مبانی مهندسی سیال حفاری یا گل حفاری + انواع و نقش مواد افزودنی در آن

گل حفاری (Drilling fluid) جهت حفاری چاه‌های نفت و گاز و اکتشاف به کار می‌رود. گل‌های حفاری همچنین برای تقویت چاه‌های ساده‌تر مانند چاه آب هم کاربرد دارند. سه نوع اصلی این ترکیب به صورت گل پایه آب قابل دیسپرس یا غیر قابل دیسپرس شدن، گل پایه روغنی (غیر آبی) و گل گازی که برای استخراج گاز طبیعی به کار می‌رود است. برای تهیه گل حفاری از ترکیب موادمعدنی نظیر بنتونیت و باریت، مواد شیمیای مانند سود مایع و امولسیفایر و مواد پلیمری استفاده می‌شود

 

ویژگی‌ها و توانایی‌های گل حفاری:

• تمیز کردن ته چاه و انتقال خرده‌های حفاری به سطح زمین
• خنک کردن مته و لوله‌های حفاری
• روان کردن مته و لوله‌های حفاری
• اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش چاه
• کنترل فشارهای زیر زمینی
• معلق نگه داشتن خرده‌ها و مواد افزایش وزن گل به هنگام قطع جریان گل
• ترخیص شن و خردهه‌های حفاری بر روی الک‌های لرزان و سایر جدا کننده‌ها
• تحمل قسمتی از وزن لوله حفاری و جداری
• به حداقل رساندن ضایعات و آسیب‌ها به سازندهای مجاور چاه
• انتقال توان هیدرولیکی پمپ‌های گل به مته و به حرکت در آوردن تیغه‌های متحرک مته

 

 خصوصیات مهم گل حفاری

– وزن مخصوص:

وزن مخصوص، وزن واحد حجمی گل حفاری است و حالت شناوری به ذرات جامد می‌دهد. اضافه نمودن وزن مخصوص گل قدرت حمل ذرات را بیشتر می‌نماید (به واسطه تاثیر بر شناوری ذرات به علت تداخل ذرات جامد موجود در گل)

– گرانروی:

گرانروی تاثیر مهمی در قدرت گل حفاری دارد. گرانروی بستگی به غلظت و کیفیت و پراکندگی ذرات معلق دارد. گرانروی در چاه‌ها سرعت جریان است که با MARSH FUMNEL ‌اندازه‌گیری می‌شود. گرانروی همچنین با گرانروی سنج‌ها ‌اندازه‌گیری می‌شود. این دستگاه‌ها بسیار با ارزش در ‌اندازه‌گیری و کنترل گل حفاری بسیار با ارزش بوده و تغییرات گرانروی را می‌توان به وسیله آزمایشات اندازه‌گیری نمود.

 

 

عملکرد سیال حفاری

گل حفاری در ابتدا برای حمل خرده‌های حفاری و آوردن آن به سطح زمین مورد استفاده واقع می‌شد ولی بعد از آنکه حفاری پیشرفت نموده کار گل حفاری نیز زیادتر شده و خواص آن متنوع گردید. امروزه تشخیص داده شده که گل حفاری حداقل ده وظیفه مهم انسجام می‌دهد:

• خرده‌های حفر شده از ته چاه را به سطح زمین و به طور کامل منتقل نماید.
• مته و لوله‌های حفاری را خشک کرده و روان‌سازی نماید.
• دیواره‌ای زائد و کم نفوذ بسازد که مانع خروج گل به دیواره چاه گردد.
• فشارهای زیرزمینی را کنترل نماید.
• در هنگامی که عملیات حفاری متوقف است بتواند مواد سنگین گل حفاری را ‌به صورت معلق نگه دارد.
• بتواند مقداری از وزن لوله‌های حفاری و جداری را تحمل نماید.
• شن و خرده‌های حفر شده را در سطح زمین ترخیص نماید.
• از نظر زمین شناسی، حداکثر اطلاعات از سازنده حفر شده را در اختیار قرار دهد.
• بتواند نیروی هیدرولیکی را به نوک مته منتقل نماید و در سیستم گردش گل افت زیادی ایجاد نکند.
• هر نوع اثر منفی از طرف دیواره چاه را به داخل کاهش دهد.
• کنترل اثر خوردگی فلزات.

 

 

وظایف گل حفاری

1- انتقال کنده‌های حفاری

یکی از مهمترین وظیفه گل حفاری انتقال خرده‌های حفاری به سطح زمین است. مایع حفاری که از نازل‌های مته ‌به صورت فواره‌ای جریان دارد باعث تمیز نمودن ته چاه و گوشه‌های مته می‌گردد که این عمل باعث تضمین عمر مته و بالا بردن راندمان حفاری است.

