سیال حفاری چیست ؟
در مهندسی ژئوتکنیک، از سیال حفاری (گل حفاری) در فرایند حفر چاه در زمین استفاده می‌شود. سیالات حفاری در انواع حفاری شامل حفاری نفت و گاز، دکل‌های حفاری اکتشافی و نیز حفاری چاه های آب به کار می‌روند.
سیالات حفاری به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- سیالات حفاری آبی (پایه آبی) که خود شامل دو دسته تعلیقی و غیرتعلیقی است.
- سیالات حفاری روغنی (غیرآبی)
معمولاً هنگام حفاری سازندهای نفتی و گازی مختلف، متناسب با شرایط، برخی افزودنی‌های پلیمری و رسی نیز به سیال حفاری اضافه می‌شود. اگر شرایط درون چاه اجازه دهد، سیالات حفاری گازی که معمولاً شامل هوا یا گاز طبیعی (و گاهی همراه با عوامل فوم‌ساز) هستند، نیز قابل استفاده‌اند.
کارکردهای اصلی سیال حفاری مایع، اعمال فشار هیدرواستاتیک برای جلوگیری از ورود سیالات سازندی به درون چاه و خارج کردن کنده‌ها (بریده‌ها) حفاری و نیز تعلیق کنده‌ها هنگامی که حفاری متوقف می‌شود (مانند زمانی که تجهیزات حفاری وارد چاه یا از آن خارج می‌شود) است. سیال حفاری همچنین مته را خنک کرده و کنده‌های زیر آن را حین حفاری تمیز کرده و خارج می‌کند. سیال حفاری به‌کاررفته برای یک پروژه خاص با هدف جلوگیری از آسیب سازند و نیز کاهش خوردگی انتخاب می‌شود.
ترکیب گل حفاری
سیالات مایع حاوی مخلوطی از مواد طبیعی و سنتزی هستند که شامل دو گونه است:
- آبی: معمولاً حاوی موادی برای کنترل ویسکوزیته همراه با لوبریکانت‌هایی برای جلوگیری از خوردگی، نمک‌ها و عوامل کنترل pH هستند.
- روغنی: معمولاً روغن هیدروکربنی است.
گل حفاری پایه آبی عمدتاً از رس بنتونیت (ژل) با افزودنی‌هایی مانند باریم سولفات (باریت) جهت افزایش چگالی و کلسیم کربنات (گچ) یا هماتیت تشکیل می‌شود. غلظت دهنده‌های مختلفی مانند کربوکسی متیل سلولز، پلی آنیونیک سلولز، زانتان گام، گوار گام، گلایکول و نشاسته جهت افزایش ویسکوزیته سیال به کار می‌روند.
سیال شکست چیست ؟
سیال شکست مخلوطی از مواد شیمیایی است که در عملیات حفاری جهت افزایش مقدار هیدروکربن‌هایی قابل استخراج استفاده می‌شود. سیال شکست از خوردگی چاه جلوگیری می‌کند، به عنوان روان‌ساز فرایند استخراج عمل نموده و در کنار دیگر کارکردها، از رشد باکتری‌ها و ایجاد گرفتگی نیز پیشگیری می‌کند.
پایدارکننده شیل چیست ؟
پایدارکننده‌ها یا عوامل تثبیت شیل از تعلیق جلوگیری کرده و تورم را که هردو باعث بروز مشکلات درون چاهی مانند گرفتگی، توپی شدن سرمته (bit balling) و اضافه بار گل می‌شوند، به حداقل می‌رسانند. این مواد، بازیابی مغزه و همبستگی سیال حفاری در سازندهای سخت را بهبود می‌بخشند.
کاربرد CMC در صنعت حفاری
CMC در هرسه مورد سیال حفاری (Drilling Fluid) ، پایدارکننده شیل (Shale Stabilizer) و سیال شکست (Fracking fluid) کاربرد دارد. این ماده در سیال حفاری، به عنوان ویسکوز کننده، کاهنده فیلتراسیون (filteration) و کنترل‌کننده رئولوژی عمل می‌کند. در پایدارکننده شیل، از آن برای کنترل ویسکوزیته سیال، تعلیق ذرات سنگین و جلوگیری از اتلاف سیال استفاده می‌شود. همچنین در سیال شکست، از آن برای پر کردن و جلوگیری از اتلاف سیال استفاده می‌شود. در حفاری نفتی از آن می‌توان به عنوان تثبیت‌کننده گل و عامل نگهدارنده آب برای حفاظت از نفت استفاده کرد. از مزیت‌های این ماده می‌توان به عملکرد گل بالا و اتلاف سیال کم اشاره کرد.
گل حفاری همراه با cmc پوشش‌های شفت را قادر می‌سازد تا فیلتر کیک‌های نازک، جامد و کم نفوذپذیر را شکل داده و در نتیجه اتلاف سیال را کاهش دهد. اضافه کردن cmc به گل حفاری، ماشین حفاری را قادر می‌سازد تا ژل اولیه با قدرت پایین بدست آورد، گل را قادر می سازد تا هوای درونش را به سادگی تخلیه کند و باقیمانده ها را به سرعت در یک حوضچه گل جمع آوری کرده و دور بریزد. مانند دیگر سوسپانسیون‌ها، گل حفاری نیز یک بازه عمر معین دارد که با اضافه شدن cmc برای تثبیت آن، افزایش می‌یابد.
گل حفاری cmc دار، به ندرت تحت تأثیر میت قرار می‌گیرد، بنابراین احتیاجی به بالا نگهداشتن مقدار pH و یا استفاده از نگهدارنده‌ها در آن نیست. این گل می‌تواند به عنوان سیال شستشو برای جلوگیری از آلوده شدن به انواع مختلف نمک‌های محلول استفاده شود و باز هم می‌تواند اتلاف سیال حتی در دمای بالا 150 درجه سلسیوس را کاهش دهد.
کاربرد PAC در صنعت حفاری
پلی آنیونیک سلولز (PolyAnionic Cellulose) یا به طور مخفف PAC به منظور کنترل خواص سیال حفاری و جلوگیری از آسیب به دیواره چاه هنگام حفاری به سیال افزوده می‌شود. برخی مزایای استفاده از PAC در سیال حفاری عبارتند از:
- کنترل هرزروی سیال: پلی آنیونیک سلولز در کنترل هرزروی سیال حفاری بسیار مؤثر است که خود در پیشگیری از آسیب دیدن سازند و حفظ پایداری چاه اهمیت دارد. PAC یک لایه نازک نفوذناپذیر فیلتر کیک بر دیواره چاه تشکیل می‌دهد که به جلوگیری از هرزروی سیال و حفظ فشار چاه کمک می‌کند.
- کنترل ریولوژی: پلی آنیونیک سلولز به عنوان اصلاح‌کننده ریولوژی در سیالات حفاری عمل کرده و به کنترل ویسکوزیته و خواص جریان سیال کمک می‌کند. PAC می‌تواند ویسکوزیته سیال حفاری را افزایش دهد که خود به تعلیق کنده‌ها و پیشگیری از ته نشین شدن آنها در کف چاه کمک می‌کند.
- سازگاری با دیگر افزودنی‌ها: پلی آنیونیک سلولز با دامنه گسترده‌ای از دیگر افزودنی‌های سیال حفاری مانند نمک‌ها، امولسیفایرها و دیگر پلیمرها سازگار است. این ویژگی PAC را به یک افزودنی سازگار و منعطف تبدیل می‌کند که می‌تواند برای کاربردهای متنوعی از حفاری استفاده شود.
- پایداری گرمایی و قلیایی: پلی آنیونیک سلولز در دماهای بالا و محیط‌های به شدت قلیایی پایدار است که آن را برای استفاده در شرایط حفاری مختلف مناسب می‌کند.
- دوستدار محیط زیست: PAC ماده زیست‌تخریب‌پذیر و تجدیدپذیر است که دوستدار محیط زیست بوده و تهدیدی برای محیط زیست ایجاد نمی‌کند.
به طور کلی پلی آنیونیک سلولز افزودنی مؤثری برای سیال حفاری است که به کنترل هرزروی، حفظ پایداری چاه و بهبود بازدهی حفاری کمک می‌کند. انعطاف‌پذیری و سازگاری آن با دیگر افزودنی‌ها، آن را به گزینه‌ای مناسب در صنعت نفت و گاز برای انواع کاربردهای حفاری تبدیل کرده است.
شرکت دانش بنیان کیان اکسیر ماهان اولین و تنها تولیدکننده گریدهای مختلف کربوکسی متیل سلولز حفاری (LV, HV) و پلی آنیونیک سلولز (PAC-LV, PAC-HV) مورد تأیید وزارت نفت و شرکت‌های خدمات حفاری در ایران طبق استاندارد API ، آماده ارائه مشاوره تخصصی در این زمینه است. با ما تماس بگیرید.