بخشی از مقاله
خلاصه
اجرای موفقیتآمیز عملیات حفاری چاههای نفت و گاز مستلزم بکارگیری دانش روز دنیا در خصوص گل حفاری میباشد. یکی از مهمترین بخشها در فرآیند حفاری، سیستم گردش گل است که هر گونه ابداع و نوآوری در این زمینه سبب پیشرفتهای زیاد و تسهیل در عملیات حفاری میگردد. در این خصوص افزودن مواد با کاراییهای متنوع و مفید به سیال حفاری از مهمترین روشهای موجود در حفاری محسوب میگردد. وجود نانو مواد در گل حفاری و تغییر خواص منتج از آن در گل حفاری میتواند پاسخ مناسبی را در جهت رفع بسیاری از مشکلات مهم مرتبط با حفاری فراهم نماید که از این جمله آن افزایش پایداری خواص حرارتی و الکتریکی سیال حفاری میباشد. دراین تحقیق از نانو ذرات اکسید روی به عنوان یک افزایه سیال حفاری جهت افزایش خاصیت انتقال حرارتی هدایتی و هدایت الکتریکی سیال حفاری پایه آبی استفاده شده و باعث افزایش این دو خاصیت میگردد.
کلمات کلیدی: نانو ذرات روی، هدایت الکترکی، ضریب انتقال حرارتی هدایتی
.1مقدمه
امروزه حفاری در مناطق عمیقتر یکی از مهمترین اهداف شرکتهای نفتی جهت توسعه میادین نفت و گاز میباشد که این امر چالشها و مشکلات حفاری خاص خود جهت دستیابی به اینگونه مخازن را بهمراه دارد. با توجه به عمیقترشدن چاهها، شرایط زمینشناسی و مخزنی سازندها تفاوتهای ویژهای با اعماق سطحی دارد که از مهمترین آنها تغییرات فشار و دمای سازندها و مخازن نفت و گاز میباشد در کشور ما نیز، اهمیت حفاری چاههای اکتشافی و نیاز به بدست آوردن اطلاعات مناسب از اعماق بیشتر یکی از الزامات و ضروریات عملیات حفاری در اکتشافی و استفاده از آنها در مراحل توسعه و تولید میدان میباشد.[3-2-1] استفاده از سیال حفاری پایه آبی پایدار در برابر حرارت و فابلیت هدایت الکتریکی به عنوان یکی از نیازهای صنعت حفاری دنیا همواره مورد توجه بوده است. امرزه سیالات حفاری پایدار در برابر حرارت با استفاده از افزایههای نانو ذرات فلزی به طور موفقیت آمیزی مورد استفاده قرار گرفته است. بالا رفتن دمای سیال حفاری، عملیات حفاری را با مشکلات زیادی مواجه می نماید. در عملیات حفاری به هر میزان که عمق چاه بیشتر میشود دمای لایههای زمین نیز بیشتر شده و باعث افزایش دمای دمای گل حفاری میشود. به همین دلیل سعی میشود سیال حفاری پایه آبی را با پایه روغنی به دلیل مقاومت بالاتر آن نسبت به دمای تعویض نمایند. سیال پایه روغنی گران بوده و مشکلات عدیدهی زیست محیطی را به جا میگذارد.[5-4]
.2فناوری نانو چیست؟
نانو تکنولوژی به مواد و سیستمهایی مربوط میشود که ساختار و اجزای آن به دلیل ابعاد نانومتری، رفتار جدیدی در خواص، پدیده فیزیکی، شیمیای و بیولوؤی از خود نشان میدهند. مواد دارای اندازه ذره نانو مقایس در حوزه بین اثرات کوانتومی اتمهای و مولکولهای، و خواص تودهای آن قرار دارند. در حقیقت، فناوری نانو علم تغییر و دستکاری خواص مواد در ابعاد کنترلی نانو و محصول آن، تولید مواد نانو ذرهای - ذراتی که یک یا بیشتر از یک بعد آنها کمتر از 100 نانومتر باشد - با خواص دلخواه و کاربردی مورد نظر است.[7-6]
.3انتقال گرما به وسیله نانوسیالات
تحقیقات اخیر روی نانوسیالات، افزایش قابل توجهی را در هدایت حرارتی آنها نسبت به سیالات بدون نانوذرات و یا همراه با ذرات بزرگتر - ماکرو ذرات - نشان میدهد. از دیگر تفاوتهای این نوع سیالات، تابعیت شدید هدایت حرارتی از دما، همچنین افزایش فوقالعاده فلاکس حرارتی بحرانی در انتقال حرارت جوشش آنهاست. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده از نانوسیالات نتایج قابل بحثی است که به عنوان مثال میتوان به انطباق نداشتن افزایش هدایت حرارتی با تئوریهای موجود اشاره کرد.[9-10]اخیراً استفاده از نانوسیالات که در حقیقت سوسپانسیون پایداری از نانوفیبرها و نانوذرات جامد هستند، به عنوان راهبردی جدید در عملیات انتقال حرارت مطرح شده است. این امر نشان دهنده ناتوانی این مدل ها در پیشبینی صحیح خواص نانوسیال است. بنابراین برای کاربردی کردن این نوع از سیالات در آینده و در سیستم های جدید، باید اقدام به طراحی و ایجاد مدلها و تئوریهایی شامل اثر نسبت سطح به حجم و فاکتورهای سیالیت نانوذرات و تصحیحات مربوط به آن کرد.[12-8]
.4هدایت الکتریکی در سیال حفاری
ر تمام نمودار گیری های الکتریکی - به جز جریان القایی - گل حفاری باید هادی باشد تا ارتباط الکتریکی بین سوند و لایه بر قرار باشد. در گلهای حفاری پایه نفتی و چاه های نفتی انجام نمودار گیری جانبی عملی نیست. مقاومت مخصوص گل و میزان نمک گل از عوامل اساسی در انتخاب روش نمودارگیری می باشد. نمودار مقاومت مخصوص را در چاههایی که گل حفاری از نمک اشباع و یا تقریبا اشباع شده میتوان مورد استفاده قرار داد Rt>Rm در چاه هایی که محیط هادی نباشد مثل حفاری با هوا و یا کمی هادی باشد مثل مخلوط نفت و گل حفاری و یا گلی که میزان نمک محلول در آن کم باشد از منحنی نمودار جریان القایی استفاده می گردد. شیل دار بودن سازند در هدایت الکتریکی آن موثر است . قابلیت هدایت شیل با قابلیت هدایت الکترولیتی که در آن یونها در محلول آزادانه حرکت می کنند و در بالا به آن اشاره شده است فرق می کند. در شیل ها در حقیقت هدایت یک پروسه معاوضه یونی است که به وسیله ان - معمولا شارژ های مثبت - یونها تحت تاثیر خوره مشخص الکتریکی در محلول های مشخص معاوضه روی سطح زرات رس جا به جا می شوند. هدایت سطحی در محلول جدایی مایع و شیل از نظر تاثیر شیل در هدایت الکتریکی عامل مهمی است و اثر آن اغلب با کمیت شیل تناسبی ندارد . میزان شیل دار بودن سازند بر روی نمودار مربوط به مقدار شیل ، نوع آن، پراکندگی در سازند و همچنین طبیعت و میزان نسبی آب سازند.[14-13]
.5دستگاه آزمایشگاهی برای اندازهگیری هدایت حرارتی سیستم
در این بخش سیستم آزمایشگاهی مورد استفاده شامل دستگاه مورد استفاده برای اندازهگیری هدایت حرارتی و جزئیات سیستم آزمایشگاهی ساخته شده برای تعیین ضریب انتقال حرارت جابهجایی توضیح داده میشود.
.5-1اندازهگیری هدایت حرارتی
این دستگاه از روش سیم داغ حالت ناپایدار استفاده میکند. تصویری از دستگاه KD 2 Pro در شکل 1 نشان داده شده است. این دستگاه سه حسگر مختلف دارد. یک سوزن تکی 6 سانتیمتری که بهترین حسگر برای اندازهگیری هدایت حرارتی بیشتر نمونهها از جمله مایعات است. حسگر دوم سوزن تکی 10سانتیمتر است که دقت کمتری دارد و عمدتاً برای مواد سخت استفاده میشود و حسگر سوم یک سوزن دوگانه 30 میلیمتری است که برای اندازهگیری نفوذپذیری و یا ظرفیت حرارتی استفاده میشود. این حسگر فقط برای مایعات با ویسکوزیته بالا قابل استفاده است. برای همه آزمایشها از حسگر 6 سانتیمتری استفاده شده است.
.5-2مواد آزمایشگاهی و تهیه نمونه سیال حفاری پایه آبی
هدف از انجام این گروه از آزمایشات، بررسی عملکرد نانو ذرات اکسید روی بر خواص حرارتی و هدایت الکتریکی است. بدین منظور نانو ذرات اکسید روی با غلظتهای متفاوت در سیال حفاری پایه آبی با فاز پیوسته آب شیر افزوده و خواص آن را اندازهگیری میکنیم. در این آزمایشات همواره مقادیر 1گرم، 5گرم و 10گرم به سیال حفاری افزوده میشود. سیال حفاری شامل 350 میلی لیتر آب شیر و 20 گرم بنتونایت و باریت 10گرم و کاستیک سودا 0/5 گرم و سودا اش 0/4گرم و نشاسته 3/5گرم است و سپس آزمایشات مربوطه انجام شده است. و شکل 2 دستگاه اندازهگیری هدایت الکتریکی سیال حفاری از PC-700 میباشد. که برای اندازهگیری میزان انتقال هدایت الکتریکی توسط سیال به کار برده میشود.
