سیالات حفاری

معماری فرهنگ قوم لر حفاری وسیالات حفاری تمدن لرستان

 
خواص گل حفاری
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱٢:٥٢ ‎ق.ظ روز ۱۳٩۱/۱/۱٧
 

 

خواص گل حفاری

 

 

 

الف- هدف : مطالعه خواص گل حفاری و طریقه کنترل آنها

 

ب- وسائل و مواد لازم :

 

Fann V-G meter بهم زدن – ساعت –  بنتونیت –  باریت – آهک-  کراچو

 

 

 

ج- کنترل خواص گل :

 

   تعریف : باید دانست که Apparent Viscosity تابع plastic viscosity و yield point می باشد.

 

د- دستورالعمل :

 

آزمایش اول :

 

مقدار 40 گرم بنتونیت را در 700 میلی لیتر آب شیرین ریخته مدت 15 دقیقه بهم بزنید و خواص زیر را اندازه گیری نمائید:

 

1-گرانروی ظاهری (Apparent Viscosity ) AV ,

 

2-گرانروی پلاستیکی (Plastic Viscosity )  PV ,

 

3-   نقطه واروی (  Yield Point)  YP ,

 

آزمایش دوم :

 

مقدار 5/0 گرم آهک را در 5 میلی لیتر آب حل نموده به 350 میلی لیتر از گل ساخته شده اضافه نمایند مدت 5 دقیقه بهم بزنید و خواص مذکور در آزمایش اول را دوباره اندازه گیری نمایید.

 

منظور:  مشاهده اثر بالا رفتن Yield Point  در روی Apparent Viscosity

 

در اثر اضافه کردن آ هک یون سدیم با یون سدیم آهک معاوضه شده در نتیجه نیروهای جاذبه ذرات بنتونیت افزایش می یابد و سبب بالا رفتن Yield point  میگردد. چون Apparent Viscosity تابعی از Yield Point  می باشد ازدیاد Yield Point  افزایش Apparent Viscosity را همراه دارد.

 

 

 

آزمایش سوم :

 

به گل آهک دار بالا مقدار 5 درصد حجمی آهک اضافه نمائید و مدت 3 دقیقه تعلیق را بهم زده خواص بالا را اندازه گیری کنید.

 

منظور: نشان دادن موثر نبودن آب در کنترل Yield Point

 

با اضافه کردن آب Yield pointپایین می آید ولی این عمل با مقدار زیادی آب انجام می گردد که درنتیجه تغییرات نامطلوب زیادی در افت صافی و استحکام بندش خواهد داشت.

 

آزمایش چهارم

 

از محلول ده درصد کراچو 3 میلی متر برداشته و به گل آهک دار اضافه نمائید و 5 دقیقه بهم زده سپس  خواص تعلیق را آزمایش نمایید.

 

منظور: مشاهده اثر موارد شیمیایی (تینرها) در پایین آوردن Yield Point

 

اضافه کردن تینر به گل در این حالت یونهایی را که سبب بالا رفتن Yield Point ، Apparent Viscosity می گردند از عمل خارج نمایید. تینرها بر روی ذراتی که دارای شارژ یا کشش یونی می باشند اثر نموده ، کشش آنها را تقلیل و در نتیجه باعث پایین آمدن Yield Point ، Apparent Viscosity می گردند.

 

 

 

 

 

آزمایش پنجم

 

به یک پارل (بشکه) از گل بنتونیتی مقدار 200 پوند باریت اضافه نموده مدت 5 دقیقه بهم نزنید و وزن مخصوص گل را اندازه بگیرید سپس بهمین گل مقدار 100 پوند دیگر باریت اضافه نمائید و پس از 5 دقیقه بهم زدن وزن مخصوص و خواص گل را دوباره آزمایش نمائید.

 

منظور :مشاهده اثر مواد جامد خنثی در روی Yield Point ، Apparent Viscosity , Plastic Viscosity

 

ازدیاد غلظت مواد جامد خنثی در داخل گل باعث افزایش اصطکاک بین ذرات شده و در نتیجه plastic viscosity گل بالا می رود ولی این موضوع در روی Yield Point چندان اثری ندارد. بدین ترتیب تینرها در پایین آوردن Apparent Viscosity گلهایی که دارای غلظت زیاد مواد جامع خنثی می باشند موثر نخواهد بود.

 

 

 

آزمایش ششم

 

مقدار 10 درصد حجمی آب بگل آزمایش پنجم اضافه نموده و 5 دقیقه بهم بزنید و خواص آنرا اندازه بگیرید.

