سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
سیال حفاری پایه ابی وانواع اب های حفاری ومسخصات ان
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱٢:٤٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٥/٩/۱۸
 

1-4) گل های  پایه آبی :

 در حفاری با آب و نمک ( در  سازند آسماری ) چاه به راحتی  تمیز می شود  و کنترل ویسکوزیته  چندان ضرورتی ندارد  و در صورت  عدم  اطمینان  از تمیز شدن  چاه می توان  از پیل کربوکسی  متیل  سلولز  ویسکوزیته  بالا  است فاده نمود  این پیل با افزودن 1 تا 2 پوند  در بشکه  به آب  در مخزن  مجهز  به هم زن  تهیه می شود PH گل در سازند  آسماری باید  با آهک  با PH  در حدود 5/8 تا 5/9 کنترل شود . PH  بالاتر سبب  نرم شدن  شیل های  سازند می شود .

 برای کنرتل شیل های  سازند  از پتاسیم کلرایدKCL به میزان 10 تا 15 پوند  در بشکه  یا (پودری آسفالتی ) به میزان 5 تا 10 پوند  در بشکه استفاده می شود .

 در سازندهای  نفت زا چنانچه  برای افزایش  وزن گل ، مواد افزایش دهنده  وزن  مورد نیاز باشد ، از پودر آهک  می توان استفاده نمود که هنگام  تکمیل چاه  در اسید  کلریدریک حل شده و سبب  انسداد خلل و فرج  سازند  نمی شود .

2-4) اساس گل حفاری پایه آبی :

 گل حفاری از دو فاز مایع ( فاز پیوسته گل  پایه آبی ) و جامد (فاز ناپیوسته گل ) تشکیل می شود :

3-4)  فاز مایع ممکن است  یکی از انواع آب های زیر باشد :

1-3-4)                       آب شیرین :

 آب شیرین به آبی گفته می شود  که نمک  آن کمتر از 10000PPM  و یون های  کلسیم  و منگنز یا سختی  آن کمتر  از 120ppm باشد .

2-3-4)                  آب شور :

 آب شور  به سه دسته تقسیم می شود :

الف) آب در یا : نمک آب دریا35000ppm و سختی آن 1500-2000ppm می باشد .

ب) آب شور سطحی : نمک این آب 10000-20000ppm می باشد

ج) آب اشباع از نمک :  که با افزودن نمک به آب تهیه می شود .

 میزان حلالیت  نمک در آب  به درجه  حرارت بستگی دارد :

 100 میلی  لیتر  آب در دمای 0 درجه سانتی گراد  با مقدار 7/35 گرم نمک اشباع می شود  وNaCI  آن به 263000PPM  می رسد . 100میلی لیتر آب در دمای 200C با مقدار 36 گرم نمک اشباع می شود  و NaCI  آن به 265000ppm می رسد  . 100 میلی لیتر  آب در دمای 1000C با مقدار 8/39 گرم  نمک ا شباع می شود  و NaCI آن به 285000PPM می رسد .

 مقدار نمکی  که در دمای  بالا در آب حل  شده باشد ، پس  از سرد شدن  آب مقداری  از آن  به صورت کریستال  از محلول جدا می شود . همچنین موقعی  که گل حفاری  ساخته می شود ، چون معمولا آب دارای دمای  پایین مورد استفاده قرار می گیرد  و پس از شروع حفاری  و انجام چند  گردش گل دمای  آن به تدریج افزایش می یابد ، می توان به تدریج نمک  خشک به سیستم اضافه نمود تا آب گل بیشتری  از نمک اشباع شود .

3-3-4) آب سخت :

 یون های کلیسیم  و منیزیم  در این آب ها زیاد است . در صو رت  استفاده از این آب  باید ابتدا یون های کلیسیم و منیزیم آن را با استفاده از کربنات سدیم  رسوب داد .

 4-3-4) آب نرم : 

آبی است که یون های کلیسیم  و منزیم  آن را با جوشاندن یا به روش شیمیایی رسوب داده باشند . بهترین آب برای استفاده در گل حفاری آبی است که املاح نمک ، کلیسیم  و منیزیم کمتری داشته باشد . زیرا در این  آب موادی  که برای ایجاد ویسکوزیته  یا کنترل آب از دست دادگی  مورد استفاده قرار می گیرند بازده بیشتری  خواهند داشت .

4-4) فاز جامد :

1-4-4) جامدات فعال : 

جامداتی هستند  که بر خواص  گل حفاری  تاثیر می گذارند . مانند رس ها (آلومینو سیلیکات های متبلور ) و بنتونا یت  که بر ویسکوزیته ، خاصیت ژلاتینی ، نقطه  تسلیم ، هرزروی آب  و تیکسوتروپی  گل اثر  دارند(تیکسوتروپی  حالت ماسیدگی  و ژله ای شدن گل  است ). همچنین تشکیل  کیک و اندود دیواره  چاه توسط آنها صورت می گیرد  با مواد جامد  معلق  نظیر رس می توان حداکثر  به گلی با وزن 86pcf  دست یافت  که در این وزن  نسبتا پائین ، ویسکوزیته گل بسیار بالاست .

2-4-4)جامدات غیر فعال

 این جامدات که از نظر شیمیایی بی اثر هستند یا توسط گل شناس  به گل اضافه می شوند ( برای افزایش وزن گل ) یا کنده هایی هستند که در حین حفاری به گل واردمیشوند.

:  4-1نمایی از گل حفاری پایه آبی

(4-4-3مواد وزن افزا

یکی از وظایف  گل حفاری  کنترل فشارهای  زیر زمینی است . ستون گل  در هر  نقطه از چاه ، با وزن خود فشاری بر سازند وارد می کند که مقدار نسبت مستقیم با عمق آن نقطه  و وزن مخصوص گل دارد . این فشار  را فشار هیدرواستاتیکی می گویند . یک ستون آب  شیرین  به بلندی  یک  فوت  و سطح مقطع یک اینچ مربع ، وزنی  معادل 0.4335 پوند دارد . چون یک فوت مکعب اب 62/4 پوند وزن دارد و قاعده  فوت مربع است (اینچ مربع 144 = فوت مربع) بنابراین فشار هیدرواستاتیکی  حاصل از آن برابر است با :

 مواد وزن افزا  ممکن است  در آب محلول  یا نا محلول  باشند . این مواد معمولا شامل باریت ، هماتیت ، سولفور  سرب ، کربنات کلسیم (سنگ آهک) و نمک های محلول در آب باشند .

 ( 4-4-4مواد محلول

مواد جامد محلول  معمولا نمک های  شیمیایی مانند کلرید  سدیم NaCI کلرید کلسیم (CaCI)، کلرید پتا سیم (KCL) و برومید کلسیم(2BrCI) هستند.

سیالات  حفاری ای  که با کمک مواد  وزن افزای  محلول در آب  تهیه می شوند ، چون فاقد  جامد هستند  می توانند  به عنوان یال  تعمیر  و تکمیل  مورد استفاده قرار گیرند.

حداکثر وزنی  که از مواد  وزن افزای  محلول در آب می توان بدست آورد  عبارتند از :

 الف) پودر نمک (NaCI)تا 75pcf

ب) پودر کلرید کلسیم(CaCI2)86-90pcf

ج) برومید کلسیم(محلول) تا 106pcf

 هنگام ترکیب شدن  کلرید کلسیم در آب ، حرارت زیادی  تولید می شود  و کلرید کلسیم تا وزن90pcf  در آب حل می شود و به درجه  اشباع می رسد  ولی چنانچه  در حین ح فاری  درجه حرارت  گل کاهش یابد ، مقداری  کلرید کلسیم  به صو رت  کریستال  در می آید ، بنابراین بهتر است از مصرف  کلرید کلسیم  تا این درجه خودداری شود .

 توصیه می شود خصوصا در فصل زمستان  که هوا خیلی سرد است و سیستم سطحی گل حفاری به سرعت سرد می شود از کلرید کلسیم  تا وزن حداکثر 86pcf استفاده شود . مصرف بیشتر به طور حتم باعث کریستال شدن محلول در مخازن  گل می شود .

مواد وزن افزای  نامحلول در آب عبارتند از :

 ( 1پودر سنگ آهک (Ca CI2) با وزن مخصوص 7/2:

 چون کربنات کلسیم  در ا سید  کلریدریک  حل می شود  بیشتر  در طبقات  نفت زا  به کار می رود . حداکثر وزن  گلی که با کمک  این ماده می توان  بد ست آورد  در گل پایه آبی 90pcf  و در گل پایه روغنی 86pcf  دست یافت .

2) پودر باریت (Br CI2) با وزن مخصوص 2/4:

چون این ماده در ا سید کلردریک  حل نمی شود ، در طبقات نفت زا حتی  الامکان از آن استفاده نمی شود . با استفاده از باریت  می توان حداکثر  به وزن 135-140pcf د ست یافت .

 کیفیت پودر  باریت  تحت کنترل  دقیق و مستمر  قرار می گیرد  تا فاقد  رس  یا بنتونایت  باشد زیرا ،  وجود رس  و بنتونایت  در آن باعث  افزایش yp  و خاصیت ژلاتینی  گل و تغییر  سایر  خواص گل می شود ، خصوصا  در گل های سنگین  وزن ، از وزن باریت  نامرغوب  نمی توان استفاده کرد .

