت این سیالات را پر هزینه کرده است (یکی از دلایل جهت تجدیدنظر در استفاده از این گلها) اما از آنجا که گل روغنی قابل تصفیه و بازیابی است و در چاههای مختلف می‌توان از آن استفاده کرد. با وجود گرانی انرژی هنوز مقرون به صرفه است.

ولی امروزه به دلایل مسائل زیست محیطی که در اولویت بسیاری از کشورهای جهان قرار گرفته استفاده از این سیالات با ممنوعیت‌های شدیدی روبرو شده است. به همین دلیل شرکتهای نفتی در پی یافتن راه‌حلی وقت خود را صرف ساخت انواع گلهای پایه آبی کرده‌اند تا بتوانند با توجه به ارزان شدن ساخت گل، ضررهای زیست محیطی را به حداقل کاهش دهند.

آنها در پی ساختن گلهایی هستند که در مقابل سازنده‌های فعالی چون شیل ها و رسها و یا کج بودن چاه توانایی‌های لازم و کافی را داشته باشند. براین اساس این کتاب قصد دارد گلهای پایه آبی را در حد بضاعت خود توضیح داده و توانایی آنها را برای مبارزه با بسیاری از مشکلات حفاری شرح دهد.

 

Water Base Mud    سیالات پایه آبی :  

 

سیالات پایه آبی بخش وسیعی از سیالات حفاری را تشکیل می‌دهند آنها بطور معمول به آسانی ساخته شده و با هزینه کم درمان می‌گردند همچنین با افزودن موادی قابلیت مبارزه با بسیاری از مشکلات حفاری را می‌یابند برای بهتر فهمیدن سیالات پایه آبی آنها را به دو گروه اصلی تقسیم می‌کنند.

              سیالات غیر بازدارنده Non-Inhibitive

سیالات پایه آبی

              سیالات بازدارنده و پالیمری   Inhibitive & Polymer

 

سیالات غیر بازدارنده شامل سیالاتی هستند که توانایی مبارزه با سازندهای فعال را نداشته و اصولاً از آب با اضافه نمودن بنتونایت و موادی جهت افزایش PH همراه هستند.

آب، گل‌های طبیعی که در حین حفاری با کنده‌های حفره شده ساخته می‌شوند و گلهای بنتونایتی از این دسته می‌باشند.

اصولاً تا زمانی که خواص رئولوژی گل جهت حفاری زیاد مهم نبوده و پخش شدن مواد سازند، صدمه‌ای به ادامه حفاری و تجهیزات سطحی نمی‌زند می‌توان با Dilution به درمان این نوع گلها پرداخت.

رسیدن به Y.P مناسب یعنی بالاتر از 10 باعث کمترین صدمه به تجهیزات سطحی مخصوصاً پمپهای گل می‌شود در این بین نقش دستگاه‌های تصویه مانند desander، desilter،  centrifugeو shaker جهت تسویه و بهسازی گل را نباید فراموش کرد. تعیین اندازه های مناسب توری جهت الک لرزان برای تسویه گل از solids در تمام مراحل حفاری بسیار مهم می‌باشد. همچنین پمپ کردن pill بنتونایتی بطور متناوب جهت تمیز کردن چاه بسیار مهم و حیاتی است، هرچه متراژ حفاری در ساعت افزایش یابد به تعداد دفعات پمپاژ pill نیز باید افزوده شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- وظایف گل حفاری و موارد مهم انتخاب آن:

وظایف متعددی برای یک سیال حفاری در نظر گرفته شده است. کنترل فشارهای زیرزمینی، بالا آوردن کنده‌ها و پایداری چاه از مهمترین وظایف یک سیال حفاری می‌باشد.

از دیگر وظایف یک سیال حفاری می‌توان به روانکاری مته و رشته حفاری، انتقال نیروی هیدرولیک به مته، کمک به گرفتن اطلاعات زمین‌شناسی توسط کنده‌های انتقال یافته به سطح، خنک کردن مته، تحمل وزن لوله‌ها و کمک به عملیات نمودارگیری را نام برد.

ولی یک سیال مناسب به جزء وظایفی که دارد باید دارای مزایایی باشد تا بتوان جهت حفاری یک سازند از آن بهره‌مند شد از جمله مهمترین این مزایا می‌توان به کاهش صدمات وارده به سازند، کاهش خوردگی، به حداقل رساندن هرز روی، کاهش گیر لوله‌ها، کاهش افت فشار، بالا بردن میزان حفاری، کاهش صدمات زیست محیطی و بهبود ایمنی محیط کار اشاره کرد. با این مزایا می‌توان در انتخاب یک سیال جهت حفاری یک سازند مشخص،  براساس موارد زیر پرداخت:

الف) هزینه: هزینه ساخت، نگهداری و درمان سیال باید از لحاظ اقتصادی به صرفه باشد.

ب) کاربرد و انتخاب صحیح: یک سیال باید کاملاً کاربردی بوده و با عملکردی مناسب با کمترین هزینه، کمترین خسارت را به چاه وارد کند و همچنین انتخابی صحیح برای نوع سازند حفاری باشد.

ج) تدارکات و تامین مواد: تدارکات جهت ساخت سیال و تامین مواد آن به سهولت و آسانی انجام پذیرد.

د) حفظ محیط زیست و ایمنی: به حداقل رساندن ضررهای زیست‌محیطی در انتخاب یک سیال باید لحاظ شود. مواد نباید خطرات ایمنی جبران‌ناپذیر به بار آورند.

با توجه به موارد فوق می‌توان یک سیال مناسب، با صرفه اقتصادی که کمترین خسارت را به سازند حفره شده و محیط زیست بزند، انتخاب کرد.

 

 

 

«سیالات بازدارنده و پالیمری» "Inhibitive & Polymer Fluids"

 

سیالات بازدارنده، سیالاتی هستند که بطور قابل ملاحظه‌ای، آب‌گیری و تورم رسهای فعال و شیلها را بواسطه یونهایی که دارند کند می‌نمایند و با اضافه کردن پالیمرهای متفاوت می‌توان توان آنها را درمبارزه با رسها و شیلها چندین برابر کرده به شکلی که از آبگیری رسها و شیلها و پراکندگی و انتشار آنها جلوگیری کنند.

پلیمرها می‌توانند به عنوان مواد گرانروی زا، کنترل  آبدهی گل و و مواد ضد کلوخه‌ای ذرات و یا تشکیل پوشش بدور ذرات "encapsulate" استفاده شوند. مقاومت گلهای پالیمری در برابر حرارت تا محدوده  می‌تواند عمل کند.

 ذرات سالید یکی از بزرگترین عواملی است که از اجرای یک سیستم گل پالیمری به صرفه جلوگیری می‌کند.

سیالات باز دارنده بواسطه یونی که در آنها بکار رفته به سه گروه تقسیم می‌شوند:

الف) سیالات پایه سدیمی   Salt Based Mods

ب) سیالات پایه کلسیمی         Calcium Based Muds

ج) سیالات پایه پتاسیمی        Potassium Based Muds

سیالات بازدارنده نمکی از سدیم کلراید جهت رسیدن به یون مورد لزومشان استفاده می‌کنند.

سیالات بازدارنده پایه کلسیمی ازCa(OH)2 یا ژیپس و سیالات بازدارنده پایه پتاسیمی از  و یا دیگر مواد پایه پتاسیمی استفاده می‌کنند.

 

 

 

 

 

 

 

گلهای پایه نمکی :  "Salt Base Muds"

 

گلهای پایه آبی غیر نمکی معمولأ تا بالای سازندهای نمکی برای حفاری مورد استفاده قرار میگیرند. پیش از آنکه وارد سازند نمکی شویم، تغییر سیستم سیال به نمکی ضروری میباشد.

ولی قبل از بیان سیالات نمکی تذکر دو مطلب لازم است:

1) هرجا صحبت از نمک شود منظور نمک طعام یا همان کلراید سدیم می باشد ، مگر غیر از آن عنوان شود.

2) یکی از اصطلاحاتی که ما را به اشتباه می اندازد، بحث  PPM (قسمت در میلیون) و Mg/Lit (میلی گرم بر لیتر) است.

PPM نمایانگر یک نوع اندازه گیری نسبت وزنی بوده در صورتیکه میلی گرم بر لیتر مشخص کننده نسبت وزن بر حجم میباشد. در حقیقت میلی گرم بر لیتر همان Salinity (شوراب) بوده در صورتیکه PPM غلظت و یا همان وزن ماده حل شده بر وزن محلول میباشد، و چنانچه Salinity را بر S.G شوراب تقسیم کنیم، PPM  بدست می آید.

لازم بذکر است که آزمایشات متداول بر روی سیالات حفاری بر اساس وزن بر حجم بوده و به این دلیل باید از میلی گرم بر لیتر در گزارشات استفاده کرد.

گلهای پایه نمکی سیالاتی هستند که حاوی مقادیر مختلف کلراید سدیم بوده و از محدوده mg/Lit 10000 شروع شده و تا حد اشباع محدوده mg/Lit 315000 ادامه می‌یابد. براین اساس این نوع گلها را می‌توان به سه دسته به قرار زیر تقسیم‌بندی کرد.

1) Brackish – water muds  (10000-25000 mg/Lit NaCl)

2) Salt water muds         (25000-315000 mg/Lit NaCl)

3) Saturated salt muds  (315000 mg/Lit NaCl)

 

سیالات Saturated جهت جلوگیری از گشادی چاه زمانی که با سازندهای نمکی روبرو هستیم مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمک به دلیل inhibitive بودن توانایی جلوگیری از فعالیت (آبگیری)  رسها و شیلها را دارا می‌باشد بنابراین این نوع سیال می‌تواند تا حدودی از پراکندگی ذرات جلوگیری کند.

همچنین نمک قابلیت تأمین افزایش وزنی تقریبأ برابر با  pcf 12  را داراست که بدلیل وفور این ماده در کشورمان، این افزایش وزن از نظر هزینه بسیار به صرفه است. اصولأ با کنترل مقدار درصد حجمی ذرات جامد و رقیق سازی با آب نمک و درمان شیمیایی میتوان براحتی از مشکلات این سیال مانند بالا رفتن غیر معقول گرانروی جلوگیری کرد. ولی این تا زمانیست که وزن گل در محدوده  pcf 90  باشد. از این محدوده تا محدوده  pcf 150  و بالاتر بدلیل افزایش مواد جامد مورد استفاده، درمان مشکلتر خواهد شد. زیرا این گلها عمومأ Y.P  و G.S  بالایی دارند. اگر چه G.S آنها پایدار نیست ولی با افزایش وزن که با خود افزایش درصد مواد جامد را به همراه دارد، با کوچکترین مشکل، خواص رئولوژی آنها دستخوش تغییرات بسیار زیادی میشود.

جدول زیر نمونه خواص گلهای سبک در محدوده 80 تا 95 پی سی اف  را نشان میدهد.

 

Filtration

 

Gel (10 sec/10 min)

 

YP

 

PV

cps

Density

(pcf)

8-12

 

12-15

8-12

80

6-8

 

14-18

12-18

95

 

برای ساخت این نوع گل ها میتوان از انواع آبها از جمله آب دریا، آبهای رودخانه ای و آبهای سطحی استفاده کرد.

گل نمکی اشباع شده حاوی 192000 میلی گرم در لیتر کلراید ( 315000 میلی گرم در لیتر کلراید سدیم) می باشد. وقتی که دمای گل بالا رود، نمک قابلیت انحلال بیشتری پیدا کرده و این بدان معناست که سیال اشباع شده در دمای سطح، در حرارت ته چاه نمیتواند اشباع باشد و در سازندهای نمکی با افزایش دما و بالا رفتن قابلیت انحلال نمک، باعث ریزش سازند بدرون چاه می شود.

یکی دیگر از موارد بسیار مهم در بحث گلهای نمکی کنترل PH  است. این گل ها برای عملکرد بهتر خود نیاز به PH بالا دارند. گل های نمکی اشباع شده برای نگه داشتن PH در محدوده بالا، بیش از گلهای پایه آبی غیر نمکی نیاز به مواد بالا برنده PH دارند.

 PH این نوع گلها را میتوان تا محدوده 11 نیز افزایش داد.

نگه داشتن PH در محدوده بالای 10 ، چندین مزایا دارد که از آن جمله میتوان موارد زیر اشاره کرد :

1)  خاصیت ضد کلوخه ای مؤثرتر عمل میکند.

2)  بالا بودن PH عامل مؤثری در جلوگیری از خوردگی فلزات می باشد.

3) با کم شدن انحلال کلسیم و منیزیم مقدار کمتری از مواد کنترل F.L مورد نیاز است.

4)  تشکیل کف روی گل کم میشود.

یکی از مشخصات سیالات نمکی کف کردن آنها میباشد. عامل کف اکسیژن (O2) و دی اکسید کربن (CO2) درون سیال بوده که منبع آن میتواند سازند و یا تجزیه باکتریالی افزایه های سیال باشد.

کف کردن سطح گل بطور کلی مشکلی ایجاد نمیکند، مگر اینکه با همزدن توسط همزنها مقدار کف بیشتر گردد. مقدار کف بعضی اوقات ممکن است با افزایش آلکالینیتی گل (PM) کاهش یابد.

همچنین با افزودن بنتونایت پری هایدریت به گل میتوان در کاهش کف کمک کرد. در موارد شدید ممکن است به یک ماده ضد کف نیاز پیدا کنیم.

گلهای نمکی بطور طبیعی در اثر حفاری سازند و آب مورد استفاده جهت ساخت گل، حاوی کلسیم محلول می باشند.

در این بین یون سدیم از نمک، بواسطه تعویض یونی با یون کلسیم موجود بر روی ذرات رسی، باعث آزاد سازی و افزایش یون کلسیم  میشود. بطور کلی وجود یون کلسیم اثر زیان آوری برای گل ندارد مگر مواقعی که PH از 5/11 بالاتر رفته که در اینصورت کنترل F.L مشکل خواهد شد.

تحمل دمایی گلهای نمکی حدودأ 250 درجه فارانهایت بوده که این مشخصه بستگی به نوع مواد کنترل F.L دارد.  Ca++وMg++  در مواقعی که از استارچ استفاده میشود، اثر زیان آوری برای F.L ندارد، ولی در زمان استفاده از پالیمرهایی مانند PAC سختی گل باید کنترل شود.

