سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
Dewatering
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۳:۳٢ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/٦/٢۱
 

مقدمه:

در عملیات حفاری به طور کلی حجم زیادی از سیلات پسماند محتوی آلاینده های مختلف وجود دارد ، که درمان و جداسازی بعضی از آنها بسیار مشکل و گران است. Dewatering ، فرآیندی است که طی آن سیالات نه تنها در حفاری با گل پایه آبی ، بلکه در حفاری با گل پایه روغنی نیز تصفیه شده و به حد قابل قبولی برای دفع در محیط زیست می رسد. از این فرآیند در میادین نفتی ایران ، به ویژه در میدان نفتی آزادگان برای درمان آب استفاده می شود. تکنولوژی Dewatering ، یک فرایند توسعه یافته و پذیرفته شده در صنایع مختلف است. فرایند Dewatering دارای مزایایی است ، از جمله :

  • توانایی رسیدن به حد قابل قبولی برای تخلیه
  • یک تخلیه صفر یا سیستم های حلقه بسته ایجاد می کند
  • استفاده از سیالات بازیافت شده برای عملیات رقیق سازی
  • کاهش رد باقی مانده از دکل
  • کاهش هزینه های گل
  • کاهش مصرف آب
  • کاهش هزینه های دفع و حمل و نقل
  • بهبود ROP و خواص گل
  • بهبود تدارکات و آماده سازی در مکان های دور
  • هزینه های پایین تر پروژه
  • بهبود HSE

Dewatering فرایندی است برای جدا کردن عمده ذرات در اندازه های کلوئیدی از یک سیال حفاری یا دیگر سیالات پسماند است. در این فرایند ذرات در اندازه های کوچکتر از 2 میکرونی توسط منعقد کننده ها و لخته کننده ها به صورت توده های بزرگتر در آمده و به وسیله سانتری فیوژها ، از سیال خارج می شود. سیستم Dewatering برای کاربردهای مختلفی استفاده می شود:

  • برای رسیدن به قوانین زیست محیطی سخت گیرانه تر
  • در مکان های کوچک در جایی که فضای مخزن ذخیره برای تولیدات گل محدودیت ایجاد می کند.
  • در مکان های که دارای ذخیره کمی از آب هستیم
  • در مکان های دور افتاده که تدارکات برای دفع و ذخیره مشکل هستند
  • برای کاهش هزینه های سیالات حفاری گران و بازیافت مایع باارزش آنها
  • برای کاهش نیاز به رقیق سازی و هزینه های تخلیه

در این فرایند باید پیش از عملیات ، یک طرح کلی ارائه داد که طی آن هدف خودمان را از پروژه به طور واضح تعریف کنیم. اینکه در پایان فرایند می خواهیم از سیالات بازیافت شده ، مجددا استفاده کنیم یا آنرا درون محیط زیست تخلیه کنیم. تعیین میزان خدمات و تجهیزات مورد استفاده و مقادیر و نوع مواد شیمیایی نیز در قالب این برنامه ریزی قرار می گیرد. همچنین بایستی یکسری تست های راهنما در صورت تغییر نوع گل و یا سازند حفاری شده انجام و افزودنی ها و میزان دز آنها دقیقا اندازه گیری می شود. هدف از این تست ها و برنامه ریزی ها پیش از انجام عملیات ، ایجاد یک درمان شیمیایی موثرتر و اقتصادی تر سیال حفاری است.

پایداری ذرات کلوئیدی :

جامدات در سیال حفاری و آب پسماند به یکی از سه گروه زیر تقسیم می شوند.

-       جامدات محلول   ته نشین نمی شوند و از صافی ها عبور می کنند. مانند، نمک های محلول.

-       جامدات کلوئیدی این جامدات پایدار هستند و به صورت یکنواخت در محل پخش می شوند. در محلول های آبی معمولا دارای بار منفی هستند. ته نشین نمی شوند، ابعاد آنها کوچکتر از 2 میکرون است و با تجهیزات کنترل جامدات استاندارد خارج نمی شوند.

-       جامدات معلق غیر محلولند و می توانند ته نشین شوند. مانند، جامدات حفاری شده (رس) و    افزودنی های گل.

در نتیجه این جامدات در آب پارامتری مهم ، چون کدریت آب مطرح می شود. وجود کدری به دلیل اهمیت عوامل بیماری زا از قبیل ، ویروس ها و باکتری ها بسیار نگران کننده است. کلوئید در محلول کدر حفظ می شوند و پایدار باقی می مانند. ذرات کلوئیدی در آب دارای بار منفی هستند، که یکدیگر را دفع و از تجمع موثر ذرات جلوگیری می کنند و در نتیجه ذرات کلوئیدی پایدار و به صورت مجزا در محلول معلق باقی می مانند(شکل -----) به همین دلیل از منعقد کننده ها به عنوان بی ثبات کننده ساختار ذرات استفاده می کنند و به دنبال آن لخته کننده ها ذرات غیر پایدار را بع یکدیگر متصل  و باعث تجمع آنها می شوند. بی ثبات کردن کلوئیدها توسط منعقد کننده ها و لخته گذاری موفق می تواند باعث ایجاد 4 مکانیزم مختلف شود.

  • خنثی سازی بار :  در این مکانیزم از منعقد کننده های معدنی و پلی مرهای کاتیونی که سد انرژی کمتری برای جذب درون سطح ذرات دارند ، استفاده می شود. در نتیجه بار منفی ذرات را خنثی و نیروهای دافعه را خارج می سازد.
  • تله گذاری کلوئیدی : اگر از منعقد کننده های معدنی (چون آلوم و نمک های آهنی) با میزان دز بالا استفاده کنیم ، این حالت اتفاق می افتاد. آنها تشکیل رسوب های ژلاتینی هیدروکسیدهای فلزی نامحلول را می دهند در نتیجه ذرات کلوئیدی در این شبکه به دام     می افتند و با آنها سقوط می کنند و خارج می شوند.
  • انتقال بین ذرات (Bridging) : منعقد کننده معدنی و پلی مر های آلی با وزن مولکولی بالا می توانند باعث اتصال و چسبیدن ذرات به یکدیگر شوند. در نهایت توده های بزرگی تشکیل می شوند. این مکانیزم اکثرا در Dewatering با مکانیزم خنثی سازی بار استفاده می شود.
  • فشردگی لایه دوتایی : در غلضت بالایی از نمک ها مانند الکترولیت کلرید سدیم ایجاد     می شود. با کاهش یا از بین بردن نیروی دافعه سبب فشردگی لایه بار دار شده اطراف ذرات  می شود. این فرایند در Dewatering مناسب نیست. ولی معمولا در صنعت در جاهایی که یونهای دو و سه ظرفیتی وجود دارند ، مورد استفاده قرار می گیرند.

فرایند Dewatering در یک نگاه کلی :

  • پیش درمان سیال پسماند (رقیق سازی و تنظیم PH)
  • افزودن منعقد کننده ها برای خنثی سازی بارهای منفی و ناپایدار کردن کلوئید
  • هنگام مخلوط کردن منعقد کننده در سیال کلوئیدی میزان برش (سرعت مخلوط کردن) بالا (High Shear)
  • شروع تجمع ذرات با یکدیگر
  • افزودن لخته کننده های پلی مری به منظور تجمع ذرات با فرایندهای اتصال
  • سرعت مخلوط کردن لخته کننده در این بخش پایین ، به منظور جلوگیری از تجزیه توده های تجمع یافته
  • بزرگتر و محکم تر شدن توده های تشکیل شده
  • جدا سازی جامدات تجمع یافته از سیال توسط سانتری فیوژها

انعقاد         Coagulation :

انعقاد فرایندی پیچیده است ، اکثرا با استفاده از هیدرولیز نمک های فلزی چون سولفات آلومینیوم ، کلراید آهن، سا سولفات آهن برای تولید کاتیون های سه ظرفیتی ( Fe+3و AL+3) در محلول آبی انجام می شود. قدرت منعقد کنندگی یک یون وابستگی زیادی به ظرفیت و بار آن دارد. یک کاتیون سه ظرفیتی 10 – 20 برابر موثرتر از یون دو ظرفیتی که خود 30 – 60  برابر موثرتر از یون تک ظرفیتی است. این فرایند طی سه مرحله انجام می پذیرد.

