0

اکتشاف، حفاری و مخازن

آشنایی با گل حفاری‌ (Drilling mud)

آذر ۲۸, ۱۳۹۵ در ۳:۲۸ ب.ظ


چکیده:

گل حفاری یا Drilling Mud یا Drilling Fluid در مهندسی ژئوتکنیک، به مخلوطی از آب و رس اطلاق می‌گردد، که برای حمل مواد حفر شده در سیستم‌های حفاری، به سطح زمین از آن استفاده می‌شود. گل حفاری غیر از بالا آوردن تراشه‌های زمین کاربردهای دیگری نیز در ته چاه انجام می‌دهد، که عبارتند از خنک کردن و روان کردن مته. علت اینکه بجای آب از گل حفاری استفاده می‌شود این است که خرده سنگ‌های حفاری شده، دارای وزن مخصوص زیادی هستند و با اینکه گل بعلت سرعت زیاد آنها را با خود بالا می‌آورد، ولی باید گرانروی گل بحدی باشد، که بتواند خرده سنگ‌ها را با سهولت و به سرعت، از چاه خارج نماید.

گلی که بدین ترتیب خرده سنگها را از چاه بیرون می‌کشد و بدرون صافی مخصوصی که شبیه غربال است هدایت می‌شود در آنجا خود گل از صافی عبور کرده اما خرده سنگها روی صافی باقی می‌مانند و گل پس از عبور از صافی در مخزنی جمع‌آوری و از آنجا مجدداً بداخل رشته حفاری تلمبه می‌شود. بدین ترتیب جریان دائمی گل از درون کاسه گردان به داخل رشته حفاری و سرمته و از آنجا به فضای بین رشته حفاری و چاه و تا صافی مخزن ادامه پیدا می‌کند.

گل حفاری باعث می‌شود ستون گل حفاری به دیوار چاه فشار آورد و مانع ریزش آن شود. به علاوه بدنه چاه را اندود کرده و منافذ آنرا می‌گیرد و دیگر آنکه در مواقعی که مته در اعماق زیاد به لایه گاز یا نفت (در حفاری‌های نفت و گاز) می‌رسد ستون گل مانع می‌شود که گاز یا نفت از منافذ لایه مذکور که ممکن است فشار زیاد هم داشته باشد بروی چاه راه یابد. به همین جهت غلظت و وزن گل حفاری باید بیش از وزن آب و بحدی باشد که بتواند فشار لایه متخلخل مذکور را خنثی کند.


مقاله اول

گل حفاري و نقش آن در حفاري هاي اکتشافي نفت و گاز

فهرست مطالب:

  • موارد استفاده ازگل حفاري
  • نقش مواد در گلحفاري
  • مواد معدني مورداستفاده در حفاري
  • انواع گل حفاري
  • موادي كه به گل اضافه مي شود
  • مشخصات گل حفاري
  • آناليز گل حفاري
  • سيستم گردش گل
  • گردش گل حفاري
  • موارد استفاده از گل حفاري

براي انجام مراحل مختلف اکتشاف مواد معدني فلزي و غير فلزي ، نفت ،گاز و آب و همچنين به منظور بررسي و مطالعه خصوصيات سنگ شناسي ، آلتراسيون و کانيسازي لايه‌هاي زيرزميني يک منطقه به حفاري مي‌پردازند. انواع مهم حفاري عبارتند از : نوع مغزه گير ، نوع روتاري و نوع ضربه‌اي. مواردي که براي حفاري استفاده مي‌شودتابع روش حفاري ، مقاومت سنگها ، ميزان شکستگي ، عمق ، مواد گازي و ترکيب کانيشناسي 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 حفاري هاي 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 گلحفاري

کنترل وزنمخصوص: براي منترل مخصوص از باريت ، گالن و آهک استفاده مي‌شود. در مواردي که فشار آب و يا گاز در منطقه حفاري زياد باشد، يا حفاري در سنگ خاصي (نظير شيل) صورت گيرد، از باريت مي‌توان استفاده نمود. در صورتي که فشار آب و ياگاز در سنگهايي که حفاري مي‌شود خيلي زياد باشد، از گالن استفاده مي‌کنند. از آهکبه منظور کاهش وزن مخصوص کمک مي‌گيرد.

