GaPs.ir - Geology and Petroleum Science - نفت

تست ساق مته (DST)

این تست برای گردآوری و تکمیل اطلاعات مخزن انجام می­گردد. گرفتن نمونه سیال مخزن، اندازه­گیری فشار مخزن و تراوایی سازند، میزان آسیب وارده به سازند در حین حفاری، شعاع بررسی، دانسیته و گرانروی نفت نیز از جمله اطلاعاتی است که می­توان از طریق تست ساق حفاری بدست آورد. این تست در واقع ترکیب دو تست Build Up و دو تست Draw Down می­باشد که توسط اجزا مشتمل در ساق DST (شکل 1) یا تا حدودی همان Dry Test صورت می­گیرد که عبارتند از:

اجزا اصلی:

Packer: برای برداشتن هد سیال حفاری از روی سازند تحت آزمایش که با set شدن روی دیواره چاه ارتباط بالا و پایین را قطع می­کند. پکر دارای یک سری Mechanical Slips، Drag Spring و Packing Element می­باشد. با چرخش پکر به سمت راست، Drag Springها روی دیواره گیر کرده و سبب باز شدن و درگیر شدن سلیپس­های مکانیکی می­شوند. سپس با اعمال وزن روی پکر، لاستیک آن باز شده و به اصطلاح set می­شود.

Anchor Pipe: لوله­های مشبک که برای ورود سیال به داخل دستگاه تعبیه شده­اند و در تست ساق حفاری سه عدد از آن­ها بکار می­رود. این لوله­های مشبک معادل Blast Joint در رشته تکمیلی می­باشند.

Hydro Spring: به شیر اصلی معروف است که دارای یک پیستون هیدرولیکی می­باشد. این پیستون با وزن گذاشتن توسط لوله­ها با تاخیر باز شده و در حقیقت عامل ایجاد باز اولیه است. با باز شدن این شیر و کنار رفتن پیستون، ارتباط سازند با آب ضربه­گیر برقرار می­شود که این عمل بصورت یک شوک در سطح قابل مشاهده است.

By-Pass Port: پورت­هایی که اجازه عبور گل حفاری از زیر پکر به بالای ان را در حین لوله پایین و یا برعکس برای لوله بالا می­دهند تا سرج و سواب درون چاه به حداقل برسد (عموما با Hydro Spring بصورت یک واحد می­باشد.).

اجزا فرعی:

Top BT: برای قرار گرفتن ساعت

Middle BT: برای قرار گرفتن ساعت و گیج مکانیکی

Bottom BT: برای قرار گرفتن ساعت و مموری گیج

DCIP: برای باز کردن و بستن دستگاه برای انجام تست

اجزا ایمنی:

Jar: برای ضربه زدن و آزاد کردن دستگاه حین گیر (به اصطلاح عامیانه به آن نه-جار گفته می­شود)

VR Safety Joint: وقتی بصورت چپگرد چرخانده شود، باعث باز شدن و آزاد شدن دستگاه از بالای این قطعه می­شود و در حقیقت یک اتصال ایمنی می­باشد.

Reverse Circulating Sub: برای انجام گردش معکوس بعد از پایان یافتن تست. این وسیله یک پین برشی دارد که با برخورد بار روی آن بریده شده و یک مجرا برای گردش معکوس از آنالوس به درون لوله­های حفاری را ایجاد می­کند.

Bar: این میله برنجی در انتهای تست از روی سطح رها شده و با سقوط بر روی پین­های برشی Reverse Circulating Sub امکان گردش معکوس را ایجاد می­کند.

Surface Equipment: تجهزات سطحی شامل چند راهه کاهنده که از مجموعه ولوهای Low Torque 90 درجه­ای تشکیل شده است. این ولوها با 1/4 دور باز و بسته می­شوند. ولوها و اتصالات تحمل فشار 15000 تا 20000 پام را دارند.

شکل 1: اجزا DST

نحوه برپایی تجهیزات

در تست DST هنگام سوار کردن تجهیزات، اولویت قرارگیری قطعات از مهمترین اصول می­باشد. پکر همواره در جایی قرار می­گیرد که ناحیه زیر آن برای انجام تست برگزیده شده است. بنابراین زیر پکر محل ورود سیال مخزن به داخل مجموعه خواهد بود. پس لوله­های مشبک باید در زیر پکر قرار گیرند و در ضمن در بالای پکر نیز محلی برای جمع شدن نمونه سیال در نظر گرفته شود. اگر پکر در محلی بالاتر set شود، برای رساندن Bottom BT به ته چاه در صورتیکه طول لوله­های مشبک کافی نباشد، می­توان از یک یا چند شاخه لوله وزنه در کنار این لوله­ها استفاده کرد. باز و بسته کردن دستگاه نیز از طریق چرخاندن براست در سطح باید امکانپذیر باشد.

کلیه قطعات DST توسط Air Hoist بالا کشیده شده و روی Floor به هم متصل می­شوند. چون تست DST در حفره 8/1 6 اینچ در حال انجام است، ابتدا یک شاخه کالر 4/3 4 اینچ را توسط Hook بلند کرده و تجهیزات DST را دنباله آن می­بندیم. شکل 4 نحوه چیدمان اجزا DST را نشان می­دهد. در مجموع سه شاخه کالر برداشته می­شود که زیر DCIP  و دو تا بالای آن بسته می شود.

شکل 2: نحوه چیدمان اجزا DST

نحوه انجام تست DST

پس از سوارکردن تجهیزات و لوله پایین تا محل تست، نوبت به set کردن پکر روی دیواره چاه می­رسد. برای نصب پکر روی دیواره چاه ابتدا 4 دور براست رشته را چرخانده که باعث باز شدن سلیپس­های پکر و چسبیدن آن­ها به دیواره چاه می­شود. سپس 5/2 برابر قطر پکر (ضرب در 1000 پوند) روی آن وزن گذاشته تا لاستیک­های پکر به دیواره چاه چسبیده و ارتباط بالا و پایین را قطع کند. همانگونه که در شکل 1 قابل مشاهده است، پکر مربوط به DST فقط یکسری سلیپس مکانیکی دارد که تنها از حرکت رو به پایین پکر جلوگیری می­کند. هنگام پایین بردن رشته چون با افزایش عمق فشار هیدروستاتیک افزایش می­یابد، دستگاه با پایین رفتن افزایش فشار را نشان می­دهد (شکل 3). حالت نامنظم افزایش نشان دهنده تغییر فشار از حالت دینامیک به استاتیک در حین اتصال لوله­ها، صرف زمان برای Connection و پرکردن آب ضربه­گیر می­باشد. به محض ست شدن پکر، فشار برداشته شده و نمودار افت فشار فاحشی را نشان می­دهد که ناشی از برداشته شدن هد سیال حفاری است (شکل 4). پس از ست شدن پکر در اثر اعمال وزن رشته، Hydro Spring باز شده و ارتباط آب ضربه­گیر با سازند برقرار می­شود (باز اولیه). ارتفاع آب ضربه­گیر باید بگونه­ای انتخاب شود که 2000 پام اختلاف فشار با سازند در ابتدا برقرار شود. با باز شدن این شیر، سیال مخزن اجازه می­یابد تا وارد رشته حفاری که اکنون دارای فشار پایین­تری است بشود (شکل 5). این حالت به مدت 5 تا 10 دقیقه ادامه می­یابد که به زمان باز اولیه معروف است و برای آزادسازی هرگونه فشار گیر افتاده حین ست کردن پکر و یا از بین بردن هرگونه مکش انجام می­شود.

شکل 3: افزایش فشار حین پایین رفتن دستگاه

شکل 4: Set شدن پکر و افت فشار

چون پکر دارای قطر نزدیک به حفره می­باشد و همچنین دستگاه بصورت ته بسته در چاه رانده می­شود، در حین پایین رفتن درگ و سرج ایجاد شده ممکن است سبب هرزروی و یا تاخیر در عملیات شود. برای غلبه بر این مشکل یک سری By-pass Ports ارتباط زیر و بالای پکر را برقرار کرده و به سیال حفاری اجازه می­دهند چه در حین لوله پایین برای انجام تست و چه در حین لوله بالا بعد از انجام تست از پورت­ها عبور کند و به این ترتیب از trap شدن فشار جلوگیری می­کنند.

شکل 5: باز کردن دستگاه و ارتباط سازند با آب ضربه­گیر (زمان باز اولیه)

در شکل 5 شیب خط مربوط به افزایش فشار نشان دهنده خصوصیات مخزن است. هر چه خط بیشتری داشته باشد نشان­دهنده Transmissivity بالاتر مخزن است. در واقع مخزن دارای تراوایی بیشتری خواهد بود. در این شکل، در ابتدای باز شدن شیر اصلی فشار ثبت شده توسط گیج­ها نشان دهنده فشار هیدرواستاتیک آب ضربه­گیر می­باشد که به مرور زمان و با ورود سیال از مخزن به داخل دستگاه، فشار افزایش یافته و در پایان این زمان، فشار ثبت شده برابر فشار آب ضربه­گیر به اضافه فشار ستون سیال ورودی به دستگاه می­باشد.

