بخشی از مقاله
چکیده
هنگام حفاری مخازن نفت و گاز با روش مرسوم و متداول فراتعادلی، با توجه به اختلاف فشار زیاد بین گل حفاری و فشار مخزن، با مشکلات زیادی مانند، هرزروی شدید، چسبیدن لولهها و آسیب به مخزن روبرو میشویم. همچنین این روش، گران قیمت بوده و ابزار و تجهیزات خاص خود را میطلبد، جایگزین مناسب روش فروتعادلی، روش حفاری با مواد افرونی است که سیالی میباشد که میزان بالایی از گرانروی را در نرخ برش پایین دارد، و مقدار بسیار کمی از جامدات افزودنی را دارا میباشد. حبابهایی موسوم به افرون هرزرویهای گل را بسته به شدت آن، کاهش داده یا متوقف میسازند، به علاوه کمترین آسیب به مخزن را نیز دارند. از دیگر ویژگیهای سیال افرونی، مقاومت در برابر چسبیدگی، پایداری افرونها، امکان استفاده مجدد از آن و ... میباشد. بر این اساس در مقالهی حاضر به بررسی حفاری با مواد افرونی، و ویژگی های خاص آن پرداخته میشود.
مقدمه
بسیاری از مخازن نفت و گاز در جهان تولید قابل ملاحظهای داشته و به عبارت دیگر در نیمه دوم عمر خود قرار دارند. یکی از مشخصههای بارز این مخازن، اُفت فشار در آنها میباشد و آنها را به مخازن تخلیه شدهٌ، معروف کرده است. هنگام حفاری این مخازن با روش مرسوم و متداول فراتعادلی، با توجه به اختلاف فشار زیاد بین گل حفاری و فشار مخزن، با مشکلات زیادی مانند، هرزروی شدید، چسبیدن لولههاٍ و آسیب به مخزن روبرو میشویم. به علاوه فاکتورهای دیگری همچون وجود شکافَ و تراوایی بالاُ به گستردگی این مشکل، دامن میزنند.
روش حفاری فروتعادلی با استفاده از سیالاتی مانند؛ فومها، گاز خشک با موفقیت در این نوع مخازن تجربه گردیده است. تزریق هوا یا نیتروژن به منظور کاهش وزن گل جهت رسیدن به شرایط زیر تعادل با استفاده از وسایل ویژه، الزامی میباشد. این نوع روش حفاری در کنار کاهش و یا قطع هرزروی گل حفاری، باعث افزایش سرعت حفاریِ و کاهش آسیب به مخزن نیز میشود. به هر حال این روش، گران قیمت بوده و ابزار و تجهیزات خاص خود را میطلبد، به علاوه مشکلاتی نظیر؛ کنترل چاه، ناپایداری حفره، تغییر غیرقابل پیشبینی در خواص سیال، خوردگی رشته حفاریّ و عدم امکان راندن ابزار چاه پیمایی در این روش دیده شده است.
جایگزین مناسب روش فروتعادلی، سیالی میباشد که:
- میزان بالایی از گرانروی را در نرخ برش پایینْ دارد.
- مقدار بسیار کمی از جامدات افزودنی را دارا میباشد.
- حبابهایی موسوم به افرون در این سیال طراحی شدهاند که هرزرویهای گل را بسته به شدت آن، کاهش داده یا متوقف میسازند، به علاوه کمترین آسیب به مخزن را نیز دارند. این حبابهاَ ، توسط چند لایه سورفکتانتُ و مواد پلیمری احاطه شدهاند و بر خلاف حبابهای معمولی، قابلیت تحمل فشار تا حدود 3000psi را داشته و با تشکیل اجتماعی از حبابها، شبکه و سدی را بر روی منافذ و حفرههای سازند ایجاد کرده و از هرزروی گل، ممانعت به عمل میآورند.
