بخشی از مقاله
بررسی آزمایشگاهی تاثیر بی کربنات سدیم بر کاهش آلودگی سیال حفاری با سیمان
چکیده
آلودگی سیال حفاری با سیمان، سبب تغییرات نامطلوب در خصوصیات رئولوژی و کاهش کنترل هرزروی سیال حفاری می شود. استفاده از افزونه های شیمیایی به منظور رسوب یون های کلسیم موجود در سیال حفاری آلوده، از روش های رایج برای کاهش تاثیر سیمان محسوب می شود. در این مقاله به نتایج آزمایشگاهی تاثیرات آلودگی با سیمان بر خصوصیات رئولوژی و کنترل هرزروی سیال حفاری پایه آبی پلیمری پرداخته شده است. همچنین تاثیر غلظت های مختلف بی کربنات سدیم بر خصوصیات رئولوژی سیال حفاری آلوده، مبتنی بر مدل رئولوژی هرشل بالکلی1 بررسی گردید. در حالت آلودگی شدید سیال حفاری با سیمان، غلظت موثر بی کربنات سدیم 3lb/bbl تعیین شد.
واژههای کلیدی: سیال حفاری، سیمان، رئولوژی.
.1 مقدمه و مبانی نظری
سیال حفاری به صورت مستقیم یا غیر مستقیم با بسیاری از مشکلات هنگام حفاری چاه ها در ارتباط است. آلودگی سیال حفاری یکی از مشکلات رایج در عملیات حفاری می باشد. آلودگی شامل تاثیرات نامطلوب مواد بر سیال حفاری می شود که می تواند به صورت آلودگی فیزیکی یا شیمیایی مانند سیمان، انیدرید /ژیپس، نمک و غیره ایجاد شود. ذرات جامد از آلودگی های بسیار شایع محسوب می شوند. ذرات جامد اضافی که در نتیجه عملیات مختلف حفاری، سیمان کاری یا در اثر مجاورت با سازندهای در حال حفاری به سیستم وارد می شوند، موجب افزایش خصوصیات رئولوژی و کاهش سرعت حفاری می شوند.
سیمان به عنوان عامل شایع آلودگی با تاثیر منفی شدید بر خصوصیات رئولوژی و کاهش کنترل هرزوری سیال حفاری مطرح است. سیمان می تواند در اثر عملیات سیمان کاری ضعیف، تزریق سیمان2 یا حفاری سیمان وارد سیستم سیال حفاری شود. این نوع آلودگی با افزایش سطح کلسیم سیال که به عنوان سختی شناخته می شود، افزایش pH و افزایش ویسکوزیته سیال به سرعت قابل تشخیص است. عامل آلودگی در این حالت، هیدروکسیدکلسیم (Ca(OH)2) آزاد شده توسط سیمان است که به صورت یونهای کلسیم در گل حفاری پراکنده می شود. در سیال حفاری پلیمری ، افزایش pH سبب هیدرولیز شدن پلیمرها و رسوب آنها توسط یون های کلسیم می گردد. سیستم سیال آلوده ممکن است توسط برخی افزونه های شیمیایی مانند بی کربنات سدیم با ته نشین کردن یونهای کلسیم ترمیم شود. معادله مربوط به شکل زیر است .[1, 2]
Joel و همکاران (2012) تاثیر آلودگی با سیمان بر خصوصیات رئولوژی سیال حفاری را بررسی و افزایش استحکام ژله ای ثانویه سیال حفاری را به عنوان مهمترین تاثیر بر سیال حفاری معرفی نمودند .[3]
Aleruchi و همکاران (2014) تاثیر کربنات سدیم و بی کربنات سدیم را بر سیال حفاری آلوده با سیمان بررسی و بر مبنای غظلت یون کلسیم موجود در سیال آلوده، غلظت موثر افزونههای شیمیایی را تعیین کردند .[4]
مدل رئولوژی هرشل بالکلی مدلهای رئولوژی، روابط ریاضی هستند که رفتار سیال را در گستره وسیعی از نرخ برش1 پیشبینی میکند. مدل رئولوژی هرشل بالکلی، رفتار دقیق تری از سیال حفاری نسبت به سایر مدلهای رئولوژی توصیف می کند و مطابق رابطه زیر تعریف میشود:
در رابطه فوق τ تنش برشی اندازهگیری شده سیال lb/100ft2) )، τo تنش تسلیم سیال ( تنش برشی در نرخ برش صفر) ( lb/100ft2 )، K شاخص گرانروی2 سیال (lb•s^n/100ft²) ، n شاخص جریان سیال3 و γ نرخ برش (sec-1) است. این مدل در حالت n = 1 به مدل بینگهام پلاستیک و در حالت τo = 0 به مدل پاورلا تبدیل میشود .[5]
.2 روش و مراحل تحقیق
سیال حفاری پایه آبی پلیمری با مشخصات جدول 1، به عنوان سیال پایه انتخاب شد. خصوصیات سیال حفاری تحت تاثیر سیمان با غلظتهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. این خصوصیات شامل ویسکوزیته پلاستیکی، نقطه واروی4، استحکام ژله ای و هرزروی سیال می باشد. اندازه گیری خصوصیات رئولوژی سیال با استفاده از ویسکومتر دوار ( Fann 35) و سرعت های 3، 6، 100، 200، 300 و 600 دور در دقیقه انجام شد. هرزروی سیال با استفاده از دستگاه فیلتر پرس استاتیک تحت فشار 100 psiو دمای 75 °F تعیین گردید.
