گل حفاری و نقش آن در حفاری های اکتشافی نفت و گاز
فهرست مطالب :
»موارد استفاده ازگل حفاری
»نقش مواد در گلحفاری
»مواد معدنی مورداستفاده در حفاری
»انواع گل حفاري
»موادي كه به گل اضافه مي شود
»مشخصات گل حفاري
»آنالیز گل حفاری
»سيستم گردش گل
»گردش گل حفاري

»» موارد استفاده از گل حفاری
برای انجام مراحل مختلف اکتشاف مواد معدنی فلزی و غیر فلزی ، نفت ،گاز و آب و همچنین به منظور بررسی و مطالعه خصوصیات سنگ شناسی ، آلتراسیون و کانیسازی لایه‌های زیرزمینی یک منطقه به حفاری می‌پردازند. انواع مهم حفاری عبارتند از : نوع مغزه گیر ، نوع روتاری و نوع ضربه‌ای. مواردی که برای حفاری استفاده می‌شودتابع روش حفاری ، مقاومت سنگها ، میزان شکستگی ، عمق ، مواد گازی و ترکیب کانیشناسی سنگ است.
گل حفاري غير از بالا آوردن تراشه هاي زمين كاربردهاي ديگري نيز در ته چاه انجام مي دهند كه عبارتند از خنك كردن و روان كردن مته . علت اينكه بجاي آب از گل حفاري استفاده مي شود اين است كه خرده سنگهاي حفاري شده داراي وزن مخصوص زيادي هستند و با اينكه گل بعلت سرعت زياد آنها را با خود بالا مي آورد معهذا بايد گرانروي گل بحدي باشد كه بتواند خرده سنگها را با سهولت وبه سرعت از چاه خارج كند .
گلي كه بدين ترتيب خرده سنگها را از چاه بيرون مي كشد و بدرون صافي مخصوصي كه شبيه غربال است هدايت مي شود در آنجا خود گل از صافي عبور كرده اما خرده سنگها روي صافي باقي مي مانند و گل پس از عبور از صافي در مخزني جمع آوري و از آنجا مجددا بداخل رشته حفاري تلمبه مي شود . بدين ترتيب جريان دائمي گل از درون كاسه گردان به داخل رشته حفاري و سرمته و از آنجا به فضاي بين رشته حفاري و چاه و تا صافي مخزن ادامه پيدا مي كند .
گل حفاري باعث مي شود ستون گل حفاري به ديوار چاه فشار آورد و مانع ريزش آن شود . به علاوه بدنه چاه را اندود كرده و منافذ آنرا مي گيرد و ديگر آنكه در مواقعي كه مته در اعماق زياد به لايه گاز يا نفت ( در حفاری های نفت و گاز ) مي رسد ستون گل مانع مي شود كه گاز يا نفت از منافذ لايه مذكور كه ممكن است فشار زياد هم داشته باشد بروي چاه را يابد . به همين جهت غلظت و وزن گل حفاري بايد بيش از وزن آب و بحدي باشد كه بتواند فشار لايه متخلخل مذكور را خنثي كند .

»» نقش مواد در گلحفاری

کنترل وزنمخصوص: برای منترل 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 یاگاز در سنگهایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد، از گالن استفاده می‌کنند. از آهکبه منظور کاهش وزن مخصوص کمک می‌گیرد.
مواد تغییر دهندهغلظت :به منظور بازیابی سریع مواد حفاری شده ، جلوگیری از گیرکردن مته و افزایش سرعت حفاری ، از نبتونیت سدیم‌دار ، اتاپولژیت (Attapulgite) ،آزبست ، موسکویت ، گرافیت و دیاتومیت می‌توان استفاده کرد.
کنترل ترکیبشیمیایی محلول حفاری: ترکیب شیمیایی محلول حفاری بر غلظت ، وزنمخصوص ، سرعت حفاری و دستگاههای حفاری تاثیر مستقیم می‌گذارد. مواد معدنی مورداستفاده عبارتند از بی‌کربنات سدیم ، نمک ، آهک ، دولومیت و ژیپس.

»» مواد معدنی مورداستفاده در حفاری
بنتونیت:به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری در چاههایی که درز وشکاف زیاد دارند. می‌تواند از نبتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاهاستفاده نمود. نبتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می‌دهد. و در نتیجه درصد بازیابیپودر 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 گرافیتلازم می‌آید که البته بعد از بر طرف شدن مانع باید آن را از چاه خارجکرد.
باریت:برای کنترل وزن مخصوص از باریت استفاده می‌کنند.
گالن :به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفادهمی‌نمایند.
آهک و دولومیت :جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصیت قلیای از آهک و دولومیتمی‌توان استفاده نمود.
ژیپس :برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانیهایرسی 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 کنترلپراکندگی 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.

»» انواع گل حفاري :
a) گل پايه آبي
b) گل هوا و كف : نوعي گل پايه آبي بوده كه در طبقات با شكستگي زياد مورد استفاده قرار مي گيرند.
c) گل پايه روغني : بخش عمده آن گازوئيل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و بقيه آن آب نمك و ديگر افزودنيها مي باشد.به چند دليل در حفاريها از گل روغني استفاده مي شود :
1. در بخشهاي مخزني جهت جلوگيري از ريزش چاه
2. جلوگيري از ريزش شيل
3. عدم نفوذ زياد گل بدرون سازند

الف ) گاهي نوع خاص از گل تزريق مي شود به نام پيل : كه با ويسكوزيته بيشتر است و هنگامي كه چاه ساكن است بدرون چاه اضافه مي شود و جلوگيري از هرزروي كه يا از LCM (مواد كنترل كننده هرزروي) و يا از Hv Pill (پيل با ويسكوزيته زياد يا پيل غليظ)استفاده مي شود.
ب ) سلاگ : با وزن حجمي بيشتري است و در هنگام لوله لوله بالا مورد استفاده قرار مي گيرد.

»» موادي كه به گل اضافه مي شود :
1) كاستيك (Na OH) براي تغيير در PH و قليائي نمودن گل
2) رس : جهت بالا بردن ويسكوزيته آن
3) باريت : (Ba SO4) : بمنظور بالا بردن وزن گل
4) CMC Hv : جهت بالا بردن ويسكوزيته در پيل
5) كلسيم (Ca) : بالا بردن سختي گل حفاري
6) بنتونيت به منظور بالا بردن ويسكوزيته
7) LCM (Loss Controller Material): افزودنيهائي مثل پوست گردو ، پوست شكلات ميكا و . . . براي نفوذ در داخل خلل و فرج ( در هنگام هرزروي بالا استفاده مي شود).

»» مشخصات گل حفاري :
صاف آب (WL : Water Loss): بر حسب cc.
پايه آبي : PH
Ca بر حسب ppm
ALK : آلكالينيتي
پايه روغني :ES : مربوط به سالينيتي ( شوري ) 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 كه مثلاً بنتونیت Bentonite به تنهائی از پس كلیه وظایف گل حفاری بر نمی آید. یك سری افزودنی به گل اضافه می كنند كه در این آزمایشگاه با انجام آزمایشهای مختلف تركیب یك گل با خصوصیات مورد نظر بدست می آورند. مثلاً یكی از افزودنیها CMC می باشد كه برای افزایش viscosity به گل اضافه است. از خواص دیگر گل می توان به موارد زیر اشاره كرد :
»»viscosity (گرانروی ) كه در دورRPM 600 اندازه گیری می شود با استفاده از دستگاه Rheometer انجام می گیرد. (یكی 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 كه با دستگاه API Standard filter press اندازه گیری می شود. Mud filtrate مقدار آبی است كه سیال حفاری در حین circulation از دست می دهد. در دستگاه مورد نظرگل را داخل یك محفظه می ریزند و مقدار آبی كه 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 كنند. با افزودن یك سری مواد می توان ضخامت mudcake را كاهش داد.
»»از خصوصیات دیگر گل حفاری استحكام ژله ای گل است.
یكی دیگر از دستگاههایی كه برای اندازه گیری هرز روی و بهینه كردن آن بكار می رود تا آن را به حداقل برساند bridging materialtester) BMT) می باشد. در این دستگاه برای هر نوع سازندی یك مدل اختیار می شود. مثلاً برای سازند ماسه سنگی یك مدل گلوله ای را در نظر می گیرند و میزان هرز روی گل را از داخل این مدل اندازه گیری می كنند.
در آزمایشگاه اسید زنی آزمایشات مربوط به اسیدكاری انجام می شود. می دانیم كه پس از سیمان كاری 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 یك فشار معین به داخل core تزریق می شود. در این دستگاه فشار و حرارت برروی سنگ اعمال می شود. به این وسیله كربناتهای 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 مكانیكی گل كه باید در آزمایشگاه تعیین شوند عبارتند از :
1.Plastic viscosity) PV)
2. Yield point) YP)
3. Gel Strength) gs)
4. Filtration Lost) FL)

»» سيستم گردش گل
سيال حفاري اگر مايع باشد قسمت عمده آن آب است و گاهي نفت جزء اصلي آن است. از رس هاي مخصوصي براي شكل دادن به گل حفاري استفاده مي شود و باريت براي افزايش وزن مخصوص گل بكار ميرود. مواد شيميائي براي كنترل گرانروي (Viscosity) گل و افزايش توانائي ذرات جامد گل براي اندود نمودن ديواره چاه بكار مي روند. ١٪ تمامي چاههاي نفت حفاري شده از هواي متراكم يا گاز طبيعي براي سيال حفاري بجاي گل استفاده كرده اند. مخازن گل داراي همزن هائي هستند(Agitators) (پارو مانند) كه گل را بهم زده و مخلوط مي كنند.

»» گردش گل حفاري :
بخش هاي مختلف مسير گردش گل به قرار زير مي باشند :

۱- مخازن گل :
الف) مخزن ذخيره گل Reserve Tank
ب ) مخزن مكش Suction Tank از آنها بدرون پمپها هدايت مي شود.
ج ) مخزن شيكر Shaker Tank پس از خروج از چاه
د ) مخزن مياني Middle Tank قبل از مخزن مكش قرار دارد.

*مخزن Trip : در حين پر كردن و خالي نمودن چاه در شرايطي غير از حفاري مثلا" لوله بالا مورد استفاده قرار مي گيرد
۲ – پمپهاي گل :
۳- Mud Hose : لوله اي كه از پمپ به Swivel وارد مي شود.
٤- شيل شيكر (ShaleShaker)
۵- Mud Cleaner : شامل ١ - Desander (ماسه زدا) و۲- Desilter (سيلت زدا)
٦- Degasser
۷- MudAggitator : شفتي است كه با چرخش خود در مخزن تركيبات گل را با يكديگر مخلوط مي كند و از ته نشيني مواد موجود در گل جلوگيري مي نمايد. (دستگاه سانتريفوژ روي Suction Tank) قرار دارد).
۸- Stand PipeManifold روي Floor حفاري قرار داشته با چهار مسير بشرح زير :
1) Fill UpLine: هنگام پر كردن چاه از گل
2) JetCellar: مسيري است كه باعث خالي شدن Cellar ميگردد.
3) Bottom KillLine: به سمت Pipe Rams پائين ميرود.
4) Top KillLine: كه به سمت Pipe Rams بالائي مي رود.

٩- Mud Pit : حوضچه اي كه زائده هاي داخل گل درون آن ميريزد.
Over Balance= هرزروي گل در اثر فشار كم سازند
Under Balance= فشار سازند از گل بيشتر بوده و نتيجتا" فوران خواهيم داشت( Flow يا Kick ).

منبع :وبلاگ علوم زمین