 

 

 

 

افزودنیهای عمده گلهای پایه نمکی

عملکرد

غلظت بر حسب Lb/Bbl

مواد افزودنی

Viscosity

Filtration control

10 - 25

Bentonite

Filtration control

4 - 6

starch

Alkalinity control

1 – 4

Caustic soda

Calcium Removal

1 – 3

Soda Ash

Viscosity

Filtraion control

0.25 – 1.5

PAC

Weight material

Inhibition

125

Salt

 

اتاپل گایت :    ATTAPULGITE

نوعی رس که در گلهای پایه نمکی بخوبی هیدراته شده و گرانروی مناسب ایجاد میکند. این ماده تحت تأثیر کلرایدها و کلسیم قرار نمیگیرد و بعلت ساختار مولکولی خود -که بصورت توده های سوزنی شکل میباشد- نمیتواند باعث کنترل آبدهی گل شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

استارچ: این ماده رایج ترین ماده کنترل آبدهی در گلهای نمکی اشباع می باشند. این ماده با سختی بالا (2000 تا 3000 میلی گرم در لیتر) نیز کارآیی دارد و رئولوژی گل را تحت تأثیر آنچنانی قرار نمیدهد مگر اینکه ذرات جامد حفاری شده از محدوده قابل قبول بیشتر شود.

استارچ دارای محدودیت دمایی تا 250 درجه فارانهایت را دارد. تا زمانیکه سیستم اشباع از نمک و PH بالای 11 باشد، این ماده تخمیر نخواهد شد. جهت جلوگیری از تخمیر استارچ در PH کمتر از 11 میتوان از مواد محافظت کننده مانند بیوساید (Biocide) استفاده کرد.

 

کاستیک سودا: برای بالا بردن آلکالینیتی گل مورد استفاده قرار میگیرد. PH در محدوده 9 تا 11 برای جلوگیری از ایجاد خوردگی درون رشته حفاری همچنین تخمیر شدن استارچ لازم است گلهای نمکی اشباع معمولأ نیازمند مقدار زیادی کاستیک هستند تا PH را بالا نگه دارند، زیرا تعویض یونی سدیم بر روی ذرات رس باعث آزاد کردن یون هیدروژن شده که باعث پایین آمدن PH میگردد.

 

سودااش: برای رسوب دادن سختی گل بکار میرود تا موادی که به کلسیم حساسیت دارند مانند PAC بتوانند بطور مؤثر کارآیی داشته باشند مقدار سودااش مورد نیاز بستگی به مقدار کلسیم محلول در سیستم دارد مقدار سختی کل گل باید بررسی شود تا بتوان مقدار کلسیم موجود در گل را مشخص نمود و از بیش درمانی جلوگیری کرد.(Over treating)

سودااش زیادی باعث ژل گل میشود. بکار بردن سودااش زمانیکه از آب سخت و شور بطور مکرر برای ساخت گل حفاری استفاده میگردد، موجه نیست.

 

Polyanionic Cellulose – PAC : این ماده جهت کنترل آبدهی و ایجاد گرانروی بکار می رود. این ماده در شرایطی که سختی زیر 400 میلی گرم در لیتر و مقدار L.G.S کمتر از 6% حجمی باشد کارآیی مؤثر دارد. اگر گرانروی زیادی برای گل نیاز نباشد میتوان از PAC-LV برای کنترل آبدهی استفاده کرد.

 

 

آلودگی‌ها و راه‌های درمان گلهای نمکی

راه‌های درمان

نشانه‌ها

راه‌های درمان

بالا رفتن مواد جامد

افزایش YP , PV, G.S , F.L , MBT   و کف زیاد

رقیق‌سازی- استفاده از دستگاههای کنترل مواد جامد

فوران آب نمک

کاهش YP , PV, G.S – افزایش F.L   - امکان کاهش کلراید و وزن گل

افزایش وزن جهت کنترل فوران – افزایش سالینیتی – پس از تثبیت خواص رئولوژی افزودن مواد کنترل آبدهی گل

سیمان

افزایش YP , PV, G.S , F.L

افزایش   

- امکان افزایش کلسیم

افزودن بیکربنات و کربنات سدیم و همچنین SAPP برای درمان سیمان – رقیق سازی سیستم ، افزایش مواد ضد کلوخه ای جهت تنظیم خواص رئولوژی مخصوصأ در گلهای کم سالید – اضافه نمودن استارچ جهت کاهش F.L – استفاده از دستگاههای کنترل ذرات جامد

کربنات

افزایش YP , G.S  

- حساس شدن رئولوژی گل

- ضخیم شدن گل ته چاه بعد از TRIP

بالا بردن PH تا 7/10 جهت تبدیل بیکربنات به کربنات – افزودن آهک جهت رسوب دادن یون کربنات

 

 

درمان کربناتها : محدوده عمومی برای کربناتها در سیالات حفاری بین 1200 تا 2400 میلی گرم در لیتر می باشد. ممکن است بعضی از سیالات با مقادیر بیشتر یا کمتر نیز سازگاری داشته باشند. غلظت قابل قبول کربناتها در سیالات حفاری همیشه بستگی به غلظت ذرات جامد ، دما و غلظت مواد شیمیایی موجود در گل دارد.

اگر مشخص شود که مشکلات رئولوژی و فیلتراسیون مربوط به یون کربنات است، روش حل این مشکل افزودن کاتیون کلسیم جهت تشکیل رسوب کربنات کلسیم است. یکی از منابع تأمین کاتیون کلسیم ، آهک میباشد.

لازم بذکر است که افزایش آهک به گل باعث بالا رفتن PH خواهد شد. در چنین حالتی نباید برای کاهش PH از لیگنایتها استفاده کرد، زیرا این ماده با آهک واکنش داده و مزاحم انجام واکنشهای مورد نیاز جهت رسوب دادن کربنات میگردد.

باید توجه داشت که نیازی نیست تمام کربناتهای موجود در گل را رسوب دهیم، بلکه با رسیدن کربناتها به مقدار 1000 تا 1200 میلی گرم در لیتر باید درمان را متوقف کنیم.

Co3 + HCo3 + 2 Ca(OH)2        2 CaCo3 + H2O + 3OH

 

وقتی مشکل کربناتی وجود داشته باشد کلسیم موجود در فیلتراسیون ممکن است باعث رفع مشکل نگردد.

تست آلکالینیتی جهت مشخص کردن کربنات و بیکربنات و یون هیدروکسیل در سیال مورد استفاده قرار میگیرد. هر چه مقدار آلکالینیتی بیشتر شود خوردگی فلزات کمتر میگردد و زمانیکه PF برابر با یک و یا بیشتر از یک شود، درصد کف روی گل کمتر خواهد شد. (گلهای پایه نمکی اشباع).

آلودگی کربناته ممکن است از منابع زیر بوجود آید:

1) بیش درمانی با سودااش یا بی کربنات سدیم جهت رسوب دادن یون کلسیم و یا آلودگی سیمان

2)  تجزیه گاز دی اکسید کربن در اثر مواد هیدروکربناتی موجود در سازند

3)  تجزیه باکتریالی مواد مورد استفاده در سیال در حین هم زدن گل

4)  هوا زدن پمپهای گل

Co2 + H2O           H2Co3                                 

 

H2Co3              H + HCo3             2 HCo

5) باریت آلوده


مشخصات شورآب در دمای 68 درجه فارانهایت

 

 

«سیالات پایه کلسیمی»  "Calcium Based Muds"

 

سیالات پایه کلسیمی قدرت بازدارندگی بالاتری نسبت به سیالات پایه نمکی دارند آنها بوسیله کاهش هیدراسیون رسها (کاهش آبگیری) مقاومت بالایی در مقابل آلودگی‌ها داشته و در برابر مقادیر مختلف Solids ثابت بوده ولی حجم بالای Solids خواص رئولوژی آنها را ناپایدار می‌سازد.

در این سیالات آلودگی‌هایی نظیر کلسیم و منیزیم تاثیری در عملکرد گل ندارد ولی یون کلراید عملکرد این گل را بطور قابل ملاحظه‌ای مورد تاثیر قرار می‌دهد.

غلظت بالای 100000 میلی‌گرم در لیتر کلراید باعث ایجاد محدودیت در عملکرد موثر سیال می‌شود همچنین وقتی که دمای ته چاهی از  بیشتر شود این سیالات بدلیل قابلیت تغلیظ در دمای بالا از حالت نرمال خارج می‌شوند.

سه گروه عمده گلهای پایه کلسیمی عبارتند از:

1) Lime mud

2) Lime / mor – rex mud

3) GYP Mud

1) گل آهکی   Lime mud

نوعی گل باز دارنده آهکی بوده که حداکثر تا دمای  قابل استفاده است. مزیت این نوع گلها قابلیت پذیرش ذرات جامد بالا می‌باشد.

با توجه به محدوده‌های مختلف آلکالینیتی و میزان آهک، این دسته گلهای کلسیمی به سه گروه تقسیم می‌شوند.

Lime mud classification Based on Alkalinity Ranges

High Lime

Intermediate

Low Lime

 

5-10

2-5

0.82

 

15-25

9-15

4.9

 

قابلیت انحلال کلسیم بین 120 تا 400 میلی‌گرم بر لیتر می‌باشد و باید با حساسیت زیادی به آن نگاه کرد بنابراین تست عصاره گل جهت کنترل آلکالینیتی () بسیار مهم است چون وقتی () رو به افزایش باشد نشان‌دهنده آن است که کلسیم کمتری وارد محلول می‌شود و انحلال کلسیم رو به افزایش است.

اگر میزان کلسیم قابل حل بدرستی کنترل نگردد خواص رئولوژی گل بالا رفته و شرایط نامناسبی حادث می‌گردد.

نگه داشتن PH بین 10.5 تا 12.5 باعث کاهش انحلال آهک می‌شود. برای این منظور می‌توان از کاستیک سودا (NaOH) و یا هیدروکسید پتاسیم (KOH) استفاده کرد. باید توجه داشت بالاترین میزان کلراید دراین گلها بین 40000 تا 50000 میلی‌گرم بر لیتر می‌باشد و نباید کلراید از این محدوده فراتر رود.

این گلها بطور کلی حاوی رسهای تجارتی، کاستیک سودا، مواد ضد کلوخه‌ای، آهک (به عنوان منبع کلسیم) و یک ماده کنترل آبدهی گل می‌باشد.

 


مواد عمده گل آهکی

عملکرد

غلظت بر حسب

افزودنیها

Viscosity

Filtration control

22-26

Bentonite

Deflocculant

2-6

Lignosulfonate

Inhibitive

Alkalinity control

2-10

Lime

Alkalinity control

Inhibitive

10.5-12.5

NaOH/KOH

Filtration control

2- 4

Lignite

Filtration control

3 - 4

starch

Filtration control

0.25-1.5

PAC

 

نمونه خواص گلهای پایه آهکی Low lime & High Lime

APi

F.L

Excess

Lime

 

PH

 

PM

GeLS

 

Y.P

 

PV

CPS

MW

PPG

6

12

1

2

10.5

12.5

1-2

5

10

0-2

0-4

6

10

15

18

Low

Lime

10.0

6

12

5

15

11.5

12.5

5-10

12

18

0-2

0-4

6

10

15

18

High

Lime

10.0

 

بطور تقریبی می‌توان حساب کرد که برای تامین فیلتریت آلکالینیتی () چه مقدار کاستیک باید به سیستم اضافه گردد. جدول زیر نمونه ای از محاسبه سرانگشتی کاستیک برای رسیدن به  مورد نظر میباشد.

   

1.0

1

3.0

2

5.0

3

7.0

4

 

 از مزایای این گل می‌توان به گرانروی و ژل پایین و همچنین مقاومت در برابر درصد بالای مواد جامد اشاره کرد. این موارد باعث شده تا بتوان وزن گل را به راحتی تا PPG 18 افزایش داد.

این سیستم گل بدلیل Inhibitive (بازدارنده) بودن، توانایی جلوگیری از هیدراکسیون رسهای فعال و شیلها را دارا می‌باشد همچنین در برابر آلودگی‌هایی نظیر سیمان و انیدرید و نمک (mg/Lit 50000) مقاوم می‌باشد.

اما این سیال در مواقعی که در معرض دمای  قرار بگیرد غلظت زیادی پیدا کرده و خواص رئولوژی مطلوب خود را از دست می‌دهد. در این حالت باید در ابتدا سعی کرد گرانروی را پائین آورد سپس برای تثبیت خواص رئولوژی از مواد ضد کلوخه‌ای (پالیمری) که توان دمایی بالاتر از  را دارا می‌باشند استفاده کرد.

 


آلودگیها و راه‌های درمان Lime muds

راه درمان

نشانه‌ها

آلودگیها

رقیق سازی زیاد-بهبود کیفیت دستگاه‌های کنترل مواد جامد

بالا رفتن P.V و Gel و درصد Solids در تست Retort

High

solids

احتمال وقوع جریان - پس افزایش وزن را مدنظر بگیرید - PH توسط کاستیک بالا برده شود و سپس خواص رئولوژی و F.L را توسط PAC و استارج کنترل کنید. اگر سازند نمکی بیشتری باید حفاری شود باید گل را از نمک اشباع کرد.

افزایش کلراید، Y.P، Gel و F.L کاهش  PH، PF و Pm

Salt / salt water

اضافه کردن آهک جهت کنترل Pm - اضافه کردن کاستیک جهت کنترل Pf - مقدار ذرات جامد باید در حداقل ممکن نگه داشته شود

افزایش Mf – ژل ده دقیقه - کاهش Pm و PH هنگام جریان CO2 و درمان آن با آهک ایجاد (CaCO3) می‌کند

Carbonates/

Co2/

Influx

(جریان به مقدار کم)

آزمایش مواد صورت گیرد.

بروشور مواد مطالعه شود

بالا رفتن مقدار مواد مصرفی - عدم ثبات در خواص گل

کیفیت بد مواد

اضافه کردن ضد کف غیر سمی

وجود کف بر روی مخازن

کف کردن گل

کاهش دادن (L.G.S)  - استفاده از لیگنوسولفنایت و مواد پالیمری با تحمل دمایی بالاتر از

اضافه شدن فشار جهت راه انداختن گل بعد از Trip بالا رفتن غلظت گل flowline

بالا رفتن ژل در اثر حرارت

 

(2     Lime / Mor – Rex Muds

این گلها مشابه گلهای آهکی هستند ولی از ماده MOR – REX که ماده‌ای ضد گلوخه‌ای و نوعی پلی ساکارید می‌باشد جهت برطرف نمودن مشکلات رئولوژی گل استفاده می‌شود.

