Mud Pump 3D

 تو مطالب گذشته در مورد پمپ های گل حفاری گفته بودم که قلب دکل حفاری چرخشی هستند که میتونید اینجا درون چنین پمپ هایی رو ببینید که شامل فلایویل , گاید , سیلندر , پیستون , لاین تزریق , شیر ها و مخزن هیدرو پنوماتیکی است

 

 

 

    Deli 

drilling mud

انواع سیالات حفاری

همانطور که در بخشهای پیشین ذکر گردید سیالات حفاری عمدتا عبارتند از : 1-گازها 2-مایعات3- گل حفاری 4- امولوسیون هیدروکربن های نفتی در آب و یا آب در هیدرو کربن های نفتی 5- ترکیبی از دو نوع سیال حفاری.

1- گازها

گازهایی که به عنوان سیال حفاری از آنها استفاده می شود عبارتند از هوا،گاز متان، نیتروژن و دی اکسید کربن . استفاده از گاز متان به دلیل میلی که به ترکیب با هوا وتولید انفجار دارد استفاده اش محدود است . امکان به کار گیری نیتروژن و دی اکسید کربن 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 می شود و هوا است هوا ارزان سبک و  بهترین تمیز کننده است ضمن آنکه به دیواره ی چاه نیز آسیب نمی رساند. اما در همه موارد حفاری نمی توان از هوا استفاده کرد که اهم دلایل آن عبارتند از :

1-  پایین بودن چگالی آن که قادر به حمل ذرات درشت حفاری نیست

2-     قادر به کنترل فشار طبقات نیست.

3-       برای رفع مشکلات ناشی از شیل کاربرد ندارد.

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

 2-             مایعات (آب )

مایعاتی که به عنوان سیال حفاری مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از آب خالص (fresh  water ) ، آب نمک (salt water) و روغن بعد از هوا تقریبا آب به دلیل گرانروی و چگالی کم مناسب ترین 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 می شود که جرم مخصوص آن برای کنترل فشار طبقات زمین کافی باشد یا چاه از میان سنگ ها کم مقاومتی همچون شیل عبور نکند . آب نمک نسبت به آب خالص مزیت بیشتری دارد . این امر به دلیل وجود نمک در آب  (10 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 می کند که علت آن چگالی کمتری است که نفت نام دارد و در موارد فشار غیر نرملا ( فشار کمتر از 0.433 پوند بر اینچ مربع به ازای هر فوت ) از آن استفاده می شود . حفاری از میان ماسه سنگ توسط آب خالص موجب انبساط و ازدیاد حجم رسی موجود در ماسه سنگ می شود که سبب مسدود شدن منافذ سنگ می گردد . این فرایند بالاخص در چاههای نفت اهمیت ویژه ای دارد زیرا باعث عدم ورود نفت از ماسه سنگ به چاه می شود.

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

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

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

4-             گلهای امولسیونی ( اساس آب ) ( water emulsion mude  )

در اینگونه گلهای حفاری معمولا روغن به صورت قطره به درون آب اضافه می شود . مقدار آن به طور معمول بین 10 تا15 در صد از حجم گل حفاری است و در صورت لزوم تا 50 در صد از حجم گل حفاری رامی توان با روغن تشکیل داد. رس و ذرات جامد دیگر نیز می توانند به این گونه گلهای حفاری را آب خالص یا آب نمک تشکیل می دهند. وجود روغن باعث شفافیت و جلا دادن سر مته ، وزنه اضافی  و لوله حفاری می شود و بدین طریق موجب کاهش چسبندگی ذرات حفاری به دندانه های مته و رشته لوله حفاری می شود. بالاخص در سیستم حفاری چرخشی لوله حفاری سریعتر می چرخد و در مجموع سرعت حفاری با اینگونه گل حفاری افزایش می یابد.

5-             گلهای امولسیونی ( اساس ترکیبات نفتی ) (oilemulsion muds )

ترکیبات اصلی این گونه حفاری را هیدرو کربن نفتی تشکیل می دهد و به مقدار کم به آن اضافه می گردد. این گونه گلهای حفاری برای سنگ های نمکی ، انیدریت (anhydrit ) بسیار مناسب می باشد. ترکیب دو سیال حفاری در مواردی به کار برده می شود که از هوای فشرده جهت کاهش دادن فشار هیدرو استاتیکی سیال استفاده شود . در این شرایط نه تنها به هدر رفتن سیال حفاری کاهش می یابد بلکه سرعت چالزنی نیز افزایش یافت.

گل حفاری ( بخش اول )

مقدمه

داستان گل حفاری به صدها سال پیش و به زمانی بر می گردد که برای حفر زمین تا عمق ها ی 10 تا 20 متری از آب به دو دلیل استفاده می کرده اند که شامل :

 

1-       مرطوب و نرم کردن زمین مورد حفاری

2-       بالا آوردن کنده های حاصل ازحفاری به همراه جریان آب بسطح

 اما به به مرور که بشر نیاز به تحقیق بیشتر دراعماق پائین تر زمین پیدا کرد٬ اهمیت سیال حفاری روز بروز افزونتر گردید . با رونق حفاری های پیشرفته و بخصوص حفاری چاه های نفت و گاز اعتبار سیال یا گل حفاری تا به آنجا رسید که آنرا خون حفاری نامیدند و امروزه حفاری بدون گل حفاری آنقدر غیر ممکن است که حیات بدون آب.  

تعریف گل حفاری :

  گل حفاری ترکیبی است از مواد شیمیائی معدنی و آلی که بشکل مایع ساخته می شود و در حفاری بکار گرفته می شود. این ترکیب از دو فاز جامد و مایع تشکیل می گردد. انواع گل های حفاری  شامل طبقه بندی زیر است:

  الف : گلهای پایه آبی

ب : گلهای پایه روغنی

ج : حفاری با هوای خشک

د : حفاری با هوا و کف فشرده

ه : گل هوازده  

 الف : گل های پایه آبی :

چون پایه اکثر گلهای حفاری را آب تشکیل میدهد٬ به این گل ها پایه آبی میگویند . گلهای پایه آبی از دو فاز مایع و جامد ساخته می شود .

 الف- فاز مایع :

 فاز مایع اکثر گلها٬ آب است . آب برخی از مواد را بصورت محلول و بعضی دیگر را بصورت معلق در خود نگه میدارد. آب مورد مصرف حفاری هم از نظر وزن مخصوص و هم به لحاظ نوع کاربرد٬ انواع مختلفی دارد که عبارتند است :

 ـ آب شیرین یا  Fresh water که نمک محلول در آن کمتر ازppm  10000 است.

ـ آب شور یاSalt water که بسته به مقدار شوری و نمک های محلول در آن به یکی از انواع زیر اطلاق می گردد :

الف ـ آب دریا Sea water با کلر و سدیمppm  35000

ب ـ آب شور  Brackish water با کلر و سدیمppm  20000

ج ـ آب سیر شده از نمک یا املاح اشباع شده با کلروسدیم (Salt saturated water) بین ppm 280000   ppm   320000.

د ـ آب نرم Soft water  آ بی است که مواد محلول چندانی ندارد. مثل آب مقطر و آ ب باران قبل از تماس با زمین و آب برف.

ه ـ آب سخت Hard water به آبی اطلاق میگردد که به علت بالا بودن یونهای کلسیم و منیزیم ٬  مواد پاک کننده Detergent و صابونی در آن کف نمی کند.

 ب - فاز جامد :

مواد جامد یا فاز جامد گل حفاری به موادی گفته می شود که یا توسط کاربر به فاز مایع اضافه میگردند یا توسط سازند و در هنگام حفاری وارد سیستم گل حفاری می شوند که مقدار آنها در سیال حفاری از 5% تا 50% حجمی فاز مایع٬ متغیر است. این مواد به دو دسته مواد فعال  Active و غیر فعال Inert تقسیم می شوند.

هردو نوع این مواد اگر از سازند وارد گل حفاری شوند٬ ممکن است باعث ایجاد تغییرات نامطلوب بر روی گل حفاری گردند که اصطلاحا به آنها مواد مضر هم گفته می شود مثل شن و ماسه و بلعکس اگر تاثیر مثبت روی  گل حفاری داشته باشند ٬ آنها را مواد مفید میگویند مثل رس ها در گل های سبک.

 موادی که توسط کاربر به گل حفاری افزوده می شوند اگر بر سیال تاثیرات فیزیکی و شیمیائی بگذارند به آنها مواد فعال یا  Active گویند. مانند نیتونایت ٬ استارچ٬ CMC و هر گونه ماده ای که بخاطر تغییر رئولوژی به گل افزوده می گردد .

مواد غیر فعال یا Inert به موادی گفته می شوند که فقط تاثیر فیزیکی بر گل حفاری دارند. مانند باریت ٬ فروبار و    پودر سنگ آهک یاLimestone  که فقط وزن گل را بالا می برند .

 

حفاری در ایران از ابتدا بوسیله گلهای پایه آبی یا آب آغاز می گردد و با تغییر شرایط چاه از انواع دیگر گل ها استفاده می شود. بطور کلی سازند های حفاری ایران را می توان به گروه های زیر تقسیم کرد.

الف: حوزه های با فشار بسیار کم و با شکستگی های زیاد مثل سازندهای جنوب شرقی ایران (زاگرس جنوبی)

ب: حوزه های با فشار کم مانند سازندها آغاجاری، میشان و قسمت فوقانی سازند گچساران

ج: سازندهای با فشار زیاد مثل بخش ها ششگانه سازند گچساران در این لایه ها از آب اشباع از نمک ٬ استارچ  و مواد وزن افزا مثل باریت و فروبار استفاده می شود ( گل سنگین ) و  PH این نوع گل هم در محدوده 10 – 8.5 متغیر است .

د: حوزه های نفتی یا گازی آسماری ، آنوسین ، بنگستان، کنگان ، مزدوران ، شوریجه و سایر سازندهای پائین تر که با گلهای وزن کم و متوسط با جامدات نسبتاً کم که در برخی از موارد از گل های روغنی امولسیونی  Oil Emulsion استفاده شده است.

 الف-1- گل های لایه بالا (TOP HOLE)

حفاری در لایه های بالا معمولا با آب شروع می شود و هر چه عمق حفاری زیادتر شود برای تمیز کردن چاه بنتونایت به گل افزود و چون قسمت اعظم این نوع گل ها آب است در ان از کاستیک به دو منظور استفاده می شود.

الف: بالا نگاه داشتن PH در محدود 12-10

ب: Dispers کردن بنتونایت و ایجاد ژل و Yield  مناسب

 طریقه تهیه گل بنتونایتی

1-       به مقدار مورد نیاز درمخازن آب شیرین ( آبی که نمک آن زیرppm  10000 باشد) ذخیره می نمائیم .

2-       به آب ذخیره شده مقدار نیم تا یک پوند در هربشکه سودااش اضافه می گردد.

3-       مقدار 17-15 پوند در بشکه بنتونایت استفاده می گردد.

4-       از 1- 0.5 پوند در بشکه کاستیک جهت بالا بردن PH و تبدیل بنتونایت (رس) به ذرات کوچکتر استفاده می شود.

 الف-2- گل های سنگین پایه آبی                                                               

 در سازند گچساران واقع در جنوب غرب و غرب ایران وقوع فوران آب شور٬ درلایه های آهکی این سازند با حجم و فشار زیاد اتفاق می افتد.

این فشار از فشار ستون بسترها ( Ever burden pressure) نیز بیشتر است .

( Ever burden pressure) فشارطبیعی سازندها را گویند. اما فشار فوران آب نمک گاه بلحاظ توزیع نادرست ناشی از وضعیت تکتونیکی لایه های گچساران بسیار بالاست.که در برخی موارد وزن گل سنگین بهpcf  165 هم میرسد. بلحاظ بالا بودن درصد جامدات این گل٬ اگر به آن بی توجهی شود مشکلات عدیده ای را بوجود خواهد آورد. بنابراین جهت کار با این نوع گل باید با فرمول های مناسب و مراقبت های دایمی از مشکلات آن جلوگیری نمود، مهمترین عامل در گل سنگین کنترل گرانروی آن است چون گل سنگین عملاً نسبت به جامدات حفر شده حساس است باید کوشش شود که اثرات منفی این جامدات را به حداقل رساند یا از بین برد.

طریقه ساختن گل سنگین پایه آبی

گل سنگین متشکل است از آب نمک اشباع، سوداش، نشاسته (استارچ) ، باریت و فروبار و آهک جهت بالا بردن  PH  .

1-       برای تهیه گل سنگین ابتدا باید مقدار آب دلخواه را  در یکی از مخازن ذخیره نمود .

2-       مقدار 125-120 پوند در بشکه نمک به آن می افزائیم تا شوری آن به ppm 320000- 280000 برسد .

3-       نیم تا یک پوند در بشکه سودااش جهت کم کردن یون کلسیم به ان افزوده می شود.

4-        12تا14 پوند نشاسته بر آن اضافه کرده و حدود 20 دقیقه باید خوب هم بخورد.

5-       به مقدار وزنی که خواسته شده است باریت و فروبار به مخلوط می افزائیم.

پس از ساختن و جابجا کردن این نوع گل با گل قبلی درون چاه در صورتیکه پس از Pilot test یا تست اولیه مشخص شد که مثلا  فلوئید لاس (Fluid loss) گل در محدود مورد قبول نیست٬( 0.8cc - 2cc) باید به آرامی به گل نشاسته اضافه نمود . در برخی ازموارد گل نشاسته را قبول نمی کند. یعنی نشاسته خشک در گل حل نمی شود. در چنین حالتی باید مقداری سلوشن جدید با مصرف استارچ  بین 25-20 پوند در بشکه تهیه کرد و آنرا به آرامی به گل در حال گردش اضافه نمود و وزن گل را نیز کنترل نمود.

 3-1- گل های سازند های نفتی و گازی و طریقه تهیه آنها:

گلی که در سازنهای نفتی و گازی مصرف دارد باید در آن از موادی استفاده نمود که در صورت هرزوروی این مواد باعث مسدود کردن روزنه های نفتی یا گازی نشود و یا چنانچه نیاز به اسیدکاری چاه شد این مواد در اسید قابلیت حل شدن داشته باشند تنها ماده وزن افزائی که قابلیت حل شدن در اسید را دارد٬ کلسیم کربنات است که به پودر شده آن لایمستون پودر  میگویند.

جهت تهیه گل های سازندها نفتی و گازی در صورتیکه وزن گل از pcf 75  بالاتر نرود و گل بدون مواد جامد مورد نظر باشد بطریق زیر عمل می شود.

1-       وزن آب را با نمک تا pcf 75 بالا می بریم

2-       حدود 1- 1.5 پوند در بشکه سودااش افزوده می شود.

3-       جهت دادن ویسکاسیتی به گل 3-2 پوند در بشکه HV CMC به آن اضافه می کنیم.

4-    جهت بالا بردن PH تا مرز  10 از 1تا 0.5 پوند در بشکه آهک استفاده می شود. در صورتیکه وزن گل بالاتر 75 pcf خواسته شود به مقدار وزن مورد نیاز از پودر سنگ آهک یا کلسیم کربنات استفاده می نمائیم.

 ب -گلهای پایه روغنی:

فاز غالب این نوع گل ها مواد نفتی و ترجیحاً گازوئیل است و مقدار کمی آب (شیرین یا شور) و بسته به نوع امولسی فایر مصرفی به یکی از انواع زیر تقسیم میشود:

 ب ـ 1)  امولسیون روغن در آب                                                                             

این نوع گل که در اغلب سازندها ، بلاخص در سازندهای حاوی شیل کاربرد فراوانی دارد دارای فواید زیر است:

 1- حفاری را در لایه های حاوی شیل آسان و از ریزش آن جلوگیری میکند.

2- در مقابل دماهای بالاتر از 250 درجه فارنهایت که اغلب مواد کلوئیدی مقاوم نیستند ، مقاوم است.

3- در هنگام مغزه گیری از آسیب رسیدن به مغزه جکوگیری میکند.این امر باعث کسب اطلاعات مناسبتر میگردد.

4- حفاری با این گل در لایه های نمکی ، سنگ آهک و غیره بسیار مناسب است.

5-در حفاری چاههای افقی از عملکرد بسیار مناسبی برخوردار است.

6- در چاههایی که توسط نفت سنگین مسدود شده است ، کاربرد مناسبی دارد.

7- در چاههای حاوی هیدروژن سولفوره و اکسید کربن ، از رسیدن این گازهها به سطح زمین جلوگیری میکند.

8- بعنوان مایع تکمیلی در زمان سوراخ نمودن لوله های جداری کاربرد مناسب دارد.

9- بعنوان سیال آزاد کننده های گیر لوله ها  تاثیر بسزایی دارد.

10- از زنگ زدگی لوله ها جلوگیری میکند.

 ب ـ 2) امولسیون آب در روغن که به آن آمولسیون معکوس هم می گویند.

ترکیبات اصلی تهیه گل های روغنی عبارتند از:

 1-       گازوییل بعنوان فاز پیوسته

2-       آمولسیون کننده اصلی یا اولیه (Basic Emulsifier)

3-       آمولسیون کننده کمکی یا ثانویه (Secondary Emulsifier)

4-       آههک بعنوان پایدارکننده جالت الکتریکی (electrical Stability)

5-       کنترل کننده عصاره گل (Filtration Agent)

6-       عامل بالابرنده گرانروی یا غلظت گل (Viscosifier)

7-       مخلوط آب و کلروکلسیم با وزن pcf 82 – 80

 جهت جابجا کردن گل پایه آبی با گل پایه روغنی و بلعکس در چاه باید چند بشکه گازوئیل بعنوان حائل بین گل پایه آبی و گل پایه روغنی درون لوله ها جریان دهیم.

 گل آمولسیونی عادی (Oil Emulsion)

 چون وزن مخلوط گازوئیل با آب در این نوع گل از حدود pcf 55 بیشتر نیست٬ این نوع گل را در مناطقی که نتوان با آب به علت هیدروستاتیک بالای آب (بیش از فشار مخزن) استفاده نمود در سازندهای کم فشار و با پایداری کم استفاده می کنند. این نوع گل مخلوطی از 70% گازوئیل و 30% آب با نوعی امولسی فایر به اسم DME یا Drilling mud emulsifier  می باشد. برای تهیه یکصد بشکه از این گل بطریق زیر عمل می شود:

1.       مقدار 30 بشکه آب در مخزن میگیریم.

2.       یک تا یک و نیم بشکه DME به آن اضافه می کنیم و 20 دقیقه فرصت بهم خوردن به آن می دهیم.

3.       به آرامی و در مدت یک ساعت 70 بشکه گازوئیل به آن اضافه می نماییم.

4.       در صورت نیاز به غلظت بالا 45 ثانیه یک پوند در بشکه HV CMC به آن اضافه می کنیم.

        باید توجه داشت از اضافه نمودن هر گونه موادی که PH را بالا می برد به این گل خودداری گردد. زیرا مواد قلیایی این گل را دو فاز نموده و کارائی آنرا از بین می برد. در این گل PH و فلوئید گل در گزارش آزمایش روزانه همانند گل های پایه آبی  و  پایه روغنی آورده نمی شوند.

در گل های پایه روغنی ٬ پایداری الکتریکی نیز اندازه گیری میشود.

 آزمایش گلهای پایه آبی و پایه روغنی به لحاظ رئولوژی تقریباً یکسان بوده و وسایل آزمایش آنها در محل چاه تقریباً یکی است.

 تنها دستگاهی که در آزمایش گل های پایه آبی و پایه روغنی فرق دارد دستگاه اندازه گیری فلوئیدلاس یا صافاب این دو گل است. چون در گل های پایه آبی صافاب با دستگاه فیلتر پرس با فشار psi 100 و حرارت محیط اندازه گیری می شود. ولی فلوئیدلاس گل روغنی با نوعی فیلتر پرس خاص و در دمای 220-180 و بعضاً 280 درجه فارنهایت ,  psi 500 فشار اندازه گیری می شود.

  پیل های حفاری :

 تعریف پیل : به گلی که با ویسکاسیتی زیاد ساخته می شود و در شرایطی خاص بکار می رود پیل می گویند.

 پیل ها به دودسته تقسیم می شوند :

 الف) پیل هایی که برای تمیز کردن حفره چاه بکار می روند.

ب ) پیل هاییکه از آنها جهت جلوگیری از هرزروی استفاده می شود .

 الف : پیل هاییکه از آنها برای تمیز شدن چاه استفاده میشوند  عبارتند از :

 1- بنتو نایت پیل : به پیل غلیطی گفته می شود که از بنتوتایت و ترکیب  آن با آب وکاستیک تهیه می گردد.

از این پیل هم می توان برای تمیز کردن چاه استفاده کرد و هم در هرزروی از آن بهره گرفت .

 2-   پیل  HV CMC : از این پیل هم می توان برای تمیز کردن چاه و هم جهت جلوگیری هرزروی استفاده نمود  

 ج – پیل هاییکه از آنها جهت  جلوگیری از هرزروی استفاده می شود و به آنها L.C.Mپیل هم میگویند.  L.C.M یا  Loss  circulate material  موادی هستند که با دانه های درشت و وزن تقریباً سبک که آنها را می توان با بنتونایت پیل جهت هرزروی های TOP HOLE  و با  پیل C.M.C HV جهت جلوگیری از  هرزروی در مخازن از آنها استفاده کرد .

 مواد  L.C.M عبارتند از:

 میکا ، و walnut shell یا پوست گردو ، Fiberlock یا (ضایعات کنفی و پوست برنج) ،  Shell fish  یا صدف آهکی .

 از میکا ، Walnut shell و Fiberlock در تمام سازندهایی که دچار هرزروی می شوند٬. بجز مخازن نفت و گاز می توان استفاده کرد. ولی از  صدف آهکی در تمام سازند ها ٬بخصوص  مخازن می توان استفاده نمود صدف آهکی کاملاً قابل حل در اسید است .

 گانگ پیل : ازاین نوع پیل در شرایط  بسیار  ویژه و زمانی که دیگر پیل ها جواب ندهند یعنی درسازندهای غار مانند استفاده می گردد. بکارگیری این پیل دقت ، شجاعت ، و سرعت بسیار می خواهد چون اگر مقدار کمی آب وارد این پیل شود بسیار سخت شده و تمام مسیرها را  مسدود خواهد  کرد .

 طرز تهیه  گانگ پیل :

1-        یکی از مخازن ذخیره را شسته و کاملاً خشک می کنند .

2-        حدود 40 بشکه گازوئیل درمخزن آماده شده می ریزند .

3-        400- 350  پوند دربشکه بنتونایت به آن اضافه می کنند.  

بدین طریق پیل آماده می شود . لوله های حفاری تابالای   نقطه هرزوری جابجا می شوند . مقدار 10- 5 بشکه گازوئیل قبل از پیل و 10- 5 بشکه گازوئیل به عنوان حایل ٬پشت  سر پیل پمپ  شده و با سرعت پیل را ازدرون لو له ها خارج می کنند.  اگر چاه خالی باشد لازم است که درزمان جابجایی پیل ازدرون آنولاس آب پمپ شود .

 شرح وظایف گل حفاری

 1-      انتقال کنده های حفاری

یکی از مهمترین وظایف گل حفاری انتقال کنده های حفاری به سطح زمین است. عوامل موثر در حمل کننده ها عبارتند از :

       الف : سرعت گردش دورانی یا سرعت جداری (Annular velocity)

      ب   : وزن مخصوص (Density)

      ج   : گرانروی (Viscosity)

  2-      خنک کردن لوله های حفاری و مته (COOLING)                                                                           

مته حفاری در تماس با زمین و دوران بالا و وزنی که بر آن اعمال می شود حرارت بسیار بالائی را بخود می گیرد که اگر این حرارت بنوعی کاهش داده نشود باعث ذوب شدن یا به اصطلاح سوختن آن می شود . گل حفاری وظیفه کم کردن این حرارت و خنک کردن مته و لوله های حفاری را انجام میدهد که نتیجه آن جلوگیری از فرسایش و از بین رفتن زود هنگام لوله های حفاری و مته است .

 

 3-      دیواری سازی بدنه چاه و جلوگیر از هرزروی گل حفاری 

گل حفاری وظیفه دیواره سازی بدنه چاه را به عهده دارداین عمل با رسوب گذاری گل حفاری بر دیواره چاه صورت می گیرد ، هرچه ضخامت رسوب گذاری کمتر و نفوذ نا پذیر تر باشد دیواره چاه از استحکام بیشتری برخوردار خواهد بود و در نتیجه از هرزه روی های احتمالی هم جلوگیری خواهد شد. برای اینکه گل حفاری بتواند اندود خوبی از خود بجای بگذارد معمولا به آن مواد کلوئیدی اضافه می کنند مواد کلوئیدی به مواد ی گفته می شود که قابلیت تبدیل شدن به ذرات ریز تری را داشته باشند از جمله این مواد می توان رس ها و انواع نشاسته و موادسلولزی را نام برد .

اضابه کردن مواد سلولزی و مخصوصا نشاسته به گل حفاری باعث کنترل پیش از اندازه صافات آن می گردد این مسئله در میزان پیشرفت حفاری تاثیر منفی دارد اما با توجه به این تاثیر در مواقعی باید صافات را کنترل نمود .

 

 4-      کنترل فشار های زیر زمین                                                 

فشار های تحت الارضی به دو دسته تقسیم می شوند .

1-       فشار های که سعی در بازگشت به حالت اولیه قبل از حفاری را دارد .

2-       فشار سیالات و گازهای درون سازند ها

1 ) فشار سازند : در علم ثابت شده است که بر آیند تمام نیرو هائیکه بر یک نقطه درحال تعادل وارد می شوند صفر است حال اگر به شکلی (مثل حفر کردن) این تعادل بهم بخورد٬ چون بر آیند نیروها صفر نیست درنقاطی که این ناهماهنگی بوجودآمده است٬ نوعی تمایل برگشت پذیری بحالت اولیه وجود دارد.

این تمایل که آنرا Formation Gradient یا شیب معمولی فشار طبقات میگویند٬ همان نیروئی است که تمایل به ریختن دیواره های چاه یابه هم آمدن آن دارد. شیب معمولی فشار برابر است با 0.465 پوند براینچ مربع در هر فوت از عمق چاه.

 2-  فشار سیالات و گازهای درون سازند ، آب ، نفت ، گاز و دیگر سیالات پر فشار مثل آب نمک از دیگر فشارهای درونی میباشند.  به این فشار ها فشارهای غیر طبیعی با Abnormal Pressure گویندکه مقابله با آنها راه کارهای خاص خود را دارند. یکی از مهمترین و شاید مهمترین راه کارها استفاده از وزن سیال حفاری نسبت به تغییرات این فشار ها است. بدین معنی که چون فشار از دیواره به طرف مرکز حفره است٬ باید فشاری درجهت عکس آن اعمال گردد تا بتواندآنرا بحالت تعادل در آورد. این فشار که توسط وزن گل اعمال می شود و آنرا فشار ستون عمودی گل یا هیدرو استاتیک Hydrostatic Pressure می گویند فشاری است که تابعی ازوزن گل و عمق چاه میباشد.

 5- معلق نگهداشتن کنده ها و مواد وزن افزای گل در وقت خاموش پمپ های گل

 بسیار اتفاق می افتد که پمپ های گل دروقت عملیات حفاری برای مدت چند دقیقه یا چند ساعت و گاه حتی برای چند روز به دلایل فنی ناشی از خاموشی موتور ها ی برق دکل یا عوامل دیگر خاموش شوند.

 دراین حالت مواد کنده شده و مواد وزن افزا به سمت پائین چاه و انتهای لوله های حفاری تجمع کرده٬  باعث مدفون کردن لوله های حفاری و مته خواهد شد و یا اینکه بالا آوردن آنها را  با مشکل مواجه خواهد نمود. گل حفاری باید  طوری طراحی و         برنامه ریزی شود که از وزن ، ویسکاسیتی و بخصوص حالت Thixotropy یا Gelatin لازم برخوردار باشد .

Thixotropy یا  Gelatinخاصیت الکترو شیمیائی و موقتی است که در هنگام سکون در گل ایجاد می شود و از ته نشینی مواد کنده شده یا وزن افزا جلوگیری میکند.

 6- تحمل مقداری از وزن از وزن لوله های حفاری یا جداری

بنا به تعریف اگر جسمی وارد سیالی شود به اندازه سیال هم حجم آن جسم از وزن جسم کاسته می شود. در حفاریهای با عمق زیاد چون وزن لوله های حفاری و جداری به لحاظ نوع آلیاژ و ضخامت لوله ها بسیار بالاست به ناچار فشار زیادی بر بدنه دستگاه حفاری و دستگاه بالا برنده وارد می شود. لذا سیال حفاری باید طوری برنامه ریزی شود که علاوه بر کنترل فشار طبقات و سیالات درون زمین بتواند قسمتی از وزن لوله های حفاری و جداری را در خود نگهداشته و از فشار وارد بر دستگاهای نگهدارنده بکاهد.

این خاصیت را شناوری یا Bouyoncy effect   میگویند هرچه وزن گل سنگین تر باشد حالت شناوری لوله ها بیشتر است در نتیجه میزان بیشتری از وزن آنها کاسته میشود.

 7- ترخیص شن و کنده های حفاری در سطح زمین

گل حفاری باید بگونه ای طراحی ساخته و کنترل شود که بتواند در هنگام برگشت از ته چاه بسطح کنده های ریز و درشتی را که بهمراه دارد روی الک لرزان از خود جدا کرده و بخارج ریخته شده و گل تازه و عاری از کنده های حفاری بدون چاه برگردانده شده و به روند حفاری ادامه دهد.

مقدار درصد شن گل حفاری مخصوصاً در گل های سبک وزن باید همواره اندازه گیری شود و هرگز مقدار آن نباید از 2% بیشتر باشد.

مقدار درصد شن را با دستگاه ساده ای بنام Sand content  اندازه گیری می کنند.

8- قرار دادن اطلاعات کافی در اختیار مهندسین زمین شناسی

مواد کنده شده توسط گل حفاری به سطح آورده می شوند و پس از جدا شدن توسط الک لرزان مقداری از آنها توسط مهندسین زمین شناسی مورد مطالعه قرار می گیرند و آنها با مطالعه روی ساختمان و بافت کننده های مذکور خواهند توانست شناسائی و پیش بینی های لازم را برای ادامه حفاری انجام دهمند و علاوه بر آن اطلاعات محدوده حفره را تا سازنده های بهره ده مشخص نماید.

9- انتقال نیروی هیدرولیکی پمپ گل به نوک مته

گل حفاری با سیستم گردشی خود توان تولید شده در پمپ های گل حفاری را به نوک مته انتقال میدهد باید گفت که گل حفاری همه توان پمپ ها را به نوک مته نمی رساند٬ بلکه قسمتی از آن را در مسیر حرکت از دست میدهد. آن قسمت از توان تولید شدن پمپ ها که در مسیر حرکتی از بین می رود٬ توان غیر مفید یا پارازیتیک و قسمتی را که به نوک مته می رسد٬ توان مفید میگویند.

  10 – تمیز کردن مته و لوله های وزنه                                                                                   

مته در اثر تماس مداوم با سازند و لوله های وزنه در اثر تماس با دیواره چاه همواره مقداری از مواد کنده شده را بخود میگیرد . زیاد شدن این مواد در اطراف مته و لوله های وزنه را که اصطلاحاً Balled up   میگویند که باعث می گردد تا علاوه بر کنده شدن پیشرفت حفاری خساراتی هم به دیواره چاه وارد شود و یا در برخی از موارد باعث شکسته شدن دیواره چاه و هرزروی سیال حفاری گردد. گل حفاری هنگام خروج از مته و عبور در مسیر بین جداری چاه و لوله های حفاری مواد چسبیده شده به مته و لوله های وزنه را شسته و با خود حمل نموده و از ایجاد Bulled up جلوگیری به عمل می آورد.

 11- کنترل و جلوگیری از خوردگی لوله های حفاری و جداری

با افزودن مواد قلیائی به گل حفاری همواره خاصیت قلیائی آنرا (PH) در محدود 11- 8.5 نگاه میدارد که این عامل سبب میشود تا از خوردگی لوله ها جلوگیری شود.

گل حفاری

اساس گل حفاری را ممکن است آب ( water base mude )، روغن (oil base mude ) یا آب نمک (salt water mude ) تشکیل دهد. اما برحسب ضرورت به آن رات کلوئیدی مانند رس یا ذرات درشت تر مانند باریت اضافه می شود و در شرایط استثنایی ممکن است بعضی از ترکیبات شیمیایی به ترکیب گل نیز اضافه گردد.

1-             ذرات کلوئیدی (colloidal particle )

وجود ذرات کلوئیدی در گل حفاری باعث افزایش گرانروی و چگالی می گردد که در مسدود کردن منافذ ریز دیواره ی چاه و کنترل فشار طبقات موثر است . در ضمن به هنگام قطع جریان گل حفاری خاصیت به تعلیق نگهداشتن ذرات حفاری را بین چال افزایش می دهد . کلوئید به ذراتی اطلاق می گردد که اندازه آنها بین 5 تا 500 میلی میکرون باشد (یک میلی میکرون معادل 10 به توان 7- سانتی متر است ) . ذرات کلوئیدی که در ترکیب گل حفاری به کار می روند از جنس بنتونایت (نام سنگ شناسی) یا مونتور یلونایت(montmorillonite ) ( نام کانی شناسی) هستند . در صنعت حفاری این دو واژه در بیشتر موارد به طور یکسان به کار برده می شوند به هنگام حفاری از میان شیل،چون مقداری از آن به ته چاه ریزش می کند و از طریق مته کاملا خورد و پخش می گردند ، لذا بدین طریق می توان بخشی از ذرات کلوئیدی مورد نیاز گل حفاری را از رس موجود در شیل طبقات دیواره ی چاه تامین کرد. باید دقت شود که در چنین مواردی با افزایش آب به گل حفاری از غلظت بیش از اندازه ی آن جلوگیری به عمل می آورد و در مواردی که بنتونایت به آب اضافه می شود معمولا با بهم زدن و یا فوران شدید آب ذرات به گونه ای ریز و در آب آمیخته می شوند که با چشم قابل روئیت نیستند.... وجود بنتونایت (ذرات کلوئیدی )در گل حفاری نه تنها موجب افزایش فشار هیدرواستاتیکی گل می شوند بلکه باعث کاهش به هدر رفتن آب از گل حفاری نیز می گردد .(شکل زیر):

مقدار گرانروی بر حسب سختی پوئز(cp )برای نمونه رس را نشان می دهد باید توجه داشت که غیر از بنتونایت رسهای دیگر نیز در صنعت حفاری برای ترکیب گل حفاری به کار گرفته می شوند. که بعضی از آنها صرفنظر از ارزان بودن خاصیت کمتری دارند مانند آتاپلژایت(Attapulgite ) که در عملیات حفاری در مناطق نمکی به کار برده می شود.

دوماده دیگر به عنوان ذرات کلوئیدی در ترکیب گل حفاری به کاربرده می شود که اصطلاحا آنها را ذرات کلوئیدی ارگانیکی می نامند. این دو عبارتند از :

1-نشاسته(starch)که به ذرات کلوئیدی ارکانیکی ژلاتینه شده اطلاق می گردد که موجب کاهش به هدر رفتن آب گل حفاری می شود و کانیهایی چون کلسیم یا نمک موجود در بین طبقات به روی آن تاثیر نمی گذارد اما به دلیل هزینه زیاد آن نسبت به رس جز در موارد ضروری از آن استفاده نمی شود و چون تخمیر و تخریب آن را غیر قابل استفاده می نماید لذا توصیه می شود که از این نوع ذرات کلوئیدی در گل های حفاری که آب نمک به جای آب خالص بخش اصلی ترکیب را تشکیل می دهد استفاده می شود.

2-(CMC ) (carboxy methyl cellulose )،این نوع ماده،دارای ترکیب ارگانیکی می باشد و گرانتر از نشاسته است اما در عوض در مقابل تخمیر و فساد مقاومت بیشتری دارد. از cmc مانند نشاسته جهت جلوگیری از به هدر رفتن آب از ترکیب گل حفاری استفاده می شود و چون تاثیر آن روی آب نمک کم است لذا به همین دلیل در گلهای حفاری که ترکیب اصلی آنها را آب نمک تشکیل می دهد کمتر استفاده می شود.

2- ذرات ریز جامد

در گل حفاری از ذرات ریز جامد شامل کوارتز ، سیلیس،باریت و ذرات دیگر کانیها که می توانند به حالت تعلیق در آیند استفاده می شود . به منظور جلوگیری از به هدر رفتن گل حفاری و افزایش وزن گل این نوع ذرات به گل اضافه می شوند. از بین این ذرات جامد باریت با چگالی 4.3 متداولترین کانی است ،باریت با مقایسه با فولاد (جنس لوله های حفاری و بعضی از مته ها ) مقاومت کمتری دارد و لذا موجب ساییدگی و خوردگی رشته لوله حفاری نمی شود. باریت علاوه بر ارزان بودن همچنین با توجه به چگالش (4/3) با مقایسه با رس ، کوارتز و دیگر ذرات جامد چون سنگینی بیشتری دارد لذا حجم کمتری از گل حفاری را اشغال می کند اما باعث افزایش وزن گل می شود ضمن آنکه باریت ارزان نیز هست . به هدر رفتن گل حفاری را اصطلاحا هرز روی گل حفاری (loss circulation ) می نامند.

3-ترکیب شیمیایی

اضافه کردن بعضی از ترکیبات شیمیایی به گل حفاری موجب کاهش گرانروی ،کاهش خاصیت ژله ای (gel-strength ) ،جلوگیری از ضخیم شدن بیش از حد گلحفاری و جلوگیری از به هدر رفتن آب گل حفاری می شوند. به عبارت دیگر این ترکیبات موجب کنترل ذرات کلوئیدی می گردند.از این ترکیبات موقعی استفاده می شود که حفاری روی طبقات حاوی نمک،ژیپس(caso4NH2O )و انیدریت(CASO4 ) انجام می گیرد. در این شرایط گل حفاری بنتونایتی ،بازدهی مناسبی ندارد زیرا این مینرالما که بیشتر حاوی یون کلسیم هستند و موجب به هم پیوستن و جمع شدن ذرات مندرس با یکدیگر می گردند.

(FLOCCULATION OF CLAY PARTICLES) . نتیجه ی افزایش این به هم پیوستگی باعث به هدر رفتن آب گل حفاری ، افزایش بیش از نیاز گرانروی و ضخیم شدن بیش از حد گل می شود. در این حالت باید ترکیب یا ترکیبات شیمیایی به گل حفاری اضافه کرد تا خواص گل را به حد دلخواه رساند. اگر مقدار کلسیم موجود در گل کم باشد انتقال دادن آن از طریق کربنات باریم و جوش شیرین به صورت کربنات کلسیم امکان پذیر است. در غیر این صورت (اگر مقدار یون کلسیم CA موجود زیاد باشد ) از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است که به سیستم گل حفاری کلسیم اضافه شود که به چنین گل حفاری گل کلسیمی می گویند.

(Calcium or lime treated mud)

بنابراین چنانچه ملاحظه می شود نسبت به مقدار کلسیم ،دو روش در مورد گل حفاری به کار برده می شود. در حالت اول اگر مقدار کلسیم کم باشد آن را با استفاده از کربنات باریم و جوش شیرین از سیستم خارج می سازند اما در حالت دوم که مقدار کلسیم در گل زیاد است ، اجازه داده می شود که کلسیم در گل باقی بماند. این گونه گل حفاری دارای گرانروی مورد نیاز و خاصیت ژله ای کافی است. از این نوع گل حفاری در حفر چاه های عمیق زیاد استفاده می شود.

گل پایه آبی
b) گل هوا و کف : نوعی گل پایه آبی بوده که در طبقات با شکستگی زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.
c) گل پایه روغنی : بخش عمده آن گازوئیل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و بقیه آن آب نمک و دیگر افزودنیها می باشد.به چند دلیل در حفاریها از گل روغنی استفاده می شود :
1. در بخشهای مخزنی جهت جلوگیری از ریزش چاه
2. جلوگیری از ریزش شیل
3. عدم نفوذ زیاد گل بدرون سازند
الف ) گاهی نوع خاص از گل تزریق می شود به نام پیل : که با ویسکوزیته بیشتر است و هنگامی که چاه ساکن است بدرون چاه اضافه می شود و جلوگیری از هرزروی که یا از LCM (مواد کنترل کننده هرزروی) و یا از Hv Pill (پیل با ویسکوزیته زیاد یا پیل غلیظ)استفاده می شود.
ب ) سلاگ : با وزن حجمی بیشتری است و در هنگام لوله لوله بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
»» موادی که به گل اضافه می شود :
1) کاستیک (Na OH) برای تغییر در PH و قلیائی نمودن گل
2) رس : جهت بالا بردن ویسکوزیته آن
3) باریت : (Ba SO4) : بمنظور بالا بردن وزن گل
4) CMC Hv : جهت بالا بردن ویسکوزیته در پیل
5) کلسیم (Ca) : بالا بردن سختی گل حفاری
6) بنتونیت به منظور بالا بردن ویسکوزیته
7) LCM (Loss Controller Material): افزودنیهائی مثل پوست گردو ، پوست شکلات میکا و . . . برای نفوذ در داخل خلل و فرج ( در هنگام هرزروی بالا استفاده می شود).
»» مشخصات گل حفاری :
صاف آب (WL : Water Loss): بر حسب cc.
پایه آبی : PH
Ca بر حسب ppm
ALK : آلکالینیتی
پایه روغنی : ES : مربوط به سالینیتی ( شوری ) و عدم دو فاز شدن گل
HPHT : مربوط به صاف آب است .
»» آنالیز گل حفاری
در بخش گل حفاری خواص سیال حفاری را مورد بررسی قرار می دهند و از آنجا که مثلاً بنتونیت Bentonite به تنهائی از پس کلیه وظایف گل حفاری بر نمی آید. یک سری افزودنی به گل اضافه می کنند که در این آزمایشگاه با انجام آزمایشهای مختلف ترکیب یک گل با خصوصیات مورد نظر بدست می آورند. مثلاً یکی از افزودنیها CMC می باشد که برای افزایش viscosity به گل اضافه است. از خواص دیگر گل می توان به موارد زیر اشاره کرد :
»» viscosity (گرانروی ) که در دورRPM 600 اندازه گیری می شود با استفاده از دستگاه Rheometer انجام می گیرد. (یکی دیگر از خواص گلPlastic viscosity است ) تعیین yield point یکی دیگر از خواص گل حفاری است.
»» هرچه yield point بالاتر باشد حمل قطعات وcuttings توسط گل راحت ترصورت می گیرد.
»» از خواص مهم گل mud filtrate است که با دستگاه API Standard filter press اندازه گیری می شود. Mud filtrate مقدار آبی است که سیال حفاری در حین circulation از دست می دهد. در دستگاه مورد نظرگل را داخل یک محفظه می ریزند و مقدار آبی که در زمان 30 دقیقه تحت فشارpsi 100 از گل جدا می شود برحسب cc/30 min گزارش می گردد. همچنین دراین آزمایش ضخامت mud cake را نیز اندازه گیری می کنند. با افزودن یک سری مواد می توان ضخامت mudcake را کاهش داد.
»» از خصوصیات دیگر گل حفاری استحکام ژله ای گل است.
یکی دیگر از دستگاههایی که برای اندازه گیری هرز روی و بهینه کردن آن بکار می رود تا آن را به حداقل برساند bridging material tester) BMT) می باشد. در این دستگاه برای هر نوع سازندی یک مدل اختیار می شود. مثلاً برای سازند ماسه سنگی یک مدل گلوله ای را در نظر می گیرند و میزان هرز روی گل را از داخل این مدل اندازه گیری می کنند.
در آزمایشگاه اسید زنی آزمایشات مربوط به اسیدکاری انجام می شود. می دانیم که پس از سیمان کاری به چاه اسید می زنند تا سیمان باقی مانده خارج شده و شسته شود. Acidizing Instrument در این واحد قرار دارد، قلب این دستگاه پمپ آن است. در این دستگاه فشار و حرارت بر روی سنگ اعمال می شود. در واقع اسید با یک فشار معین به داخل core تزریق می شود. در این دستگاه فشار و حرارت برروی سنگ اعمال می شود. به این وسیله کربناتهای داخل مغزه حل می شوند. پس از اسید زنی تراوایی را دوباره اندازه گیری می گیرند، خروجی این دستگاه بصورت print شده تهیه شود.
خواص مکانیکی گل که باید در آزمایشگاه تعیین شوند عبارتند از :
1.Plastic viscosity) PV)
2. Yield point ) YP)
3. Gel Strength ) gs)
4. Filtration Lost) FL)
»» سیستم گردش گل
سیال حفاری اگر مایع باشد قسمت عمده آن آب است و گاهی نفت جزء اصلی آن است. از رس های مخصوصی برای شکل دادن به گل حفاری استفاده می شود و باریت برای افزایش وزن مخصوص گل بکار میرود. مواد شیمیائی برای کنترل گرانروی (Viscosity) گل و افزایش توانائی ذرات جامد گل برای اندود نمودن دیواره چاه بکار می روند. ١٪ تمامی چاههای نفت حفاری شده از هوای متراکم یا گاز طبیعی برای سیال حفاری بجای گل استفاده کرده اند. مخازن گل دارای همزن هائی هستند(Agitators) (پارو مانند) که گل را بهم زده و مخلوط می کنند.
»» گردش گل حفاری :
بخش های مختلف مسیر گردش گل به قرار زیر می باشند :
۱- مخازن گل :
الف) مخزن ذخیره گل Reserve Tank
ب ) مخزن مکش Suction Tank از آنها بدرون پمپها هدایت می شود.
ج ) مخزن شیکر Shaker Tank پس از خروج از چاه
د ) مخزن میانی Middle Tank قبل از مخزن مکش قرار دارد.
*مخزن Trip : در حین پر کردن و خالی نمودن چاه در شرایطی غیر از حفاری مثلا" لوله بالا مورد استفاده قرار می گیرد
۲ – پمپهای گل :
۳- Mud Hose : لوله ای که از پمپ به Swivel وارد می شود.
٤- شیل شیکر (Shale Shaker)
۵- Mud Cleaner : شامل ١ - Desander (ماسه زدا) و۲- Desilter (سیلت زدا)
٦- Degasser
۷- Mud Aggitator : شفتی است که با چرخش خود در مخزن ترکیبات گل را با یکدیگر مخلوط می کند و از ته نشینی مواد موجود در گل جلوگیری می نماید. (دستگاه سانتریفوژ روی Suction Tank) قرار دارد).
۸- Stand Pipe Manifold روی Floor حفاری قرار داشته با چهار مسیر بشرح زیر :
1) Fill Up Line: هنگام پر کردن چاه از گل
2) Jet Cellar: مسیری است که باعث خالی شدن Cellar میگردد.
3) Bottom Kill Line: به سمت Pipe Rams پائین میرود.
4) Top Kill Line: که به سمت Pipe Rams بالائی می رود.
٩- Mud Pit : حوضچه ای که زائده های داخل گل درون آن میریزد.
Over Balance = هرزروی گل در اثر فشار کم سازند

Under  Balance = فشار سازند از گل بیشتر بوده و نتیجتا" فوران خواهیم داشت( Flow یا Ki

وظایف عمومی گل حفاری عبارت است از:
   1- دفع و تمیز نمودن کنده‌های حفاری از کف چاه و از جلوی دندانه‌های مته.
   2- انتقال کنده‌های مته از ته چاه به سطح زمین.
   3- کنترل فشارهای تحت‌الارضی زمین.
   4- معلق نگهداشتن ذرات جامد و کنده‌های مته در زمانی که گل در چاه ساکن است.
   5- تشکیل اندود نفوذ ناپذیر بر دیواره‌های چاه و ایجاد ثبات در دیواره‌های چاه.
   6- خنک نمودن و روغنکاری مته و قسمت رشته حفاری.

نمایی از چرخه گردش گل

 

     در انجام وظایف فوق، گل حفاری نباید:
   1- افت فشار زیادی در سیستم گردش گل را ایجاد کند (با توجه به سرعت حجمی گل در سیستم)
   2- از بهره‌‌دهی سازند تولید کننده بکاهد.
   3- در ارزیابی لایه‌های تولید کننده خللی ایجاد کند.
   4- نباید باعث کاهش سرعت حفاری شود.
   5- باعث خودگی شیمیائی رشته حفاری و وسایل دیگر شود.

گل حفاری(drilling mud)
انواع و کاربرد گل حفاری در اکتشافات نفت و گاز

 گل حفاری:

یکی از مهمترین ابزار در  حفاری دورانی گل حفاری است .گل حفاری نقش مهم و حساسی در حفاری دارد در واقع سرمایه های مالی و انسانی به این ماده بستگی دارد و اشتباهی در انتخاب کردن نوع و وزن آن از بسته شدن چاه تا ذوب شدن دکل و نابود شدن انسان های بسیاری همراه است. مسیر حرکت گل بصورت مسیر بسته واز کناردکل شروع شده از درون لوله های حفاری عبور کرده سپس از شکافهای درون مته خارج و بعد از آن از کناره های لوله حفاری به محل اولیه خود بر میگردد.

 

مواد معدنی که در گل حفاری استفاده میشود:

ž      بنتونیت   میکا     گرافیت     باریت      گالن      آهک و دولومیت      ژیپس      آزبست       نمک      کربنات و بی کربنات سدیم      پرلیت و خاکسترهای آتشفشان

بنتونیت:به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری در چاههایی که درز وشکاف زیاد دارند. می‌تواند از بنتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاه استفاده نمود. بنتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می‌دهد و در نتیجه درصد بازیابی پودر و سنگ افزایش می‌یابد.
میکا :برای جلوگری از گیر کردن مته در سنگهای دارای خاصیت چسبندگی زیاد، نظیر وزن گسلی یا در سنگهای مارنی از میکا باید استفاده شود.
گرافیت :هر گاه مته و محور آن به هنگام حفاری گیر کند استفاده از گرافیت لازم می‌آید 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.
کربنات وبی‌کربنات سدیم :به منظور کنترل محلولها و جلوگیری از خطر آلودگی، کربنات را مورد استفاده قرار می‌دهند.
پرلیت وخاکسترهای آتشفشانی:این مواد به عنوان سیمان بکار می‌روند.

نقش مواد در گل حفاری:

ž      کنترل وزن مخصوص

ž      مواد تغیر دهنده غلظت

ž      کنترل ترکیب شیمیایی محلول حفاری

کنترل وزن مخصوص:

برای کنترل وزن 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 تغیر 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. مواد معدنی مورد استفاده عبارتند از بی‌کربنات سدیم ، نمک ، آهک ، دولومیت و ژیپس.

انواع گل حفاری:

ž      گل پایه آبی

ž      گل هوا و کف

ž      گل پایه روغنی

گل پایه آبی: پایه و اساس بیشتر گل های حفاری در صنعت نفت ، آب است یعنی بخش عمده آنها را آب تشکیل می دهد به همین دلیل عموما آنها را گل های حفاری آبی یا آب پایه می نامند.

انواع گل پایه آبی:

1)آب شیرین
 2) گل های فسفاته
 3) گل های طبیعی
 4) گل های بهسازی شده با مواد شیمیایی
 5) گل های سیلیکاتی
 6) گل های گلایکولی
 7) گل PHPA – KCL
 8) گل های بهسازی شده با کلسیم
8-1 ) گل های آهکی
8-2 ) گل های کلرید کلسیم
8-3 ) گل های گچی
 9) گل های آب شور

گل هوا و کف: نوعی گل پایه آبی بوده که در طبقات با شکستگی زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.
گل پایه روغنی: بخش عمده آن گازوئیل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و بقیه آن آب نمک و دیگر افزودنیها می باشد.

به چند دلیل در حفاریها از گل پایه روغنی استفاده میشود:

1) در بخشهای مخزنی جهت جلوگیری از ریزش چاه
2) جلوگیری از ریزش شیل
3) عدم نفوذ زیاد گل بدرون سازند

خصوصیات گل حفاری:

ž      Viscosity: (گرانروی) که در دورRPM 600 اندازه گیری می شود با استفاده از دستگاه Rheometer انجام می گیرد.

ž      yield point: هرچه yield point بالاتر باشد حمل قطعات وcuttings توسط گل راحت ترصورت می گیرد.

ž      mud filtrate: از خواص مهم گل mud filtrate است که با دستگاه API Standard filter press اندازه گیری می شود.

ž      از خصوصیات دیگر گل حفاری استحکام ژله ای گل است.

قیف مارش و ترازوی گل

این دو وسیله به منظور تعیین ویسکوزیته و دانسیته گل حفاری استفاده می شود

خواص مکانیکی گل که باید در آزمایشگاه تعین شود:

ž      PV (plastic viscosity)

ž      YP (yeild point)

ž      GS (gel strength)

ž      FL (filtration lost)

 وظایف گل حفاری:

ž      تمیزکردن ته چاه و انتقال کنده‏های حفاری به سطح زمین

ž      خنک کردن مته و لوله‏های حفاری

ž      روان کردن مته و لوله‏های حفاری

ž      اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش چاه

ž      کنترل فشارهای زیرزمینی

ž      معلق نگه داشتن کنده‏ها و مواد وزن افزا به هنگام قطع جریان گل حفاری

ž      ترخیص شن و کنده‏های حفاری بر روی الکهای لرزان و سایر تجهیزات جدا کننده

ž      تحمل قسمتی از وزن لوله‏های حفاری و لوله‏های جداری

ž      به حداقل رسانیدن ضایعات و آسیب‏ها به سازنده‏های مجاور چاه

ž      انتقال توان هیدرولیکی پمپ‏های گل به مته و بحرکت در آوردن تیغه‏های متحرک مته

بخشهای مختلف مسیر گردش گل:

1) مخازن گل

  2) پمپهای گل

3) Mud hose .

4) Shaleshaker

5) Mud cleaner: شامل 1 - Desander ماسه زدا   و  2- Desilter سیلت زدا

 

6) Degasser
7) Mud aggitator

8) stand pipe manifold

٩) mud pit

سیستم گردش گل حفاری

 

 

                                                                                          by.deli