3) فروبار  با وزن مخصوص ±۵:

در گل های سنگین  وزن (135-140pcf) همراه پودر  باریت ( معمولا نسبت  3  باریت  و 1 فروبار ) مورد استفاده قرار می گیرد ، یعنی  با باریت ، وزن گل  را به  135-140pcfافزایش داده  و سپس از فروبار  استفاده می کنند  تا به وزن بالاتر  از 140pcf برسند (تا 165Pcf) برای وزن های بالاتر ، از سولفور  سرب (pbS) که گالنا  نیز نامیده می شود استفاده می کنند .

در سیستمی  که از این  مخلو ط  استفاده می شود ، گل دارای درصد جامدات کمتری خواهد بود و خوا ص  بهتری از گل مشاهده می شود .

 نشاسته

نشاسته پلیمری طبیعی است که ایزومر سلولز می باشد و از دو بخش  آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است . آمیلوز خش خظی پلیمر و آمیلوپکتین بخش زنجیره ای آن می باشد .

آمیلوز وقتی پخته می شود به صورت ژله در می آید و وقتی سرد می شود لخته می گردد آمیلوپکتین  به خاطر شاخه های متعددی که دارد بعد از پخته شدن به همان صورت  باقی می ماند و نمی بندد بافت های  فسفری  روی پلیمر نشاسته وجود دارد که سبب می شود خاصیت  آنیونی جذب آب  بالاتر رود .  نشاسته به دو صورت  استفاده می شود . در این دو نوع نشاسته  درصد آمیلوز  و امیلوپکتین یکسان است  و فقط به خاطر  وجود باندهای فسفری  تفاوت دارند .

1)                نشاسته  غلات (ذرت و گندم) :

این نوع نشاسته در اعماق  کم به کار می رود چون پس از پخته شدن  وقتی سرد می گردد  سریع می بندد و برای اعماق  پایین چاه مناسب  نیست .

2)                نشاسته غده ای (سیب زمینی ):

این نشاسته در اعماق  زیاد به کار می رود  چون باریت ومواد  وزن افزا  به گل اضافه  می شوند باید نشاسته  روان باشد و نبندد لذا از نشاسته سیب زمینی که روی سطح آن  فسفات  وجود دارد استفاده می شود .

در سال های اخیر  شیمی دان ها موفق شده اند  با روش های شیمیایی ، فسفات ها را روی سطح  ذرت  بنشانند  و خاصیت آنیونیک  به آن دهند  تا بتوان  آن را در اعماق  کم  به کار رود .

 نکته :  ماده شیمیایی نشاسته حفاری  تحمل حرارتی  تا 300 درجه  فارنهایت  را دارد و در دمای  بیش از آن تبخیر می گردد  و خاصیت آن از دست می رود  در درجه حرارت های بیش از 200 درجه فارنهایت  به جای نشاسته از ماده شیمیایی  دیگری بنام کربوکسی  متیل سلولز  ویسکوزیته پایین استفاده می گردد .

 در جدول زیرجهت آشنائی بیشتر با بعضی از افزایه های گل حفاری ، چند نوع از  این افزایه ها آمده است .

 

چگالی

ماده

وزن مخصوص(SG)

PPg

Lbm/bbl

آتاپولجایت

89/2

1/24

1011

آب

1

33/8

350

دیزل

86/0

2/7

300

بنتونایت

6/2

7/21

910

ماسه

63/2

9/21

920

متوسط جامدات حفاری

6/2

7/21

910

باریت

2/4

35

1470

کلرید کلسیم

96/1

3/16

686

کلرید سدیم

16/2

18

756

 

5-4)  انواع گل های پایه آبی :

1-5-4)                 آب شیرین :

آب در لایه های ابتدایی چاه  که فشار طبقات زیر زمینی  پایین است  مورد استفاده  قرار می گیرد  چون جرم مخصوص آن بالاست . در لایه های  کم مقاوم  شیلی  یارسی که یا جذب  آب متورم  می شوند  از سیالات  دیگر استفاده  می شود .

2-5-4)                 گل های فسفاته :

 فسفات ها  که اصولا   به گال های با Ph  پایین افزوده می شوند ، می توانند ویسکوزیته  گل را کاهش  دهند . اغلب  تا اعماق  کمتر از 2000 متر  و دمای 175 درجه  فارنهایت  به گل های طبیعی افزو ده می شوند .

3-5-4)                 گل های طبیعی :

 این گل ها از مخلوط  اب و ذرات  رس  حفاری شده  در محل ،  حاصل می گردند . وقتی طبقات مورد حفاری  دارای لایه های  رس مطلوبی  جهت گل سازی  باشند ، این  گل ها مورد استفاده قرار می گیرند .

4-5-4)                 گل های بهسازی شده با موادشیمیایی :

 با افزایش  عمق چاه ، درجه حرارت بالا می رود  و فسفات ها  از ذرات جدا می شوند  و غلظت  گل بیشتر می شود . بنابراین ، لیگنوسولفونات ها یا سود سوز  که در برابر حرارت  پایداری بیشتری از فسفات ها دارند به گل افزوده می شوند .

5-5-4)گل های سیلیکاتی :

گل سیلیکاتی  یک نوع گل پایه آبی است که در آن از نمک های  سیلیکاتی  به عنوان عامل بازدارنده  در شیل های  فعال ، شیل های ورقه ای ، سازندهای گچی  و رسی استفاده می شود . مطالعات نشان  داده است که گل پایه سیلیکاتی  از لحاظ کاربردی  قابل مقایسه  با گل روغنی  می باشد .

·     مزایای استفاده از گل سیلیکاتی :

الف ) اقتصادی بودن و در دسترس  بودن آن ،  سازگاری با پلیمر  و روان سازها

ب) آلودگی زیست محیطی کمتر ، جامدات کمتر  نسبت  به گل های روغنی

ج)  بازدارنده شیل ( در ا ثر تشکیل  غشایی از سیلیکات  سدیم  یا پتاسیم  روی شیل  و کاهش جریان صافی  گل )

د) پایداری خصوصیات  جریانی در دما  و فشار بالا و پیوند  بهتر  سیمان با چاه

ه) بهینه سازی  در کیفیت پوشش دیواره  چاه ( با ترکیب  آنیون های  سیلیکات  و ژل سیلیسی کلوئیدی )

و)  روان کاوی  لوله حفاری ، جلوگیری  از خوردگی  رشته  حفاری  و گلی شدن  سر مته

ز) کاهش هرزروی  آب در گل حفاری  به علت  خواص درزگیری  خوب شکستگی های  ریز

ح) کاهش احتمال  چسبندگی لوله ح فاری  و جلوگیری از گیر  تفاضلی

ط) کاهش میزان گشتاور  و سرعت حفاری    بهتر (ROP)

6-4) مکانیزم عملکرد  سیال سیلیکاتی  در چاه :

1)کاهش جریان صافی گل

2) افزایش ویسکوزیته صافی گل

3) کاهش نفوذپذیری شیل و بازداشتن  کنده های حفاری

 4) تنظیم اختلا ف  فشار گل و آب سازند

5) تلفیق عوامل بالا

6) مکانیزم عملکرد اسمز (تشکیل  یک لایه سیلیسی روی شیل و عمل کردن به عنوان یک غشای  اسمزی )

7)الکترولیت

7-4) خصوصیات گل های حفاری سیلیکاتی :

1-7-4) شیمی سیلیکات:

سیلیکات های محلول با ذوب سیلیس به همراه کربنات سدیم یا پتاسیم در دمای 110-1200C  تهیه می شوند . شیشه حاصل  همراه بخار آب دارای  فشار بالا برای تشکیل  یک سیال  شفاف  و کمی چسبناک حل می شود . مهم ترین  خا صیت سیلیکات های  محلول ،نسبت وزن سیلیس  بهK2O یا Na2O  است که در محدوده  مختلفی  از این نسبت ها تولید می شوند .

1) غلظت : امروزه از غلظت های سیلیکات کمتر استفاده شده  و NaCI وKCL در کنترل شیل شرکت می کنند

2) تغییرات PH: یک خصوصیت لازم  برای کنترل مقدار  و نوع پلی سیلیکات هایی  که تشکیل می شوند ،PH بالا است  که با افزودن NaOHو KOHبه گل و محلول  سیلیکات  منا سب کنترل می شود

3) تغییر خواص شیمیایی : سیلیکات های سدیم  یا پتاسیم  متحمل چهار نوع واکنش  شیمیایی متمایز  می شوند که عبارتند از :

الف) هیدراسیون : هیدراته  شدن  درون آب  در PH  بالاتر  بهتر صورت می گیرد .

ب) ژلاتینی شدن / پلیمریزاسیون : در PH پایین  تشکیل  مونومری  می دهد  که ایجاد مشکل می کند .

ج) رسوب : واکنش  با کاتیون فلزی منیزیم  و کلسیم

د) تغییر بار سطحی

6-5-4) گل های گلایکولی:

الف)  از هید راته شدن شیل جلوگیری می کند  و سبب پایداری دیواره  در برابر شیل می گردد.

ب) با محیط زیست  سازگار است

ج) کنده ها را بصورت تجمع  یافته در می آورد .

د) با افزودن  درصدهای  متفاوتی  از کلرید پتاسیم  یا نمک کربنات  در قسمت های مختلف مسیر گردش  گل ، می توان حلالیت  آن را تغییر داد .

گلایکول  در دمای خاصی که از آن به نقطه ابری شدن  اطلاق می شود  در آب  حل می گردد و در بالای  این نقطه ، حلالیت ناپذیر است .  از همین خاصیت نقطه ابری شدن استفاده  می شود  تا بهترین بازده حاصل گردد . گلایکول  زیر مته باید  حلالیت نا پذیر باشد ولی در خطوط  جریان  و اتصالات  باید حلالیت پذیر  باشد  تا در اتصالات  گیر نکند .

7-5-4) گل PHPA-KCL :

گل پلی آکریلامید  نوعی گل پایه آبی است  که در آن مولکولهای  آمید و آکریلات بصورت جزئی یونی هستند .

·     مزایای استفاده  از این گل :

1)    کنده هنا یا شیل  توسط  لایه روغنی  پوشش داده  می شوند  و تورم نمی کنند .

2)     مته  را روان  و چرب می کند  به طوری کنده ها  به آن نچسبند .

3)     از تغییرات نامطلوی  روی کنده ها ، سازند  و خواص  سیال  جلوگیری می کند .

4)     در این گل ، چون پتاسیم جایگزین  سدیم می گردد ، کنده ها  به شکل توده ای  به هم می چسبند .

8-5-4) گل های بهسازی شده با کلسیم :

 در طبقات حاوی نمک ،ژیپس و انیدریت  که حاوی یون  کلسیم هستند ، این یون موجب  به هم پیوستن  و جمع شدن  ذرات منفرد  رس به یکدیگر  می گردد  و در  نتیجه باعث  به هدر رفتن آب  گل حفاری ، افزایش  بیش از نیا ز گرانروی  و ضخیم شدن  بیش از حد  گل می شود .  اگر مقدار کلسیم  موجود در گل کم باشد  آن را با استفاده  از کربنات سدیم  یا جوش شیرین  از سیستم خارج می سازند . در غیر اینصورت (اگر مقدار یون  کلسیم موجود  زیاد باشد) از نظر اقتصادی  مقرون  به صر فه است  که کلسیم در گل  باقی بماند  و به سیستم گل حفاری  کلسیم اضافه شود .  این گونه گل دارای  گرانروی مورد نیاز  و خا صیت ژله ای  کافی است .

1-8-5-4) گل های آهکی :

 در این نوع گل ، آهک به عنوان  منبع تامین  کلسیم است . افزودن آهک  به گل  به دلا یل زیر است :

الف) مواد گل حفاری  در محیط های  شیمیایی قلیایی کارایی بهتری دارند .

ب) پایداری امولسیون  را در برابر حرارت افزایش می دهند .

ج) کنترل آلکانیتی گل با آهک ، هم یک معرف  است و هم میزانی  برای جلوگیری  از آلودگی  در تهیه این گل ، معمولا سود سوز ، نشاسته  یا CMC به کار می رود .

2-8-5-4) گل های کلرید سدیم :

 این گل ها که دارای ویسکوزیته و استحکام بندش  پایینی هستند جهت حفاری  لایه های شیلی  و رسی  و حفر  لایه های  ضخیمی  از نمک و انیدریت  به کار می روند

3-8-5-4) گل های گچی :

 این گل ها که قادرند  درجه حرارت بالایی  را تحمل  کنند جهت حفاری  لایه های  شیلی  و حفر  لایه های ضخیم  انیدریتی  به کار می روند .

9-5-4) گل های آب شور :

 آب نمک  نسبت  به آب خالص  مزیت دارد . این امر  به دلیل وجود نمک  در آب و داشتن وزن  مخصوص  بالاتر  و ایجاد  فشار هیدرواستاتیکی  بیشتر  نسبت به آب است . هنگام  حفاری  در طبقات  نمکی ، از گلی  استفاده می شود که از محلول نمک  اشباع شده باشد . در غیر این صورت  مقداری از نمک لایه در آب حل  می شود و حفره نسبتا  بزرگی  در مجاورت چاه پایدار  می شود . برای ساختن  این نوع گل ها  از رس  آتاپولجایت  استفاده می شود .

افزایش نمک باعث  کاهش PH گل ، افزایش یون کلسیم  و وزن گل می شود .

در جدول های زیر  برخی از آلوده کننده های  گل پایه آبی ، علائم  و راه های  مقابله  با آنها ذکر گردیده است .

6-4) برخی از آلوده کننده های گل پایه آبی :

8-4) سیمان 

علائم:

1)افزایش میزان کلسیم گل

2)افزایش خصوصیات رئولوژیکی  و صافی گل

3)افزایش PH گل

1-8-4) راه های مقابله با این آلوده کننده ها:

1)افزودن سودا اش یا کربنات سدیم

2)بهینه کردن وسایل کنترل جامدات

3) درمان با تینرها

9-4) کربنات ها/ دی اکسید کربن

علائم:

1)    حضور بی کربنات ها  یا کربنات ها

2)    افزایش خصوصیات رئولوژیکی  وصافی گل

3)    افزایش در Pfو Mf

4)    خاصیت چسبندگی بالا

1-9-4) راه های مقابله  با این آلوده کننده ها:

1)                       بستن چاه

2)                 کشتن چاه

10-4) ژیپس /انیدریت

علائم:

1)افزایش میزان کلسیم گل

2) افزایش خصوصیات رئولوژیکی و صافی گل

3)تشکیل کیک ضخیم/ اسفنجی  روی دیواره

1-10-4) راه های مقابله  با این آلوده کننده ها:

1) افزودن سوداش  یا کربنات  سدیم

11-4) جریان آب نمک  

  علائم:

1)     افزایش غلظت کلرید

2)     افزایش حجم کل

3)     کاهش سریع خاصیت  بازی گل

4)     تغییر در چگالی گل

5)     کیک گل ضخیم/ اسفنجی

6)     افزایش خصوصیات  رئولوژیکی

7)     افزایش  صافاب

8) جریان چاه پس از خاموشی  پمپ ها

1-11-4) راه های مقابله  با این آلوده کننده ها:

1) افزایش چگالی  گل برای کنترل جریان آب

12-4) جامدات  با گراویته  پایین

علائم:

1)                       افزایش خصوصیات رئولوژیکی  و صافی گل

2)                       افزایش بنتونایت گل

3)                       افزایش جامدات  با گراویته پایین

1-12-4) راه های مقابله  با این آلوده کننده ها:

1) بهینه کردن  دستگاه کنترل جامدات

2) رقیق کردن گل

13-4) سازندهای نمکی

علائم:

1)                       افزایش سریع غلظت کلرید

2)                       افزایش وزن گل

3)                       کاهش سریع خاصیت  بازی گل

4)                       افزایش صافاب

5)                        کیک گل ضخیم / اسفنجی

6) افزایش خصوصیات رئولوژیکی

1-13-4) راه های مقابله  با این آلوده کننده ها:

1)                       تبدیل سیستم گل به آب نمک اشباع

2) جابجایی گل با یک گل پایه روغنی

در ادامه برخی از مشکلاتی  که هنگام کار  با گل پایه آبی  به وجود می آید ، علائم وراه های مقابله با آن ها ارائه می گردد .

·                       برخی از مشکلات  حفاری و علائم آنها با گل  پایه آبی:

Gas Influx( 4-14  :

1) افزایش حجم گل

2)                       مشاهده گل گاز زده

3)                        عدم جریان  چاه پس از  خاموش شدن پمپ

4)                        کاهش وزن گل  در خط جریان

1-14-4) راههای مقابله با آن :

1)                       افزایش وزن گل

2)                        به کارگیری گاز زدا

15-4) جریان از سازند به چاه:

1) افزایش حجم گل

2) جریان داشتن چاه  پس از خاموش شدن پمپ

3) افزایش دبی  برگشتی  گل

4) کاهش فشار پمپ و افزایش تعداد ضربه پمپ

1-15-4) راههای مقابله با آن :

1)  بالا آمدن  از ته چاه

2) خاموش کردن پمپ ها

3) بررسی جریان و ثبت فشارها

4) بستن چاه

5) کشتن چاه

16-4) کف کردن :

1)  کاهش وزن گل

2)  مشاهده کف در  گل برگشتی

3) کاهش فشار پمپ

4) چکش زدن پمپ

1-16-4) راههای مقا بله با آن :

1) افزودن یک ماده کف زدا به گل

2) افزودن یک ژل پایه آبی به نمک یا گل دارای  جامدات کم

3) افشاندن  آب روی سطح گل

17-4)گیر اختلاف  فشاری :

1)گردش جزئی  یا کامل دیگر

2) برخورد رشته حفاری به ناحیه متخلخل

3) عدم ایجاد حفره جاکلیدی

4) هرزروی  بالای گل  همراه  با درصد بالایی از جامدات گل

5) عدم چرخش لوله ها یا بالا و پایین کردن آنها

1-17-4) راههای مقابله  با آنها :

1)                       کاهش وزن گل  تا آنجا که ممکن است

2)     نگه داشتن  مایع روغنی  در چاه جهت  ایجاد پوشش اطراف  رشته حفاری در محل گیر

3)                        به حداقل رساندن رشد کیک گل

18-4)شیل های ریزشی :

1)                مشاهده مقدار زیادی  روی الک  لرزان

2)                 افزایش فشار پمپ

3)                 تنگی چاه در اتصالات

4)                 تنگی چاه هنگام  لوله بالا

5)                 بریده شدن گل بر اثر  گاز

1-18-4) راههای مقابله با آن :

1)                       افزایش وزن گل ، اگر ممکن است

2)                        به حداقل رساندن  هرزروی

3)                        افزایش ویسکوزیته گل ، اگر ممکن باشد

اگر حفاری از میان شیل های بنتونایتی  صورت می پذیرد ، افزایش  ویسکوزیته گل لازم نیست .