MOR – REX نوعی تیتر غیرسمی بوده و ضد تجمع ذرات عمل می‌کند در این سیستم PH باید بین .511 تا 5.12 نگه داشته شود. برای این منظور از کاستیک سدیم و کاستیک پتاس استفاده می‌شود. کاستیک پتاس بدلیل داشتن یون پتاسیم عامل بازدارندگی نیز می‌باشد.

بدلیل استفاده از MOR-REX در این گل نیازی به لیگنوسولفونایت (عامل ضد کلوخه‌ای در گل آهکی) نیست و باید دانستن خواص رئولوژی در این گل نسبت به گل آهکی بالاتر می‌باشد.


آلودگیها و راه‌های درمان Lime muds

عملکرد

غلظت بر حسب lb/BbL

افزودنیها

Viscosity

Filtration control

/0-30

Bentonite

 

2-10

Lime

Deflocculant

2-5

MOR-REX

Filtration contpol

2-6

starch

Alkalinity control

Inhibition

11.5-12.5

NaoH/KOH

Filtration control

viscosity

0.25-1.25

PAC

Filtration control

2-10

Lignite

Hole stabilizer

Filtration control

2-8

Gilsonite

 

 

 

خواص گل Lime / MOR – REX:

این گل دارای کلسیم محلول بیشتر و همچنین ژل و یلدپوینت بالاتری نسبت به گلهای پایه آهکی معمولی دارد.

جدول زیر نشان دهنده خواص این گل می‌باشد:

نمونه خواص گلهای پایه آهکی Lime / MOR - REX

Filtrate

 

Ca++

mg/L

PH

 

PM

Gel

 

YP

 

PV

cps

وزن حجمی

8-12

200

800

11-12

2-3

10-15

 

2-20

9-12

9

6-8

200

600

11-12

2-3

10-15

 

2-15

15-20

12

 

موارد آلودگی‌ها و راه‌های درمان این گل مشابه گلهای Lime می‌باشد. برای این منظور به آلودگی‌های سیال Lime muds مراجعه شود.

5) سیالات ژیپسمی                                                  GYP Muds

این گل در ابتدا جهت حفاری بخش‌هایی از سازند که حاوی مقدار زیادی انیدرید بود، استفاده می‌شد. کمبود یک ماده موثر ضد کلوخه‌ای استفاده از این گلهای سبک با غلظت و ژل بالا را محدود کرده بود. تا اینکه با معرفی ماده‌ای به نام کروم لیگنوسولفنایت به عنوان ماده ضد کلوخه‌ای تحولی در این نوع سیال بوجود آمد.

چنانچه  این گل را بین 0.1 تا 0.4 نگه داشته شود، تحمل دمای  را دارد. این سیالات نسبت به سیالات آهکی دارای Fluid Loss بالاتری هستند و نیاز به یک ماده ضد کلوخه‌ای دارند. این گلها دارای قابلیت انحلال کلسیم بالاتری می‌باشند و محدوده PH برای این گلها بین 9.5 تا 12.5 می‌تواند متغیر باشد ولی بطور معمول باید PH بین 9.5 تا 11 نگه داشته شود. بنابراین سختی گل در سطح بالاتری باقی می‌ماند که این امر باعث خاصیت بازدارندگی گل می‌شود. یون کلسیم در محدوده 200 تا 1200 gr/L نگه داشته می‌شود. این گل تا حدود 100000 mg/L می‌تواند کلراید را تحمل کند.

همانطور که گفته شد این گل می‌تواند تا دمای را تحمل کند که در این بین کنترل ذرات جامد سبک (L.G.S) در سیستم بسیار مهم می‌باشد.

افزایه‌های اصلی این گل شبیه گلهای آهکی می‌باشد. تفاوت آن در غلظت مواد ضد کلوخه‌ای و افزایه‌های مواد کنترل آبدهی گل می‌باشد که بیشتر از سیالات آهکی است.

 نمونه خواصی از  گلهای ژیپسمی

Filtrate

 

Ca++

mg/L

PH

 

PM

Gel

 

Y.P

 

P.V

وزن حجمی

8-12

600

1200

9.5-11

0.2-0.7

10-15

 

6-10

12-15

9

6-8

200

600

11-12

2-3

10-15

 

2-15

15-20

12

 


مواد عمده گل GYP

عملکرد

غلظت بر حسب lb/BbL

افزودنیها

Viscosity

Filtration control

20-24

Bentonite

Deflocculant

4-8

Lignosulfonate

Inhibition

Alkalinity control

4-8

GYPsum

Alkalinity control

9.5-11

Caustic soda

Inhibition

-

Caustic potash

Deflocculant

2-3

DESCO

Filtration control

2-6

starch

Viscosity

Filtraion control

0.25-1.5

PAC

weighting agent

As needed

For density

Barite

 

 

توضیح کوتاهی درباره مواد این سه نوع سیال:

- بنتونایت:

این ماده برای تامین غلظت و کنترل آبدهی استفاده می‌شود بدلیل آنکه بنتونایت دارای یون سدیم میباشد و یون کلسیم می‌تواند براحتی جایگزین آن شود. در این سیالات بدلیل وجود یون کلسیم ، ابتدا باید بنتونایت در آب شیرین ساخته شود (prehydrated) ، سپس به سیستم اضافه گردد.

- آهک:

آهک جهت افزایش آلکالینیتی PM مورد استفاده قرار گرفته و معمولاً در محدوده lb/BbL 4-2 نگه داشته می‌شود. مقدار آهک اضافی به عنوان معیاری جهت نشان دادن آهک ذخیره درون سیستم گل می‌باشد که برای جبران کاهش یونهای کلسیم و هیدروکسید در اثر پیشرفت حفاری استفاده می‌گردد.

- تینرها:

تینرها دو دسته‌اند: 1) تینرهای معدنی 2) تینرهای آلی

تینرهای معدنی: معروفترین تینرهای معدنی فسفاتهای کمپلکس هستند. از این تینرها می‌توان در گلهای بنتونایتی، گلهای ساخته شده با آب شیرین و با غلظت پایین نمک استفاده کرد. این تینرها نمی‌توانند به تنهایی در کنترل آبدهی گل موثر باشند. از جمله فسفاتهای کمپلکس می‌توان SAPP دارای PH حدود 4.8 و STP با PH هشت (8) را نام برد.

-SAPP [Sodium Acid pyrophosphate ()

-STP [Sodium Tetra phosphate ()

از این دو نوع، STP بدلیل داشتن PH متعادل‌تر، بر SAPP مزیت دارد. میزان مصرف این تینرها حدود 0.2 پوند بر شبکه می‌باشد، تحمل دمایی بالاتر از  را نداشته و در دماهای بالا عمل عکس ضد کلوخه‌ای را از خود نشان می‌دهند.

 

 

 

- تینرهای آلی: این تینرها به سه گروه تقسیم می‌شوند:

1) Tannin (تانن های گیاهی)

2) Lignite

3) Lignosulfonate

- DESCO: یک Tannin اصلاح شده می‌باشد که بوسیله یک ماده قلیائی قوی مانند کاستیک خنثی شده تا PH آن به محدوده 9.5 - 9  برسد. تانن‌هایی که در صنعت حفاری مورد استفاده قرا می‌گیرند شیره درخت کوبراچو، (ماده‌ای اسیدی با 3.8=PH) هستند. DESCO به عنوان یک ماده ضد کلوخه‌ای در گلهای با PH بالا و گلهای آهکی با غلظت‌های متفاوت نمک دارای کارآیی بسیار خوبی است. همچنین در گلهای ژیپسمی می‌تواند به عنوان ماده ضد کلوخه‌ای اصلی یا ثانویه استفاده شود.

Lignin: ترکیبات Lignin بنام اسیدهای هیومیک معروفند و متشکل از مواد گیاهی تجزیه شده می‌باشند. یکی از منابع خوب این ماده Lignite است. این ماده زمانی که L.G.S بالا باشد، کارآیی خوبی نداشته و وقتی که کلسیم بصورت محلول در گل وجود داشته باشد، تشکیل رسوب نمک کلسیمی اسید هیومیک می‌دهد.

اصولاً این ماده جهت کنترل آبدهی گل و همچنین ماده ضد کلوخه‌ای ثانویه استفاده می‌گردد و قابلیت تحمل دمای  را دارا می‌باشد. عموماً همراه لیگنوسولفنایت به نسبت 4 به 1 استفاده می‌شود، گرچه این نسبت می‌تواند با توجه به کیفیت Lignite، وزن گل، نوع سازند و دمای چاه کاهش یابد.

Lignosulfonate: این ماده جهت کنترل رئولوژی (اثر ضد کلوخه‌ای) و تامین کنترل آبدهی گل از طریق کلوخه کردن بنتونایت مورد استفاده قرار می‌گیرد. عمل ضد کلوخه‌ای رسها، نتیجه جذب بار منفی موجود بر لبه Lignosulfonate و بار مثبت بر روی صفات رسها می‌باشد. این عمل باعث قطع شدن ارتباط بین ذرات رس گشته (ضد کلوخه شدن) که در نهایت گرانروی ، Y.P و Gel پائین می‌آید. همچنین Lignosulfonate با تشکیل یک کیک فشرده و نازک باعث بهبود کنترل آبدهی گل می‌گردد.

مقدار مصرف آن در گلهای آهکی نسبت به ژیسمی کمتر است.

- کاستیک سودا / کاستیک پتاس:                                                    NaOH/KOH

این مواد جهت کنترل آلکالینینی  گل بکار برده می‌شوند. باید توجه داشت که کنترل  جهت قابلیت انحلال آهک و پایداری خواص رئولوژی گل بسیار مهم است.

اگر از کاستیک پتاس جهت کنترل آلکالینیتی استفاده شود، به دلیل وجود یون پتاسیم، خاصیت بازدارندگی سیستم نیز افزایش می‌یابد.

 

«سیالات پایه پتاسیمی»  "Potassium Based Muds"

 

براساس نتایج آزمایشات عملیاتی و آزمایشگاهی، سیالات پایه پتاسیمی در مقابله با شیلها بهترین نوع سیالات پایه آبی می‌باشند. برای درک این مطلب باید به تاثیر پتاسیم بر روی لایه‌های شیلی و رسی توجه داشت.

عملکرد پتاسیم بر پایه تعویض یون پتاسیم با یونهای سدیم یا کلسیم موجود بر روی یا در میان لایه‌های رسها است که به دو صورت قابل بررسی می‌باشد. 1) اندازه یونی 2) نیروی آبگیری

قطر یونی پتاسیم 2.66 (انگستروم) است و فضای بین شبکه‌های ذرات رسی حدود  2.8 (انگستروم) می‌باشد نزدیکی قطر این کاتیون با فضای بین ذرات رسها نشان‌دهنده آن است که در هنگام تعویض یونی، پایداری رس بیشتر شده و عمل کریستاله شدن آن ، بسیار مطلوب خواهد بود.

شیلها می‌توانند حاوی مقادیر زیادی رسهای چند لایه SMECTITE باشند. شیلهای تو خالی حاوی مقادیر زیادی رس montmorillonite هستند، همچنین آنها می‌توانند دارای رس ILLITE نیز باشند. یون پتاسیم قابلیت تعویض و جایگزین شدن با هرگونه یون موجود در شبکه رسی را دارد. در این حالت فضای بین شبکه رسی به هم نزدیکتر شده که باعث نزدیک شدن صفحات رسی به همدیگر و نهایتاً مقدار آبگیری کمتر می‌شود.

در جایی که رسهای montmorillonite وجود دارد یون پتاسیم جایگزین یون سدیم یا کلسیم می‌شود و آنجا که رس ILLITE و montmorllonite با همدیگر حضور دارند یون پتاسیم بر روی هر دو تاثیر گذاشته و باعث پایداری شیلها می‌گردد. تاثیر کاتیون پتاسیم بر روی شیلهایی که حاوی مقادیر زیادی ILLITE یا رسهای چند لایه می‌باشند از نکات بسیار مهم سیالات پتاسیمی در جهت مبارزه با شیلها می‌باشد.

این مطلب تا زمانی صدق می‌کند که شیلهای بسیار سخت با درجه شکنندگی متنوع و دارای ریز شکافها با حجم و ضخامت زیاد وجود نداشته باشد.

در این حالت حتی درصد کمی از آبگیری نیز کافیست تا وضعیت چاه را به خطر اندازد. نفوذ سیال، درون    ریز شکافها باعث تسریع در عمل آبگیری می‌شود. شیلهای حاوی مقادیر زیادی از montmorillonite می‌توانند در محیط سیال پتاسیمی تا حدودی آبگیری نمایند. حتی کاهش 82 درصدی آبگیری ممکن است برای پایداری سازند کافی نباشد.

برای اینکه در هنگام حفاری سازندهای شیلی، با کمترین مشکلات روبرو شویم باید قبل از هر عملیاتی تجزیه شیل (آنالیز شیل توسط آزمایش اشعه ایکس صورت می‌گیرد) ، میزان پراکندگی، مقدار ریز شکافها، ترکیبات رسی و مقدار آبگیری شیلها مورد آزمایش و مطالعه قرار گیرند. برای این کار می‌توان از اطلاعات موجود از چاه‌های قبلی و مجاور نیز استفاده کرد ، سپس میزان صحیح درصد پتاسیم مصرفی را مشخص کرد. البته استفاده از مواد آسفالتی نیز می‌تواند موفقیت‌آمیز باشد. در این شرایط است که مبحث جدید سیالات پتاسیمی – پالیمری به عنوان راه‌حلی مناسب جهت بهتر مبارزه کردن با شیلها مطرح می‌شود.