 

منظور : مشاهده اثر آب و تقلیل غلظت مواد جامد بر روی Apparent Viscosity, Plastic Viscosity, و Yield Point
 رقیق شدن غلظت مواد جامد خنثی در حالیکه اصطکاک بین ذرات را کم می نماید Apparent Viscosity, Plastic Viscosity, را پایین می آورد. این نشان می دهد که Plastic Viscosity ارتباط مستقیم با مقدار مواد جامد موجود در گل دارد.

 

 

 

 

 

 

 

آزمایش شماره (2)

 

راندمان مواد رسی و افزایش وزن گل

 

مقدمه

 

     مقصود از این آزمایش ارزیابی مواد رسی با مشاهده راندمان آنها در آب شیرین و آب نمکی با غلظت های مختلف و همچنین آشنایی با افزایش وزن گل با استفاده از باریت می باشد.

 

قسمت اول – راندمان مواد رسی

 

       1 -  به سه قسمت یک بشکه ای (350 میلی لیتری) آب شیرین که در حال بهم خوردن است مقادیر 4/18 و 5/26 و 5/30 پوند بنتونیت (معادل با 5و 7 و 8 درصد وزنی از مواد جامد) بآهستگی بیافزائید و مدت 5 دقیقه خوب بهم بزنید. سپس تعلیق ها را بطور جداگانه در شیشه های سردار ریخته و تا روز بعد نگهدارید تا عمل هیدراسیون بنتونیت بطور کامل انجام گیرد.

 

2-  به سه قسمت یک بشکه ای از آب شیرین بترتیب مقدار 3 و7و 50 پوند نمک افزوده و بهم بزنید تا نمک کاملاً حل شود. سپس مقدار ppm   نمک محلول را از طریق اندازه گیری chloride معین و یادداشت نمائید.

 

3-     بهر یک از آب نمک های فوق مقدار 4/36 پوند بنتونیت بآهستگی و در حال بهم خوردن بافزایید و پس از 5 دقیقه بهم زدن تعلیق ها را در ظروف متناسب ریخته  بگذارید تا روز بعد مانده و  حداکثر هیدراسیون بدست آید.

 

      4 -  نمونه های هیدراته شده را تقریباً 3 دقیقه بهم زده و خواص زیر هر یک را اندازه گیری کنید :

 

وزن ،  ویسکوزیته ظاهری ،  ویسکوزیته پلاستیکی ،  نقطه ییلد ،  افت صافی تعلیق های آب شیرین ، و  PH گل

 

 

 

 

 

توجه

 

  نمونه های آزمایش شده را برای آزمایشات بعدی نگهدارید.

 

5 -    پس از تعیین خواص فوق منحنی تغییرات ویسکوزیته ظاهری (cps) را با تغییر درصد وزنی مواد جامد نمونه های بند(1) رسم نمائید و برای آزمایش بند (2) منحنی تغییرات ویسکوزیته را بر حسب مقدارppm نمک نمونه ها رسم کنید . ( از دو ورقه کاغد گراف معمولی استفاده نمائید . )

 

هدف

 

هدف از آزمایشات بالا بدست آوردن منحنی راندمان بنتونیت در آب شیرین و مشاهده پایین آمدن راندمان آن در آب های نمکی با غلظت مختلف می باشد.

 

قسمت دوم- افزودن وزن گل

 

      1 -  کلیه نمونه های آب شیرین آزمایش شده را در یک ظرف بریزید و ویسکوزیته ظاهری مخلوط را با استفاده از آب شیرین و یا بنتونیت به 15 الی 20 سانتی پواز برسانید ویسکوزیته پلاستیکی را نیز آزمایش کنید.

 

 2 -  نمونه مخلوط را به سه قسمت یک بشکه ای تقسیم نمائید و مقدار باریت لازم را جهت تهیه گلهای 10 پوندی و 12 پوندی و 14 پوندی محاسبه نموده و به نمونه ها افزوده 5 دقیقه بهم بزنید و خواص زیر را آزمایش کنید :

 

v   وزن گل  ، ویسکوزیته ظا  هری ، ویسکوزیته پلاستیکی ، نقطه ییلد و

 

سپس ارقام بدست آمده را با هم مقایسه نمائید.

 

هدف

 

آشنایی  با روش محاسبه مقدار باریت لازم برای تغییرات وزن گل به وزن دیگر می باشد.

 

 

 

 

 

آزمایش شماره (3)

 

خواص روانی گلهای حفاری

 

مقدمه :

 

هدف از این آزمایش مطالعه خواص روانی گل حفاری و چگونگی کنترل آنها می باشد.

 

قسمت اول –  اثر نقطه ییلد بر روی ویسکوزیته ظاهری

 

    1 -  معادل یک  بشکه تعلیق بنتونیت در آب شیرین با ویسکوزیته ظاهری 15 سانتی پواز تهیه و خواص زیر را اندازه بگیرید:

 

v   ویسکوزیته ظاهری

 

v   ویسکوزیته پلاستیکی

 

v   نقطه ییلد

 

    2 -  محلول 10% ( ده گرم درصد میلی لیتر آب) آهک تهیه نمائید و معادل نیم گرم آهک (پنج میلی لیتر محلول) به گل فوق بیافزائید و خواص فوق را پس از 5 دقیقه بهم زدن مجدداً آزمایش نمائید.

 

  3 -  نتایج دو آزمایش بالا را بر روی کاغذ گراف معمولی رسم نمائید و مقایسه کنید.

 

هدف

 

هدف آزمایش بالا مشاهده اثر افزایش نقطه ییلد بر روی ویسکوزیته ظاهری می باشد. افزودن آهک Ca(OH)2 به گل باعث افزایش نیروهای جاذبه بین ذرات رسی و در نتیجه بالا رفتن نقطه ییلد می شود . چون ویسکوزیته ظاهری تابع نقطه ییلد نیز می باشد بنابراین تغییرات آن مستقیماً بر روی ویسکوزیته ظاهری اثر می گذارد. بدین مناسبت موقعیکه در یک گل نیروهای جاذبه زیاد شوند ویسکوزیته ظاهری متناسب با افزایش نقطه ییلد بالا می رود.

 

قسمت دوم – اثر آب در کنترل نقطه ییلد

 

    1 - گل مورد آزمایش در قسمت اول مقدار پنج درصد حجمی (5/17 میلی لیتر) آب شیرین بیافزائید و پس از سه دقیقه بهم زدن خواص آزمایش شده را اندازه­گیری نمائید و در روی گراف رسم نمائید.

 

هدف

 

مشاهده موثر نبودن آب در کنترل نقطه ییلد هدف این آزمایش می­باشد. اگرچه افزودن آب تقلیل جزئی در نقطه ییلد را بعلت ترقیق ذرات رسی باعث می­شود ولی این بمعنی این نیست که نیروهای جاذبه  تقلیل یافته­اند بلکه این تغییر ظاهری در نقطه ییلد بعلت زیاد شدن فاصله بین ذرات ایجاد شده است. بنابراین با افزودن مقدار کافی آب می­توان نقطه ییلد و بهمراه  آن ویسکوزیته ظاهری را پائین آورد ولی این عمل مستلزم صرف مقادیر غیرعادی آب بوده  و تازه گل حاصله دارای استحکام بندش و افت صافی زیاد خواهد بود.

 

 

 

قسمت  سوم – اثر مواد شیمیائی بر روی خواص روانی گل

 

   1 - استفاده از یک محلول 10 درصد تترافسفات سدیم مقدار 3/0 پوند فسفات به یک نمونه یک  بشکه ای از گل قسمت دوم افزوده پس از پنج دقیقه بهم زدن خواص اندازه­گیری شده را مجدداً آزمایش نموده بر روی گراف منعکس نمائید.

 

 

 

هدف

 

   هدف از آزمایش فوق مشاهده اثر افزودن مواد شیمیائی برای تقلیل نقطه ییلد می­باشد. افزایش فسفات بگل در مورد این آزمایش ایون مسئول ایجاد ویسکوزیته ظاهری و نقطه ییلد زیاد را رفع نموده است. تینرهائی که به سیستم گلی با نقطه ئلید بالا افزوده می­شوند منتج به تقلیل ویسکوزیته ظاهری و نقطه ئیلد می­شوند. آنها بر اثر مواد آلوده کننده غلبه نموده و در عین حال نیروهای جاذبه ایجاد شده در اثر والانسهای باند شکسته را اشباع می­نمایند.

 

 

 

قسمت چهارم- اثر افزایش مواد جامد خنثی بر خواص روانی گل

 

 

 

   1 -   وزن نمونه گل بالا را اندازه گرفته مقدار باریت لازم را برای ازدیاد وزن به 12 پوند برای یک بشکه حساب نمائید. باریت محاسبه شده را افزوده پس از پنج دقیقه بهم زدن خواص اندازه­گیری شده را آزمایش نمائید  و بر روی گراف منعکس کنید.

 

  2 -    وزن گل را از 12 به 14 پوند برای یک بشکه برسانید و خواص بالا را مجدداً آزمایش کنید و بر روی گراف منعکس کنید.

 

 

 

هدف

 

 مشاهده اثر افزایش مواد جامد خنثی بر روی ویسکوزیته ظاهری و ویسکوزیته پلاستیکی   و نقطه ئیلد هدف این آزمایش می­باشند. در مورد آزمایش بالا مواد وزن دهنده افزوده شده باعث ازدیاد غلظت مواد جامد و افزایش اصطکاک بین ذرات شده است. این عمل سبب ازدیاد ویسکوزیته پلاستیکی و نتیجتاً ازدیاد ویسکوزیته ظاهری می­شود. نکته قابل توجه اینکه افزودن مواد جامد خنثی به گل باعث تغییر بسیار کمی در نقطه ئیلد شده و یا اینکه اصلاً در آن اثر نداشته است. بنابراین می­توان درک کرد که افزودن تینرهای شیمیائی به این گل در تقلیل ویسکوزیته ظاهری موثر نخواهد افتاد.

 

قسمت پنجم- اثر ترقیق غلظت مواد جامد بر خواص روانی گل

 

     1 -  مقدار 10 درصد حجمی (35 میلی لیتر) آب شیرین به یک بارل نمونه بالا افزوده پس از پنج دقیقه بهم زدن خواص آزمایش شده را اندازه گیری نمائید و بر روی گراف منعکس کنید.

 

هدف

 

مشاهده اثر افزودن آب به گل و تقلیل غلظت مواد جامد بر روی ویسکوزیته ظاهری و ویسکوزیته پلاستیکی و نقطه ئیلد هدف این آزمایش است. ترقیق غلظت مواد جامد در عین حال اصطکاک بین ذرات را کم نموده و ویسکوزیته پلاستیکی و بالنتیجه ویکسوزیته ظاهری را تقلیل میدهد. بنابراین ویسکوزیته پلاستیکی نمودار غلظت مواد جامد بوده و با کم نمودن مقدار مواد جامد تقلیل می­یابد.

 

 

 

قسمت ششم – اثر برش ذرات رسی بر روی خواص روانی گل

 

1 - معادل یک بارل تعلیق 30 سانتی پوازی از بنتونیت و آب تهیه نمائید و خواص روانی آن را آزمایش نمائید.

 

2 - نمونه بالا را در یک بهم زن Waring Blender ریخته مدت 10 دقیقه بهم بزنید و خواص بالا را مجدداً آ‍زمایش نمائید و با خواص بند (1) این آزمایش مقایسه کنید.

 

هدف

 

هدف این آزمایش مشاهده اثر برش ذرات رسی بر روی ویسکوزیته ظاهری و ویسکوزیته پلاستیکی و نقطه ئلید می­باشد. در نتیجه نیروی برشی حاصله از سرعت زیاد دستگاه بهمزن ذرات رسی بذراتی کوچکتر تقسیم می­شوند و در نتیجه ایجاد بارهای اشباع نشده در لبه­های ذرات رسی جدید نیروی کششی بین ذرات زیاد می­شود و با آن نقطه ئیلد بالا می­رود. عین این عمل بوسیله عمل آسیایی مته حفاری در داخل چاه اتفاق می­افتد.

 

 

 

نتیجه

 

1-    ویسکوزیته فانلFunnel) )   یک ویسکوزیته ظاهری می­باشد. وقتی ویسکوزیته فانل یک گل بالا باشد ویسکوزیته ظاهری آن نیز بالا خواهد بود. بالا بودن ویسکوزیته فانل یا بعلت زیاد بودن غلظت ذرات جامد گل و یا زیاد شدن آن ذرات (ویسکوزیته پلاستیکی) می­باشد و یا اینکه نقطه ئیلد گل در اثر آلوگی و یا وجود والانس­های شکسته اشباع نشده عامل افزایش ویسکوزیته مزبور می­باشند. بالا بودن ویسکوزیته ظاهری همچنین می­تواند معلول وجود هر دو عامل فوق باشد. بنابراین با استفاده از ( V G     ) بهتر می­توان معین نمود که چگونه و به چه نحوی با بکار بردن مواد شیمیائی با آب و یا هر دو ویسکوزیته فانل را بتوان تقلیل داد.

 

 

 

   وقتی باریت به گل حفاری افزوده می­شود غلظت مواد جامد بالا می­رود و ویسکوزیته ظاهری افزایش می­یابد. چون در عملیات حفاری اغلب لازم می­شود که وزن گل افزایش داده شود لذا قبل از افزودن باریت بایستی ویسکوزیته ظاهری را بدون تغییر دادن ماهیت گل به حداقل رسانید. این عمل باعث می­شود که ویسکوزیته گل در یک حدود مطلوب باقی بماند. بطور کلی در مواقعی که وزن گل را می­بایست مقدار زیادی افزایش داد اضافه کردن آب و مواد شیمیائی برای ایجاد خواص مطلوب روانی لازم خواهد بود.