4)                       استفاده از مواد بازدارنده  شیل

5)     کاهش امواج فشاری بر سازند  و این سو و آن سو شدن لوله ها

19- 4) گلی شدن مته :

1) مکش در هنگام  لوله بالا  یا اتصال  لوله ها

2) مته و رشته حفاری  گلی شده

3) کاهش در میزان پیشرفت  حفاری

1-19-4) راههای مقابله با آن :

1) حفظ ویسکوزیته  و خاصیت  چسبندگی GS  مناسب جهت تمیز کردن ابزار درون چاهی

2) بهینه کردن نیروی هیدرولیک گل

20-4) خوردگی :

1) وجود گودی در سطح داخلی یا خارجی لوله های حفاری

2) فروریختن دیواره و گشادی حفره

3) رد شدن لوله های حفاری  در اتصالات

 1-20-4) راه های مقابله با آن :

1)    افزایش PH  گل  به 11 تا 5/11 در برخی  موارد  از آهک استفاده می شود

2)                       افزودن مواد بازدارنده

21-4) حفره جاکلیدی :

1) لوله ها  دوران  می کنند ، ولی لوله بیش از یک اتصال  بالا و پایین نمی شود .

2) برگشت جزئی  یا کامل

3) ایجاد سگ دست  در چاه

1-21-4) راه های مقا بله با آن :

1)                 باز کردن لوله های گیر افتاده در چاه

2)                 پاک کردن  حفره جاکلیدی

22-4) تجزیه باکتری :

1) افزایش خا صیت بازی کرنات

2) کاهش خاصیت بازی هیدروکسیل

3) افزایش خصوصیات رئولوژیکی  و صافی گل

1-22-4)راه های مقابله با آن :

1)                       افزودن آهک

2)                        افزودن مواد کنترل کننده هرزروی

3)                        افزودن مواد جلوگیری کننده  از تجزیه باکتری

23-4) هرزروی گل  حفاری در چاه :

1) کاهش میزان  گل در مخازن

2)کاهش برگشتی

3) کاهش فشار  گردش گل

4)هرز رفت کلی  گل

1-23-4) راه های مقابله با آن :

1)                کاهش دادن سرعت پمپ

2)                افزودن مواد کاهش دهنده  هرزروی

3)                کاهش وزن گل

24-4) گیر مکانیکی :

1) عدم چرخش  یا رفت  و برگشت لوله حفاری

2) کاهش  یا عدم گردش  گل

3)گیر لوله مته  در اثر ریزش خرده سنگ ها

1-24-4) راه های مقابله با آنها :

1)پس گرداندن لوله ها

2)دور شوئی

3) بهبود تمیز سازی  حفره

25-4) به تله افتادن هوا :

1) کاهش وزن گل

2) افزایش ویسکوزیته پلاستیک  گل

3) وجود حباب هوا در گل

4)چکش زدن پمپ

 1-25-4) راه های مقابله با آنها :

1)                       افزودن یک سیال (درمان شیمیایی با آب )

2)                       به حداقل رساندن به تله افتادن هوای سطحی

 26-4 ) بررسی رئولوژی گلهای حفاری پایه آبی

مواد تشکیل دهنده  گلی بررسی قرار می گیرد  شامل آب نمک اشباع ، استارچ، باریت ، فروبار  و لایحه می باشد  و البته  لازم به ذکر است  که علت ا صلی  استفاده نمک طعام  در گلها (بخصوص در گلهای آبی ) وجود نمک  در طبقات  زمین است  زیر به هنگام  حفاری در  چنین طبقاتی  اگر گل  مورد استفاده محتوی نمک نباشد ، نمک طبقات در گل  حل شده  و احتمال  ریزش طبقات  به درون چاه صد در صد خواهد شد ، پس باید توجه داشت  که در موقع حفاری  در طبقات نمکی  مقدار نمک گل را به  حد اشباع رساند تا هیچگونه نگرانی  وجود نداشته  باشد .

 شایان به ذکر است  که وزن گل  بستگی مستقیم  به فشار طبقاتی  زمین دارد و از این نظر در هر طبقه از  زمین  با وزن معینی حفاری می شود  و مثلا  در طبقات گچساران  که فشار طبقاتی  آن فوق العاده  زیاد است وزن گل حفاری گاهی  از 155 پوند  بر فوت  مکعب تجاوز می کند .

 هم اکنون  به بررسی  برخی  پارامترهای  مورد اندازه گیری  گل حفاری  می پردازیم :

 1-26-4) گرانروی  

گرانروی را می توان  به وسیله  قیف مارش یا ویسکومتر الکتریکی  اندازه گیری کرد . در اینجا  به بررسی نوع گرانروی  که بوسیله  ویسکومتر الکتریکی اندازه گیری می شود می پردازیم :

 

2-26-4) پلاستیک ویسکوزیتی (pv)

این نوع گرانروی  که بر حسب  سانتی پویز  گزارش می شود  به ما نشان می دهد  که مقدار  سطوح مواد جامد موجود در گل چقدر است ؟ بدین معنی  که اگر مقدار  آن زیاد باشد  نشانه تقسیم شدن  ذرات  مواد جامد  به ذرات  کوچکتر می باشد  که در نتیجه  سطح بیشتری  تولید می گردد . یا به عبارت  دیگر پلاستیک ویسکوزیتی نمایانگر  سطوح ذرات جامد در گل می باشد و با غلظت  مواد جامد گل نسبت  مستقیم دارد . به طور کلی  می توان گفت  که این نوع  گرانروی  یک نوع مقاومت  در مقابل  جریان است  که بوسیله اصطکاک میکانیکی صورت می گیرد . 

3-26-4) یلدپونیت (yp)

 عبارت از نیروی کششی موجود بین ذرات مواد جامد  است ، این نیروها  در نتیجه شارژهای الکتریکی  منفی یا مثبت  است که در نزدیک  یا روی  سطوح ذرات به وجود می آید .

4-26-4) گرانروی ظاهری

 این نوع گرانروی  با استفاده  از ویسکومتر  الکتریکی ( ) و یا به وسیله قیف اندازه گیری می شود ویکای آن  در صورت استفاده  از ویسکومتر سانتی پویز و در صورت استفاده از قیف مارش کورت  بر ثانیه (946cc =کورت) خواهد بود . البته نباید فراموش  کرد که مقدار  گرانروی  ظاهری  هر گل  تقریبا نصف  وزن آن گل است .

5-26-4) ژل اولیه و ثانویه :

 عبارت است از اندازه گیری نیوری الکتروشیمیایی موجود  در بی ذرات  جامد  با جامد ، جامد  با مایع ، و یا جامد  با مواد شیمیایی در شرایطی که گل  در حال سکون  باشد . ژل اولیه  را پس از 10 ثانیه  و ژل  ثانویه پس از 10 دقیقه  اندازه گیری می کنند و بر حسب پوند  بر 100 فوت مربع گزارش می شود .

6-26-4) حالت آب از دست دادن گل :

تا هنگامی که گل در چاه  وجود دارد . چه در هنگام سکون  و چه در حال  حرکت مقداری  از مایع  درون گل  به سوی  طبقات مهاجرت می کند، در حالیکه  یک گل مطلوب باید  بتواند  یک کیک  نازک و غیر قابل نفوذ  در دیواره چاه  باقی بگذارد  تا از این مهاجرت  جلوگیری نماید . در حالت  مطلوب  ضخامت  کیک  نباید  از 1/32 پنچ تجاوز کند  و این پارامتر  گل در آزمایشگاه  توسط  دستگاه  فیلتر پرس ( در دمای  محیط  و فشار 100psi) مورد اندازه گیری قرار می گیرد) .

همانطور که گفته شد  مواد مورد استفاده در گل های  سنگین P.C.F  عبارتند از : آب نمک اشباع ، استارچ (نشاسته)، باریت ، فروبار  و آهک .