با پیشرفت حفاری چاه و انجام عمل تعویض کاتیونی بین پتاسیم از یک طرف و شیلها، کنده‌ها، حتی رسهای اضافه شده به سیستم سیال حفاری از طرف دیگر، مقدار پتاسیم موجود در گل به طرز موثری کم می‌شود. بنابراین از آنجائی که باید غلظت یون پتاسیم جهت ایجاد حالت بازدارندگی گل در محدوده خاصی باشد، همیشه باید مقدار اضافی یون پتاسیم در سیستم وجود داشته باشد. بدین منظور باید به آزمایش مقدار یون پتاسیم موجود در سیال توجه خاصی شود.

تئوری بازدارندگی برای تمام سیستمهای گل پتاسیمی یکسان می‌باشد ولی انتخاب یک سیستم خاص پتاسیمی به فاکتورهای زیر بستگی دارد:

1) نظر شرکت متقاضی

2) وزن مورد نیاز سیال جهت حفاری

3) نمونه سازندهایی که باید حفاری شوند

4) حرارت سازندها و کنترل آبدهی گل

5) تجهیزات کنترل مواد جامد بر روی دستگاه حفاری

مهمترین مسئله‌ای که در استفاده از این سیستمها باید مدنظر گرفته شود وجود مقدار اضافی پتاسیم در سیستم جهت انجام تعویض یونی می‌باشد. اگر این میزان به پائین‌تر از حد مجاز تنزل نماید، رسها و شیلها شروع به آبگیری کرده، وضعیت چاه ناپایدار شده و مشکلات عدیده‌ای را به همراه خواهد داشت، ضمن اینکه بر روی خواص گل نیز تاثیر منفی می‌گذارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

سه گروه عمده گلهای پتاسیمی عبارتند از:

1)   KCL – Polymer (KCL-PHPA)

2)   KOH – Lignite Muds

3)   KOH – Lime Muds

1) سیالات KCL – Polymer (KCL – PHPA)

اینگونه سیالات جهت پایداری چاه و پراکندگی ذرات حفر شده بکار برده می‌شود. وقتی که این سیال به درستی ساخته شود، مزایایی از قبیل کمترین صدمه به سازندهای حساس به آب را بدنبال خواهد داشت. سیالات پتاسیم کلرایدی نه تنها از غلظت‌های مختلف پتاسیم (3 تا 5 درصد وزنی) استفاده می‌کنند بلکه انواع مختلفی از پلیمرها نیز در آنها بکار می‌رود. برای اینکه گلهای پتاسیم کلرایدی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشند ذرات جامد باید در حد پائین نگه داشته شود و دستگاه‌های کنترل مواد جامد به طرز موثری کارآیی داشته باشند.

- افزودنی‌های عمده گل پتاسیم کلرایدی پلیمری:

در جدول زیر مواد و محدوده استفاده آنها در این گل آمده است:

افزودنی‌های گل پتاسیم کلراید – پلیمری

عملکرد

غلظت بر حسب lb/BbL

افزودنیها

Viscosifier

Filtration control

5-15

Bentonite

"Prehydrated"

Inhibition

Source of potassium ion

5-60

Potassium chloride

Alkalinity control

Source of potassium ion

0.25-0.75

Caustic potash

Filtration control

3-6

starch

Filtration control

0.5-1

PAC

Deflocculant

3-6

Lignosulfonate

Filtration control

2-4

Lignite

ساخت و نگهداری این گلها با وزن کم و غلظت پتاسیم کلراید پائین (برای نمونه 3 تا 5 درصد وزنی) آسان است ولی زمانی که افزایش وزن موردنیاز باشد، ترکیب گل پیچیده‌تر شده و کنترل خواص آن نیز مشکل‌تر می‌گردد.

- بنتونایت:

Bentonite prehydrated برای تامین ویسکوزیته این گل بکار برده می‌شود، همچنین با تشکیل ذرات کلوئیدی می‌تواند باعث بهبود کیفیت فیلتر کیک در گل تازه ساخته شده، شود. از آنجائیکه بنتونایت در محیط نمکی قابلیت آبگیری خود را از دست می‌دهد ، گرانروی مناسبی ایجاد نمی‌کند و مقدار مصرفی ثابت بنتونایت را افزایش میدهد.

بطور نمونه غلظت 5 تا 15 پوند در بشکه از غلظت Bentonite prehydrated برای تامین گرانروی و کنترل آبدهی گل کافیست. افزودن بنتونایت خشک به گل حاوی کلراید با سختی بالا، گرانروی کافی ایجاد نخواهد کرد ولی افزودن مقدار کمی بنتونایت به مقدار 1 تا 3 پوند در شبکه می‌تواند باعث بهبود فیلتراسیون مخصوصاً در دمای  تا  گردد.

- پتاسیم کلراید:      (KCL)

این ماده جهت جلوگیری از آبگیری شیلها و رسهای فعال بکار برده می‌شود. البته اندازه مصرفی KCL واقعی بطور دقیق قابل اندازه‌گیری نیست ولی بطور تقریبی، در سازندهای قدیمی که حاوی رسهایی با آبگیری کم هستند نیاز به 3 تا 5 درصد وزنی KCL دارند در حالی که سازندهای جدیدتر که شیلهایی با قابلیت آبگیری بالا دارند تا 15 درصد وزنی نیاز به KCL دارند.

جهت تامین یون پتاسیم می‌توان از مواد دیگری نیز استفاده کرد (بخصوص اگر یون CL برای محیط اطراف ضرر داشته باشد). از جمله این مواد می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

 

- کاستیک پتاس:   (KOH)

جهت کنترل PH در این گلها بیشتر از KOH استفاده می‌شود، زیرا این ماده PH گل را بدون آن که بر روی غلظت یون سدیم تاثیر داشته باشد کنترل می‌نماید.

بطور کلی یک محدوده PH بین 9.5 تا 10.5 برای بهینه سازی کارآیی این گل (تا زمانی که PH بالا بر روی قابلیت جذب پالیمرها تاثیر نداشته باشد) مناسب است.

- زانتان گام :    (Xanthan Gum)

بیوپالیمرهایی نظیر زانتان گام جهت تامین گرانروی این گلها بصورت جایگزینی یا مکمل بنتونایت بکار می‌رود.

این ماده می‌تواند خواص رئولوژی گل را افزایش داده و کمک کننده خوبی جهت نگهداری ذرات جامد غیرفعال مفید در گل باشد. مقدار مصرف آن می‌تواند بین 0.5 تا 1 پوند متغیر باشد.

PAC:   (Polyanionic Cellulose)

اصولاً پالیمرها به معنای فارسی «بسپار» مولکولهای درشتی هستند که دست کم 100 برابر از مولکولهای آب و یا متانول سنگین‌تر هستند. بیشتر مواد اساسی همچون پروتئین، چوب، لاستیک خام (کائوچو) و رزین‌ها که در موجودات زنده یافت می‌شوند پالیمر (بسپار) می‌باشند.

مواد مصنوعی مانند لاستیک‌ها، الیاف مصنوعی (نایلون)، چسب‌ها، شیشه و چینی نیز جزء مواد پالیمری هستند اصولاً مواد پالیمری دارای PH بین 6 تا 9 و S.G نزدیک به 1 یا (کمی بیشتر) می‌باشند.

ماده PAC پالیمری آنیونی و بیوساید (ضدباکتری) است که در سیالات حفاری بکار برده میشود.

این پالیمر با عملکرد خوب در شرایط سخت، جهت کنترل خواص رئولوژی، کنترل آبدهی گل (حتی در مقدار مصرف کم بین 0.25 تا 1 پوند در شبکه) و موثر در کپسوله کردن ذرات جامد در سیستم گلهای آب شیرین، آب دریا، آب نمک و گلهای پتاسیم کلرایدی، کاربرد دارد.

از خصوصیات این ماده می‌توان به ایجاد کیک نازک، انعطاف‌پذیری که امکان‌ گیر اختلاف فشار لوله‌ها را به حداقل می‌رساند، اشاره کرد. این پالیمر آنیونی در مقابل باکتری‌ها مقاوم بوده و نیازی به مواد ضد باکتری ندارد. پایداری و مقاومت آن در برابر حرارت حداکثر تا  بوده و در سیستم‌های با سختی زیر mg/Lit 1000 استفاده می‌شود.

 

 

در گراف زیر عملکرد نوعی PAC با نام تجاری AQUAPAC را ملاحظه میفرمایید.

 

PAC بصورت پودری سفید رنگ و نرم، در بسته‌های چند لایه ضد آب 50 پوندی عرضه می‌گردد. باید در جای خشک و بدور از هرگونه حرارت یا مواد آتشگیر قرار داده شود و حداقل تماس را با گرد و غبار داشته باشد.

- گیلسونایت : (Gilsonite)

پودر معدنی آسفالتی به اسم گیلسونایت جهت پر کردن ریز شکافهای درون سازند، (بخصوص سازند های ماسه‌ای)، استفاده می‌شود.

- استارچ:    (Starch)

استارچ جهت کنترل آبدهی این گل استفاده می‌شود. بهتر است از یک استارچ اصلاح شده Biocide (ضدباکتری) جهت کارآیی بالاتر، استفاده شود. استارج‌های اصلاح شده عموماً استارچ‌های سیب‌زمینی بوده که پایداری حرارتی تا دمای تقریبی دارد.

همچنین از استارچ ذرت از پیش تغلیظ شده نیز ممکن است استفاده گردد ولی این نوع استارچ، هم  پایداری کمتری دارد و هم در مقابل باکتری‌ها ضعیف عمل میکند.

- پارامترهای عملیاتی:

رایج ترین مشکل این گل کمبود مقدار پالیمر است. در حین حفاری، پالیمرها همراه با مواد جامد بیرون ریخته می‌شوند و اگر غلظت پالیمر به درستی کنترل نشود، باعث انتشار و پراکندگی شیلها و ذرات جامد میگردد. این امر افزایش گرانروی را به همراه خواهد داشت بنابراین کنترل مواد جامد برای این گل بسیار ضروری می‌باشد. در جدول زیر خواص مختلف گل با وزنهای متفاوت عرضه شده است:

 

نمونه خواص گل  KCL - Polymer

F.L

 

Gel

 

Y.P

 

PV

cps

Density

lb/Gal

12-10

 

20-10

25-12

10-9

8-5

 

20-10

25-15

11-10

6-3

 

15-7

35-15

12-11

4-2

 

15-6

40-20

14-12

4-2

 

15-6

45-25

16-14

3-1

 

8-6

45-30

18-16

 

 

 

 

روش گل سازی:

1) آب مورد نیاز

2) سودا آش جهت رسوب دادن سختی گل ()

استفاده از سوداش، یک نوع پیش درمانی است و بدلیل حساسیت پالیمرها به کلسیم و منیزیم پائین نگه داشتن سختی گل بسیار ضروری می‌باشد.

3) استفاده از کاستیک جهت کنترل PH

در این گل جهت کنترل PH، استفاده از کاستیک پتاس نسبت به کاستیک سودا ترجیح داده می‌شود.

4) بنتونایت (در آب شیرین درست شود)

در سازندهایی که استفاده از بنتونایت ضرورتی ندارد از برنامه ساخت گل حذف می‌شود.

5) نمک پتاسیم کلراید به مقدار لازم

6) استفاده از پالیمرهای گرانروی زا

7) استفاده از پالیمرهای کنترل آبدهی گل

8) مواد وزن افزا به مقدار مورد نیاز

- نکات قابل توجه جهت ساخت:

اگر گل موردنظر بیش از حد غلیظ شود که برای پمپها ایجاد شکل نماید، پتاسیم کلراید به آن می‌افزائیم.

این نمک غلظت گل را کاهش داده و اجازه Mixing بهتری می‌دهد. محدوده PH را بین 9 تا 9.5 تنظیم نمائید و پس از پائین آمدن غلظت گل، پالیمرهای دیگر را اضافه کنید.

در هنگام اضافه نمودن مواد وزن افزا مانند باریت مکرراً وزن و گرانروی را اندازه‌گیری نمائید زیرا ممکن است گرانروی بعد از هم زدن اولیه افت کرده و ته‌نشینی مواد وزن افزا صورت گیرد، در این حالت باید پالیمرهای گرانروی زای بیشتری استفاده شود.

جدول زیر به عنوان نقطه شروع مورد استفاده قرار می‌گیرد ولی برای بدست آوردن فرمول دقیق گل سازی باید با توجه به لیتولوژی سازند مورد حفاری، قبل از گل سازی، حتما در آزمایشگاه تست پایه صورت گیرد.

 

غلظتهای مختلف مواد برای گل KCL - Polymer

غلظت‌ها برحسب lb/Bbl

Active

PHPA

Barite

Starch

PAC Reg.

PAC LV

Xanthan

Gum

KCL

Caustic

potash

Bentonite

Water Bbl

Mw lb/gal

1

0

4

1.5

-

1

35

0.25

15

0.92

10

1

124

4

1.5

-

1

31

0.25

15

0.84

12

1

238

4

-

1.5

0.75

28

0.5

12.5

0.76

14

1

295

3

-

1

0.5

27

0.5

10

0.73

16

1

354

3

-

1

0.5

25

0.5

7.5

0.69

18

 

گلهای KCL – polymer از دو قسمت مهم و مکمل همدیگر ساخته می‌شود. در یک قسمت پتاسیم کلراید به عنوان ماده باز دارنده و در قسمتی دیگر انواع پالیمرها با کارآیی‌های متفاوت وجود دارد. اهمیت پتاسیم کلراید به عنوان ماده باز دارنده بیان شد ولی پالیمرها بدلیل تنوع استفاده در این گل و همچنین عملکردهای متنوع از جمله کنترل گرانروی، آبدهی گل، ایجاد لایه‌سازی بر روی دیواره چاه و بیرون ریختن مواد جامد مزاحم نیاز به توجه خاصی دارند.

از جمله پالیمرهایی که می‌تواند نقش بسزایی در این نوع گل جهت مبارزه با سازندهای فعال رسی و شیلی ایفا کند نوعی پالیمر بنام PHPA بوده که برای کپسوله کردن ذرات جامد طراحی شده است.

جهت حفظ درصد مناسبی از PHPA توجه به حجم مواد جامد (L.G.S) زیر 7 درصد حجمی ، بسیار مهم است. از آنجا که PHPA در اثر سایش زیر مته حفاری کارآیی خود را تا حدودی از دست می‌دهد، افزودن مقادیر ثابتی از آن در حین حفاری جهت نگهداری گل در وضعیت مطلوب ضروری می‌باشد، تا کمبود این پالیمر که مسئول ممانعت از آبگیری رسها از طریق ایجاد پوشش بدور آنهاست جبران گردد.

کنترل کردن ظاهر کنده‌ها بر روی شیکر و همچنین مقدار MBT گل می‌تواند به ما نشان دهد که چه موقع باید PAC و PHPA به سیستم اضافه شود.

هر دو پالیمر PHPA و PAC جذب مواد جامد (مخصوصاً رسها) می‌شوند. مهمترین کاری که برای PHPA در نظر گرفته شده جذب شدن و حلقه زدن به دور ذرات مواد جامد (رسها و شیلهای حفاری شده) و جلوگیری از انتشار و پراکندگی (آبگیری) آنهاست به این حلقه زدن PHPA بدور ذرات شیل Encapsulation گویند.

وجود دستگاه‌های تصفیه مناسب که بتواند بخوبی از ورود ذرات جامد حفر شده به سیستم گل جلوگیری کند لازم و ضروری است، زیرا با ورود کنده‌ها بدرون گل، مقدار بیشتری پالیمر صرف شده و هزینه گل بالا می‌رود.

همانطور که گفته شد در بسیاری از این گلها حجم L.G.S باید زیر هفت درصد وزنی نگه داشته شود تا کاهش PHPA که از طریق جذب توسط ذرات جامد و یا سایش زیر مته اتفاق می‌افتد را جبران نماید. یک قانون کلی در حفاری سازندها وجود دارد و آن اضافه کردن یک پوند در شبکه PHPA در ازای هر 110 فوت حفاری می‌باشد.

(Partialy hydrolyzed polyacryl amide)                           : PHPA

یک ماده پالیمری آنیونیک با وزن مولکولی بالا که جهت کپسوله کردن ذرات جامد و جهت بازدارندگی شیلها از  آب گیری طراحی شده است. همچنین این ماده بر خواص رئولوژی، آبدهی گل، کاهش اصطکاک و پراکندگی ذرات موثر است.

این ماده در سیالات با ذرات جامد کم، تا سیالاتی با ذرات جامد زیاد، میتواند از آب شیرین تا آب نمک اشباع، مورد استفاده قرار گیرد.

PHPA دارای ظاهری کرم رنگ (قهوه‌ای روشن مایل به زرد) بصورت پودر و یا مایع (مایع آن به رنگ زرد مات است) عرضه می‌گردد دارای وزن مخصوص (1.07 تا 1.1) و PH بین 8 تا 9 می‌باشد. این ماده ذرات و شیلها را بطور بسیار عالی کپسوله کرده و باعث پایداری دیواره چاه می‌گردد. این ماده با بالا بردن ویسکوزیته و پراکنده کردن ذرات کنده شده به بهبود وضعیت گل کمک می‌کند.

در  چاه‌هایی با قطر کم جهت عملیات مغزه‌گیری می‌توان از PHPA در سیستم گل استفاده کرد. افزودن 0.5 تا 1.75 پوند در شبکه از این ماده کمک موثری جهت بیرون ریختن کنده‌ها به ما می‌کند.

در گلهای (LSND) Low solid – NON Dispersed این ماده یکی از بهترین کارآیی‌ها را دارد زیرا می‌توان از بنتونایت کمتری استفاده کرد (یعنی با افزودن 5 تا 10 پوند در شبکه نیتونایت به نتیجه‌ای همراه با PHPA خواهیم رسید که در گلهای معمولی بدون PHPA با افزودن 25 تا 35 پوند در شبکه بنتونایت آن نتیجه حاصل می‌شود) در حقیقت نیاز گل به بنتونایت را کاهش داده و این کار از ورود بنتونایت اضافی (که نوعی ذرات جامد است) به گل جلوگیری می‌کند. این ماده در گلهای سنگین وزن نیز کاربرد دارد تا علاوه بر ایجاد حالت کپسوله ذرات و پایداری چاه به عنوان عامل ثانویه افزایش غلظت و ایجاد کیک فیلتریت یکنواخت نیز عمل کند. با توجه به ساختار مولکولی پلی پلاس می‌توان به حساسیت این ماده پالیمری به یونهای سنگین  پی برد.

 

ساختمان مولکولی PHPA

وقتی غلظت کاتیونهای چند ظرفیتی مانند کلسیم بالا رود پلی پلاس با آنها واکنش انجام داده و رسوب می‌کند. بنابراین غلظت بالای mg/Lit 300 یون کلسیم برای این پالیمر مضر بوده و باید کلسیم موجود در سیستم توسط موادی مانند سودااش کاهش داده شود.

در هنگام حفاری سیمان بهترین حالت این است که PH گل را به پائین‌ترین حد ممکن رساند و آنگاه از بیکربنات سدیم جهت کاهش یون کلسیم استفاده کرد.

در هنگام آلودگی گل پالیمری به  باید از اکسید روی استفاده کرد. اکسید روی بصورت پودر، بهتر از اکسید روی مایع است زیرا پودر آن در گل قابلیت انحلال کمتری دارد لذا با PHPA کمتر واکنش داده و آن را از بین می‌برد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بطور کلی مزایای استفاده از PHPA را می‌توان بصورت زیر خلاصه کرد:

 

1) ایجاد پوشش عالی دور ذرات و جلوگیری از پراکندگی آنها

 

2) ایجاد پایداری مناسب در مقابله با شیلها

 

3) جلوگیری از حالت Bit balling و گل گرفتگی دور stublizer و وسایل ته چاهی (BHA) با ایجاد پوشش مناسب دور آنها و روانکاری

 

4) بهینه‌سازی تصفیه ذرات جامد از سیال حفاری

5) نقطه سیلان (جاری شدن) پائین (نقطه سیلان ) جهت استفاده راحت در هوای سرد.

6) ایجاد غلظت در گلهای آب شیرین و سیالات با درصد کم مواد جامد.

 باید توجه داشت PHPA در هنگام اضافه شدن به سیستم در ابتدا غلظت شدیدی ایجاد می‌کند که در اثر Mixing خوب از گرانروی آن کاسته شده و به وضعیت مطلوب می‌رسد.

برای مخلوط کردن PHPA پودری نیاز به Mixing قوی است زیرا Mixing ضعیف ایجاد مشکلاتی مانند Fish-eyes و کور شدن توری الک لرزان کرده، بنابراین هرچه هم زدن PHPA قویتر باشد برش تخریبی جهت کم کردن وزن مولکولی آن بهتر صورت می‌گیرد و اگر به این مسئله توجه نشود PHPA به سادگی از روی توری‌ها هدر رفته و مخارج حفاری بالا می‌رود. بنابراین در هنگام اضافه نمودن PHPA به سیستم گل حفاری باید به موارد زیر توجه شود:

1) Mixing خوب و Prehydrate کردن پالیمر قبل از اضافه نمودن آن به سیستم جهت رفع fish–eyes و کور شدن توری‌ها.

2) انتخاب توری‌ مناسب جهت عبور بیشترین جریان از روی الک لرزان

3) پائین آوردن کلسیم به مقدار mg/Lit 400 بدلیل حساسیت PHPA به آن

4) نگه داشتن PH بین 8.5 تا 10

زیرا اگر PH بالای این محدوده برسد عمل هیدرولیز اتفاق افتاده و پلی اکریل آمید می‌تواند به پلی اکریلات تبدیل شده و گاز آمونیاک آزاد کند (NH3)

 

 

PHPA در مقابل حرارت تا دمای  مقاوم می‌باشد ولی این پالیمر ممکن است در شرایط طولانی در دمای   نیز هیدرولیز شده و به پلی اکریلات تبدیل شود.

این ماده در کیسه‌های چند لایه 50 پوندی بصورت پودر و در بشکه‌های 5 گالنی پلاستیکی بصورت مایع عرضه می‌گردد. این ماده باید دور از رطوبت و در محیطی با تهویه خوب و بدور از منابع گرمایی یا جرقه نگهداری شود.

در زیر نمونه خواص این ماده را در آب شیرین ملاحظه می‌کنید.

نمونه خواص نوعی PHPA

 با نام تجاری POLYPLUS در آب‌های شیرین

Marsh funnel

(sec/qrt)

Y.P

 

P.V

(CPS)

غلظت برحسب

Gal/Bbl

lb/Bbl

35

2

2

0.056

0.50

37

3

3

0.084

0.75

39

4

4

0.110

1.00

43

8

8

0.170

1.50

 

- مشکلات و راه علاج :         (Trouble shooting)

مشکلات عمده این نوع سیالات را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:

1) حجم بالای مواد جامد

2)آلودگی‌های سیمان

3) کیفیت پائین مواد

افزایش درصد مواد جامد باید سریعاً کنترل شود. توجه به شیوه کنترل مواد جامد و تجهیزات مربوطه از اولویت‌های کار با این نوع سیالات می‌باشد.

در حفاری سیمان باید به نکاتی توجه کرد مثلاً پائین نگه داشتن درصد ذرات جامد و یا پائین نگه داشتن PH از اندازه معمول این سیال حفاری، زیرا در هنگام حفاری سیمان PH گل سریعاً بالا می‌رود. گرچه درصد کم آلودگی سیمان می‌تواند با سدیم بی‌کربنات درمان شود ولی چنانچه باید مقدار زیادی سیمان حفاری شود درمان آن بوسیله بیکربنات سدیم و لیگنایت‌ها (SAPP) (جهت کاهش خاصیت قلیائی گل) باید مد نظر قرار گیرد. در جدول زیر بخشی از آلودگیها و تاثیرات آنها بر خواص گل و راه درمان آمده است.

درمان آلودگیهای سیال KCL - Polymer

روش درمان

نشانه‌ها

آلودگی

بهبود کنترل مواد جامد – استفاده از دستگاه‌های تصفیه – رقیق سازی

PV-YP افزایش

Solids - MBT

افزایش درصد مواد جامد

کمی رقیق‌سازی-درمان با مواد شیمیایی مانند: بیکربنات – SAPP بعد از عادی شدن شرایط اضافه نمودن مواد کنترل آبدهی گل

 افزایش

 YP – Gel - MFافزایش

Fluid loss افزایش

افزایش گرانروی قیف مارش

سیمان

مطالعه بروشور و تاریخ ساخت مواد

- آزمایش مواد

بطور کلی، کیفیت ضعیف مواد باعث ایجاد خواص نامتعادل سیال می‌شود

کیفیت

ضعیف

مواد

افزایش وزن جهت کنترل فوران - بدلیل وجود سازند نمکی، گل اشباع از نمک شود

بالا رفتن یون کلراید ()

Marsh funnel افزایش

YP – Gel - fluid loss

آب نمک

 -نمک

درمان با مواد شیمیائی مانند: سودااش - SAPP و پتاسیم کربنات در صورت لزوم - کنترل خواص رئولوژی

بالا رفتن یون کلسیم () fluid loss YP – Gel افزایش

کاهش

انیدریت

 - ژیپسم

بالا بردن PH بیش از 10.7 بوسیله کاستیک پتاس – تعیین مقدار L.G.S و اطمینان از نگه داشتن آن در محدوده قابل قبول

Mf - Y.P - Gel افزایش

  کاهش

بالا رفتن غلظت گل برگشتی بعد از لوله پائین - افزایش گرانروی گل برگشتی

کربنات

 

2) سیال کاستیک پتاس لیگنایتی    (KOH-Lignite muds)

این سیستم گل اصولاً در نواحی که یون کلراید زیاد، دردسر ساز است (مانند: عملیات Logging یا ملاحظات زیست محیطی) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این سیال قابلیت بازدارندگی داشته و توانایی تحمل دمایی بین  تا  را دارد. مانند سایر گلهای پتاسیمی می‌توان از پالیمرها جهت کنترل آبدهی گل و تثبیت خواص رئولوژی استفاده کرد. در صورت نیاز از لیگنوسولفنایت می‌توان به عنوان ماده ضد کلوخه‌ای استفاده کرد.

PH مورد نظر برای این گل 10 می‌باشد که برای این منظور از کاستیک پتاس استفاده می‌شود و حداکثر کلسیم باید از  gr/L 250 تجاوز نکند، زیرا مقدار بالای کلسیم هم برای فعالیت پتاسیم به عنوان ماده بازدارنده مضر است و هم باعث کاهش عملکرد پالیمرها می‌شود.

 

افزودنیهای عمده گل KOH - Lignite

عملکرد

غلظت بر حسب lb/BbL

مواد افزودنی

Viscosity

Filtration control

15-25

Bentonite

Deflocculation

Filtration control

5-8

Lignite

Alkalinity control

Source of Potassium

0.5-1.5

Caustic potash

Filtration control

viscosity

0.5-1

PAC/CMC

Weighting Agent

 به مقدار موردنیاز

مواد وزن افزا

 

نمونه خواص گل KOH - Lignite

Filtration

 

PH

Gel

()

Y.P

()

P.V

(CPS)

M.W

()

10-12

10

 

9-12

12-14

9

6-8

10

 

11-18

16-20

12

 

آلودگیها و راه‌های درمان KOH-Lignite

راه‌های درمان

نشانه‌ها

آلودگی

رقیق سازی – بالا بردن کارآیی – دستگاه‌های کنترل مواد جامد

افزایش درصد مواد جامد GS-YP-PV و گرانروی

High Solids

افزایش وزن جهت کنترل جریان چاه – اضافه نمودن مواد ضد کلوخه‌ای جهت کنترل خواص رئولوژی- وقتی که رئولوژی گل به حد مطلوب رسید، استفاده از مواد کنترل آبدهی گل - تغییر گل به گل پایه نمکی

احتمال جریان چاه – بالا رفتن گرانروی کلراید، F.L , YP

Salt water/ Salt

درمان با بیکربنات یا SAPP-بالا بردن Pf جهت محدود کردن انحلال  افزودن مواد ضد کلوخه‌ای جهت کنترل خواص رئولوژی

افزایش PH،  افزایش F.L,Gs,YP افزایش سختی گل

Cement

بالا بردن PH با کاستیک جهت کنترل  درمان و کاهش یون کلسیم با بیکربنات یا سودااش

تغییر میزان حفاری – افزایش کلسیم گل-کاهش PH،  و

Anhydrite

Gypsum

آزمایش پایه مواد و مطالعه بروشور مواد

افزایش مواد مصرفی

Poor

Product

بالا بودن PH تا 10.7 با کاستیک – اضافه نمودن آهک جهت درمان یون کربنات (مواظب بیش درمانی باشید)

افزایش mf , YP , GS کاهش PH،  و  افزایش غلظت گل

Carbonates

کاهش دادن MBT  و LGS - استفاده از مواد ضد کلوخه‌ای

بالا رفتن فشار پمپ جهت به حرکت در آوردن گل

Temperature

Gelation

 

3) سیالات هیدروکسید پتاس آهکی:    ( KOH – Lime Mud)

 این سیستم مانند سیستم گلهای آهکی است با این تفاوت که به جای NaOH برای تنظیم آلکالینیتی و محدود کردن قابلیت انحلال آهک از KOH استفاده می‌شود.

گل KOH – Lime به دو طریق باعث بازدارندگی شیلها می‌شود:

1) وجود یون             2) وجود یون

این گل می‌تواند با مقدار درصد آهک کم، متوسط و بالا مورد استفاده قرار گیرد. برای کنترل  آبدهی گل از استارچ ، CMC و PAC می‌توان استفاده کرد. PH گل را می‌توان در محدوده 11 تا 13 نگه داشت.

بهترین حالت این سیستم با آهک بالا (H-Lime – Mud) اجرا می‌شود. محدودیت دمایی این گل با توجه به مقدار رس در سیستم تعیین می‌شود. وقتی که درصد کمتری رس در سیستم وجود داشته باشد این گل دارای تحمل دمای زیادتری است نسبت به زمانی که رس بیشتری در سیستم وجود داشته باشد. محدودیت دمایی معمولاً تا  در نظر گرفته می شود.

برای ثابت نگه داشتن خواص رئولوژی سیال در گردش گل ته چاه که دمایی بالاتر به سیال اعمال می‌شود می‌توان از MOR-REX استفاده کرد. همچنین این ماده باعث پایداری Lime در سیستم شده که خود باعث ثبات یون کلسیم در سیال می‌شود.

کلراید بالای mg/Lit 20000 این گلها را از لحاظ اقتصادی غیرقابل توجیه می‌کند زیرا باعث کاهش اثر مواد دیگر در گل می‌گردد.

 

 

افزودنیهای عمده گل KOH - Lignite

عملکرد

غلظت بر حسب lb/BbL

مواد افزودنی

Viscosifier

Filtration control

15-25

Bentonite

Deflocculation

Filtration control

4-8

Lignosulfonate

High PH

Source of Ca++

4-10

Lime

Alkalinity control

2-3

Caustic potash

Deflocculant

2-3

DESCO

Filtration control

1-2

PAC/Starch

Weighting Agent

As needed for density

Barite

Deflocculant

3-5

MOR-REX

 

از مزایای این گل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

Inhibitive بودن، تحمل مواد جامد، مقاومت در برابر آلودگی‌هایی نظیر سیمان، انیدرید، کربنات و نمک.

از معایب این گل می‌توان به کاهش میزان حفاری در سازندهای سخت، نیاز به افزودنیهای زیاد، بالا رفتن ژل در اثر حرارت، نیاز به همزدن قوی و حل کردن بنتونایت در آب شیرین قبل از اضافه کردن به سیستم اشاره کرد.

 

آلودگی‌ها و راه‌های درمان KOH-Lime muds

راه‌های درمان

نشانه‌ها

آلودگی

رقیق‌سازی-توجه به کیفیت و کارآیی دستگاه‌های کنترل مواد جامد

افزایش درصد مواد جامد P.V، ژل ده دقیقه و MBT

High solids

افزایش وزن جهت کنترل فوران – افزودن مواد ضد کلوخه‌ای و کاستیک جهت کنترل خواص رئولوژی – پس از تثبیت خواص رئولوژی افزودن مواد کنترل آبدهی گل

افزایش کلراید – گرانروی  Y.P – GS – F.L

 کاهش

 احتمال جریان داشتن چاه

Salt water/ Salt

افزودن آهک جهت کنترل  و افزودن کاستیک جهت کنترل

افزایش  GS -

کاهش

Carbonates Co2

آزمایش پایه مواد و خواندن بروشور مواد

افزایش مصرف مواد – عدم تعادل خواص گل

Poor product Quality

افزودن ضد کف غیرسمی

ایجاد کف بر روی مخازن

Foaming

پائین آوردن  L.G.S- اگر دما پائین‌تر از  باشد استفاده از لیگنوسولفنایت و چنانچه دما از  بیشتر باشد استفاده از مواد ضد کلوخه‌ای سازگار با دمای بالا

افزایش غلظت گل Bottoms-UP  `بعد از تریپ – بالا رفتن فشار پمپ جهت به حرکت در آوردن گل بعد از Trip

Temperature Gelation

 

گلایکول : (Glycol)    

ماده جدیدی که اخیراً برای اضافه شدن به سیستم‌های پالیمری معرفی شده است Propylene Glycol نامیده می‌شود. این ماده همزمان با یون  و پالیمرها جهت بهبود عمل بازدارندگی شیلها عمل می‌نماید.

استفاده از Glycol می‌تواند باعث کاهش هزینه حفاری گردد زیرا باعث روانکاری جهت کاهش گشتاور (Torque) و (Drag) بر روی رشته حفاری شده و همچنین باعث بالا رفتن میزان حفاری (ROP) می‌شود.

گلایکولها براساس نقطه‌ ابری شدن آنها انتخاب و در گل استفاده می‌شوند. اصولاً به رنگ قهوه‌ای روشن و دارای وزن مخصوص نزدیک به 1 می‌باشند، آنها اثر سویی بر خواص رئولوژی و یا کنترل  آبدهی گل نداشته و ضریب اصطکاک در سیالات پایه آبی را پائین می‌آورند. از مزایای دیگر Glycol می‌توان به درجه پائین سمی بودن و عدم خوردگی قطعات لاستیکی اشاره کرد.

مقدار مصرف آن در گل بین 3 تا 10 درصد حجمی متغیر بوده و به عوامل زیر بستگی دارد:

(1) نوع گلایکول

 (2) غلظت گلایکول

 (3) نوع نمک

 (4) غلظت نمک

 بعد از افزایش Glycol در گل، باید بطور منظم مقدار درصد Glycol در سیستم ثابت نگه داشته شود (مقدار گلایکول توسط آزمایشات چک شود). گلایکول در دمای بالاتر از نقطه‌ ابری شدن، غیر محلول گشته و مانند تمام مواد نامحلول دیگر باعث بالا رفتن PV گل می‌گردد. دمای حالت ابری شدن، دمایی است که در آن گلایکول از حالت محلول به حالت نامحلول تغییر شکل داده و خاصیت بازدارندگی آن مقابل شیلها پدیدار می‌گردد.

 

بطور کلی مزایای گلایکول در گلهای پایه آبی Inhibitive (مخصوصاً گلهای KCL – PHPA) باعث شده، این گلها توانایی بالایی در جهت حفاری هرچه بهتر سازندهای رسی و شیلی بدست آورند.

 بطور خلاصه‌ مزایای گلایکول را می‌توان به صورت زیر شرح داد:

1) پایداری دیواره چاه و جلوگیری از آبگیری شیلها

2) بهبود روانکاری

3) بهبود کنترل آبدهی گل در دمای بالا

4) کاهش نیاز به رقیق سازی گل (افزودن گل جدید)

5) کاهش خطر Bit Balling

6) درجه کم سمی و مناسب بودن از نظر محیط زیست

 

گلایکول به رنگ زرد براق (کهربایی تا قهوه‌ای مات) در بشکه‌های 55 گالنی (208 لیتری) عرضه می‌گردد.

غلظت نمک موجود در گل تاثیر مستقیم بر روی  Cloud Point (نقطه ابری شدن) گلایکول دارد. نوع و مقدار غلظت محلول نمک، می‌تواند جهت تنظیم Cloud Point و کم کردن اکتیویته فاز مایع گل، مورد استفاده قرار گیرد تا منجر به پایداری بیشتر شیلها گردد.

- کاربرد سیستم گلایکولی:

کاربرد اصلی این ماده با وزن مولکولی پائین و محلول در آب، حفاری شیلهای فعال می‌باشد. از مزایای مهم این ماده، میتوان به پایدار ماندن دیواره چاه اشاره کرد که در اثر بوجود آمدن حالت ابری گلایکول یا به عبارتی   Cloud Point در گل، حاصل میشود.

مکانیزم Cloud Point این ماده بدین صورت است که وقتی عصاره گل با سازند گرم برخورد می‌کند، دمای عصاره بالا می‌رود و بدین ترتیب Glycol موجود در عصاره گل، با بالا رفتن حرارت از حالت محلول به حالت نامحلول تبدیل گشته، بدرون شکافهای بسیار ریز سازند شیل نفوذ کرده و مانند یک عایق بین عصاره گل و دیواره چاه عمل میکند. بدین ترتیب از ورود عصاره گل بیشتر، به درون شبکه متخلخل شیلها بطور موثری جلوگیری می‌نماید. گلایکول اضافی نیز که درون عصاره گل (بصورت نامحلول) باقی مانده، شیلهای حفاری شده را محاصره می‌کند.

از دیگر دلایل افزایش حرارت گلایکول، ذراتی هستند که حفاری می‌شوند. این ذرات در اثر سایش مته دچار افزایش حرارتی شده و این حرارت با بالا بردن دمای گلایکول، ایجاد حالت نامحلول برای این ماده کرده و آن را به حالت ابری یا نامحلول تبدیل می‌کند. این عامل باعث می‌شود Glycol نامحلول بیشتری در گل ایجاد شود. پس از ایجاد حالت ابری Glycol، این ماده مستقیمأ به ذرات حفاری شده می‌چسبد و پوششی بدور آنها ایجاد مینماید.

 

بدلیل اینکه گلایکول یک ماده آنیونی ضعیف می‌باشد، سرمنفی آن به سر مثبت ذرات حفاری شده چسبیده و باعث ایجاد پوششی بر روی ذرات می‌گردد. این پوشش گلایکول، تا دهانه چاه همراه ذرات خواهد بود که با کاهش دما در دهانه چاه، گلایکول به حالت محلول درون گل برگشته و بوسیله کنده‌ها به بیرون از سیستم انتقال داده نخواهد شد.

در این فرآیند نسبت به سیستم‌های پایه آبی معمولی به میزان کمتری رقیق سازی نیاز خواهیم داشت، زیرا گلایکول کنده‌ها را به راحتی به بیرون هدایت می‌کند. بنابراین نه تنها حجم گل ضایعاتی کاهش می‌یابد بلکه از لحاظ زیست محیطی نیز قابل قبول خواهد بود.

 

 

- آماده سازی سیستم:

1) دمای گردشی ته چاه را مشخص کرده یا تخمین بزنید. باید توجه داشت که دمای ته چاه در حالت استاتیک مناسب این محاسبات نمی‌باشد.

2) مقدار مناسب Glycol را تعیین کنید.

3) آب گل سازی را با کربنات سدیم و بیکربنات سدیم جهت حذف سختی گل، پیش درمانی کنید.

4) افزودنی‌های پالیمری جهت بدست آوردن غلظت مناسب را اضافه کنید.

5) افزودنیهای مناسب جهت پایداری شیلها را اضافه کنید.

6) PH سیستم را در محدوده 8.5 تا 9.5 نگه دارید.

7) با توجه به مورد شماره 2، مقدار نمک مورد نیاز را تعیین کرده و به سیستم اضافه کنید.

 البته می‌توان نمک را قبل از مواد غلظت زا و مواد پلیمری اضافه کرد تا انحلال بهتری داشته باشد.

8) مواد کنترل آبدهی گل را اضافه نمائید.

9) مواد وزن افزا را اضافه نمائید.

10) مقدارمناسب گلایکول را به سیستم اضافه کنید. مقدار گلایکول را به درصد حجمی در نظر بگیرید.

11) در صورت نیاز جهت رسیدن به خواص رئولوژی مناسب مواد ضد کلوخه‌ای را اضافه کنید.

غلظت‌های مختلف مواد از قبیل مواد کنترل‌کننده خواص رئولوژی گل و مواد پایدارکننده‌های شیل و مواد کنترل  آبدهی گل باید در قسمت‌های راهنما مشخص شود.

- روش تعیین:    (Cloud Point)    

یک نمونه از عصاره گل را درون استوانه مدرج ریخته و آن را بر روی هیتر قرار می‌دهیم. دما کم کم شروع به افزایش کرده تا زمانی که گلایکول به شکل ابری در‌آید.

 در این نقطه از دما نمونه به شکل‌ مات یا ابری دیده خواهد شد. این همان دمایی است که در آن گلایکول به حالت نامحلول در فاز مایع تبدیل می‌شود.

اگر گلایکول در نقطه مورد نظر شما ابری نشد، مثلاً در دمایی بالاتر از دمای مورد نظر شما به حالت ابری تبدیل شد، می‌توان با بالا بردن Salinity (مقدار درصد نمک) گل، نقطه دمای ابری شدن گلایکول را پائین آورد.

- دمای گردشی ته چاه: (Bottom Hole Circulation Temperture)

در شرایط عادی حفاری یک اختلاف دمایی بین دمای گردشی ته چاه (BHCT) و دمای سازند وجود دارد. برای دست یابی به بهترین عملکرد نقطه‌ ابری شدن گلایکول باید آن را طوری طراحی کرد که در دمایی نزدیک یا کمی کمتر از دمای گردشی  ته چاه (BHCT) به حالت ابری در آید.

ضمنأ می‌توان ترکیبی از چند گلایکول را نیز در یک سیستم بکار برد ولی در این صورت تشخیص دمای ابری شدن کار مشکلی خواهد بود، زیرا با ابری شدن یک نمونه از گلایکولها، دمای ابری شدن بقیه گلایکولهای موجود در سیستم را نمی‌توان تشخیص داد.

بطور کلی حداقل باید 3 درصد حجمی گلایکول در سیستم وجود داشته باشد، زیرا این ماده در مقادیر 3 تا 5 درصد موثر خواهد بود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بخش آزمایشات

- روش اندازه‌گیری Mf و Pf:

1) مقدار 1 میلی‌لیتر عصاره گل را درون ظرف ریخته و 5 میلی‌لیتر آب مقطر به آن اضافه کنید.

