بخشی از مقاله
بررسی نقش پتاسیم کلراید و پلیمر PHPA بر ویژگیهای جریانی و عملکرد سیال حفاری در کاهش تورم شیلها
چکیده
سازندهای شیلی در حفاری، در حضور آب به سرعت دچار تورم و ریزش شده و مشکلاتی مانند ناپایداری دیواره چاه، چسبیدگی لولهها و توپی شدن مته را پدید میآورند. با وجود عملکرد خوب سیالات حفاری پایه روغنی در رفع مشکلات حفـاری در شـیلهـا، کاسـتیهـایی هـمچـون آلودگیهای زیستمحیطی، سرعت پایین حفاری، آسیب به مخزن، مشکلات دفع پسماند و هزینه بالا را نیز به همراه دارند. گلهای حفاری پایه آبیِبازدارنده ، و گل پلیمری گزینههایی هستند که در صورت بازده مناسب میتوانند جایگزین گل روغنی شوند. در این تحقیـق،فرمولاسـیونِ گل پلیمری تهیه شده در شرکت ملی حفاری ایران مورد بررسی گرفت، تا تاثیر نحوه ترکیب افزایههای کنترل شیل بر ویژگـیهـای جریـانی و همچنین عملکرد سیال در کاهش تورم شیل آشکار گردد. در این پژوهش تعداد چهاردهسیالِ حفاری با فرمولاسیون یکسان سـاخته شـد کـه ترتیب افزودنِ مواد در آنها متفاوت بود. پس از آماده سازی نمونه های سیالات، ویژگیهای جریانیِ آنها اندازهگیری ومودارِن تـورم شـیل بـا گذشت زمان تحت تاثیر هر یک از این سیالها تهیه و مقایسه گردید. در نتیجه کارآمدترین ترتیب افزودنِ افزایهها در کاهش تورم شیل معرفی
شد که در آن پلیمر PHPA به عنوان سومین افزایه و پتاسیم کلراید به عنوان آخرین افزایه قرار دارند.
واژههای کلیدی: شیل؛ سیال حفاری پایه آبی؛ سیال حفاری پایه روغنی؛ پلیمر؛ گل بازدارنده؛ گل گلایکولی
-1 مقدمه
حفاری شیلهای باد کننده از آغاز دهه 1920 میلادی تا کنون همواره یکی از مشکلات اساسی صنعت حفاری در تمام جهان بوده است .(Caenn et al. 2011) شیلها به دلیل داشتن کانیهای رسی به راحتی میتوانند آب را به خود جذب کنند. پیامدِ جذب آبِ سیال حفاری در چاه میتواند تورم شیل و تنگ شدن چاه در شیلهای نرم و یا ریزش خردهها و گشاد شدگی چاه در شیلهای ترد و سفت باشد، هر دو پدیده میتوانند موجب شکست سازند و در نتیجه برهم زدن پایداری دیواره چاه گردند. از طرفی تورم رسها در مخازن نفت و گاز یکی از علتهای اصلی آسیب سازندی است .(Onuoha et al. 2011) مطالعات نشان میدهد که
حوادث پیش بینی نشده مرتبط با ناپایداری دیواره چاه بیش از 10% هزینههای چاه را شامل میشوند .(M-I Swaco, 1998) بنابراین انتخاب سیال حفاری مناسب جهت رفع مشکلات شیل یکی از اولویتهای عملیات حفاری است، . (van Oort, 2003)
سیال بهدست آمده از ترکیب پلیگلایکول با پتاسیم کلراید- پلیمر امروزه به عنوان یک سیستم موفق در حفاری شیلهای درد سرساز پذیرفته شدهاند. از برتریهای این سیستم میتوان، درجه بالای بازدارندگی شیل، پایداری دیواره چاه، کنترل افت صافاب در دما و فشار بالا و روانکاری مناسب را نام برد. همچنین تجمع مناسب خردهها، بهبودی کیفیت فیلتر کیک، گشادشدگی کم چاه، مقاومت بهتر نسبت به جامدات، عملکرد بهتر متههای PDC، کمتر توپی شدن مته و افزایش سرعت حفاری از دیگر سودمندیهای بهدست آمده از این سیال حفاری خواهد بود .(Patel et. Al. 2007) با توجه به تنوع ترکیبات شیمیایی در این سیستم سیال از قبیل نمکها، پلیمرهای آنیونی طبیعی، اصلاح شده و مصنوعی، پلیگلایکول و صمغ آلی سولفوناتی (آسفاسول) و همچنین برهم-کنشهای احتمالی این مواد بر روی یکدیگر، این احتمال وجود دارد که نحوه ترکیب این مواد بر ویژگیهای جریانی سیال و عملکرد آن در کاهش تورم شیلها تاثیر گذار باشد. در این پژوهش با تغییر در نحوه ترکیب افزایههای پایدار ساز شیل تلاش می-شود، تاثیر جابهجایی مواد در حین ساخت گل بر روی تورم شیل و ویژگیهای جریانی سیال بررسی شود.
-3 تعیین فرمولاسیون گل و ترتیب افزایهها
در این پژوهش با جابجایی ترتیب افزودن مواد تشکیل دهنده یک سیال حفاری که فرمولاسیون آن در شرکت ملی حفاری ایران طراحی شده است، تلاش میگردد عملکرد گل در کنترل تورم شیل و ویژگیهای جریانی بررسی و اصلاح شود. همچنین از آنجا که هزینه گل حفاری تاثیر بهسزایی بر قیمت تمام شده حفر یک چاه دارد، مقایسهای نیز بین قیمت یک بشکه گل پلیمری با پایه روغنی انجام شده است. به دلیل تنوع مواد تشکیل دهنده این سیال، تنها افزایههای پایدار کننده شیل یعنی پتاسیم کلراید )KCl(، پلیآکریل آمید جزئی هیدرولیز شده )PHPA( و پلی گلایکول مورد مطالعه قرار خواهند گرفت. برای اندازهگیری تورم شیل از روش تورم سنجی خطی استفاده میشود. از برتریهای این روش میتوان به اندازهگیری کمی، بررسی دقیق نقش زمان و دما و امکان مقایسه چندین سیال بهصورت همزمان اشاره کرد. در پژوهش حاضر از یک دستگاه تورم سنج خطی استفاده شده است. برای اندازهگیری تورم شیل با تورم سنج ابتدا باید نمونه شیلی به صورت قرص درآید. این قرصها از قرار دادن ده گرم نمونه پودر شده در یک دستگاه متراکمکننده به مدت 30 دقیقه، تحت فشار 6000 Psi تهیه میشوند. در میان کانیهای رسی، اسمکتیتها بیشترین میزان جذب آب و بنابراین بیشترین تورم را دارند. سدیم مونتموریلونیت یا همان بنتونایت تجاری، نوعی اسمکتیت است که بیشترین تورم را در گروه اسمکتیتها از خود نشان میدهد. بنابراین در تمام آزمایشهای این پژوهش از این ماده به صورت خالص به عنوان نمونه شیلی استفاده شده است. پس از آماده کردن قرصها، چهار عدد از آنها به صورت جداگانه (هر کدام) در یکی از چهارسِل دستگاه تورم سنج قرار گرفته و به هر کدام، یکی از گلهای از پیش ساخته شده باترتیبِ مشخص اضافهکردنِ افزایهها به اینسِلها افزوده میشود. هر کدام ازسِلهای دستگاه مجهز به یک میکرومتر بسیار حساس بوده که میزان
تورم قرصها را با گذشت زمان با دقت یک هزارم میلیمتر اندازهگیری میکند. برای تهیه گلهای حفاری نیز از دستگاه مخلوط کن چندتایی استفاده شد. این دستگاه امکان تهیه پنج سیال حفاری را به صورت همزمان فراهم میکند. فرمولاسیون سیال حفاری، به همراه نقش هر یک از افزایهها و زمان مخلوط کردن هر کدام، در جدول 1 آورده شده است. از آنجا که دستگاه تورم سنج دارای چهارسِلاست، هر بار میتوان چهار سیال را آزمایش کرد. بنابراین برای هر بار استفاده از دستگاه چهار سیال و چهار قرص بنتونایتی آماده میشود.
جدول :1 فرمولاسیون سیال استفاده شده، (بابایی، (1390
جدول :2 ترتیب افزودن افزایهها در سیالهای مورد بررسی
3
در این پژوهش تلاش شده است تاثیر برهمکنش شیمیایی افزایههای پایدارکننده شیل بر میزان تورم و ویژگیهای رئولوژیکی بررسی شود. بنابراین بدون تغییر در میزان افزایههای سیال و تنها با جابهجا نمودن ترتیب افزودن افزایهها، 14 سیال مطابق جدول 2 تهیه گردید: نتایج حاصل از اندازهگیری ویژگیهای جریانی (رئولوژیکی) این سیالها در جدول 3 آورده شدهاست:
جدول:3 ویژگیهای جریانی (رئولوژیکی) سیالهای مورد بررسی
نمودار میزان تورم نمونهها تحت تاثیر سیالهای ساخته شده با گذشت زمان در شکل 3 و 4 آورده شده است:
