افزودنی های گل حفاری و انواع گل حفاری (drilling mud یا drilling fluid) – عملیات حفاری مخازن در حدود 80% کل هزینه های یک چاه را در بر می گیرد و می توان از آن به عنوان اصلی ترین عملیات بهره برداری نام برد. حفاری چاه های نفت و گاز عملیاتی دشوار ، دقیق ، نیازمند مطالعات بسیار و پرهزینه است که در این میان سیال حفاری به دلیل کاربردهای چندگانه ای که ایفا می کند از مواد بسیار مهم به شمار می آید. گل حفاری سیالی است که همراه با مته به وسیله پمپ به داخل چاه فرستاده شده و پس از انجام کارهای مورد انتظار از چاه خارج می شود که البته این عملیات به صورت چرخشی انجام می گیرد.
.
کارکردهای سیال حفاری
- برقراری تعادل فشاری
- حمل تراشه ها و مواد حاصل از عملیات حفر توسط مته ، به سطح زمین
- تمیز کردن زیر مته
- خنک سازی و روان کاری مته و رشته حفاری
- آب بندی دیواره چاه
- کنترل خوردگی
- …
از آنجا که نوع مخزن و فرآیند حفاری برای هر مخزنی منحصر به فرد است ، نوع گل حفاری نیز باید متناسب با روند حفاری و شرایط مخزن باشد. سیال حفاری پس از خروج از چاه با عبور از مراحل مختلف از جامدات و مواد ناخواسته عاری شده و دوباره به چرخه عملیات بازگردانده می شود.
سیال حفاری یک سیال پیچیده است که دارای تعداد زیادی افزودنی است. نوع و مقدار این افزودنی ها به نوع روش حفاری و مخزنی که حفاری بر روی آن انجام می شود ، بستگی دارد. گل های حفاری را می توان به گل بر پایه آب (WBM) ، گل بر پایه روغن (OBM) ، گل با پایه سنتزی (SBM) ، امولسیون ها ، امولسیون های معکوس ، هوا ، مایعات فومی و …. تقسیم کرد.
ترکیبات و افزودنی های گل حفاری
یک سیال حفاری معمولی می تواند ترکیبی از آب و خاک رس باشد که برای بالا آوردن تراشه های حاصل از عملیات حفر مورد استفاده قرار می گیرد. اما همانگونه که گفته شد به دلیل کارکردهای متفاوتی که این سیال باید داشته باشد ، مواد افزودنی دیگری نیز به آن افزوده می شود ، ترکیب و نوع مواد افزودنی گل حفاری در ادامه شرح داده شده اند ( فاز پیوسته آب در نظر گرفته شده است) :
جامدات واکنشی :
برای تعیین ویسکوزیته و نقطه عملکرد
این جامدات عموما رسی هستند و جهت بهبود ویسکوزیته و مقاومت افزوده می شوند. دو نوع رس در این نوع سیال مورد استفاده قرار می گیرد : 1.رس بنتونیت 2. رس آتاپولگیت
جامدات خنثی :
برای تعیین دانسیته
این جامدات به دو دسته چگالی زیاد و چگالی کم تقسیم می شوند. جامدات دارای دانسیته پایین شامل شن و chert می شود.
جامدات با دانسیته بالا برای افزایش وزن و یا دانسیته سیال افزوده می شوند که شامل موارد زیر هستند:
باریت : باریم سولفات BaSO4 دارای چگالی ویژه 4.2 است و برای آماده سازی گل با وزنی بیش از 10 پوند بر گالن استفاده می شود و به عنوان عامل افزاینده وزن با قیمت کم و خلوص بالا شناخته می شود.
سولفیدهای سرب : دارای چگالی ویژه 6.5 -7 است و به گل حفاری اجازه میدهد تا 35 پوند بر گالن وزن داشته باشد.
سنگ آهن : دارای چگالی ویژه 5+ ، حاوی مواد سمی و اثر فرسایشی بیشتری دارد
افزودنی های شیمیایی :
این مواد برای کنترل خواص به سیا حفاری افزوده می شوند که به دو دسته رقیق کننده ها و غلیظ کنند ها تقسیم می شوند.
رقیق کننده ها
این ترکیبات ویسکوزیته را با شکستن اتصال دانه های رس در لبه ها و مقابله در مقابل چسپیدن ذرات رس به یکدیگر کاهش می دهند.
فسفات ها : سدیم تترافسفات (Na4PO7) و سدیم اسید پیروفسفات (Na2H2P3O7) ، مناسب برای تمامی مقادیر pH و دمای مجاز برای الستفاده تا 70 درجه سانتیگراد
کروم لیگنوسولفونات : این ترکیب در 149 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. رسوبات غلیط و خاک رس را پراکنده می کند و ویسکوزیته را کاهش می دهد. کروم لیگنوسولفونات به لبه های شکسته خاک رس چسپیده و باعث کاهش نیروهای جاذبه می گردد.
لیگنیت : در 175 درجه سانتی گراد تجزیه شده و می تواند به عنوان عامل از دست دادن آب مورد استفاده قرار بگیرد.
سورفکتانت ها (عامل کاهش دهنده کشش سطحی ) : از دست دادن آب را کاهش می دهد . به عنوان امولسیفایر در گل های حفاری پایه روغن مورد استفاده قرار می گیرد.
غلیظ کننده ها
آهک یا سیمان : افزایش ویسکوزیته با لخته سازی که ناشی از جایگزین شدن یون های Na+ با Ca2+ است.
پلیمرها : این ترکیبات وزن مولکولی بالایی دارند و بر خواص جامد اثر بسیار کمی میگذارند.
ترکیبات پلیمری در سه نوع موجودند :
توسعه دهنده ها : سدیم پلی اکریلات – ویسکوزیته را با لخته سازی بنتونیت افزایش می دهد.
پلیمرهای کلوئیدی : کربوکسی متیل سلولز( CMC ) ، هیدروکسی اتیل سلولز (HEC ) و نشاسته
پلیمر بزرگ زنجیر: شامل زانتانگام
کنترل کننده های pH :
در جدول زیر pH برخی از مواد نشان داده شده است. pH نقشی اساسی در کنترل پایداری کلسیم دارد . نشاسته برای بالا بردن pH تا 11.5 اما با حضور ضد باکتری ها مورد استفاده قرار می گیرد. مقدار بهینه pH بین 8 تا 11 است و کمترین میزان آن برای کنترل خوردگی 7 است.
تشکیل گچ
در درون چاه به دلیل جنس سنگ و ترکیبات موجود کلسیم سولفات شکل می گیرد که می تواند آثاری همچون لخته شدن رس ، افزایش ویسکوزیته ، از دست رفتن فیلتریت و قوی شدن ژل داشته باشد . برای متمرکز کردن این عمل از کاستیک سودا و کروم لیگنوسولفات استفاده می شود. در برخی موارد نیز می توان از سدیم کربنات استفاده کرد.
از دیگر موادی که مورد اسفاده قرار می گیرد نمک است، نمک باعث افزایش ویسکوزیته ، قوای ژل بنتونیت و کاهش pH می شود. علاوه بر موارد فوق وجود نمک باعث بزرگ شدن سوراخ می شود که به همبن دلیل توصیه می شود از mud اشباع از نمک استفاده شود.
علاوه بر مواردی که اشاره شد مواد دیگری از جمله اسید سیتریک ، سدیم متا بی سولفیت و … بنا بر اقتضا و شرایط حفاری می توانند به عنوان افزودنی گل حفاری استفاده شوند.
انواع گل های حفاری
گل حفاری با پایه آب
سیال پایه این ترکیب آب/نمک است. به خاطر سازگاری با محیط این نوع سیال ماده ای ایده آل برای خارج کردن تراشه های ناشی از حفاری است. یک WBM متعارف از یک ترکیب پلیمری به عنوان عامل ویسکوز کننده استفاده می کند. پلیمر استفاده شده می تواند خطی ، کراس لینک شده ، سنتزی و یا بیوپلیمر باشد.
گل حفاری سورفکتانت ویسکوالاستیک (VES) یک گل بر پایه آب است ، این سیال یک سورفکتانت دارد که هم خواص ویسکوز و هم الاستیک را باهم دارد، بنابراین می تواند که خود را التیام داده و خواص رئولوژیکی خود را بازیابد. هر چند که این نوع سیال نسبت به گل متعارف WBM گرانتر است اما به دلیل نیاز نداشتن به بازیابی مکرر در زمان حفاری، صرفه جویی قابل توجهی را به همراه خواهد داشت.
گل حفاری پایه روغنی
این گل ها از روغن به عنوان سیال پایه بهره می برند و فرمولاسیون آنها در مقایسه با گل های پایه آبی پیچیده تر و قیمت بالاتری نیز دارند. از مزایای این نوع گل می توان به کنترل عالی در زمینه از دست رفتن سیال حفاری ، روان کاری مناسب برای مته حفاری ، توانایی بالا در حمل تراشه ها و غیره نام برد. از معایب این گل نیز می توان به اتصال ضعیف بین سیمان و دیواره به دلیل سطوح تر روغن و خطرات محیط زیستی اشاره کرد.
از پیشرفت های اخیری که در تولید این گل ها صورت گرفته ، استفاده از روغن پالم خام و یا تصفیه شده به جای دیزل است که آن را بیشتر با محیط زیست سازگار می کند.
گل با پایه سنتزی
این سیالات در ترکیب شبیه به OBM هستند با این تفاوت که سیال پایه در این نوع گل یک ماده سنتزی است که جایگزین روغن شده است. ترکیبات آروماتیک کمتری در ساختار خود دارند و از این لحاظ سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند. اولین نسل SBM ها از پلی آلفا الفین ها ، استرها و یا اترها بودند. این مواد ویسکوزیته بالایی داشتند و برای پمپ کردن مشکلاتی را به وجود می آوردند. نسل بعدی سیالات سنتزی نسخه بهبود یافته ای بود که از آلفا اولفین ها خطی ، پرافین ها خطی و الفین های ایزومری تشکیل می شدند. این ترکیبات ویسکوزیته کمتری نسبت به نسل اول خود داشته ، پمپ کردنشان راحتتر است و هزینه تولید عملیاتی کمتری دارند.
سیالات حفاری امولسیونی
این سیال محلول آب/نمک را به عنوان فاز خارجی و و روغن را به عنوان فاز داخلی دارد. در حال حاضر هیدروکربن های سنتزی در حال گرفتن جای روغن به عنوان فاز داخلی هستند. در این نوع از یک سورفکتانت جهت امتزاج فاز آبی و روغنی استفاده می شود. این سیالات نسبت به گل های WBM گرانتر و از گل های OBM ارزانتر هستند.
هوا
این سیال در مواردی که حفاری به صورت فروتعادلی صورت گرفته و هیچگونه تماسی با ترکیبات هیدروکربنی و یا آب وجود نداشته باشد، مورد استفاده قرار می گیرد.
پیوندهای مفید :