2) 2 یا چند قطره اندیکیتور فنل فتالئین به محلول اضافه کرده تا به رنگ صورتی درآید.

3) اسید سولفوریک 0.02 نرمال را قطره به قطره به محلول اضافه کرده و هم زمان هم بزنید تا رنگ صورتی به بی‌رنگ تبدیل شود (به رنگ قبلی برگردد).

نکته: اگر رنگ عصاره کدر و تیره باشد، بطوری که نتوان برگشت رنگ صورتی را تشخیص داد خاتمه عمل زمانی است که PH محیط به 8.3 کاهش یابد. (نمونه می‌تواند بوسیله آب مقطر رقیق‌سازی شود)

4) مقدار مصرفی اسید سولفوریک را به عنوان Pf اعلام می‌نمائیم واحد آن نیز میلی‌لیتر می‌باشد.

5) به همین محلول قبلی مقدار 3 تا چهار قطره متیل اورنژ اضافه کرده تا سبز رنگ گردد.

6) با اسید سولفوریک 0.02 نرمال محلول را تیتر نمائید. تا به رنگ زرد درآید در این موقع PH محیط 4.3 خواهد بود.

7) مجموع اسید مصرفی در هر دو آزمایش به عنوان MF اعلام می‌شود.

مثال: اگر نیم میلی‌لیتر اسید برای تست Pf مصرف شود و 0.3 میلی‌لیتر اسید برای تیتراسیون متیل اورنژ مورد استفاده قرار گیرد Mf برابر با 0.8 می‌باشد.

 

- روش تست با کلراید باریم (BaCl2):

1) یک میلی‌لیتر عصاره گل را درون ظرف قرار دهید.

2) دو قطره کلراید باریم 10 درصد به سلوشن اضافه کنید (این ماده بسیار سمی است و نباید بوسیله دهان بدرون پیپت کشیده شود).

3) موارد 2 تا 4 آزمایش قبل را تکرار کنید تا مقدار Pf بدست آید.

4) با یک حساب سرانگشتی اگر مقدار کلراید باریم مصرفی شما  یا کمتر از  مقدار Pf آزمایش قبل باشد گل دارای آلودگی کربناتی است.

مثال: اگر 1 میلی لیتر اسید برای تست Pf در آزمایش قبل بکار رفته باشد پس Pf برابر 1 است حال در آزمایش دوم یعنی کلراید باریم، مقدار 0.4 میلی‌لیتر اسید مصرف شود، بنابراین آلودگی کربناتی وجود دارد چون مقدار BaCl2 کمتر از  مقدار  آزمایش قبل است.

 

آزمایش :

1) یک میلی‌لیتر از گل درون ظرف آزمایش می‌ریزیم.

2) 25 میلی‌لیتر آب مقطر به آن اضافه می‌کنیم.

3) 5 قطره معرف فنل فتالئین اضافه کرده و هم می‌زنیم تا رنگ محلول صورتی شود.

4) بوسیله اسید سولفوریک 0.02 نرمال (یا 0.1 نرمال) تیتر می‌کنیم تا رنگ صورتی از بین برود.

نکته: اگر محیط آزمایش کدر باشد که تغییر رنگ مشاهده نشود پایان آزمایش زمانی است که PH محیط به 8.3 برسد.

5) مقدار اسید مصرفی را به عنوان  گزارش می‌کنیم اگر اسید 0.1 نرمال مصرف کرده باشیم باید آن را در 5 ضرب کنیم تا مقدار «» بدست آید.

 

- روش تعیین مقدار آهک:

1)  و  را طبق روشهای توضیح داده شده، بدست می‌آوریم.

2) کسر آب موجود در گل (کسر اعشاری ) را بوسیله دستگاه Ritort kit بدست می‌آوریم.

3) مقدار آهک (Lime Content) موجود در گل را به روش زیر محاسبه کنید.

 

 

 

 

 

 

- آزمایش آلکالینیتی عصاره گل (): Filtrate Alkalinity 

1) یک میلی‌لیتر از عصاره را درون ظرف ریخته و 24 میلی‌لیتر آب مقطر به آن اضافه کنید.

2) مقدار 2 میلی‌لیتر هیدروکسید سدیم 0.1 نرمال به آن اضافه کرده و خوب هم بزنید.

3) PH را اندازه بگیرید اگر 11.4 یا بالاتر باشد مرحله بعد را اجرا کنید در غیر اینصورت 2 میلی‌لیتر دیگر از هیدروکسید سدیم 0.1 نرمال اضافه کنید.

4) با استفاده از استوانه مدرج، 2 میلی‌لیتر کلراید باریم اندازه گرفته و به ظرف آزمایش اضافه می‌کنیم سپس 2 تا 4 قطره فنل فتالئین ضمن هم زدن به آن می‌افزائیم تا رنگ صورتی شود.

5) محلول را به وسیله اسید سولفوریک 0.02 نرمال تیتر نموده تا اولین تغییر رنگ (بی‌رنگی) را مشاهده کنیم (PH محیط 8.3).

نکته: ممکن است رنگ صورتی بعد از گذشت مدت کوتاهی از اتمام آزمایش دوباره ظاهر شود. در اینصورت نیازی به ادامه تیتراسیون نیست.

6) مقدار اسید مصرفی را به عنوان  گزارش کنید.

- روش آزمایش بدست آوردن :

1) همان آزمایش قبل را () تکرار کنید، با این تفاوت که عصاره گل در آزمایش را حذف می‌کنیم. سپس مقدار اسید را به عنوان   گزارش کنید.

 حال محاسبات مربوطه را طبق فرمولهای زیر انجام میدهیم :

اگر

 

 

اگر

 

 

 

- آزمایش متیلن بلو : (MBC)            METHYLENE BLUE CAPACITY

محلولهای مورد استفاده جهت آزمایش:

1) محلول متیلن بلو                                               

2) محلول هیدروژن پروکساید سه درصد        ( آب اکسیژنه)

3) محلول اسید سولفوریک 5 نرمال           ()

 

- روش انجام آزمایش

1) 2 میلی‌لیتر از گل را درون ارلن ریخته و 10 میلی‌لیتر آب به آن می‌افزائیم سپس 15 میلی‌لیتر آب اکسیژنه 3% و نیم میلی‌لیتر محلول اسید سولفوریک 5 نرمال به آن اضافه کرده و قبل از گرم کردن آن را خوب هم می‌زنیم به مدت 10 دقیقه محلول را جوشانده پس از آن حجم محلول را با آب مقطر به 50 میلی‌لیتر برسانید.

هشدار: موقع اضافه کردن آب مقطر باید حتماً از عینک آزمایشگاهی استفاده شود چون امکان ترکیدن ارلن بسیار زیاد است.

نکته: سیالات حفاری علاوه بر بنتونایت معمولاً دارای مواد جامد دیگری نیز، می‌باشند که متیلن بلو را به خود جذب می‌کنند. افزودن آب اکسیژنه به آزمایش نیز از این بابت است تا اثر مواد آلی نظیر CMC، پلی اکریلات و لیگنوسولفنایت و لیگنایتها را خنثی نماید تا جواب آزمایش با دقت بیشتری بدست آید.

2) نیم سی‌سی از محلول متیلن بلو را با پی‌پت به ارلن اضافه کنید. پس از آن درپوش ارلن را گذاشته و آن را به مدت 30 ثانیه به هم بزنید، در حالی که ذرات موجود در گل معلق می‌باشند باید بوسیله میله شیشه‌ای یک قطره از محلول را برداشته و آن را بر روی کاغذ صافی قرار دهید. نقطه پایانی آزمایش زمانی است که حلقه رنگی آبی مایل به سبز بدور قطره تشکیل گردد.

3) وقتی که رنگ مایل به سبز شروع به انتشار در اطراف قطره نمود ارلن را به مدت دو دقیقه دیگر به هم زده و قطره دیگری از آن را بر روی کاغذ صافی قرار دهید اگر باز هم حلقه رنگی آبی مایل به سبز تشکیل گردید آزمایش به نقطه پایان رسیده است در غیر اینصورت آزمایش را طبق روال گفته شده ادامه داده تا زمانی که رنگ آبی مایل به سبز مشخص شود.

 

 

 

 

4) مقدار محلول متیلن بلو استفاده شده را بر حسب سی سی یادداشت نمائید.

5) ظرفیت متیلن بلو گل به روش زیر محاسبه می‌شود:

 

 

 

 

 

 

- آزمایش سختی گل ():

1) 20 میلی‌لیتر آب مقطر درون ظرف آزمایش بریزید.

2) یک میلی‌لیتر از عصاره گل را به آن اضافه نمائید.

3) یک میلی‌لیتر از محلول بافر قوی  (آمونیوم هیدروکسید) به محلول اضافه کنید.

4) حدود 6 قطره Calmagite (معرف) به ظرف اضافه کرده و با میله شیشه‌ای هم بزنید اگر کلسیم یا منیزیم وجود داشته باشد رنگ محلول قرمز شرابی خواهد شد.

5) به وسیله پی‌پت و با استفاده از ورسونات استاندارد ضمن هم زدن، محلول را تیتر کرده تا زمانی که رنگ آن آبی شود مقدار مصرفی ورسونات را یادداشت کنید.

 اگر مقدار منیزیم نیز باید اندازه‌گیری شود مقدار یادداشت شده را «A» بنامید.

حال با توجه به محاسبات زیر می‌توان مقدار سختی گل را بدست آورد.

 

محاسبات:

 

 

 

گاهی اوقات به علت تیره بودن رنگ فیلتریت تشخیص نقطه پایانی آزمایش سختی، کار مشکلی است. با روش زیر می‌توان نقطه پایانی را بهتر تشخیص داد.

1) 20 میلی‌لیتر آب مقطر درون ظرف آزمایش بریزید.

2) یک میلی‌لیتر از عصاره گل را به ظرف آزمایش اضافه کنید اگر عصاره تیره باشد می‌توان به جای 1 میلی‌لیتر از 0.5 میلی‌لیتر استفاده کرد.

3) یک میلی‌لیتر معرف Masking Agent اضافه کنید.

4) یک میلی‌لیتر محلول بافر قوی آمونیوم هیدروکسید  اضافه کنید.

5) 6 قطره معرف Calmagite اضافه کرده و هم بزنید.

6) تیتراسیون آن توسط محلول ورسونات، تا زمانی که رنگ محلول بصورت آبی یا سبز درآید.

مقدار مصرفی و رسونات را یادداشت کرده و به شکل زیر حساب کنید.

 

 

 

- تعیین مقدار کلسیم و منیزیم:

1) 20 میلی‌لیتر آب مقطر را درون ظرف آزمایش بریزید.

2) مقدار 1 میلی‌لیتر از عصاره را به ظرف آزمایش اضافه نمائید.

3) یک میلی‌لیتر Masking Agent اضافه نمائید.

4) یک میلی‌لیتر از KOH یا NaOH هشت نرمال اضافه کرده و  قاشق چینی (0.2 گرم) معرف Calcon (یا (II) Calver اضافه کرده و بوسیله میله شیشه‌ای به هم بزنید.

5) بوسیله محلول استاندارد ورسونات، تیتر کرده تا محلول از رنگ قرمز شرابی به آبی تغییر پیدا کند مقدار مصرفی و رسونات را به عنوان عدد B یادداشت می‌کنیم.

 

 

 

 

- تعیین سختی گل  در عصاره تیره:

گاهی اوقات به علت تیره بودن عصاره گل، تشخیص رنگ و نقطه پایانی آزمایش مشکل خواهد شد. روش حاضر برای تشخیص نقطه پایانی آزمایش در عصاره‌های تیره باید مورد استفاده قرار گیرد.

- روش اول: «شامل کلیه فلزاتی که با محلول ورسونات تیتر می‌شود»

1) یک میلی‌لیتر از عصاره گل را در ظرف آزمایش بریزید.

2) 10 میلی‌لیتر از محلول Clorox (هیپوکلراید سدیم 5.25 درصد) اضافه کرده و هم بزنید (مطمئن باشید که محلول تازه بوده و دچار فساد نشده است).

3) یک میلی‌لیتر از اسید استیک به محلول اضافه کرده و هم بزنید.

4) ظرف آزمایش را بر روی هیتر قرار داده و اجازه دهید 5 دقیقه بجوشد (مقدار حجم محلول را بوسیله آب مقطر تامین کنید)

5) ظرف آزمایش را از روی هیتر برداشته و اجازه دهید تا به دمای اطاق برسد. قسمت پائین ظرف آزمایش را با آب مقطر بشوئید.

6) یک میلی‌لیتر محلول بافر قوی به آن اضافه کرده و هم بزنید.

7) شش قطره از calmagite را اضافه کرده و هم بزنید اگر سختی در آن وجود داشته باشد به رنگ قرمز شرابی تغییر خواهد کرد.

8) بوسیله پی‌پت با محلول ورسونات استاندارد تیتر کنید و مرتب هم بزنید تا زمانی که محلول به رنگ آبی در آید تغییر رنگ بصورت بنفش تا خاکستری در عصاره‌های تیره می‌تواند باشد.

مقدار و رسونات مصرفی را یادداشت نمائید آنگاه ToTal hardness را به شکل زیر حساب کنید.

 

= ml versenate x 400Total Hhardness as

 

- روش دوم: «شامل کلسیم و منیزیم که به عنوان کلسیم دوبار مثبت گزارش می‌شود»

1) یک میلی‌لیتر عصاره گل را درون ظرف بریزید.

2) 10 میلی‌لیتر Clorox (هیپوکلراید سدیم 5.25 درصد) به آن اضافه کنید.

3) یک میلی‌لیتر از اسید استیک به آن اضافه کرده و هم بزنید.

4) ظرف را روی هیتر قرار داده و 5 دقیقه بجوشانید. حجم محلول را بوسیله آب مقطر ثابت نگه دارید.

5) ظرف آزمایش را از روی هیتر برداشته و اجازه دهید تا به دمای اطاق برسد.

6) یک میلی‌لیتر محلول بافر قوی  به ظرف اضافه نموده و هم بزنید.

7) یک میلی‌لیتر از معرف Masking Agent به ظرف آزمایش اضافه نموده و هم بزنید.