  1. تشکیل منعقد سازها : اکثر منعقد کننده های معدنی در حین و بعد از زمان مخلوط شدن تشکیل می شوند مانند سولفات آلومینیوم . بعضی از آنها مانند آهک به صورت مواد شیمیایی خشک (پودر) مستقیما اضافه می شوند. تعدادی از منعقد کننده ها پیش از اضافه شدن به صورت محلول یا معلق آماده می شوند مانند پلی آلومینیوم (PAC) و پلی آهن کلراید (PIC)
  2. بی ثبات کردن ذرات  : انعقاد یا انباشتگی زمانی اتفاق می افتد، که ذرات کلوئیدی از نظر شیمیایی ، با خنثی سازی بارهای الکترو استاتیکی سطحی شان توسط کاتیون های معدنی ، پلی مرهای کاتیونی و اسیدها ناپایدار شوند. برای تعیین مقدار مناسب برای اضافه کردن تست پایبوت نیاز است. (شکل----------)
  3. پیوند های درون ذره ای: در طول انعقاد باید شرایطی برای پراکندگی یکنواخت و سریع مواد شیمیایی و افزایش فرصت تماس بین ذرات با یک اختلاط سریع (flash mixing  ) ایجاد شود. معمولا فرایند کامل انعقاد در کمتر از یک ثانیه اتفاق می افتد و این به وسیله مخلوط کن استاتیک یا پمپ سانتری فیوژی انجام می پذیرد.

منعقد سازهای متداول :

نمک های فلزی معدنی :

طیف وسیعی از منعقد کننده های معدنی که در Dewatering  و درمان آب مورد استفاده قرار     می گیرند. اکثرا بر پایه نمک های کلراید و منیزیم هستند. از دیگر نمک های متداول می توان به آهک ، سولفات کلسیم و نیترات کلسیم نیز اشاره کرد. در صورت استفاده از این منعقد کننده ها هر چه بار کاتیون بیشتر باشد ، منعقد کننده بهتر عمل می کند. البته بستگی به PH و غلظت مواد افزودنی نیز دارد.

  1. سولفات آلومینیوم :  یا آلوم که بسیار در درمان آب مورد استفاده قرار می گیرد. به صورت پودر خشک یا مایع موجود است. آلوم در آب با هیدروکسیدها و بی کربنات ها واکنش      می دهد. آلوم در PH   5.5 – 7.8  موثر است ، در جایی که هیدروکسید آلومینیوم نسبتا نامحلول است. اما بهترین کارایی آن در PH  6.8 – 7.5  است، جایی که کمترین حلالیت را دارا است. رسوبات هیدروکسید به صورت AL(OH)3>   جامد خارج می شوند. آلوم یک آمفوتر است ، یعنی در محیط های باز و اسیدی محلول است، اما در PH های خنثی نامحلول است(شکل  ------ ) . در محلول های اسیدی و PH  کمتر از 5.5 آلوم تشکیل یک محلول اسیدی قرمز رنگ می دهد. در PH های خنثی یک محلول آبی رنگ با رسوب تیره تشکیل می شود. با افزایش یون هیدروکسیل تشکیل AL(OH)3 نامحلول در PH های متوسط را    می دهد.
  2. کلراید آهن :   بیشتر به صورت مایع یا جامد بی آب در دسترس است. کلراید آهن مایع بسیار خورنده است، و بایستی توسط فلزات خورده شدنی پوشیده می شود. کلراید آهن به عنوان یک اسید در آب برای کاهش قلیائیت عمل می کند. نه تنها به عنوان یک منعقد کننده و لخته کننده عمل می کند، بلکه نقش یک واکنش دهنده برای خارج کردن ناخالصی های آب را نیز ایفا می کند. کلراید آهن موثر تر از منعقد کننده های پایه سولفات به دلیل چگالی بار کاتیونی بیشتر و سفت و مجزا بودن از نظر فیزیکی، است.

دو ویژگی مهم دیگر در صورت استفاده از کلراید آهن یکی توانایی برای تشکیل توده ها در محدوده مختلفی از PH ( شکل ----- ) و دیگری حلالیت بسیار کم هیدروکسید آهن در مقایسه با هیدروکسید آلومینیوم است.

  1. سولفات آهن، Fe+3 و Fe2(so4) : دارای محصولات سف، سرعت ته نشینی توده ها بالا و PH بهینه در محدوده 4-12 است.
  2. سولفات آهن، Fe+2، Feso4 : بصورت ساختارهای آبدار موجود است. نوعی از آن دارای هفت ملکول آب است Feso4.7H2O که زاج مبنی نامیده می شود. برای واکنش سریع نیازمند یون هیدروکسید است واکنش در PHهای بیش از 9.5 اتفاق می افتد.
  3. هیدروکسید کلسیم آهک : آهک معمولاً به یک محیط قلیایی برای ایجاد یک PH بهینه در صورت استفاده از منعقد کننده های معدنی افزوده می شود.

در جدول زیر انواع بیشتری از نمک های فلزی معدنی و توصیه های کاربردی آنها آورده شده است:

 

 

نمک فلزی

فرمول

توصیه ها

کلراید آلومینیوم

ALCL3

استفاده برای خارج کردن فلزات، جداسازی گریس و روغن و شفاف سازی آب

کلرو هیدرات آلومینیوم

AL2(OH)5CL

بیشترین غلظت از PAC هشت ماه عمر مفید

نیترات کلسیم

Ca(No3)2

نیازمند محیط قلیایی کربنات برای تولید یک سوب کربنات کلسیم است

سولفات آلومینیوم آهن

AL2(SO4)3 , Fe2(SO4)3

مخلوطی از آلوم و سولفات آهن در محلول

کلراید آمونیاک کلسیم

5Ca(No3)NH4CL3

مخلوطی از نیترات آمونیاک و کربنات کلسیم

کلراید کلسیم

Cacl2

برای خارج کردن فلزات استفاده می شود، کاهش مواد آلی و درمان آب

هیدروکسید منیزیم

Mg(OH)2

برای کنترل PH استفاده می شود ( حداکثر ---- = PH ) و به کاهش حجم توده ها کمک می کند

سولفات آهن هیدروکسیل دار

Fe5(SO4)7(OH)

جایگزینی مابع برای آلوم خیلی اسیدی و خوانده است

نمک فلزی

فرمول

توصیه ها

کربنات سدیم

هیدروکسید سدیم

هیدروکسید پتاسیم

اسیدسولفوریک

Na2Co3

NaOH

KOH

H2So4

بسیار مورد استفاده برای تنظیم PH و یا ----- کردن

ادامه جدول صفحه قبل

  اثرات غلظت نمک های فلزی :

غلظت کلی نمک فلزی هیدرولیز شده روی فرآیند انعقاد اثر مشخصی دارد. برای مثال غلظت های پایین مقدار کمی از رسوب AL(OH3)، بین 5.8-65 PH، تشکیل می شود. ( شکل ---- ) در 6.1 PA، جایی که مقدار رسوب ---- حداکثر است AL(OH)4- و AL(OH)+2 محصولات اصلی هیدرولیز هستند که بیان کننده بیش از %70 AL کل در سیستم است. در این حالت خطر انتقال AL در سیال خروجی وجود دارد. در غلظت های بالا ( شکل ---- ) حداکثر رسوب AL(OH)3 در PH 4.5-9 است. در این حالت رسوب AL(OH)3 هیدروکسید عمده است. حجم زیادی از رسوب که به صورت نا محلول است تشکیل می شود . خطر کمتری در رابطه با انتقال AL نیز وجود دارد. سیستم بطور کلی ممکن به طرف 4 فاز جدا با افزایش غلظت منعقد کننده ها پیش رود:

فاز1. دز خیلی پایین از منعقد کننده :

در دزهای پایین منعقد کننده، ذرات به صورت باردار منفی و پایدار باقی می مانند. این حالت نشان دهنده واکنش محصولات هیدرولیز فلزی با محل های اتصال فلزی روی سطوح ذره است.

فاز2. میزان دز کافی برای خنثی سازی بار :

هنگامیکه کاتیون های فلزی چون، Fe+3 یا AL+3، کافی باشند، توسط برهم کنش استاتیکی درون ذرات برای خنثی سازی بار و بی ثباتی کردن ذرات کلوئیدی جذب می شوند. انباشتگی صورت می گیرد. بنابراین فرآیند اصلی خنثی سازی بار است. اکثراً محلول مورد نظر اقتصادی است کنترل دقیق میزان دز مورد نظر PH در این بخش ضروری است.

فاز3 افزورن بیش از نقطه الکترو استاتیکی خنثی:

در نتیجه درمان اضافی با منعقد کننده، کاتیون زیادی جذب می شوند. بار خالص روی ذرات کلوئید به بار مثبت تبدیل می شود، و محلول معلق دوباره پایدار می شود در این هنگام که دافعه الکترو استاتیکی از نیروهای جاذبه و اندرواس تجاوز می کند. ( شکل ----- )

فاز4 در غلظت های بسیار بالا :

در این محصولات هیدرولیز رسوب یافته، بری مثال  AL(OH)3 و Fe(OH)3، سنگین، چسبنده و بسیار بزرگترند از ذرات کلوئیدی که در محلول معلق ته نشین می شوند. این فرآیند را معمولاً لخته گذاری روبنده یا تله گذاری می نامند. محلول مورد نظر بسیار موثر به صرفه است. روسوبات آهن و آلومینیوم در این حالت دارای کمپلکس های بزرگ اند که به سرعت ته نشین می شوند. رسوبات پون های فلزی به صورت ترکیبات هیدروکسید خارج می شوند.( شکل ---- )

بنابراین اممکانیزم مختلف، خنثی سازی بار و تله گذاری کلوئید ( لخته گذاری روبنده ) طی این 4 فاز، بسته به PH و غلظت منعقد کننده اتفاق می افتد.

در جدول زیر می توانیم تعدادی از مزایا و معایب منعقد کننده های معدنی را مشاهده کنیم :

 

منعقد کننده های پلی مری :

آنها پلی مرهای کاتیونی با وزن ملکولی نسبتاً پایین هستند. معمولاً به تنهایی کار نمی روند و در ترکیب با منعقد کننده ها یا لخته کننده ها استفاده می شوند. بازدهی شان شدیداً به طبیعت ذرات منعقد شده، مقدار ذرات موجود، و میزان آشفتگی در طول انعقاد بستگی دارد. دارای فرآیندی ساده اند زیر که خنثی سازی بار تنها مکانیزو انعقاد است. در این فرآیند میزان دز پلی مر امری بحرانی است. اگر محلول بیش از اندازه درمان شود، بار ذره معکوس و به مثبت تبدیل می شود، و در نتیجه باعث پایداری مجدد ذره کلوئیدی می شود.

دو نوع متداول از منعقد کننده های پلی مری از گروه آمین های چند جزئی هستند؛ epi-DMA و Poly DADMAC. هر دو به صورت محلول آبی هستند. آمین های چهار جزئی شامل یک اتم نیتروژن که به چهار اتم کربن متصل شده است و دارای یک بار مثبت است.

 

 

مزایا و معایب منعقد کننده های پلی مری :

مزایا

معایب

میزان دز پایین تر از منعقد کننده های معدنی ( بیش از %90 کمتر )

به میزان دز های غیر دقیق حساس اند. درمان مضاعف دوباره کلوئید ها را پایدار می کند.

حجم پایین تر توده ها ( %50-%90 ) نسبت به مواد معدنی

توده ها راحتر آبگیری می شوند

تمیزی پساب معمولاً کمتر از منعقد کننده های معدنی است. برای NTu<0 نیاز به استفاده از منعقد کننده های معدنی است.

به PH حساس نیستند

بدون جامدات اضافی

برای خارج کردن مواد آلی ( سیال پلی مر دار ) مناسب نیست. در این صورت باید از منعقد کننده های معدنی استفاده کرد.

بدون انتقال فلزات

جدول مزایا و معایب منعقد کننده های پلی مری

عوامل موثر بر انعقاد سیالات یا پسماندهای حفاری :

-1 نوع سیال حفاری : سیالات حفاری با افزودنی های مختلف که هر کدام برای کنترل و حفظ خواص مورد نیاز هستند موجود است. که این افزودنی ها بسته به شرایط چاه و سازند حفاری شده اضافه می شوند. علاوه بر این کنده های حفاری نیز ممکن باعث تغییرات در خواص فیزیکی و شیمیایی سیال شوند. بنابراین ماهیت کنده های حفاری و افزورنی های سیال ممکن فرآیند انعقاد را تحت تأثیر قرار دهد. به طور مثال، پراکنده سازها و تیزه ها که برای کنترل ویسکوزیته بکار می روند، به طور مستقیم با انعقاد مخالف می کنند. نمک ها و آنیوین های دو و سه ظرفیتی PH بهینه را به میزان کمتر تغییر دهند و ویسکوزی فایرها از تشکیل توده و ته نشینی آنها ممانعت به عمل می آورد.

-2 PH : PH عامل بسیار مهم و با اهمیت در فرآیند انعقاد است. زیرا بر روی بار سطحی ذرات کلوئیدی، منعقد کننده ها و ذرات انباشته شده اثر می گذارد. و همچنین بر روی حلالیت منعقد کننده تأثیر گذار است.

-3 میزان انرژی مخلوط کردن : منعقد کننده ها نیاز به اختلاط سریع برای اطمینان از انتشار کامل مواد شیمیایی دارند. معمولاً یک دقیقه اختلاط با مقدار g، 300 s-1 متداول است.

-4 مقدار جامدات :  مقدار جامدات یک رابطه ی خطی با میزان دز منعقد کننده مصرفی دارد. در صورتی که مقدار جامدات بیش از %5 شود باید میزان دز منعقد کننده را نیز افزایش داد.

-5 انتخاب منعقد کننده : انتخاب منعقد کننده موثر یک عامل مهم و بحرانی است. این کار به وسیله جار تست تعیین می شود.

لخته شدگی Flocculation :

لخته کنندگی معمولاً به دنبال انعقاد انجام می گیرد و به این صورت تعریف می شود که، اتصال یا تجمع شیمیایی و فیزیکی ذرات منعقد شده درون ساختار سه بعدی متخلخل طی این فرآیند لخته کننده ها با یک اختلاط آهسته به ذرات تا زمانیکه مجزا شوند و تشکیل توده های معلق دهند، اضافه می شوند. پس از اینکه پلی مرها با زنجیره طولانی ذرات را گرفتند و توده ها به اندازه کافی بزرگ شدند، جداسازی مایع از جامدات تجمع یافته توسط سانتری فیوژها صورت می گیرد. پلی مرهای سنتری مورد استفاده در لخته کنندگی دارای وزن ملکولی بالا هستند و بسته به نوع بار روی زنجیره پلی مری شان به سه دسته آنیونی، کاتیونی و غیریونی تقسیم می شوند. ( شکل ------ )

 

مکانیزم لخته شدگی :

لخته گذاری اتصالی، با استفاده از پلیمر با وزن ملکولی بالا، فرآیندی پیچیده است. توده های تشکیل یافته در نتیجه اتصال پلی مری به متغیرهایی چون، وزن ملکولی پلی مر، روش و سرعت اختلاط با سیال کلوئیدی و غلظت نسبی پلی مر و ذرات بستگی دارد. فرآیند لخته کنندگی درون دو فاز صورت می گیرد. فاز ول که مرحله ای بحرانی در فرآیند است، جذب ذره به سطح ذرات کلوئیدیست. فاز دوم وارفتگی پلی مر درون سطح ذرات برای پوشش سطح است، که در نهایت باعث تشکیل توده ها می شود. جذب پلی مر درون ذرات کلوئید ممکن است به خاطر بارهای مخالف سطح ذره با پلی مر یا به دلیل زنجیره های هیدروژنی که اغلب در پلی مرهای غیریونی دیده می شود، صورت گیرد. ابته اگر بارها نیز همنام باشند، به دلیل ساختار ناهمگن روی سطح جامدات، جذب می شوند. ولی در این حالت توده ها حالتی ------ دارند. تشکیل توده ها براساس دو فرضیه است یکی چسبیدن پلی مر همزمان به دو ذره با دو انتهای خود که این تئوری عملاً غیر محتمل است، زیرا ملکول پلی مر خطی نیستند. ( شکل ----- ) دیگر فرضیه چسبیدن پلی مر از چند نقطه به سطح ذره است در این صورت ملکول پلی مر کاملاً روی سطح جذب می شود. این احتمالاً در غلظت های بالای پلی مر اتفاق می افتد. این تئوری پذیرفته تر است. ( شکل ----- )

 

فاکتورهای موثر در لخته کنندگی :

-1 میزان دز پلی مر : یک میزان بهینه برای دز لخته کننده وجود دارد، که بیشتر از آن باعث کاهش بازدهی می شود. این دز بهینه از میزان ته نشینی در جای تست تعیین می شود.