مواد تغيير دهندهغلظت :به منظور بازيابي سريع مواد حفاري شده ، جلوگيري از گيرکردن مته و افزايش سرعت حفاري ، از نبتونيت سديم‌دار ، اتاپولژيت (Attapulgite) ،آزبست ، موسکويت ، گرافيت و دياتوميت مي‌توان استفاده کرد.

کنترل ترکيبشيميايي محلول حفاري: ترکيب شيميايي محلول حفاري بر غلظت ، وزنمخصوص ، سرعت حفاري و دستگاههاي حفاري تاثير مستقيم مي‌گذارد. مواد معدني مورداستفاده عبارتند از بي‌کربنات سديم ، نمک ، آهک ، دولوميت و ژيپس.

»» مواد معدني مورداستفاده در حفاري

بنتونيت:به منظور جلوگيري از هدر رفتن محلول حفاري در چاههايي که درز وشکاف زياد دارند. مي‌تواند از نبتونيت سديم‌دار به عنوان پوشش داخلي سطح چاهاستفاده نمود. نبتونيت خاصيت کلوئيدي را افزايش مي‌دهد. و در نتيجه درصد بازيابيپودر و سنگ افزايش مي‌يابد.

ميکا :براي جلوگري از گير کردن مته در سنگهاي داراي خاصيت چسبندگي زياد، نظير وزن گسلي يا در سنگهاي مارني از ميکا بايد استفاده شود.

گرافيت :هر گاه مته و محور آن به هنگام حفاري گير کند استفاده از گرافيتلازم مي‌آيد که البته بعد از بر طرف شدن مانع بايد آن را از چاه خارجکرد.

باريت:براي کنترل وزن مخصوص از باريت استفاده مي‌کنند.

گالن :به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفادهمي‌نمايند.

آهک و دولوميت :جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصيت قلياي از آهک و دولوميتمي‌توان استفاده نمود.

ژيپس :براي جلوگيري از آلودگي کربنات و همچنين جهت لخته کردن کانيهايرسي از ژيپس استفاده مي‌شود.

آزبست:به منظور افزايش درصد مواد حفاري مي‌توان از آزبست استفاده نمود.

نمک :در موقع حفاري به منظور کنترل قطر چاه و همچنين براي کنترلپراکندگي رسها از نمک استفاده مي‌شود.

کربنات وبي‌کربنات سديم :به منظور کنترل محلولها و جلوگيري از خطر آلودگي، کربنات را مورد استفاده قرار مي‌دهند.

پرليت وخاکسترهاي آتشفشاني:اين مواد به عنوان سيمان بکار مي‌روند.

»» 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 :

۱. در بخشهاي مخزني جهت جلوگيري از ريزش چاه

۲. جلوگيري از ريزش شيل

۳. 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 :

۱) كاستيك (Na OH) براي تغيير در PH و قليائي نمودن گل

۲) رس : جهت بالا بردن ويسكوزيته آن

۳) باريت : (Ba SO4) : بمنظور بالا بردن وزن گل

۴) CMC Hv : جهت بالا بردن ويسكوزيته در پيل

۵) كلسيم (Ca) : بالا بردن سختي گل حفاري

۶) بنتونيت به منظور بالا بردن ويسكوزيته

۷) 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 .

»» آناليز گل حفاري

در بخش گل حفاري خواص سيال حفاري را مورد بررسي قرار مي دهند و از آنجا كه مثلاً بنتونيت Bentonite به تنهائي از پس كليه وظايف گل حفاري بر نمي آيد. يك سري افزودني به گل اضافه مي كنند كه در اين آزمايشگاه با انجام آزمايشهاي مختلف تركيب يك گل با خصوصيات مورد نظر بدست مي آورند. مثلاً يكي از افزودنيها CMC مي باشد كه براي افزايش viscosity به گل اضافه است. از خواص ديگر گل مي توان به موارد زير اشاره كرد :

»»viscosity (گرانروي ) كه در دورRPM 600 اندازه گيري مي شود با استفاده از دستگاه Rheometer انجام مي گيرد. (يكي ديگر از خواص گلPlastic viscosity است ) تعيين yield point يکي ديگر از خواص گل حفاري است.