8) 6 قطره Calmagite به ظرف آزمایش اضافه کرده و هم بزنید. اگر کلسیم و منیزیم وجود داشته باشد رنگ محلول قرمز شرابی خواهد شد.

9) با ورسونات محلول را تیتر کرده تا رنگ آن آبی شود.

(در تمام آزمایشات رنگ محلول باید کاملاً آبی شود یعنی اثری از رنگ قبلی در محلول نمانده باشد که این نقطه پایان آزمایش خواهد بود)

مقدار ورسونات را به عنوان A یادداشت کنید.

 

Total Hardness (mg/l) =

 

- تست کلسیم و منیزیم بطور جداگانه:

موارد یک تا پنج در آزمایش قبلی را تکرار کنید.

6) یک میلی‌لیتر بافر هیدروکسید سدیم به ظرف آزمایش اضافه نموده و هم بزنید (جهت رسوب دادن منیزیم).

7) یک میلی‌لیتر از معرف Masking Agent به ظرف آزمایش اضافه نموده و هم بزنید.

8)  قاشق چینی (0.2 گرم) از معرف Calcon به ظرف آزمایش اضافه کرده و هم بزنید اگر کلسیم وجود داشته باشد رنگ محلول به شکل قرمز شرابی خواهد شد.

9) بوسیله ورسونات محلول را تیتر کرده تا رنگ آن از قرمز شرابی به رنگ آبی تغییر کند. مقدار ورسونات را به عنوان عدد B یادداشت کنید. آنگاه از فرمول‌های زیر کلسیم و منیزیم را محاسبه کنید.

 

 

- آزمایش :

1) 1 یا 2 میلی‌لیتر از عصاره گل درون ظرف آزمایش بریزید.

2) مقدار اسید مورد نیاز برای تیراسیون  را اضافه کنید.

3) 25 میلی‌لیتر آب مقطر به ظرف بیفزایید.

4) 10 قطره محلول پتاسیم کرومات اضافه کرده، هم بزنید تا به رنگ زرد درآید.

5) با نیترات نقره، قطره قطره تیتر کنید تا زمانی که رنگ محلول از زرد به قرمز نارنجی تغییر یابد پس از آن 30 ثانیه زمان دهید اگر رنگ آن به حالت اول برگشت پایان آزمایش است.

6) مقدار مصرفی نیترات نقره را یادداشت کنید.

اگر میزان مصرفی نیترات نقره از 10 میلی‌لیتر بیشتر شده، باید تست را با عصاره کمتر و دقت بیشتر انجام داد یا اینکه از آب مقطر جهت رقیق سازی استفاده گردد. اگر غلظت یون کلراید در عصاره گل کمتر از 10000 میلی‌گرم در لیتر باشد باید از نیترات نقره 0.0282 نرمال استفاده شود که برابر با 0.001 گرم یون  در لیتر می‌باشد.

 نتیجه آزمایش را باید بصورت میلی‌گرم در لیتر یادداشت نمود.

 

 

 

اگر غلظت یون کلراید در عصاره بیش از 10000 میلی‌گرم در لیتر باشد، باید از نیترات نقره 0.282 نرمال که معادل 0.01 گرم یون  در لیتر می‌باشد استفاده کرد.

 

 

 

 

 

برای هر نرمالیته از نیترات نقره، یون کلراید بصورت زیر محاسبه می‌شود.

 

 

 

توجه: غلظت Nacl در محلول به اندازه 1.65 بار بیشتر از غلظت یون کلراید می‌باشد.

 

 

 

 

 

(Cation Exchange Capacity For Shales Test)   - آزمایش ظرفیت تعویض کاتیونی شیلها:

 

تقریباً یک گرم از شیل خشک شده را وزن می‌کنیم، درون ارلن مایر 150 میلی‌لیتری ریخته و 50 میلی‌لیتر آب مقطر به آن می‌افزائیم. سپس نیم میلی‌لیتر اسید سولفوریک 5 نرمال به آن اضافه کرده و به آرامی به مدت 10 دقیقه می‌جوشانیم و زمان میدهیم تا محلول سرد شود. بعد از سرد شدن نیم میلی‌لیتر به نیم میلی‌لیتر به محلول متیلن بلو 0.01 نرمال اضافه کرده و هم می‌زنیم تا به نقطه پایان آزمایش برسیم.

 

 

 

 

 

 

 

- آزمایش دستگاه Retort 50cc جهت سیستم Glycol:

گلایکول به عنوان یکی از مواد بازدارنده اصلی در سیستم‌های پالیمر – گلایکولی، با جذب بر روی شیلها مقدار آن در سیستم کاهش می‌یابد. بنابراین اندازه‌گیری مقدار گلایکول درون این گل مهم است. این آزمایش می‌تواند برای انواع مختلف گلایکول مورد استفاده قرار گیرد.

دستگاه Retort استاندارد ترجیحاً 50 میلی‌لیتر باید مجهز به یک درجه کنترل دما باشد تا بتواند دمای 302 درجه فارنهایت (150 درجه سانتی‌گراد) و 950 درجه فارنهایت (510 درجه سانتی‌گراد) را تامین کند.

- روش اجرایی:

1) کپ مخصوص دستگاه را پر از گل کنید. از پشم استیل استفاده کنید. کپ و قسمت بالایی را گریس مخصوص با دمای بالا زده، به هم پیچ کنید.

2) دمای دستگاه را بر روی 302 درجه فارنهایت قرار داده و اجازه دهید تا تمام آب درون کپ تبخیر شود که حدوداً 90 دقیقه طول می‌کشد مقدار حجم بدست آمده را به عنوان حجم اولیه یا  یادداشت کنید.

3) مجدداً دمای دستگاه را بر روی 950 درجه فارنهایت تنظیم کرده و بگذارید فاز مایع درون کپ نیز تبخیر شود. این حجم را به عنوان حجم نهایی یا  در نظر بگیرید.

آنگاه خواهیم داشت:

 

 

 

نکته: در صورت وجود دیگر مواد درون این گل با نقطه جوش بالا مانند روان‌کننده‌ها یا روغن ممکن است در نتیجه نهایی ایجاد خطا کند.

 

 

- روش تشخیص مقدار Glycol با انجام عمل شیمیایی و سانترفیوژ:

1) مقدار 8 سی‌سی از عصاره گل را جمع‌آوری کرده و در لوله سانترفیوژ قرار دهید.

2) مقدار 3 گرم نمک NaCl به لوله آزمایش اضافه کرده و آن را به خوبی تکان دهید تا قسمت اعظم نمک در آن حل شود.

3) به مدت سه دقیقه سانترفیوژ را بچرخانید.

4) لایه‌ای از گلایکول بالای محلول تشکیل خواهد شد حجم این لایه را می‌توان از درجه‌بندی روی لوله سانترفیوژ بدست آورد.

 

 

 درصد حجم گلایگول در عصاره = درصد گلایکول در کل سیستم گل

 

 = (کسر مایع) را از آزمایش Retort بصورت درصد در نظر بگیرید. مثلاً اگر آب 80 سی‌سی باشد آنرا در عدد بدست آمده از مقدار گلایکول ضرب کرده و بصورت درصد بنویسید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- آزمایش Cloud Point:

Cloud Point ( دمای ابری شدن)، دمایی ‌است که گلایکول در آن از حالت محلول به حالت نامحلول تبدیل میشود.

1) 2 تا 3 میلی‌لیتر از عصاره گل را درون استوانه مدرج  ریخته و آن را روی هیتر بگذارید.

2) یک دماسنج درون استوانه مدرج قرار دهید.

در اثر حرارت مشاهده خواهد شد که بخار گلایکول بصورت ابری درون استوانه‌ تشکیل خواهد شد (گاهی گلایکول مایل به تیره خواهد شد.) بخار گلایکول پس از بالا رفتن به دیواره استوانه برخورد کرده ، بصورت قطرات شبنم بر روی دیواره استوانه قرار گرفته و به پائین برمی‌گردد. به این حالت Cloud Point گلایکول گفته میشود.  در این موقع دما را یادداشت کرده و به عنوان دمای نقطه ابری شدن اعلام می‌کنیم.

 

 

 

 

شکل محلول و نامحلول گلایکول

 

 

 

 

- روش تعیین یون پتاسیم بوسیله پرکلراید سدیم جهت تشخیص کیفیت KCl

مواد و تجهیزات لازم:

1) محلول پرکلراید سدیم () g150 در 100 میلی‌لیتر آب مقطر

)پرکلراید سدیم یک ماده منفجره در حالت خشک می‌باشد این ماده اگر مرطوب نگه داشته شود هیچ خطری ندارد.(

2) محلول کلراید پتاسیم استاندارد (14 گرم KCL در 100 میلی‌لیتر آب مقطر).

3) دستگاه سانترفیوژ با دور تقریبی 1800 دور در دقیقه

4) گراف استاندارد KCl

5) استوانه مخصوص و مدرج 10 میلی‌لیتری

آماده‌سازی تجهیزات:

1) تنظیم کردن (کالیبره) دستگاه سانترفیوژ

اگر سانترفیوژ الکتریکی باشد آن را روی 1800 دور در دقیقه بوسیله دستگاه rheostat قرار می‌دهیم.

اگر سانترفیوژ دستی باشد بطور نسبی می‌توان 1800 دور در دقیقه را به روش زیر بدست آورد.

الف) مشخص کنید که با هر دور دسته دستگاه، قسمت چرخان سانترفیوژ چند دور می‌چرخد. مثلاً دسته دستگاه را بسیار آسان بچرخانید و تعداد دور قسمت چرخان را شمارش کنید.

ب) مشخص کنید برای 1800 دور، دسته دستگاه چند بار باید بچرخد.

2) آماده‌سازی منحنی کلراید پتاسیم استاندارد

الف) برای مصرفی 1 درصد تا 8 درصد بطور جداگانه تست راهنما انجا می‌دهیم.

مثلاً اگر قرار باشد 1% پتاسیم کلراید در سیستم داشته باشیم چنانچه KCl درجه خلوص مناسب داشته باشد باید  3.5 پتاسیم کلراید مصرف کنیم (به جدول صفحه 93 مراجعه شود).

این آزمایشات را هشت مرتبه یعنی از 1% تا 8% با پوند مصرفی‌های ذکر شده در جدول انجام دهید. در هر مرحله در ازای هر 3.5 پوند مصرفی پتاسیم کلراید 0.5 میلی‌لیتر از نمونه آزمایش را درون ظرف سانترفیوژ ریخته و مابقی تا 7 میلی  را آب مقطر اضافه می‌کنیم.

ب) مقدار 3 میلی‌لیتر پر کلراید سدیم به آن بیفزائید.

ج) به مدت 1 دقیقه با 1800 دور در دقیقه سانترفیوژ را می‌چرخانیم و مقدار رسوب را می‌خوانیم.

د) در یک کاغذ شطرنجی با خانه‌های مستطیل شکل که ضلع عمود آن مقدار رسوب KCl به میلی‌لیتر بوده و ضلع افقی آن مقدار KCl مصرفی به پوند در شبکه می‌باشد، نقاط نشانه از برخورد مقدار مصرفی و مقدار رسوب در 8 آ‍زمایش بالا را بدست می‌آوریم. آنگاه از جدولی مطلوب جهت تشخیص کیفیت KCl برخورداریم.

- آزمایش تعیین درصد KCl در گل:

1) مقدار 7 سی‌سی از عصاره گل را درون ظرف سانترفیوژ بریزید.

2) مقدار 3 سی‌سی پرکلراید سدیم به ظرف اضافه کنید تا حجم به 10 سی‌سی برسد (در صورت وجود پتاسیم فوراً رسوب تشکیل خواهد شد)

نکته مهم: هرگز رسوب تشکیل شده در اثر اضافه کردن پرکلراید سدیم را به هم نزنید.

3) با سرعت ثابت 1800 دور در دقیقه، به مدت 1 دقیقه سانترفیوژ را بچرخانید، سپس حجم رسوب را بخوانید.

بعد از آزمایش بلافاصله ظرف آزمایش را بشوئید.

4) جهت اطمینان از اینکه تمام پتاسیم موجود در عصاره گل رسوب داده شده است 2 تا 3 قطره محلول پرکلراید را بعد از انجام آزمایش به ظرف سانترفیوژ اضافه نمائید اگر رسوبی تشکیل نشد آزمایش صحیح است ولی اگر باز هم رسوبی تشکیل شد نشانه آن است که پتاسیم موجود در عصاره گل کاملاً رسوب داده نشده و آزمایش، با خطا روبرو است.

5) با مقایسه حجم رسوب بدست آمده و منحنی استاندارد غلظت کلراید پتاسیم  را مشخص کنید.

 

6) غلظت پتاسیم را با واحد پوند بر شبکه یا کیلوگرم بر مترمکعب گزارش کنید. غلظت پتاسیم می‌تواند به عنوان درصد KCl نیز گزارش شود.

 

 

 

محاسبات فوق با فرض بر اینکه S.G عصاره برابر 1 بوده انجام گرفته‌اند. در زمانی که KCl موجود در گل بیش از 21 پوند در بشکه باشد، می‌توان با رقیق‌سازی مناسب باعث بالا رفتن دقت نتیجه آزمایش شد. به عبارتی دیگر اگر مقدار KCl موجود در گل بیش از 21 پوند در بشکه باشد، مقدار 3 سی سی پرکلراید سدیم توانایی رسوب دادن تمام KCl  موجود در 7 سی سی عصاره را نخواهد داشت، لذا بجای 7 سی سی مقدار  3.5 سی‌سی از عصاره را درون لوله سانترفیوژ ریخته و بوسیله آب مقطر به 7 میرسانیم. سپس قبل از آنکه پرکلراید اضافه شود آن را خوب هم میزنیم.

بطور کلی اگر حجم عصاره برابر عددی غیر از 7 باشد، باید از فرمول زیر  پتاسیم کلراید را بدست آورد.

 

حجمی که از منحنی استاندارد قرائت می‌شود

 

این تست جهت نگه داشتن یون پتاسیم به میزان لازم درون گل حفاری در مناطق عملیاتی به ترتیبی که گفته شد بکار می‌رود و بهتر است زمانی مورد استفاده قرار گیرد که غلظت یون پتاسیم بالای 5000 میلی‌گرم بر لیتر باشد.

 

 

منحنی استاندارد پتاسیم کلراید