-2 PH : PH یک عامل مهم در لخته کنندگی است. PH بالا می تواند چگالی بار و حلالیت پلی مر را افزایش دهد. پلی مرهای آنیونی در PH پایین چگالی شان از دست می رود.

-3 غلظت ذرات کلوئیدی : میزان جامدات زیاد در لخته گذاری ایجاد مشکل می کند و باعث افزایش غلظت لخته کننده می شود مخصوصاً زمانی که ذرات بیش از %5 حجمی باشند. براساس (شکل ----- ) مقدار لخته کننده از 325 ppm در %4.85 حجمی جامدات به 600 ppm در %5.1 می رسد.

-4 وزن مولکولی : در پلی مرهایی با وزن مولکولی پایین، درجه لخته کنندگی با افزایش پلی مر کاهش می یابد. در پلی مرهایی با وزن مولکولی بالا مقدار جذب بیشتر است و میزان دز بهینه و ته نشینی با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد.

-5 اثر سرعت اختلاط : یک انرژی و سرعت پایین در لخته کنندگی نیاز است. هنگامی که توده ها بزرگ می شوند برای برش مستعدند، و اگر سرعت کاهش یابد تغییر حالت نمی دهند.

-6 نقطه افزورن پلی مر : نقطه افزورن دقیق پلی مر عاملی بحرانی است. این عامل به پلی مر، سیال پردازش و نوع سانتی فیوژ بستگی دارد. ( شکل ------ )

لخته کننده های پلی مری و انواع بار آنها :

پلی مرهای مورد استفاده در فرآیند لخته کنندگی براساس بار باقی مانده روی پلی مر از محلول به سه دسته تقسیم می شوند :

پلی مرهای غیریونی : یک گروه یونی ساده ندارند. به آرامی بار دار می شوند. یک نوع از آنها پلی اکریل آمیدها ( PAA ) هستند. کاربردی شبیه به پلی مرهای آنیونی دارند.

پلی مرهای آنیونی : این نوع پلی مرها می توانند از اختلاف چگالی بار بین یک پلی مر غیر یونی و پلی مر آنیونی خیلی قوی ساخته شوند. چگالی بار متوسط آنها بسیار مفید است. لخته کننده های متداولی هستند و اکثرا از دو مونومر اکریلیک و اکریل آمید ساخته می شوند. پلی مرهای آنیونی قادرند ذرات لخته شده بزرگ ایجاد کنند. معمولاً به همراه منعقد کننده های معدنی استفاده می شوند. در گل های پایه نشاسته ای و گل های بنتونایتی، لخته کنندگی موثری از خود نشان می دهند.

پلی مرهای کاتیونی : این نوع پلی مرها دارای محدوده گسترده ای به لحاظ نوع، چگالی بار و وزن مولکولی هستند. ای نوع پلی مرها ممکن نیازی به منعقد کننده ها نداشته باشند. در انواع گل ها نمکی       ( KCL، Nacl و آب دریا ) بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

انواع پلی مرها :

-1 پلی مرهای پودری شکل :

 این نوع پلی مرها به شکل پودرهای دانه ای سفید رنگ هستند و بسته به روش ساختشان دارای مدت نگه داری بیش از یک سال هستند. کنش ---- بالا و در حدود %80 - %90 دارند. از آنجا که مرطوب کردن آنها مشکل و حل شدن آنها آرام است باید قبلاً مرطوب شوند. زمان ---- شدن آنها حداقل 30 دقیقه است.

-2 پلی مرهای مایع :

کنترل آنها بسیار آسانتر از پلی مرهای پودری خشک است و نیازی به پیش اختلاط ندارند. عمر مفیدشان 1-2 سال است. متداول ترین آنها پلی آمین ها، آمین های رزیتی و Poly DADMAC هستند. تنها در وزن های ملکولی پایین تا متوسط به دلیل محدودیت های ویسکوزیته ( 0 – 600 ---- ) موجود هستند. در صد فعالیتشان %6 - %50 است. وزن مخصوص 1.01 – 1.18 و PH شان معمولاً اسیدی است                 ( PH 4 – 6 ) (شکل ------- )

پلی مرهای امولسیونی :

در این حالت ذرات پلی مر در روغن پخش می شوند. دارای وزن مولکولی بسیار بالایی هستند. محدوده جامدات کل در آنها %28 - %52 است. 6 – 9 ماه عمر مفید یا مدت نگه داری آنهاست. اغلب قبل از استفاده باید در آب مخلوط یا فعال شوند. فعال سازی آنها دو مرحله دارد : وارونگی امولسیون و کهنه شدن محلول.

وارونگی در آب امولسیون ابتدا درون قطرات نفت مجزا پراکنده می شود. این فرآیند در زمان کوتاه و با سرعت اختلاط بالا صورت می گیرد و پلی مرهای هیدرولیز شده جزیی را رها می کند و اجازه می دهد آنها درون آب پخش شوند.

وارونگی کامل فرآیندی پیچیده و شامل چند مرحله است، پراکندگی، بار کردن، انفجار و رها سازی. در نهایت امولسیون به صورت قطرات ریز نفت پراکنده در آب معکوس می شوند.

کهنگی محلول : زمان برای مولکول پلی مر که از حالت مارپیچ خارج شود ایجاد می کند، که با یک سرعت پایین و میزان برش کم یا حالت خاموش انجام می شود. اکثر امولسیون ها در مدت 20 – 30 دقیقه کاملاً فعال می شوند اگر تماماً معکوس شوند. ( شکل ---- )

 

لخته کنندگی سیالات پایه روغنی :

گل های پایه روغنی دارای امولسیون معکوس هستند که در آنها نفت فاز پیوسته یا خارجی و آب فاز گسسته یا داخلی است. میزان آب در این گل ها به بیش از %50 نیز می رسد. مکانیزم لخته کنندگی در سیالات پایه روغنی متفاوت از سیالات آبی است. در اینجا براساس خاصیت تر شوندگی پلی مرهای آبدوست به جامدات آبدوست نظیر، باریت و جامدات حفاری شده می چسبند. برا ی تغییر تر شوندگی جامدات در این نوع سیالات ممکن از سورفاکنانت ها استفاده کنند.

سورفاکنانت ها همچنین پایداری امولسیون را کاهش می دهند. موفقیت لخته گذاری در گل های پایه روغنی زمانی اتفاق می افتد که دانسیته گل به کمتر از 0.95 sg و در صد آب نیز کاهش یابد. به ای منظور از تکنولوژی احیا ------------؟؟؟؟؟

 

تست پایلوت:

هدف از تست پایلوت تعیین درمان شیمیایی موثرتر و اقتصادی تر برای سیستم سیال مورد نظر به خصوص زمانی که هیچ سابقه ای از سیال Dewatering شده در دست نداریم. پس از انجام تست های راهنما ، نتایج را بایستی طبقه بندی کنیم. مهم ترین تست پایلوت جارتست است. این آزمایش سریعترین و مقرون به صرفه ترین روش برای دست یابی به اطلاعاتی معتبر از متغیرهایی است که بر Dewatering ، فرایند درمان و پارامترهای طراحی تاثیر می گذارد. دستگاه این آزمایش شامل چندین همزن ، چند شیشه (Jar) یا بشر پلاستیکی و یک موتور برای به حرکت درآوردن همزمان آنها است. این تست برای ارزیابی منعقدکننده ها و لخته کننده ها و تعیین متغییرهای مختلفی چون سرعت اختلاط ، طول مدت همزدن ، نوع و مقدار ماده منعقد کننده و لخته کننده ، PH ، دما و ..... پیش از انجام فرایند است. در هر بار انجام تست تنها باید یک متغییر مورد ارزیابی قرار گیرد. جار تست نشان داده شده در شکل ------ برای تست همزمان 6 سال طراحی شده است. مثلا اگر بخواهیم بهترین دز از منعقد کننده را برای گل خاصی مشخص کنیم ، کافی است که در هر یک از بشرها حجم مساوی از گل نمونه و آب رقیق کننده ریخته و مقادیر مختلفی از منعقد کننده مورد نظر را در هر یک از بشرها بریزیم و موتور را روشن کنیم تا اینکه همزن ها شروع به کار کنند. پس از گذشت مدت زمانی معینی موتور را خاموش و اجازه می دهیم ذرات درشت تر شروع به ته نشینی ، زلال بودن محلول نهایی و نیز حجم لجن تولید شده در هر یک از بشرها می تواند به آزمایشگر کمک کند که نتیجه بگیرد، کدامیک از دزهای منعقد کننده مناسب اند.

خروج جامدات لخته شده توسط سانتی فیوژها :

در محل دکل در صورت استفاده از فرآیند Dewatering همواره یک سانتری فیوژ مخصوص برای جدا سازی ذرات لخته شده از مایع وجود دارد. طبق شکل ... ( فصل 5 ) ، پس از ورود سیال به دلیل اختلاف سرعت بین کاسه و پره های نقاله ( ∆RPM ) ، جامدات از بخش بالایی سانتری فیوژ و مایعات از بخش پایینی خارج می شوند. البته سانتری فیوژها به طور معمولی در محل دکل یکی از تجهیزات کنترل جامدات استاندارد هستند. ولی در فرآیند Dewatering  میزان خارج سازی جامدات آنها به دلیل لخته شدگی بیشتر از حالت معمولی است. مرحله جداسازی ذرات در عملیاتDewatering ، توسط سانتری فیوژهای سر ریزی طولانی است و معمولاً حدود 99% زمان جداسازی در این بخش صورت می گیرد. به فرآیند جداسازی انواع سیالات توسط سانتری فیوژها در فصل دوم به طور کامل پرداخته شده است.

سیستم Dewatering و اجزای آن :

هدف کلی سیستم Dewatering پردازش پسماند حفاری است. کاربردهای مختلفی دارد :

(i)                کاهش حجم پسماند مایع تولیدی

(ii)              بازیافت سیال به سیستم فعال گل

(iii)            دفع بهینه

(iv)            رها سازی به روش ایمن و به صرفه تر در محیط زیست

هدف عمده کاهش هزینه های چاه است. بسته به فاکتورهایی چون حجم سیال درمانی، آب و هوا، حمل و نقل و نوع پلی مرهای مورد استفاده، طرحهای مختلفی از سیستم Dewatering وجود دارد.

به طور کلی هر واحدی Dewatering سه بخش اصلی دارد:

a)     سیستم اختلاط و ذخیره برای انعقاد و لخته کنندگی

b)    سیستم تحویل دهی برای افزودن مواد شیمیایی به سیال مورد پردازش

c)     سیستم جداسازی برای خارج کردن جامدات تجمع یافته از مایع ( شکل فصل 6 )

سیستم اختلاط :

این بخش دارای مخازن پیش مخلوط و مخلوط کن های مختلف است. سرعت اختلاط فرآیندهای انعقاد و لخته شدگی متفاوت است. یک انعقاد بهینه زمانی رخ می دهد، که واکنش سریع و در ثانیه و با ایجاد یک حالت آشفتگی باشد. در مقابل لخته شدگی، فرآیندی آرام است تا اجازه تجمع ذرات منعقد شد، کوچک را به توده های برارگستر دهد. یک فرآیند لخته کنندگی به انتخاب صحیح زمان بهینه اختلاط، شدت اختلاط بهینه و شکل مناسب مخزن برای اختلاط یکنواخت بستگی دارد. زمان ناکافی اختلاط باعث یک لخته شدگی ضعیف و زمان اختلاط اضافی باعث تجزیه توده ها می شود. یک آماده سازی نامناسب پلی مر روی دزوکارایی پلی مر مورد نیاز در فرآیند Dewatering تأثیر می گذارد و به موجب آن افزایش شدید هزینه استفاده از پلی مرها در پروژه را باعث می شود. معمولاً ممکن پیش از افزودن منعقد کننده ها و لخته کننده ها به سیال مورد نیاز پردازش یک پیش اختلاط انجام می دهند، که بیشتر برای پلی مرهای جامد انجام می شود. در این حالت برای مخلوط کردن پلی مر و آب، حداقل 30 دقیقه زمان هم زدن برای آب دهی مناسب و آزاد سازی زنجیره های آزاد لازم است.

فرآیند انحلال پس از پیش مخلوط باید یک آشفتگی مناسب داشته باشد برای :

-1 حفظ ذرات در سوسپانسیون، برای جلوگیری از ته نشینی درون لایه ژل مانند بدون حرکت روی کف مخزن ترکیب

-2 کمک به آزاد سازی زنجیره های پلی مری آزاد

-3 کاهش اندازه ذرات ژله ای شده به منظور افزایش میزان آزاد سازی زنجیره های آزاد.

به طور کلی اختلاط منغقد کننده ها در سرعت زیاد ( high shear rapid mixing ) و اختلاط لخته کننده ها در سرعت پایین ( low shear mixing ) صورت می گیرد.

سیستم تحویل دهی:

این سیستم به منظور تحویل مواد شیمیایی به درون سیال یا سیالات لخته شده به سمت تجهیزات جدایش به کار گیری می شود. کلیری شلنگ و پمپ های تصاعدی یا مونو پمپ است. این سیستم برای اطمینان از پلی مرها در نقطه بهینه لخته کنندگی و همچنین یک آشفتگی مناسب، پیش از ورود به سانتری فیوژ است.

این نقطه بهینه افزورن، بستگی به طراحی سانتری فیوژها و اینکه چطور عمل می کنند، و نوع سیال مورد پردازش دارد. این نقطه افزورن می تواند اگر سرعت سانتری فیوژ آرام، منطقه تغذیه پیش از سانتری فیوژ و اگر سرعت سانتری فیوژ بالا معمولاً در محفظه جدایش برای ورود به حوض به صورت جداگانه و مخلوط شدن خوراک باشد. این از آسیب به زنجیره های پلی مری و تجزیه توده ها جلوگیری می کند. پمپ های مورد استفاده در این سیستم باید از نوع جابجایی مثبت و غیر برش، برای جلوگیری از تجزیه پلی مر ها و ایجاد یک برش ثابت مستقل از هد سیال روی پمپ ها باشد. به هیچ وجه نباید از پمپ های سانتری فیوژی استفاده کرد. بیشتر از پمپ های کاویتی تصاعدی یا مونو پمپ ها استفاده می شود.

نقطه افزورن لخته کننده :

بسته به بازدهی فرآیند لخته کنندگی، نیازمند تغییر زمان بین افزورن پلی مر و جداسازی توده ها هستیم. اگر این زمان کافی نباشد، ساختار توده ها کامل نمی شود و یک لخته کنندگی ضعیف خواهیم داشت. این زمان توسط تست های پایلوت محاسبه می شود. معمولاً چندین نقطه افزورن لخته کننده برای تغییر زمان مناسب وجود دارد:

  • سمت مکش پمپ تغذیه سانتری فیوژ
  • سمت تخلیه پمپ تغذیه سانتری فیوژ
  • مستقیماً درون گلوگاه یا کاسه سانتری فیوژ
  • یک یا چند نقطه بین پمپ تغذیه و سانتری فیوژ

نقطه افزورن لخته کننده مرحله بسیار بحرانی است که باری اطمینان از موافقیت باید چک شود.               ( شکل ------ ) زمان توقف سیال درون پمپ در این شرایط، بسیار مهم است.

