بخشی از مقاله
افرونهاي کلوئيدي گازي و کاربرد آن در حفاري چاههاي نفت
چکيده :
حبابهاي پايدار با ابعاد ميکروني اولين بار توسط پروفسور سبا توليد گرديدند. اين حبابها به افرونهاي کلوئيدي گـازي موسومند و کاربردهاي فراواني در زمينه هاي مختلفي دارند. از جمله کاربردهاي آنها در زمينه بيوتکنولوژي ، محـيط زيست و حفاري چاههاي نفت و گاز ميباشد. حفـاري در مخـازن فـشار پـايين توسـط روشـهاي معمـول حفـاري بـا مشکلات فراواني مواجه است که از آن جمله ناپايداري حفره چاه ، اتلاف گل حفاري و گيرکردن لولـه حـين حفـاري مي باشد. استفاده از تکنولوژي افرون مشکلات ياد شده را مرتفع کرده و نهايتاً هزينه حفاري را کاهش ميدهـد. ايـن مقاله به مفهوم افرون ، خصوصيات آن و کاربرد آن در حفاري چاههاي نفت مي پردازد.
واژه هاي کليدي :
افرون کلوئيدي گازي ، حفاري جاههاي نفت ، فشار چند گانه ، مخازن بهره برداري شده
مقدمه :
امروزه افرونهاي کلوئيدي گازي (CGA) به روش پروفسور سـب از طريـق هـم زدن بـسيار سـريع (معمـولاً
۸۰۰۰ دور در دقيقه ) و ايجاد نيروي برشي بسيار زيـاد در محلـول حـاوي مقـدار بـسيار کمـي مـاده فعـال سطحي ايجاد مي شوند [۱]. اين حبابهاي بسيار پايدار قطر متوسطي در حدود ۵۰ ميکرومتـر دارنـد از ايـن رو فصل مشترک زيادي ايجاد مي کنند. داشتن مشخصه هاي منحصر به فردي چون دانسيته بـسيار پـايين (در واقع محلول افرون سبکترين محلول شناخته شده است ) و پايداري نـسبتا زيـاد در مقايـسه بـا کفهـاي معمولي و نيز امکان پمپاژ آن موجب جلب توجه بسياري از محققـين بـراي اسـتفاده از(CGA) در زمينـه هاي مختلف مهندسي شده است . از جمله اين کاربردها عبارتند از استفاده از افرونهـا بـراي افـزايش انتقـال جرم ، تصفيه سوسپانسيونها، کاربرد در محيط زيست در زمينه تصفيه آب ، خاک و غيره و نيز بيو تکنولـوژي مي باشد. جديدترين کاربرد افرونها استفاده آنها در حفاري چاههاي نفت و گاز مي باشـد بـه طوريکـه در دو سه سال اخير ميليونها دلار توسط شرکتهاي معتبر بين المللي نفت و گاز در زمينه استفاده از افرونهـا بـراي کاهش هزينه هاي حفاري صرف هزينه تحقيقات شده است .
بحث و نتيجه گيري :
ايده اصلي در استفاده از افرون براي حفاري مبتني بر دو اصل زير است [٢]:
١- چون افرون محلول بسيار سبک بوده ميتوان از آن براي سبک کردن گل حفاري و در نتيجه صرفه جويي در هزينه پمپاژ استفاده کرد.
٢- افرونها مي توانند به صورت موقتي خلل و فرج ديواره چاه را مسدود کنند. برعکس گل حفاري کـه باعث کور کردن حفره ها مي شود افرونها خاطر ساختمان منحصر به فرد خود فقط باعث مـسدود شدن موقتي حفره ها مي گردندد. چون اين مواد پس از مدت زمـاني کـه حفـره را مـسدود کردنـد در اثـر تخليه هوا به تدريج از بين رفته و حفره ها به حالت اوليه خود برمي گردند. از ايـن رو مـشکلات موجـود در زمينه تغييرات فشاري در بستر هاي نفتي و گـازي و همچنـين محـدوديتهاي سـيالات حفـاري متـداول و سنتي ، حفاري نوين را به سمت استفاده از تکنولوژي افرون در مخازن بهره برداري شده و چاههاي با فـشار چند گانه در بسترهاي غني از نفت و گاز هدايت کرده است . بر اساس روش قديمي حفاري ، معمولا استفاده از سيال چگالتر در راستاي پايداري براي حفاريهاي بالاتر و پائين تر از نواحي توليد در مخازن بهره بـرداري شده يک الزام مي باشد. زيرا در اين نواحي معمولا" فشار بالاتر مي باشد. مواجه شدن سيال چگال حفاري با نواحي بهره برداري شده نفتي در چاه موجب اتلاف شديد و غيـر قابـل کنتـرل سـيال حفـاري و همچنـين حفاري هاي ديفرانسيلي مي شود. راه حل قديمي ديگر براي حفاري چاههاي بـا نـواحي فـشاري چندگانـه استفاده از سيالي با دانسيته به اندازه کافي کم براي متعادل کردن فشار چاه در پائين تـرين ناحيـه فـشاري آن مي باشد که خود موجب حفاري غير متعادل و فرو ريختن ديواره يا انفجار چـاه مـي گـردد. در حفـاري نوين با استفاده از تکنولوژي سيال افروني مي توان بر مـشکلات يـاد شـده فـائق آمـد. در ايـن مقالـه ابتـدا ساختار افرون و سپس پاره اي از ويژه گيهاي آن مورد بحث قرار خواهد گرفت .
شکل (١) يک قطره از محلول افرون را نشان ميد هد که شامل هزاران افرون کلوئيدي گـازي مـي باشد.همانطور که در اين شکل ديده مي شود هر افرون شامل يک پوسته نسبتا ضخيم مي باشد که مـانع از خروج سريع هوا مي گردد. جالب توجه است که ضخامت اين پوشش مستقل از قطر افرونهاست .
شکل (٢) چگونگي تغيير سـاختار محلـول افـرون کلوئيـدي گـازي بـا زمـان را نـشان مـي دهـد.
همانگونه که ديده مي شود اين محلول به کندي به دو فاز تبديل مي شود. فـاز پـايين کـه محلـول تقريبـاً خالص است و فاز بالا که در واقع افرونهاي متراکم شده مي باشند. به مرور زمان اين افرونهاي متراکم شـده در اثر تخليه آب از ميان حبابها متراکم تر شده و در نهايت به صورت کف معمـولي در آمـده و از بـين مـي رود. اگر ساختار اين افرونها را زير يک ميکروسـکوپ معمـولي نگـاه کنـيم بـه نکـات جـالبي در شـکل (٣) برخورد مي کنيم . در اين شکل ديده مي شود که اين افرونها به مرور زمان از حالت کروي بـه صـورت چنـد وجهي در مي آيد[٣]. چنين ساختاريست که انتظار ميرود بتواننـد در حفـاري چاههـاي نفـت و گـاز مـورد استفاده قرار گيرد و در نهايت باعث کاهش هزينه هاي حفاري گردد همانگونه که بعضي از تحقيقات علمـي چنين صرفه جويي هايي را پيشگويي ميکند[٤].
به طور خلاصه مي توان گفت افرونهاي کلوئيدي گازي با توجه به ويژگيهاي منحصر به فرد خود مي تواننـد افقهاي جديدي براي مهندسين حفاري نفت و گاز فراهم آورند که به ندرت مي توان جـايگزيني بـراي آنهـا پيدا کرد. بويژه آنکه اين افرونها مي توانند خلل و فرج ديواره چاههاي نفت و گاز را به صورت ارزان و بـسيار موثر به طور موقت مسدود کنند. چنين خصوصيتي يکي از مهمترين مشکلات حفـاري چاههـاي نفـت کـه عبارت است از مسدود شدن حفره ها در حين حفاري توسط گل حفـاري مـي باشـد را بـه صـورت مـوثري حذف کند.
