0

صنایع بالادستی (مخازن، اکتشاف، حفاری، تولید، صنایع آفشور و دریایی)

آشنایی با گل حفاری‌ (Drilling mud)

آذر ۲۸, ۱۳۹۵ ۳:۲۸ ب.ظ

این پیام تبلیغاتی است
@OilAndGas

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.


دانلود فایلهای آموزشی در انتهای متن


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 حفاری و نقش آن در حفاری های اکتشافی نفت و گاز

فهرست مطالب:

  • موارد استفاده ازگل حفاری
  • نقش مواد در گلحفاری
  • مواد معدنی مورداستفاده در حفاری
  • انواع گل حفاری
  • موادی که به گل اضافه می شود
  • مشخصات گل حفاری
  • آنالیز گل حفاری
  • سیستم گردش گل
  • گردش گل حفاری
  • موارد استفاده از 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 کانیسازی 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 می‌شودتابع روش حفاری ، مقاومت سنگها ، میزان شکستگی ، عمق ، مواد گازی و ترکیب کانیشناسی سنگ است.

گل حفاری غیر از بالا آوردن تراشه های زمین کاربردهای دیگری نیز در ته چاه انجام می دهند که عبارتند از خنک کردن و روان کردن مته . علت اینکه بجای آب از گل حفاری استفاده می شود این است که خرده سنگهای حفاری شده دارای وزن مخصوص زیادی هستند و با اینکه گل بعلت سرعت زیاد آنها را با خود بالا می آورد معهذا باید گرانروی گل بحدی باشد که بتواند خرده سنگها را با سهولت وبه سرعت از چاه خارج کند .

گلی که بدین ترتیب خرده سنگها را از چاه بیرون می کشد و بدرون صافی مخصوصی که شبیه غربال است هدایت می شود در آنجا خود گل از صافی عبور کرده اما خرده سنگها روی صافی باقی می مانند و گل پس از عبور از صافی در مخزنی جمع آوری و از آنجا مجددا بداخل رشته حفاری تلمبه می شود . 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 می کند .

گل حفاری باعث می شود ستون گل حفاری به دیوار چاه فشار آورد و مانع ریزش آن شود . به علاوه بدنه چاه را اندود کرده و منافذ آنرا می گیرد و دیگر آنکه در مواقعی که مته در اعماق زیاد به لایه گاز یا نفت ( در حفاری های نفت و گاز ) می رسد ستون گل مانع می شود که گاز یا نفت از منافذ لایه مذکور که ممکن است فشار زیاد هم داشته باشد بروی چاه را 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 .

»» نقش مواد در گلحفاری

کنترل وزنمخصوص: برای منترل مخصوص از باریت ، گالن و آهک استفاده می‌شود. در مواردی که فشار آب و یا گاز در منطقه حفاری زیاد باشد، یا حفاری در سنگ خاصی (نظیر شیل) صورت گیرد، از باریت می‌توان استفاده نمود. در صورتی که فشار آب و یاگاز در سنگهایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد، از گالن استفاده می‌کنند. از آهکبه منظور کاهش وزن مخصوص کمک می‌گیرد.

مواد تغییر دهندهغلظت :به منظور بازیابی سریع مواد حفاری شده ، جلوگیری از گیرکردن مته و افزایش سرعت حفاری ، از نبتونیت سدیم‌دار ، اتاپولژیت (Attapulgite) ،آزبست ، موسکویت ، گرافیت و دیاتومیت می‌توان استفاده کرد.

کنترل ترکیبشیمیایی محلول حفاری: ترکیب شیمیایی محلول حفاری بر غلظت ، وزنمخصوص ، سرعت حفاری و دستگاههای حفاری تاثیر مستقیم می‌گذارد. مواد معدنی مورداستفاده عبارتند از بی‌کربنات سدیم ، نمک ، آهک ، دولومیت و ژیپس.

»» مواد معدنی مورداستفاده در حفاری

بنتونیت:به منظور جلوگیری از هدر رفتن محلول حفاری در چاههایی که درز وشکاف زیاد دارند. می‌تواند از نبتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاهاستفاده نمود. نبتونیت خاصیت کلوئیدی را افزایش می‌دهد. و در نتیجه درصد بازیابیپودر و سنگ افزایش می‌یابد.

میکا :برای جلوگری از گیر کردن مته در سنگهای دارای خاصیت چسبندگی زیاد، نظیر وزن گسلی یا در سنگهای مارنی از میکا باید استفاده شود.

گرافیت :هر گاه مته و محور آن به هنگام حفاری گیر کند استفاده از گرافیتلازم می‌آید که البته بعد از بر طرف شدن مانع باید آن را از چاه خارجکرد.

باریت:برای کنترل وزن مخصوص از باریت استفاده می‌کنند.

گالن :به منظور کنترل وزن مخصوص از گالن استفادهمی‌نمایند.

آهک و دولومیت :جهت کاهش وزن مخصوص و کنترل خاصیت قلیای از آهک و دولومیتمی‌توان استفاده نمود.

ژیپس :برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانیهایرسی از ژیپس استفاده می‌شود.

آزبست:به منظور افزایش درصد مواد حفاری می‌توان از آزبست استفاده نمود.

نمک :در موقع حفاری به منظور کنترل قطر چاه و همچنین برای کنترلپراکندگی رسها از نمک استفاده می‌شود.

کربنات وبی‌کربنات سدیم :به منظور کنترل محلولها و جلوگیری از خطر آلودگی، کربنات را مورد استفاده قرار می‌دهند.

پرلیت وخاکسترهای آتشفشانی:این مواد به عنوان سیمان بکار می‌روند.

»» انواع گل حفاری :

a) گل پایه آبی

b) گل هوا و کف : نوعی گل پایه آبی بوده که در طبقات با شکستگی زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.

c) گل پایه روغنی : بخش عمده آن گازوئیل ( ۹۵٪ تا ٩۸٪ ) و بقیه آن آب نمک و دیگر افزودنیها می باشد.به چند دلیل در حفاریها از گل روغنی استفاده می شود :

۱. در بخشهای مخزنی جهت جلوگیری از ریزش چاه

۲. جلوگیری از ریزش شیل

۳. عدم نفوذ زیاد گل بدرون سازند

الف ) گاهی نوع خاص از گل تزریق می شود به نام پیل : که با ویسکوزیته بیشتر است و هنگامی که چاه ساکن است بدرون چاه اضافه می شود و جلوگیری از هرزروی که یا از LCM (مواد کنترل کننده هرزروی) و یا از Hv Pill (پیل با ویسکوزیته زیاد یا پیل غلیظ)استفاده می شود.

ب ) سلاگ : با وزن حجمی بیشتری است و در هنگام لوله لوله بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

»» موادی که به گل اضافه می شود :

۱) کاستیک (Na OH) برای تغییر در PH و قلیائی نمودن گل

۲) رس : جهت بالا بردن ویسکوزیته آن

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

۴) CMC Hv : جهت بالا بردن ویسکوزیته در پیل

۵) کلسیم (Ca) : بالا بردن سختی گل حفاری

۶) بنتونیت به منظور بالا بردن ویسکوزیته

۷) LCM (Loss Controller Material): افزودنیهائی مثل پوست گردو ، پوست شکلات میکا و . . . برای نفوذ در داخل خلل و فرج ( در هنگام هرزروی بالا استفاده می شود).

»» مشخصات گل حفاری :

صاف آب (WL : Water Loss): بر حسب cc.

پایه آبی : PH

Ca بر حسب ppm

ALK : آلکالینیتی

پایه روغنی :ES : مربوط به سالینیتی ( شوری ) و عدم دو فاز شدن گل

HPHT : مربوط به صاف آب است .

»» آنالیز گل حفاری

در بخش گل حفاری خواص سیال حفاری را مورد بررسی قرار می دهند و از آنجا که مثلاً بنتونیت Bentonite به تنهائی از پس کلیه وظایف گل حفاری بر نمی آید. یک سری افزودنی به گل اضافه می کنند که در این آزمایشگاه با انجام آزمایشهای مختلف ترکیب یک گل با خصوصیات مورد نظر بدست می آورند. مثلاً یکی از افزودنیها CMC می باشد که برای افزایش viscosity به گل اضافه است. از خواص دیگر گل می توان به موارد زیر اشاره کرد :

»»viscosity (گرانروی ) که در دورRPM 600 اندازه گیری می شود با استفاده از دستگاه Rheometer انجام می گیرد. (یکی دیگر از خواص گلPlastic viscosity است ) تعیین yield point یکی دیگر از خواص گل حفاری است.

»» هرچه yield point بالاتر باشد حمل قطعات وcuttings توسط گل راحت ترصورت می گیرد.

»» از خواص مهم گل mud filtrate است که با دستگاه API Standard filter press اندازه گیری می شود. Mud filtrate مقدار آبی است که سیال حفاری در حین circulation از دست می دهد. در دستگاه مورد نظرگل را داخل یک محفظه می ریزند و مقدار آبی که در زمان ۳۰ دقیقه تحت فشارpsi 100 از گل جدا می شود برحسب cc/30 min گزارش می گردد. همچنین دراین آزمایش ضخامت mud cake را نیز اندازه گیری می کنند. با افزودن یک سری مواد می توان ضخامت mudcake را کاهش داد.

»»از خصوصیات دیگر گل حفاری استحکام ژله ای گل است.

یکی دیگر از دستگاههایی که برای اندازه گیری هرز روی و بهینه کردن آن بکار می رود تا آن را به حداقل برساند bridging materialtester) BMT) می باشد. در این دستگاه برای هر نوع سازندی یک مدل اختیار می شود. مثلاً برای سازند ماسه سنگی یک مدل گلوله ای را در نظر می گیرند و میزان هرز روی گل را از داخل این مدل اندازه گیری می کنند.

در آزمایشگاه اسید زنی آزمایشات مربوط به اسیدکاری انجام می شود. می دانیم که پس از سیمان کاری به چاه اسید می زنند تا سیمان باقی مانده خارج شده و شسته شود. Acidizing Instrument در این واحد قرار دارد، قلب این دستگاه پمپ آن است. در این دستگاه فشار و حرارت بر روی سنگ اعمال می شود. در واقع اسید با یک فشار معین به داخل core تزریق می شود. در این دستگاه فشار و حرارت برروی سنگ اعمال می شود. به این وسیله کربناتهای داخل مغزه حل می شوند. پس از اسید زنی تراوایی را دوباره اندازه گیری می گیرند، خروجی این دستگاه بصورت print شده تهیه شود.

خواص مکانیکی گل که باید در آزمایشگاه تعیین شوند عبارتند از :

۱.Plastic viscosity) PV)

۲. Yield point) YP)

۳. Gel Strength) gs)

۴. Filtration Lost) FL)

»» سیستم گردش گل

سیال حفاری اگر مایع باشد قسمت عمده آن آب است و گاهی نفت جزء اصلی آن است. از رس های مخصوصی برای شکل دادن به گل حفاری استفاده می شود و باریت برای افزایش وزن مخصوص گل بکار میرود. مواد شیمیائی برای کنترل گرانروی (Viscosity) گل و افزایش توانائی ذرات جامد گل برای اندود نمودن دیواره چاه بکار می روند. ١٪ تمامی چاههای نفت حفاری شده از هوای متراکم یا گاز طبیعی برای سیال حفاری بجای گل استفاده کرده اند. مخازن گل دارای همزن هائی هستند(Agitators) (پارو مانند) که گل را بهم زده و مخلوط می کنند.

»» گردش گل حفاری :

بخش های مختلف مسیر گردش گل به قرار زیر می باشند :

۱- مخازن گل :

الف) مخزن ذخیره گل Reserve Tank

ب ) مخزن مکش Suction Tank از آنها بدرون پمپها هدایت می شود.

ج ) مخزن شیکر Shaker Tank پس از خروج از چاه

د ) مخزن میانی Middle Tank قبل از مخزن مکش قرار دارد.

*مخزن Trip : در حین پر کردن و خالی نمودن چاه در شرایطی غیر از حفاری مثلا” لوله بالا مورد استفاده قرار می گیرد

۲ – پمپهای گل :

۳- Mud Hose : لوله ای که از پمپ به Swivel وارد می شود.

۴- شیل شیکر (ShaleShaker)

۵- Mud Cleaner : شامل ١ – Desander (ماسه زدا) و۲- Desilter (سیلت زدا)

۶- Degasser

۷- MudAggitator : شفتی است که با چرخش خود در مخزن ترکیبات گل را با یکدیگر مخلوط می کند و از ته نشینی مواد موجود در گل جلوگیری می نماید. (دستگاه سانتریفوژ روی Suction Tank) قرار دارد).

۸- Stand PipeManifold روی Floor حفاری قرار داشته با چهار مسیر بشرح زیر :

۱) Fill UpLine: هنگام پر کردن چاه از گل

۲) JetCellar: مسیری است که باعث خالی شدن Cellar میگردد.

۳) Bottom KillLine: به سمت Pipe Rams پائین میرود.

۴) Top KillLine: که به سمت Pipe Rams بالائی می رود.

٩- Mud Pit : حوضچه ای که زائده های داخل گل درون آن میریزد.

Over Balance= هرزروی گل در اثر فشار کم سازند

Under Balance= فشار سازند از گل بیشتر بوده و نتیجتا” فوران خواهیم داشت( Flow یا 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 دیواره 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.

مرحله 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.

مرحله 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 ارائه این فصل آشنایی با گل حفاری و وظایف آن و معرفی انواع گل حفاری و نیز ارائه 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 حفاری غیر از بالا آوردن تراشه های زمین کاربردهای دیگری نیز در ته چاه انجام می دهند که عبارتند از خنک کردن و روان کردن مته . علت اینکه بجای آب از گل حفاری استفاده می شود این است که خرده سنگهای حفاری شده دارای وزن مخصوص زیادی هستند و با اینکه گل بعلت سرعت زیاد آنها را با خود بالا می آورد معهذا باید گرانروی گل بحدی باشد که بتواند خرده سنگها را با سهولت وبه سرعت از چاه خارج کند .

گلی که بدین ترتیب خرده سنگها را از چاه بیرون می کشد و بدرون صافی مخصوصی که شبیه غربال است هدایت می شود در آنجا خود گل از صافی عبور کرده اما خرده سنگها روی صافی باقی می مانند و گل پس از عبور از صافی در مخزنی جمع آوری و از آنجا مجددا بداخل رشته حفاری تلمبه می شود . 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 می کند .

گل حفاری باعث می شود ستون گل حفاری به دیوار چاه فشار آورد و مانع ریزش آن شود . به علاوه بدنه چاه را اندود کرده و منافذ آنرا می گیرد و دیگر آنکه در مواقعی که مته در اعماق زیاد به لایه گاز یا نفت ( در حفاری های نفت و گاز ) می رسد ستون گل مانع می شود که گاز یا نفت از منافذ لایه مذکور که ممکن است فشار زیاد هم داشته باشد بروی چاه را 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.

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 جاذبه 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 لوله ‏های 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 بوسیله 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 بوسیله تنظیم مناسب وزن گل بوسیله 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 کنده‏ های 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 لوله‏ های 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، همه 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 جزوات آموزشی اصول و روشهای حفاری

۸- دانلود جزوات آموزشی تجهیزات سرچاهی

۹– دانلود کتب انگلیسی نفت و حفاری

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


۱۱- دانلود کتاب جامع گل حفاری- بیژن اسدی- ۲۰۴ صفحه- PDF

دانلود دموی فایل

5500 تومان – دریافت نمایید

فهرست مطالب:

  • فصل اول- معرفی گل حفاری و شرح وظایف آن
  • فصل دوم- شیمی خاک رس
  • فصل سوم- علم الحرکت یا Rheology گلهای حفاری
  • فصل چهارم- هیدرولیک گلهای حفاری
  • فصل پنجم- ابزار و روشهای آزمایش گل های حفاری

۱۲- آلودگی و درمان گل حفاری- ۸۷ صفحه- PDF- روح االله ملک محمدی

۱۳- آموزشی سیال حفاری- ۱۳۳ صفحه- PDF- مهندس روحی


این پیام تبلیغاتی است

استخدام | اینستاگرام | اپ اندروید | اپ آیفون


دیدگاهتان را بنویسید