سیستم جدا سازی :

متداول ترین تجهیزات جداسازی ذرات کلوئیدی لخته شده، سانتری فیوژ سرریزی است. حدود 99% زمان عملیات Dewatering در این مرحله سپری می شود. معمولاً میزان دبی برای سانتری فیوژ          15 – 35 GPM  و در هر روز 500 – 1200 شبکه است. عوامل مختلفی بر روی عملکرد سانتری فیوژ  اثر می گذارد. از جمله می توان به دبی خوراک ورودی، سرعت چرخش عمق حوض، میزان منعقد کننده و لخته کننده مورد استفاده و حوض ذرات توده شده چون اندازه، مشکل دانسیته و ویسکوزیته سیال اشاره کرد.     ( شکل ها ---------- )

پساب خروجی از Dewatering :

سیال خروجی از سیستم  Dewatering می تواند :

  • به سیستم فعال گل برگردد
  • استفاده برای رقیق سازی و یا مخلوط کردن با گل جدید
  • استفاده مجدد در Dewatering به عنوان سیال رقیق سازی
  • درمان بیشتر برای رسیدن به استانداردهای تنظیمی استاندارد برای رها سازی در محیط زیست

کیفیت پساب خروجی کاملاً بستگی به موارد فوق دارد. اگر دوباره برای استفاده در گل یا Dewatering باز گردانده شود، نیازی به سیال تمیز نیست. در نتیجه هزینه درمان شو پتانسیل انتقال منعقد کننده و لخته کننده کاهش می یابد. اما اگر هدف تخلیه در محیط زیست باشد، نیازمند مطابقت با قوانین دولتی و درمان اضافی برای شفاف کردن، خارج کردن فلزات سنگین، از بین بردن کدریت و دیگر آلودگی هاست، که در نتیجه باعث افزایش هزینه های درمان می شود. ( مقادیر -------- )

مسائل اقتصادی در Dewatering :

اگر چه Dewatering می تواند یک صرفه جویی 40% در هزینه سیال داشته باشد، اما استفاده از آن در همه جا مقرون به صرفه نیست. به طور مثال اگر گل از زیست محیطی مخرب پایین داشته و ارزان قیمت باشد، استفاده از Dewatering مقرون به صرفه نیست و اقتصادی تر این است که گل را بدون درمان کردن دفع کنیم.

هزینه ها و آنچه باعث صرفه جویی احتمالی در هزینه ها می شود، بایستی به دقت مورد توجه قرار گیرند.

-1 صرفه جویی هزینه سیال حفاری: با دانستن و تخمین حجم سیال تولیدی در محل دکل، این امکان خواهد بود که صرفه جویی هزینه های موجود با dewatering را تخمین زد.

-2 هزینه دفع مایعات: صرفه جویی این هزینه ها از طریق کاهش حجم گل، یک تأثیر عمده و مستقیم بر روی هزینه های دفع خواهد داشت.

-3 هزینه دفع جامدات: ثابت شده در صورت استفاده از واحد Dewatering هزینه دفع جامدات کاهش می یابد. به طور کلی انتخاب و طراحی مناسب سیال با توجه به ویژگیهای زمین شناسی محل بر روی حجم جامدات تولیدی، پایداری دیواره چاه، کاهش Woshsut و کاهش اثرات برخورد چاه و گل تأثیر دارد.

-4 هزینه های تدارکات و حمل و نقل: هزینه های انتقال در نواحی دور دست و در جاهایی که       هزینه های حمل و نقل بالاست، محدودیت هایی روی مقدار آب موجود در دسترس ایجاد می کند. به همین خاطر در این گونه محل ها برای کاهش هزینه ها آب تا آنجا که امکان دارد بازیافت می شود.

-5 هزینه سیال تمیز خروجی ( Centrate ): اگر سیال خروجی از Dewatering دارای فرمول گرافی باشد ( مانند گلیکول و آب شور اشباع )، بازیافت مایع شدیداً مقرون به صرفه است.

-6 تجهیزات کنترل جامدات: بازدهی تجهیزات خروج جامدات کلی به طور قابل توجهی با استفاده از سیستم Dewatering افزایش می یابد.

-7 هزینه های محل چاه: استفاده از Dewatering به دلیل داشتن مخازن ذخیره کوچک برای ساختن، هزینه های کلی محل چاه را کاهش می دهد.

مقایسه هزینه برای Dewatering در برابر روش های نرمال :

برای تعیین میزان مقرون به صرفه بودن یک سیستم حلقه بسته Dewatering ، بایستی هزینه هایی را که در صورت استفاده نکردن از Dewatering به وجود می آیند، تحلیل کنیم.

(i)                     انتخاب تجهیزات کنترل جامدات که تعیین کننده هزینه هاست. بازدهی سراسری تجهیزات برای چگونگی خارج شدن بیشتر جامدات حفاری شده پیش بینی می شود.

(ii)                   محاسبه جامدات کل در هر فاصله ای که تولید می شوند. بایستی میزان جامدات جدا شده توسط تجهیزات کنترل جامدات و هزینه های دفع آنها تعیین شوند. جامدات تولید شده خشک نخواهند بود، زیرا که مقداری مایع بسته به نوع و اندازه جامدات به آنها متصل هستند. جامدات ریزتر به دلیل مساحت سطحی بیشتر دارای فاکتور مرطوبیت بیشتر و در حدود 50% حجمی مایع هستند.

(iii)            حجم های رقیق سازی شده مورد نیاز برای حفظ درصد جامدات حفاری شده در حد مطلوب محاسبه می شود. هزینه های سیستم Dewatering شامل تجهیزات، پرسنل و مواد شیمیایی مورد استفاده در فرآیند لخته گذاری است. هزینه پرسنل و تجهیزات نسبتاً ثابت، ولی هزینه مواد شیمیایی مورد استفاده متغیر است این هزینه ها بسته به غلظت مواد شیمیایی و هزینه تولید آنها متفاوت است. افزایش درصد جامدات مخصوصاً در غلظت های بیش از 5% و همچنین نوع سیستم سیال حفاری باعث افزایش و تغییر غلظت لخته کننده های مورد استفاده می شود.

(iv)             میزان هزینه های دفع جامدات در صورت استفاده از سیستم Dewatering به آرامی افزایش    می یابد، چنانچه جامدات زیادی از گل خارج شوند.

(v)                    بازیافت یک پساب خروجی گران می تواند صرفه جویی اقتصادی داشته باشد. اگر سیستم سیال آب شیرین باشد، که ارزان و در دسترس است، نیازی به سیستم Dewatering نیست ولی پساب خروجی شامل نمک، گلیکل، یا پلی مرهای گران باشد، بازیافت مایع توسط واحد Dewatering می تواند بسیار اقتصادی باشد.

هزینه های نظارتی Dewatering و بازدهی :

این هزینه ها به صورت دلار ($) برای هر شبکه پردازش شده گل حساب می شود ( $/bbl )، فاکتورهایی در تعیین سودمندی هزینه کل شرکت دارند، عبارتند از a) هزینه تجهیزات Dewatering، مواد شیمیایی و پرسنل b) حجم مایع پردازش شده.

گاهی اوقات که حجم فرآیند و اندازه چاه کاهش می یابد، هزینه Dewatering افزایش می یابد. در بعضی مراحل کاملاً مشهود، که هزینه Dewatering از هزینه دفع خیلی بیشتر است. باید توجه داشت که هرچه فاصله یا عمق بیشتر می شود، سایز چاه کوچکتر می شود و در نتیجه گل گروئی پایین تر می آید. مثلاً در شکل ... ( شکل ------ ) نقطه ای که هزینه های Dewatering پایان حد فاصل 3 است. ادامه فرآیند گل در حد فاصل 4 سبب گرانی بیشتر نسبت به دفع مایع می شود. در این حالت دو نکته قابل تأمل است : 1) قطع و توقف عملیات Dewatering 2) قرار دادن واحد در حالت انتظار تا زمانی که حجم کافی تضمین کننده فرآیند  Dewateringجمع شود.

 

 

مقایسه هزینه های  Dewatering سیال پایه روغنی و پایه آبی :

در سیالات پایه آبی بیشترین هزینه ها مربوط به افراد و تجهیزات است و هزینه درمان شیمیایی نسبتاً پایین است. اما در سیالات پایه روغنی هزینه افراد و تجهیزات مانند گل های پایه آبی است، ولی هزینه درمان شیمیایی بالاست.

عملیات dewatering کارایی خود را به لحاظ اقتصادی در قاره اروپا با کاهش هزینه های دفع تا 80% نشان داده است. ( شکل --- )

دستور العمل های راجع به درمان Dewatering چند سیال حفاری :

در یک تست چند نوع سیال حفاری را توسط منعقد کننده های آلی و معدنی و لخته کننده های پلی مری، طی فرآیند Dewatering مورد آزمایش قرار گرفتند که نتایج آن برای استفتده میدانی جالب توجه است.