گل حفاری در حال گردش خرده‌های حفاری را از ته چاه تا سطح زمین حمل می‌نماید. تحت تاثیر وزن مخصوص کنده‌های حفاری مایل هستند که در گل حفاری غرق شده که این عمل باعث ته‌نشینی آنها می‌شود اما در صورتی که سرعت گردش دورانی در حدی باشد که اثر وزن مخصوص را خنثی نماید، کنده‌ها به راحتی به سطح زمین انتقال خواهد یافت. اثر گل حفاری در انتقال خرده‌ها به چند عامل بستگی دارد. سرعت جداری به عواملی نظیر ظرفیت پمپ، سرعت پمپ، دهانه چاه و اندازه لوله حفاری بستگی دارد.

 

2- خنک کردن و روان‌سازی

گرمای قابل ملاحظه‌ای بر اثر اصطکاک در مته و در جاهایی که لوله‌های حفاری با سازند تماس دارند به وجود می‌آید. شانس بسیار ضعیفی وجود دارد که این گرما به سازند انتقال یابد گر چه این گرما می‌بایست به وسیله جریان گل حفاری انتقال یابد. گرمایی که در نقطه اثر اصطکاک به گل انتقال می‌یابد می‌بایست به سطح زمین برسد.

کل حفاری پایه آبی کمک زیادی به روانکاری لوله‌ها و مته نمی‌نماید مگر در مواردی که از ‌‌گل‌های روغنی همراه با مواد امولسیون کننده استفاده نمایند که تاثیر آن از کم شدن، زیاد شدن عمر مته و کم شدن فشار پمپ مشخص می‌گردد.

تحت وزن‌های بسیار زیاد گل حتی بهترین گل روغنی نیز قادر به حذف عوامل تخریب کننده مته نیست و در این شرایط در صورتی که از روان کننده‌های تحت فشار زیاد استفاده شود کمک موثری جهت روان نمودن مته و لوله‌ها خواهد شد. به وسیله دستگاه می‌توان مشخصات روانکاری فشارهای زیاد محاسبه شود.

جهت کاهش گشتاوری که به وسیله لوله‌های حفاری به وجود می‌آیند، می‌توان از مواد خاص شیمیایی گل حفاری استفاده نمود.

 

3- دیواره سازی

یک گل حفاری خوب اندود خوبی نیز در دیواره به جای می‌گذارد و باعث تحکیم سازند می‌گردد تا مانع از عبور مایع حفاری به درون آن شود. مشخصات یک گل حفاری با اضافه نمودن در صد کلوئیدها به گل مثل بنتونیت و مواد شیمیایی دیگر باعث توسعه پخش ذرات و دی‌فلاکوله شدن آنها می‌گردد. در حالت‌های زیادی نشاسته یا مواد دیگر به گل حفاری اضافه می‌شود که صافاب را کاهش دهد.

 

 

4- کنترل فشارهای تحت الارضی

جلوگیری موثر از فشار سازند بستگی به وزن مخصوص یا وزن گل دارد. شیب معمولی فشار معادل ۴۶۵% پوند بر اینچ مربع در هر فوت از عمق است. این فشاری است که توسط ستونی از آب سازند به وجود می‌آید. به طور نرمال وزن آب به علاوه وزن ذرات که در اثر حفاری حمل می‌شود کفاف متعادل نمودن فشار سازند را می‌نماید.

گر چه در بعضی حالات فشارهای غیر عادی نیاز به افزودن موادی با وزن مخصوص سننگین نظیر باریت (سولفات باریم) دارد تا فشار ستون گل را افزایش دهد. وزن مخصوص گل با ترازوی مخصوص سنجیده می‌شود که بر حسب پوند بر گالن، پوند بر فوت مکعب یا پوند بر اینچ مربع در هر ۱۰۰۰ فوت از عمق درجه‌بندی شده است. فشار ئیدرواستاتیک ستونی از گل است که بر هر نقطه از چاه وارد می‌شود.

 

پوند بر اینچ مربع، فوت، پوند، گالن، فوت مکعب، متر، وزن مخصوص، شناوری کنده‌ها و شن، معلق نگه داشتن کنده‌ها و شن‌ها، و ترخیص آنها در سطح زمین یک گل حفاری می‌بایست دارای چنان مشخصاتی باشد که جامدات را در حالت تعلیق تا سطح زمین انتقال دهد که این بخاطر ایجاد حالت ژله شدن یا خاصیت تیکسوتروپیک است که پس از قطع گردش دورانی باید بوجود آید و پس از شروع مجدد گردش دورانی، گل به حالت مایع خود برگشته و ذرات درشت همراه با شن را به سطح زمین انتقال دهد. برای ‌اندازه‌گیری مقدار شن دستگاه مخصوصی وجود دارد که می‌توان مورد استفاده قرار داد در مقایسه با مقدار شن در آزمایش از نمونه FLOW LINE و PUMP SUCTION می‌توان فهمید که آیا مقدار شن از روی الک لرزان ترخیص شده است یا خیر.

