مشخصات انواع گل حفاری

خواص گل حفاری

خواص گل حفاری شامل وزن و دانسیته، خواص رئولوژیکی، فیلتراسیون و حالت مایع گل و حجم pH می باشد.

انواع گل حفاری

سیالات حفاری به دو دسته عمده تقسیم می شوند. نوع پایه سیال بستگی به ملزومات حفاری دارد. گل حفاری به دو دسته ی زیر تقسیم می شود:

1. گل حفاری پایه آب

2. گل حفاری پایه نفتی (روغنی)

گل حفاری پایه آب

گل های پایه آبی مرسوم شامل ویسکوزیفایرها، عوامل کنترل کاهش جریان سیال، عوامل وزنی، روانکارها، امولسیفایرها، ضد خوردگی ها، نمک ها و عوامل کنترل کننده pH می باشند. گل های پتاسیم گسترده ترین موارد مصرف را برای حفاری شیل های حساس به آب و سیستم های پایه آبی دارند. pH آن ها بین 7 تا 9.5 می باشد. این گل ها شامل دسته بندی زیر می باشند:

· گل بومی

· گل کلسیمی

· گل های طبیعی (گل های قرمز، لیگنیت، لیگنو سولفونات)

· گل پلیمری KCl (با درصد کم مواد جامد، شامل 3 تا 6 درصد جامدات)

· گل مهاری: از هیدراسیون رس ها جلوگیری می کنند (مانند گل آهک، گل با نمک اشباع شده، گل های گچی، گل های آب دریا).

· گل های بنتونیتی

· گل های فسفات دار

· گل های امولوسونی: روغن در آب یا اب در روغن (فاز معکوس با بیش از 5 درصد آب)

گل حفاری پایه روغنی

گل حفاری پایه روغن از هیدروکربن های نفتی به عنوان اصلی ترین ترکیب به همراه مواد دیگری مانند رس ها یا آسفالت های کلوئیدی تشکیل می شود که با اضافه شدن امولسیفایرها، پلیمرها و دیگر افزودنی ها شامل عوامل وزنی می توان ویسکوزیته مطلوب را جهت حفاری ایجاد کرد.

1. گل حفاری پایه نفتی

2. گل حفاری امولسیونی (کمتر از 5 درصد آب، مخلوطی از سوخت دیزل و آسفالت)

مزایای گل حفاری

· آب شیرین و تازه گرادیان فشار 0.433 پاسگال بر فوت را می دهد.

· گرادیان تشکیل فشار طبیعی 0.465 پاسگال بر فوت است.

· آب تازه نمی تواند فشار تشکیل را کنترل کند، جامدات به منظور افزایش چگالی آب اضافه می شوند تا فشار کنترل شود.

عملکردهای اساسی سیالات حفاری

برای عملکرد بهتر سیال حفاری، این سیال باید ویژگی های مطلوبی جهت کارآمدی بیشتر در حفاری، داشته باشد:

· کنترل فشارهای تشکیل شده در چاه

· غلبه بر فشار سیال تشکیل شده

· ممانعت از ایجاد حفرات باریک و کوچک

· خنک کردن و روان کاری مته حفاری

این ویژگی ها شامل خصوصیاتی رئولوژیکی (مانند: ویسکوزیته پلاستیک، نقطه عملکرد (سود) و قدرت ژل و غیره)، پایداری در دما و فشارهای مختلف و پایداری در برابر سیالات آلاینده مانند آب نمک، سولفات کلسیم، سیمان و سیالات پتاسیم می باشند. مراحل عملکرد سیالات حفاری به شرح زیر است:

1. قطعه خنک کننده و دندانه هایش

o عمل حفاری نیاز به انرژی مکانیکی به صورت وزن بر روی قطعه، چرخش و انرژی هیدرولیکی دارد.

o بخش بزرگی از انرژی به عنوان گرما از بین می رود.

o برای حفاری باید گرما را حذف کرد، گل حفاری به حذف گرما کمک می کند.

o گل حفاری کمک می کند تا برش بین دندانه ها از بین برود و مانع از گلوله شدن می شود.

2. سرد شدن و روان شدن زه مته

o چرخش رشته حفاری، گرما تولید می کند.

o گل حفاری به پخش گرما از منافذ کمک می کند.

o گل حفاری گرمای حاصل از انتقال برق را جذب می کند و آن را با تابش آزاد می کند.

o گل حفاری زه یا رسیمان مته را روان کرده و اصطحکاک را کاهش می دهد.

3. کنترل تشکیل فشار

o برای حفاری ایمن، فشارهای تشکیل بالا باید در داخل سوراخ (چاله) باشد تا از ضرر و آسیب جلوگیری شود.

o این به دلیل فشار هیدرواستاتیکی گل ها به دست می آید.

o فشار گل حفاری بالاتر از فشار تشکیل است.

o فشار سنگین تر از 100 تا 200 psi استفاده می شود.

o مراجعه شناسه توازن فشار به عنوان تراشه پائین فشار جا گرفته است.

o میزان نفوذ کاهش می یابد چون CHDP افزایش می یابد.

o برای فشار غیر طبیعی CHDP منفی می شود و ضربه زدن اتفاق می افتد.

4. برش به سطح

o برش تولیدی توسط قطعه باید حذف شود.

o گل حفاری برش را از پایین به سطح منتقل می کند.

o ظرفیت حمل به سرعت حلقه، ویسکوزیته پلاستیک و نقطه عملکرد گل (بازده گل) و سرعت لغزش برش تولید شده بستگی دارد.

o برای سیال با توان کم، سرعت لغزش عبارت است از:

o سرعت حلقه Vr، سرعت جریان تقسیم شده توسط منطقه حلقوی است.

o بالا رفتن سرعت V = Vr - Vs

o وقتی که عملیات حفاری متوقف می شود، گل حفاری برش را معلق می کند.

5. حفظ کردن ثبات چاه

o گل حفاری خوب، قالب حفره ی چاه حفاری را تثبیت می کند.

o فشار دیفرانسیلی بین گل و شکل گیری حفره پایدار است.

o کاهش زمان حفاری نیز کمک می کند حفره پایدار باشد.

6. کمک در ارزیابی و تفسیر صورت عملیات

o در طول فرآیند گل حفاری چاه را پر می کند.

o لگاریتم عملیات برای شناسایی هیدروکربن، اندازه گیری تخلخل و فشار تشکیل استفاده می شود.

o گل باید دارای خواصی باشد که به ارزیابی این خصوصیات کمک کند.

انواع افزودنی های گل حفاری

کاهش جریان سیال زمانی رخ می دهد که سیال با محیطی متخلخل تماس پیدا می کند. این مسئله مربوط به سیالات شکننده و دوغاب های سیمانی می شود. میزان کاهش جریان سیال به تخلخل و نفوذپذیری محیط حفاری بستگی دارد. افزودنی های کاهش جریان سیال به چند دسته تقسیم می شوند:

· افزودنی های معدنی

o بنتونیت (Bentonite)

o سدیم متا سیلیکات (Sodium Metasilicate)

o عوامل پل ساز (Bridging Agents)، شامل کلسیم کربنات، نمک های سوسپانس یا رزین های محلول در نفت

· افزودنی های آلی (شامل بعضی از پلیمرها و کوپلیمرها)

o مشتقات هیومیک اسید (Humic acid derivatives)

o پلی وینیل استات (Polyvinyl acetate)

o پلیمرهای سولفونیک اسید (Sulfonic acid polymers)

o پلیمرهای آکریل آمید (Acrylamide polymers)

o پلیمرهای آکریلیک اسید (Acrylic acid polymers)

o پلی ساکاریدها (Polysaccharides)

· افزودنی های پلی ساکاریدی (افزودنی هایی بر پایه سلولز)

o سلولز پلی آنیونی

o کربوکسی متیل سلولز (CMC)

o نشاسته (Starch)

o نشاسته گرانوله شده و میکا

· افزودنی های مشتقات هیومیک اسید

o لیگنو سولفونات (Lignosulfonate)

· افزودنی های پلیمرهای سنتزی

o پلی اورتو استرها (Polyorthoesters)

o پلی هیدروکسی استیک اسید (Polyhydroxyacetic acid)

o لتکس (Latex)

o پلی وینیل الکل (Poly vinyl alcohol)

o پلی اتیلن ایمین (Polyethyleneimine)

o آکریلیک ها (Acrylics)

o سیلیکون ها (Silicones)

رقیق کننده های گل حفاری

کاهش ویسکوزیته توسط شکستن آبکاری یا صفحه از طریق کناره یا سطح با چسباندن گل رس به صفحات، رخ می دهد. (مانند: فسفات، کریستال لیگنوسولفونات، ذغال سنگ، سورفاکتانت)

غلیظ کننده های گل حفاری

· آهک یا سیمان: (افزایش ویسکوزیته توسط فلوکولاسیون با جایگزینی Na+ کاتدی به جای Ca++ کاتدی.)

· پلیمرها

· توسعه دهندگان

· پلیمرهای کلوئیدی: (CMC و HEC و نشاسته)

· پلیمرهای بلند زنجیر

وزن گل حفاری و دانسیته آن

· وزن یا جرم در واحد حجم

· بستگی به مواد جامد موجود در مایع و یا در محلول معلق می باشد.

· با مجموع وزن در بیش از مجموع حجم ها محاسبه می شود.

· با افزودن مواد جامد، افزایش می یابد.

· با افزودن آب یا روغن و یا مایع کردن آن، کاهش یافته است.

· توسط میزان گل اندازه گیری شده: یک فنجان فولادی پر از نمونه گل تازه و متعادل شده روی لبه تیغه.

· سریع در مقیاس ppg, pcf or kg/m3 بیان شده.

فیلتر کردن و قالب فیلتر

· از دست دادن مایعات در برابر سنگ های متخلخل و نفوذ پذیر، از دست دادن فیلتر نامیده می شود.

· یک لایه از جامدات که روی سنگ پوشیده شده است، به عنوان قالب فیلتر شناخته می شود.

· از دست دادن زمانی رخ می دهد که فشار گل بالاتر از فشار تشکیل شده است.

· مقدار خسارت گل بستگی به حجم فیلتراسیون و ضخامت و مقاومت قالب فیلتر و فشار دیفرانسیل است.

pH گل حفاری

آلاینده های گل حفاری

· سدیم کلراید

· انیدریدها و گچ ها

· سیمان

· آماده سازی گل

· بخش افزودن و مخلوط کردن

· بخش حذف

· بخش مخلوط شدن مواد

· تمیزکننده گل حفاری

· سانتریفیوژ

گل حفاری آب دریا

گل آب دریا گلی بر پایه آب است که برای حفاری دریایی طراحی می شود. آب دریا نمک کمی داشته در حدود 3 تا 4 درصد دارای NaCL بوده ولی به خاطر حضور یون های Mg₊₂ و Ca₊₂ سختی بالایی دارد، که می توان این سختی را با اضافه کردن NaOH و Na₂CO₃ و رسوب دادن یون های مذکور حذف کرد. افزودنی هایی که برای گل آب دریا استفاده می شوند به شرح زیر است:

· خاک رس بنتونیت (Bentonite Clay)

· لیگنو سولفونات (Lignosulfonate)

· لیگنیت (Lignit)

· سی ام سی (CMC)

· سود سوزآور (Caustic soda)