در این آزمایش برای هر سیال از %80 آب رقیق سازی و %20 گل نمونه استفاده شد. غلظت منعقد کننده های معدنی %1 حدود 10 mg برای 1 ml بود، که غلظت نهایی آن در 20 ml گل نمونه 500 ppm یا 500  برای گل نمونه بود.

مواد شیمیایی مورد استفاده :

منعقد کننده های معدنی ( %1.0 )                               منعقدکننده های پلی مری ( %0.2 )

سولفات آلومینیوم                                                    پلی آمین

کلراید آلومینیوم                                                      پلی دی اکیل –  دی متیل – آمونیوم کلراید

کلراید آهن                                                           ( Poly DADMAC )

سولفات آهن

آهک

ژیپس ( سولفات کلسیم )

لخته کننده های پلی مری :

پلی مرهای آنیونی با چگالی بار -30، -10، -5 : AP(-30)، AP(-10) و AP(-5)

پلی مرهای کاتیونی با چگالی بار +10، +30، +60 و +80 : cp(+10)، cp(+30)، cp(+60)، cp(+80)

پلی مر غیر یونی : NP(0)

گل های آزمایش شده :

-1 گل بنتونایتی آب شیرین spud

-2 گل لیگنوسولفونایت پراکنده

-3 گل پلی مری KCL

-4 گل KCL PHPA

-5 گل ultradril آب شیرین

-6 گل Nacl اشباع

در جدول زیر خواص ابتدایی این شش گل آورده شده است.

     خواص گل

نوع گل

MW

(ppg)

T

(0F)

600

rpm

300

rpm

200

rpm

100

rpm

6

rpm

3

rpm

PV

(cp)

Yp

(lb/100ft2)

10

ثانیه

10

دقیقه

PH

صافاب

(ml)

Spud

9

120

30

19

15

10

2

2

11

8

4

12

8.5

15.8

لیگنوسولفونات

12

120

65

38

30

20

5

4

27

11

5

7

11.9

3.6

KCL

10.5

120

39

25

17

11

3

2

14

17

3

3

9.3

7.4

KCL PHPA

12

120

68

45

36

24

6

4

23

22

5

18

8.9

6

Ultradril

12

120

66

41

32

21

5

4

25

16

5

7

9.6

4.6

Nacl

12

120

58

38

30

20

6

4

20

18

5

10

10.6

5.8

 

نتایج Dewatering بدست آمده :

راهنمای جداول

شفافیت آب : ت = تیره، ش = شفاف، ک ت = کدر تیره،

اندازه توده های تشکیل شده : ک = کوچک، م = متوسط، ب = بزرگ، ح = حجیم

سرعت تشکیل توده ها / سرعت ته نشینی توده ها: آ = آرام، م = متوسط، س = سریع

-1 گل نبتونایتی نشاسته دار آب شرین

گل spud آب شیرین (رقیق سازی %80 )

عملکرد درمان

محصولات

گل مصرفی ml

توده تشکیل شده

سرعت ته نشینی توده

شفافیت آب

منعقد کننده

%1

پلی مر %2

منعقد کننده مصرفی (ml)

پلی مر مصرفی ml

اندازه

سرعت

ـــــــ

CP(+10)

ـــــــ

7

20

ح

س

س

ش

ـــــــ

CP(+60)

ـــــــ

8

20

ح

س

س

ش

ـــــــ

CP(+80)

ـــــــ

9

20

ح

س

س

ش

 

گل spud آب شیرین (رقیق سازی %80 )

عملکرد درمان

محصولات

گل مصرفی ml

توده تشکیل شده

سرعت ته نشینی توده

شفافیت آب

پلی مر %2

پلی مر %2

پلی مر مصرفی ml

پلی مر مصرفی ml

اندازه

سرعت

پلی آمین

AP(-10)

3

1

20

ح

س

س

ش

پلی آمین

AP(-5)

3

2

20

ح

س

س

ش

پلی آمین

NP(0)

3

3

20

ح

س

س

ش

پلی آمین

CP(+10)

3

2

20

ب

س

س

ش

پلی آمین

CP(+30)

3

3

20

ح

س

س

ش

پلی آمین

CP(+80)

3

4

20

ح

س

س

ش

پلی DAPMA

AP(-10)

2

1

20

ح

س

س

ک ت

پلی DAPMA

AP(-5)

2

1

20

ح

س

س

ش

پلی DAPMA

NP(0)

2

2

20

ح

س

س

ش

پلی DAPMA

CP(+10)

2

1

20

ب

س

آ

ش

پلی DAPMA

CP(+10)

2

2

20

ب

س

آ

ش

پلی DAPMA

CP(+30)

2

2

20

ح

س

س

ش

 

  • منعقد کننده های پلی مری و معدنی به تنهایی کارایی ندارند.
  • پلی مرهای غیریونی و آنیونی به تنهایی کارایی ندارند.
  • پلی مرهای کاتیونی با چگالی بار +10، +60 و +80 به ترتیب با غلظت 700، 800 و 900 ppm کارایی خوبی دارند.
  • منعقد کننده های معدنی به همراه لخته کننده های پلی مری کارایی ندارند. ولی منعقد کننده های پلی مری و لخته کننده های پلی مری با یکدیگر عمل می کنند.
  • منعقد کننده های پلی آمینی با پلی مرهای آنیونی، غیر یونی و کاتیونی در 300، 100 و 400 ppm کار می کنند. اکثر پلی مرهای آنیونی غلظت های پایینی برای استفاده دارند. یک پلی مر آنیونی با چگالی بار  -10در 100 ppm کار می کند.

-2 گل لیگنوسولفونات پراکنده

سیال لیگنوسولفونات (رقیق سازی %80 )

عملکرد درمان

محصولات

گل مصرفی ml

توده تشکیلی

سرعت ته نشینی توده

شفافیت آب

منعقد کننده %1

پلی مر %2

منعقد کننده مصرفی ml

پلی مر مصرفی ml

اندازه

سرعت

کلراید آهن

AP(-10)

6

2

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-5)

6

3

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-5)

6

2

20

ب

س

س

ش

کلراید آهن

NP(0)

6

1

20

ب

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+30)

6

2

20

ب

س

م

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-10)

8

1

20

ب

س

س

ک ت

سولفات آلومینیوم

AP(-5)

8

1

20

ب

س

س

ک ت

سولفات آلومینیوم

NP(0)

8

3

20

ب

س

س

ک ت

سولفات آلومینیوم

CP(+10)

8

3

20

ب

س

س

ک ت

سولفات آلومینیوم

CP(+30)

8

3

20

ب

س

م

ت

  • منعقد کننده های پلی مری و معدنی و لخته کننده های آنیونی، غیر یونی و کاتیونی به تنهایی و ترکیب منعقد کننده های پلی مری و لخته کننده های پلی مری کارایی ندارند.
  • کلراید آهن و سولفات آلومینیوم در ترکیب با لخته کننده ها کار می کنند.
  • کلراید آهن نسبت به سولفات آلومینیوم کارایی بهتری دارد. بهترین کیفیت محصول با کلراید آهن و پلی مرهای آنیونی حاصل می شود.
  • بهترین نتایج در کلراید آهن 3000 ppm ( 300 mg/L ) و AP(-10)، 200 ppm است.

 

-3 گل پلی مری KCL غیرپراکنده :

گل پلی مری KCL  (رقیق سازی %80 )

عملکرد درمان

محصولات افزوده شده به گل

گل مصرفی ml

توده تشکیلی

سرعت ته نشینی توده

شفافیت آب

منعقد کننده %1

پلی مر %2

منعقد کننده مصرفی ml

پلی مر مصرفی ml

اندازه

سرعت

سولفات آلومینیوم

CP(+30)

4

2

20

ک

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

ــــــ

12

ــــــ

20

ک

س

م

ش

کلراید آهن

CP(+30)

2

1

20

ب

س

س

ش

ــــــ

CP(+30)

ــــــ

7

20

ح

س

س

ک ت

کلراید آهن

ــــــ

6

ــــــ

20

ک

س

آ

ش

کلراید آهن

پلی آمین

2

2

20

ک

س

آ

ش

  • افزایش دادن PH تا 7 با HCL پس از افزودن منعقد کننده به منظور لخته کردن جامدات
  • منعقد کننده های پلی مری و معدنی و پلی مرهای آنیونی و غیریونی و پلی مری به تنهایی یا ترکیبی از منعقد کننده های پلی مری کارایی ندارند.
  • تنها منعقد کننده های موثر سولفات آلومینیوم و کلراید آهن و تنها لخته کننده موثر CP(+30) با کلراید آهن و سولفات آلومینیوم است.
  • ترکیبی از کلراید آهن و پلی آمین توده های کوچک و پساب شفافی می دهد.
  • CP(+30) به تنهایی در 700ppm توده حجیم ولی با پساب کدر تیره به دست می دهد.
  • کلراید آهن از سولفات آلومینیوم بهتر است و در غلظت های پایین تر با غلظت پایین CP(+30) تولید توده های بزرگ می کند.
  • بهترین نتیجه با کلراید آهن 1000 ppm ( 1000 mg/L ) و CP(+30) در 100 ppm بدست آمد.

-4 گل پلی مری KCL PHPA

گل KCL PHPA %5 (رقیق سازی %80 )

عملکرد درمان

محصولات

گل مصرفی ml

توده تشکیل شده

سرعت ته نشینی توده

شفافیت آب

منعقد کننده %1

پلی مر %2

منعقد کننده مصرفی ml

پلی مر مصرفی ml

اندازه

سرعت

سولفات آلومینیوم

AP(-10)

4

1

20

ک تا م

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-10)

6

2

20

م

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-5)

4

1

20

ک تا م

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-5)

6

1

20

م

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-30)

2

3

20

م

م

س

ش

کلراید آهن

AP(-10)

2

2

20

م

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-5)

2

2

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+10)

2

1

20

م

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+30)

2

1

20

م

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+30)

3

2

20

ک تا م

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-30)

2

2

20

ح

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-30)

2

1

20

م تا ب

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+10)

2

1

20

ب

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+30)

2

1

20

م

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+80)

2

1

20

ح

س

س

ش

  • منعقد کننده های پلی مری و معدنی، پلی مرهای آنیونی، غیریونی و کاتیونی به تنهایی و منعقد کننده های پلی مر با لخته کننده های پلی مری کارایی ندارند.
  • عملکرد کلراید آلومینیوم و کلراید آهن شبیه به هم هستند.
  • سولفات آلومینیوم و کلراید آهن با لخته کننده های آنیونی و کاتیونی در محدوده مختلف، تولید پساب شفافی می کند.
  • بهترین نتیجه با کلراید آلومینیوم 1000 ppm و پلی مر کاتیونی (+80) 100 ppm به دست می آید.

 

 

 

-5 گل Ultradril آب شیرین :

گل Ultradril (رقیق سازی %80 )

عملکرد درمان

محصولات

گل مصرفی ml

توده تشکیل شده

سرعت ته نشینی توده

شفافیت آب

منعقد کننده %1

پلی مر %2

منعقد کننده مصرفی ml

پلی مر مصرفی ml

اندازه

سرعت

سولفات آلومینیوم

AP(-30)

9

2

20

ح

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-10)

9

1

20

ک تا م

س

س

ک ت

سولفات آلومینیوم

AP(-5)

9

2

20

ک تا م

س

س

ک ت

سولفات آلومینیوم

CP(+10)

9

1

20

ح

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+30)

9

1

20

ح

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+30)

8

1

20

ح

س

س

ک ت

سولفات آلومینیوم

CP(+60)

9

1

20

ح

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+90)

9

1

20

ک تا م

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-30)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-10)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-5)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

NP(0)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+10)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+30)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+60)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+90)

4

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-30)

6

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-10)

6

2

20

م

س

س

ک ت

کلراید آلومینیوم

AP(-5)

6

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+10)

6

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+30)

6

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+60)

6

1

20

ح

س

س

ش

ژیپس

CP(+30)

10

3

20

ح

س

س

ت

P-DADMAC

CP(+10)

3

3

20

ح

س

س

ک ت

  • منعقد کننده های معدنی و پلی مری و پلی مرهای کاتیونی، آنیونی و غیری یونی به تنهایی کارایی ندارند.
  • تنها ترکیب از منعقد کننده پلی مری 300 ppm  P-DADMAC با پلی مر کاتیونی 300 ppm(+10) تولید توده حجیم اما با پساب کدر تیره می کند.
  • سولفات آلومینیوم، کلراید آلومینیم و کلراید آهن نتایج جزئی با یک محدوده از لخته کننده ها می دهند.
  • لخته کننده های کاتیونی در این گل با غلظت ما بین 100 ppm کارایی بهتری از خود نشان می دهند.
  • بهترین نتایج با کلراید آهن 2000 ppm با انواع لخته کننده ها در غلظت 100 ppm بدست آمد.
  • سولفات کلسیم ( ژیپس ) در غلظت بالا، 5000 ppm، تولید توده های حجیم با پلی مر کاتیونی (+10) با یک پساب تیره می کند.

-6 گل Nacl اشباع :

گل Ultradril (رقیق سازی %80 )

عملکرد درمان

محصولات

گل مصرفی ml

توده تشکیل شده

سرعت ته نشینی توده

شفافیت آب

منعقد کننده %1

پلی مر %2

منعقد کننده مصرفی ml

پلی مر مصرفی ml

اندازه

سرعت

ــــــ

CP(+8)

ــــــ

4

20

ک

م تا س

م

ک ت

ــــــ

CP(+30)

ــــــ

4

20

ک

م

م

ک ت

کلراید آلومینیوم

AP(-30)

2

2

20

م

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-30)

3

2

20

خ ک

آ

آ

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-10)

2

2

20

خ ک

آ

آ

ک ت

کلراید آلومینیوم

AP(-10)

3

2

20

م

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-10)

4

2

20

ک

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-5)

2

2

20

خ ک

آ

آ

ک ت

کلراید آلومینیوم

AP(-5)

3

2

20

م تا ب

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

AP(-5)

4

2

20

م تا ب

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+10)

1

2

20

ک

م

م

ک ت

کلراید آلومینیوم

CP(+10)

2

2

20

ک

س

س

ش

کلراید آلومینیوم

CP(+30)

1

2

20

ک

م

م

ک ت

کلراید آلومینیوم

CP(+30)

2

2

20

ک

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-30)

2

2

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-30)

3

1

20

خ ک

آ

آ

ت

کلراید آهن

AP(-30)

1

2

20

خ ک

آ

آ

ت

کلراید آهن

AP(-10)

2

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

AP(-5)

2

1

20

ح

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+10)

1

2

20

ک

س

س

ک ت

کلراید آهن

CP(+10)

2

2

20

ک

س

س

ش

کلراید آهن

CP(+10)

3

2

20

ک

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-30)

2

2

20

ک

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-30)

3

3

20

ک

آ

آ

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-10)

4

2

20

ک

م

م

ش

سولفات آلومینیوم

AP(-5)

4

1

20

م

س

س

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+10)

3

1

20

ک

م

م

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+10)

4

2

20

ک

م

م

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+30)

3

1

20

خ ک

م

م

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+30)

4

1

20

ک

م

م

ش

سولفات آلومینیوم

CP(+60)

1

2

20

ک

م

م

ک ت

سولفات آلومینیوم

CP(+60)

3

1

20

خ ک

آ

آ

ش

v    با سولفات آهن، سیال درمان شده دارای رنگ زرد متمایل به نارنجی است.

  • منعقد کننده های معدنی و پلی مری به تنهایی کارایی ندارند. تنها لخته کننده های پلی مری با چگالی بار +8 و +30 به تنهایی کارایی دارند که تولید یک توده کوچک با رنگی تیره می کنند.
  • تنها ترکیبی که توده های حجیم با ته نشینی بالا و پساب شفاف تولید می کنند، لخته کننده های آنیونی و کلراید آهن هستند. تا لخته کننده های کاتیونی توده های کوچک تشکیل می شوند.
  • کلراید و سولفات آلومینیوم پساب شفاف، اما با غلظتی بالا و توده های کوچک تولید می کنند.

بهترین نتیجه با کلراید آهن 1000 ppm و پلی مرهای آنیونی با چگالی بار -5 و -10 در غلظت 100 ppm بدست می آی