- تجربه نشان داده که این لایههای بیرونی سورفکتانت در اثر فشار از هم گسسته و پاره میشوند که این امر باعث میشود لایه سورفکتانت باقی مانده در سیال افرونی دارای خاصیت نفت دوستیًٌ شده و حباب ها بدون چسبیدن، به همدیگر متراکم شده و حفرههای دیواره را بدون تر کردن دیواره، مسدود نمایند. هنگامی که چاه در مرحله تولید قرار میگیرد، تنها یک اختلاف فشار کوچک کافیست که تجمع افرونها را متفرق ساخته و به راحتی و بدون اثرات مخرب، آنها را از دیواره جدا سازد. این حبابهای ریز یا افرون ها با حباب های معمولی که در حفاری با هوا یا فوم به کار میروند تفاوت دارند.
یکی این که حبابهای افرونی بر خلاف دیگر حبابها در برابر چسبیدنٌٌ به همدیگر از خود مقاومت نشان میدهند و در عین حال اجتماعی از حبابها را با متراکم شدنٌٍ تشکیل داده و پس از پایان عملیات حفاری و هنگام تکمیل چاه و تمیز کردن حفره از آنجایی که به هم نچسبیدهاند به راحتی از یکدیگر و از دیواره جدا شده و باعث به حداقل رساندن آسیبهای وارده، کاهش هزینهها و افزایش سرعت حفاری میگردند.
دومین تفاوت بارز حبابهای افرونی با دیگر حبابهای معمولی، پایداری افرونها میباشد. حبابهای سیال افرونی محکم و پایدار بوده و هسته هوا که توسط یک پوسته چند لایه احاطه گردیده، افزایش فشار را خیلی بیشتر از حبابهای معمولی که در برابر افزایش چند صد psi به سرعت از بین میروند، می توانند تحمل کنند. از دیگر نکات قابل توجه در مورد سیال افرونی، امکان استفاده مجدد از آن میباشد که به طور متوسط در صورت دقت و مراقبتهای لازم و مناسب و کنترل مجدد ویسکوزیته، میتوان برای حفاری 3 حلقه چاه، قبل از کنار گذاشته شدن سیال، از آن استفاده نمود که این مطلب خود باعث صرفهجویی اقتصادی شده و به اهمیت افرونها میافزاید.
سیال حفاری پایه افرونیٌ
افرونها اولین بار توسط - Sebba 1987 - به عنوان حبابهای ریزٍ با خواصی غیرمعمول معرفی شدند. بیشتر مطالعات او بر این پایه بود که افرونها حبابهای کوچکی از هوا هستند که توسط یک پوسته چند لایهَ نگه داشته شده اند و در داخل فاز پیوسته که آب می باشد، تزریق میشوند. کاربرد عملی افرون ها برای اولین بار توسط - Brookey 1998 - ارائه گردید. در این مورد، حباب های ریز یا همان افرونها به عنوان یک فاز کوچک و جزئی در داخل سیال پایه آبی ایجاد شدند و این سیستم به عنوان راهکاری برای کنترل هرزروی گل و به حداقل رساندن آسیب سازند در یک ناحیه کم فشار متشکل از ریفُ و دولومیتِ به کار گرفته شد. سوال مهم این است که این سیستم سیال حفاری چگونه در کاهش هرزروی موثر بود؟
-3 ساختار افرونها
افرونها از یک هسته هواْکه معمولاً کره ای شکل میباشد، تشکیل میشود که توسط یک پوسته محافظ که خود از چند لایه سورفکتانتهاَ و پلیمرهاُ تشکیل میشود، احاطه گردیده است. قسمت بیرونی پوسته از دو لایه سورفکتانت تشکیل شده است که باعث میشود افرونها خاصیت آب دوستیًٌ پیدا کنند و این نکته باعث میشود که افرونها با فاز پیوسته آبی سازگاری داشته باشند، در عین حال این لایههای سورفکتانت ها پیوند خیلی محکمی ندارند و تحت برش کافی و نیروهای فشاری - هرچه پائینتر می رویم میزان فشار نیز افزایش می یابد - ، لایه خارجی سورفکتانت پاره شده و تحت این شرایط افرونها دارای خاصیت نفت دوستی و یا آبرانیٌٌ خواهند شد که به آنها اجازه میدهد که بدون بهم چسبیدن به یکدیگر ، متراکم شده و حفره ها را بدون تر کردن دیواره مسدودٌٍ نمایند.