 در تمام گل های  سنگین 150P.C.F  مقدار آب نمک اشباع  ثابت  و برابر 350 می باشد  همچنین مقدار استارچ نیز برای تمام گل های سنگین  مذکور 14gr  می باشد . ما مقدار  باریت و فروبار  با توجه  به نسبت  مورد ن ظر  می باشد . آهک نیز  برای بالا بردن PH گل  به کار می رود (در اثر  ایونیزاسیون  آهک  در آب ، یون های Ca2+ و 20H-تشکیل شده  که وجود یون های OH- باعث بالا رفتن PH می گردند  و با توجه   به PH  مورد نظر وبسته به مقدار باریت  و فروبار موجود در گل  در مقادیر متفاوت مصرف می شود  و در صورت  مصرف زیاد آهک PH گل از حد  موردنظر تجاوز کرده  و یا حتی  موجب بالا رفتن PH  گل تا حدی  می شود که گل خواص خود را از  دست دهد از PH 5/11-11 به بالا نشاسته  تخمیر  شده و باعث  از دست رفتن خواص گل می شود . به عبارت دیگر باریت  و فروبار  ته نشین شده ، نشاسته خاصیت کنترل فلولاس خود را از دست می دهد و به تبع  خواص  ریالوئژی  گل نیز از دست می رود  و به عبارت بهتر گل  غیر قابل استفاده می شود. برای جلوگیری  از این امر برای جلوگیری  از این امر ، برای  بالا بردن  پی اچ گل هایی با نسبت های مختلف  بهترین راه  این است  که آهک را در  مقادیر بسیار کم  اضافه کرده  تا به PH  مورد نظر برسیم . به همین دلیل  همانطور  که در جدول  مشاهده  می شود  برای هر گل با نسبت مشخص  بعد از افزایش هر مقدار  آهک 5 دقیقه Mixing  صورت گرفته پیچ اچ اندازه گیری شده  و در صورت کم بودن  آن مقدار دیگری آهک اضافه شده و به همین ترتیب تا رسیدن به پی اچ مورد نظر.

 برای اینکه بدانیم گلهای حفاری در چه نسبتی مطلوبترین ویژگیهای مورد نظر در حفاری را دارا می باشند به  انجام تست های شرح داده شده در ذیل می پردازیم :همانگونه که در عنوان ذکر شده است پایه گل های مورد نظر ، آب نمک اشباع می باشد . نحوه عمل به این ترتیب است که با استفاده از استوانه مدرج  حجم 350ml آب نمک اشباع را اندازه گرفته و به طور کامل  درون لیوان میکسر می ریزیم ، لیوان محتوی  را به دستگاه میکسر متصل نموده و اکنون 14gr  نشاسته  سیب زمینی  را که قبلا  توزین شده است  به آرامی  و به صورت پیوسته  به آن می افزائیم . آهسته انجام گرفتن  این عمل  به سبب پلیمری  بودن نشاسته می باشد ، زیرا چنانچه استارچ  به سرعت  به آب نمک اشباع اضافه شود ذرات آن به حالت مولکوله  در آمده  و به خوبی  در محلول پراکنده  نمی گردند . کاربرد اصلی  نشاسته در گل های پایه آبی ، کنترل آب در ساختمان  گل می باشد .

 پس از پایان عمل  اضافه کردن نشاسته ، لیوان مذکور  را از دستگاه Mixer جدا نموده و با استفاده از یک کاردک تمامی  ذرات پودر نشاسته  را که به  دیواره  لویان چسبیده اند  به درون  محلول حاصله  می فرستیم . این عمل  باید با سرعت تمام انجام گیرد  تا مبادا  در به هم زدن  محلول توسط دستگاه  وقفه چشمگیری  ایجاد کند . البته پس از افزایش  هر ماده به محتوای  لیوان  باید این عمل صورت گرفته تا اینکه  ماده مورد نظر کاملا  وارد گل شده ، در نتیجه هیچگونه اتلاف ماده ، تغییر وزن  و اشکالات دیگر اتفاق نیافتد . سپس نوبت به افزایش  باریت و فروبار  که نقش مواد وزن افزا  در این گل دارند ، میرسد .   در تمام گل های  سنگین  که از باریت  و فروبار  در آنها استفاده می شود  به استثنای گل باریت خالص و فروبار  توما استفاده  می شود مقدار باریت  و فروبار  با توجه  به نسبت  تعیین شده  آنها در گل ، دانسیته آنها، وزن گل  و از طریق فرمول افزایش که در زیر نوشته شده است تعیین می گردد :

D : دانسیته ماده وزن افزای  مورد استفاده در گل

W2 : وزن ثانویه

W1 : وزن اولیه

350: حجم برداشتی  آب نمک

4/62: وزن مخصوص آب مقطر

 وزن گلی که هم اکنون مورد  بررسی قرار خواهیم داد (گل باریت خالص ) از ابتدا (75 پی .سی. ف وزن آب  نمک اشباع ) تا 150P.C.F  فقط توسط باریت افزایش پیدا می کند  و بدین شیوه می توان تاثیر  باریت  تنها و همچنین تاثیر عدم  وجود فروبار  و به طور کلی تاثیر این ئنوع نسبت را بر روی گل سنگین  پایه آب  نمکی اشباع مشاده کرد .

جهت محاسبه مقدار باریت از فرمول فوق و به صورت  زیر عمل می نمائیم . (دانسیته باریت مورد استفاده  در تمامی تست های انجام شده در این مرحله 4/24  بوده است .)

 

به محض تمام  مدت  زمان Mixing نشاسته در آب نمک اشباع (20 دقیقه) مقدار 971/4 گرم باریت را که قبلا توزین شده است  به محتویات لیوان ا ضافه و 15 دقیقه mix می نمائیم . پس از این مدت  زمان وزن گل تهیه شده  در جهت اطمینان  به وسیله  ترازوی گل (Mud balance) اندازه میگیریم . البته ناگفته نماند  که گل تهیه شده دارای مقداری کف می باشد  که مقدار این کف  به مرغوبیت  نشاسته مورد استفاده بستگی دارد یعنی هرچه نشاسته  مورد نظر مرغوبتر باشد میزان این کف نیز کمتر خواهد بود . بنابراین قبل از تعیین وزن گل ، باید آن را کاملا کف زدائی  کرد  تا مبادا کف  مذکور  سبب ایجاد وزن کاذب در گل گردد . در صورت صحیح بودن  وزن گل ، آن را مجددا در لیوان هم زن ریخته و چند ثانیه به دستگاه Mixer متصل می نمائیم  تا گل موجود  در لیوان کاملا مخلوط شده و حالت یکنواخت پیدا کند سپس با استفاده از دستگاه PH متر PH گل تهیه شده را اندازه گرفته تا بتوان میزان PH گل بدون آهک را بدست آورد و از این طریق  حدود آهک افزودنی را جهت کنترا و نگه داشتن پی اچ گل در رنج 9-9/5 تخمین زد . زیرا در این رنج استارچ کارایی بهتری از خود نشان می دهد . چون در این قسمت ، هدف از انجام آزمایشات تعیین بهترین نسبت باریت  و فروبار  برای گل های سنگین پایه آب نمکی اشباع است باید تمامی مواد مورد استفاده در حالت استاندارد  نگه داشته شوند و تنها نسبت باریت و فروبار مورد بررسی قرار می گیرد .

پودر آهک توزین شده را به محتویات در حال Mix لیوان می افزائیم ، گل مذکور  به مدت 5 دقیقه  توسط همزن  برقی مخلوط می گردد سرانجام ph آن اندازه گیری می شود . برای اینکه پی چ گل از حد مورد نظر  تجاوز نکند این عمل (افزایش آهک) با دقت و گاهی طی مرحلی انجام می گرد . لیوان محتوی گل را  به مدت 3 دقیقه (این مدت زمان برای تمامی تستها یکسان می باشد ) به دستگاه Mixer متصل نموده  و سپس گل حاصله را در بمب می ریزیم و بعد از زیستن درب آن ، بمب را به مدت 4 ساعت در  دمای 200Oc در دستگاه rolling oven قرار می دهیم (نشاسته در دمای بالاتر  از 200Oc تخمیر می شود  در خاصیت فلولاس کنترل خود را از دست می دهد ) علا اینکه گل را درون  بمب ریخته ودرون rolling oven قرار می دهیم  تا دمای آن بالا رفته  و  همزمان گردش کند  این است که گل درون چاه تحت حرارت  و گردش است به همین دلیل شرایط مذکور  را در آزمایشگاه  ایجاد کرده و گل را با اعمال این شرایط آزمایش می کنیم  تا مشاهده شود  که آیا گل ساخته شده در این شرایط آزمایش می کنیم  تا مشاهده شود که آیا گل ساخته شده  در این شرایط   می تواند فاکتورها و خواص مورد نظر  را تامین کند ؟ پس از گذشت این مدت بمبم را از دستگاه مذکور خارج کرده و محتویات آن را در لیوان مخصوص دستگاه همزن برقی ریخته و به Mixer متصل می کنیم  تا علاوه بر مخلوط شدن محتویات لیوان  دمای گل نیز سریع تر پایین آید . با توجه به اینکه  ریالوژی گل دقیقا  در دمای 140Of اندازه گیری می شود (زیر متوسط دمای گل حفاری  در چاه 140o F  می باشد )دمای موجود در لیوان  هنگام جدا کردن از دستگاه Mixer باید  کمی بالاتر  از 140o F باشد زیرا در مدتی که گل لیوان به سل مخصوص دستگاه ویسکومتر (VG-meter) انتقال داده  می شود دا اندکی  افت می کند .

