مقاله تغییر ترشوندگی سنگ کربناته توسط سورفکتانت غیریونی در سیال حفاری پایه آبی

بخشی از مقاله

خلاصه

آسیب سازند به مفهوم کاهش نفوذپذیری سنگ مخزن نسبت به سیال تولیدی می باشد این پدیده ممکن است بوسیله مکانیزم های متعددی ایجاد شده و منجر به کاهش تولید سیال هیدروکربوری از چاه گردد یکی از مهمترین موارد تخریب سازند ممکن است توسط سیال حفاری بوجود آید. هجوم ذرات جامد یا سیال موجود در گل حفاری به داخل خلل و فرج سنگ یا پدیده هرزروی گل و متورم شدن خاک رس گاهی آسیب شدید سازند تولیدی را در پی دارد و باعث تغییر ترشوندگی سنگ مخزن از آبدوست به نفت دوست می شود. از این رو طراحی سیالی مناسب که سازگار با خصوصیات سنگ و سیال سازندی بوده و حداقل آسیب به مخزن را به همراه داشته باشد امری ضروری است که میتواند موجب افزایش توان بهره دهی چاه گردد.

دو مکانیزم اصلی سورفاکتانت کاهش تنش سطحی و تغییر ترشوندگی سنگ مخزن می باشد که در برداشت نفت موثر هستند. با توجه به اهمیت ترشوندگی در بهره برداری از مخازن در این تحقیق تاثیر سورفکتانت غیر یونی پلی اتیلن گلایکول - - PEG در حضور پلی هیدرولیز اکریل آمید - - PHPA در سیال حفاری پایه آبی مورد بررسی قرار گرفت. برای اندازه گیری تغییر ترشوندگی ، اندازه گیری زاویه تماس به عنوان یک روش کمی و آزمایش شناوری به عنوان روش های کیفی استفاده شد. از کانی کلسیت به عنوان نماینده ای از سنگ مخزن استفاده شد.

آزمایش طوری طراحی شده است که پارامترهای سیال حفاری - کنترل هرزوی سیال، رئولوژی، کلراید، پتاسیم، PH، دما، درصدحجمی PEG و - PHPA نزدیک به شرایط مخزن باشد. برای شبیه سازی شرایط مخزن بعد از تماس سنگ کلسیت با سیال حفاری نمونه را در سیلندر حاوی سیال حفاری قرار دادیم و جهت شبیه سازی هر چه بیشتر شرایط مخزن آزمایشها در دمای 110 سانتی گراد بدون سورفکتانت و در حضور سورفکتانت تکرار شدند. برای به دست آوردن زاویه تماس از آب شور موجود در مخزن - میدان آذر - استفاده شد.

نتایج این مطالعه نشان داد که با توجه به اینکه مخزن کربناته و آبدوست است سیال حفاری - بدون سورفکتانت - باعث می شود تا مخزن به سمت حالت نفت دوست پیش برود اما سیال حفاری در حضور سورفکتانت باعث می شود که مخزن به سمت آب دوست پیش برود که این امر کاهش آسیب سازند و افزایش تولید نفت را در پی خواهد داشت.

.1 مقدمه

استفاده از سیال حفاری برای بیرون آوردن کنده های حفاری از حفره چاه اولین بار توسط آقای فائووله، مهندس فرانسوی، در سال 1845 پیشنهاد شد .سیال حفاری دامنه وسیعی از سیالات، گازها و مایعات، مورد استفاده در عملیات حفاری برای دستیابی به اهداف خاص را شامل می شود. سیالات شامل: هوا، گاز طبیعی، آب، نفت و یا ترکیبی از مایعات همراه با افزودنیها و مواد شیمیائی خاص را شامل می شود .سیالات حفاری برای جبران یا کاهش خیلی از مشکلات حفاری طراحی می شود و فهم این اهداف کمک طراحی موفق برنامه گل، استفاده مناسب از افزودنیها و مقابله با بخشهای مشکل دار می نماید.

وظایف سیال حفاری
1.    خنک کردن و روان کردن - - lubrication مته و رشته حفاری

2.    تمیز کردن ته چاه و حمل کنده ها به سطح زمین

3.    معلق نگه داشتن کنده ها در زمانیکه پمپاژ گل متوقف شده است

4.    ایجاد فیلتر کیک - - Filter cake برای جلوگیری از سقوط دیواره چاه و نفوذ فیلتریت به درون سازند

5.    جلوگیری از ورود سیال به درون چاه با کنترل فشار سازند

6.    ترخیص شن و کنده ها سازند روی الک لرزان

7.    تحمل بخشی از وزن لوله های حفاری و لوله های جداری

8.    انتقال توان هیدرولیکی پمپ به مته

9.    کنترل فوران چاه از طریق وزن گل

10.    به حداقل رساندن آسیب وارده بر سازند

بررسی انواع گل های حفاری

گل های حفاری دارای انواع و اقسام متفاوتی هستند که مهمترین و پرکاربردترین آنها عبارتند از:
-    گل حفاری پایه آبی: به آن دسته از سیالات حفاری که جزء مایع آنها آب باشد.

-    گل حفاری پایه روغنی: به آن دسته از سیالات حفاری که جزء مایع آنها نفت و روغن باشد.

از طرفی هر کدام از سیالات حفاری بالا در شرایط خاصی از جنس سازند و نیز نوع سیال درون آن کاربرد دارند.

هنگامی که شیل های حساس به آب در معرض سیالات حفاری پایه آبی معمولی قرار می گیرند، تمایل به جذب سریع آب از سیال حفاری دارند که در نتیجه آن و به دلیل خواص شیمیایی شیل، پدیده متورم شدن و یا پراکندگی آنها می تواند موجب عدم انسجام کنده ها، گشادشدگی دیواره چاه، ایجاد تنش های پیچشی و کششی بالا و گیر لوله ها گردد.

.2 آسیب های سنگ مخزن

برخی ذرات در حین فعالیت های عملیاتی نظیر حفاری، تکمیل، تعمیر و انگیزش چاه یا حین روش های بازیافت ثانویه - Secondary - Recovery یا ثالثیه - Tertiary Recovery - ایجاد می شوند. این ذرات با ایجاد پل بین حفره ها و مسدود کردن آن ها که منجر به کاهش تراوایی و کاهش تخلخل می شوند و نیز با پر کردن شکاف ها که نقش اساسی در تولید دارند، موجب ایجاد آسیب به مخزن می شوند

انواع آسیب های سنگ مخزن که به علت عملیاتی حفاری روی چاه انجام می شود عبارتند :

- 1 متورم شدن رس ها - Clay Swelling -

- 2 رسوب های حاصل از آب املاح دار - Scales - و خرده های حفاری - 3 وزن گل و دیگر افزودنی ها - - Mud Weight

- 4واکنش اسید و محصولات جانبی آن - 5باکتری ها - Bacteria -

- 6مسدود شدن حفره ها توسط قطره های آب - water Blocks - - 7سیال پایه نفتی - Oil Base Mud -

- 8 رسوبات غیر آلی و آلی به صورت مخلوط

.3خصوصیات گل حفاری .1,3نوع سیال حفاری

انتخاب گل حفاری یکی از مهمترین عوامل در آسیب به سازند می باشد. یک چاه ممکن است با صرف وقت و هزینه های فراوان حفر شود، اما به علت طراحی نامناسب ترکیب گل مخزن آسیب ببیند و در هنگام بهره برداری ازبازدهی آن کاسته شود. یکی از مهمترین عوامل آسیب سازند که بر اثر نفوذ گل حفاری به مخزن حادث میگردد تغییر ترشوندگی سنگ مخزن است.

بهترین نوع سیال حین عملیات حفاری و تکمیل چاه در قسمت مخزن سیالی است که باعث کمترین میزان هجوم سیال و ذرات جامد به درون سازند شود و کمترین واکنش مخرب با سنگ و سیال مخزن را به همراه داشته باشد. تا در میزان یا نوع ترشوندگی سنگ مخزن تغییر ایجاد نکند. بهترین نوع سیال، با توجه به خصوصیات سنگ و سیال مخزن انتخاب می شود.

.2,3 وزن گل

وزن گل حفاری در قسمت مخزن می بایست تا حد مجاز پایین باشد. نتایج تحقیقات حاکی از آن است که وزن گل مناسب در حالت بالاتر از فشار تعادلی - Overbalance - بهتر است حدود 200 psi بیشتر از فشار سیال سازند باشد. یکی از نکات مهمی که میبایست بدان اشاره شود این است که گاهی در مخازن تخلیه شده، الیهای شیلی پر فشاری وجود دارند که فشار منفذی سیال آنها حدود فشار اولیه مخزن است و چنانچه وزن ستون سیال حفاری بر اساس فشار کنونی مخزن طراحی گردد، احتمال فوران چاه حین حفاری این الیها وجود خواهد داشت.

در حین حفاری بدلیل اینکه فشار هیدروستاتیکی - فشار ستون سیال - بیشتر فشار سازند می باشد مقداری سیال حفاری به درون سازند هرزروی می کند - ساعتی 0 تا 4 بشکه - . به منظور افزایش وزن گل در مخزن از مواد حل شونده استفاده می کنیم. بدلیل اینکه در ایران مخازن کربناته می باشد از سنگ آهک - Limestone - که هم جنس مخزن است، جهت افزایش وزن استفاده می کنیم که کمترین آسیب به سازند وارد شود.جهت افزایش وزن گل از وزن آب - 62,4 pcf - تا وزن 75 pcf از نمک - NaCl - و از 75 تا pcf 90 - پوند بر فوت مکعب - از سنگ آهک - Limestone - استفاده می کنیم.

.3,3رئولوژی

رئولوژی سیال حفاری شامل گرانروی و مقاومت ژله ای سیال می باشد:

B گرانروی معیاری از اصطکاک بین ملکول های سیال است. پس هر چه میزان تماس بین ملکول ها بیشتر باشد گرانروی بالاتر است. به عبارت دیگر: تنش برشی موضعی به کرنش برشی المانی از سیالی است که حرکت می کند. اغلب سیالات حفاری دارای رفتار غیر نیوتنی هستند. دارای یک گرانروی ثابت نیستند و گرانروی آنها با shear rate تغییر می کند یعنی رابطه خطی بین گرادیان سرعت و تنش برشی وجود ندارد.

B مقاومت ژله ای - Gel strength - میزانی است برای بیان خاصیت thixotropyگل حفاری. این خاصیت بستگی به نیروهای کششی - جذبی - سیستم در حالت استاتیک دارد. خاصیت thixotropy میزانی است برای بیان توانایی گل حفاری که از یک فاز مایع یک ژل بسازد و برعکس. در واقع بیانگر توانایی سیال است برای معلق نگه داشتن خرده ها در حالت سکون می باشد.

خاصیت ژله ای گل باید در اثر به هم زدن ژل به مایع تبدیل شود. معلق نگه داشتن کنده های حفاری و ذرات جامد گل در طی زمان خاموش شدن پمپ گل باعث می شود تا کنده ها به ته چاه سقوط نکرده و باعث چسبیدن و گیر کردن مته نشود. اگر مته گیر کند نیاز به عملیات مانده یابی - - Fishingمی باشد. در سنگ های نرم جاییکه سرعت حفاری بالاست تجمع کنده ها در فضای حلقوی بسیار زیاد است پس در این حالت خاصیت ژله ای ازاهمیت زیادی بر خوردار می باشد. در سنگهای سخت با سرعت حفاری پایین این خاصیت از اهمیت کمتری برخوردار است. میزان گرانروی و مقاومت ژل گل حفاری میبایست در حدی باشد که در صورت وجود ذرات بزرگ جامد بتواند آنها را به حالت معلق نگه دارد تا آسیب کمتری به سازند وارد شود.

از طرفی زیاد بودن مقدار گرانروی موجب کاهش عمل تمیزسازی ته چاه، سبب افزایش افت فشار هیدرولیکی مسیر لوله ها و دالیز، کاهش توان هیدرولیکی مته و در نتیجه افزایش فشار ته چاه و آسیب سازند ناشی از هرزروی القایی میگردد. همچنین زیاد بودن گرانروی موجب افزایش فشار موجی - Surge - و مکش - Swab - و تخریب سازند ناشی از این پدیدهها میگردد. بنابراین میبایست مقدار گرانروی مناسب با توجه به خصوصیات سازند، مته و بهینه سازی پارامترهای حفاری همچون وزن، دور و سیستم هیدرولیک مته حاصل گردد. در گل های پایه آبی پلیمرهای افزایش دهنده گرانروی - - viscosifire مانند صمغ زانتان و پک با گرانروی بالا می باشد.

.4,3 فیلتراسیون

هرچه میزان فیلتراسیون سیال پایین تر باشد، کمتر به سازند آسیب وارد میکند. در سیالات حفاری پایه آبی وجود آب آزاد سبب فیلتراسیون آن شده که در طبقات شیلی با رسهای فعال ایجاد واکنش می کند و باعث متورم شدن خاک رس - - Clay Swelling می شود. این افزایش حجم منجر به کاهش نفوذپذیری - - pemeability سنگ مخزن خواهد شد. رس ها در اثر تغییر بار الکتریکی، متورم شدن و جایگزینی در خلل و فرج سازند