در صورتی که آزمایش نشان دهد که نسبت شن بالاست انتظار می‌رود که سازند محتوی شن را حفاری نموده باشیم. شن سبب ساییدگی فراوان بوده، بنابراین چنان که از سیستم گل خارج نگردد به لوله‌های حفاری، پمپ و اتصالات صدمه وارد می‌آورد. آزمایش‌های سنجش مقدار درصد شن باید به طور مکرر روی گل حفاری انجام گیرد و اجازه داده نشود که نسبت شن بیش از دو درصد باشد.

 

5- محافظت از طول دیواره چاه و اطمینان از دریافت حداکثر اطلاعات

ارزش واقعی مشخصات یک گل حفاری در هنگامی مؤثر است که حداکثر حفاظت از دیواره چاه را نموده و حداکثر اطلاعات لازمه از سازند حفاری شده را در اختیار قرار دهد. برای مثال: ممکن است که نمک وارد شده در گل از سازند، گل را آلوده نموده و WATER LOSS را زیاد نماید، با وجود این ممکن است که نمک به گل افزوده شود که RESISTIVITY را کنترل نموده تا در صورت راندن نمودار الکتریکی ELECTRIC LOG نتیجه بهتر ثبت شود. مجدداً روغن GAS OIL ممکن است که خواص گل را توسعه بخشد و حتی کمک به بهره‌دهی چاه نماید اما در کار زمین‌شناس یا فسیل شناس اخلال به وجود آورد که ممکن است از استفاده آن در گل حفاری به این دلیل چشم پوشی شود.

 

6- انتقال نیروی هایدرولیک به مته حفاری

گل حفاری واسطه‌ای است که نیروی هیدرولیک موجود را از سطح به نوک مته انتقال می‌دهد. هیدرولیک را در هنگام طراحی و برنامه‌ریزی یک چاه می‌بایست مورد توجه قرار داد. به طور کلی، به این معنی است که میزان گردش دورانی گل باید آن اندازه باشد که با حداقل نیرو از مته تا بالا را تمیز نماید. خواص جریان یک گل، یعنی گرانروی پلاستیکی و هیلدپوینت اثر قابل ملاحظه‌ای در جریان هیدرولیک گل وارد می‌آورند و بنابراین می‌بایست آنها را کنترل کامل نمود. جامدات گل نیز می‌بایست در حداقل ممکن بوده و شدیداً کنترل گردد و برای نتیجه بهتر باید در حد معقولی باشد.

 

انواع سیال حفاری

سیالات حفاری عمدتا عبارتند از:

• گازها
• مایعات
• گل حفاری
• امولوسیون هیدروکربن‌های نفتی در آب و یا آب در هیدروکربن‌های نفتی
• ترکیبی از دو نوع سیال حفاری

 

 

1) گازها

گازهایی که به عنوان سیال حفاری از آنها استفاده می‌شود عبارتند از: هوا، گاز متان، نیتروژن و دی‌اکسید‌کربن. استفاده از گاز متان به دلیل میلی که به ترکیب با هوا و تولید انفجار دارد استفاده‌اش محدود است. امکان به کارگیری نیتروژن و دی‌اکسید‌کربن در حال بررسی و تحقیق است که نتایج اولیه به دست آمده در مورد این دو گاز، امیدوار کننده نیست. تنها گازی که در عمل از آن استفاده می‌شود و هوا است هوا ارزان سبک و بهترین تمیز کننده است ضمن آنکه به دیواره‌ی چاه نیز آسیب نمی‌رساند. اما در همه موارد حفاری نمی‌توان از هوا استفاده کرد که اهم دلایل آن عبارتند از:

• پایین بودن چگالی آن که قادر به حمل ذرات درشت حفاری نیست
• قادر به کنترل فشار طبقات نیست
• برای رفع مشکلات ناشی از شیل کاربرد ندارد

به همین دلیل در حفاری‌های اکتشافی و حفاری‌های عمیق با ماشین‌های چرخشی از هوا استفاده نمی‌شود.