 همانطور که در بخش  مقدمه توضیح داده  شد از دستگاه  ویسکومتر  برای اندازه گیری  گرا نروی گل  استفاده می شود  مطابق با توضیحات  قبل گرا نروی یکی از عوامل  مهم خواص فیزیکی گل می باشد که این خاصی دارای نوع :300و600fann وpv وyp وغیره است  و هر یک از این پارامترها  در عملیات حفاری  رنج مشخصی دارند . از طریق ساختن گل های سنگین  با نسبتهای  مختلف می توان  دریافت کدام یک از گل های  ساخته شده از نظر خواص ریالوژی  در رنج استاندارد قرار می گیرند .

27-4 )ویژگیهای مطلوب

مقدار واترلاس  حداقل بوده  ته نشینی  در گل اتفاق نیافتد  حداکثر مقدار y-p  برابر با وزن گل (150P.C.F) باشد همچنین مقدار ژل  اولیه و ثانویه تفاوت زیادی نداشته باشند . زیرا در غیر اینصورت پمپاژگل دچار اشکال می شود . در صو رت وجود  اختلاف زیاد بین مقدار ژل  اولیه و ثانویه  بعد از هر  توقف در عملیات  حفاری گرانروی  گل افزایش  یافته  و پمپاژ اشکال پیدا خواهد کرد ).

گل مذکور را تا سر حد  خط نشان موجود  در سل درون  آن می ریزیم  با توجه  به  اینکه  رئولوژی  گل  در دمای 140of اندازه گیری می شود   با ید با استفاده  از دماسنج  مراقب  بود  تا مبادا  دمای گل  از این حد  پایین تر بیاید  اکنون مقدار  تا  گل تهیه شده  را توسط  دستگاه  ویسکومتر  در دمای   140of اندازه گیری کرده  و آن را مجددا  به لیوان  mixer انتقال می دهیم  و به مدت  چند ثانیه توسط  دستگاه mixer مخلوط کرده  و  phآن را تعیین می نمائیم . در این مرحله ph گل بعد  از اینکه  به مدت 4  ساعت  تحت حرارت  در  rolling oven گردش کرده است ، اندازه گیری می شود  تا مشاهده  گردد که گرد ش و حرارت  چه تاثیری  بر ph گل گذاشته اند . هدف ما از انجام این تست  این است که در یابیم phگلی که در چاه تحت  حرارت گردش می کند  در اثر  این شرایط  چه تغییری می کند زیرا گل در ph مشخص  خواص و فاکتورهای  مورد نظر را تامین می کند . بنابراین خواص گلی  را که در چاه  در حال گردش  است را پس از اینکه خارج شد مرتبا بررسی کرده تا آنها  را در رنج  مورد نظر  حفظ کنند . مثلا اگر  فاکتورphرا در ن ظر بگیریم  پس زا خارج شدن گل  از چاه  در عملیات حفاریph آن را اندازه گیری  می کنند  و چون  در اثر  حرارت  و وجود اکسیژن استارچ که ماده آلی  است تولید  دی اکسید کربن می نماید . این دی اکسید کربن

(Co2) با یون های OH- حاصل از یونیز اسیون  آهک  واکنش داده  و طی دو مرحله تولید CaCo3و H2Co3 می کند  در نتیجه یون های OH آهک که خا صیت قلیایی (ph) گل را بالا می برند  مصرف شده وقلیائیت گل دچار افت می شود .

 برای بالا بردن ph و رساندن به محدوده  مورد نظر مجددا  به گل قبل از اینکه  وارد چاه شود آهک ا ضافه می شودبعد از اندازه گیری ph مقدار فلولاس  یا واترلاس (فلولاس  مقدار مایع خارج شده از  گل در ا ثر عوامل  مختلف مخی باشد  که در گل های سنگین  و دیگر گل های  پا یه آبی  که مایع موجود  در آنها آب  نمک می باشد  به جای واژه  فلولاس  از وتر لاس استفاده می شود .)گل توسط دستگاه  فیلتر پرس  همانطور  که در بخش شرح  دستگاه ها  توضیح داده شد  اندازه گیری می شود  تا بتوان در آزمایشگاه  مقدار عصاره  خروجی از گل  را در شرایط چاه تخمین زد.زیرا گلی که در چاه  در حال گردش  است  تحت فشار می باشد  و فشار وارده  بر سطح گل  باعث خروج  وترلاس از گل می شود . اکنون محتویات  لیوان را برای  مدت  3 دقیقه  مخلوط نموده (این مدت برای تمامی  تستها یکسان می باشد ) و آن را درون ظرف  مخصوص د ستگاه  فیلتر پرس  می ریزیم  و به مدت 5/0 ساعت آن  را در دمای  محیط  و تحت فشار  100PSI  قرار داده و در پایان  حجم عصاره  خروجی  از گل  را در این شرایط  می خوانیم .

 1-27-4) توضیحات PV :

 مقدار PV   با سطوح و تعداد  ذرات جامد  موجود در  گل نسبت  مستقیم دارد  و به عبارت دیگر  هر چه تعداد ذرات  جامد بیشتر شود PV نیز افزایش می یابد (PV مقاومتی است  که در اثر اصطکاک  بین ذرات  جامد موجود در گل به وجود می آید ) با توجه به جدول5-2 مقدار PV  گل  ساخته شده از  باریت  تنها ، دارای حداکثر  مقدار  و PV  گل  ساخته شده  از فروبار تنها  دارای حداقل  مقدار می باشد  ، حال آنکه در گل های  ساخته شده  با نسبت های  مختلف  از هر دو ماده  هر چه نسبت  باریت  به فرو بار  بیشتر باشد  با توجه به کمتر  بودن  دانسیته  باریت از فروبار  مقدار جامد  بیشتری  در گل به کار  رفته در نتیجه  میزان سطوح  و ذرات جامد  و نهایتا PV بیشتر  خواهد بود . 

2-27-4)نقطه واروی

جامدات به دو گروه فعال  و غیر فعال تقسیم بندی می شوند  که باریت و فروبار  جز جامدات  غیر فعال می باشند . البته باریت  به مقدار ناچیزی فعالیت  داشته  ایجاد پیوندهای  ضع یف شیمیایی  می نماید  و این در حالتی است  که فروبار از نوعی  اکسید آهن  تشکیل شده که فاقد الکترون  فعال است  زیرا در غیر اینصوت  فعالیت شیمیایی داشته و  باعث  به وجودآمدن  پیوندهای بین مولکولی  قوی شده  و گل خواص  مطلوب  و مورد نظر  خود را نخواهد  داشت . از آنچائی که Y.P  ناشی از نیروهای  جاذبه بین مولکولی  در حال حرکت است  و پیوند بین مولکول ها  توسط باریت ایجاد می گردند هر چه مقدار باریت مصرفی  در گل بیشتر با شد Y.P هم افزایش می یابد  و چون منحنی B  از گل باریتی  شروع  و به گل  فروباری  ختم می شود  دارای مسیر  نزولی  خواهد بود .

 

5-27-4) ژل

  به گل در حالت گردش  نیرو ی برشی وارد می شود که این نیروها ، نیروهای  جاذبه بین مواد  موجود در گل  را در حالت حرکت (Y.P) می شکنند  حال  با گذ شت 10 دقیقه  از تعیین Y.P نوبت  به اندازه گیری  ژل  اولیه می رسد  و این در حالتی است  که برای اندازه کیری ژل  ثانویه 10  دقیقه  صبر می کنیم . در این مدت که گل  ساکن می باشد  پیوندهای موجود  بین ذرات  ترمیم شده  و با توجه به اینکه  ژل اولیه  و ثانویه  نیروهای  مقاوم در برابر سایش  و لغزندگی  ذرات در حالت سکون هستند  در ابتدا ی  حرکت نیروهای  زیادی برای  شکستن  پیوند لازم است . بنابراین  مقدار ژل زیاد است  ولی بعد از شکسته شدن  این پیوندها  ژل پایین آمده  و ثابت می شود .

6-27-6)واتر لاس

واتر لاس  گل هایی که تنها از باریت  ساخته می شوند معمولا  به دلیل شکل ذرات  باریت  که به صورت  ورقه  روی هم قرار گرفته اند . از واتر لاس  گل هایی که تنها  از فرو بار  ساخته شده اند  کمتر بوده  زیرا شکل  ذرات فرو بار  موجود  به صورت  تقریبا  کروی است  و بر روی هم  می لغزند . نشاسته که یک ماده  پلیمری است در فواصل بین  ذرات باریت  قرار گرفته  و تشکیل  یک لایه نسبتا غیر قابل  نفوذ میدهد که در دستگاه فیلتر  پرس فشار  100PSI  بر این لایه  وارد شده  و آن را کمتر  می کند  و به این ترتیب  تا حدود زیادی  از عبور  واترلاس  جلوگیری خواهد کرد . در صسورتی که گل  ساخته شده  از فروبار  نشاسته  به مقدار کمتری  در  فوا صل  این ذرات ( به علت کروی  بودن  فرو بار ) قرار می گیرد  و در نتیجه  کانالهای  عبوری  توسط فلوئ ید  در گل ایجاد شده  و مقدار  واترلاس بیشتری  از گل  خارج می گردد .

شایان به ذکر است  که مطالب گفته شده  تئوری بوده  و در هنگام  انجام آزمایش  به علت مختلف بودن شرایط و مواد  مورد  عمل  امکان تما یز نتایج  وجود دارد  از جمله  مشاهده می شود  که تئوری بالا در مورد  گل های ساخته شده  از باریت  تنها  و فروبار تنها ،در جدول 5-2 صدق نمی کند  برای مثال  در صورت ریز بودن  بیش از حد  ذرات فروبار  در هنگام سوختن  گل نشاسته  با ایجاد  فیلم در فواصل  و اطراف  ذرات  فروبار  باعث تشکیل  لایه ی تقریبا  نفوذ شده  و علیرغم  مطالب  مذکور  و اترلاس  گل تهیه شده  از فروبار کمتر از گل ساخته شده  از باریت  می باشد .

 اکنون  در مورد میزان واترلاس  گلهایی که در آنها از باریت  و فروبار  مشترکا  با نسبتهای  مختلف  استفاده می شود   به بررسی می پردازیم :

 با استناد  به تئوری فوق  به علت شکل ذرات  باریت هر  چه مقدار  باریت در گل  تهیه شده  بیشتر باشد  مقدار واتر لاس  آن باید کمتر باشد  بسته به چگونگی  قرار گرفتن  ذرات باریت  و فروبار  در کنار هم و میزان  پراکندگی  آنها در ککی روی کاغذ  صافی  مقدار  واترلاس  متفاوت خواهد بود . مثلا در گل ساخته شده  به نسبت 3 به 1  به علت  بیشتر بودن مقدار باریت  از فروبار  واترلاس  باید کم باشد ما در بعضی  مواقع مانند جدول5-2 گل 3 به 1 از این فرضیه ت بعیت نمی کند  امکان دارد دلیل این پدیده  پراکندگی  نا منظم  ذرات  فروبار در میان  ذرات  باریت  بوده  و فواصل  زیادی  بین ذرات  باریت  ایجاد کرده  و در نتیجه  فلوئید  همراه  با 100PSI  فشار دستگاه  فیلتر پرس  کانالهای  عبوری  به وجود می آورد  و علیرغم  دور از ذهن  بودن مقدار فلولاس  زیاد می شود . سایر گلهای موجود  در جدول از فرضیه  بالا پیروی می کند  و با کاهش  مقدار باریت  فروبار  مقدار واترلاس افزایش می یابد.

 

نکته : عدم وجود اختلاف  چشم گیر در مقدار باریت  و فروبار موجود  در گل های 1 به 1 و تا 135P.C.F  باریت  و از 135تا 150P.C.F تنها فروبار مقدار واترلاس آنها در حدود  هم می باشد  و اختلاف  آنها قابل  اغماض است . نحوه تهیه گل ها با  نسبت های  مختلف همانند  روش ساخت گل  باریت میباشد به همین دلیل  فقط به بررسی  محا سبات برای بدست آوردن  مقدار  مواد وزن افزای مصرفی  و نکات لازم  برای هر گل می پردازیم 

شناخت و نحوه کاربرد عملی مواد شیمیایی در گل های حفاری 

موادی که در ساخت گل بکار میرود٬ عبارتند از: 
1-
نمک ( کلرید سدیم)
نمک با فرمول شیمیایی NACL ٬ ماده ای است معدنی که تا مرز اشباع ٬ به دلایل زیر استفاده میشود: الف) جهت جلوگیری از حل شدن نمک موجود در طبقات زمین در گل حفاری و پیشگیری از ریزش جداره چاه استفاده میشود. ب) جهت جلوگیری از خمیره شدن و باد کردن لایه های رسی بکار میرود. 

2-
باریت (سولفات باریم) 
ماده ای است معدنی با فرمول شیمیایی BASO4٬ که در ایران به وفور یافت شده و وزن مخصوص آن 4.4-4.2 گرم بر سانتیمتر مکعب میباشد.این ماده در اسید حل نمیشود و فقط برای افزایش وزن گل از آن استفاده میشود. 

3-
ثعلب (کربواکسیدمتیل سلولز) 
ماده ای است آلی که بنام CMC در ساخت گل بکار میرود.این ماده در آب به خوبی حل شده و در دو نوع HIGH VIS CMC (با گرانروی بالا) و CMC LOW VIS (با گرانروی پایین) وجود دارد. از CMC HVبرای افزایش غلظت گل تا مرز 250-200 ثانیه استفاده میشود و تا حدودی نیز صافاب گل را کنترل میکند.در آب شیرین با مصرف دو گرم ٬ غلظت بالایی ایجاد میکند. اما در آب نمک مصرف آن بالا بوده و تاثیر کمتری دارد.لازم به ذکر است که CMC HV در محیطهای قلیایی بخوبی عمل میکند. از CMC LV در آب نمک و آب شیرین جهت کنترل فلوئیدلاس استفاده میشود. همچنین بعلت داشتن حالت کلوئیدی میتواند مواد وزن افزا را در سیال حفاری بصورت معلق نگهدارد و در محیطهای قلیایی پایدار است

.
 4- پوست گردو(بادام) 
در صنعت حفاری آن را بنام WALNUT SHELL می شناسند.این ماده به سه نوع دسته بندی ریز٬ متوسط و درشت طبقه بندی شده است. پوست گردو(بادام) ماده جلوگیری کننده از هرزروی است. 


5-
پودر سنگ آهک ( لایمستون پودر)

نام شیمیایی آن کربنات کلسیم ((CACO3 بوده که بصورت پودر از آن استفاده میشود.این ماده در آب نامحلول بوده و برای افزایش وزن گل های پایه آبی تا وزن PCF 110و گلهای روغنی تا وزن PCF100 از آن استفاده میشود. وزن مخصوص لایمستون پودر٬ 2.7 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده وچون به خوبی در اسید حل میشود٬ در مخازن نفتی و گازی بعنوان ماده وزن افزا از آن استفاده میشود.از نوع دانه بندی شده آن -LIMESTON CHIPS- جهت پر کردن ترک خوردگی های سازند ها استفاده میشود

. 6- کاستیک سودا (سود سوزآور) کاستیک سودا با فرمول شیمیایی NAOH ٬ ماده ایست که بخوبی در آب حل شده و PH محیط را تا 14 بالا میبرد. این ماده از لحاظ درجه ریسک پذیری خطرناک است . همچنین بعلت گران بودن این ماده بهتر است فقط در گل های بنتونایتی از آن استفاده شود و برای باقی گل ها از اهک استفاده گردد

. 7- سودا اش (SODA ASH) نام شیمیایی این ماده کربنات سدیم با فرمول شیمیایی Na2Co3 است. این ماده میتواند PH محیط را تا 11.5 بالا ببرد. از سودااش میتوان جهت رسوب دادن یونهای کلسیم در گلهای آبی و سولفات باریم در گلهایی با PH پایین استفاده کرد.

CaSo4 + Na2Co3  Na2So4 + CaCo3

از سودااش میتوان برای مقابله با آلودگی های سیمان استفاده کرد.


Ca(OH)2 + Na2Co3 
 CaCo3  + 2NaOH

8- بی کربنات سدیم 

بی کربنات سدیم یا جوش شیرین با فرمول شیمیایی NaHCo3 و PH=8.5٬ جهت رسوب دادن یونهای کلسیم ناشی از آلودگیهای سیمان از ان استفاده میشود.قابل ذکر است که PH گل های آلوده به سیمان اغلب بالاتر از 11 میباشد.فرمولهای زیر نحوه واکنش بی کربنات سدیم را بر آلودگیهای سیمان ٬ نشان میدهد:


Ca(OH)2 + NaHCo3  CaCo3  + NaOH + H2O


NaOH + NaHCo3 
 Na2Co3 + H2O

لازم به ذکر است استفاده بیش از حد از بی کربنات سدیم باعث آلودگی بیشتر گل میباشد.

9-
فروبار
ماده ای به است رنگ قرمز آلبالویی با فرمول شیمیایی Fe2o3 که وزن مخصوص آن 4.7 بوده ومولکولهای بصورت گرد و مدور است. مدور بودن مولکولهای فروبار باعث میشود که این ماده بخوبی توسط همزن ها معلق شود که این امر برای باریت با مولکولهای مسطح امکان پذیر نمی باشد. به همین علت رسوبات باریت به سختی از کف مخزن جدا میشود. فروبار ماده ایست غیر فعال که فقط جهت افزایش وزن گل از PCF 75 به بالا استفاده میشود. البته با وجود غیر فعال بودن ٬ این ماده در محیطهای گازی حاوی هیدروژن سولفوره ٬ فعال میگردد. این نکته را نیز باید متذکر شد که علاوه بر مشکل تهیه آن ٬ میتوان به گران بودن فروبار اشاره کرد. پس بهتر است حدالامکان از باریت استفاده شود.

10- کلرور کلسیم

این ماده با فرمول شیمیایی CacL2 ٬ ماده ای است که بصورن فلس یا دانه دانه عرضه میشود که بسیار جاذب رطوبت بوده و نباید در مجاورت هوای ازاد قرار گیرد. موارد استفاده از کلرورکلسیم بشرح زیر استالف) در گل های بدون مواد جامد با 90 درصد خلوص کلسیم کلراید ٬ تا وزن PCF 82 ٬ از این ماده استفاده میشودب) در گل های روغنی ٬ جهت جلوگیری از باد کردن رس ها و ریزش SHALE استفاده میشودج) در سیمانکاری بعنوان کاهش دهنده زمان بندش استفاده میشود.

11-
مایکا
این ماده که بنام سنگ طلق نامیده میشود ٬ به لحاظ شکل ظاهری ٬ بصورت ورقه هایی شیشه ای ٬که روی هم قرارگرفته اند٬ به نظر میرسد .مایکا در طبیعت یافت میشود ٬ از لحاظ رنگ به دوصورت استالف) مسکویت ها که سفید رنگ هستندب) بیولایت ها که بعلت داشتن مواد معدنی دیگر ٬ عموماً تیره رنگ هستندلازم به ذکر است که وزن مخصوص مایکا ٬ 3 - 2.8 میباشد

12-
فایبرلاک ماده ای است متشکل از مواد کنفی ٬ پوست شلتوک و در مواردی ذرات دانه بندی شده پوست شکلات ٬ که جهت جلوگیری از هرزروی گل حفاری از آن استفاده میشود

. 13-
صدف آهکی (OYSTER SHELL or SHELL FISH) این ماده که از پوست صدفهای دریایی یا مواد مشابه آن ساخته میشود ٬ ماده ای است که جهت جلوگیری از هرزروی از آن استفاده میشود و چون در اسید حل میشود ٬ بیشتر در مخازن نفتی و گازی به هنگام هرزروی از آن استفاده میشود
. 14
-
آهک ( LIME ) لایم همان آهک آبدیده است که نام شیمیایی آن هیدروکسیدکلسیم با فرمول Ca(OH)2 میباشداز آهک جهت اهداف زیر در گل استفاده میشودالف) برای افزایش PH در گل های آبی تا مرز 12 ب) برای ساختن گل های آهکی ( از این گل در ایران استفاده نمیشود. ) ج) جهت تعیین PF و PM در گل های پایه آبید) جهت رسوب دادن یونهای کلسیم و منیزیم در آب ها بخصوص آب دریا ه) بالا بردن اکتیویته گل های پایه روغنی و خنثی کردن هیدروژن سولفوره و 

CO2 15-
استارچ استارچ همان نشاسته با فرمول شیمیایی C12H22O11 میباشد. این ماده ممکن است از سیب زمینی ٬ ذرت ٬ گندم و یا سایر گیاهان نشاسته ای دیگر تهیه شود.این ماده در آب نمک اشباع که PPM نمک آن PPM 320000-280000باشد بخوبی عمل کرده و تا دمای 225 درجه فارنهایت ٬ مقاومت دارد.استارچ در آب های شیرینی که PH آنها از 9.5 بیشتر باشد به خوبی جواب میدهد.از استارچ در گل های سنگین برای کنترل صافاب در محدوده 2 - 0.5 استفاده میشود

. 16-
بنتونایت بنتونایت نوعی رس است که در مجاورت آب خاصیت شکل پذیری دارد. ساختمان مولکولی آن بصورت لایه های متناوب از سیلیکات SiO2) ) و آلومین Al2o3)) تشکیل شده که در میان این لایه ها و سطح رویی آنها کاتیون هایی نظیر سدیم و کلسیم وجود دارد. بنابراین میتوان گفت بنتونایت های مصرفی در گل حفاری بر دو نوع استالف) سدیم بنتونایت ب ) کلسیم بنتونایت سدیم بنتونایت یا (مونت موری لونایت ) مرغوبترین نوع بنتونایت است ولی نوع دوم یعنی کلسیم بنتونایت ٬ بلحاظ دو ظرفیتی بودن ٬ از مرغوبیت کمتری برخوردار است
خواص بنتونایت
1-
در گل های پایه آبی سبک وزن و در آبهای شیرین تولید ویسکاسیتی می نماید
. 2-
برای استفاده در آب نمک ٬ ابتدا باید آنرا در آب شیرین حل کرده و سپس برای استفاده بهینه به آب نمک اضافه نمود
3-
بنتونایت خاصیت تعویض یونی دارد. یعنی بخوبی قادر است یونهای موجود در محیط اطراف را با یونهای سطح خود تعویض کند.
4-
خاصیت ژلاتینی دارد. یعنی ذرات آن با جذب آب ٬ متورم شده و پس از مدتی میترکد. این عمل باعث ایجاد خاصیت پلاستیکی در گل میگردد.
موارد استفاده از بنتونایت:
1-
افزایش گرانروی در گل های پایه آبی.
2-
کنترل صافاب گل.
3-
مقومت در حرارت های بالاتر از 300 درجه فارنهایت
4-
خاصیت هیدراته و پراکنده شدن.
5-
استفاده در سیمان کاری جهت سبک کردن وزن سیمان.
6-
استفاده از آن بعنوان پیل جهت جلوگیری کردن از هرزروی

. 17-
کف صابون ( FOAMAL AGENT) مایعی است که در صورت مخلوط شدن با آب ٬ ایجاد کف کرده و گل صابونی با وزنی کمتر از آب بوجود می آورد.

18- D.M.E 
نام کامل این ماده DRILLING MUD EMULSIFIER است که جهت امولسیون کردن روغن در آب استفاده میشود.
19-
امولسی فایر اولیه ماده ای است که از اسیدهای آلی و آمینه تهیه شده است و جهت پایه اصلی امولسیون گل های روغنی ( INVERT) بکار میرود
20-
امولسی فایر ثانویه ماده ای است که بعنوان پایدار کننده حالت امولسیونی معکوس در گلهای روغنی از آن استفاده میشود.
21- F.L.C 
ماده ای است که فلوئید لاس گل های روغنی ( INVERT) را کنترل میکند. این ماده از مواد نفتی مانند قیر و پاره ای افزودنی ها به وجود می آید
22-
ماده غلظت دهنده گلهای روغنی این ماده که پایه اصلی آن نوعی رس بنام ارگانوفلیک گلی است طوری ساخته شده که در گازوئیل حل شده و ایجاد غلظت میکند.
23- BIT LUBE 
ماده ای است که برای روانکاری مته و لوله های حفاری و کم کردن حالت پیچشی ( Torque ) از آن استفاده میشود.
24- PIPE LAX 
ماده ای است که برای روان کردن لوله ها و آزاد کردن گیر لوله ها از آن استفاده میشود.

مشکلات گل حفاری ، علائم و راههای حل آن 

1- گرانروی قیف مارش ، گرانروی پلاستیکی وYP و ژل گل بالا رفته ، درصد جامدات نیز افزایش یافته است

. طریقه رفع مشکل:
از دستگاه رسوب زدا – CLAYJECTOR – استفاده کرده و اگر PH زیر 9 باشد ٬ تا مرز 10 آن را افزایش میدهیم.

2- گرانروی پلاستیکی ٬ گرانروی قیف مارش و میزان SOLID بالا رفته ولی در سایر مشخصات تغییری مشاهده نمیشود. 

طریقه رفع مشکل: از دستگاه جداکننده رس استفاده کرده و PH را بین 10- 9 نگه میداریم.
3- عصاره گل بالا رفته ولی درسایر مشخصات گل تغییری حاصل نشده است. 

طریقه رفع مشکل: در این حالت برای کنترلFluid loss به آرامی به سیستم استارچ اضافه میکنیم.
4- عصاره گل ٬ YP ٬ پلاستیک ویسکاسیتی و گرانروی بالاست.

طریقه رفع مشکل: در این مرحله که نمیتوان از استارچ خشک استفاده کرد باید یک تا دو BATCH گل تازه با استارچ بیشتر ساخت و به آرامی به سیستم اضافه نمود.
5- میزان کلسیم در گل بالا رفته و حجم گل زیاد شده است. 

طریقه رفع مشکل: در این حالت وزن گل را افزایش داده و برای رسوب دادن کلسیم از سودااش استفاده میکنیم. 
6- مشاهده گم شدن گل و کاهش حجم سیستم

طریقه رفع مشکل: الف: در صورت امکان وزن گل را کاهش میدهیم. ب:دور پمپهای گل را کم میکنیم. ج: از پیل L.C.M استفاده میکنیم.
7- گل حالت نامرغوب و ناپایدار بوده و باریت در آن رسوب میکند. 

طریقه رفع مشکل: در این حالت با استفاده از مواد کلوئیدی گرانروی را افزایش میدهیم. 
8- روی مخازن کف مشاهده میشود و وزن گل کاهش یافته است.
طریقه رفع مشکل: مقداری گازوییل روی مخازن پاشیده و وزن گل را با مواد وزن افزا بالا میبریم.
9- تنگی چاه – TIGHT HOLE - مشاهده میشود.

طریقه رفع مشکل: در این حالت وزن گل را افزایش داده و چندین مرتبه محل تنگی چاه را شستشو میدهیم.
10- صافاب٬ پلاستیک ویسکاسیتی٬YP ٬ گرانروی و ژل گل بالاست.

طریقه رفع مشکل: با استفاده از آب نمک و ثابت نگهداشتن وزن گل ( توسط باریت)شارژهای ایجاد شده را از بین برده و گل را از حالت لخته بودن خارج میکنیم. 
11- کلیه خواص گل به غیر از وزن آن بالا رفته ٬ گل ژله ای شده و PH پایین آمده است.

طریقه رفع مشکل: برای شکستن حالت ژله ای و افزایش PH ٬ از آهک استفاده میکنیم.