»» هرچه yield point بالاتر باشد حمل قطعات وcuttings توسط گل راحت ترصورت مي گيرد.

»» از خواص مهم گل mud filtrate است كه با دستگاه API Standard filter press اندازه گيري مي شود. Mud filtrate مقدار آبي است كه سيال حفاري در حين circulation از دست مي دهد. در دستگاه مورد نظرگل را داخل يك محفظه مي ريزند و مقدار آبي كه در زمان ۳۰ دقيقه تحت فشارpsi 100 از گل جدا مي شود برحسب cc/30 min گزارش مي گردد. همچنين دراين آزمايش ضخامت mud cake را نيز اندازه گيري مي كنند. با افزودن يك سري مواد مي توان ضخامت mudcake را كاهش داد.

»»از خصوصيات ديگر گل حفاري استحكام ژله اي گل است.

يكي ديگر از دستگاههايي كه براي اندازه گيري هرز روي و بهينه كردن آن بكار مي رود تا آن را به حداقل برساند bridging materialtester) BMT) مي باشد. در اين دستگاه براي هر نوع سازندي يك مدل اختيار مي شود. مثلاً براي سازند ماسه سنگي يك مدل گلوله اي را در نظر مي گيرند و ميزان هرز روي گل را از داخل اين مدل اندازه گيري مي كنند.

در آزمايشگاه اسيد زني آزمايشات مربوط به اسيدكاري انجام مي شود. مي دانيم كه پس از سيمان كاري به چاه اسيد مي زنند تا سيمان باقي مانده خارج شده و شسته شود. Acidizing Instrument در اين واحد قرار دارد، قلب اين دستگاه پمپ آن است. در اين دستگاه فشار و حرارت بر روي سنگ اعمال مي شود. در واقع اسيد با يك فشار معين به داخل core تزريق مي شود. در اين دستگاه فشار و حرارت برروي سنگ اعمال مي شود. به اين وسيله كربناتهاي داخل مغزه حل مي شوند. پس از اسيد زني تراوايي را دوباره اندازه گيري مي گيرند، خروجي اين دستگاه بصورت print شده تهيه شود.

خواص مكانيكي گل كه بايد در آزمايشگاه تعيين شوند عبارتند از :

۱.Plastic viscosity) PV)

۲. Yield point) YP)

۳. Gel Strength) gs)

۴. 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 :

۱) Fill UpLine: هنگام پر كردن چاه از گل

۲) JetCellar: مسيري است كه باعث خالي شدن Cellar ميگردد.

۳) Bottom KillLine: به سمت Pipe Rams پائين ميرود.

۴) 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 ).


مقاله دوم

آشنایی با گل حفاری

می‏توانیم چنین فرض کنیم که گل‏های حفاری ساخته شده توسط جامدات چاه، یا خیلی سنگین بودند و یا گرانروی زیادی داشت و تنها آب برای رقیق کردن آن استفاده می‏گرفت. اگرگرانروی گل کاهش می‏یافت یا از درون مخازن ذخیره به سیستم گل جدید افزوده می‏شد و یا حفاری با همان گل رقیق ادامه می‏یافت و اگر وزن گل اندک بود چاه فوران میکرد و اگر هرز روی گل زیاد می‏شد یا اندود گل تشکیل شده باعث گیر کردن لوله‏های حفاری می‏شد و یا ریزش دیوارة چاه باعث گیر کردن لوله‏ها می‏گشت، هیچ نوع مواد افزودنی مؤثری برای کنترل خواص فیزیکی گل وجود نداشت.

۱۳ سال بعد از ظهور نخستین گل حفاری لوکاس در سال ۱۹۰۱ در اسپیندل تاپ برای مباحثه در مورد سیالات حفاری و مطرح کردن آن بعنوان یک ضرورت در صنعت حفاری حضور پیدا کرد. این مسئله در سال ۱۹۱۴ از تحقیقات وسیعی توسط پولارد و هگبورک کشف گردید که از گل فوق‏العاده غلیظی برای حفاری توسط دکل‏های ضربه‏ای در ایالت اوکلاهاما استفاده می‏شده است.

مشکل پولارد و هگبورک، توسعه روشی برای بهبود کیفیت حفاری با روش ضربه‏ای، به منظور جلوگیری از ضایعات اضافی گاز که بهنگام حفاری گازی با روش ضربه‏ای صورت می‏گرفته، بود. در این روش تنها مقدار کمی سیال بدرون چاه فرستاده می‏شد. آنها توصیه می‏کردند که برای جلوگیری از فوران چاه به منظور کنترل فشار هیدرو استاتیکی از گل خاک رس غلیظ استفاده کنند. ترکیب و خواص سیالات خاک رسی، توسط آنها عرضه شد و احتمالاً در آن زمان در روش حفاری دورانی نتایج مطلوبی را بدست داده است.

گل مطلوب به گلی گفته می‏شود که به اندازه کافی غلیظ باشد تا بتواند منافذ طبقات و ماسه‏ها را طوری مسدود نماید که سیال نتواند بدرون آنها نفوذ نماید. گل مطلوب گلی است که توانایی انسداد منافذ ماسه و جلوگیری از ریزش دیواره چاه و کنترل فشارهای گاز را داشته باشد. گل حفاری مطلوب …

تاریخ جدید سیالات حفاری یعنی زمانی که تلاش برای کنترل خواص گل با استفاده از مواد افزودنی طراحی شد در سال ۱۹۲۱ آغاز گردید. استراود در سال ۱۹۲۱ در تلاش بود که وسیله‏ای بیابد که گل را آنقدر سنگین نماید که با کنترل فشار گاز از فوران جلوگیری نماید. چندین فوران شدید و آتش سوزیهای مهلک به هنگام حفاری با گل سبک و گاز خورده اتفاق افتاده بود. استراود متوجه شد که نمونه‏های برگشتی گل در مخازن، در مناطق گازی، وزنی معادل ۵/۱۰ تا ۱۱ پوند در گالن داشته و بسیار چسبناک هستند. بطوریکه بحدی می‏رسیدند که قابل تلمبه شدن نبودند. این نوع گل در اثر این اتفاقات فوران می‏کرد.

در آزمایشگاه کشف شد که ذرات ریز اکسید آهن علاوه بر سنگین کردن وزن گل (۱۵ تا ۱۸ پوند در گالن) براحتی قابل تلمبه شدن است. این مواد برای استفاده در صنعت توصیه شده و مقدار زیادی از آن در مناطق گازی آلکاتراس جنوبی و لویزیانای شمالی بکار گرفته شد و نتایج خوبی هم داشت. استفاده از اکسید آهن بچند دلیل مورد اعتراض کارگران حفاری قرار گرفت که در بین این دلایل رنگ تیره و ایجاد لک به روی پوست توسط این ماده جالب توجه بود.

در سال ۱۹۲۲ باریت تحت آزمایش قرار گرفت و مطلوبتر از اکسید آهن برای سنگین‏تر کردن گل تشخیص داده شد. استراود در ضمن، این واقعیت را که وزن مخصوص زیاد اکسید آهن و سولفات باریم باعث تهنشین شدن و ایجاد اشکالاتی در کنترل می‏شود را بیان نمود.

بطور کلی می‏توان تاریخچه گل حفاری رادر شش مرحله خلاصه کرد:

مرحله اول (از سال ۱۹۱۴ تا ۱۹۲۰): تعاریف مختلف برای گل حفاری از افراد مختلف ارائه می‏شد و به آن صورت استفاده از گل حفاری عمومیت پیدا نکرده بود.

مرحله دوم (از سال ۱۹۲۰ تا ۱۹۳۰): در این سالها شرکت‏های گل حفاری شروع به کار کردند و هر کدام موادی را برای استفاده در گل حفاری وارد بازار نمودند.

مرحله سوم (از سال ۱۹۳۰ تا ۱۹۴۰): در این سالها شرکت‏ها توانستند ابزاری را جهت انجام آزمایشات مختلف بر روی گل حفاری ارائه نمایند.

مرحله چهارم (از سال ۱۹۴۰ تا ۱۹۵۵): توسعه ویژگیها و ابزارهای سیستم گل حفاری مانند مخازن مدرن، آخورک گل، تفنگهای گل و …پیشرفتهایی بود که در طی این سالها صورت گرفت.

مرحلة پنجم (از سال ۱۹۵۵ تا ۱۹۷۰): پیدایش مهندسی گل بدین معنی که کلاسهای درسی برای افراد تحصیل کرده ابلاغ شد و فرمولها یکی بعد از دیگری درباره گل عرضه شد.

مرحلة ششم (از سال ۱۹۷۰ به بعد): که امروزه مشاهده می‏کنیم که در سیستم گل و خواص گل چه تغییرات و پیشرفتهایی بوجود آمده است.

بهر حال، هدف از ارائة این فصل آشنایی با گل حفاری و وظایف آن و معرفی انواع گل حفاری و نیز ارائة آزمایشات مختلف مورد استفاده جهت بدست آوردن میزان کمی و کیفی خواص گل حفاری می‏باشد. مهندس حفاری همواره نگران انتخاب و نگهداری سیال حفاری مورد استفاده برای حفاری است. سیالات حفاری ارتباط مستقیم با مشکلات حفاری دارند. اگر سیالات حفاری دارای خواص مورد نظر نباشند، نباید آنها را مورد استفاده قرار داد. کارکرد سیستم گل حفاری در موفقیت عملیات حفاری سهم بسزائی دارد چرا که می‏توان آنرا بعنوان مثالی مشابه دستگاه گردش خون در بدن انسان دانست که وظایف محوله به این سیستم در حفاری به همان مهمی وظایف سیستم گردش خون و خود خون در تداوم حیات انسان است.

کاربردهای  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 کانی سازی 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 می‌شود تابع روش حفاری ، مقاومت سنگها ، میزان شکستگی ، عمق ، مواد گازی و ترکیب کانی شناسی 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.

وظایف گل حفاری

در بدو پیدایش حفاری چرخشی، وظیفه گل حفاری عمدتاً انتقال کنده‏های حفاری از ته چاه به سطح زمین بود. لیکن با توسعه سیستم حفاری دورانی، وظایف گل حفاری نیز سنگین‏تر شده است. اجرای وظایف محوله به گل و سیال حفاری در عملیات حفر چاه آنقدر مهم و اساسی است که نمی‏توان اهمیت آنها را نادیده گرفت به همین دلیل باید در انتخاب و نگهداری و بکارگیری آن دقت لازم را انجام داد.

یک گل حفاری مطلوب و کارساز و مورد نظر در یک حفاری موفقیت‏آمیز بایستی دارای این تواناییها و ویژگی‏ها باشد: (۱) تمیزکردن ته چاه و انتقال کنده‏های حفاری به سطح زمین؛        (۲) خنک کردن مته و لوله‏های حفاری؛ (۳) روان کردن مته و لوله‏های حفاری؛ (۴) اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش چاه؛ (۵) کنترل فشارهای زیر زمینی؛ (۶) معلق نگه داشتن کنده‏ها و مواد وزن افزا به هنگام قطع جریان گل حفاری؛ (۷) ترخیص شن و کنده‏های حفاری بر روی الکهای لرزان و سایر تجهیزات جدا کننده؛ (۸) تحمل قسمتی از وزن لوله‏های حفاری و لوله‏های جداری؛ (۹) به حداقل رسانیدن ضایعات و آسیب‏ها به سازنده‏های مجاور چاه و    (۱۰) انتقال توان هیدرولیکی پمپ‏های گل به مته و بحرکت در آوردن تیغه‏های متحرک مته.

البته این وظایف گل در عملیات حفر چاه است. در برخی عملیاتهای جانبی حفر چاه بطور مثال سیمانکاری لوله‏های جداری، پکرگذاری، توپک‏رانی، کشیدن چاه، تعمیر چاه و … علاوه بر این وظایف، وظایف خاص مورد نیاز دیگری نیز به عهده گل حفاری خواهد بود. حال برای اینکه بهتر با وظایف و دلایل استفاده از گل حفاری آشنا شویم هر یک از ده مورد بالا را به تفضیل مورد بحث و مطالعه قرار می‏دهیم:

تمیزکردن ته چاه و انتقال کنده‏های حفاری

تمیزکردن ته چاه از کنده‏های حفاری هنوز هم یکی از مهمترین وظایف گلهای حفاری بشمار می‏آید. گل وقتی که از جهت‏های مته بیرون می‏آید بواسطه فوران شدیدی که دارد، سبب تمیز شدن ته چاه و لبه‏های مته شده و به این ترتیب هم طول عمر مته بیشتر می‎‏شود و هم سرعت و بازدهی حفاری را افزایش می‏دهد. گل همچنانکه در فضای حلقوی بالا می‏رود، کنده‏های حفاری را با خود حمل کرده و آنها را از ته چاه به سطح زمین می‏رساند. کنده‏ها همزمان که به سوی سطح زمین در حرکت هستند تحت تأثیر نیروی جاذبة زمین نیز هستند و به همین دلیل پیوسته تمایل به سقوط و بازگشت مجدد به ته چاه را دارند. اگر سرعت صعود گل در فضای حلقوی بیش از سرعت سقوط کنده‏ها باشد، در این صورت می‏توان انتظار داشت که کنده‏ها به سطح زمین برسند.

سرعت سقوط کنده‏ها و ذرات جامد گل از یک سو بستگی به شکل هندسی و وزن مخصوص

آنها و از سوی دیگر بستگی به گرانروی، خاصیت جنبش مولکولی، وزن و سرعت گل در فضای حلقوی دارد. توانایی گل در تمیز نگاهداشتن ته چاه و انتقال کنده‏های حفاری به سطح زمین بستگی بعوامل متعددی دارد. مهمترین عوامل مؤثر در انتقال کنده‏هابه سطح زمین، سرعت گل در فضای حلقوی، وزن گل و گرانروی گل است.

 خنک کردن مته و لوله ‏های حفاری

 در محل مته و نیز در نقاطی از چاه که لوله حفاری با سازند تماس دارد، در اثر نیروی اصطکاک گرمائی فوق‏العاده زیادی تولید می‏شود، اگر این گرما سریعاً منتقل نشود مته می‏سوزد و لوله‏های حفاری در محل تماسشان با سازندها در اثر فرسایش شدید سوراخ می‏شوند. چون سازند نمی‏تواند اینهمه انرژی گرمایی را انتقال دهد. این وظیفه را گل به عهده دارد. گل همینطور که در چاه گردش می‏کند، حرارت‏های تولید شده در نقاط اصطکاک را جذب فاز مایع یا گاز خود می‏کند و وقتی که به سطح زمین می‏رسد، آنها را در هوا رها می‏کند. به این ترتیب خود دوباره سرد شده و آماده رفتن بداخل چاه می‏شود.

 

روان کردن مته و لوله‏های حفاری

گل حفاری تا اندازه‏ بالایی باعث روان شدن مته و لوله‏های حفاری در چاه نیز می‏شود. رسی که در بیشتر گلهای حفاری پایه آبی مصرف می‏شود علاوه بر سایر وظایف خود بعنوان یک روان کننده نیز عمل می‏کند. آغشتن گل حفاری به نفت یا مواد روان کننده دیگر، خاصیت روان کنندگی آن را افزایش می‏دهد و سبب کاهش گشتاور پیچشی روی مته و لوله حفاری می‏شود. با این همه اگر وزن روی مته بیش از اندازه زیاد باشد حتی بهترین گل حفاری آغشته به نفت هم نمی‏توانند جلوی فرسایش و خراب شدن یاتاقانهای مته را بگیرند. در چنین شرایطی کاربرد روان کننده‏های فشار قوی می‏تواند در رفع مشکل مؤثر باشد.

اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش آنیک

گل حفاری خوب باید بتواند دیواره چاه را حتی اگر بافتی سست و نامنسجم داشته باشد بوسیلة یک لایه نازک و غیرقابل نفوذ طوری اندود کند که هم جلوی هرز رفتن گل و صافاب آن بداخل سازند را بگیرد و هم به پایداری و تحکیم سنگهای سازنده دیواره چاه کمک کند و مانع ریزش آنها به داخل چاه گردد. افزودن بنتونایت و درمان شیمیایی گل به منظور ایجاد محیطی یکنواخت از ذرات

 جامد و پرهیز از کلوخه‏ای شدن این ذرات. بخش کلوئیدی گل را تقویت کرده و توانائی گل را در نشاندن اندودی غیرقابل نفوذ بر دیواره چاه را بالا می‏برد. گاه لازم است که گل را بوسیله مواد کنترل کننده صافاب گل درمان کرد تا کیفیت اندود از نظر نفوذ ناپذیری بهبود پیدا کند و صافاب گل کاهش یابد.

 

کنترل فشارهای زیر زمینی

در حین حفاری ممکن است با سازندهایی روبرو شویم که محتوی آب، نفت یا گاز با فشار بسیار زیاد باشد. کنترل این فشارهای زیر زمینی به عهده گل حفاری است. یکی از خواص فیزیکی گل ایجاد فشار ستون سیال در چاه است. مقدار این فشار بستگی به وزن گل و عمق چاه دارد. با تنظیم مناسب وزن گل بوسیلة تنظیم مناسب وزن گل بوسیلة مواد وزن‏افزا، می‏توان مقدار فشار ستون سیال را طوری تنظیم کرد که درست مساوی فشار سازند باشد و بتوان آنرا کنترل کرد. اختلاف فشار گل و سازند را اختلاف فشار می‏گویند. بدیهی است که اگر این اختلاف فشار مثبت باشد یعنی اگر فشار هیدرواستاتیک از فشار سازند بیشتر باشد، خطر شکستن دیواره چاه و بدنبال آن گم شدن گل در سازند وجود دارد و چنانچه اختلاف فشار منفی باشد یعنی فشار هایدرواستاتیک از فشار سازند کمتر باشد، خطر جریان یافتن چاه و احتمال فوران آن پیش می‏آید.

قابل ذکر است که شیب فشار طبیعی برابر است با ۴۶۵/۰ پی‏اس‏آی بر فوت و این برابر با فشار یک ستون سازند آب به بلندی یک فوت است.

معلق نگه داشتن کنده‏ها و مواد وزن‏افزای گل به هنگام خاموشی پمپ‏ها

در حین عملیات حفاری گاهی ممکن است بعللی ناچار شویم که پمپ‏های گل را خاموش کرده و عملیات را متوقف کنیم. زمان این توقف بسته به دلیل آن ممکن است چند دقیقه باشد و یا چند ساعت و حتی چند روز باشد. بهر حال در عرض این توقف که گل از گردش باز ایستاده است، کنده‏ها و ذرات جامد موجود در آن می‏توانند در چاه ته نشین شده و مته و بخش بزرگی از لوله‏های حفاری را در زیر خود مدفون سازد و ادامه حفاری را غیرممکن یا دست کم بسیار مشکل سازد. لیکن اگر گل به اندازه کافی وزن و گرانروی و بندش مولکولی و نیروی استحکام ژلاتینی داشته باشد، آنگاه می‏توان انتظار داشت که گل در تمام طول مدت سکون، شن و سایر ذرات جامد حفاری شده را در خود معلق نگه داشته و هر یک رادر محل خود قفل کرده و تا گردش مجدد، مانع ته نشین شدن آنها شود.

ترخیص شن و کنده‏های حفاری روی الک لرزان

یک گل حفاری خوب باید به گونه‏ای باشد که وقتی از چاه بیرون می‏آید و روی تورهای لرزان ریخته می‏شود، کنده‏های حفاری و شن‏ها بتوانند براحتی از آن جدا شوند تا مجدداً بداخل چاه باز نگردد.

 

ترخیص شن روی توریهای لرزان حائز اهمیت بسیار است. زیرا شن فوق‏العاده فرساینده است و اگر از محیط گل خارج نشود و مجدداً وارد پمپها بشود، سبب فرسودگی شدید و سریع قطعات آنها و اتصالات لوله‏ها می‏گردد. درصد شن در گل حفاری را سند کونتنت گویند و بویژه در هنگام حفاری سازندهای شنی باید پیوسته اندازه‏گیری شود و این درصد هرگز نباید از دو درصد تجاوز کند.

تحمل بخشی از وزن لوله‏های حفاری و لوله‏های جداری

هر چه حفاری عمیق‏تر شود، وزن لوله‏های حفاری و لوله‏های جداری که باید در چاه وارد شوند بیشتر شده و فشار وارد بر دستگاههای نگهدارنده آنها در روی دکل نیز افزایش پیدا می‏کند. از آنجا که لوله‏ها در چاه ناچار در دکل قرار خواهند گرفت پس تحت تأثیر خاصیت شناورسازی گل یعنی بویانسی افکت، به اندازه وزن گل هم حجمشان از وزن آنها کاسته خواهد شد. این کاهش وزن لوله‏ها که توسط گل تحمل می‏شود به نفع جرثقیل‏هایی است که در روی دکل، لوله‏ها را آویزان نگه داشته است. بدیهی است که هر چه وزن گل زیادتر شود لوله‏ها سبک‏تر می‏شود یا بعبارت دیگر وزن ظاهری آنها کمتر می‏شود.

به حداقل رسانیدن ضایعات وارد بر سازند‏های مجاور چاه

به منظور حفاظت از سازندها، تثبیت کلیه خواص گل حفاری در سطحی مطلوب، یک ضرورت است. با این همه گاه باید خواص گل را فدا کرد تا در عوض اطلاعات کافی پیرامون سازند حفاری شده بدست آورد. به عنوان مثال، نمک اگر چه گل را منقلب کرده و صافات یا فیلترید آن را افزایش می‏دهد لیکن اگر قرار است در چاه نمودار الکتریکی گرفته شود، برای دریافت نتایج صحیح از این دستگاه باید مقاومت گل را کنترل کرد و این امر با افزودن نمک به گل میسر است.

همچنین افزودن نفت به گل اگر چه کارآیی و ضریب تولید چاه را بهتر می‏کند، لیکن همین نفت، در کار زمین شناسی اختلال ایجاد می‏کند و باید از مصرف آن در گل حفاری خودداری و صرفه نظر کرد.

انتقال توان هیدرولیک پمپ‏ها به مته

گل حفاری محیط پیوسته‏ای است که توان تولید شده در پمپ‏ها را به نوک مته منتقل می‏کند و ضمن این کار، بخشی از این توان را بصورت حرارت در قسمتهای مختلف مسیر حرکت خود از دست می‏دهد. بنابراین، همة توان تولید شده در پمپ‏ها به سر مته نمی‏رسد. بلکه فقط قسمتی از آن بنام توان مفید به مته می‏رسد و در آنجا مصرف می‏شود. در هنگام برنامه‏ریزی برای تهیه یک گل حفاری به هیدرولیک آن باید توجه کافی نمود. این به این معنی است که سرعت گردش گل و خواص فیزیکی آن و همچنین نوع ذرات جامد معلق در گل و درصد آنها را طوری باید در نظر گرفت که از کل توان پمپ‏ها فقط اندکی بصورت گرما تلف شودو بیشتر آن در مته و برای تمیز کردن ته چاه مصرف شود.


دانلود فایلهای آموزشی گل حفاری

۱- آموزش گل حفاری- شرکت ملی حفاری ایران

۲- دانلود فایل پاورپوینت آموزش گل حفاری

۳- دانلود فایل آموزش بررسی علل هرزروی گل حفاری

۴- دانلود فایل آموزشی کاربرد فناوری نانو در گل حفاری

۵- دانلود جزوه آموزشی گل حفاری- مهندس صداقت زاده

۶- دانلود جزوه وظایف گل حفاری


۷– دانلود کتب انگلیسی نفت و حفاری

۸– مجموعه جامع ویدئویی آموزش حفاری و سکوهای Offshore در صنعت نفت و گاز – شرکت شلمبرژه (Schlumberger)


- برای سهولت در دریافت آموزشها و مشاغل، اپلیکیشن موبایل و کامپیوتر ما را به طور رایگان دانلود نمایید. برای دانلود روی همین مطلب کلیک نمایید.

@OilAndGas


آموزشهای مرتبط زیر را نیز حتما مطالعه نمایید:

ما به نظرات پیشنهادی، انتقادی و حمایتی شما نیاز داریم، چند کلمه برایمان بنویسید: