حفاري

بدضعیفمتوسطخوبعالی (4٫38 از 5)
Loading...

حفاری UBDو مزیتهای قابل ملاحظهای نسبت به حفاری OBD
حفاری زیر تعادلی(Under Balance Drilling)

بیشتر چاههای نفت و گاز طبیعی با روش دورانی حفر میگردند که در آن مته حفاری سنگهای ته چاه را خرد میکند. سیال حفاری از درون لوله های حفاری به پایین پمپ شده و از فضای حلقوی میان لوله حفاری و دیوارهی چاه به سطح زمین باز میگردد. همراه با جریان این سیال در درون چاه، خرده های حاصل از عمل حفاری به سمت بالا حمل میشوند و بدین صورت درون چاه تمیز میشود.
در عملیات حفاری، سیال حفاری وظایف دیگری نیز بر عهده دارد که شامل حفظ استحکام دیوارهی چاه، خنک کردن مته و مهمتر از همه کنترل سیالات درون سازندهای حفاری شده است. هنگامی گفته میشود چاه در حالت تعادل ( Balance) قرار دارد که فشار سازند و فشار ناشی از ستون سیال حفاری با هم برابر باشند. در این حالت هیچگونه انتقال سیالی بین چاه و سازند رخ نمیدهد.
ترکیب و خواص سیال حفاری اغلب طوری انتخاب میشود که فشار سیال از فشار روزنهای سیالات سازندی که درمعرض حفاری قرار میگیرند بیشتر باشد. در این شرایط فراتعادلی (overbalance) فشار سیال حفاری از ورود سیالات سازند به درون چاه در حین عملیات حفاری جلوگیری میکند. اما در این وضعیت مقداری از سیال حفاری به درون سازند نفوذ میکند که معمولا سعی میشود با افزودن موادی به گل و ایجاد یک لایه با نفوذپذیری کم بر روی دیواره چاه، میزان این نفوذ را کاهش دهند.
در حفاری زیر تعادلی ( UBD) فشار سیال حفاری عملا کمتر از فشار روزنه های سیالات سازند نگهداشته میشود، در نتیجه در مواجهه با سازندهای نفوذپذیر، سیال سازند اجازه نفوذ به درون چاه در حال حفاری را پیدا میکند. در این روش تجهیزات و روشهای خاصی برای کنترل جریان سازند در حفاری زیر تعادلی مورد نیاز است. اما این روش مزیتهای قابل ملاحظهای نسبت به حفاری معمولی دارد.
● ضرورت استفاده از حفاری زیر تعادلی (UBD)
استفاده از این روش مزیتهایی به همراه دارد که میتواند باعث بهبود در بازگشت سرمایه در حفاری یک چاه شود که از آن قبیل میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

  • افزاش سرعت حفاری و عمر مته
  • کاهش احتمال گیر کردن رشته حفاری در درون چاه
  • به حداقل رساندن هرز روی گل در حین حفاری
  • بهبود بخشیدن به ارزیابی سازند
  • افزایش تولید چاه
  • کاهش و یا عدم نیاز به تحریک اولیه چاه

میزان موفقیت در رسیدن به اهداف بالا به شرایط هدف چاه در مخزن و لایههای حفاری شده و همچنین به شرایط خاص چاه بستگی دارد.
● افزایش سرعت حفاری
UBD میتواند موجب افزایش سرعت حفاری شود. منابع زیادی سرعت بالای حفاریهای انجام شده توسط هوا و یا سیالات سبک شده را نسبت به حفاری فراتعادلی با سیالات حفاری معمولی گزارش دادهاند، یک بررسی در سال ۱۹۹۳ نشان داد که سرعت حفاری با هوا(UBD) میتواند ۱۰ برابر بیشتر از حفاری با گل در یک سازند معین باشد.
● افزایش عمر مته
حفاری UBD فشارهای اعمال شده روی سنگ توسط سیال حفاری را برمیدارد. این مساله، میزان مقاومت ظاهری سنگ را کاهش میدهد به همین دلیل کار کمتری برای حفرمقدار معینی از سنگ مورد نیاز خواهد بود. منطقی است که این موضوع سبب افزایش عمر مته در عملیات حفاری میشود.
● کاهش هرز روی سیال حفاری
هرز روی سیال حفاری زمانی رخ میدهد که سیال در مواجهه با سازندهای باز و یا با نفوذپذیری بالا به جای جریان یافتن به سوی سطح زمین وارد سازند شود. بیشتر این هرز روی در هنگام برخورد به شکافهای طبیعی که در مجاورت چاه قرار دارند و یا شکافهایی که توسط فشار بالای سیال حفاری القاء میشوند رخ میدهد. از آنجایی که در UBD هیچ نیرویی برای راندن سیال به درون سازند وجود ندارد این روش به میزان چشمگیری هرز روی سیال را کاهش میدهد.
● کاهش احتمال گیرکردن رشته حفاری
در حین حفاری فراتعادلی(OBD) هنگامی که سیال حفاری به درون سازند نفوذ میکند، لایهای به اسم کیک گل (Mud cake) از رسوبات جامد بر روی دیواره چاه تشکیل میشود. اگر رشته حفاری وارد این کیک شود، اختلاف فشار سیال حفاری و سیال درون کیک بر سطح رشته حفاری وارد میشود و باعث میشود که میزان نیروی محوری برای بالا کشیدن رشته حفاری از مقاومت کششی لولهها فراتر رود. در این حالت گفته میشود که رشته حفاری دچار گیر اختلافی ( differential sticking) شده است. درUBD نه کیک بر دیواره تشکیل میشود و نه نیرویی بر رشته حفاری وارد میآید که باعث گیر کردن آن شود.
● کاهش آسیب دیدگی سازند
آسیب سازند زمانی رخ میدهد که مایع و یا جامدات یا هر دوی آنها در حین حفاری از چاه وارد سازند شوند. اگر فشار سیال حفاری کمتر از فشار روزنهای سازند باشد، نیروی محرکه ایجاد شده سبب میشود ورود جامدات و مایعات به درون سازند متوقف شود.
البته در بعضی مواقع اختلاف پتانسیل شیمیایی مواد سازنده سیال حفاری و سازند، سبب نفوذ سیال به سازند میشود که در UBD نمیتوان جلوی آن را گرفت. جلوگیری از آسیب سازند به منزله داشتن تولید بهتر در آینده است.
● سریعتر به تولید رساندن چاه
هنگامی که چاه به صورت UBD حفاری میشود. تولید هیدروکربن از لحظه حفر سازند بهرهده آغاز میشود. با داشتن تجهیزات مناسب میتوان، نفت تولیدی در حین حفاری را جمعآوری کرد.
● کاهش نیاز به تحریک چاه
تحریک چاه میتواند شامل اسیدکاری برای برطرف کردن آسیب دیدگی چاه باشد و یا شکاف هیدورلیکی که میتواند برای تضمین تولید مناسب در مخازن با نفوذپذیری پایین و یا جبران آسیب دیدگی سازند مورد استفاده قرار گیرد. کاهش آسیب دیدگی سازند به منزله کاهش هزینههای تحریک چاه میباشد.
● بهبود در ارزیابی سازند
هنگامی که یک چاه تحت حفاری UBD قرار میگیرد، سیال از هر سازند نفوذپذیر به محض حفر شدن وارد حفره چاه میشود. حفر هر سازند حامل هیدروکربن که نفوذپذیری و نیروی محرکه مناسبی داشته باشد، سبب افزایش درصد هیدروکربن در سیال حفاری میشود. با داشتن تجهیزات تشخیصی میتوان سازندهای بهرهده مناسب را به محض حفاری مشخص ساخت.
● مزایای زیست محیطی
مزایای زیست محیطی زیادی در حفاری UBD میتواند نهفته باشد. با حفاری توسط سیال خشک گازی، دیگر مایعات حفاری مخزن که بعد از حفاری باید دور ریخته شوند، وجود ندارد. مواد شیمیایی مورد استفاده در سیالات مورد استفاده در روش UBD از قبیل میست (Mist) و کف ( foam) اغلب قابل تجزیه در طبیعت هستند و مشکلات چندانی برای محیط زیست ایجاد نمیکنند.
از سوی دیگر، سیالات سازند که در حین حفاری UBD تولید میشوند، در سیستمهای سطحی باز باید به دقت جابه جا شوند تا موجب آلودگی محیط زیست نگردد. در سیستمهای سطحی بسته، کندههای حفاری و سیالات تولیدی در مسیر معینی قرار دارند که احتمال آلودگی محیط را به حداقل میرساند.

چند كتاب مفيد در اين رابطه.

حفاري انحرافي هدايت شده
حفاري يك چاه مستقيم
زمين شناسي

 

چاه آزمايي
1- چاه آزمایی مخازن گازی روش Isocoronal test

2- چاه آزمایی به روش که در اثر آزمایش تزریق بوجود می آید.

لغت نامه اصطلاحات مهندسی حفاری

تعداد صفحات : 36 صفحهلغت نامه اصطلاحات حفاری
فرمت مقاله : PDF
برای اولین بار لغت نامه ای از اصطلاحاتی که در مهندسی حفاری کاربرد دارد و بسیار تخصصی بوده و در هیچ فرهنگ لغاتی نمی توانید آنها را بیابید ، گردآوری کرده و در اختیار کاربران سایت قرار داده ایم.
امیدواریم بتوانیم در بالا بردن هر چه بیشتر سطح آگاهی دانشجویان رشته مهندسی سهمی داشته باشیم .

این لغت نامه شامل صدها لغت تخصصی پرکاربرد در مهندسی حفاری میباشد که اگر بخواهید معنای بعضی از آنها را از فرهنگ لغات استخراج کنید ، نمیتوانید معنای صحیح آن لغات را بیابید (معنا و کاربرد آن لغت در صنعت حفاری).

در تهیه این لغت نامه سعی شده است کلمات بر اساس حرف الفبای لاتین مرتب گردد تا بتوان زودتر معنای یک لغت را پیدا نمود.

از تمام دوستانی که فکر میکنند این لغت نامه توانسته به آنها کمک کند و میتواند به دیگران نیز کمک کند ، تقاضا داریم این لغت نامه را در اختیار دیگران نیز قرار دهند .

دریافت دریافت | DOWNLOAD حجم: 266.09 كیلوبایت
پسورد پسورد : www.naft-shimi.mihanblog.com

منبع : مهندسی

مقاله حفاری
در این مقاله شما با روش های کم هزینه و ساده حفاری که در وضعیت های متفاوتی می توانند مورد استفاده قرار گیرند ، آشنا می شوید. هر کدام از این روش ها را می توان به سادگی آماده ، تعمیر و نگهداری نمود.

عوامل موثر بر حفاری و نوع حفاری مورد استفاده
به هنگام اسفاده از انواع روشهای حفاری ، باید به نکاتی توجه داشت و با توجه به آنها حفاری را ادامه داد :

  • مقدار انرژی مورد نیاز برای حفاری به نوع سنگ بستگی دارد (تابع نوع سنگ و مقدار استحکام آن است). سازند های سست و تحکیم نشده (مثل ماسه ، سیلت و رس) راحت تر حفاری می شوند. و سازند های محکم و سخت (مثل گرانیت و بازالت و اسلیت) که چگال تر هستند به نیروی بیشتری نیاز دارند.
  • در هنگام حفاری سنگهای سخت و محکم ، ابزار حفاری به خنک سازی و روغن کاری نیاز دارند.
  • قطعات خرد شده و واریزه ها (Debris) باید از ته چال خارج شوند.
    برای حفاری در سازندهای تحکیم نشده (Unconsolidated) به منظور جلوگیری از ریزش چال باید از نگهداری و حفاظ استفاده نمود.

برای خواندن متن کامل مقاله اينجا كليك كنيد . . .

براي دانلود كتابي در رابطه با سيمان حفاري اينجا كليك كنيد.

حجم فايل:   1.992 MB
پسورد فایل های زیپ شده:منبع: www.sainar.ir

يك پاورپوينت آموزشي در رابطه با چاه آزمايي. از ليك زير دانلود كنيد.

توضيح مختصري درباره چاه آزمايي(پاورپونت)
حجم فايل:    151 KB
پسورد فایل های زیپ شده: منبع:www.sainar.ir

 

آموزش طراحی BHA در حفاری های جهت دار را مي توانيد از لينك زير دانلود كنيد
دانلود 

 

اسید کاری
چكيده :
در اين گرد آوري به عوامل كه منجر به آسيب سازند مي شود و به بررس? نفوذ فيلترات گل حفاري كه منجر به ايجاد محيطي به نام Skin كه عاملي است در ايجاد يك افت فشاراضافي در محل ورود سيال از مخزن به درون چاه مي باشد مي پردازيم .
درادامة كه درواقع هدف اصلي اين مطالب بوده است به تشريح و تفصيل اسيد زني چاه ، انواع روشهاي اسيد زني ، اسيد هاي بكار رفته با توجه به نوع سازند فاكتورهاي تأثير گذار دراسيد زدن و ديگر مطالب چون مشخصات مخزن ، مكانيزم اسيد زدن به چاه ، اندازه گيري هاي اسيد زدن مواد افزودني به اسيد به جهت حفاظت هاي مختلف وهمين طور تعيين فشار و دبي مورد نياز جهت تزريق اسيد به لايه ي توليدي و بررسي خصوصيات اسيد همچون بررسي هاي دمايي وفشاري و…. نيز پرداخته مي شود .

مقدمه :
مهمترين خاصيتي كه يك سنگ مخزن نفت و گاز بايد داشته باشد تراوايي و توانايي سنگ در عبوردهي سيال مي باشد واضح است هر چه خلل وفرج موجود در سنگ مخزن بيشتر به يكديگرراه داشته باشند سيال داخل آنها بيشتر با هم مرتبط خواهد بود و دراين حالت است كه نفوذ پذ?ري آنها به حد بالاتري رسيده ودر نتيجه جريان وعبور سيال از بين اين خلل و فرج سريعتر و راحترتر عملي مي گردد.
متعاقباً همانطور كه گفته شد در مورد سنگ مخزن نفتي در نهايت بهتر مي توان گاز ونفت را از داخل خلل وفرج ذكر شده استخراج نمود باتوجه به عوامل ذكر شده درمخازن نفت و گاز سعي بر اين است كه درصورت كم بودن نفوذپذيري سنگ مخزن بنحوي در بالا بردن آن و در نتيجه توليد بهتر و راحت تركوشش كرده يكي از روش هاي كه ميتوان بهره دهي چاه را افزايش داد اسيد زن? چاه مي باشد .

علل آسيب ديدگي سازند:
1.آسيب ديدگي دراثر عمليات حفاري (drilling damage) :
به علت نفوذ موادجامد گل حفاري به داخل سازند مانند : كنده سنگ (cuttings) مواد سنگين كننده گل حفاري (weighting material) و مواد ضد هدر رفتن گل حفاري (lost circulnbon agent) .

2.آسيب ديدگي سازند به علت نفوذ فيلترات (قسمت مايع گل حفاري) به داخل سازند (يكي از مهمترين علل آسيب سازند) .
3.آسيب ديدگي در اثر سيمان كاري (cimenting damage)
4.آسيب ديدگي دراثر عمليات ايجاد شكاف (perforation damage)
5.آسيب ديدگي دراثر تكميل چاه و عمليات تعمير چاه (completion & work over damage)
6.آسيب در فيلتر شني (Damage in gravel pack) :
آسيب هاي ناشي از فيلترهاي ريگي (يا شني ) عبارتند از :
جايگذاري نامناسب فيلتر شني (روزنه ها خالي مي مانندو با فضاي بين لوله مغزي و لوله جداري به طور كامل توسط شن پر نمي شود )، آسيب ديدن فيلتر شني توسط ذرات ريز سازند ،اندازه غلط بزرگي شن ها در فيلتر كه باعث نفوذ ماسه هاي سازند مي شود ، زنگ زدگي و باقيمانده هاي پليمر بين فيلتر شني و ماسه هاي سازند .

7.آسيب در طول عمليات توليد (Damage during Production) :
در طول عمليات توليد به علت بالا بودن دبي ، ماسه هاي ريز و رسي شروع به حركت مي كنند و بسته به بزرگي ها ، يا انها باعث مسدود شدن كانالها مي شود و يا به طرف چاه به حركت خود ادامه ميدهند در اثر توليد فشار درمخزن (Pore Pressure) كاهش مي يابد و فشارهاي وارد بر سنگ (effective stress) بيشتراز Pore Pressure مي شود و اين امر باعث كم شدن ميزان تخلخل (Porosity) مي شود و همچنين كم شدن فشار مخزن باعث ته نشين شدن مواد آلي و غير آلي (معدني ) مي شود.
اغلب اوقات اين رسوبات باعث آسيب ديدگي لوله هاي توليد (Production string) و تجهيزات روي زمين مي شوند اين رسوبات باعث كاهش گذردهي مطلق نمي شوند ،بلكه باتغيير ترشوندگي سنگ water wet تبديل به Oil wet مي شود واين امر باعث كاهش مي شود اگر همزمان آب نيز توليد شود ، وجود آسفالت ها باعث ايجاد emulsion block مي شود .

8.آسيب دراثر عمليات انگيزش چاه (Damage during stimulation treatment):
تميز كردن چاه (clean up ):
درهنگام شستشوي چاه موادي ممكن است به داخل سازند نفوذ كنندو زنگ زدگي هاي موجود در اسيد و يا پارافين در نفت داغ ممكن است مجدداً در سازند ته نشين شده و باعث آسيب ديدگي و گاهي آسيب ديدگي هميشگي سازند شوند

انواع آسيب وراه هاي بر طرف كردن آنها :
براي بر طرف كردن “آسيب” شناخت نوع “آسيب” مهم است براساس خواص فيزيكي نوعdamage مي توان سيال عمليات (treating fluids)را انتخاب كرد هشت نوع اصلي damage وراه هاي برطرف كردن آنها در ادامه آورده شده است

1.Emulsions :
دراثر تركيب آب و نفت (Oil & water- base fluids) امولسيون تشكيل مي شودكه ممكن است گرانروي بالايي بخصوص امولسيون آب در نفت داشته باشند كه معمولاً در اثر نفوذ فيلترات نفوذ Treating fluid به داخل سازند تشكيل مي شوند ، فيلتراتهاي هيدروكربني ناشي از گلهاي حفاري نفتي و يا “سيالهاي عمليات ” نفتي و در تركيب با آب نمك (brine) توليدامولسيون مي كنند براي بر طرف كردن امولسيون معمولاً از mutual solvents ويا از mutual solvents+ De- emulsifier استفاده كرده مي شود .

2.wettaability change:
تبديل شدن يك سنگ سازند بهoil-wet باعث كاهش مي شود اين مشكل ممكن است به علت جذب surface active materials توسط سنگ از گلهاي حفاري نفتي يا از گلهاي حفاري نفتي يا از مايعات عمليات نفتي بوجود آيد .

3. water block :
اين مشكل دراثر افزايش درجه اشباع آب درنزديكي چاه به وجود مي آيد و در نتيجه كاهش پيدا مي كند. Water block مي تواند هم در طول دوران توليد در اثر fingering و يا conning و هم در اثر نفوذ فيلترات آبي و در طول عمليات حفاري و يا عمليات تكميل چاه به وجود آيد .

4. Scales :
رسوبات معدني مانند كربنات كلسيم و سولفات كلسيم هستند. اين رسوبات مي توانند در سازنددر Perforation و يا در tubing رسوب كنند.
ته نشين شدن اين رسوبات در اطراف و نزديكي چاه به علت پايين آمدن درجه حرارت وكم شدن فشار در نزديكي چاه در زمان توليد مي باشد . اين رسوبات همچنين دراثر ناسازگاري آب سازند و آب تزريقي و يا در اثر ناسازگاري آب سازند و فيلترات ايجاد مي شوند بسته به نوع scale از حلالهاي مختلفي مي توان استفاده كرد مرسوم ترين نوعscales كه در چاه به آن مواجه مي شويم وحلالهاي آنها عبارتند از :
-carbonate scale (caco 3 & Feco 3)(+HCL)

اتيلن دي آمين تترا استيك اسيد =EDTA

5. organic depoits :
رسوبات آلي عبارتند از هيدروكربنهاي سنگين رسوب شده مثل پارافين هاوآسفالتها كه معمولاً در لوله مغزي ، perforation و يا سازند ته نشين مي شوند .رسوب شدن هيدرو كربنهاي سنگين به علت تغييرات فشار و درجه حرارت در نزديكي چاه مي باشد خنك كردن چاه و يا تزريق مايع سرد به داخل سازند ميتواند مؤثر باشد اين رسوبات معمولاً توسط حلالهاي آلي به خصوص aromatic solvent حل مي شوند رسوبات آلي را نبايد با رسوب ديگري به نامsludge (يك نوع لجن ) اشتباه كردنsludge در اثر تركيب نفتهاي خام خاصي واسيدهاي قوي غير آلي به وجود مي آيند و غير قابل حل شدن هستند.

6.mixed deposits :
رسوبات تركيبي ، تركيبي از رسوبات آلي با scales و يا clay , silt مي باشند براي بر طرف كردن آنها نياز به سيستمهاي دو گانه حلال داريم .

8 و 7. silts & clays :
آسيب در اثر clay , silt توسط نفوذ قسمت مايع گل حفاري به داخل سازند به وجود مي آيد تورم clay (رس ) مهمترين علت آسيب ومرسوم ترين آن مي باشد .وقتي كه موادآسيب زننده (damaging articales) از سنگ مخزن باشند و از آنجا توليدشوند در اين صورت fines ناميده مي شوند ،كه شامل silt ,clay هستند
Clay : phyilosilicates with size of less than 4 Mm
Silts: silicates of aluninosilicates with a size betw.4-64 Mm
اين نوع مواد يعني Clays , Silts در اسيد (hydrofluoric acid) HF حل مي شوند

از آنجا كه مهم ترين عامل اثر گذار و مرتبط با اس?د كاري عامل skin ميباشد به بررسي آن مي پردازيم :
آسيب ديدگي مناطق مجاور چاه skin :
درمناطق مجاور چاه در اثر آسيب ديدگي چاه به علل :وجود كيك گل حفاري ،يا متورم شدن كريستالهاي رس ،‌ته نشين شدن پارافين ها ، بسته شدن كانالهاي جاري شدن سيال توسط ماسه ، در اثر عمليات perforation و يا عمليات سيمانكاري و … غيره يك مقاومت اضافي در برابر حركت سيال به طرف چاه ايجاد شود و ايجاد يك افت فشار اضافي نمايد كه به اين پديده كه باعث تغيير (عمدتاً كاهش ) تراوايي اطراف ديواره چاه مي شود skin يا پوسته گويند .وجود پوسته باعث ايجاد افت اضافي به نام مي گردد.
شكل 3

در صورتيكه skin ايجاد شده دراثرdamage باشد ، توسط عمليات اسيد كاري چاه(Acidizing) مي توان اين skin را بر طرف كرد يعني آنرا صفر كرد و يا حتي در حالت ايده آل آنرا منفي كرد.
شكل 3

شكل پايين افت فشارهاي متفاوت درناحيه ايجاد پوسته را مقايسه مي كند:
1. :
آسيب ديواره چاه باعث ايجاد يك افت فشار اضافي مي گردد و
2. :
بيانگر بهبود وضعيت اطراف ديواره چاه مي باشدو از تراوايي مخزن بزرگتر مي باشد.
3. :
هيچ تغييري در اطراف ديواره چاه نداريم و
شكل 4
اثري كه گل حفاري بر روي ديواره چاه مي گذارد و باعث كاهش تراوايي ديوار چاه مي گردد پوسته ناميده مي شود در واقع skin هر پديده نزديك ديواره چاه كه سبب يك افت فشار اضافي علاوه بر افت فشار مورد انتظار در معادله دارسي گردد را شامل مي گردد.پارامتر ضريب پوسته (skin) كه مي تواند معادلfilm coefficient درانتقال حرارت قرار گيرد كه در سال 1949 توسط Van Everdingen & Hurst به صورت زير تعريف شد :

Hawking در سال 1956 دريافت كه تراوايي درناحيه آسيب ديده به صورتي ?كنواخت مي باشد و افت فشار در امتداد ناحيه مذكور با استفاده از رابطه دارسي قابل بيان مي باشد .
( درناحيه آسيب ديده ناشي از k ) – ( در ناحيه آسيب ديده ناشي )=

اسيدكاري چاه :
سنگ مخزن نفت وياگاز واصولاً هر سنگي از مجموعه ذراتي كه تحت نيروهاي مختلف به هم ديگر چسبيده اند تشكيل شده است اين ذرات بخاطرهم اندازه و هم شكل نبودن نمي توانند بطور كامل بهم بچسبنده ودر نتيجه بين آنها خلل و فرج Porosity موجود است مي دانيم كه اين خلل و فرج (با وجودي كه به مقياس خيلي كوچك هستد ) هيچگاه خالي نيستند و به هر صورت سيالي كه مي تواندآب ، نفت و با گاز باشد در داخل آنها موجود است .حال اگرسيال موجود در سنگ بخواهد جريان پيدا كند ، لازم است كه اين سوراخهاي ريز بنحوي بهم مرتبط باشند تا دراثر نيروئي بتوان سيال را بحركت در آورد .
بديهي است كه مسدود بودن وبهمديگر ارتباط نداشتن اين سوراخها باعث مي شود كه سيال موجود در داخل آنها بصورت حبس شده باقي بماند (دراينصورت و در يك مخزن نفتي ديگر بزرگي و كوچكي سوراخها اهميت نخواهد داشت چون به هر حال نمي توان سيال را از داخل آنها عبور داد در اينجاست كه لازم مي آيد كه سنگ مخزن داراي نفوذ پذيري permeability باشد واضح است هر چه كه اين خلل و فرج بيشتر به همديگر راه داشته باشند سيال داخل آنها بيشتر با هم مرتبط خواهند بود و در اين حالت است كه نفوذ پذيري آنهابه حد بالاتري رسيد high permeabillty و در نتيجه جريان و عبور سيال ازبين اين خلل و فرج سريعتر و راحت تر عملي مي گرددو با بحث فوق در مورد سنگ مخزن نفتي در نهايت بهتر مي توان نفت ويا گاز را از داخل خلل و فرج ذكر شده استخراج نمود.
درمورد مخازن نفت وگاز سعي بر اين است كه در صورت كم بودن نفوذ پذيري سنگ مخزن بنحوي در بالا بردن آن و در نتيجه توليد بهتر وراحت تر كوشش گردد . يكي از طرقي كه مي توان به اين موضوع دست يافت اسيدزدن به سنگ مخزن مي باشد .اسيد زدن بخاطر دارا بودن قدرت افزايش نفوذ پذيري سنگ مخزن مورد استفاده دارد اين امر ممكن است با ايجاد خورندگي در خود سنگ مخزن و يا خورندگي ذراتي كه باعث انسداد خلل و فرج موجود در سنگ مخزن گرديده اند انجام گيرد
متد هاي اسيد زدن Acidizing Methods :

1. ماتريس اسيد Matirix Acidizing
در اين حالت اسيد با فشار به داخل چاه پمپ مي گرددفشار پمپ كمتر از فشاري خواهد بود كه ايجاد ترك و شكاف fracture در سنگ مخزن مي نمايد و حتي المقدور تلاش اين خواهد بود كه اسيد به تمام جوانب سنگ مخزن مجاور به چاه برسد (radial penetration) اين سيستم اسيد زدن با خورندگي كه بر روي مواد موجود و متشكله سنگ مخزن ايجاد مي نمايد باعث بزرگتر شدن خلل و فرج موجود و يا ايجاد خلل و فرج جديد مي گردد كه درنهايت سبب بالا رفتن نفوذ پذيري سنگ مي گردد اين طرز اسيد زدن بخصوص زماني مورد استفاده دارد كه هدف بالابردن نفوذ پذيري سنگ مخزن در محدوده اي نه چندان دور از چاه باشد .

2. ايجاد شكاف و ترك در سنگ مخزن بوس?له اسيد Acid fracturing :
ميدانيم هر جسمي قابليت تحمل فشار را تا حد معيني دارد كه البته اين فشار بستگي به جنس?ت و مشخصات آن جسم داردو بديهي است هر گاه فشاري بيش از حد قابل تحمل آن جسم ، بدان وارد شود باعث در هم شكستن و يا حداقل ايجاد شكاف و ترك در آن جسم مي نمايد در اين روش اسيد زدن اسيد با فشاري بالاتر از فشار شكنندگي سنگ مخزن بداخل چاه پمپ مي شود و در آن ايجاد شكاف و ترك مي نمايد بدين ترتيب خلل و فرج (porosity) موجود در سنگ مخزن به همديگر مرتبط شده و نفوذپذيري (Permeability) آن بالا مي رود بديهي است كه علاوه بر ايجادشكاف و ترك قدرت اسيدي خود اسيد نيز موضوع را تشديد مي نمايد .
تذكر است كه عمل ايجاد شكاف بدون كمك اسيد ممکن است ليكن همانطور كه اشاره شد اسيد و قابليت خورندگي سنگ مخزن در انجام بهتر عمل نقش مهمي را ايفا خواهد كرد و در واقع ايجاد شكاف بكمك اسيد باعث مي شود كه بعد از برداشتن فشار ، شكافها به حالت اول بر نگردند و باقي بمانند .

3. شستشو و تميز كردن سنگ مخزن بوسيله اسيد acid washing
ا?ن سيستم معمولاً جهت شستشو دادن مواد اندود شده (mudcake) بر سنگ مخزن درمحل چاه ،طرح ريزي مي گردد البته لازم است كه اين مواد بتوانند در اسيد حل شوند. همچنين بكار بردن اين روش تميز نمودن مجراي شبكه هاي بوجود آورده شده (Perforation) بر روي ديواره چاه مي باشد. معمولاً دراين حالت اسيد را در مجاور محل توليد قرار مي دهند (spot) و تميز كردن را به روش بگردش در آوردن سيال داخل چاه (circulation) صورت مي دهد .
روش فوق مورد ديگري براي بكار بردن اسيد موجود است از بين بردن امولسيون (emulsion) بوجود آمده در چاه، يا باز كردن مجرائي برا ي خارج كردن آبي قسمتي از سنگ مخزن محبوس است (water block) از علل ديگر براي بكار بردن اسيد مي باشند بعلاوه درزماني كه قرار باشد به كمك مايعي سنگين ايجاد شكاف درسنگ شود براي كم كردن فشار از اسيد كمك گرفته مي شود.

اسيدهائي كه بكار گرفته مي شوند characteristics of acids used:

اسيد زدن بستگي به انتخاب نوع اسيد ، مقدار آن و محدوديتهاي مربوط به آن از اسيدها كه در عمل اسيد زدن به چاه مورد استفاده دارند بقرار زير مي باشند:
1. اسيدهاي معدني :
الف) اسيدكلريدريك HCL :
معمولي ترين اسيدي كه بكار برده مي شود اسيد كلريدريك است اين اسيد با غلظتهاي از 5% تا مكزيمم 37% موجود است و نوع معمولي آن داراي 15% وزني درجهت خلوص است معمولاً جهت خورندگي سنگهاي آهكي و دولوميت مورداستفاده دارد ليكن بديهي است كه بر ساير موادموجود در سنگ مخزن كه قابليت حل شدن در آنرا داشته باشند اثر مي گذارد .چون اسيدي قوي است و بر فلزات اثر مي كند لذا هميشه مواد ضد زنگ به همراه دارد بعلاوه جهت بهتر انجام دادن عمل اسيد زدن مواد مختلف ديگري به منظور هاي متفاوت به آن اضافه مي گردد
ب) مجموع اسيد كلريدريك و اسيد فلوريدريك HCL-HF:
كاربرد اين نوع اسيد معمولاً در سنگهاي سيليسي مي باشد و علت آن هم قدرت خورندگي سيليس توسط اسيد فلوريدريك مي باشد دراين حالت اسيد فلوريدريك اثر خود را مي كند و سپس اسيد دوم (HCL) شروع به اثر گذاشتن مي نمايد اين مجموعه اسيد مصرف چندان زيادي ندارد به اين مجموع mud Acid نيز مي گويند .

2. اسيد هاي آلي اسيد فرميك H-COOH واسيد استيك :
معمولي ترين نوع اسيد آلي كه جهت اسيد زدن مصرف مي شود اسيد استيك است اين اسيد معمولاً با غلظت وزني تا 10% موجود است و مانند نمونه فوق معمولاً براي خورندگي سنگهاي آهكي و دولوميت مصرف دارد .

نسبت به اسيد كلريدريك دومزيت دارد :
1. بر محفظه هاي فلزي اثر نمي كنند وقابليت حفظ شدن در گرماي زياد را دارد .
2. اينكه چون از اسيد كلريدريك ضعيف تر است عمل خورندگي سنگ مخزن را با تأني صورت مي دهد و فرصتي است كه راحت تر بر تمام قسمتهاي ديگر تماس اثر داشته باشد ليكن اسيدي است بسيار گران (بامقايسه با قيمت اسيد كلريدريك) و بهمين علت مصرفي با اندازه اسيد كلريد ريك ندارد .
اسيد فرميك نيز خواصي تقريباً مشابه اسيد استيك دارد ليكن لازم است ياد آور شد كه از آن سريعتر اثر مي گذارد و تا حدي خورندگي آن بيشتر است ( اسيد فرميك از اسيد استيك قوي تر مي باشد) .

3.اسيدهاي پودر شده و با كريستال مانند سولفاميد اسيد sulfamid acid كلر واستيك اسيد Chloroacotic Acid :
اين نوع اسيدها از نظر عمل ضعيف تر از اسيدهاي فوق الذكر مي باشند ليكن چون بصورت پودر وبا كريستال هستند حمل و نقل آنها راحت تر است در محل استفاده براحتي در آب حل مي شوند و مورد استفاده قرار مي گيرند . اما مسئله مهم در مورد آنها درجه حرارت است در حرارتهاي بالاي فارنهايت تجربه شده وخواص خود را از دست مي دهند از اين نظر توصيه مي گردددر حرارتهاي بالاي فارنهايت مورد استفاده قرار نگيرند

4.هيبريد اسيدها Hybrid acid Mixture :
اين نوع اسيدها عبارتند از مجموعه اي از اسيد هاي معدني و آلي كه مسلماً نسبت به خواص هريك از مورد استفاده قرار مي گيرند بطور مثال چون سرعت عمل اسيد كلريدريك زياد است براي افزايش عمر اثر اسيد قدري اسيد استيك كه با سرعت كمتري اثر مي كند بدان افزوده مي شود بديهي است در اين حالت اسيدهاي معدني اول اثر كرده مادام كه خاصيت اسيدي آنها از بين نرفته است اسيد آلي همچنان بصورت فعال باقي است و بعد از اسيد آلي شروع به عمل مي كنند.اين نمونه اسيد ها مجموعه هائي از اسيد كلريدريك – اسيد است كه و يا اسيد كلريدريك اسيد فرميك و يا مورد ديگر مي باشند .بكار بردن اين مجموعه اسيد باعث مي شود كه عمق نفوذ اسيد در سنگ مخزن افزايش يابد .

فاكتورهائي كه در اسيد زدن تأثير دارند Factor affecting acid Reactions :
تا بحال راجع به انواع متدهاي اسيد زدن و نمونه اسيدهاي مصرفي اشاره اي گرديد و تا حدي مشخص شد كه كدام اسيد وازچه لحاظ بهتر خواهد بود . درعين حال جهت اسيد زدن فاكتورهاي ديگري نيز دخالت دارند كه لازم است به آنها اشاره شود اين فاكتورها به قرار زير مي باشد .

1. فشار Pressure :
جهت بررسي اثر اين فاكتور ، بد ن?ست كه موضوع با توجه به فعل و انفعال شيميائي زير مورد بحث قرار گيرد در مورد اسيد كلريدريك و سنگ كربنات باختصار خواهيم داشت .

نتيجه فعل و انفعال آب گاز كربنيك و يك نمك محلول خواهد بود محدوديت اين فعل وانفعال در قدرت تماس قابليت تماس يونهاي آزاد شده هيدروژن با سطح سنگ خواهد بود اگر مجموعه فوق به حالت سكون باقي بماند و هيچگونه تغيير محلي نداشته باشد تجزيه شدن مولكولها خود باعث ركود فعل وانفعال خواهند شد .
آزمايشهاي عملي نشان داده است كه سرعت فعل و انفعال در اتمسفر با مقايسه به تئوري تجزيه مولكولها تا حدود 20 برابر افزايش خواهد داشت و اين بدان علت است كه در فشار اتمسفر حركت گاز و خارج شدن آن از محيط باعث به حركت در آمدن مجموعه باقيمانده (بهم زدن ) شده و در نتيجه از حال سكون خارج مي گردد و به همين سبب تماس يونهاي هيدروژن با سنگ آهك راحت تر صورت مي گيرد در نتيجه هر چه كه فشار بر مجموعه كمتر باشد شدت فعل وانفعال بالاتر خواهد بود.
در اين مورد لازم به ياد آوري است كه بوجود آمده كه خود نمك محلول مي باشد با حل شدن در آب موجود بمرور غلظت آنرا بالاتر مي برد و خود مسئله اي در مورد قرار گاز از مجموعه بوجود خواهد آورد .

2. غلظت اسيد Acid concentration:
آزمايش هاي عملي وهمچنين تئوريهاي جديددر مورد اثر اسيد كلريدريك بر سنگ آهك وجود رابطه زير را ثابت كرده است .
فرمول نشان ميدهد كه بر خلاف تصورهاي قبلي اثر اسيد در فعل وانفعال رابطه چندان مستقيمي با افزايش غلظت آن ندارد .
شكل 9

تعريف ارقام ذكرشده در فرمول به قرار زير است :

= شدت فعل وانفعال يونهاي آزاد شده هيدروژن بر حسب مول بر سانتيمتر مربع بر ثانيه .
=ضريب قدرت اسيد كلريدريك درغلظت موجود در سطح تماس باسنگ آهك Activity Coeff.
C = غلظت اسيد بر حسب مول بر ليتر
= قدرت اسيد
K= ضريب شدت فعل و انفعال

3. درجه حرارت Temperature :
با توجه به فرمول ذكر شده در بالا ، ضريب شدت فعل وانفعال در درجه فارنهايت به ميزان محاسبه گرديده است. آزمايشات عملي نشان داده است كه هرچه درجه حرارت افزايش يابد مقدار ضريب فوق بالامي رود ، تا حدي كه در فارنهايت اثر اسيد كلريدريك بر سنگ آهك را مي توان بي نهايت سريع تصور كرد . پس با افزايش درجه حرارت شدت فعل و انفعال بيشتر مي گردد و فقط محدوديت درحركت و خروج گاز باقي مي ماند كه فاكتورهاي ديگري در آن مؤثرند (فشار).

4. نوع اسيد Acid Type :
مشخص است كه نوع اسيد وقدرت آن بستگي به قابليت جدا شدن هيدروژن اسيد آن دارد

?ا بطور مثال :

غلظت تعادلي مجموعه رامي توان به قرار زير تعريف نمود(Equilibrium Concentration)

در بالا ضريب تعادل مجموعه اسيد خواهد بود كه اصطلاحاً آن رامقدار ثابت تجزيه اسيد نيز گويند .همانطور مي دانيم عامل قدرت اسيد ، هيدروژن جدا شده از آن مي باشد و در تعريف بالا هر چه يون هيدروژن آزاد شده بيشتر باشد . مقدار افزايش خواهد يافت و در نتيجه اسيد قوي تر است .
با توجه به مطالب فوق اسيدي كه مقدار ثابت تجزيه آن بالا باشد اسيد قوي و هر كدام كه در آنها اين مقدار كم باشد به نام اسيد ضعيف معرفي مي كردند . براي درك بهتر موضوع و مقايسه قدرت اسيدها بد نيست كه به جدول زير توجه گردد .
اسيدهاي كه در اسيد زدن به سنگ آهك مورد استفاد دارند
تعريف اس?د مقدار ثابت تجزيه وزن مولكولي
نوع اسيد
اسيد قوي 10 > بزرگتر از 10 36/47 اسيد كلريدريك HCL
اسيد ضعيف
94/5 اسيد كلرواستيك

اسيد ضعيف
46/02 اسيد فرميك

اسيد ضعيف
60/05 اسيداستيك

اسيد ضعيف
74/08 اسيدپروپيونيك

5. تعادل شيميائي Equilibrium in Acid Reaction :
بطور كل يك فعل و انفعال شيميائي تا وقتي ادامه دارد كه مواد موجود و يا بوجود آمده در مجموعه به حال تعادل در آيند در اين حالت است كه در مورد اثر يك اسيد بر يك نمك ، امكان دارد كه مقداري از اسيد اوليه بدون تأثير باقي بماند . بطور مثال در يك مجموعه اسيد كلريدريك و سنگ آهك پس از بوجود آمدن آب ونمك محلول ، فعل وانفعال به حال تعادل مي رسد و حتي با وجود داشتن اسيد و سنگ آهك در مجموعه ،ديگر فعل وانفعال صورت نخواهد گرفت در همين مورد اگر بنحوي گاز را از مجموعه خارج كنيم ، مجدداً دو جسم (اسيد و سنگ آهك ) با هم تركيب مي گردند تا باز هم بحال تعادل در آيند .
بدين ترتيب بايستي شرايط طوري فراهم آيد كه مدت زمان براي رسيدن به تعادل بيشتر باشد و فرصت بيشتري به اسيد داده شود تا تمامي قدرت خود را به كار بندد (بطور مثال فشار پائين باشد و با درجه حرارت ازدياد يابد ). بديهي است اين مسئله نيز به قدرت اسيد بستگي دارد بر روي مقادير مساوي اسيدهاي مختلف در مجموعه هاي مشابه مطالعه گرديده است و مقدار درصد هر اسيد كه پس از به تعادل رسيدن فعل و انفعال مصرف گرديده محاسبه شده كه در مورد بعضي آنها نتايج به قرار زير بوده است .

درصد اسيد معرفي بعد از رسيدن به تعادل شيميائي نوع اسيد
99/5 اسيد كلريدريك
84/5 اسيد فرميك
46/0 اسيداستيك
31/0 اسيد پروپيونيك

غلظت اوليه اسيدها در شروع فعل و انفعال 2 مول در ليتر بوده است .

6. نسبت سطح تمامي سنگ مخزن به حجم اسيد معرفي Aren to Volume Ratio :
در اكثر بررسي ها و مطالعاتي كه صورت گرفته موضوع نسبت سطح تماس سنگ مخزن به حجم اسيدي است .
شكل 12

نمونه اي نسبت سطح به حجم اسيد مصرفي :
شرايط نسبت سطح به حجم
ماتريس 1 : 28000
تخلخل

نفوذ پذيري md 10
شكاف يا ترك:

0.001 اينچ
0.10
0.25

1 : 3200
1 : 22
1: 13

ماكزيمم دبي تزريق به چاه در ماتريس اسيد (بيش از ايجاد شكاف درسنگ مخزن)

13
جنس و مشخصات مخزن(Rock characteristics)
به طور خلاصه نوع وجنس سنگ مخزن ، خلل وفرج موجود درآن Porosity شيارها فشردگي compressibility آن و همچنين بعضي خواص ديگر آن در اسيد زدن تأثير دارد .

مكانيزم اسيد زدن به چاه (Soloution of Acidizing Method) :
پارامترهاي مختلفي درانتخاب نحوه اسيد زدن به چاه دخالت دارند كه مسلماً با نظر گرفتن اين پارامترها كه هدف نهائي را بر آورده مي نمايد و جهت انجام در نظر گرفته مي شود . همانطوركه قبلاً صحبت شد روش هاي مختلفي براي اسيد زدن به چاه موجود است ساده تر اينكه اسيد زني پمپ كردن اسيد به داخل ويا نگاهداشتن آن در مجاور لايه توليدي(spot) به طور تميز كردن شبكه هاي موجود perforations و درنهايت شتسشوي داخل چاه بوسيله اسيد مي باشد . در اكثرمواقع با حضور دكل حفاري جهت نگهداشتن اسيد (spot) درمجاور لايه و به جريان درآودن سيال موجود در چاه (circulation) صورت مي گيرد .
اسيد زدن در اين حالت طراحي چند لازم پيشرفته اي ندارد و فقط كافي است كه مقداري اسيد در مجاور شبكه هاي موجود بر روي ديوارة چاه و سطح آنها با سنگ مخزن قرار گيرداصولاً در اين سيستم اسيد زدن ،هدف افزايش نفوذ پذيري سنگ وفقط به منظور تميز كردن داخل شبكه هاي (perforation) موجود و بعبارت ساده تر باز كردن براي ورود سيال از سنگ مخزن بداخل چاه مي باشد درنتيجه مي توان گفت كه تخصصي براي طراحي چنين سيستمي احتياج نيست لذا با صرفنظر كردن از اين روش به طرز استفاده از سيستم هاي ساده و معمولي ديگركه كاربرد بيشتري نيز دارند مي پردازيم .
جهت تصميم گيري در مورد اسيد زدن به چاه ، موضوع مهم داشن كليه اطلاعات لازم وبدست آمده مي باشد كليه اطلاعات موجود و يا بدست آمده اعم از مشخصات سنگ مخزن ، موقعيت فشار شاخص بهره وري (Productivity index(PI)) و غيره تحت بررسي دقيق قرار مي گيرند. با آوردن اطلاعات هدف نها?? از اس?د زدن مشخص م?گردد(به طور مثال م?توان در نظر گرفت که منظور از اسيد زني دو برابر كردن قدرت توليدي چاه مي باشد) .
گر چه به سيتمهاي موجود و اينكه هر كدام چه معايب و محاسني دارند وبطور كل كداميك در رسيدن به هدف كمك مي كنند تصميم مقتضي در مورد روش اس?د زدن گرفته مي شود. و آنگاه آن سيستم براي استفاده در مورد چاه تحت بررسي طراحي مي گردد . اگرچه چند چيز باتوجه به اطلاعات و دانسته هاي مربوط به چاه ، بررسي مي گردد كه آيا اسيد زدن مسئله وجود چاه را حل خواهد نمود ؟ ماتريس اسيد Matrix Acidizing و يا ايجاد شكاف در سنگ Fracture Acidizing و يا اينكه فقط يك شستشوي داخلي چاه لازم است Acid Washing كه در بالا اشاره شد روش آخر چندان طراحي بخصوصي را ايجاد نمي كند

اسيد بطور كل در موارد زير استفاده بيشتري دارد :
بر طرف كردن اشكالات و خسارت وارده بر سنگ مخزن درحين حفاري formation damage مورد استفاده دارد در نهايت بر طرف كردن مسئله ذكر شده كه در حقيقت عاملي براي توليد مناسب منظور نظر است .افزايش توليد چاه در اثر ازدياد نفوذ پذيري سنگ مخزن يكي ديگر از موارد استفاده اين سيستم مي باشد . شايد با آن روش بتوان توليد را تا يك ونيم برابر افزود (در يك سنگ مخزن كه داراي سيماني ?ونيفورم است ) .
در ا?ن سيستم از اسيد زدن بعلت اينكه مرز لايه هاي سنگ مخزن را بهم نمي زند ، يا تغيير بنيادي در محدودة آنها ايجاد نمي كند (It does not disturb zone boundaries) در اكثر مواقع مورد استفاده است اين بدان معني است كه در حالتهائي كه تصور مي رود دراثر ايجاد شكاف فضاي سنگ مخزن با هم مرتبط و باعث توليد آب و يا گاز ناخواسته مي شوند جهت اسيد زدن از اين روش استفاده مي گردد .
موضوع مهم در اين مورد اين است كه نفوذ پذيري سنگ مخزن تا حدي باشد كه بتوان اسيد بداخل آن پمپ نمود و بديهي است در غير اين صورت انجام آن غير ممكن خواهد بد و بالطبع مي بايست در سنگ مخزن ايجاد شكاف نمود (Acid fracturing) عملاًنيز ثابت شده است كه پمپ كردن اسيد با اين روش در داخل سنگ مخزني كه نفوذ پذيري آن از 5 ميلي دارسي كمتر باشدغير ممكن است .
مي توان اين سيستم را درمورد لايه هاي شني و كربنات بكار برد .
در اين جا ايجاب مي كند از روش ايجاد شكاف استفاده كرد (Acid fracture) كه بقرار زير ميباشند:
وقتي كه مخزن و يا لايه مورد نظر در عمقي پائين قرار دارد و از نظر ساختمان بقدري محكم است كه وسيله ديگر نمي توان آن را جهت بهره برداري باز نمود. درمواردي كه خود سنگ مخزن تا حدودي داراي شكافها و تركهائي مي باشد ، به منظور اتصال آنها به يكديگر و در نتيجه افزايش قدرت توليدي از اين روش استفاده مي شود.
با ايجاد شكاف باعث مي شود كه نفوذ پذيري در جهت توليد نيز افزايش يابد اسيد زدن در لايه هاي خسارت ديده درحين حفاري (damage formation ) و در لايه هاي (undamaged) استفاده مي گردد دريك طراحي وكار كامل ميتوان به كمك اين روش حتي نفوذ پذيي راتا دو برابر افزايش داد فاكتورهاي مختلفي درانجام اين امر دخالت دارند از آنها مي توان، نفوذپذيري ،درجه حرارت ،جنس سنگ مخزن وعمق آنرا نام برد .
اندازه گيري ها در اسيد زدن Acid icing Measurements :
سعي مي شود كه راجع به شيمي فعل و انفعال و محاسبه قدرت حل كنندگي اسيد كه تصور ميرود با دارا بودن اطلاع مختصري راجع به محاسبات شيميائي طراحي بهتر عمل شود . فعل وانفعال شيميائي زيركه اثر اسيد استيك بر سنگ آهك است در نظر گرفته مي شود :

اسيد استيك بر سنگ آهك بوجود آمدن يك نمك آب وگاز كربنيك است در فعل وانفعال در شرايط تعادل از لحاظ مواد مصرفي ومواد بوجود آمده موازنه وزني موجود جرم اتمي اجسام تشكيل دهنده ملكولهاي طرف راست معادله برابر است با همين فرمول و هردو برابر با 220/19 مي باشد. و بطوراختصار دو مولكول اسيد مصرف شود تا يك مولكول كربنات كلسيم (سنگ آهك) راكاملاً حل كند .
اطلاعات فوق مي توان قدرت حل كردن اسيد را محاسبه نمود، در رابطه بالا خواهيم

مشخص است كه 100 گرم (يا پاوند ) اسيد استيك خالص فقط مي تواند 3/82 گرم كربنات كلسيم (يا خالص را درخود حل نمايد) . حال با توجه باين مطالب بديهي است كه در صورت هر كدام نيز به همين روش ميتوان مقدار لازم اس?د را محاسبه نمود واضح است هر جسم مي توان حجم مواد لازم و يا بوجود آمده از يك فعل و انفعال رامحاسبه كرد).
مطالب فوق به حجم از سنگ آهك (بدون خلل وفرج ) در داخل 1000 گالن اسيد استيك 10% حل خواهد شد ؟
لازم است كه وزن مخصوص موادفوق را بدانيم و بعلاوه فاكتورهاي تبديل آن را در نظر داشته باشيم جهت حل مسئله وزن مخصوص سنگ آهك و اسيد استيك 10% با در نظر گرفتن وزن مخصوص آب (1 گرم بر سانتيمتر مكعب و يا 62/4 پاوند بر فوت مكعب ) به ترتيب 1/0152, 2/71 گرم بر سانتيمتر مكعب درنظر گرفته خواهد شد .

لذا :
وزن اسيدي كه اثر مي گذارد
اينكه باتوجه به قدرت حل كنندگي اسيد ردمورد كربنات كلسيم ، وزن كربنات قابل حل درمقدار اسيد فوق بدين ترتيب خواهدبود:
پاوند 705/5 = 0/823× 847
كه سپس حجم آن محاسبه مي گردد:
فوت مكعب حجم سنگ كربنات كلسيم
مقدار فوق به راحتي از طريق فرمول زير قابل محاسبه است:

كه درآن :
غلظت اسيد
وزن مخصوص اسيد و وزن مخصوص سنگ (جسم) مورد نظر
ضريب قدرت حل اسيد
حجم سنگ به واحد حجم اسيد مصرفي

دررابطه بامثال فوق :
وبراي 1000 گالن اسيد خواهيم داشت فوت مكعب سنگ آهك

موادي كه به اسيد اضافه مي شوند Acid Additives :
هر اسيد علاوه بر مسئله ايجاد خورندگي ، خصوصيات مربوط به خود را دارد . با توجه به مشخصات اسيد و نوع استفاده از آن مواد مختلفي به اسيد اضافه مي گردد كه درتغيير ويا تعديل بعضي خواص آن دخالت دارد . اين مواد خودداراي مشخصات مخصوصي هستند و با لطبع مورد استفاده مشخصي بر آنها مرتبط است .
مواد جلوگيري كننده از خورندگي فلزات (corrosion inhibitors) از جمله اجسامي هستند كه به اسيدها افزوده مي گردند همانطور كه پيداست هدف از افزودن اين مواد جلوگيري كردن از ايجاد خورندگي در فلزات دراثر تماس با اسيد مي باشد مواد افزوده شده با اين منظور طبق خاصيتي كه دارند بر روي فلز نشر نازكي بوجود مي آورند و بدين ترتيب از تماس مستقيم اسيد و فلز جلوگيري مي كند . مقدار و نوع اين نمونه مخلوط شونده بستگي به شرايط موجود دارد و بطور مثال با توجه به غلظت اسيد ، درجه حرارت محيط و جنس فلز مقدار و نوع آنها در نظر گرفته مي شود .
يكي ديگر از موادي كه به اسيد اضافه مي گردند موادي هستند كه تماس و حل شدن سنگ مخزن را در اسيد افزايش مي دهند در حقيقت اينگونه اجسام قابليت جذب اسيد را در سنگ مخزن زياد مي كنند و بعلاوه از راكد ماندن اسيد و يا بصورت امولسيون در آمدن جلوگيري مي نمايند . نمكهاي آهن كه به هر حال بخاطر وجود اسيد توليد مي گردند و يا خود احياناً در سنگ مخزن موجود هستند در تماس با اسيد كلريدريك بصورت كلرور در مي يابند اين نمك اخيراً ما دام كه محيط اسيد است هنوز اسيد تمامي خاصيت اسيد ي خود را از دست نداده است بصورت محلول هستد وبا بالا رفتن PH محيط بصورت رسوب در مي آيند بديهي است رسوب كردن آنها باعث مسدود كردن خلل و فرج موجود در سنگ مخزن مي گردد جهت جلوگيري از رسوب اين نمكها موادي به اسيد افزوده مي شود (complesixs Aeenrs) .
جهت كم كردن افت فشار (اصطكاك) در حين پمپ اس?د موادي به آن افزوده مي گردد (gelling agents). بعلاوه عمر اسيد و عمق نفوذي آن را نيز افزايش مي دهند اين مواد اگر درجه روان بودن زيادتري داشته باشند جلوگيري از هرزروي (Loss) اسيد نيز مي شوند گو اينكه براي ممانعت از بروز چنين مسئله اي مواد بخصوص ديگري نيز موجود است .
براي انجام عمل اسيد زدن بصورت يونيفورم (اسيد به حداكثر نقاط قابل دسترس سنگ مخزن برسد) موادي به آن افزوده مي گردد اين مواد در حقيقت بطور موقت باعث مسدود شدن قسمتهائي كه نفوذ پذيري زيادتر (بطور نسبي وبا مقايسه با ساير قسمتهاي سنگ مخزن ) دارند گردند و جهت جريان بدين تريتب به سمت قسمتهاي ديگر منحرف و باعث باز كردن مسير در آنها ودر نهايت بالا بردن نفوذ پذيري آنها مي گردد .(معمولاً وقتي ضخامت لا?ه بيش از 30 فوت باشد استفاده مي گردند).
اسيد بمحض تماس با سنگ مخزن شروع بحل قسمتهاي درتماس با خود را مي كند و هرچه كه در سنگ مخزن فرو مي رود از قدرت اسيدي آن كاسته مي گردد در نتيجه اثر آن در فاصله اي دور تر از چاه چندان قابل توجه نخواهد بود لذا براي اينكه بتوان اسيد قوي تر را تا عمق بيشتري در سنگ مخزن نفوذ داد. موادي به آن افزوده مي شودكه عمل اثر كردن اسيد را كندتر مي كند.اين امر باعث مي شود تمامي ندرت اسيد بمحض تماس باسنگ مخزن از دست نرفته و در حين نفوذ بداخل سنگ نيز اين قدرت را همراه خود داشته باشد.
طراحي ماتريس اسيد design of matrix Acidization Treatment :
همانطور كه قبلاً اشاره گرديد موضوع مهم دراين مورد توجه به فشاري است كه تحت آن اسيد به سنگ مخزن پمپ مي گردد ياد آور مي شود كه بايستي فشار پمپ كمتر از فشاري باشد كه ايجاد شكنندگي سنگ مخزن مي نمايند .
موضوع ديگر دبي مي باشد كه تحث آن اسيد به سنگ مخزن پمپ مي گردد اين امر با توجه به مشخصات سنگ مخزن و درنظر گفتن حد فشار فوق نيز قابل محاسبه مي باشد .
درمورد حجم اسيدي كه بايستي استفاده گردد دقت زيادي مرتبط نيست علت اين امر قابل رويت نمودن اثر اسيد درسنگ مخزن است كه خود باعث مي گردد بعضي ازمجهولات لاينحل بماند گو اينكه آزمايشهائي در سطح زمين و بر روي نمونه هاي سنگ هاي مختلف صورت پذيرفته است مسئله مهم دراين حالت وضع خلل وفرج موجود در سنگ است مي توان گفت حجم اسيد با توجه به خلل و فرج porosity موجود و در نظر گرفتن قسمت خسارت ديده سنگ در حين حفاري damaged zone و يا توليد مشخص گردد .
اگر قسمت آسيب ديده سنگ مخزن را damaged zone با شعاع دو فوت در نظر بگيريم سطحي معادل 12 فوت مربع درارتفاعي برابر با يك فوت خواهيم داشت در اين حالت با در نظر گرفتن 25 %فضاي خالي بعلت خلل وفرج موجود Porosity براي پر كردن آنها تا عمق 2 فوت حجمي برابر با 40 گالن بر فوت مايع لازم است لذا جهت بهتر عمل كردن حداقل 100 يا بيشتر گالن اسيد براي يك فوت ارتفاع سنگ مخزن درنظر گرفته مي شود اين رقم تقريباً آزمايش شده و قابل پذيرش همگان است لازم به تذكر است كه تا حجمهاي 200 گالن بر فوت نيز مصرف مي گردد.
در مورد غلظت اسيد بايستي گفت كه بديهي است هر چه غلظت آن بالاتر باشد قدرت حل كردن مقداربيتشري از سنگ مخزن را خواهد داشت ليكن آزمايش نشان داده است كه قدرت حل اسيد تاغلظت 15% داراي رابطه اي خطي است ليكن باافزايش غلظت رابطه مستقيم از بين م?رورد و سپس تا ماكزيمم قدرت حل اسيد درغلظت 23% خواهد رسيد پس از آن نيزهر چه غلظت اسيد بيشتر شده است از قدرت حل كردن اسيد تا حدودي كاسته است معمول است كه در درجه حرارتهاي كمتر از 200 درجه فارنهايت تا ماكزيمم غلظت 28% اسيد بكار گرفته مي شود .
باتوجه به مطالب فوق روش زير راه حلي است جهت طراحي ماتريس اسيد لازم بياد آوري است كه جهت انجام طراحي تا حد امكان مي بايست كه اطلاعات مربوط به سنگ مخزن و چاه در دست باشد بديهي است پس از پمپ كردن اسيد ،مايعي با وزن كمتر بداخل چاه پمپ مي گردد (معمولاً گازوئيل ) تا اسيد باقيمانده درداخل چاه را به داخل سنگ مخزن براند. حجم اين سيال معمولاً كمي بيشتر از ظرفيت داخلي چاه در نظر گرفته مي شود تا مطمئن بود كه تمامي اسيد بداخل سنگ مخزن نفوذ كرده است حدود يك ساعت بعد از اسيد زدن چاه به منظور تميز شدن باز مي شود .

.Iمحاسبه ضريب شكنندگي (fracturing gradient ) سنگ مخزن در صورتي كه جزء اطلاعات موجود نباشد اين امر به كمك ضريب فشار لايه فوقاني سنگ مورد نظر ممكن است overburden pressure

( – ضريب فاش لايه هاي فوقاني )+ =ضريب شكستگي
در رابطه با لايه مقداري است ثابت بين 0/23 تا 0/5 كه بستگي به نوع سنگ مخزن دارد و عملاً با آزمايش اندازه گيري مي گرددو بطور تخريب ضريب فشار لايه هاي بالاتر در عمقهاي كمتر از 10000فوت برابر با يك ودر عمقهاي بالاتر تا 1/2 نيز در نظر گرفته مي شود بديهي است كه اگر ضريب شكستگي سنگ مخزن بخصوصي در آزمايشهاي اوليه فشار اندازه گيري شده باشد به كمك رابطه بالا مقدار را مي توان حساب كرد.
فشاري كه درعمق مورد نظرايجاد شكنندگي مي كند محاسبه مي گردد.

II. عمق مورد نظر × ضريب شكنندگي = فشار عامل شكست شدن سنگ در عمق مورد نظر
ماكزيمم فشار پمپ كه مي توان با آن عمل كرد و ايجاد شكنندگي نكرد بدين طريق حساب مي شود .

III A . عمق× (ضريب فشار ستون مايع – ضريب شكنندگي) = حداكثر فشار پمپ براي تلمبه شدن بدون شكست .
مقدار ثابت A در حقيقت به منظور ايمني در نظر گرفته مي شود و هرگاه كه ضريب شكنندگي مطمئني نباشد مقدار آن زيادتر فرض مي گردد مي توان گفت بستگي به شرايط عمل دارد و از حداقل تا حتي حداكثر 200 پاوند ر اينچ مربع نيز متغيير است . پيش بيني دبي تزريق كه از طريق فرمول دارسي محاسبه مي گردد (درحقيقت حداكثر دبي تزريقي).

در رابطه فوق خواهيم داشت :
:حداكثر دبي تزريق
:معدل نفوذپذيري
:قطرلايه
:فشار تزريق در عمق مورد نظر
:فشار مخزن

نتيجه گيري وپيشنهادات :
در فرآيند اسيد كاري كه يك فرآيند جهت افزايش تراوايي مخزن مي باشد بايد نسبت به شرايط وپارامترهاي مخزن بهترين تصميم گيري را انجام داد و پارامترهاي مؤثر بيشتر وابسته به جنس سنگ مخزن و اسيدي كه استفاده مي كنيم دارد در اين فرآيند بايد سعي شود كه كمترين آسيب به لوله هاي جداري برسد چرا كه اين لوله ها غير قابل تعويض مي باشند.(به غيرازموارد خاص )
فرآيند اسيد كاري مي تواند توليد را تا 5 برابرافزايش دهد دراين فرآيند بايد توجه داشت كه مثلاً اگر فرآيند مربوط به طراحي ماتريس اسيد است فشار تزريق بايد رعايت شود و يا اگر فرآيند شكستن سازند (Acid fracturing) باشد نيز فشار بايد حساب شده باشد .

پيشنهادات :
چون از اهداف مهم فرآيند اسيد زني از بين بردن skin به وجود آمده در چاه مي باشد كه به دليل نفوذ فيلترات گل حفاري است درنتيجه پيشنهاد مي شود چون بيشترين قسمت مخازن نفتي ايران ازنوع ماسه سنگي مي باشند درهنگام اسيد زني از اسيدهاي آلي مثل HF استفاده شد چرا كه مزاياي آن مثل گل هاي بالا اثر گذار بودن و با تأني واكنش دادن از عوامل موثر درفرآيند اسيد زني مي باشد .

کارهای سیال حفاری

كارهاي سيال حفاري:

سيال در سيستم گردشي دستگاه حفاري دوراني به اين كارها عمل مي كند: منتقل كردن كنده هاي مته به سطح زمين، پاك كردن كف چاه، خنك كردن مته و روانكاري ساق حفاري، اتكا دادن به ديواره هاي چاه و جلو گيري از ورود سيالات به درون چاه.

1- انتقال كنده ها به سطح زمين:

مايع، هوا و يا گاز در حال گردش، هم زمان با حركت در داليز13 چاه خرده سنگها يا ريزه رس ها يعني كنده هاي سازند14 را به سطح زمين مي آورد. براي يك مايع، سرعت داليز معمولاً بايد بين 100 تا 200 فوت در دقيقه باشد تا بتواند چاه را تميز نگاه دارد. سرعت بسيار زياد 3000 فوت در دقيقه براي گردش هوا يا گاز در داليز لازم مي باشد تا چاه تميز شود. در سطح زمين با روشهاي مختلف چون الك كردن، ته نشيني، عمل گريز از مركز، تجمع شيميايي14 و با تركيبي از اين روشها، ذرات جامد از گل جدا مي شوند. در حفاري با هوا ذرات بالا آورده شده به وسيلة هوا يا گاز به صورت گردو غبار و يا تراشه هاي بسيار ريز درون گودالهاي كنار دكل مي ريزند.

گرانروي16 يك گل حفاري، مقاومت آن در برابر حركت است. در دستگاه هاي حفاري، معمولاً يك قيف مارش17 (شكل 3 ) براي اندازه گيري گرانروي ظاهري بكار ميرود سرعت زماني بدست آمده براي عبور گل از قيف، معمولاً با گران روي واقعي، همخواني پيدا مي كند.

گرانروي مارش (قيفي) ممكن است از 30 تا 40 ثانيه براي هركوارت گل هاي كم ذره، از 40 تا50 ثانيه بر كوارت براي گلهاي بسيار سنگين تغيير كند. صرفنظر از اينكه وزن گل كم يا زياد باشد، غالباً براي تميز شدن درست چاه گرانروي بالايي مورد نياز است.

گل بايد گرانروي و مقاومت ژلي18 مناسبي براي بالا آوردن كنده ها و حفظ حالت تعليق آنها داشته باشد ، در زمان گردش گل و چه هنكامي كه گردش گل متوقف است. مقاومت ژلي توانايي گل ميباشد براي جلوگيري از ته نشيني تدريجي كنده ها در زمان بي حركتي گل. اين را ميتوان از چگونگي جريان گل و سفت شدن آن در جوي يا مخزن گل مشاهده نمود، هنگامي كه پس از مدتي توقف، گردش گل مجدداً آغاز ميشود، گل بايد دوباره حالت مايع و سيلان پيدا كند.

2-تميز كردن ته چاه:

يك مته در حين حفر چاه بايد سطوح تميزي داشته باشد، چه در حال خراشيدن سازند باشد و چه در حالت بريدن آن. اگر تراشه ها و كنده ها با همان ميزاني توليد مي شوند جـارو و روفتــه نشوند، متــه در باتلاقي از كنده ها مي ماند و بلاخره در نهايت دوران ساق حفاري ممكن نخواهد بود. كار مته اي كه تراشه هاي تازه كنده شده از ته چاه را آسياب مي كند بي مصرف بوده و نيروي موجود براي حفر چاه را كاهش مي دهد. روش معمول براي پاك كردن چاه، گردش سيال حفاري از درون فواره هاي جت19 مته است، جريان پر سرعت20 گل به ته چاه مي باشد، در آن تلاطم21 ايجاد مي كند تا خرده سنگها را از سطح سازند با همان سرعتي كه شكل مي گيرند، درو كند (شكل 4).

در حفاري با هوا يا گاز، هميشه انرژي كافي براي تميز كردن كف چاه وجود دارد و از اين لحاظ مشكلي بروز نمي كند، زيرا براي بالا آمدن كنده هاي مته حجم و فشار بسيار زيادي لازم است و اين همواره به جريان گردشي چاه داده ميشود. در سطح زمين، كنده ها بايد جدا و خارج گردند تا گل كه دوباره به چاه پمپ شود، تميز باشد. بعلاوه، سيستم طوري بايد طراحي شود كه حجم زيادي از مايع تحت فشار زياد بتواند به مته برسد. با تركيب و انتخاب مناسب اندازه پمپها، ساق حفاري، فواره ها و قطر چاه، ميتوان شرايط را طوري فراهم كرد كه بين 50تا 60 در صد فشار توليد شده بوسيله پمپها بتواند به فواره هاي مته برسد و ته چاه تميز گردد.

3- خنك كردن مته و روانكاری ساق حفاري:

در هنگام حفاري، مته با نيروي بسيار زيادي به ته چاه فشرده ميشود. براي مثال وزن روي مته 5/8 اينچي گاهي از 60000 پوند تجاوز مي كند كه معادل وزن يك راه آهن حامل بار است و يك مته با قطر بزرگتر ممكن است دو برابر اين مقدار وزن را بخواهد. مته ممكن است با سرعت 50 تا 100 دور در دقيقه دوران كند. تركيب دو عامل وزن روي مته و سرعت دوراني آن ، به علت وجود اصطكاك در ياتاقان هاي مته و مالش سازند به دنده24 ها و تيغه هاي مته ، گرما بوجود مي آورد. يك مته در اثر اين گرما داغ شده و بلا فاصله خراب مي شود مگر اينكه دائماً و به ميزان كافي خنك شود. سيال گردش يافته در اطراف قطعات مته، گرما را از آن دور ميكند (اشكال 5و6). مواد روغني سيال حفاري ميتواند اصطكاك را در ياتاقان هاي مته كاهش داده و در عين حال به عنوان يك روانكار بين ساق حفاري و جداره25 چاه عمل كنند. گل هاي آموده روغني26 و گلهاي روغني27 مخصوصاً از اين لحاظ سود مند هستند. گردش هوا و گاز در اين مورد بسيار كار آمد مي باشد زيرا در زماني كه آنها از فواره هاي مته خارج مي شوند، در اثر انبساط يك اثر خنك كننده بوجود مي آورند. به اين علت و بخاطر اينكه هوا حاوي مواد خارجي چندان مهمي نيست، فرسودگي ياتاقان هاي مته در اين روش بسيار كمتر از زمان گردش گل است.

4- نگاه داشتن ديوار هاي چاه:

سازند هايي را كه ريزش28 مي كنند ميتوان با استفاده از گلي با مشخصات مناسب، پايدار و حفاظت كرد. اين نوع سيال حفاري يا گل، ديواره هاي چاه را مانند ملات اندود29 ميكند. علاوه بر آن، فشار هيدروستاتيك ناشي از وزن ستون سيال درون چاه، به ديواره هاي اندود شده فشار آورده و از ريزش سازند هاي سست و نامستحكم30 ممانعت مي كند(شكل 7). سازندهاي سخت سنگ ميل كمتري براي ريزش دارند و بنابراين مي توان آنها را بجاي گل با هوا، گاز و يا آب حفاري نمود.

فشار هيدوستاتيك31 نيرويي است كه توسط يك سيال در حال سكون به طرف آن وارد مي شود در يك چاه فشار هيدروستاتيك سيال حفاري با وزن يا چــگالي (وزن مخصوص) و ارتفاع سيال تغــــيير مي كند. براي افزايش فشار هيدروستاتيك در تمام اعماق چاه ميتوان چگالي سيال را افزود كه در گلهاي مايع اين امر با اضافه كردن باريت به آن انجام ميشود. باريت32 يك ماده معدني است كه 2/4 بار از آب چگالتر است.

مختصري از حفاري دوراني يا چرخشي

اسپنيدل تاپ، چاه اكتشافي كه در نزديكي بيومونت تگزاس و در سال 1901 حفر شد، بيشتر بعنوان اولين چاهي محسوب مي‏شود كه با استفاده از روش حفاري دوراني زده شده است. در حقيقت مي‏توان گفت كه در حفر اين چاه از روش حفاري چرخشي كه بمدت پنج سال در آن منطقه استفاده مي‏شد، كمك گرفته شده است. افرادي كه در اسپيندل تاپ كار مي‏كردند، در مورد حفاري دوراني تجاربي داشته‏اند و با استفاده از سيستم گردشي كل حفاري ساخته شده از ذرات خرد شده نوعي سازند نرم غيرقابل ريزش، آشنا بوده‏اند.

در حفر اين چاه، احتمالاً بيشتر گل حفاري مورد نياز در خود چاه توليد مي‏شده. يعني كنده‏هاي نوعي رس معلق به سازند با آبي كه در چاه گردش داده مي‏شده، مخلوط و گل حفاري قابل سيلان را بوجود مي‏آورند. روايت ديگر اين است كه آنها براي تهيه گل گودال‏هايي را در زمين‏هاي اطراف كنده و پر از آب مي‏كردند و سپس گله‏هاي گاو را در آن به عقب و جلو مي‏رانند. البته اين كاملاً محتمل است كه در گودالهاي نزديك چاه، گل مورد استفاده را تهيه مي‏كردند.

تجهيزات مورد نياز براي حفاري دوراني در طول سالها پيشرفت كرده و كامل شده است. اما اساس كار آن ثابت باقي مانده است – اين روش حفاري داراي ويژگي برجسته و مهم است: (1) ساق حفاري دوران داده مي‏شود تا مته دوران پيدا كند و (2) يكي از انواع سيالات حفاري در چاه به گردش در آورده مي‏شود.

يعني اين سيال به درون ساق مته حفاري پمپ شده، از مته گذشته و خارج مي‏شود و از چاه به سطح زمين باز مي‏گردد. سيال حفاري ممكن است مايع يا گاز باشد. از سيال حفاري گاهي به منظور به كار اندازي توربين‏هاي حفاري يا موتورهاي ته چاهي ديگر كه در انتهاي ساق حفاري قرار دارند، بكار مي‏رود. در اين حالت، سيال حفاري به موتور توان مي‏دهد تا مته را بچرخاند، بدون آنكه از ميز دوار استفاده شود.

همانطور كه قبلاً گفتيم در سيستم حفاري دوراني اولاً مته و لوله هر دو مي‏چرخند و ثانياً انرژي از طريق لوله و مته به سنگ وارد و موجب حفر چاه مي‏شود. نيروي حفار چاه تركيبي از انرژي چرخشي و تراست (فشار روي مته). در اين سيستم مته و لوله بطور خودكار نمي‏چرخند. بلكه چرخش آنها ناشي از انرژيي است كه از صفحه دوار (روتاري تيبل) به لوله چند بر و از آن به لوله و مته منتقل مي‏شود. به عبارت ديگر با چرخش صفحه دوار، لوله و مته نيز مي‏چرخند و به همين دليل سيستم مذكور را سيستم چرخشي مي‏گويند. تنشي كه از طريق مته به سنگ وارد مي‏شود، از نوع مماسي بوده و بدين دليل نيز مقاومت برشي سنگها در اين روش حفاري اهميت دارد و سنگها از طريق خراش‏برداري و تراشيدگي بصورت قطعات ريز در مي‏آيند. چنانچه گفته شد انرژي چرخشي از طريق صفحه دوار تأمين مي‏شود و تراست يا بار روي مته توسط لوله‏هاي پشت مته و ارتباط آنها با پايه تيرهاي ستوني در سطح از طريق سيلندر هيدروليكي، كابلها و غيره تأمين مي‏شود.

سرعت حفاري در اين نوع سيستم عمدتاً به نوع مته، نوع سنگ، مقدار انرژي چرخشي و تراست بستگي دارد. همانطور كه در شكل 1-1 مشاهده مي‏شود، قسمتهاي عمده يك ماشين حفاري چرخشي عبارتند از: (1) تاج دكل: كه كابلهاي ماشين از آن عبور داده مي‏شود؛ (2) كابلهاي حفاري: كه ضمن عبور طناب خور لوله‏هاي حفاري را نگه مي‏دارد؛ (3) طناب خور (تراولينگ بلوك): كابلهاي بالابر و پائين‏بر لوله‏ها از آن عبور داده مي‏شود؛ (4) قلاب (هاك): زائده منتهي‏اليه طناب خور كه مانع مي‏شود تا چرخش لوله‏ها به كابل‏ها منتقل شود؛ (5) هرز گرد: باعث اتصال شيلنگ گل حفاري به لوله چند بر شده و مانع انتقال نيروي چرخشي لوله چندبر به لولة قائم و شيلنگ حفاري مي‏شود؛ (6) لوله چند بر: به صفحه دوار مرتبط است و باعث انتقال انرژي چرخشي به لوله‏ها مي‏شود؛ (7) لوله خرطومي يا شيلنگ گل حفاري: از يك سو به لولة قائم و از سوي ديگر به هرز گرد مرتبط است. و گل حفاري موجود در شيلنگ به هرز گرد و پس از عبور از هرز گرد داخل لوله‏ها حفاري مي‏شود؛ (8) لولة قائم عبور دهندة گل: گل حفاري پس از عبور از آن وارد شيلنگ گل حفاري مي‏شود؛ (9) پايه دكل: كه فشارهاي دكل را تحمل مي‏كند؛ (10) مته: در تماس با شيلنگ بوده و انرژي از طريق مته به سنگ منتقل مي‏شود؛ (11) صفحه دوار: باعث چرخش لوله و مته مي‏شود؛ (12) سيستم مركزي كنترل كننده كابل‏ها (دارو وركس): در اين مركز، طول كابلها كم يا زياد مي‏شود؛ (13) موتور: تأمين كننده قدرت انرژي ماشين؛ (14) پمپ گل حفاري: گل حفاري را از مخزن پمپاژ مي‏كند؛ (15) مخزن گل: حدوداً بين 300 تا 700 بشكه گل در آن نگهداري مي‏شود؛ (16) غربال كنندة ذرات حفاري از گل: باعث جدايش ذرات حفاري از گل مي‏شود؛ (17) خط جريال گل: مسير حركت گل در سطح زمين و در نهايت؛ (18) دكل: فشارها و سنگيني لوله‏ها از طريق كابل‏ها به آن منتقل مي‏شود.

قدرت ماشين‏هاي حفاري چرخشي توسط موتورهاي ديزلي و برقي تأمين مي‏شود. براي ماشين‏هاي حفاري متداولترين نوع، موتورهاي ديزلي است. موتور برقي علي‏رغم آنكه بازدهي بهتري دارد. اما در بعضي موارد تهيه موتور برق قوي بر سر چاه آسان نيست. مقدار انرژي توليد شده توسط موتور براي توليد انرژي جنبشي ‏تراست، كشيدن كابلها، عبور سيال حفاري از درون لوله حفاري جهت انتقال خرده‏هاي حفاري از ته چاه و تراز كردن جكها مصرف مي‏شود. هر چند مقدار قدرت مورد نياز هر سيستم حفاري را كارخانه سازنده آن برحسب اسب بخار مشخص مي‏كند و محاسبه اين مقادير بايستي توسط مهندسين حفاري محاسبه گردد.

به هر حال نياز به توضيح بيشتر در اين كتاب در مورد سيستم حفاري چرخشي نيست و هدف اصلي شناخت گل و سيستم چرخشي گل است كه اين مهم كلي فصلهاي بعدي به مرحلةاجراء گذاشته خواهد شد.

مختصري از حفاري دوراني يا چرخشي
اسپنيدل تاپ، چاه اكتشافي كه در نزديكي بيومونت تگزاس و در سال 1901 حفر شد، بيشتر بعنوان اولين چاهي محسوب مي‏شود كه با استفاده از روش حفاري دوراني زده شده است. در حقيقت مي‏توان گفت كه در حفر اين چاه از روش حفاري چرخشي كه بمدت پنج سال در آن منطقه استفاده مي‏شد، كمك گرفته شده است. افرادي كه در اسپيندل تاپ كار مي‏كردند، در مورد حفاري دوراني تجاربي داشته‏اند و با استفاده از سيستم گردشي كل حفاري ساخته شده از ذرات خرد شده نوعي سازند نرم غيرقابل ريزش، آشنا بوده‏اند.

در حفر اين چاه، احتمالاً بيشتر گل حفاري مورد نياز در خود چاه توليد مي‏شده. يعني كنده‏هاي نوعي رس معلق به سازند با آبي كه در چاه گردش داده مي‏شده، مخلوط و گل حفاري قابل سيلان را بوجود مي‏آورند. روايت ديگر اين است كه آنها براي تهيه گل گودال‏هايي را در زمين‏هاي اطراف كنده و پر از آب مي‏كردند و سپس گله‏هاي گاو را در آن به عقب و جلو مي‏رانند. البته اين كاملاً محتمل است كه در گودالهاي نزديك چاه، گل مورد استفاده را تهيه مي‏كردند.

تجهيزات مورد نياز براي حفاري دوراني در طول سالها پيشرفت كرده و كامل شده است. اما اساس كار آن ثابت باقي مانده است – اين روش حفاري داراي ويژگي برجسته و مهم است: (1) ساق حفاري دوران داده مي‏شود تا مته دوران پيدا كند و (2) يكي از انواع سيالات حفاري در چاه به گردش در آورده مي‏شود.

يعني اين سيال به درون ساق مته حفاري پمپ شده، از مته گذشته و خارج مي‏شود و از چاه به سطح زمين باز مي‏گردد. سيال حفاري ممكن است مايع يا گاز باشد. از سيال حفاري گاهي به منظور به كار اندازي توربين‏هاي حفاري يا موتورهاي ته چاهي ديگر كه در انتهاي ساق حفاري قرار دارند، بكار مي‏رود. در اين حالت، سيال حفاري به موتور توان مي‏دهد تا مته را بچرخاند، بدون آنكه از ميز دوار استفاده شود.

همانطور كه قبلاً گفتيم در سيستم حفاري دوراني اولاً مته و لوله هر دو مي‏چرخند و ثانياً انرژي از طريق لوله و مته به سنگ وارد و موجب حفر چاه مي‏شود. نيروي حفار چاه تركيبي از انرژي چرخشي و تراست (فشار روي مته). در اين سيستم مته و لوله بطور خودكار نمي‏چرخند. بلكه چرخش آنها ناشي از انرژيي است كه از صفحه دوار (روتاري تيبل) به لوله چند بر و از آن به لوله و مته منتقل مي‏شود. به عبارت ديگر با چرخش صفحه دوار، لوله و مته نيز مي‏چرخند و به همين دليل سيستم مذكور را سيستم چرخشي مي‏گويند. تنشي كه از طريق مته به سنگ وارد مي‏شود، از نوع مماسي بوده و بدين دليل نيز مقاومت برشي سنگها در اين روش حفاري اهميت دارد و سنگها از طريق خراش‏برداري و تراشيدگي بصورت قطعات ريز در مي‏آيند. چنانچه گفته شد انرژي چرخشي از طريق صفحه دوار تأمين مي‏شود و تراست يا بار روي مته توسط لوله‏هاي پشت مته و ارتباط آنها با پايه تيرهاي ستوني در سطح از طريق سيلندر هيدروليكي، كابلها و غيره تأمين مي‏شود.

سرعت حفاري در اين نوع سيستم عمدتاً به نوع مته، نوع سنگ، مقدار انرژي چرخشي و تراست بستگي دارد. همانطور كه در شكل 1-1 مشاهده مي‏شود، قسمتهاي عمده يك ماشين حفاري چرخشي عبارتند از: (1) تاج دكل: كه كابلهاي ماشين از آن عبور داده مي‏شود؛ (2) كابلهاي حفاري: كه ضمن عبور طناب خور لوله‏هاي حفاري را نگه مي‏دارد؛ (3) طناب خور (تراولينگ بلوك): كابلهاي بالابر و پائين‏بر لوله‏ها از آن عبور داده مي‏شود؛ (4) قلاب (هاك): زائده منتهي‏اليه طناب خور كه مانع مي‏شود تا چرخش لوله‏ها به كابل‏ها منتقل شود؛ (5) هرز گرد: باعث اتصال شيلنگ گل حفاري به لوله چند بر شده و مانع انتقال نيروي چرخشي لوله چندبر به لولة قائم و شيلنگ حفاري مي‏شود؛ (6) لوله چند بر: به صفحه دوار مرتبط است و باعث انتقال انرژي چرخشي به لوله‏ها مي‏شود؛ (7) لوله خرطومي يا شيلنگ گل حفاري: از يك سو به لولة قائم و از سوي ديگر به هرز گرد مرتبط است. و گل حفاري موجود در شيلنگ به هرز گرد و پس از عبور از هرز گرد داخل لوله‏ها حفاري مي‏شود؛ (8) لولة قائم عبور دهندة گل: گل حفاري پس از عبور از آن وارد شيلنگ گل حفاري مي‏شود؛ (9) پايه دكل: كه فشارهاي دكل را تحمل مي‏كند؛ (10) مته: در تماس با شيلنگ بوده و انرژي از طريق مته به سنگ منتقل مي‏شود؛ (11) صفحه دوار: باعث چرخش لوله و مته مي‏شود؛ (12) سيستم مركزي كنترل كننده كابل‏ها (دارو وركس): در اين مركز، طول كابلها كم يا زياد مي‏شود؛ (13) موتور: تأمين كننده قدرت انرژي ماشين؛ (14) پمپ گل حفاري: گل حفاري را از مخزن پمپاژ مي‏كند؛ (15) مخزن گل: حدوداً بين 300 تا 700 بشكه گل در آن نگهداري مي‏شود؛ (16) غربال كنندة ذرات حفاري از گل: باعث جدايش ذرات حفاري از گل مي‏شود؛ (17) خط جريال گل: مسير حركت گل در سطح زمين و در نهايت؛ (18) دكل: فشارها و سنگيني لوله‏ها از طريق كابل‏ها به آن منتقل مي‏شود.

قدرت ماشين‏هاي حفاري چرخشي توسط موتورهاي ديزلي و برقي تأمين مي‏شود. براي ماشين‏هاي حفاري متداولترين نوع، موتورهاي ديزلي است. موتور برقي علي‏رغم آنكه بازدهي بهتري دارد. اما در بعضي موارد تهيه موتور برق قوي بر سر چاه آسان نيست. مقدار انرژي توليد شده توسط موتور براي توليد انرژي جنبشي ‏تراست، كشيدن كابلها، عبور سيال حفاري از درون لوله حفاري جهت انتقال خرده‏هاي حفاري از ته چاه و تراز كردن جكها مصرف مي‏شود. هر چند مقدار قدرت مورد نياز هر سيستم حفاري را كارخانه سازنده آن برحسب اسب بخار مشخص مي‏كند و محاسبه اين مقادير بايستي توسط مهندسين حفاري محاسبه گردد.

به هر حال نياز به توضيح بيشتر در اين كتاب در مورد سيستم حفاري چرخشي نيست و هدف اصلي شناخت گل و سيستم چرخشي گل است كه اين مهم كلي فصلهاي بعدي به مرحلةاجراء گذاشته خواهد شد.

معيارهاي مورد نظر در قدرت و ظرفيت دكل

  • بيشترين نيرويي كه structure مي تواند تحمل كند.
  • بيشترين مقداري كه پمپ دبي مي دهد
  • ارتفاع كل بيشتر، تعداد لوله ها بيشتر ، عمق حفاري بيشتر
  • سايز لوله هاي حفاري
  • ظرفيت ذخاير گل حفاري

Swivel
دستگاه متصل کننده قسمتهای دوار داخل چاه و قسمت های ثابت در خارج

Hook

قلاب آویزان از قطعات و رشته های بالا و پایین رو و متصل به دکل حفاری

Kelly
لوله اي سنگين با قطع 6 ضلعی یا 4 ضلعی که به لوله های حفاری داخل چاه متصل است و موجب انتقال حركت دوراني به رشته حفاري مي شود.

Crown

يك سري قرقره ثابت است كه در بالاي دكل قرار دارد.

Traveling block

يك سري قرقره متحرك كه در جابهجاي نقش موثري دارد و به طرف بالا و پايين حركت مي كند.

Kelly bushing

بوشن که با دواران خود … را به حرکت در می آورد

Rotary table

صفحه دوار

mousehole

بر روي سكوي حفاري در كنار حفره حفاري چاله اي است كه لوله هاي حفاري تك تك در آنجا قرار مي گيرند تا عمليات حفاري ادامه يابد

catwalk

محل قرار گرفتن لوله هايي كه بعداٌ به بالاي دكل منتقل مي شوند

pipe ramp

مثل يك سرسره مي باشد كه از انجا لوله ها توسط air hoisting به روي كف دكل قرار مي گيرد.

pipe rack

خرك يا پايه اي كه لوله ها يا casing روي آن قرار مي گيرد.

mud logging

پليس سر چاه كه گل حفاري را كنترل مي كند.

Blow out control

دستگاه جلوگیری کننده از فوران چاه

Flow line

لوله انتقال گل برگشتی از داخل چاه به مخازن گل حفاری

Mud line

لوله قابل انعطاف ( لاستیکی ) جهت انتقال گل حفاری به داخل لوله های حفاری

Shale shaker

محل تفکیک گل حفاری از مواد و سنگ ریزه های حفاری شده

Stand pipe

لوله انتقال گل از داخل پمپها به لوله لاستيكي

Screen
توری فلزی یا الک

Return tank
مخزن یا محل تجمع گل برگشتی از چاه

Mud pump

پمپ گل حفاري

Annulus
مجرای برگشت گل و مواد حفاری شده از چاه به خارج

Casing
لوله های دیوار بندی در اندازه های مختلف

Drill pipe

لوله حفاری که محتوی گل ارسالی به داخل چاه است و طولاني ترين قسمت رشته حفاري مي باشد.

Bit
مته حفاری

عمل حفاری بصورت 24 ساعته و در 3 نوبت کاری انجام می شود . ولی همه افرادی که برای حفاری استخدام میشوند بصورت اقماری هستند و باید هر زمان که لازم باشد آماده کار باشند . کما اینکه در بعضی موارد حتی تا 3 روز یا بیشتر فرد وقت استراحت ندارد . عمل طاقت فرسا / وقت گیر / پر هزینه / خطرناک /آلوده کننده محیط زیست /…. انجام میگیرد تا چاه به نتیجه برسد.

مواد معدنی که در حفاری استفاده می‌شوند:

بتونيت :

به منظور جلوگيری از هدر رفتن محلول حفاری در چاههايی که درز و شکاف زياد دارند. می‌تواند از بتونیت سدیم‌دار به عنوان پوشش داخلی سطح چاه استفاده نمود. بتونیت خاصيت کلوئيدي را افزايش می‌دهد. و درنتيجه درصد بازيابي پودر و سنگ افزايش می‌يابد.

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 گرافیت لازم می‌آید که البته بعد از بر طرف شدن مانع باید آن را از چاه خارج کرد.

باریت و گالن :

برای کنترل وزن مخصوص از باریت و گالن استفاده می‌کنند.

آهک و دولومیت :

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

ژیپس :

برای جلوگیری از آلودگی کربنات و همچنین جهت لخته کردن کانیهای رسی 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 کنترل پراکندگی رسها از نمک استفاده می‌شود.

کربنات و بی‌کربنات سدیم :

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

پرلیت و خاکسترهای آتشفشانی :

این مواد به عنوان سیمان بکار می‌روند

با توجه به نوع فاز مايع، گلهاي حفري به بخشهاي زير تقسيم مي شوند:

اگر فاز سيال آب باشد، كه به آن گل پايه آبي يا water base mud مي گويند.

اگر فاز سيال نفت باشد، كه به آن گل پايه نفتي يا oil base mud مي گويند.

اگر فاز سيال گاز باشد، كه به آن گل پايه آبي يا air base mud مي گويند.

از موادي نظير پوست گردو – تكه هاي صدف براي پوشاندن درزه ها و جلوگيري از ورود سيال به Formation

 

خواص رئولوژیک سیال حفاری :

Pv:( plastic viscosity) (1

سهمی که Pv در ایجاد مقاومت در برابر جریان و حرکت گل دارد ناشی از اصطکاک مکانیکی است.

اصطکاک مکانیکی در یک گل ممکن است در اثر یکی از عوامل زیر باشد:

(a بین خود ذرات موجود در گل حفاری

(bبین ذرات جامد و فاز مایعی که آنها را احاطه کرده اند

(2 Yp:( yield point)

سهمی که Pv در ایجاد مقاومت در برابر جریان و حرکت گل دارد ناشی از نیروهای الکتروشیمیایی یا نیروهای جاذبه درون گل است.

که این مورد در شرایط دینامیک گل به عوامل زیر بستگی دارد:

(a غلظت حجمی ذرات جامد گل و خصوصیات سطحی آن

(b غلظت و نوع یونهای موجود در فاز گل یعنی جایی که ذرات جامد در آن پراکنده شده اند.

(3 Gs:(Gel strength)

Gs,Yp هر دو میزانی برای اندازه گیری نیروهای الکتروشیمیایی یا نیروهای جاذبه موجود در گل می باشد با این تفاوت که که Yp اندازه نیروها در حالت گل (دینامیک) و Gs اندازه آنها در حالت سکون گل(استاتیک) را نشان می دهد. Gs نشان دهنده خواص تیکسوتروپیک گل است (یعنی توانایی تولید یک گل در تولید Gs با گذشت زمان ) . Gs در دو نوبت اندازه گیری می شود:

Initial Gel: بعد از 10 ثانیه که گل ایستاد اندازه گیری می شود.

10 minute Gel: بعد از 10 دقیقه که گل ایستاد اندازه گیری می شود.

آشنايي با گل حفاري و خواص آن

مقدمه

گل حفاري تاريخچه طولاني و گوناگوني از گذشته دور دارد. ولي بطور اجمالي در آغاز، چيني‏ها فهميدند كه گل داراي دو كاربرد مهم دارد. نخست اينكه آنچه در سازند وجود دارد را نرم مي‏كند و دوم اينكه گل حفاري به بالا آوردن كنده‏ها از ته چاه كمك شاياني مي‏كند. در سيستم‏هايي كه تا سال 1846 و حتي بعد از آن براي استخراج نفت از آبهاي جاري استفاده مي‏شد، هنوز كسي از خواص گل حفاري اطلاعي نداشت. در سال 1890 مردي بنام چاپمن اشاره‏اي به اين موضوع نمود كه جرياني از آب و مقداري از مواد پلاستيكي مي‏تواند شكلي خاص به ديوارة چاه داده و آنرا مستحكمتر كند و اين آغاز مهندسي مدرن در تاريخ گل حفاري بود. چاپمن بعدها به يكي ديگر از كاربردهاي گل حفاري دست يافت و آن عبارت بود از اينكه مي‏توان بوسيلة گل حفاري از هرز روي آب بدون لايه‏هاي سازند جلوگيري نمود. و نيز با استفاده از مواد خاصي ديواره چاه را اندود كرد. چاپمن همچنين اين موضوع را كه خاك رس، پوست گندم، حبوبات، سيمان و مواد مشابه را مي‏توان بكار گرفت آشكار ساخت.

مي‏توانيم چنين فرض كنيم كه گل‏هاي حفاري ساخته شده توسط جامدات چاه، يا خيلي سنگين بودند و يا گرانروي زيادي داشت و تنها آب براي رقيق كردن آن استفاده مي‏گرفت. اگرگرانروي گل كاهش مي‏يافت يا از درون مخازن ذخيره به سيستم گل جديد افزوده مي‏شد و يا حفاري با همان گل رقيق ادامه مي‏يافت و اگر وزن گل اندك بود چاه فوران ميكرد و اگر هرز روي گل زياد مي‏شد يا اندود گل تشكيل شده باعث گير كردن لوله‏هاي حفاري مي‏شد و يا ريزش ديوارة چاه باعث گير كردن لوله‏ها مي‏گشت، هيچ نوع مواد افزودني مؤثري براي كنترل خواص فيزيكي گل وجود نداشت.

13 سال بعد از ظهور نخستين گل حفاري لوكاس در سال 1901 در اسپيندل تاپ براي مباحثه در مورد سيالات حفاري و مطرح كردن آن بعنوان يك ضرورت در صنعت حفاري حضور پيدا كرد. اين مسئله در سال 1914 از تحقيقات وسيعي توسط پولارد و هگبورك كشف گرديد كه از گل فوق‏العاده غليظي براي حفاري توسط دكل‏هاي ضربه‏اي در ايالت اوكلاهاما استفاده مي‏شده است.

مشكل پولارد و هگبورك، توسعه روشي براي بهبود كيفيت حفاري با روش ضربه‏اي، به منظور جلوگيري از ضايعات اضافي گاز كه بهنگام حفاري گازي با روش ضربه‏اي صورت مي‏گرفته، بود. در اين روش تنها مقدار كمي سيال بدرون چاه فرستاده مي‏شد. آنها توصيه مي‏كردند كه براي جلوگيري از فوران چاه به منظور كنترل فشار هيدرو استاتيكي از گل خاك رس غليظ استفاده كنند. تركيب و خواص سيالات خاك رسي، توسط آنها عرضه شد و احتمالاً در آن زمان در روش حفاري دوراني نتايج مطلوبي را بدست داده است.

گل مطلوب به گلي گفته مي‏شود كه به اندازه كافي غليظ باشد تا بتواند منافذ طبقات و ماسه‏ها را طوري مسدود نمايد كه سيال نتواند بدرون آنها نفوذ نمايد. گل مطلوب گلي است كه توانايي انسداد منافذ ماسه و جلوگيري از ريزش ديواره چاه و كنترل فشارهاي گاز را داشته باشد. گل حفاري مطلوب …

تاريخ جديد سيالات حفاري يعني زماني كه تلاش براي كنترل خواص گل با استفاده از مواد افزودني طراحي شد در سال 1921 آغاز گرديد. استراود در سال 1921 در تلاش بود كه وسيله‏اي بيابد كه گل را آنقدر سنگين نمايد كه با كنترل فشار گاز از فوران جلوگيري نمايد. چندين فوران شديد و آتش سوزيهاي مهلك به هنگام حفاري با گل سبك و گاز خورده اتفاق افتاده بود. استراود متوجه شد كه نمونه‏هاي برگشتي گل در مخازن، در مناطق گازي، وزني معادل 5/10 تا 11 پوند در گالن داشته و بسيار چسبناك هستند. بطوريكه بحدي مي‏رسيدند كه قابل تلمبه شدن نبودند. اين نوع گل در اثر اين اتفاقات فوران مي‏كرد.

در آزمايشگاه كشف شد كه ذرات ريز اكسيد آهن علاوه بر سنگين كردن وزن گل (15 تا 18 پوند در گالن) براحتي قابل تلمبه شدن است. اين مواد براي استفاده در صنعت توصيه شده و مقدار زيادي از آن در مناطق گازي آلكاتراس جنوبي و لويزياناي شمالي بكار گرفته شد و نتايج خوبي هم داشت. استفاده از اكسيد آهن بچند دليل مورد اعتراض كارگران حفاري قرار گرفت كه در بين اين دلايل رنگ تيره و ايجاد لك به روي پوست توسط اين ماده جالب توجه بود.

در سال 1922 باريت تحت آزمايش قرار گرفت و مطلوبتر از اكسيد آهن براي سنگين‏تر كردن گل تشخيص داده شد. استراود در ضمن، اين واقعيت را كه وزن مخصوص زياد اكسيد آهن و سولفات باريم باعث تهنشين شدن و ايجاد اشكالاتي در كنترل مي‏شود را بيان نمود.

بطور كلي مي‏توان تاريخچه گل حفاري رادر شش مرحله خلاصه كرد:

مرحله اول (از سال 1914 تا 1920): تعاريف مختلف براي گل حفاري از افراد مختلف ارائه مي‏شد و به آن صورت استفاده از گل حفاري عموميت پيدا نكرده بود.

مرحله دوم (از سال 1920 تا 1930): در اين سالها شركت‏هاي گل حفاري شروع به كار كردند و هر كدام موادي را براي استفاده در گل حفاري وارد بازار نمودند.

مرحله سوم (از سال 1930 تا 1940): در اين سالها شركت‏ها توانستند ابزاري را جهت انجام آزمايشات مختلف بر روي گل حفاري ارائه نمايند.

مرحله چهارم (از سال 1940 تا 1955): توسعه ويژگيها و ابزارهاي سيستم گل حفاري مانند مخازن مدرن، آخورك گل، تفنگهاي گل و … پيشرفتهايي بود كه در طي اين سالها صورت گرفت.

مرحلة پنجم (از سال 1955 تا 1970): پيدايش مهندسي گل بدين معني كه كلاسهاي درسي براي افراد تحصيل كرده ابلاغ شد و فرمولها يكي بعد از ديگري درباره گل عرضه شد.

مرحلة ششم (از سال 1970 به بعد): كه امروزه مشاهده مي‏كنيم كه در سيستم گل و خواص گل چه تغييرات و پيشرفتهايي بوجود آمده است.

بهر حال، هدف از ارائة اين فصل آشنايي با گل حفاري و وظايف آن و معرفي انواع گل حفاري و نيز ارائة آزمايشات مختلف مورد استفاده جهت بدست آوردن ميزان كمي و كيفي خواص گل حفاري مي‏باشد. مهندس حفاري همواره نگران انتخاب و نگهداري سيال حفاري مورد استفاده براي حفاري است. سيالات حفاري ارتباط مستقيم با مشكلات حفاري دارند. اگر سيالات حفاري داراي خواص مورد نظر نباشند، نبايد آنها را مورد استفاده قرار داد. كاركرد سيستم گل حفاري در موفقيت عمليات حفاري سهم بسزائي دارد چرا كه مي‏توان آنرا بعنوان مثالي مشابه دستگاه گردش خون در بدن انسان دانست كه وظايف محوله به اين سيستم در حفاري به همان مهمي وظايف سيستم گردش خون و خود خون در تداوم حيات انسان است.

1-3 وظايف گل حفاري

در بدو پيدايش حفاري چرخشي، وظيفه گل حفاري عمدتاً انتقال كنده‏هاي حفاري از ته چاه به سطح زمين بود. ليكن با توسعه سيستم حفاري دوراني، وظايف گل حفاري نيز سنگين‏تر شده است. اجراي وظايف محوله به گل و سيال حفاري در عمليات حفر چاه آنقدر مهم و اساسي است كه نمي‏توان اهميت آنها را ناديده گرفت به همين دليل بايد در انتخاب و نگهداري و بكارگيري آن دقت لازم را انجام داد.

يك گل حفاري مطلوب و كارساز و مورد نظر در يك حفاري موفقيت‏آميز بايستي داراي اين تواناييها و ويژگي‏ها باشد: (1) تميزكردن ته چاه و انتقال كنده‏هاي حفاري به سطح زمين؛ (2) خنك كردن مته و لوله‏هاي حفاري؛ (3) روان كردن مته و لوله‏هاي حفاري؛ (4) اندود كردن ديواره چاه و جلوگيري از ريزش چاه؛ (5) كنترل فشارهاي زير زميني؛ (6) معلق نگه داشتن كنده‏ها و مواد وزن افزا به هنگام قطع جريان گل حفاري؛ (7) ترخيص شن و كنده‏هاي حفاري بر روي الكهاي لرزان و ساير تجهيزات جدا كننده؛ (8) تحمل قسمتي از وزن لوله‏هاي حفاري و لوله‏هاي جداري؛ (9) به حداقل رسانيدن ضايعات و آسيب‏ها به سازنده‏هاي مجاور چاه و (10) انتقال توان هيدروليكي پمپ‏هاي گل به مته و بحركت در آوردن تيغه‏هاي متحرك مته.

البته اين وظايف گل در عمليات حفر چاه است. در برخي عملياتهاي جانبي حفر چاه بطور مثال سيمانكاري لوله‏هاي جداري، پكرگذاري، توپك‏راني، كشيدن چاه، تعمير چاه و … علاوه بر اين وظايف، وظايف خاص مورد نياز ديگري نيز به عهده گل حفاري خواهد بود. حال براي اينكه بهتر با وظايف و دلايل استفاده از گل حفاري آشنا شويم هر يك از ده مورد بالا را به تفضيل مورد بحث و مطالعه قرار مي‏دهيم:

1-1-3 تميزكردن ته چاه و انتقال كنده‏هاي حفاري

تميزكردن ته چاه از كنده‏هاي حفاري هنوز هم يكي از مهمترين وظايف گلهاي حفاري بشمار مي‏آيد. گل وقتي كه از جهت‏هاي مته بيرون مي‏آيد بواسطه فوران شديدي كه دارد، سبب تميز شدن ته چاه و لبه‏هاي مته شده و به اين ترتيب هم طول عمر مته بيشتر مي‎‏شود و هم سرعت و بازدهي حفاري را افزايش مي‏دهد. گل همچنانكه در فضاي حلقوي بالا مي‏رود، كنده‏هاي حفاري را با خود حمل كرده و آنها را از ته چاه به سطح زمين مي‏رساند. كنده‏ها همزمان كه به سوي سطح زمين در حركت هستند تحت تأثير نيروي جاذبة زمين نيز هستند و به همين دليل پيوسته تمايل به سقوط و بازگشت مجدد به ته چاه را دارند. اگر سرعت صعود گل در فضاي حلقوي بيش از سرعت سقوط كنده‏ها باشد، در اين صورت مي‏توان انتظار داشت كه كنده‏ها به سطح زمين برسند.

سرعت سقوط كنده‏ها و ذرات جامد گل از يك سو بستگي به شكل هندسي و وزن مخصوص

آنها و از سوي ديگر بستگي به گرانروي، خاصيت جنبش مولكولي، وزن و سرعت گل در فضاي حلقوي دارد. توانايي گل در تميز نگاهداشتن ته چاه و انتقال كنده‏هاي حفاري به سطح زمين بستگي بعوامل متعددي دارد. مهمترين عوامل مؤثر در انتقال كنده‏هابه سطح زمين، سرعت گل در فضاي حلقوي، وزن گل و گرانروي گل است.

شكل 1-2 انتقال كنده‏ها به سطح توسط گل

2-1-3 خنك كردن مته و لوله‏هاي حفاري

در محل مته و نيز در نقاطي از چاه كه لوله حفاري با سازند تماس دارد، در اثر نيروي اصطكاك گرمائي فوق‏العاده زيادي توليد مي‏شود، اگر اين گرما سريعاً منتقل نشود مته مي‏سوزد و لوله‏هاي حفاري در محل تماسشان با سازندها در اثر فرسايش شديد سوراخ مي‏شوند. چون سازند نمي‏تواند اينهمه انرژي گرمايي را انتقال دهد. اين وظيفه را گل به عهده دارد. گل همينطور كه در چاه گردش مي‏كند، حرارت‏هاي توليد شده در نقاط اصطكاك را جذب فاز مايع يا گاز خود مي‏كند و وقتي كه به سطح زمين مي‏رسد، آنها را در هوا رها مي‏كند. به اين ترتيب خود دوباره سرد شده و آماده رفتن بداخل چاه مي‏شود.

3-1-3 روان كردن مته و لوله‏هاي حفاري

گل حفاري تا اندازه‏ بالايي باعث روان شدن مته و لوله‏هاي حفاري در چاه نيز مي‏شود. رسي كه در بيشتر گلهاي حفاري پايه آبي مصرف مي‏شود علاوه بر ساير وظايف خود بعنوان يك روان كننده نيز عمل مي‏كند. آغشتن گل حفاري به نفت يا مواد روان كننده ديگر، خاصيت روان كنندگي آن را افزايش مي‏دهد و سبب كاهش گشتاور پيچشي روي مته و لوله حفاري مي‏شود. با اين همه اگر وزن روي مته بيش از اندازه زياد باشد حتي بهترين گل حفاري آغشته به نفت هم نمي‏توانند جلوي فرسايش و خراب شدن ياتاقانهاي مته را بگيرند. در چنين شرايطي كاربرد روان كننده‏هاي فشار قوي مي‏تواند در رفع مشكل مؤثر باشد.

4-1-3 اندود كردن ديواره چاه و جلوگيري از ريزش آنيك گل حفاري خوب بايد بتواند ديواره چاه را حتي اگر بافتي سست و نامنسجم داشته باشد بوسيلة يك لايه نازك و غيرقابل نفوذ طوري اندود كند كه هم جلوي هرز رفتن گل و صافاب آن بداخل سازند را بگيرد و هم به پايداري و تحكيم سنگهاي سازنده ديواره چاه كمك كند و مانع ريزش آنها به داخل چاه گردد. افزودن بنتونايت و درمان شيميايي گل به منظور ايجاد محيطي يكنواخت از ذرات

جامد و پرهيز از كلوخه‏اي شدن اين ذرات. بخش كلوئيدي گل را تقويت كرده و توانائي گل را در نشاندن اندودي غيرقابل نفوذ بر ديواره چاه را بالا مي‏برد. گاه لازم است كه گل را بوسيله مواد كنترل كننده صافاب گل درمان كرد تا كيفيت اندود از نظر نفوذ ناپذيري بهبود پيدا كند و صافاب گل كاهش يابد.

5-1-3 كنترل فشارهاي زير زميني

در حين حفاري ممكن است با سازندهايي روبرو شويم كه محتوي آب، نفت يا گاز با فشار بسيار زياد باشد. كنترل اين فشارهاي زير زميني به عهده گل حفاري است. يكي از خواص فيزيكي گل ايجاد فشار ستون سيال در چاه است. مقدار اين فشار بستگي به وزن گل و عمق چاه دارد. با تنظيم مناسب وزن گل بوسيلة تنظيم مناسب وزن گل بوسيلة مواد وزن‏افزا، مي‏توان مقدار فشار ستون سيال را طوري تنظيم كرد كه درست مساوي فشار سازند باشد و بتوان آنرا كنترل كرد. اختلاف فشار گل و سازند را اختلاف فشار مي‏گويند. بديهي است كه اگر اين اختلاف فشار مثبت باشد يعني اگر فشار هيدرواستاتيك از فشار سازند بيشتر باشد، خطر شكستن ديواره چاه و بدنبال آن گم شدن گل در سازند وجود دارد و چنانچه اختلاف فشار منفي باشد يعني فشار هايدرواستاتيك از فشار سازند كمتر باشد، خطر جريان يافتن چاه و احتمال فوران آن پيش مي‏آيد.

قابل ذكر است كه شيب فشار طبيعي برابر است با 465/0 پي‏اس‏آي بر فوت و اين برابر با فشار يك ستون سازند آب به بلندي يك فوت است.

شكل 3-2 ، كنترل فشارهاي زيرزميني

6-1-3 معلق نگه داشتن كنده‏ها و مواد وزن‏افزاي گل به هنگام خاموشي پمپ‏ها

در حين عمليات حفاري گاهي ممكن است بعللي ناچار شويم كه پمپ‏هاي گل را خاموش كرده و عمليات را متوقف كنيم. زمان اين توقف بسته به دليل آن ممكن است چند دقيقه باشد و يا چند ساعت و حتي چند روز باشد. بهر حال در عرض اين توقف كه گل از گردش باز ايستاده است، كنده‏ها و ذرات جامد موجود در آن مي‏توانند در چاه ته نشين شده و مته و بخش بزرگي از لوله‏هاي حفاري را در زير خود مدفون سازد و ادامه حفاري را غيرممكن يا دست كم بسيار مشكل سازد. ليكن اگر گل به اندازه كافي وزن و گرانروي و بندش مولكولي و نيروي استحكام ژلاتيني داشته باشد، آنگاه مي‏توان انتظار داشت كه گل در تمام طول مدت سكون، شن و ساير ذرات جامد حفاري شده را در خود معلق نگه داشته و هر يك رادر محل خود قفل كرده و تا گردش مجدد، مانع ته نشين شدن آنها شود.

7-1-3 ترخيص شن و كنده‏هاي حفاري روي الك لرزان

يك گل حفاري خوب بايد به گونه‏اي باشد كه وقتي از چاه بيرون مي‏آيد و روي تورهاي لرزان ريخته مي‏شود، كنده‏هاي حفاري و شن‏ها بتوانند براحتي از آن جدا شوند تا مجدداً بداخل چاه باز نگردد.

شكل 4-2 ، جدا شدن كنده‏هاي حفاري بوسيله الك

ترخيص شن روي توريهاي لرزان حائز اهميت بسيار است. زيرا شن فوق‏العاده فرساينده است و اگر از محيط گل خارج نشود و مجدداً وارد پمپها بشود، سبب فرسودگي شديد و سريع قطعات آنها و اتصالات لوله‏ها مي‏گردد. درصد شن در گل حفاري را سند كونتنت گويند و بويژه در هنگام حفاري سازندهاي شني بايد پيوسته اندازه‏گيري شود و اين درصد هرگز نبايد از دو درصد تجاوز كند.

8-1-3 تحمل بخشي از وزن لوله‏هاي حفاري و لوله‏هاي جداري

هر چه حفاري عميق‏تر شود، وزن لوله‏هاي حفاري و لوله‏هاي جداري كه بايد در چاه وارد شوند بيشتر شده و فشار وارد بر دستگاههاي نگهدارنده آنها در روي دكل نيز افزايش پيدا مي‏كند. از آنجا كه لوله‏ها در چاه ناچار در دكل قرار خواهند گرفت پس تحت تأثير خاصيت شناورسازي گل يعني بويانسي افكت، به اندازه وزن گل هم حجمشان از وزن آنها كاسته خواهد شد. اين كاهش وزن لوله‏ها كه توسط گل تحمل مي‏شود به نفع جرثقيل‏هايي است كه در روي دكل، لوله‏ها را آويزان نگه داشته است. بديهي است كه هر چه وزن گل زيادتر شود لوله‏ها سبك‏تر مي‏شود يا بعبارت ديگر وزن ظاهري آنها كمتر مي‏شود.

9-1-3 به حداقل رسانيدن ضايعات وارد بر سازند‏هاي مجاور چاه

به منظور حفاظت از سازندها، تثبيت كليه خواص گل حفاري در سطحي مطلوب، يك ضرورت است. با اين همه گاه بايد خواص گل را فدا كرد تا در عوض اطلاعات كافي پيرامون سازند حفاري شده بدست آورد. به عنوان مثال، نمك اگر چه گل را منقلب كرده و صافات يا فيلتريد آن را افزايش مي‏دهد ليكن اگر قرار است در چاه نمودار الكتريكي گرفته شود، براي دريافت نتايج صحيح از اين دستگاه بايد مقاومت گل را كنترل كرد و اين امر با افزودن نمك به گل ميسر است.

همچنين افزودن نفت به گل اگر چه كارآيي و ضريب توليد چاه را بهتر مي‏كند، ليكن همين نفت، در كار زمين شناسي اختلال ايجاد مي‏كند و بايد از مصرف آن در گل حفاري خودداري و صرفه نظر كرد.

10-1-3 انتقال توان هيدروليك پمپ‏ها به مته

گل حفاري محيط پيوسته‏اي است كه توان توليد شده در پمپ‏ها را به نوك مته منتقل مي‏كند و ضمن اين كار، بخشي از اين توان را بصورت حرارت در قسمتهاي مختلف مسير حركت خود از دست مي‏دهد. بنابراين، همة توان توليد شده در پمپ‏ها به سر مته نمي‏رسد. بلكه فقط قسمتي از آن بنام توان مفيد به مته مي‏رسد و در آنجا مصرف مي‏شود. در هنگام برنامه‏ريزي براي تهيه يك گل حفاري به هيدروليك آن بايد توجه كافي نمود. اين به اين معني است كه سرعت گردش گل و خواص فيزيكي آن و همچنين نوع ذرات جامد معلق در گل و درصد آنها را طوري بايد در نظر گرفت كه از كل توان پمپ‏ها فقط اندكي بصورت گرما تلف شودو بيشتر آن در مته و براي تميز كردن ته چاه مصرف شود.

گل حفاری

يكي ازمهمترين قسمتهاي حفاري دوراني گل حفاري است، گل حفاري نقش مهم و حساسي در حفاري دارد در واقع سرمايه هاي مالي و انساني به اين ماده بستگي دارد و اشتباهي در انتخاب كردن نوع و وزن آن از بسته شدن چاه تا ذوب شدن دكل و نابود شدن انسان هاي بسياري همراه است. مسير حركت گل بصورت مسير بسته واز كناردكل شروع شده از درون لوله هاي حفاري عبور كرده سپس از شكافهاي درون مته خارج و بعد از آن از كنارههاي لوله حفاري به محل اوليه خود بر ميگردد در اين مسير گل نقش هاي تعيين كننده اي دارد. كه عبارتنداز:

– خارج كردن خوده سنگهاي كنده شده ازاطراف مته و آوردن آنها به سطح
– خنك كردن وتقليل اصطحلاك مته با زمين

– محافظت ديواره چاه و ممانعت از ريزش طبقات

– ايجاد تعادل بين مايعات طبقه اي و مايعات داخل چاه

– انتقال گاز و يا نفت طبقات زيرزميني به سطح و دستگاههاي اندازه گيري مثل دستگاه شناسي گازها و يا دستگاه تعيين كننده نوع گاز.

– کنترل فشارهای زیر سطحی

وظيفه اصلي گل ثابت نگه داشتن فشار هيدروستكي در داخل چاه است اگر فشار گل از فشار مواد موجود در داخل چاه بيشتر باشد در اين صورت گل به داخل سازنده ها نفوذ كرده و باعث كم شدن (loss) گل مي شود. اگر حفار سرچاهي متوجه اين جريان نشود گل به سرعت كم شده و بعد از تمام شدن و يا كم شدن فشار گل چاه فوران (flow rate) مي كند اين موجب مي شود كه دكل حفاري نابود شود در سازنده هايي كه گاز و يا نفت وجود دارد اين جريان با آتش سوزي همراه بوده و موجب گير كردن لوله حفاري در چاه مي شود كه اين موجب اشكال در حفاري مي شود براي سنگين كردن گل از مواد مختلفي همچون نمك و … استفاده مي شود كه اين تركيبات را با آزمايش بدست آورده اند.

قسمتهای مختلف سیکل گردش گل حفاری:

Mud tanks (1

(2 line Mud suction

(3 Mud pump

(4 Stand pipe

(5 Rotary hose

(6 Drill stream

(7 Annulus

(8 Mud return line

(9 Shale and shaker

Mud mixer (10

(11 Screen

(12 Hopper

(13 West pit

(14 Agitator

انواع تانک گل بسته به شکل:

1)shaker tank: تانکی که زیر shaker قرار دارد.

2) reserve tank: جایی که گل حفاری ساخته می شود.

3)suction tank: تانکی که لوله های پمپ به آن متصل می شود.

4)setting tank: همزن ندارد و بعد از shaker tank قرار دارد و در این مرحله ضایعات ته نشین می شوند.

مواد مورد استفاده در گل حفاري:

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 مقر 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.

مواد کنترل کننده وزن مخصوص

مواد تغییر دهنده غلظت

کنترل ترکیب شیمیایی محلول حفاری

کنترل وزن مخصوص

برای كنترل مخصوص از باریت ، گا لن 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 یا گاز در سنگهایی که حفاری می‌شود خیلی زیاد باشد، از گالن استفاده می‌کنند. از آهک به منظور کاهش وزن مخصوص کمک می‌گیرد.

مواد تغییر دهنده غلظت

به منظور بازیابی سریع مواد حفاری شده ، جلوگيری ازگير کردن مته و افزايش سرعت حفاری ، از نبتونيت سديم ‌دار ،آتاپولژيت (Attapulgite) ، آزبست ، موسکويت ، گرافيت و دياتوميت می‌توان استفاده کرد.

کنترل ترکیب شیمیایی محلول حفاری

تركيب شيميايي محلول حفاری بر غلظت ، وزن مخصوص ، سرعت حفاری و دستگاههای حفاری تاثير مستقيم می‌گذارد. مواد معدنی مورد استفاده عبارتند از بی‌کربنات سديم ، نمک ، آهک ، دولوميت و ژيپس.
بخشهای دکل حفاری

كندن چاه و رسيدن به هدف مورد نظر را حفاري مي گويند حفاري يكي از كارهاي پيچيده و گران و طاقت فرسا وتخصصي در صنعت نفت بشمار مي رود. هر كاري كه ما قبل از حفاري انجام داده باشيم در صورتي كه عمل حفاري بدرستي انجام نگيرد بي فايده است.

بنابراين به حفاري خيلي اهميت مي دهند قبل از حفاري ما فقط با تخيل و فرضيات مختلف لايه ها و عمق ها را تعيين مي كنيم ولي در حفاري واقعاً به اينها مي رسيم زمين شناس، مهندس راه و ساختمان، حفار و … همه دست به دست هم مي دهند تا حفاري به طور مداوم انجام شود. چون هزينه دكل و لوازم حفاري خيلي گران است.بنابراين حفاري در سه نوبت و بطور 24 ساعته انجام مي گيرد.

تعيين محل حفاري نيز مهم است مثلاً فاصله آن از مناطق مسكوني، چاههاي مجاور، مسكوني فشار قوي برق و ….. كه اينها همه تخصصي و مخصوص به خود را دارند بعد از تعيين محل مهندس راه و ساختمان اقدام به نصب كردن وسايل مورد نياز، اتاق ها، جاده و … مي كند سپس دكل به منطقه آورده مي شود و عمل بطور 24 ساعته انجام مي شود. عمل حفاری بوسیله دکل صورت میگیرد . این دکل ابتدا بصورت جدا از هم به محل آورده میشود . سپس آن را در محل سر هم کرده و آمده حفاری میکنند . دکل و وسایل حفاری بصورت کرایه ای و گران قیمت می باشند بنابراین عمل حفاری بصورت 24 ساعته انجام میگیرد .

لوازم و قطعات حفاری عبارتند از :

Derrick
دكل حفاري

Sub-Structure
پایه های زیر دکل، در كل جايي كه دكل روي آن قرار مي گيرد

Foundation
پی بتونی زیر دکل

بخشهاي دكل حفاري:

  • زير ساخت و تنه دكل
  • مبدل نيرو
  • سيستم بالا و پايين آورنده
  • سيستم دوراني
  • سيستم گردش گل حفاري
  • سيستم كنترل فوران چاه

روش حفاري دوراني
(1) ساق حفاري1 دوران داده مي شود تا مته دوران كند، (2) يكي از انواع سيال حفاري2 در چاه به گردش در آورده مي شود. يعني اين سيال به درون رشته حفاري پمپ شده، از مته گذشته و خارج ميشود و از راه چاه به سطح زمين باز ميگردد. سيال حفاري ممكن است مايع يا گاز باشد. سيال مايع مثلاً آب، قابليت تراكم ندارد. يك سيال گازي شكل مثلاً گازي طبيعي ، سيالي است كه قابل متراكم شدن است.

اهداف اصلي از گردش سيال عبارتند از:

1) انتقال كنده هاي مته به سطح زمين

2) پاك كردن كف چاه

3) خنك كردن و روان كاري مته و ساق حفاري

4) تشكيل كيك گل و نگاه داشتن ديواره هاي چاه

5) جلوگيري از ورود سيالات سازنذ به درون چاه

اهداف ديگري از گردش سيال در چاه، در نظر ميباشد كه عبارتند از: استفاده به عنوان وسيله اي براي آشكار سازي گاز، نفت و يا آب كه ممكن است در حين حفاري از سازند وارد سيال حفاري شود. ايجاد شرايط منا سب براي بدست آوردن اطلاعات لازم مربوط به ارزيابي سازند بهره ده (از كنده هاي مته، مغزه و يا نمودار هاي الكتريكي) و انتقال توان هيدروليكي به مته مي باشد. به علاوه سيال حفاري گاهي به منظور به كار اندازي توربينهاي حفاري يا موتورهاي ته چاهي ديگر كه در انتهاي رشته حفاري قرار مي گيرند ، به كار ميرود. در اين حالت، سيال حفاري به موتور توان مي دهد تا مته را بچرخاند، بدون آنكه از ميز دوار استفاده شود. همچنين هواي فشرده، يعني سيال حفاري مخصوص حفاري با هوا را ميتوان براي هوا رساني به يك حفار چكشي4 به كار برد، نوعي وسيله حفاري كه حركت دوراني را با حركت ضربه اي تركيب ميكند.

سيال حفاري ممكن است آب ،گل، نفت ، روغن، هوا، گاز و يا مخلوطي از آنها باشد. آب مايعي است كه بيشتر اوقات به كار ميرود. ممكن است شيرين و يا شور باشد، ولي به هر حال به آب شيرين5 براي ساختن گلهاي حفاري پايه آبي برتري داده ميشود.

در بيش از 98% از چاههايي كه به روش دوراني حفاري ميشوند از آب تنها يا گلهاي پايه آبي به عنوان سيال گردشي استفاده مي گردد.گلهاي پايه آبي علاوه بر آب ممكن است حاوي 5 تا 10 درصدروغن، مواد شيميايي حل شونده، ذرات رس و انواع ذرات بسيار ريز ديگر باشند. گل هاي روغني معمولاً حاوي 2 تا 15 درصد آب به صورت قطرات آموده شده6 هستند، اينها نوع ويژه اي از سيال حفاري مي باشند، كه كاربردشان نسبت به گل هاي پايه آبي خيلي گرانتر تمام مي شود و عموماً كمتر استفاده مي گردند. موارد كاربرد روش حفاري با هوا يا گاز در چاه هاي نفت كمتر از يك درصد است. كف يا گل هوازده براي چاره كردن بعضي از مشكلات حفاري و در شرايط خاص به كار مي روند.

سيستم گردشي براي سيال حفاري شامل تجهيزات اصلي زير مي باشد:
1- پمپ هاي گل

2- خرطومي كِلِي

3- هرز گرد
4- ساق حفاري
5- مته

6- خطوط برگشت گل

7- مخازن گل

در سيستم گردشي كه از هوا يا گاز استفاده مي شود، كمپرسورهاي هوا و خطوط رابط به تجهيزات معمولي افزوده مي شوند. معمولاً حفاري يك چاه با استفاده از آب يا گل به عنوان سيال گردشي شروع و قبل از آغاز حفاري با هوا يا گاز به لولة قائم و از راه آن به هرز گرد، ساق حفاري و مته فرستاده شده و بعد به سطح زمين باز مي گردد.

توجه: به سيال گردشي و وسايل سيستم گردشي قسمتي از كار روزانه در يــك دستگاه حفاري را تشكيل مي دهد و افراد تازه كار گروه حفاري نيز در اين امور شركت داده مي شوند.

مته حفاري ( Drilling bit)
يكي ازابزارمهم واساسي درحفرچاه مته مي باشد اگرمته به صورت صحيح انتخاب واستفاده شود مسلماً دركاهش هزينه چاه موثر خواهد بود واين تجربه درمناطق نفت خيز به خوبي ثابت شده است زماني كه ما يك سري مته هاي PDC آزمايشي جديد را به كارگرفتيم درنتيجه توانستيم رزوهاي دكل را كاهش دهيم.

نقش مته به تنهايي نمي تواند خود كارسازباشد،انتخاب صحيح مته با توجه به نوع سازند، نقش هيدروليك، سيال حفاري و اعمال صحيح پارامترهاي مكانيكي مانند وزن روي متروچرخش ازجمله مسائل هستند كه بايد با هم وهماهنگ دربكارگيري مته استفاده شوند. هزينه مته هاي استفاده شده طبق برآمد تخميني حدود 6/1 درصد هزينه يك چاه است. ولي برآوردهايي عملي كه دردوچاه كوپال انجام شده هزينه مته حدود 3 تا 4 درصد بوده است.

پيش بيني هاي اوليه در انتخاب مته :

اصول بسياري دركاربرد مته موثرمي باشد كه رعايت آن ها باعث انتخاب صحيح مته ودرنتيجه دست يابي به اصل استفاده صحيح اقتصادي ازوقت وهزينه مي باشد.:

1- اصل تداوم

رقم قابل ملاحظه اي ازمخارج حفاري صرف تعويض مته حفاري مي شود. درحقيقت به طورمكرر اتفاق مي افتد كه مخارج بالا وپايين كردن مته بيش از قيمت مته باشد مصرف مته نامناسب نيز مي توان زيان آور باشد. كارخانه هاي سازنده مته به ندرت مته هاي معيوب توليد مي كند اما هميشه اين امكان وجود دارد كه يك مته نامناسب جهت حفاري طبقات مصرف شود.

2- اصل كاربرد

زماني كه اين اصل درنظرگرفته شود با ارتباط آن با اصل تداوم مي توان مته اي انتخاب كرد كه بيش ترين كاربرد را درواحد زمان داشته باشد ودرشرايط معين مدت زمان بيشتردوام بياورد.

3- زمان لازم براي داخل وخارج كردن لوله ها

دربيشترموارد موقعي كه حفاري درجريان است هدف، به دست آوردن متراژ هرچه بيشتراز يك مته مي باشد كه نسبت زمان داخل وخارج كردن لوله ها به زمان حفاري را به حداقل ممكن برساند.

4- نوع طبقات زمين

اگريك طبقه زمين درتمام ضخامتش داراي يك خاصيت ثابت مي بود انتخاب مته مورد نيازساده بود ( مثلاً، اگرهيچ گونه تغييراتي درسختي ونرمي آن طبقه يا قابليت حفاري آن نمي بود.) ولي اغلب چنين نيست وطبقات زمين به سرعت تغييركرده سخت، شكننده يا نرم مي شوند. مسلماً كارراحتي نيست كه با هرتغييري مته تعويض شوددرعوض بايد مته اي انتخاب شود كه ميانگيني ازانواع مته هاي ايده آل باشد يعني بايد قادرباشد كه درتمام شرايط كه امكان وقوعش باشد كاربرد متوسطي ارائه دهد.

براي دانلود كتاب آموزشي در اين زمينه اينجا كليك كنيد.

کلمات جستجو شده: دستگاه حفار شمع با تمام جزئيات

برچسب ها: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

نوشته های مرتبط

13 نظر برای حفاري

  1. خسته نباشید مرسی به خاطر این مطالب زیبا

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  2. امید
    تیر ۲۵, ۱۳۹۳

    سلام
    ممنون از سایت خوبتون
    از دوستان عزیز خواهش میکنم هرکس مطلبی در مورد آسیب سازند ناشی از مشبک کاری داره به ایمیل زیر بفرسته ممنون میشم
    [email protected]

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  3. ahmad mirzadeh
    آذر ۲۰, ۱۳۹۲

    در صورت امکان فایل مطالب بالا را برای بنده ایمیل نمایید .

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  4. habib
    اردیبهشت ۱۳, ۱۳۹۲

    خیلی خوب.
    لطفا” فایل را برایم ارسال کنید.

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  5. فرهاد
    بهمن ۱۰, ۱۳۹۱

    سلام ممنون من دانشجوی ارشد حفاری هستم
    چه طوری میتونم مطلب بفرستم براتون

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

    • هادی
      آذر ۱۷, ۱۳۹۲

      شما فرهاد واشقانی نیستی؟

      رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  6. رستگار
    آذر ۶, ۱۳۹۱

    مر30
    واقعا جای خسته نباشید داره

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  7. اهورا
    اسفند ۱۶, ۱۳۹۰

    سلام انصافا سایت خوب و بی نظیری دارید
    سپاس و قدردانی این حقیر را بخاطر زحماتتون پذیرا باشید…

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  8. payman101
    بهمن ۲۰, ۱۳۹۰

    سلام و خسته نباشید – از شاغلین صنعت حفاریم میخواستم ببینم میتونید کمی مطالب تخصصی تر در مورد گل حفاری بذارید – مثلا خواص متریال گل – آلودگیها و روشهای درمان گل – آزمایشها و تحلیل نتایج آزمایشهای گل

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  9. فصيح
    آذر ۲۷, ۱۳۹۰

    ضمن عرض سلام و خسته نباشيد
    و هم چنين تشكر به دليل زحمتي كه در راستاي اشائه علم حفاري كشيده ايد ، از جنابعالي خواهشمندم درباره مطالب ارائه شده فوق تاملي دوباره داشته و اشتباهات مربوطه را اصلاح بفرماييد. چرا كه ارائه مطالب اشتباه وبلاگ شما را از رسميت خارج كرده و باعث كاهش بازديد كننده هاي شما ميشود. گفتني است شما در برابر اين پيشنهاد مختار بوده و صرفا اين مطلب را به عنوان نصيحتي دوستانه خدمت شما عرض كردم.

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  10. علی شا
    شهریور ۲۳, ۱۳۹۰

    اگرعاجل این رابرای من بفرستیدچون تیرم خزانی آخرین تیرم من است بسیارازشماسپاس گذاری خواهم نموددرافغانستان امکانات ازنگاه درسی بسیارمحدوداست ومانیازبه همکاری شماحتمی خواهم داشت فراموش ننماییدازلطف جهان سپاس وتشکر

    رتبه دهید: Thumb up 2 Thumb down 0

  11. علی شا
    شهریور ۲۳, ۱۳۹۰

    باعرض سلام خدمت شمابرادرنهایت مهربان دارم بعداینکه اگرلطف نماییددرسایت خودموضوع نشتی هادرانتقال خط لوله ای نفت وگازرابه همین زودی هابگذاریدویابه ایمیل آدرس ذیل بفرستیدخوشحال خواهم شدچون این موضوع راکه یادآورشدم موضوع پایان نامه بنده دردانشگاه بامیان کشورافغانستان می باشدومایان هیچگونه دسترسی به کتوب این مضمون نداریم ومجبورهستیم که ازشماکمک بگیریم اگربه میل تان بودبه ایمیل بنده ویادرسایت تان بنویسیدازلطف شمابعیدنخواهدبودتشکرازشمابرادرکوچک شماعلی شاوطن یارتنها.

    رتبه دهید: Thumb up 1 Thumb down 0

  12. سارا
    خرداد ۲, ۱۳۹۰

    ممنون از مطالب مفيدتان

    رتبه دهید: Thumb up 2 Thumb down 0

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *