[h=2]موارد استفاده سیال حفاری[/h]
واژه های سیال حفاری به آن دسته از سیالات اطلاق می شود که در عملیات حفاری و برای موارد ذیل استفاده می شود:
1-خنک،تمیز،شفاف کردن و جلا دادن، سر مته و لوله های حفاری
2- انتقال قطعات حفاری از ته چاه به سطح زمین
3- معلق نگهداشتن ذرات حفاری در فضای آنولوس به هنگام متوقف شدن جریان گل حفاری
4- کنترل فشار طبقات زیرین
5-پر کردن منافذ دیواره چاه در مواقع ضروری و جلوگیری از هدر رفتن بیش از حد آب .
بدون شک هیچ یک از انواع موجود سیالات حفاری ، همه خواص فوق الذکر را به طور مطلوب دارا نیستند. چون نیازی به چنین سیالی نیست . در هر عملیات حفاری یکی از موارد یاد شده می تواند به طور اساسی مطرح باشد . لذا باید سیال حفاری متناسب با شرایط اصلی انتخاب شود. به طور مثال اگر در یک عملیات هادی کنترل فشار طبقات در اولویت است باید از گل حفاری بنتونایتی یا باریتی استفاده کرد و در مواقعی که سرعت انتقال ذرات حفاری و تمیز کردن ته چاه عامل اصلی است باید از هوا استفاده کرد.
- خنک و تمیز کردن مته و رشته لوله حفاری
گرمایی که در اثر اصطکاک سر مته و رشته لوله حفاری با سنگ ایجاد می شود توسط سیال حفاری جذب می گردد . مقدار جذب آن به حجم سیال حفاری که به درون چاه به جریان می افتد و به گرمای ویژه آن بستگی دارد. قصور در جلا دادن (lubricant ) مته و بالاخص لوله حفاری موجب نیاز به افزایش انرژی جهت انتقال لوله های حفاری و ایجاد انرژی لازم در سر مته می شود که این افزایش غیر عادی باعث کاهش عمر مته می شود . هرچند آزمایش مشخص و معیاری جهت اندازه گیری خاصیت جلا دهندگی سیال حفاری وجود ندارد اما استفاده از گاز و شیل و به طور کلی هیدروکربنهای نفتی موجب افزایش خاصیت جلا دهندگی سیال حفاری می شود لذا در شرایطی از حفاری که جلا دادن مته ضروری است باید به ترکیب گل روغن اضافه نمود و یا از گل های روغنی استفاده کرد .
- معلق نگهداشتن ذرات حفاری : cutting suspension
معلق نگهداشتن ذرات حفاری به هنگامی که جریان گل حفاری به درون چاه متوقف می گردد به خاصیت ضخیم شدن و ژله ای گل حفاری (gelstregth ) به هنگام سکون (زمان متمایل صفر ) بستگی دارد . واژه ژل که از کلمه ژلاتین (gelatin) گرفته شده برای این نوع گل استفاده می شود و معمولا سیالات غیر نیوتنی از نوع گل استفاده می شود ومعمولا سیالات غیر نیوتنی از نوع تیکسوتروپیک (thixotropicdrilling muds ) خاصیت ژله ای دارند.
چنانچه حفاری فاقد خاصیت ژله ای باشد در هنگام متوقف شدن عملیات حفاری ذرات در حال صعود از فضای آنولوسبه سطح زمین ،به ته چاه و بر روی مته و وزنه اضافی سقوط و اصابت خواهند کرد و موجب چسبندگی و گیر کردن لوله حفاری می شوند که برای برطرف کردن این مشکل تحمل هزینه اضافی اجتناب ناپذیر است . باید توجه داشت در سنگ های سخت به دلیل کاهش سرعت حفاری متراکمی ذرات حفاری در داخل چاه باقی خواهد ماند لذا خاصیت ژله ای گل حفاری اهمیت کمتری دارد از جمله خواصی که در خاصیت ژله ای گل حفاری موثر اند عبارتند از : گرانروی و چگالی .
- کنترل فشار طبقات زیرین زمین :
یکی از خواص مهم گل حفاری کنترل فشار هیدرولیکی استاتیکی طبقات زیر زمین و جلوگیری از ورود آن به داخل چاه می باشد این کنترل توسط فشار هیدرو استاتیکی گل حفاری امکان پذیر است که از رابطه ی ذیل به دست می آید:
P=0.433sg.h
در رابطه ی مذکور h = عمق حفاری واحد آن نیز فوت است.
P = فشار هیدرو استاتیکی گل بر حسب sg,(psi) =چگالی گل که برابر است با :
Sg=Dm/Dw
با توجه به آنکه مخازن گل حفاری در سطح معمولا برحسب گالن و بشکه تعیین و محاسبه می گردند . لذا Dm وزن گل بر حسب پوند بر گالن (ppg) اندازه گیری می شود . اگر در رابطه ی فوق به جای Dw (وزن مخصوص آب ) 8.33 پوند بر گالن (1b/gal) قرار دهیم فشار هیدرو استاتیکی گل حفاری برابراست با :
P=Dm/8.33 *0.433h
و یا :
P=0.052Dmh
مقدار Dm ( وزن گل حفاری ) بین 8.33 تا 21 پوند بر گالن (یا بر حسب چگالی بین ا تا 2.5 ) متغییر می تواند باشد. هنگامی که از آب به جای گل حفاری استفاده می شود Dm=8.33 ppg انتخاب می شود که فشار هیدرواستاتیکی تولید شده از سوی گل حفاری همان 0.433 پوند بر اینچ مربع به ازای هر فوت عمق است (معادل فشار نرمال طبقات) و در مواردی که ذرات کلوئیدی رس یا جامد باریت به آب اضافه می گردد Dm از وزن مخصوص آب (8.33ppg) بزرگتر بوده و ماکزیمم وزن مخصوص گل حفاری نمی تواند از 22ppg نیز تجاوز کند چون در این صورت معادل یا بزرگتر از فشار سنگ های پوششی خواهد شد که باعث متلاشی شدن طبقات مجاور چاه می گردد.
- پرکردن منافذ ریز دیواره چاه جهت جلوگیری از به هدر رفتن آب گل حفاری:
پر کردن منافذ ریز دیواره چاه با ذرات جامدیا کلوئیدی گل حفاری موجب جلوگیری از به هدر رفتن آب گل حفاری filtration loss می شود. چنانچه منافذ و یا شکاف دیواره ی چاه بیش از اندازه بزرگ باشد. به نحوی که ذرات گل حفاری قادر به اشغال یا پر کردن آن نباشد. در این صورت نه تنها آب بلکه مقدار گل حفاری نیز به هدر(lostcircu lation ) انتخاب گل حفاری به نوع ماشین و شرایط حفاری بستگی دارد به همانند سایر مسائل مربوط به مهندسی، فاکتور اقتصادی می تواند ازعوامل تعیین کننده باشد. گل حفاری چنانکه تاکنون به ویژگیهای آن اشاره شده است در سرعت حفاری ، روی طبقات مجاور و رشته لوله حفاری تاثیر می گذارد جلوگیری از فرسایش یا خردگی رشته لوله حفاری از دیگر عواملی است که باید با گل حفاری انجام شود که معمولا این کار با اضافه کردن هیدروکربن های نفتی و یا ترکیبات شیمیایی همچون کرومات یا دی کرومات سدیم به گل حفاری امکان پذیر است.
1-خنک،تمیز،شفاف کردن و جلا دادن، سر مته و لوله های حفاری
2- انتقال قطعات حفاری از ته چاه به سطح زمین
3- معلق نگهداشتن ذرات حفاری در فضای آنولوس به هنگام متوقف شدن جریان گل حفاری
4- کنترل فشار طبقات زیرین
5-پر کردن منافذ دیواره چاه در مواقع ضروری و جلوگیری از هدر رفتن بیش از حد آب .
بدون شک هیچ یک از انواع موجود سیالات حفاری ، همه خواص فوق الذکر را به طور مطلوب دارا نیستند. چون نیازی به چنین سیالی نیست . در هر عملیات حفاری یکی از موارد یاد شده می تواند به طور اساسی مطرح باشد . لذا باید سیال حفاری متناسب با شرایط اصلی انتخاب شود. به طور مثال اگر در یک عملیات هادی کنترل فشار طبقات در اولویت است باید از گل حفاری بنتونایتی یا باریتی استفاده کرد و در مواقعی که سرعت انتقال ذرات حفاری و تمیز کردن ته چاه عامل اصلی است باید از هوا استفاده کرد.
- خنک و تمیز کردن مته و رشته لوله حفاری
گرمایی که در اثر اصطکاک سر مته و رشته لوله حفاری با سنگ ایجاد می شود توسط سیال حفاری جذب می گردد . مقدار جذب آن به حجم سیال حفاری که به درون چاه به جریان می افتد و به گرمای ویژه آن بستگی دارد. قصور در جلا دادن (lubricant ) مته و بالاخص لوله حفاری موجب نیاز به افزایش انرژی جهت انتقال لوله های حفاری و ایجاد انرژی لازم در سر مته می شود که این افزایش غیر عادی باعث کاهش عمر مته می شود . هرچند آزمایش مشخص و معیاری جهت اندازه گیری خاصیت جلا دهندگی سیال حفاری وجود ندارد اما استفاده از گاز و شیل و به طور کلی هیدروکربنهای نفتی موجب افزایش خاصیت جلا دهندگی سیال حفاری می شود لذا در شرایطی از حفاری که جلا دادن مته ضروری است باید به ترکیب گل روغن اضافه نمود و یا از گل های روغنی استفاده کرد .
- معلق نگهداشتن ذرات حفاری : cutting suspension
معلق نگهداشتن ذرات حفاری به هنگامی که جریان گل حفاری به درون چاه متوقف می گردد به خاصیت ضخیم شدن و ژله ای گل حفاری (gelstregth ) به هنگام سکون (زمان متمایل صفر ) بستگی دارد . واژه ژل که از کلمه ژلاتین (gelatin) گرفته شده برای این نوع گل استفاده می شود و معمولا سیالات غیر نیوتنی از نوع گل استفاده می شود ومعمولا سیالات غیر نیوتنی از نوع تیکسوتروپیک (thixotropicdrilling muds ) خاصیت ژله ای دارند.
چنانچه حفاری فاقد خاصیت ژله ای باشد در هنگام متوقف شدن عملیات حفاری ذرات در حال صعود از فضای آنولوسبه سطح زمین ،به ته چاه و بر روی مته و وزنه اضافی سقوط و اصابت خواهند کرد و موجب چسبندگی و گیر کردن لوله حفاری می شوند که برای برطرف کردن این مشکل تحمل هزینه اضافی اجتناب ناپذیر است . باید توجه داشت در سنگ های سخت به دلیل کاهش سرعت حفاری متراکمی ذرات حفاری در داخل چاه باقی خواهد ماند لذا خاصیت ژله ای گل حفاری اهمیت کمتری دارد از جمله خواصی که در خاصیت ژله ای گل حفاری موثر اند عبارتند از : گرانروی و چگالی .
- کنترل فشار طبقات زیرین زمین :
یکی از خواص مهم گل حفاری کنترل فشار هیدرولیکی استاتیکی طبقات زیر زمین و جلوگیری از ورود آن به داخل چاه می باشد این کنترل توسط فشار هیدرو استاتیکی گل حفاری امکان پذیر است که از رابطه ی ذیل به دست می آید:
P=0.433sg.h
در رابطه ی مذکور h = عمق حفاری واحد آن نیز فوت است.
P = فشار هیدرو استاتیکی گل بر حسب sg,(psi) =چگالی گل که برابر است با :
Sg=Dm/Dw
با توجه به آنکه مخازن گل حفاری در سطح معمولا برحسب گالن و بشکه تعیین و محاسبه می گردند . لذا Dm وزن گل بر حسب پوند بر گالن (ppg) اندازه گیری می شود . اگر در رابطه ی فوق به جای Dw (وزن مخصوص آب ) 8.33 پوند بر گالن (1b/gal) قرار دهیم فشار هیدرو استاتیکی گل حفاری برابراست با :
P=Dm/8.33 *0.433h
و یا :
P=0.052Dmh
مقدار Dm ( وزن گل حفاری ) بین 8.33 تا 21 پوند بر گالن (یا بر حسب چگالی بین ا تا 2.5 ) متغییر می تواند باشد. هنگامی که از آب به جای گل حفاری استفاده می شود Dm=8.33 ppg انتخاب می شود که فشار هیدرواستاتیکی تولید شده از سوی گل حفاری همان 0.433 پوند بر اینچ مربع به ازای هر فوت عمق است (معادل فشار نرمال طبقات) و در مواردی که ذرات کلوئیدی رس یا جامد باریت به آب اضافه می گردد Dm از وزن مخصوص آب (8.33ppg) بزرگتر بوده و ماکزیمم وزن مخصوص گل حفاری نمی تواند از 22ppg نیز تجاوز کند چون در این صورت معادل یا بزرگتر از فشار سنگ های پوششی خواهد شد که باعث متلاشی شدن طبقات مجاور چاه می گردد.
- پرکردن منافذ ریز دیواره چاه جهت جلوگیری از به هدر رفتن آب گل حفاری:
پر کردن منافذ ریز دیواره چاه با ذرات جامدیا کلوئیدی گل حفاری موجب جلوگیری از به هدر رفتن آب گل حفاری filtration loss می شود. چنانچه منافذ و یا شکاف دیواره ی چاه بیش از اندازه بزرگ باشد. به نحوی که ذرات گل حفاری قادر به اشغال یا پر کردن آن نباشد. در این صورت نه تنها آب بلکه مقدار گل حفاری نیز به هدر(lostcircu lation ) انتخاب گل حفاری به نوع ماشین و شرایط حفاری بستگی دارد به همانند سایر مسائل مربوط به مهندسی، فاکتور اقتصادی می تواند ازعوامل تعیین کننده باشد. گل حفاری چنانکه تاکنون به ویژگیهای آن اشاره شده است در سرعت حفاری ، روی طبقات مجاور و رشته لوله حفاری تاثیر می گذارد جلوگیری از فرسایش یا خردگی رشته لوله حفاری از دیگر عواملی است که باید با گل حفاری انجام شود که معمولا این کار با اضافه کردن هیدروکربن های نفتی و یا ترکیبات شیمیایی همچون کرومات یا دی کرومات سدیم به گل حفاری امکان پذیر است.
