iNetDoc

کامل ترین منبع دانلود مقاله و تحقیق

کارآموزی گل حفاری پایه آبی

نوع : word - قیمت :7000

بخشی از کارآموزی :

فهرست مطالب

 

مقدمه. 6

اساس گل حفاری پایه آبی : 6

۱- آب شیرین (Fresh Water  ) 7

۲آب شور ( salt water  یا Brine ) 7

اساس گل حفاری پایه آبی : 12

میزان حلالیت  نمک در آب  به درجه  حرارت بستگی دارد : 12

انواع گل های پایه آبی : 17

بررسی رئولوژی گلهای حفاری پایه آبی.. 21

نتیجه گیری.. 27

منابع. 28

مقدمه

پایه و اساس بیشتر گل های حفاری در صنعت نفت ، آب است یعنی بخش عمده آنها را آب تشکیل می دهد به همین دلیل عموما آنها را گل های حفاری آبی یا آب پایه می نامند.

در حفاری با آب و نمک ( در سازند آسماری ) چاه به راحتی تمیز و کنترل ویسکوزیته چندان ضرورتی ندارد.

برای اطمینان از تمیز شدن چاه از پیل کربوکسی متیل سلولوز ویسکوزیته بالا( Hi.Vis.CMC pill ) می توان  استفاده نمود.

در سازند های نفت زا برای افزایش وزن گل ، از پودر آهک به عنوان وزن افزا استفاده می شود تا در هنگام تکمیل چاه در اسید کلریدریک حل شده و سبب انسداد خلل و فرج سازند نشود.

اساس گل حفاری پایه آبی :

گل حفاری از دو فاز مایع ( فاز پیوسته گل پایه آبی ) و جامد (فاز ناپیوسته گل) تشکیل میشود :

الف ) فازمایع : ممکن است یکی از انواع آب های زیر باشد :

۱آب شیرین ( Fresh water )

۲- آب شور ( Salt water or Brine )

۳آب سخت ( Hard water )

۴آب نرم ( Soft water )

 

۱- آب شیرین (Fresh Water  )

به آبی گفته می شود که نمک (Nacl ) آن کمتر از ۱۰۰۰۰ ppm و یونهای کلسیم و منیزیم یا سختی کل ( total Hardness)  آن کمتر از ۱۲۰ ppm  باشد.

۲آب شور ( salt water  یا Brine )

به سه دسته تقسیم می شود :

·                     آب دریا (sea water) : نمک آب دریا ۳۵۰۰۰ ppm و سختی آن ۱۵۰۰ – ۲۰۰۰ ppm می باشد.

·                     آب شور سطحی ( Brackish water ) : نمک این آب ۱۰۰۰۰ -۲۰۰۰۰ ppm می باشد.

·                     آب اشباع از نمک ( saturated salt water) : این نوع  با افزودن نمک به آب تهیه می شود .

میزان نمک در آب به درجه حرارت بستگی دارد .

مثلا ۱۰۰ میلی لیتر آب در دمای ۰ درجه سانتی گراد با مقدار ۳۵٫۷   گرم نمک اشباع می شود و در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد با مقدار ۳۶ گرم اشباع می شود.

مقدار نمکی که در دمای بالا حل شده باشد ، پس از سرد شدن آب مقداری از آن به صورت کریستال از محلول جدا می شود.

 

 

گل‌ پایه آبی، متداول‌ترین نوع سیال حفاری است که خود به دو دسته پخش شده  و پخش نشده  تقسيم مي‌شود. گل حفاري با پايه آب شامل خاك بنتونيت (gel) با افزودني‌هايي مانند سولفات باريم (باريت) كلسيم كربنات (چالك ) يا هماتيت مي‌باشد. تغليظ‌كننده‌هاي گوناگوني براي تاثير بر ويسكوزيته سيال مانند صمغ زنتان، صمغ گوار، كربوكسي متيل سلولز، سلولز چند آنيوني(PAC) و نشاسته استفاده مي‌شوند. ضد انعقادها براي كاهش ويسكوزيته گل‌هاي پايه رسي استفاده مي‌گردند که از نمونه‌هاي اين مواد مي‌توان به پلي‌الكتروليت‌هاي آنيوني (مانند اكريلات، پلي فسفات، ليگنوسولفونات  يا مشتق‌هاي اسيد‌تانيك  مانند كوبراچو) اشاره كرد. گل قرمز به مخلوط با پايه كوبراچو اشاره داردکه در دهه‌هاي 1940 و 1950 معمول بود. اما با پيدايش ليگنوسولفونات از رده خارج شد[7،8]. برخی منابع، گل¬های پایه آبی را به دسته¬های ریزتری تقسیم کرده¬اند. نمایی از این تقسیم بندی در شکل 2-7 نشان داده شده است. نوعی از سیال حفاری پایه آبی به گل امولسيوني معروف است.

 اين گل حاوی روغن یا هیدروکربن سنتزی به عنوان فاز داخلی است. گل¬های امولسیون اولیه از دیزل یا نفت خام پخش شده در گل¬های پایه آبی قلیایی تشکیل شده بودند. امروزه مایعات سنتزی جایگزین نفت در گل‌های امولسیونی شده¬اند. گل¬های پایه آبی حاوی مایعات سنتزی معینی هستند که از لحاظ زیست محیطي بی¬خطرند

از جمله مزاياي اين دسته از گل‌هاي مي‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• ويسكوزيته بالا

• وجود مقدار كم مواد جامد

• تعليق كنده‌ها

• كنترل اتلاف سيال

• پايدارسازي چاه

• كمك در جلوگيري از هرزروی گل .

در مورد معایب این گل‌ها می‌توان این نکات را مد نظر قرار داد. كندي در رهايي كنده‌ها از جمله معايب اين دسته از گل‌ها مي‌باشد. خواص استحكام ژل و ويسكوزيته كلاي بنتونيت توانايي تعليق و حذف كنده‌ها را ایجاد می‌کند. اين مزيت كلاي بنتونيت، در سطح تبديل به يك عيب شده و جدايي كنده‌ها از گل دچار مشكل مي‌شود. در سازند‌هاي رسي و با كلاي با قابليت تورم بالا، استفاده از كلاي بنتونيت به تنهايي براي جلوگيري از آبدارشدن و تورم سازند كافي نيست. همچنین بنتونيت به آلودگي آب حساس است. آب سخت و آب نمك اثرات مخربي بر بنتونيت دارند. آب با pH پايين و بسيار بالا نيز بر عملكرد بنتونيت تاثیر می‌گذارد. ناپايداري دهانه چاه که در حفاري سازندهاي رسی  با سيالات پايه آبي رخ مي‌دهد در اثر علل مختلفي بروز مي‌کند. شيل به لحاظ مکانيکي مقاومت کمي دارد و با جذب آب متورم شده و ناپايداري آن افزايش مي‌يابد. به دليل پايين بودن نفوذپذيري رس، اندود گل به طور موثر در جداره چاه تشکيل نمي‌شود؛ بنابراين سازند محافظ مناسبي در مقابل فشار هيدروليکي چاه ندارد. از سوي ديگر فشارهاي هيدروليکي القا شده به دليل پايين بودن نفوذپذيري قادر به انتشار سريع درون سازند نيست تا بتواند تنش‌هاي موثر را کاهش دهد. مجموع اين عوامل سبب مي‌گردد تا ناپايداري ناحيه مجاور چاه افزايش يابد.

 

براي غلبه بر معايب بيان شده راه‌حل‌هایی پيشنهاد شده‌اند که به آن‌ها اشاره می‌شود. مشكل رهاسازي كنده‌ها را مي‌توان با افزودن مقدار كمي پليمر تاحدودي برطرف كرد. پليمرها ويسكوزيته گل بنتونيت را افزايش مي‌دهند. علاوه بر اين به طور همزمان، استحكام ژل كلاي بنتونيت كاهش داده مي‌شود. در نتيجه كنده‌ها راحت‌تر رها مي‌شوند. بهترين روش براي حذف كنده‌ها استفاده از ماسه¬زداها  است. دیسندر نسبت به افزايش پليمرها مقدار بيشتري كنده را حذف كرده و خواص گل را هم تغيير نمي‌دهد. استفاده از ديسندر زمان ماندگاري كلاي بنتونيت را افزايش خواهد داد. همچنين، هزينه تعمير و نگهداري پمپ گل را نيز كاهش خواهد داد.

در حفاري‌هاي سازند رسي، آب‌بندي سازند و كاهش آبدارشدن آن بسيار اهميت دارد. گل كلاي به‌تنهايي قادر به انجام اينكار نيست. افزودن مقدار كمي پليمر به گل بنتونيت يا طراحي گل پليمري اين مشكل را كاهش خواهد داد. پليمرها سازند رسي را پوشش داده و از آبدار شدن آن جلوگيري خواهند كرد. هميشه پليمرها را به بنتونيت آبدار شده اضافه مي‌كنند و نه به مخلوط آب.

عملكرد كلاي بنتونيت در گل حفاري با آب موجود در گل رابطه دارد. آب يكي از مهم‌ترين اجزاي گل حفاري است. pH، سختي و محتواي نمك آب سازنده گل، بهره‌وري و عملكرد كلاي را تحت تاثير قرار مي‌دهد.

pH آب سازنده گل بايد در محدوده قليايي باشد. pH مطلوب براي مخلوط‌كردن كلاي بنتونيت بين 5/8-10 است. pH 9 بسيار مطلوب است. pH پايين آب، آبدارشدن گل را تحت‌تاثير قرار مي‌دهد. همچنين اگر pH‌ از 11 فراتر رود، امكان انعقاد كلاي بنتونيت وجود خواهد داشت.

آب سخت باعث ايجاد عملكرد نامطلوب كلاي بنتونيت مي‌شود. معمولا كربنات سديم براي بهبود سختي استفاده مي‌شود. افزودن 1-2 پوند كربنات سديم براي هر دو منظور ايجاد pH مناسب و سختي مطلوب كافي است.

 

نمك مخرب‌ترين اثر را روي كلاي بنتونيت دارد. نمك به طور نامطلوبي فيلتراسیون، تعليق ويسكوزيته و خواص ژل بنتونيت كلاي را تحت تاثير قرار مي‌دهد. اگر در آب سازنده گل نمک وجود داشته باشد، ويسكوزيته و توسعه ژل كلاي را كاهش خواهد داد. همچنین افزايش فيلتراسیون و ضخامت اندود گل نيز اتفاق خواهد افتاد. در صورت تماس گل با نمك در طول حفاري، گل حفاري بنتونيت غليظ گشته، در نتيجه به تدريج كلاي لخته خواهد شد. براي آلودگي نمكي هيچ راه‌حلي وجود ندارد. كلاي بنتونيت نبايد به هيچ‌ وجه با آب شور تماس يابد. تنها راه‌حل آلودگي نمكي در حين حفاري جايگزيني گل است. در صورت آلودگي زياد، جايگزيني گل حفاري با نوعي ديگر عاقلانه است. VariFlo (guargum) يا كلاي Attapulgite مخلوط شده با Rel-Pac (پليمر خشك) جايگزين‌هاي مطلوبي براي حفاري در مناطق با محتواي نمك بالاست. بايد توجه داشت كه در غلظت ppm 500 نمك، خواص بنتونيت تحت تاثير قرار مي‌گيرد. در غلظت ppm 5000 نبايد از بنتونيت استفاده كرد

 

 

 برای کنرتل شیل های  سازند  از پتاسیم کلرایدKCL به میزان 10 تا 15 پوند  در بشکه  یا (پودری آسفالتی ) به میزان 5 تا 10 پوند  در بشکه استفاده می شود .

 در سازندهای  نفت زا چنانچه  برای افزایش  وزن گل ، مواد افزایش دهنده  وزن  مورد نیاز باشد ، از پودر آهک  می توان استفاده نمود که هنگام  تکمیل چاه  در اسید  کلریدریک حل شده و سبب  انسداد خلل و فرج  سازند  نمی شود .

 

اساس گل حفاری پایه آبی :

 گل حفاری از دو فاز مایع ( فاز پیوسته گل  پایه آبی ) و جامد (فاز ناپیوسته گل ) تشکیل می شود :

 آب شور  به سه دسته تقسیم می شود :

الف) آب در یا : نمک آب دریا35000ppm و سختی آن 1500-2000ppm می باشد .

ب) آب شور سطحی : نمک این آب 10000-20000ppm می باشد

ج) آب اشباع از نمک :  که با افزودن نمک به آب تهیه می شود .

 

 میزان حلالیت  نمک در آب  به درجه  حرارت بستگی دارد :

 100 میلی  لیتر  آب در دمای 0 درجه سانتی گراد  با مقدار 7/35 گرم نمک اشباع می شود  وNaCI  آن به 263000PPM  می رسد . 100میلی لیتر آب در دمای 200C با مقدار 36 گرم نمک اشباع می شود  و NaCI  آن به 265000ppm می رسد  .  100 میلی لیتر  آب در دمای 1000C با مقدار 8/39 گرم  نمک ا شباع می شود  و NaCI آن به 285000PPM می رسد .

 مقدار نمکی  که در دمای  بالا در آب حل  شده باشد ، پس  از سرد شدن  آب مقداری  از آن  به صورت کریستال  از محلول جدا می شود . همچنین موقعی  که گل حفاری  ساخته می شود ، چون معمولا آب دارای دمای  پایین مورد استفاده قرار می گیرد و پس از شروع حفاری  و انجام چند  گردش گل دمای  آن به تدریج افزایش می یابد ، می توان به تدریج نمک  خشک به سیستم اضافه نمود تا آب گل بیشتری  از نمک اشباع شود

آب سخت :

 یون های کلیسیم  و منیزیم  در این آب ها زیاد است . در صو رت  استفاده از این آب  باید ابتدا یون های کلیسیم و منیزیم آن را با استفاده از کربنات سدیم  رسوب داد .

آب نرم :

آبی است که یون های کلیسیم  و منزیم  آن را با جوشاندن یا به روش شیمیایی رسوب داده باشند . بهترین آب برای استفاده در گل حفاری آبی است که املاح نمک ، کلیسیم  و منیزیم کمتری داشته باشد . زیرا در این  آب موادی  که برای ایجاد ویسکوزیته  یا کنترل آب از دست دادگی  مورد استفاده قرار می گیرند بازده بیشتری  خواهند داشت .

فاز جامد :

جامدات فعال : 

جامداتی هستند  که بر خواص  گل حفاری  تاثیر می گذارند . مانند رس ها (آلومینو سیلیکات های متبلور ) و بنتونا یت  که بر ویسکوزیته ، خاصیت ژلاتینی ، نقطه  تسلیم ، هرزروی آب  و تیکسوتروپی  گل اثر  دارند(تیکسوتروپی  حالت ماسیدگی  و ژله ای شدن گل  است ). همچنین تشکیل  کیک و اندود دیواره  چاه توسط آنها صورت می گیرد  با مواد جامد  معلق  نظیر رس می توان حداکثر  به گلی با وزن 86pcf  دست یافت  که در این وزن  نسبتا پائین ، ویسکوزیته گل بسیار بالاست .

جامدات غیر فعال

 این جامدات که از نظر شیمیایی بی اثر هستند یا توسط گل شناس  به گل اضافه می شوند ( برای افزایش وزن گل ) یا کنده  هایی هستند که در حین حفاری به گل واردمیشوند.

 

 مواد وزن افزا

یکی از وظایف  گل حفاری  کنترل فشارهای  زیر زمینی است . ستون گل  در هر  نقطه از چاه ، با وزن خود فشاری بر سازند وارد می کند که مقدار نسبت مستقیم با عمق آن نقطه  و وزن مخصوص گل دارد . این فشار  را فشار هیدرواستاتیکی می گویند . یک ستون آب  شیرین  به بلندی  یک  فوت  و سطح مقطع یک اینچ مربع ، وزنی  معادل 0.4335 پوند دارد . چون یک فوت مکعب اب 62/4 پوند وزن دارد و قاعده  فوت مربع است (اینچ مربع 144 = فوت مربع) بنابراین فشار هیدرواستاتیکی  حاصل از  آن برابر است با :

 مواد وزن افزا  ممکن است  در آب محلول  یا نا محلول  باشند . این مواد معمولا شامل باریت ، هماتیت ، سولفور  سرب ،  کربنات کلسیم (سنگ آهک) و نمک های محلول در آب باشند .

مواد محلول

مواد جامد محلول  معمولا نمک های  شیمیایی مانند کلرید  سدیم NaCI کلرید کلسیم (CaCI)، کلرید پتا سیم (KCL) و برومید کلسیم(2BrCI) هستند.

سیالات  حفاری ای  که با کمک مواد  وزن افزای  محلول در آب  تهیه می شوند ، چون فاقد  جامد هستند  می توانند  به عنوان یال  تعمیر  و تکمیل  مورد استفاده قرار گیرند.

حداکثر وزنی  که از مواد  وزن افزای  محلول در آب می توان بدست آورد  عبارتند از :

 الف) پودر نمک (NaCI)تا 75pcf

ب) پودر کلرید کلسیم(CaCI2)86-90pcf

ج) برومید کلسیم(محلول) تا 106pcf

 هنگام ترکیب شدن  کلرید کلسیم در آب ، حرارت زیادی  تولید می شود  و کلرید کلسیم تا وزن90pcf  در آب حل می شود و به درجه  اشباع می رسد  ولی چنانچه  در حین ح فاری  درجه حرارت  گل کاهش یابد ، مقداری  کلرید کلسیم  به صو رت کریستال  در می آید ، بنابراین بهتر است از مصرف  کلرید کلسیم  تا این درجه خودداری شود .

 توصیه می شود خصوصا در فصل زمستان  که هوا خیلی سرد است و سیستم سطحی گل حفاری به سرعت سرد می شود از کلرید کلسیم  تا وزن حداکثر 86pcf استفاده شود . مصرف بیشتر به طور حتم باعث کریستال شدن محلول در مخازن  گل  می شود .

مواد وزن افزای  نامحلول در آب عبارتند از :

 ( 1پودر سنگ آهک (Ca CI2) با وزن مخصوص 7/2:

 چون کربنات کلسیم  در ا سید  کلریدریک  حل می شود  بیشتر  در طبقات  نفت زا  به کار می رود . حداکثر وزن  گلی که با کمک  این ماده می توان  بد ست آورد  در گل پایه آبی 90pcf  و در گل پایه روغنی 86pcf  دست یافت .

2) پودر باریت (Br CI2) با وزن مخصوص 2/4:

چون این ماده در ا سید کلردریک  حل نمی شود ، در طبقات نفت زا حتی  الامکان از آن استفاده نمی شود . با استفاده از باریت  می توان حداکثر  به وزن 135-140pcf د ست یافت .

 کیفیت پودر  باریت  تحت کنترل  دقیق و مستمر  قرار می گیرد  تا فاقد  رس  یا بنتونایت  باشد زیرا ،  وجود رس  و بنتونایت  در آن باعث  افزایش yp  و خاصیت ژلاتینی  گل و تغییر  سایر  خواص گل می شود ، خصوصا  در گل های سنگین  وزن ، از وزن باریت  نامرغوب  نمی توان استفاده کرد .

3) فروبار  با وزن مخصوص ±۵:

در گل های سنگین  وزن (135-140pcf) همراه پودر  باریت ( معمولا نسبت  3  باریت  و 1 فروبار ) مورد استفاده قرار می گیرد ، یعنی  با باریت ، وزن گل  را به  135-140pcfافزایش داده  و سپس از فروبار  استفاده می کنند  تا به وزن بالاتر از 140pcf برسند (تا 165Pcf) برای وزن های بالاتر ، از سولفور  سرب (pbS) که گالنا  نیز نامیده می شود استفاده می کنند .

در سیستمی  که از این  مخلو ط  استفاده می شود ، گل دارای درصد جامدات کمتری خواهد بود و خوا ص  بهتری از گل  مشاهده می شود .

 نشاسته

نشاسته پلیمری طبیعی است که ایزومر سلولز می باشد و از دو بخش  آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است . آمیلوز خش خظی پلیمر و آمیلوپکتین بخش زنجیره ای آن می باشد .

آمیلوز وقتی پخته می شود به صورت ژله در می آید و وقتی سرد می شود لخته می گردد آمیلوپکتین  به خاطر شاخه های متعددی که دارد بعد از پخته شدن به همان صورت  باقی می ماند و نمی بندد بافت های  فسفری  روی پلیمر نشاسته وجود دارد که سبب می شود خاصیت  آنیونی جذب آب  بالاتر رود .  نشاسته به دو صورت  استفاده می شود . در این دو نوع نشاسته  درصد آمیلوز  و امیلوپکتین یکسان است  و فقط به خاطر  وجود باندهای فسفری  تفاوت دارند .

1)                نشاسته  غلات (ذرت و گندم) :

این نوع نشاسته در اعماق  کم به کار می رود چون پس از پخته شدن  وقتی سرد می گردد  سریع می بندد و برای اعماق پایین چاه مناسب  نیست .

2)                نشاسته غده ای (سیب زمینی ):

این نشاسته در اعماق  زیاد به کار می رود  چون باریت ومواد  وزن افزا  به گل اضافه  می شوند باید نشاسته  روان باشد و نبندد لذا از نشاسته سیب زمینی که روی سطح آن  فسفات  وجود دارد استفاده می شود .

در سال های اخیر  شیمی دان ها موفق شده اند  با روش های شیمیایی ، فسفات ها را روی سطح  ذرت  بنشانند  و خاصیت آنیونیک  به آن دهند  تا بتوان  آن را در اعماق  کم  به کار رود .

 نکته :  ماده شیمیایی نشاسته حفاری  تحمل حرارتی  تا 300 درجه  فارنهایت  را دارد و در دمای  بیش از آن تبخیر می گردد  و خاصیت آن از دست می رود  در درجه حرارت های بیش از 200 درجه فارنهایت  به جای نشاسته از ماده شیمیایی  دیگری بنام کربوکسی  متیل سلولز  ویسکوزیته پایین استفاده می گردد .



نوع فایل : word
اندازه فایل : 28
قیمت : 7000
خرید