حال با چرخاندن رشته به اندازه 11 دور، DCIP بسته شده و فشار افزایش یافته تا به نزدیک فشار اولیه مخزن برسد. این مدت زمان که نیم تا یک ساعت بطول می­انجامد، به زمان بست اولیه مشهور است (شکل 6).

شکل 6: بست اولیه

با بستن دستگاه توسط چرخش براست، ورود سیال از سازند به داخل حفره ادامه می­یابد و به همین خاطر فشار افزایش می­یابد تا به مرور زمان به مقدار ثابتی برسد. رسیدن فشار به این مقدار ثابت تابع میزان تراکم­پذیری نفت می­باشد و هرچه نفت دارای ترکیبات سبک­تر و تراکم­پذیرتری باشد، شیب افزایش فشار کمتر بوده و خط دیرتر به حالت افقی نزدیک می­شود.

با چرخاندن رشته حفاری براست به میزان 14 دور DCIP باز شده و سیال برای دومین بار وارد دستگاه می­گردد. در این مدت زمان که به زمان باز ثانویه معروف است، نمونه سیال مخزن به اندازه کافی وارد رشته حفاری می­شود و در مخازنی که دارای فشار بالاتری هستند، ممکن است در طول این مدت زمان، سیال به سطح برسد و اگر در اثر کم بودن فشار مخزن و یا مناسب نبودن تراوایی مخزن، سیال به سطح نرسد این مرحله نهایت 2 تا 3 ساعت بطول می­انجامد. شکل 7 وضعیت دستگاه در حالت باز ثانویه را نشان می­دهد.

مرحله بعدی بستن دستگاه به منظور تعیین فشار سازند می­باشد. این حالت که به بست ثانویه یا نهایی معروف است باید دو برابر زمان باز ثانویه باشد که عموما در مناطق نفتخیز 4 ساعت است (شکل 8). با گردش 14 دوری رشته براست، برای آخرین بار DCIP بسته می­شود.

شکل 7: باز ثانویه

شکل 8: بست ثانویه

در بست ثانویه چون نفت مجبور است از فاصله دورتری از چاه (درون سازند) به سمت حفره حرکت کند، ممکن است فشار به اندازه بست اولیه افزایش نیابد. در این شورت باید مدت زمان بیشتری نسبت به زمان بست اولیه صبر کرد تا فشار به فشار مخزن میل کند و در حقیقت شوک فشاری ناشی از دو پریود تولیدی باز اولیه و ثانویه خنثی شود. به عبارت دیگر چون در زمان باز ثانویه شعاع ریزش بزرگتر است، زمان بست ثانویه باید طولانی­تر باشد تا فشار دوباره پایدار شود.

مرحله نهایی انداختن بار برای گردش معکوس است. بار همانگونه که در شکل 9 قابل مشاهده است، یک میله 3 تا 6 فوتی است که با رها شدن و سقوط روی پین­های برشی Reverse Circulating Sub مسیر گردش معکوس سیال را ایجاد می­کند. بار از جنس برنج می­باشد تا در حین رها شدن و برخورد به لوله­ها جرقه ایجاد نکند. در زمان تست لایه آزمایی باید برای جلوگیری از انفجار گاز خروجی باید احتمال ایجاد جرقه در ابزار و روی فلور را به صفر رساند. برای این کار علاوه بر اینکه بار باید از جنس فلز برنج باشد، باید کلیه پتک­های مورد استفاده روی فلور جهت باز و بسته کردن چکسون­ها نیز برنجی باشند تا کوچکترین جرقه­ای ایجاد نشود.

اگر بنا به عواملی مانند انحنای چاه و لوله­ها و یا مناسب نبودن پین­های برشی، با رها کردن بار مسیر برای گردش معکوس باز نشد، می­توان با چرخش 16 دوری رشته بصورت راستگرد، DCIP باز شده و ارتباط داخل لوله­ها را با آنالوس برقرار می­کند. قبل از رها کردن بار پمپ­ها را آماده کرده و از دهانه میز دوار آنالوس را نگاه می­کنیم. به محض پایین رفتن سطح آنالوس که نشان دهنده باز شدن مجراست، شروع به پمپاژ می­کنیم تا سطح سیال در آنالوس بالا بیاید. به محض پر شدن چاه، Hydrill را بسته و به تعداد استروک­های مورد نیاز برای رسیدن آب ضربه­گیر به سطح، از Top یا Bottom گل پمپ می­کنیم.

گردش معکوس گل به این خاطر است که اگر آب ضربه­گیر مخلوط با گاز و یا نفت باشد بتوان راحت آن را وارد چکسون­های 15000 پامی موجود روی فلور کرده و سپس آن را برای کنترل و تخلیه به سمت سیستم کاهنده دکل فرستاد. از طرف دیگر، حجم بسیار کمتری از گل با آب و نفت مخلوط شده و در ضمن سرعت عملیات (بیرون ریختن آب ضربه­گیر و نفت و گاز همراه) بالاتر می­رود. همانگونه که در شکل 1 (اجزا DST) قابل مشاهده است، پورت­های گردش معکوس کوچک بوده که محدودیت پمپاژ گل را ایجاد می­کنند و حتی با gpm کم، فشار پمپ بالا می­رود و نمی­توان آب ضربه­گیر را بصورت عادی بیرون ریخت (زمان بسیار بالایی می­طلبد و خطراتش هم بیشتر است).

طوقه گردش معکوس عموماً بالای آخرین لوله وزنه مورد استفاده بسته می­شود تا در حین گردش معکوس هم نمونه نفت داخل لوله­ها باقی بماند و هم فضای کافی برای ته نشینی مارل و رسوبات کنده شده از سازند و عدم پلاگ کردن مجرای گردش معکوس را مهیا کند. جریان برگشتی از چاه توسط لاین­های چکسون به چند راهه کاهنده فشار دکل هدایت می­شود. این چندراهه سه مسیر برای خروج گل دارد، یکی به سمت Shaker Tank یکی به سمت Reserve pit و آخری به سمت گودال آتش. ابتدا مسیر به سمت گودال کنده­ها را باز کرده و گلشناس را مامور می­کنیم تا با گرفتن نمونه از خروجی و وزن کردن آن نوع سیال را مشخص کند. بطور معمول ابتدا باید آب ضربه­گیر، بعد آب مخلوط به نفت و یا گاز، بعد گاز یا نفت، نفت مخلوط با گل و در نهایت گل حفاری از چاه خارج شود.

پس از رسیدن به آب مخلوط با نفت، مسیر جریان را به سمت گودال آتش عوض می­کنیم. از قبل در خروجی لاین آتش یک لاستیک را آتش می­زنیم تا به محض خروج گاز یا نفت، مواد خروجی مشتعل شوند. نمونه سیال مخزن را در این حالت می­توان از محل چندراهه کاهنده فشار گرفت و یا صبر کرد بعد از بالا کشیدن تجهیزات، نمونه نفت داخل کالرها را بازیافت نمود.

شکل 9: برخورد بار و باز شدن مجرا برای گردش معکوس

پس از گردش معکوس نوبت به unset کردن پکر می­رسد که با انجام اینکار، گیج­های فشار، دوباره فشار هیدروستاتیک قبل از نصب را نشان خواهند داد (شکل 10). چون فشار بالا (فشار گل داخل آنالوس) و زیر پکر (فشار مخزن در انتهای بست ثانویه) حدود psi 200 اختلاف دارد، حرکت رو به بالای پکر در حین تست امکانپذیر نیست با این حال که پکر مربوط به DST فقط یکسری سلیپس مکانیکی دارد که تنها از حرکت رو به پایین آن جلوگیری می­کنند.

این psi 200 اختلاف فشار آزادسازی پکر را نیز مختل خواهد کرد. برای غلبه بر این مشکل، زمانیکه لوله­ها کمی به سمت بالا کشیده شوند Hydro Spring بسته شده و با حرکت پیستون به سمت بالا، By-Pass Portها باز شده و فشار بالا و پایین پکر که یکی شد، می­توان آن را براحتی unset کرده و بالا کشید. چون لاستیک­های پکر برای مدت طولانی باز بوده­اند، کمی طول می­کشد تا منقبض شده و به سایز اولیه برسند.

با انجام لوله بالا برای بالا کشیدن تجهیزات، گیج­ها دوباره کاهش فشار را نشان می­دهند (شکل 11). یک نمونه از گیج­های فشار در شکل 12 نشان داده شده است.

شکل 10: افزایش فشار پس از باز کردن پکر به فشار هیدرواستاتیک گل

شکل 11: کاهش ممتد فشار در حین لوله بالا

گل حفاری

مقدمه

داستان گل حفاري به صدها سال پيش و به زماني بر مي گردد كه براي حفر زمين تا عمق ها ي 10 تا 20 متري از آب به دو دليل استفاده مي کرده اند که شامل :

1- مرطوب و نرم كردن زمين مورد حفاري

2- بالا آوردن كنده هاي حاصل ازحفاري به همراه جريان آب بسطح

اما به به مرور كه بشر نياز به تحقيق بيشتر دراعماق پائين تر زمين پيدا كرد٬ اهميت سيال حفاري روز بروز افزونتر گرديد . با رونق حفاري هاي پيشرفته و بخصوص حفاري چاه هاي نفت و گاز اعتبار سيال يا گل حفاري تا به آنجا رسيد كه آنرا خون حفاري ناميدند و امروزه حفاري بدون گل حفاري آنقدر غير ممكن است كه حيات بدون آب.

تعريف گل حفاري :

گل حفاري تركيبي است از مواد شيميائي معدني و آلي كه بشكل مايع ساخته مي شود و در حفاري بكار گرفته مي شود. اين تركيب از دو فاز جامد و مايع تشكيل مي گردد. انواع گل هاي حفاري  شامل طبقه بندی زیر است:

الف : گلهاي پايه آبي

ب : گلهاي پايه روغني

ج : حفاري با هواي خشك

د : حفاري با هوا و كف فشرده

ه : گل هوازده

الف : گل هاي پايه آبي :

چون پايه اكثر گلهاي حفاري را آب تشكيل ميدهد٬ به اين گل ها پايه آبي ميگويند . گلهاي پايه آبي از دو فاز مايع و جامد ساخته مي شود .

 الف- فاز مايع :

فاز مايع اكثر گلها٬ آب است . آب برخي از مواد را بصورت محلول و بعضي ديگر را بصورت معلق در خود نگه ميدارد. آب مورد مصرف حفاري هم از نظر وزن مخصوص و هم به لحاظ نوع كاربرد٬ انواع مختلفي دارد كه عبارتند است :

ـ آب شيرين يا  Fresh water كه نمك محلول در آن كمتر ازppm  10000 است.

ـ آب شور ياSalt water كه بسته به مقدار شوري و نمك هاي محلول در آن به يكي از انواع زير اطلاق مي گردد :

الف ـ آب دريا Sea water با کلر و سديم ppm  35000

ب ـ آب شور  Brackish water با كلر و سديم ppm  20000

ج ـ آب سير شده از نمك يا املاح اشباع شده با كلروسديم (Salt saturated water) بين ppm 280000   ppm   320000.

د ـ آب نرم Soft water  آ بي است كه مواد محلول چنداني ندارد. مثل آب مقطر و آ ب باران قبل از تماس با زمين 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 يا فاز جامد گل حفاري به موادي گفته مي شود كه يا توسط كاربر به فاز مايع اضافه میگردند يا توسط سازند و در هنگام حفاري وارد سيستم گل حفاري مي شوند که مقدار آنها در سيال حفاري از 5% تا 50% حجمي فاز مايع٬ متغير است. اين مواد به دو دسته مواد فعال  Active و غير فعال Inert تقسيم مي شوند.

هردو نوع این مواد اگر از سازند وارد گل حفاري شوند٬ ممكن است باعث ایجاد تغييرات نامطلوب بر روي گل حفاري گردند كه اصطلاحا به آنها مواد مضر هم گفته مي شود مثل شن و ماسه و بلعکس اگر تاثير مثبت روی  گل حفاري داشته باشند ٬ آنها را مواد مفيد میگويند مثل رس ها در گل هاي سبک.

 موادي كه توسط كاربر به گل حفاري افزوده مي شوند اگر بر سيال تاثيرات فيزيكي و شيميائي بگذارند به آنها مواد فعال یا  Active گويند. مانند نيتونايت ٬ استارچ٬ CMC و هر گونه ماده اي كه بخاطر تغيير رئولوژي به گل افزوده مي گردد .

مواد غیر فعال یا Inert به موادي گفته مي شوند كه فقط تاثير فيزيكي بر گل حفاري دارند. مانند باریت ٬ فروبار و    پودر سنگ آهك یاLimestone  كه فقط وزن گل را بالا مي برند .

حفاري در ايران از ابتدا بوسيله گلهاي پايه آبي يا آب آغاز مي گردد و با تغيير شرايط چاه از انواع ديگر گل ها استفاده مي شود. بطور كلي سازند هاي حفاري ايران را مي توان به گروه هاي زير تقسيم كرد.

الف: حوزه هاي با فشار بسيار كم و با شكستگي هاي زياد مثل سازندهاي جنوب شرقي ايران (زاگرس جنوبي)

ب: حوزه هاي با فشار كم مانند سازندها آغاجاری، ميشان و قسمت فوقاني سازند گچساران

ج: سازندهاي با فشار زياد مثل بخش ها ششگانه سازند گچساران در اين لايه ها از آب اشباع از نمک ٬ استارچ  و مواد وزن افزا مثل باريت و فروبار استفاده مي شود ( گل سنگين ) و  PH اين نوع گل هم در محدوده 10 – 8.5 متغير است .

د: حوزه هاي نفتي يا گازي آسماري ، آنوسين ، بنگستان، كنگان ، مزدوران ، شوريجه و ساير سازندهاي پائين تر كه با گلهاي وزن كم و متوسط با جامدات نسبتاً كم که در برخي از موارد از گل هاي روغني امولسيوني  Oil Emulsion استفاده شده است.

الف -1- گل هاي لايه بالا  (TOP HOLE)

حفاري در لايه هاي بالا معمولا با آب شروع مي شود و هر چه عمق حفاري زيادتر شود براي تميز كردن چاه بنتونايت به گل افزود و چون قسمت اعظم اين نوع گل ها آب است در ان از كاستيك به دو منظور استفاده مي شود.

الف: بالا نگاه داشتن PH در محدود 12-10

ب:: Dispers كردن بنتونايت و ايجاد ژل و Yield  مناسب

طريقه تهيه گل بنتونايتي

1-     به مقدار مورد نياز درمخازن آب شيرين ( آبي كه نمك آن زيرppm  10000 باشد) ذخيره مي نمائيم.

2-     به آب ذخيره شده مقدار نیم تا يك پوند در هربشکه سودااش اضافه مي گردد.

3-     مقدار 17-15 پوند در بشكه بنتونايت استفاده مي گردد.

4-      از 1- 0.5 پوند در بشکه كاستيك جهت بالا بردن PH و تبديل بنتونايت (رس) به ذرات كوچكتر استفاده مي شود.

الف -2- گل هاي سنگين پايه آبي                                                               

 در سازند گچساران واقع در جنوب غرب و غرب ايران وقوع فوران آب شور٬ درلايه هاي آهكي اين سازند با حجم و فشار زياد اتفاق مي افتد.

اين فشار از فشار ستون بسترها ( Ever burden pressure) نيز بیشتر است .

( Ever burden pressure) فشارطبيعي سازندها را گويند. اما فشار فوران آب نمك گاه بلحاظ توزيع نادرست ناشي از وضعيت تكتونيكي لايه هاي گچساران بسيار بالاست.كه در برخي موارد وزن گل سنگين بهpcf  165 هم ميرسد. بلحاظ بالا بودن درصد جامدات این گل٬ اگر به آن بي توجهي شود مشكلات عديده اي را بوجود خواهد آورد. بنابراين جهت كار با اين نوع گل بايد با فرمول هاي مناسب و مراقبت هاي دايمي از مشكلات آن جلوگيري نمود، مهمترین عامل در گل سنگين كنترل گرانروي آن است چون گل سنگين عملاً نسبت به جامدات حفر شده حساس است بايد كوشش شود كه اثرات منفي اين جامدات را به حداقل رساند يا از بين برد.

طريقه ساختن گل سنگين پایه آبی

گل سنگين متشكل است از آب نمك اشباع، سوداش، نشاسته (استارچ) ، باريت و فروبار و آهك جهت بالا بردن  PH  .

1-     براي تهيه گل سنگين ابتدا باید مقدار آب دلخواه را  در يكي از مخازن ذخيره نمود .

2-     مقدار 125-120 پوند در بشكه نمك به آن مي افزائيم تا شوري آن به ppm 320000- 280000 برسد .

3-            نيم تا يك پوند در بشكه سودااش جهت كم كردن يون كلسيم به ان افزوده مي شود.

4-     12 تا 14 پوند نشاسته بر آن اضافه كرده و حدود 20 دقيقه بايد خوب هم بخورد.

5-     به مقدار وزني كه خواسته شده است باريت و فروبار به مخلوط مي افزائيم.

پس از ساختن و جابجا كردن اين نوع گل با گل قبلي درون چاه در صورتيكه پس از Pilot test یا تست اوليه مشخص شد كه مثلا  فلوئيد لاس (Fluid loss) گل در محدود مورد قبول نيست٬( 0.8cc - 2cc) بايد به آرامي به گل نشاسته اضافه نمود . در برخي ازموارد گل نشاسته را قبول نمي كند. يعني نشاسته خشك در گل حل نمي شود. در چنين حالتي بايد مقداري سلوشن جديد با مصرف استارچ  بين 25-20 پوند در بشكه تهيه كرد و آنرا به آرامي به گل در حال گردش اضافه نمود و وزن گل را نیز کنترل نمود.

3-1- گل هاي سازند هاي نفتي و گازي و طريقه تهيه آنها:

گلی که در سازنهاي نفتي و گازي مصرف دارد بايد در آن از موادي استفاده نمود كه در صورت هرزوروي اين مواد باعث مسدود كردن روزنه هاي نفتي يا گازي نشود و يا چنانچه نياز به اسيدكاري چاه شد اين مواد در اسيد قابليت حل شدن داشته باشند تنها ماده وزن افزائي كه قابليت حل شدن در اسيد را دارد٬ كلسيم كربنات است كه به پودر شده آن لايمستون پودر  ميگويند.

جهت تهيه گل هاي سازندها نفتي و گازي در صورتيكه وزن گل از pcf 75  بالاتر نرود و گل بدون مواد جامد مورد نظر باشد بطريق زير عمل مي شود.

1-     وزن آب را با نمك تا pcf 75 بالا مي بريم

2-     حدود 1- 1.5 پوند در بشكه سودااش افزوده مي شود.

3-     جهت دادن ويسكاسیتي به گل 3-2 پوند در بشكه HV CMC به آن اضافه مي كنيم.

4-     جهت بالا بردن PH تا مرز  10 از 1تا 0.5 پوند در بشكه آهك استفاده مي شود. در صورتيكه وزن گل بالاتر 75 pcf خواسته شود به مقدار وزن مورد نياز از پودر سنگ آهك يا كلسيم كربنات استفاده مي نمائيم.

ب -گلهاي پايه روغني:

فاز غالب اين نوع گل ها مواد نفتي و ترجيحاً گازوئيل است و مقدار كمي آب (شيرين يا شور) و بسته به نوع امولسي فاير مصرفي به يكي از انواع زیر تقسیم میشود:

ب ـ 1)  امولسيون روغن در آب                                                                            

اين نوع گل كه در اغلب سازندها ، بلاخص در سازندهاي حاوي شيل كاربرد فراواني دارد داراي فوايد زير است:

1- حفاري را در لايه هاي حاوي شيل آسان و از ريزش آن جلوگيري ميكند.

2- در مقابل دماهاي بالاتر از 250 درجه فارنهايت كه اغلب مواد كلوئيدي مقاوم نيستند ، مقاوم است.

3- در هنگام مغزه گيري از آسيب رسيدن به مغزه جكوگيري ميكند.اين امر باعث كسب اطلاعات مناسبتر ميگردد.

4- حفاري با اين گل در لايه هاي نمكي ، سنگ آهك و غيره بسيار مناسب است.

5- در حفاري چاههاي افقي از عملكرد بسيار مناسبي برخوردار است.

6- در چاههايي كه توسط نفت سنگين مسدود شده است ، كاربرد مناسبي دارد.

7- در چاههاي حاوي هيدروژن سولفوره و اكسيد كربن ، از رسيدن اين گازهها به سطح زمين جلوگيري ميكند.

8- بعنوان مايع تكميلي در زمان سوراخ نمودن لوله هاي جداري كاربرد مناسب دارد.

9- بعنوان سيال آزاد كننده هاي گير لوله ها  تاثير بسزايي دارد.

10- از زنگ زدگي لوله ها جلوگيري ميكند.

ب ـ 2) امولسيون آب در روغن كه به آن آمولسيون معکوس هم مي گويند.

تركيبات اصلي تهيه گل هاي روغني 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 آبي با گل پایه روغني و بلعکس در چاه بايد چند بشکه گازوئيل بعنوان حائل بين گل پايه آبي و گل پايه روغني درون لوله ها جریان دهیم.

گل آمولسیونی عادی (Oil Emulsion)

 چون وزن مخلوط گازوئيل با آب در اين نوع گل از حدود pcf 55 بيشتر نيست٬ اين نوع گل را در مناطقي كه نتوان با آب به علت هيدروستاتيك بالاي آب (بيش از فشار مخزن) استفاده نمود در سازندهاي كم فشار و با پايداري كم استفاده مي كنند. اين نوع گل مخلوطي از 70% گازوئيل و 30% آب با نوعي امولسي فاير به اسم DME يا Drilling mud emulsifier  می باشد. براي تهيه يكصد بشكه از اين گل بطريق زير عمل مي شود:

1-     مقدار 30 بشكه آب در مخزن ميگيريم.

2-     يك تا يك و نيم بشكه DME به آن اضافه مي كنيم و 20 دقيقه فرصت بهم خوردن به آن مي دهيم.

3-     به آرامي و در مدت يك ساعت 70 بشكه گازوئيل به آن اضافه مي نماييم.

4-     در صورت نياز به غلظت بالا 45 ثانيه يك پوند در بشكه HV CMC به آن اضافه مي كنيم.

بايد توجه داشت از اضافه نمودن هر گونه موادي كه PH را بالا مي برد به اين گل خودداري گردد. زيرا مواد قليايي اين گل را دو فاز نموده و كارائي آنرا از بين مي برد. در اين گل PH و فلوئيد گل در گزارش آزمايش روزانه همانند گل هاي پايه آبي  و  پايه روغني آورده نمي شوند.

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

آزمايش گلهاي پايه آبي و پايه روغني به لحاظ رئولوژي تقريباً يكسان بوده و وسايل آزمايش آنها در محل چاه تقريباً يكي است.

تنها دستگاهي كه در آزمايش گل هاي پايه آبي و پايه روغني فرق دارد دستگاه اندازه گيري فلوئيدلاس يا صافاب اين دو گل است. چون در گل هاي پايه آبي صافاب با دستگاه فيلتر پرس با فشار psi 100 و حرارت محيط اندازه گيري مي شود. ولي فلوئيدلاس گل روغني با نوعي فيلتر پرس خاص و در دماي 220-180 و بعضاً 280 درجه فارنهایت ,  psi 500 فشار اندازه گيري مي شود.

پیل هاي حفاري :

 تعريف پيل : به گلي كه با ويسكاسيتي زياد ساخته مي شود و در شرايطي خاص بكار مي رود پيل مي گويند.

پيل ها به دودسته تقسيم مي شوند :

 الف) پيل هايي كه براي تميز كردن حفره چاه بكار مي روند.

ب ) پيل هاييكه از آنها جهت جلوگيري از هرزروي استفاده مي شود .

الف : پيل هاييكه از آنها براي تميز شدن چاه استفاده ميشوند  عبارتند از :

1- بنتو نايت پيل : به پيل غليطي گفته مي شود که از بنتوتايت و تركيب  آن با آب وكاستيك تهيه مي گردد.

از اين پيل هم مي توان براي تميز كردن چاه استفاده كرد و هم در هرزروي از آن بهره گرفت .

2- پيل  HV CMC : از اين پيل هم مي توان برای تميز كردن چاه و هم جهت جلوگيري هرزروي استفاده نمود 

ج – پيل هاييكه از آنها جهت  جلوگيري از هرزروي استفاده مي شود و به آنها L.C.Mپيل هم ميگويند.  L.C.M يا  Loss  circulate material  موادي هستند كه با دانه های درشت و وزن تقريباً سبك كه آنها را مي توان با بنتونايت پيل جهت هرزروي هاي TOP HOLE  و با  پيل C.M.C HV جهت جلوگیری از  هرزروی در مخازن از آنها استفاده كرد .

مواد  L.C.M عبارتند از:

 ميكا ، و walnut shell يا پوست گردو ، Fiberlock يا (ضايعات كنفي و پوست برنج) ،  Shell fish  يا صدف آهكي .

 از ميكا ، Walnut shell و Fiberlock در تمام سازندهايي كه دچار هرزروي مي شوند٬. بجز مخازن نفت و گاز مي توان استفاده کرد. ولي از  صدف آهكي در تمام سازند ها ٬بخصوص  مخازن مي توان استفاده نمود صدف آهكي كاملاً قابل حل در اسيد است .

گانگ پيل : ازاين نوع پيل در شرايط  بسيار  ويژه و زماني كه ديگر پيل ها جواب ندهند يعني درسازندهاي غار مانند استفاده مي گردد. بكارگيري اين پيل دقت ، شجاعت ، و سرعت بسيار مي خواهد چون اگر مقدار كمي آب وارد اين پيل شود بسيار سخت شده و تمام مسيرها را  مسدود خواهد  كرد .

طرز تهيه  گانگ پيل :

1-     يكي از مخازن ذخيره را شسته و كاملاً خشك مي كنند .

2-     حدود 40 بشكه گازوئيل درمخزن آماده شده مي ريزند .

3-      400- 350پوند دربشكه بنتونايت به آن اضافه مي كنند.

بدين طريق پيل آماده مي شود . لوله هاي حفاري تابالاي   نقطه هرزوري جابجا مي شوند . مقدار 10- 5 بشكه گازوئيل قبل از پيل و 10- 5 بشكه گازوئيل به عنوان حايل ٬پشت  سر پيل پمپ  شده و با سرعت پيل را ازدرون لو له ها خارج مي كنند.  اگر چاه خالي باشد لازم است كه درزمان جابجايی پيل ازدرون آنولاس آب پمپ شود .

شرح وظايف گل حفاري

1-    انتقال كنده هاي حفاري

يكي از مهمترين وظايف گل حفاري انتقال كنده هاي حفاري به سطح زمين است. عوامل موثر در حمل كننده ها عبارتند از :

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

      ب   : وزن مخصوص (Density)

      ج   : گرانروی (Viscosity)

2-    خنك كردن لوله هاي حفاري و مته (COOLING)

مته حفاري در تماس با زمين و دوران بالا و وزني كه بر آن اعمال مي شود حرارت بسيار بالائي را بخود مي گيرد كه اگر اين حرارت بنوعي كاهش داده نشود باعث ذوب شدن يا به اصطلاح سوختن آن مي شود . گل حفاري وظيفه كم كردن اين حرارت و خنك كردن مته و لوله هاي حفاري را انجام ميدهد كه نتيجه آن جلوگيري از فرسايش و از بين رفتن زود هنگام لوله هاي حفاري و مته است .

3-    ديواري سازي بدنه چاه و جلوگير از هرزروي گل حفاري  

گل حفاري وظيفه ديواره سازي بدنه چاه را به عهده دارداين عمل با رسوب گذاري گل حفاري بر ديواره چاه صورت مي گيرد ، هرچه ضخامت رسوب گذاري كمتر و نفوذ نا پذير تر باشد ديواره چاه از استحكام بيشتري برخوردار خواهد بود و در نتيجه از هرزه روي هاي احتمالی هم جلوگيري خواهد شد. براي اينكه گل حفاري بتواند اندود خوبي از خود بجاي بگذارد معمولا به آن مواد كلوئيدي اضافه مي کنند مواد كلوئيدي به مواد ي گفته مي شود كه قابليت تبديل شدن به ذرات ریز تري را داشته باشند از جمله اين مواد می توان رس ها و انواع نشاسته و موادسلولزي را نام برد .

اضابه كردن مواد سلولزی و مخصوصا نشاسته به گل حفاري باعث كنترل پيش از اندازه صافات آن مي گردد اين مسئله در ميزان پيشرفت حفاري تاثير منفي دارد اما با توجه به اين تاثير در مواقعي بايد صافات را كنترل نمود .

4-    كنترل فشار هاي زير زمين                                                  

فشار هاي تحت الارضي به دو دسته تقسيم مي شوند .

الف - فشار هاي که سعی در بازگشت به حالت اولیه قبل از حفاری را دارد .

ب - فشار سيالات و گازهاي درون سازند ها

الف- فشار سازند: در علم ثابت شده است كه بر آيند تمام نيرو هائيكه بر يك نقطه درحال تعادل وارد مي شوند صفر است حال اگر به شكلي (مثل حفر كردن) اين تعادل بهم بخورد٬ چون بر آيند نيروها صفر نيست درنقاطي كه اين ناهماهنگي بوجودآمده است٬ نوعي تمايل برگشت پذيری بحالت اوليه وجود دارد.

اين تمايل كه آنرا Formation Gradient يا شيب معمولي فشار طبقات ميگويند٬ همان نيروئي است كه تمايل به ريختن ديواره هاي چاه يابه هم آمدن آن دارد. شيب معمولي فشار برابر است با 0.465 پوند براينچ مربع در هر فوت از عمق چاه.

ب- فشار سيالات و گازهاي درون سازند ، آب ، نفت ، گاز و ديگر سيالات پر فشار مثل آب نمك از دیگر فشارهای درونی میباشند.  به اين فشار ها فشارهاي غير طبيعي با Abnormal Pressure گويندكه مقابله با آنها راه كارهاي خاص خود را دارند. يكي از مهمترين و شايد مهمترين راه كارها استفاده از وزن سيال حفاري نسبت به تغييرات اين فشار ها است. بدين معني كه چون فشار از ديواره به طرف مركز حفره است٬ بايد فشاري درجهت عكس آن اعمال گردد تا بتواندآنرا بحالت تعادل در آورد. اين فشار كه توسط وزن گل اعمال مي شود و آنرا فشار ستون عمودي گل يا هيدرو استاتيک Hydrostatic Pressure مي گويند فشاري است كه تابعي ازوزن گل و عمق چاه میباشد.

5-    معلق نگهداشتن كنده ها و مواد وزن افزاي گل در وقت خاموش پمپ هاي گل

بسيار اتفاق مي افتد كه پمپ هاي گل دروقت عمليات حفاري براي مدت چند دقيقه يا چند ساعت و گاه حتي براي چند روز به دلايل فني ناشي از خاموشي موتور ها ي برق دكل يا عوامل ديگر خاموش شوند.

 دراين حالت مواد كنده شده و مواد وزن افزا به سمت پائين چاه و انتهاي لوله هاي حفاري تجمع كرده٬  باعث مدفون كردن لوله هاي حفاري و مته خواهد شد و يا اينكه بالا آوردن آنها را  با مشكل مواجه خواهد نمود. گل حفاري بايد  طوری طراحي و برنامه ريزي شود كه از وزن ، ويسكاسيتي و بخصوص حالت Thixotropy يا Gelatin لازم برخوردار باشد .

Thixotropy يا  Gelatinخاصيت الكترو شيميائي و موقتي است كه در هنگام سکون در گل ايجاد مي شود و از ته نشيني مواد كنده شده يا وزن افزا جلوگيري ميکند.

6-    تحمل مقداري از وزن از وزن لوله هاي حفاري يا جداري

بنا به تعريف اگر جسمي وارد سیالی شود به اندازه سیال هم حجم آن جسم از وزن جسم كاسته مي شود. در حفاريهاي با عمق زياد چون وزن لوله هاي حفاري و جداري به لحاظ نوع آلياژ و ضخامت لوله ها بسيار بالاست به ناچار فشار زيادي بر بدنه دستگاه حفاري و دستگاه بالا برنده وارد مي شود. لذا سيال حفاري بايد طوري برنامه ريزي شود كه علاوه بر كنترل فشار طبقات و سيالات درون زمين بتواند قسمتي از وزن لوله هاي حفاري و جداري را در خود نگهداشته و از فشار وارد بر دستگاهاي نگهدارنده بكاهد.

اين خاصيت را شناوري يا Bouyoncy effect   ميگويند هرچه وزن گل سنگين تر باشد حالت شناوري لوله ها بيشتر است در نتیجه میزان بیشتری از وزن آنها کاسته میشود.

7-    ترخيص شن و كنده هاي حفاري در سطح زمين

گل حفاري بايد بگونه اي طراحي ساخته و كنترل شود كه بتواند در هنگام برگشت از ته چاه بسطح كنده هاي ريز و درشتی را كه بهمراه دارد روي الك لرزان از خود جدا كرده و بخارج ريخته شده و گل تازه و عاري از كنده هاي حفاري بدون چاه برگردانده شده و به روند حفاري ادامه دهد.

مقدار درصد شن گل حفاري مخصوصاً در گل هاي سبك وزن بايد همواره اندازه گيري شود و هرگز مقدار آن نبايد از 2% بيشتر باشد.

مقدار درصد شن را با دستگاه ساده اي بنام Sand content  اندازه گيري مي كنند.

شناخت و نحوه کاربرد عملي مواد شيميايي در گل هاي حفاري

موادي که در ساخت گل بکار ميرود٬ عبارتند از:

1- نمک ( کلريد سديم)

نمک با فرمول شيميايي NACL ٬ ماده اي است معدني که تا مرز اشباع ٬ به دلايل زير استفاده ميشود:

الف) جهت جلوگيري از حل شدن نمک موجود در طبقات زمين در گل حفاري و پيشگيري از ريزش جداره چاه استفاده ميشود.

ب) جهت جلوگيري از خميره شدن و باد کردن لايه هاي رسي بکار ميرود.

2- باريت (سولفات باريم)

ماده اي است معدني با فرمول شيميايي BASO4٬ که در ايران به وفور يافت شده و وزن مخصوص آن 4.4-4.2 گرم بر سانتيمتر مکعب ميباشد.اين ماده در اسيد حل نميشود و فقط براي افزايش وزن گل از آن استفاده ميشود.

3- ثعلب (کربواکسيدمتيل سلولز)

ماده اي است آلي که بنام CMC در ساخت گل بکار ميرود.اين ماده در آب به خوبي حل شده و در دو نوع HIGH VIS CMC (با گرانروي بالا) و CMC LOW VIS (با گرانروي پايين) وجود دارد.

از CMC HV براي افزايش غلظت گل تا مرز 250-200 ثانيه استفاده ميشود و تا حدودي نيز صافاب گل را کنترل ميکند.در آب شيرين با مصرف دو گرم ٬ غلظت بالايي ايجاد ميکند. اما در آب نمک مصرف آن بالا بوده و تاثير کمتري دارد.لازم به ذکر است که CMC HV در محيطهاي قليايي بخوبي عمل ميکند.

از CMC LV در آب نمک و آب شيرين جهت کنترل فلوئيدلاس استفاده ميشود. همچنين بعلت داشتن حالت کلوئيدي ميتواند مواد وزن افزا را در سيال حفاري بصورت معلق نگهدارد و در محيطهاي قليايي پايدار است.

4- پوست گردو (بادام)

در صنعت حفاري آن را بنام WALNUT SHELL مي شناسند.اين ماده به سه نوع دسته بندي ريز٬ متوسط و درشت طبقه بندي شده است. پوست گردو(بادام) ماده جلوگيري کننده از هرزروي است.

5- پودر سنگ آهک ( لايمستون پودر)

نام شيميايي آن کربنات کلسيم ((CACO3 بوده که بصورت پودر از آن استفاده ميشود.اين ماده در آب نامحلول بوده و براي افزايش وزن گل هاي پايه آبي تا وزن PCF 110    و گلهاي روغني تا وزن PCF 100 از آن استفاده ميشود.

وزن مخصوص لايمستون پودر٬ 2.7 گرم بر سانتيمتر مکعب بوده وچون به خوبي در اسيد حل ميشود٬ در مخازن نفتي و گازي بعنوان ماده وزن افزا از آن استفاده ميشود.

از نوع دانه بندي شده آن -LIMESTON CHIPS- جهت پر کردن ترک خوردگي هاي سازند ها استفاده ميشود.

6- کاستيک سودا (سود سوزآور)

کاستيک سودا با فرمول شيميايي NAOH ٬ ماده ايست که بخوبي در آب حل شده و PH محيط را تا 14 بالا ميبرد. اين ماده از لحاظ درجه ريسک پذيري خطرناک است . همچنين بعلت گران بودن اين ماده بهتر است فقط در گل هاي بنتونايتي از آن استفاده شود و براي باقي گل ها از اهک استفاده گردد.

7- سودا اش  (SODA ASH)

نام شيميايي اين ماده کربنات سديم با فرمول شيميايي Na2Co3 است. اين ماده ميتواند PH  محيط را تا 11.5 بالا ببرد. از سودااش ميتوان جهت رسوب دادن يونهاي کلسيم در گلهاي آبي و سولفات باريم در گلهايي با PH پايين استفاده کرد.

CaSo4 + Na2Co3 → Na2So4 + CaCo3

از سودااش ميتوان براي مقابله با آلودگي هاي سيمان استفاده کرد.

Ca(OH)2 + Na2Co3 → CaCo3 ↓ + 2NaOH

8- بي کربنات سديم

بي کربنات سديم يا جوش شيرين با فرمول شيميايي NaHCo3 و PH=8.5٬ جهت رسوب دادن يونهاي کلسيم ناشي از آلودگيهاي سيمان از ان استفاده ميشود.قابل ذکر است که PH گل هاي آلوده به سيمان اغلب بالاتر از 11 ميباشد.فرمولهاي زير نحوه واکنش بي کربنات سديم را بر آلودگيهاي سيمان ٬ نشان ميدهد:

Ca(OH)2 + NaHCo3 → CaCo3 ↓ + NaOH + H2O

NaOH + NaHCo3 → Na2Co3 + H2O

لازم به ذکر است استفاده بيش از حد از بي کربنات سديم باعث آلودگي بيشتر گل ميباشد.

9- فروبار

ماده اي به است رنگ قرمز آلبالويي با فرمول شيميايي Fe2o3 که وزن مخصوص آن 4.7 بوده ومولکولهاي بصورت گرد و مدور است.

مدور بودن مولکولهاي فروبار باعث ميشود که اين ماده بخوبي توسط همزن ها معلق شود که اين امر براي باريت با مولکولهاي مسطح امکان پذير نمي باشد. به همين علت رسوبات باريت به سختي از کف مخزن جدا ميشود.

فروبار ماده ايست غير فعال که فقط جهت افزايش وزن گل از PCF 75 به بالا استفاده ميشود. البته با وجود غير فعال بودن ٬ اين ماده در محيطهاي گازي حاوي هيدروژن سولفوره ٬ فعال ميگردد.

اين نکته را نيز بايد متذکر شد که علاوه بر مشکل تهيه آن ٬ ميتوان به گران بودن فروبار اشاره کرد. پس بهتر است حدالامکان از باريت استفاده شود.

 مقایسه باریت و فروبار

1-     باريت ماده اي معدني است.

2-     وزن مخصوص باريت 2/4 ميباشد.

3-     داراي ذرات مسطح و بشقابي است.

4-     نام شيميايي آن سولفات باريم است.

1-     فروبار محصولي صنعتي است.

2-     وزن مخصوص فروبار 7/4 ميباشد.

3-     داراي ذرات گرد و مدور است.

4-     تشکيل شده از هماتيت و پاره اي سيليکات هاست.

10- کلرور کلسيم

اين ماده با فرمول شيميايي CacL2 ٬ ماده اي است که بصورن فلس يا دانه دانه عرضه ميشود که بسيار جاذب رطوبت بوده و نبايد در مجاورت هواي ازاد قرار گيرد. موارد استفاده از کلرورکلسيم بشرح زير است:

الف) در گل هاي بدون مواد جامد با 90 درصد خلوص کلسيم کلرايد ٬ تا وزن PCF 82 ٬ از اين ماده استفاده ميشود.

ب) در گل هاي روغني ٬ جهت جلوگيري از باد کردن رس ها و ريزش SHALE استفاده ميشود.

ج) در سيمانکاري بعنوان کاهش دهنده زمان بندش استفاده ميشود.

11- مايکا

اين ماده که بنام سنگ طلق ناميده ميشود ٬ به لحاظ شکل ظاهري ٬ بصورت ورقه هايي شيشه اي ٬که روي هم قرارگرفته اند٬ به نظر ميرسد .مايکا در طبيعت يافت ميشود ٬ از لحاظ رنگ به دوصورت است:

الف) مسکويت ها که سفيد رنگ هستند.

ب) بيولايت ها که بعلت داشتن مواد معدني ديگر ٬ عموماً تيره رنگ هستند.

لازم به ذکر است که وزن مخصوص مايکا٬  3 - 2.8 ميباشد.

12- فايبرلاک

ماده اي است متشکل از مواد کنفي ٬ پوست شلتوک و در مواردي ذرات دانه بندي شده پوست شکلات ٬ که جهت جلوگيري از هرزروي گل حفاري از آن استفاده ميشود.

13- صدف آهکي  (OYSTER SHELL or SHELL FISH)

اين ماده که از پوست صدفهاي دريايي يا مواد مشابه آن ساخته ميشود ٬ ماده اي است که جهت جلوگيري از هرزروي از آن استفاده ميشود و چون در اسيد حل ميشود ٬ بيشتر در مخازن نفتي و گازي به هنگام هرزروي از آن استفاده ميشود.

14- آهک  (LIME)

لايم همان آهک آبديده است که نام شيميايي آن هيدروکسيدکلسيم با فرمول Ca(OH)2 ميباشد.

از آهک جهت اهداف زير در گل استفاده ميشود:

الف) براي افزايش PH در گل هاي آبي تا مرز 12

ب) براي ساختن گل هاي آهکي ( از اين گل در ايران استفاده نميشود. )

ج) جهت تعيين PF و PM  در گل هاي پایه آبی.

د) جهت رسوب دادن يونهاي کلسيم و منيزيم در آب ها بخصوص آب دريا

ه) بالا بردن اکتیویته گل های پایه روغنی و خنثی کردن هیدروژن سولفوره  و CO2

15- استارچ

استارچ همان نشاسته با فرمول شيميايي  C12H22O11 ميباشد. اين ماده ممکن است از سيب زميني ٬ ذرت ٬ گندم و يا ساير گياهان نشاسته اي ديگر تهيه شود.اين ماده در آب نمک اشباع که PPM نمک آن PPM 320000-280000باشد بخوبي عمل کرده و تا دماي 225 درجه فارنهايت ٬ مقاومت دارد.استارچ در آب هاي شيريني که PH آنها از 9.5 بيشتر باشد به خوبي جواب ميدهد.از استارچ در گل هاي سنگين براي کنترل صافاب در محدوده 2 - 0.5 استفاده ميشود.

16- بنتونايت

بنتونايت نوعي رس است که در مجاورت آب خاصيت شکل پذيري دارد. ساختمان مولکولي آن بصورت لايه هاي متناوب از سيليکات SiO2) ) و آلومين Al2o3))

تشکيل شده که در ميان اين لايه ها و سطح رويي آنها کاتيون هايي نظير سديم و کلسيم وجود دارد. بنابراين ميتوان گفت بنتونایت های مصرفی در گل حفاری بر دو نوع است:

الف) سديم بنتونايت

ب ) کلسيم بنتونايت

سديم بنتونايت يا (مونت موري لونايت ) مرغوبترين نوع بنتونايت است ولي نوع دوم يعني کلسيم بنتونايت٬ بلحاظ دو ظرفيتي بودن ٬ از مرغوبيت کمتري برخوردار است.

خواص بنتونايت:

1-     در گل هاي پايه آبي سبک وزن و در آبهاي شيرين توليد ويسکاسيتي مي نمايد.

2-     براي استفاده در آب نمک ٬ ابتدا بايد آنرا در آب شيرين حل کرده و سپس براي استفاده بهينه به آب نمک اضافه نمود.

3-     بنتونايت خاصيت تعويض يوني دارد. يعني بخوبي قادر است يونهاي موجود در محيط اطراف را با يونهاي سطح خود تعويض کند.

4-     خاصيت ژلاتيني دارد. يعني ذرات آن با جذب آب ٬ متورم شده و پس از مدتي ميترکد. اين عمل باعث ايجاد خاصيت پلاستيکي در گل ميگردد.

موارد استفاده از بنتونايت:

1- افزايش گرانروي در گل هاي پايه آبي.

2- کنترل صافاب گل.

3-  مقومت در حرارت هاي بالاتر از 300 درجه فارنهايت.

4- خاصيت هيدراته و پراکنده شدن.

5- استفاده در سيمان کاري جهت سبک کردن وزن سيمان.

6- استفاده از آن بعنوان پيل جهت جلوگيري کردن از هرزروي.

17- کف صابون  (FOAMAL AGENT)

مايعي است که در صورت مخلوط شدن با آب ٬ ايجاد کف کرده و گل صابوني با وزني کمتر از آب  بوجود مي آورد.

18- D.M.E

نام کامل اين ماده DRILLING MUD EMULSIFIER است که جهت امولسيون کردن روغن در آب استفاده ميشود.

19- امولسي فاير اوليه

ماده اي است که از اسيدهاي آلي و آمينه تهيه شده است و جهت پايه اصلی امولسيون گل هاي روغني ( INVERT) بکار ميرود.

20- امولسي فاير ثانويه

ماده اي است که بعنوان پايدار کننده حالت امولسيوني معکوس در گلهاي روغني از آن استفاده ميشود.

21- F.L.C

ماده اي است که فلوئيد لاس گل هاي روغني ( INVERT) را کنترل ميکند. اين ماده از مواد نفتي مانند قير و پاره اي افزودني ها به وجود مي آيد.

22- ماده غلظت دهنده گلهاي روغني

ماده که پايه اصلي آن نوعي رس بنام ارگانوفليک گلي است طوري ساخته شده که در گازوئيل حل شده و ايجاد غلظت ميکند.

23- BIT LUBE

ماده اي است که براي روانکاري مته و لوله هاي حفاري و کم کردن حالت پيچشي ( Torque ) از آن استفاده ميشود.

24- PIPE LAX

ماده اي است که براي روان کردن لوله ها و آزاد کردن گير لوله ها از آن استفاده ميشود.

آزمایشهای کاربردی در گل حفاری

آزمايش ppm نمک در گل هاي پايه آبي :

1-     مقدار یک سی سی صافاب گل را در يك ارلن ماير بريزيد.

2-     حدود 2 تا 3 قطره فنل فتالین به آن اضافه نماييد. اكر رنگ صورتي ظاهر شد مقدار اسيدسولفوريك اضافه كنيد تا رنگ صورتي از بين برود.

3-     حدود 25 سی سی آب مقطر اضافه كرده و محلول را به هم مي زنيم.

4-     حدود 4 تا 6  قطره كرومات پتاسيم اضافه كرده تا رنگ محلول به رنگ زرد ظاهر شود.

5-     بوسيله نيترات نقره ppm  20.000  ٬آن را تيتره كنيد تا رنگ محلول از زرد به نارنجي متمايل به قرمز تبديل شود.

طريقه محاسبه:

1-     20.000  × نيترات نقره مصرفي= مقدار كلرور

2-     65/1  × مقدار كلرور(1) = كلرو سديم

اندازه گيري كلسيم(ppm)  یا سختی در گل هاي پايه هاي آبي:

1- يك سي سي از عصاره گل را در ارلن ماير بريزيد.

2- حدود cc 50 آب مقطر به آن اضافه كنيد.

3- تا 6  قطره محلول با فربه عنواني تثبيت كننده محيط اضافه نمائيد.

4- تا 3 قطره معرف E.B.T به داخل ارلن بريزيد تا رنگ قهوه اي مايل به بنفش ظاهر گردد.

5- محلول را بوسيله ورسنات ppm 400 تيتر نمائيد تا رنگ سبز تيره ظاهر گردد. مقدار ورسنات مصرفي را يادداشت مي كنيم و بطريق زير مقدار كلسيم و منيزيم گل را بدست مي آوريم.

400 ×  مقدار ورسنات مصرفي سي سي = (منيزيم یا كلسيم)

اندازه گيري مقدار آهك در گلهاي روغني:

1- مقدار cc 20 از مخلوط (50×50) الكل ايزو پرو پيليك و گزيلمن را در يك بشر cc 250 ميريزيم.

2- مقدار يك ميلي ليتر از گل روغني اضافه كرده و بهم مي زنيم و سپس مقدار 753 ميلي ليتر آب مقطر به آن اضافه مي كنيم.

3- مقدار 8-10 قطره از معرف فنا فتالئين به محلول اضافه مي كنيم و دراين حالت رنگ محلول قرمز ميشود.

4- محلول را با يك همزن شيشه اي خوب بهم مي زنيم و سپس با اسيد سولفوريك 1% نرمال تينره مي كنيم نقطه نهايي زماني است كه محلول بر رنگ مي گردد. در اين حالت مقدار اسيد سولفوريك را يادداشت و از رابطه زير آهك را محاسبه مي كنيم. مقدار آهك براساس پوند در بشكه بدست مي آيد.

 1.5 × مقدار اسيد سولفوريك cc = Lime (lb/bbl)

ترازوي گل                                                                                                           

يك ترازوي گل شامل يك پايه با بازوي مندرج و يك فنجان يك سر پوش شاخص نوك تيز و وزنه مخصوص  كه مي توان وزن مخصوص مايعات را با آن اندازه گيري نمود .

دستورالعمل اندازه گيري وزن گل :

1- سرپوش فنجان را برداشته و آن را پر از گل مي كنند بايد تو جه داشت كه هو اي داخل فنجان كاملاً تخليه شود ، گل را قبل از وزن نمودن بايد كاملاً هم زد .

2- درب فنجان را گذاشته و آنرا به چپ و راست مي چرخانيم تا كاملاً در جاي خود مستقر شده٬ هوا و گل اضافي آن٬ از سوراخ سرپوش خارج شود .

3- گل اضافي را از روي ترازو شسته و آنرا خشك كرده و روي پايه قرار ميديهيم .

4- شاخص را  آنقدر تغيير مي دهيم تا دستگاه در حال تعادل قرار گيرد .

5- وزن مخصوص گل را برحسب پوند برفوت مكعب از وري بازوي مندرج ميخوانيم – برروي بازوي مندرج سه مقياس ديگر نيز حك شده كه درصورت نياز مي توان از آنها استفاده نمود .

ويسكوزيته يا گرانروي (قيف مارش)

اين وسيله قيف مخصوصي است كه قطر آن دربالا 6- اينچ (24/15 سانتيمتر ) و درازاي آن در حدود دوازده اينچ     (48/ 30 سانتيمتر) نصف دايره بالاي قيف بوسيله ( 100 سوراخ دراينچ مربع ) يا Mesh  10  پوشانده شده است. اين وسيله بطور مقايسه اي گرازوي را نشان ميدهد ولي مشخص كننده كرانروي   واقعي نيست .ويسكوزيته به مقدار وسيعي تحت تاثير سرعت ، ميدان (Gelatin) و و زن مخصوص گل است.

طريقه اندازه گيري ويسكوزيته بوسيله قيف مارش:

1- قيف را در حاليكه سوراخ زير آنرا با انگشت گرفته ايم بطور عمودي نگه ميداريم .

2- نمونه مورد آزمايش را از روي توري در درون قيف مي ريزيم  تا سطح گل در زير توري قرارگيرد . مقدار حجم گل بوسيله خطي كه در داخل قيف موجود  است مشخص میگردد.

3- از زمان برداشتن انگشت و جاري شدن گل درون Cup  ٬ تا زمانيكه 946 ميلي ليتر ( يك كوارت ) از قيف خارج شود بوسيله زمان سنج ٬زمان را محاسبه کرده و ويسكازيته را برحسب ثانيه گزارش مي كنيم .

تعریف ويسكوزيته     

بنا به تعريف گرانروي به مقاومت در برابر جريان اطلاق مي شود و بطور روزمره بوسيله قيف مارش سنجيده مي گردد. با سنجش گرانروي توسط قيف مارش فقط تغييرا ت آنرا مي توان ديد و نمي توان تشخيص داد كه اين تغييرات تحت چه عواملي  بوجود    آمده اند .

گرانروي ظاهري

گرانروي ظاهری هم مثل گرانروي قيف مارش  عاملي است كه مي توان از روي آن به تغيرا ت گل حفاري پي برد اما هيچگونه اطلاعاتي از عوامل اين تغييرات بدست نمي دهد . گرانروي ظاهـری عبارت است از  ازمقدار فشـار برشی (Shear  Stress )  . گرانروي ظاهري تابعي است از گرانروي پلاستيكي و آن مقداری است در  دور 600  تقسیم بر 2  بدست مي آيد .

گرانروي پلاستيكي

گرانروی پلاستيكي بخشي از  مقاومت  درمقابل  جريان  است (Flow resistance) كه براثر اصطكاك مكانيكي حاصل مي شود .اين اصطكاك مي تواند براثر عوامل زير ايجاد شود :

1- براثر برخورد جامدات با يكديگر

2- براثر برخورد  جامدات با  مايعي كه آنها  را احاطه نموده است

3-  بر اثر اصطكاك ناشي از حركت لايه ها برروي يكديگر –  واحد اندازه گيري پلاستيك  ويسكاسيتي  سانتي بواز است .تغييرات پلاستيك وسيكاسيتي به غلظت جامدات درگل بستگي دارد .

نقطه واروي (Yield point)

يكي ديگر از اجزا مقاومت دربرابر جريان درگل حفاري نقطه واروي يا اصطلاحاً Yield point است ، براي بحركت درآوردن مايع همزمان با فشاري كه برمايع وارد مي شود تا هنگاميكه اين فشار به نقطه اي برسد كه در آن نقطه مايع شروع به حركت كند آن نقطه را Yield point گويند .  Yield point ميزان سنجش نيروي جاذبه يا الكتروشيمايي بين ذرات است .اين نيروها  بارهاي مثبت و منفي است كه در سطح ذرات يا نزديك به يكديگر قرار دارند . ئيلدپوئنت  نشان دهنده يا سنجش اين نيروها تحت شرايط جريان Flow Condition   است و بستگي دارد به :

1- خصوصيا ت سطح ذرات درون گل

2- غلظت جامدات

3- محيط الكتريكي ( الكتروليت ) كه اين جامدات   را احاطه  كرده و يا به عبارت ديگر غلظت و نوع يون هائي  است كه در فاز مايع گل وجود دارد . واحد اندازه گيري Yield point٬ پوند برصد فوت مربع میباشد.

زياد شدن ويسكوزيته که به علت بالا رفتن ( زياد شدن)   Yield pointايجاد مي شود به علل  زيراست .

عواملي كه باعث  بالارفتن Yield point٬ مي شوند عبارتند از :

الف: خرد شدن ذرا ت حفر شده توسط مته حفاري كه خود باعث توليد سطوح  بیشتر محتوی  شارژهاي الكتريكي مي شود .

ب: آلودگيهاي نظير نمك ، آب نمك ، سيمان و غيره كه باعث كلوخه شدن ذرات گل رس مي گردد.

ج: كافي نبودن مواد شيمايي تفكيك كننده ذرات

د: افزايش غلظـت مواد جامد درگل كه باعـث كاهش فواصـل بين ذرات گـل مي گردند ( ذرا ت غير فعال ) و يا باعث افزايش سطوح شارژ در آنها مي گردد( ذرات فعال ).

ه: افزايش بيش از حد مواد شيمايي نيز باعث افزايش Yield point مي گردد.

چگونه مي توان  Yield pointرا كاهش داد؟

1- اگر افزايش براثر واردشدن ضايعات سيمان باشد( مثل فسفات ها )٬ بطور حتم بايد اين آلودگي ناشی از مواد شيميايي را از گل جدا نمود.

2- اگر افزايش بر اثر نمك باشد

الف: با رقيق كردن گل توسط آب شيرين

ب: اضافه كردن مواد شيميايي به منظور خنثي كردن شارژهاي اضافي. (استفاده از سودااش)

استحكام يا قدرت ژله اي شدن گل (Gel strenght)

تعريف ژل : سنجش نيروي جاذبه بين ملكولي تحت شرايط ساكن يا استاتيك گل ٬ ژل نام دارد و در دو نوبت اندازه گيري مي شود .

1- ژل ده ثانيه

2- ژل ده دقيقه

درجه هاي ژله اي ممكن است:

الف : فقط به غلظت مواد جامد بستگي داشته باشد.

ب: به مقدار پراكندگي ذرات جامد بستگي داشته باشد.

ج : به غلظت مواد جامد و هم به مقدار پراكندگي آنها بستگي داشته باشد. 

درصورتيكه تفاوت بین ژل اوليه و ثانويه زياد باشد نشان از اين است كه مقدار مواد جامد درگل بالارفته اند، اما اگر ژل اوليه و ثانويه هردو بالا باشند و تقريباً نزديك بهم نشان دهنده آن است كه گل درحال لخته شدن است .

واحد اندازه گیری ژل :

واحد ژل مثل واحد Yield point پوند بر  100 فوت مربع است.

فرق بين  Yield point و  Gel strenght چيست؟

هردوي اين ها اندازه نيروهاي جاذبه موجود در سيستم گل حفاري رانشان ميدهند . ولی Yield point در حالت داینامیک و  Gel strenght در حالت استاتیکی این نیروها را نشان میدهند.

* مشكلات گل حفاري، علائم و راههاي حل آن:

1-گرانروي قيف مارش، گرانروي پلاستيكي وYP  و ژل گل بالا رفته ، درصد جامدات نيز افزايش يافته است.

طريقه رفع مشكل:

از دستگاه رسوب زدا (CLAYJECTOR) استفاده کرده و اگر PH زير 9 باشد٬ تا مرز 10 آن را افزايش ميدهيم.

2-گرانروي پلاستيکي ٬ گرانروي قيف مارش و ميزان SOLID  بالا رفته ولي در ساير مشخصات تغييري مشاهده نميشود.

طريقه رفع مشكل:

از دستگاه جداکننده رس استفاده کرده و PH را بين 10- 9 نگه ميداريم.

3-عصاره گل بالا رفته ولي درساير مشخصات گل تغييري حاصل نشده است.

طريقه رفع مشكل:

در اين حالت براي کنترل  Fluid loss به آرامي به سيستم استارچ اضافه ميکنيم.

4-عصاره گل ٬ YP ٬ پلاستيک ويسکاسيتي و گرانروي بالاست.

طريقه رفع مشكل:

در اين مرحله که نميتوان از استارچ خشک استفاده کرد بايد يک تا دو BATCH گل تازه با استارچ بيشتر ساخت و به آرامي به سيستم اضافه نمود.

5-ميزان کلسيم در گل بالا رفته و حجم گل زياد شده است.

طريقه رفع مشكل:

در اين حالت وزن گل را افزايش داده و براي رسوب دادن کلسيم از سودااش استفاده ميکنيم.

6-مشاهده گم شدن گل و کاهش حجم سيستم

طريقه رفع مشكل:

الف: در صورت امکان وزن گل را کاهش ميدهيم.

ب:دور پمپهاي گل را کم ميکنيم.

ج: از پيل L.C.M استفاده ميکنيم.

7-گل حالت نامرغوب و ناپايدار بوده و باريت در آن رسوب ميکند.

طريقه رفع مشكل:

در اين حالت با استفاده از مواد کلوئيدي گرانروي  را افزايش ميدهيم.

8-روي مخازن کف مشاهده ميشود و وزن گل کاهش يافته است.

طريقه رفع مشكل:

مقداري گازوييل روي مخازن پاشيده و وزن گل را با مواد وزن افزا بالا ميبريم.

9-تنگي چاه (TIGHT HOLE) مشاهده ميشود.

طريقه رفع مشكل:

در اين حالت وزن گل را افزايش داده و چندين مرتبه محل تنگي چاه را شستشو ميدهيم.

10-صافاب٬ پلاستيک ويسکاسيتي٬YP ٬ گرانروي و ژل گل بالاست.

طريقه رفع مشكل:

با استفاده از آب نمک و ثابت نگهداشتن وزن گل ( توسط باريت)شارژهاي ايجاد شده را از بين برده و گل را از حالت لخته بودن خارج ميکنيم.

11-کليه خواص گل به غير از وزن آن بالا رفته ٬ گل ژله اي شده و PH پايين آمده است.

طريقه رفع مشكل:

براي شکستن حالت ژله اي و افزايش PH ٬ از آهک استفاده ميکنيم.