 

گاز به صورت‌های زیر به عنوان سیال استفاده می‌گردد:

• ‌به صورت گاز خشک: شامل هوا، گاز طبیعی، گاز اگزوز و گاز احتراق
• ‌به صورت کف: حباب‌های هوا که به وسیله فیلمی از آب و یک نوع صابون احاطه شده باشد
• ‌به صورت کف پایدار: کف محتوی فیلمی از مواد استحکام دهنده نظیر پلیمرهای آلی و بنتونیت
• ‌به صورت غبار: قطرات آب یا گل که به وسیله جریان هوا انتقال و جابجا می‌شوند

 

2) مایعات (آب)

مایعاتی که به عنوان سیال حفاری مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: آب خالص (fresh water)، آب نمک (salt water) و روغن بعد از هوا تقریبا آب به دلیل گرانروی و چگالی کم مناسب‌ترین سیال حفاری برای ایجاد چاه در شرایط عادی است، به طور کلی غیر از مواردی که برای استفاده آب ذکر گردیده آب در مواردی استفاده می‌شود که جرم مخصوص آن برای کنترل فشار طبقات زمین کافی باشد یا چاه از میان سنگ‌ها کم مقاومتی همچون شیل عبور نکند.

آب نمک نسبت به آب خالص مزیت بیشتری دارد. این امر به دلیل وجود نمک در آب (۱۰ درصد) و داشتن وزن مخصوص زیادتر و ایجاد فشار هیدرو استاتیکی بیشتر نسبت به آب است. روغن فشار هیدرو استاتیکی کمتری نسبت به آب نمک و آب خالص ایجاد می‌کند که علت آن چگالی کمتری است که نفت نام دارد و در موارد فشار غیر نرمال (فشار کمتر از ۰٫۴۳۳ پوند بر اینچ مربع به ازای هر فوت) از آن استفاده می‌شود.

حفاری از میان ماسه سنگ توسط آب خالص موجب انبساط و ازدیاد حجم رسی موجود در ماسه سنگ می‌شود که سبب مسدود شدن منافذ سنگ می‌گردد. این فرایند بالاخص در چاه‌های نفت اهمیت ویژه‌ای دارد زیرا باعث عدم ورود نفت از ماسه سنگ به چاه می‌شود.

آب نمک موجب انبساط کمتر رس با توجه به آب خالص می‌شود. در مواردی ممکن است اساس سیال آب باشد اما روغن به آن اضافه شده باشد یا بالعکس در این شرایط سیال به حالت امولسیونی در می‌آید. افزون روغن به آب به دلیل ایجاد خاصیت جلا دهندگی به سیال است.

 

 انواع روش‌های استفاده از مایع در گل حفاری:

‌- به صورت محلول: یا در حالت آب خالی است و یا همراه با مواد کلوئیدی می‌باشد یعنی مواد کلوئیدی مانع می‌گردند که جامدات موجود در آن در حالت سکون ته نشین گردند. جامداتی که در محلول هستند عبارتند از:

1. نمک‌ها: مثل کلرورسدیم، کلرورکلسیم
2. کاهش دهنده کشش سطحی: مثل صابون‌ها و فلاکوله کننده‌ها
3. کلوئیدهای آلی: مثل سلولز‌ها و پلیمر‌های آکریلیک

– به صورت امولسیون: مایعات روغنی که ‌به صورت ذرات توسط امولیسفایرها در آن معلق می‌مانند مثل گازوئیل، دیزل با یک صابون پایدار کننده.

– به صورت گل: معلق نگهداشتن جامدات، مثلاً (باریت، بنتونیت، جامدات حفر شده) در هر کدام از مایعات فوق و مواد شیمیایی افزوده شده به گل جهت معالجه آن.

 

3) ‌‌گل‌های روغنی اساس ترکیبات نفتی (oil base mude)

ترکیب اصلی اینگونه ‌‌گل‌های حفاری را هیدروکربن‌های نفتی بالاخص آنهایی که از نقطه اشتعال بالایی (high flash point) برخوردارند تشکیل می‌گردد و در آن ذرات جامد به صورت معلق است. از این گونه ‌گل‌ها برای حفاری ماسه سنگ‌ها استفاده می‌شود.زیرا استفاده از آب موجب خسارت به آنها می‌شود. همچنین در مواردی که حفاری از درون شیل موجب ایجاد حفره در آن می‌گردد (به دلیل فشار هیدرو استاتیکی زیاد) از اینگونه گل حفاری که وزن مخصوص کمتری استفاده می‌شود.

یک گل روغنی پایدار شامل:

• امولسیون کننده آب
• ماده معلق کننده
• ماده کنترل کننده عصاره

و ممکن است محتوی باریت جهت افزایش وزن مخصوص و یا خرده‌های حفاری باشد.

در مناطقی که درجه حرارت در سازند گچساران بسیار بالاست نظیر کوپال، مارون و دهلران به جای گل سنگسن پایه آبی از گل سنگین پایه روغنی استفاده شده است. از تاثیرات این گل سرعت حفاری مناسب، جلوگیری از ریزش طبقات مارلی به علت نداشتن عصاره آب (چون در گل روغنی عصاره گل فقط روغن است)، روغن‌کاری مته به خوبی انجام پذیر است و علیرغم هزینه سنگینی را که در بر دارد نتیجه بهتر و موثرتری داشته است.

 

4) ‌‌گل‌های امولسیونی اساس آب (water emulsion mude)

در اینگونه ‌‌گل‌های حفاری معمولا روغن به صورت قطره به درون آب اضافه می‌شود. مقدار آن به طور معمول بین ۱۰ تا ۱۵ در صد از حجم گل حفاری است و در صورت لزوم تا ۵۰ در صد از حجم گل حفاری را می‌توان با روغن تشکیل داد. رس و ذرات جامد دیگر نیز می‌توانند به این گونه ‌‌گل‌های حفاری را آب خالص یا آب نمک تشکیل می‌دهند. وجود روغن باعث شفافیت و جلا دادن سر مته، وزنه اضافی و لوله حفاری می‌شود و بدین طریق موجب کاهش چسبندگی ذرات حفاری به دندانه‌های مته و رشته لوله حفاری می‌شود. بالاخص در سیستم حفاری چرخشی لوله حفاری سریع‌تر می‌چرخد و در مجموع سرعت حفاری با این گونه گل حفاری افزایش می‌یابد.

 

5) ‌‌گل‌های امولسیونی اساس ترکیبات نفتی (oilemulsion muds)

ترکیبات اصلی این گونه حفاری را هیدروکربن نفتی تشکیل می‌دهد و به مقدار کم به آن اضافه می‌گردد. این گونه ‌‌گل‌های حفاری برای سنگ‌های نمکی، انیدریت (anhydrit) بسیار مناسب می‌باشد. ترکیب دو سیال حفاری در مواردی به کار برده می‌شود که از هوای‌فشرده جهت کاهش دادن فشار هیدرواستاتیکی سیال استفاده شود. در این شرایط نه تنها به هدر رفتن سیال حفاری کاهش می‌یابد بلکه سرعت چالزنی نیز افزایش یافت.

 

6) گل حفاری سنتزی SBM

این ترکیب به نام گل حفاری روغنی با سمیت اندک هم نامیده شده و از روغن‌های سنتتیک تهیه می‌گردد. آن را در حفاری دریایی استفاده می‌کنند زیرا دارای ویژگی‌های گل پایه روغنی است اما فوم تهیه شده با آن از سمیت بسیار کمتری برخوردار می‌باشد. استفاده از آن به این دلیل است که در سکوهای دریایی، کارگران تماس مستقیم با مواد مصرفی دارند و سمیتی اندک گل اهمیت زیادی دارد.

 

دو نوع کلی گل حفاری به صورت زیر است:

• گل برای سیستم‌های قابل انحلال (Dispersed systems): این گل حالتی آبکی دارد و حاوی بنتونیت و مواد ارگانیک با رفتارهای کلوئیدی و خاصیت قلیایی (PH بیش از ۹٫۵) است.
• گل حفاری برای سیستم‌های غیر انحلالی (Non-dispersed systems): تقریبا حالتی خشک و جامد با حداکثر ۳ تا ۶ درصد مواد جامد و پایه آب همچون بنتونیت و پلیمر به همراه امولسیفایر یا مواد پایه روغنی نظیر آسفالت و گازوئیل دارد

 

 

افزودنی‌های گل حفاری

گل امروزه در علم حفاری بحث سیال حفاری از جایگاه و اهمیت خاصی برخوردار است و به نظر می‌رسد که اهمیت سیال حفاری جایگاه خود را از دست ندهد. سیستم گردش گل حفاری چه از نظر اهمیت و چه از نظر شباهت به سیستم گردش خون در بدن انسان تشبیه شده است و بحث افزودنی‌های گل حفاری نیز قطعاً و به طور یقین از توجه خاصی در نزد مهندسین گل برخوردار است و شاید بتوان گفت که مهمترین موضوع مورد بحث در این زمینه می‌باشد و همواره در جهت تحول و تغییر گل و تولید ‌‌گل‌های حفاری جدیدتر و اقتصادی‌تر، متناسب با شرایط حفاری شرکت‌های کوچک و بزرگ در رقابت هستند.

حفاری آمیزه‌ای از آب و مواد دیگر جهت سهولت و ادامه عملیات حفاری است که از دیر باز در حفاری‌های ایران مورد استفاده قرار می‌گرفت و به مرور زمان مواد مختلف با خواص گوناگون فیزیکی و شیمیایی به آن افزوده گشت تا کارایی آن را افزایش داده یا از اثرات مخرب آن را کاهش دهد.

 

دلایل افزودن مواد به گل حفاری:

• افزایش وزن گل جهت غلبه بر فشار سازند
• کنترل PH گل برای جلوگیری از خوردگی لوله و ادوات حفاری و همچنین بالا نرفتن ویسکوزیته گل
• کنترل water lose یا mud filtrate یا همان صاف آب گل حفاری (کنترل تراویده گل حفاری) به منظور جلوگیری از آسیب دیدن سازند
• جهت پرکردن ترک خوردگی‌های دیواره چاه و جلوگیری از هرزروی گل
• جهت روان تر کردن مته و لوله‌ها و کم کردن گشتاور torque و یا آزاد کردن گیر در لوله‌ها
• جلوگیری از زنگ زدگی و کنترل مسئله خوردگی
• کاهش و یا افزایش گرانروی گل و تحت کنترل در آوردن مسئله حمل کننده‌های حفاری
• مبارزه با آلودگی‌هایی که گل در حین حفاری سازنده‌های مختلف تحت تأثیر مواد شیمیایی در دماهای بالا به آنها دچار می‌شود و باعث می‌شوند که گل خواص خود را از دست بدهد.

 

 

انواع افزودنی در گل حفاری

کنترل وزن مخصوص

برای کنترل مخصوص از باریت، گالن و آهک استفاده می‌شود. در مواردی که فشار آب و یا گاز در منطقه حفاری زیاد باشد، یا حفاری در سنگ خاصی (نظیر شیل) صورت گیرد، از باریت می‌توان استفاده نمود. در صورتی که فشار آب و یا گاز در سنگ‌هایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد، از گالن استفاده می‌کنند. از آهک به منظور کاهش وزن مخصوص کمک می‌گیرد.

 

مواد تغییر دهنده غلظت

به منظور بازیابی سریع مواد حفاری شده، جلوگیری از گیر کردن مته و افزایش سرعت حفاری، از بنتونیت سدیم‌دار، اتاپولژیت (Attapulgite)، آزبست، موسکویت، گرافیت و دیاتومیت می‌توان استفاده کرد.

 

کنترل ترکیب شیمیایی محلول حفاری

ترکیب شیمیایی محلول حفاری بر غلظت، وزن مخصوص، سرعت حفاری و دستگاه‌های حفاری تاثیر مستقیم می‌گذارد. موادمعدنی مورد استفاده عبارتند از: بی‌کربنات سدیم، نمک، آهک، دولومیت و ژیپس.

 

سایر موادی که به عنوان افزودنی در حفاری استفاده می‌شوند شامل مواد زیر است:

• بنتونایت: به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری در چاه‌هایی که درز و شکاف زیاد دارند. می‌تواند از نبتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاه استفاده نمود. نبتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می‌دهد. و در نتیجه درصد بازیابی پودر و سنگ افزایش می‌یابد.
• میکا: برای جلوگیری از گیر کردن مته در سنگ‌های دارای خاصیت چسبندگی زیاد، نظیر وزن گسلی یا در سنگ‌های مارنی از میکا باید استفاده شود.
• گرافیت: هرگاه مته و محور آن به هنگام حفاری گیر کند استفاده از گرافیت لازم می‌باشد که البته بعد از بر طرف شدن مانع باید آن را از چاه خارج کرد.
• باریت: برای کنترل وزن مخصوص از باریت استفاده می‌کنند.
• گالن: به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفاده می‌نمایند.
• آهک و دولومیت: جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصیت قلیای از آهک و دولومیت می‌توان استفاده نمود.
• ژیپس: برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانی‌های رسی از ژیپس استفاده می‌شود.
• آزبست: به منظور افزایش درصد مواد حفاری می‌توان از آزبست استفاده نمود.
• نمک: در موقع حفاری به منظور کنترل قطر چاه و همچنین برای کنترل پراکندگی رس‌ها از نمک استفاده می‌شود.
• پرلیت و خاکسترهای آتشفشانی: این مواد به عنوان سیمان به کار می‌روند
• آهک زنده: جهت کاهش وزن مخصوص و برای بالا بردن pH گل پایه آبی از آهک استفاده می‌شود‌. ضمناً به عنوان پایدار کننده‌های گل‌های روغنی نیز مصرف می‌شود‌. مقدار مصرفی آن حدود 6 تا 8 پوند برای هر بشکه می‌باشد‌.
• کربوکسی متیل (سلولز CMC): یک نوع کلوئید آلی است و معمولاً تحت نام عمومی‌ ثعلب در میان مردم شناخته می‌شود‌. پودری است سفید رنگ که در آب به خوبی حل می‌شود‌. CMC یک نوع پلیمر آنیونی است که ذرات آن روی سطح ذرات رسی قابل جذب هستند.
• فسفات‌ها: فسفات‌ها برای فرونشاندن بار الکتریکی موجود روی ذرات رس، شیل و بنتونیت‌های تجارتی به کار می‌رود‌. در مواردی که گل حفاری منعقد می‌شود از این ماده برای پایین آوردن غلظت گل استفاده می‌گردد‌.
• C.M: موادی هستند که برای پر کردن ترک خوردگی‌های دیوار چاه و جلوگیری از مهاجرت گل حفاری به درون این حفره‌ها به کار می‌روند و عبارتند از: الیاف گونی و پوسته شلتوک، پوست گردو، پوست صدف یا گوش ماهی، خاک اره (پسماندهای اره نجاری) و مواد دیگری نظیر ساقه برنج یا گندم.
• کربنات سدیم یا سوداـ اش: این ماده به عنوان رسوب‌دهنده یون کلسیم به خصوص سولفات کلسیم در گل‌های پایه آبی با pH پایین نقش مهمی ‌را بازی می‌کند‌.
• کاستیک سودا: نام دیگر آن سود سوزآور است، در آب به خوبی حل می‌شود و قادر است pH محیط را به 14 برساند و از آن برای کنترل pH گل پایه آبی استفاده می‌شود‌. به دلیل هزینه بالا، گاهی از آهک به جای سود سوزآور استفاده می‌شود‌.
• بی‌کربنات سدیم: این ماده به سودای خمیر معروف است، از بی‌کربنات سدیم به منظور رسوب دادن یون کلسیم حاصل از سیمان یا سولفات کلسیم بی‌آب در گل‌هایی کهpH آنها بالاتر از 5/8 باشد، استفاده می‌شود‌. هدف اصلی از به کار بردن بی‌کربنات در گل‌های حفاری مبارزه با آلودگی سیمان است زیرا سیمان pH گل را بالا می‌برد و خواص فیزیکی گل را به کلی خراب می‌کند‌. بی‌کربنات سدیم به علت داشتن یون هیدروژن خود باعث کاهش pH می‌شود‌.
• بی‌کربنات باریم: پودری سفید رنگ و بسیار سمی ‌می‌باشد‌. برای مبارزه با آلودگی گل حفاری به انهیدریت (سولفات کلسیم بی‌آب) از آن استفاده می‌شود‌. هنگامی‌ که در لایه زمین دارای انهیدریت در حال حفاری هستیم، مقدار زیادی سولفات کلسیم وارد گل می‌شود و خواص گل را تغییر می‌دهد‌. وجود یون حاوی کلسیم در لایه‏‌های حاوی ژپیس و انهیدریت باعث به هم پیوستن رس‌های موجود در گل حفاری شده اصطلاحاً گل گلوله گلوله می‏‌شود و این امر باعث هدر رفتن آب گل حفاری و افزایش گرانروی و ضخیم ‏شدن بیش از حد گل می‏‌شود که با افزایش کربنات باریم و جوش‌‏شیرین در زمانی که مقدار کلسیم کم باشد و یا چنانچه مقدار کلسیم زیاد باشد باید با افزایش آهک گل آهکی یا کلسیمی ‌ساخت تا مشکل گل را تا حدودی برطرف کنند.
• لیگنو سولفات فروکروم: این ماده که در صنعت به سپرسین نیز معروف است به عنوان تینر در گل‌های آب نمک اشباع استفاده می‌شود‌. این ماده باعث کاهش گرانروی در گل‌های که مواد جامد آنها کم و pH بالا است می‌گردد.
• کرومات سدیم و سولفیت سدیم: برای کاهش زنگ‌زدگی در لوله‌ها از آنها استفاده می‌شود‌.
• کلرور کلسیم: به صورت فلس یا دانه‌دانه و رنگ‌های سفید یا خاکستری یافت می‌شود‌. این ماده شدیداً جاذب رطوبت است‌. از کلرور کلسیم در گل‌های بدون مواد جامد، سیمان‌کاری چاه نفت به عنوان کاهش‌دهنده زمان بندش سیمان و در گل‌های پایه روغنی به منظور جلوگیری از ریزش رس موجود در طبقات زمین استفاده می‌شود‌.
• فروبار: ماده‌ای است به رنگ قرمز آلبالویی و مخلوطی از هماتیت با سیلیکات‌های غیر قابل متورم شدن ساخته شده است‌. وزن مخصوص آن gr/cm37/4 و ذرات آن به صورت گرد و مدور هستند‌. در عملیات حفاری همانند باریت به عنوان افزایش‌دهنده وزن گل استفاده می‌شود‌. ترکیبات فروبار شامل 85 درصد سیلیکات‌های آلومینیوم فوری و سرب می‌باشد‌.
• نشاسته: نخستین پلیمر آلی است که به مقدار وسیعی در گل‌های پایه آبی مصرف می‌شود‌. وظیفه اصلی نشاسته در عملیات حفاری کنترل هرزروی آب می‌باشد‌. اما برای کاهش خاصیت ژلاتینی گل هم به کار می‌رود.
• پلیمر ایکس سی: نام دیگر آن زانتان‌گام می‌باشد‌. این ماده یک نوع پلی‌ساکارید محلول در آب است و در اثر واکنش باکتری‌های به خصوصی بر روی هیدرات‌های کربناته بدست می‌آید‌. این پلیمر به عنوان یک ماده سوسپانسیون‌ساز مورد استفاده قرار می‌گیرد و هدف اصلی از به کارگیری آن تهیه گل‌های حفاری عاری از مواد جامد می‌باشد‌.
• صابون مایع: مایعی است که در صورت مخلوط کردن با آب، کف تولید کرده و برای ساختن گل حفاری با وزن حجمی‌ کمتر از وزن آب مورد استفاده قرارمی‌گیرد‌.

 

مشكلات گل حفاری شامل علایم و راه‌حل‌های آن:

 

• گرانروی قیف مارش ، گرانروی پلاستیكی وYP و ژل گل بالا رفته، درصد جامدات نیز افزایش یافته است.

طریقه رفع مشكل:

 از دستگاه رسوب زدا – CLAYJECTOR – استفاده کرده و اگر PH زیر 9 باشد‌، تا مرز 10 آن را افزایش می‌دهیم.

 

• گرانروی پلاستیکی‌، گرانروی قیف مارش و میزان SOLID بالا رفته ولی در سایر مشخصات تغییری مشاهده نمی‌شود.

طریقه رفع مشكل:

از دستگاه جداکننده رس استفاده کرده و PH را بین 10- 9 نگه می‌داریم.

 

• عصاره گل بالا رفته ولی در سایر مشخصات گل تغییری حاصل نشده است.

طریقه رفع مشكل:

در این حالت برای کنترل  Fluid loss به آرامی به سیستم استارچ اضافه می‌کنیم.

 

• عصاره گل ‌، YP ‌، پلاستیک ویسکاسیتی و گرانروی بالاست.

طریقه رفع مشكل:

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.

 

• میزان کلسیم در گل بالا رفته و حجم گل زیاد شده است.

طریقه رفع مشكل:

در این حالت وزن گل را افزایش داده و برای رسوب دادن کلسیم از سوداش استفاده می‌کنیم.

 

• مشاهده گم شدن گل و کاهش حجم سیستم

طریقه رفع مشكل:

الف) در صورت امکان وزن گل را کاهش می‌دهیم.

ب) دور پمپ‌های گل را کم می‌کنیم.

ج) از پیل L.C.M استفاده می‌کنیم.

 

• گل حالت نامرغوب و ناپایدار بوده و باریت در آن رسوب می‌کند.

طریقه رفع مشكل:

در این حالت با استفاده از مواد کلوئیدی گرانروی را افزایش می‌دهیم.

 

• روی مخازن کف مشاهده می‌شود و وزن گل کاهش یافته است.

طریقه رفع مشكل:

مقداری گازوییل روی مخازن پاشیده و وزن گل را با مواد وزن افزا بالا می‌بریم.

 

• تنگی چاه – TIGHT HOLE –  مشاهده می‌شود.

طریقه رفع مشكل:

در این حالت وزن گل را افزایش داده و چندین مرتبه محل تنگی چاه را شستشو می‌دهیم.

 

• صافاب‌، پلاستیک ویسکاسیتی‌،YP ‌، گرانروی و ژل گل بالاست.

طریقه رفع مشكل:

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.

 

• کلیه خواص گل به غیر از وزن آن بالا رفته‌، گل ژله‌ای شده و PH پایین آمده است.

طریقه رفع مشكل:

برای شکستن حالت ژله‌ای و افزایش PH ‌، از آهک استفاده می‌کنیم.

 

 دیسندر:

ذرات تا 74 میکرون را جدا می کند. دارای 3 کلون است و در گل پایه آبی سبک استفاده می‌شود. به دلیل بیرون ریختن باریت در گل پایه آبی سنگین خاموش می‌شود.

 

دیسیلتر:

ذرات تا 32 میکرون را جدا می‌کند. دارای 16 کلون است و در گل پایه آبی سبک استفاده می‌شود. به دلیل بیرون ریختن باریت در گل پایه آبی سنگین خاموش می‌شود.