نقش سیال حفاری در کاهش هزینه ها

سیال حفاری به گاز ، مایع و یا گلی كه در سیستم حفاری جریان دارد گفته می شود سیال های حفاری كه اساسا برای ایجاد ایمنی ، بالا بردن بازدهی ، كارآیی و افزایش بهره وری اقتصادی در حفاری به ویژه حفاری چاه های نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرند به طور كلی به سه گروه گازها ، مایعات و گل حفاری تقسیم می شوند

نقش سیال حفاری در کاهش هزینه ها

 

1-1 مقدمه

 

سیال حفاری به گاز ، مایع و یا گلی كه در سیستم حفاری جریان دارد گفته می شود . سیال های حفاری كه اساسا برای ایجاد ایمنی ، بالا بردن بازدهی ، كارآیی و افزایش بهره وری اقتصادی در حفاری به ویژه حفاری چاه های نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرند به طور كلی به سه گروه گازها ، مایعات و گل حفاری تقسیم می شوند . هر یك از انواع سیالات حفاری دارای مزایا و محاسنی می باشند بنابراین انتخاب بهترین و كارآترین سیال حفاری به عوامل چندی بستگی دارد . برای انتخاب بهترین و مناسب ترین سیال حفاری می توان تمامی فاكتورهای مؤثر را مشخص نموده و به هر یك از آنها بر اساس یك سیستم امتیاز دهی به هر یك از این فاكتورها امتیازی را نسبت داده و در نهایت بر اساس مجموع امتیازات حاصله از تاثیر فاكتورهای مختلف سیال بیشترین امتیاز را به عنوان مناسب ترین سیال حفاری انتخاب كرد . فاكتورهای موثر بر عملیات حفاری شامل نوع و روش حفاری ، نوع و جنس لایه های سنگی ، حمل و نقل، میزان هزینه و تاثیر بر روی محیط زیست می باشند .  

 1-2 هرز روی سیال حفاری

 از جمله مشكلات در ارتباط با سیال حفاری، هرزروی آن و تحمل هزینه های سنگین ناشی از آن است . هرزروی سیال حفاری وارد شدن حجم قابل توجهی از این سیال به درون سازندی كه حفاری می گردد می باشد . هرزروی زمانی رخ می دهد كه تراوایی سازند به اندازه كافی است یا حفره ها و شكستگی های موجود در سازند چنان بزرگ هستند كه بوسیله مواد جامد موجود در گل مسدود نمی شوند . هرزروی سیال حفاری ممكن است از مقدار خیلی كم تا خیلی زیاد متغیر باشد . هزینه های اضافی سالیانه و اتلاف وقت دكل حفاری به واسطه مشكلاتی از این قبیل بالغ بر میلیون ها دلار میگردد . در نتیجه توجه به بهینه كردن عملیات حفاری و نیاز به كاهش هزینه های مرتبط با هرزروی سیال حفاری ضروری به نظر می رسد  . نتایج تجربی حاصل از مقابله با هرزروی سیال حفاری در یك سازند نمی تواند بعنوان یك راه حل عمومی در رفع مشكلات مشابه در مناطق دیگر مورد استفاده قرار گیرد . در چنین شرایطی روش های گوناگون كه تركیبی از علم و تجربه می باشند بسته به نوع هرزروی كه می تواند جزئی یا كلی باشد به كار گرفته می شوند . لذا بدین منظور بعضی از روش های كاربردی خاص سریعا بدون توجه به جنبه های اقتصادیشان و اثرات آن بر روی سازند مورد استفاده قرار می گیرند .

 

 

 

 هرزروی سیال حفاری علاوه بر تحمیل هزینه های اضافی جهت تهیه و جایگزینی مجدد گل در حین عملیات حفاری باعث وارد آمدن صدمات جدی به یك مخزن می گردد . بسیاری از مخازن به علت صدمات وارده بصورت شیمیائی مورد درمان قرار می گیرند . این درمان كه با اسیدزنی به مخزن صورت می گیردعلاوه بر اتلاف وقت مستلزم هزینه های اضافی بوده و حتی ممكن است در درمان مخزن نتایج مطلوبی نداشته باشد. 

 

1-3 انواع سیالات حفاری

 

سیالات حفاری به طور كلی به پنج گروه زیر تقسیم می شوند :

1-3-1         گازها : گازهای عمده مورد مصرف در حفاری ، هوا ، گاز طبیعی و نیتروژن و دی اكسیدكربن می باشند . امكان بكارگیری نیتروژن و دی اكسیدكربن درحال بررسی و تحقیق است كه نتایج اولیه بدست آمده از آن امیدواركننده نبوده است . تنها گازی كه در عمل از آن استفاده می شود هوا است . هوا ، سبك،ارزان و بهترین تمیزكننده است ضمن آنكه به دیواره چال نیز آسیب نمی رساند و سرعت انتقال خرده ریزه های حفاری با هوا زیاد است و به همین دلایل در حفاری انفجاری از هوا استفاده می شود . اما در همه موارد حفاری نمی توان از هوا استفاده كرد به عنوان مثال در حفاری های اكتشافی و حفاری های عمیق با ماشین های چرخشی از هوا استفاده نمی شود . 

1-3-1-1 معایب سیالات گازی :

الف : تركیب هوا با گاز متان ( در صورتی كه 5 تا 15 درصد تركیب هوا را تشكیل دهد) موجب انفجار خواهد شد . در نتیجه استفاده ازآن محدود است.

ب : وجود اكسیژن و انیدرید كربنیك در هوا باعث خوردگی یا فرسایش ابزار آلات حفاری می شود .

ج : به دلیل كمی وزن مخصوص گازها كنترل فشار طبقات زیر زمین تقریبا امكان پذیر نیست .

د : به دلیل پائین بودن چگالی انتقال قطعات درشت حفاری به عنوان نمونه های مغزه ای توسط هوا به سختی انجام می گیرد .

س : برای رفع مشكلات ناشی از شیل كاربرد ندارد .

ص : حفاری با هوا همراه با گرد و غبار زیاد است مخصوصا اگر در آن سیلیس و اندازه آن كمتر از 05/0 میلیمتر باشد چنانچه گرد و غبار حذف نشود علاوه بر ایجاد مشكلاتی برای تعمیر و سرویس ماشین شرایط كار نیز برای برای حفار یا حفاران دشوار خواهد شد .

 

1-3-1-2 محاسن سیالات گازی :

حفاری با گازها سریع انجام می شود . میزان هرز روی سیال حفاری كم است و طبقات حفاری شده با هوا از كمترین ضایعات برخوردارند .

 

1-3-2         مایعات : مایعاتی كه به عنوان گل حفاری مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از : آب خالص ، آب نمك و نفت خام .

 

بعد از هوا تقریبا آب به دلیل گرانروی و چگالی كم آن مناسب ترین سیال حفاری برای ایجاد چال در شرایط عادی است . حفاری از میان ماسه سنگ توسط آب خالص موجب انبساط و ازدیاد حجم رس موجود در ماسه سنگ می شود كه سبب مسدود شدن منافذ سنگ می گردد . این فرآیند بخصوص در چاه های نفت اهمیت ویژه ای دارد زیرا باعث عدم ورود نفت از ماسه سنگ به چاه می شود . آب نمك موجب انبساط كمتر رس با توجه به آب خالص می شود . در مواردی ممكن است اساس سیال آب باشد اما روغن به آن اضافه شده باشد یا برعكس در این شرایط سیال به حالت امولسیونی در می آید . افزودن روغن به آب به دلیل ایجاد خاصیت جلادهندگی به سیال است .  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-3-2-1 موارد استفاده آب :

الف : جرم مخصوص سیال حفاری برای كنترل فشار طبقات زیرزمین كافی باشد .

ب : چاه از داخل سنگ های نامقاومی چون شیل عبور نكند البته مشكلات حفاری در شیل ها را می توان با اضافه كردن موادی نظیر cypan  ( نوعی ماده شیمیائی ) و مواد دیگر به گل حفاری كاهش داد .

مزیت آب نمك نسبت به آب معمولی این است كه وجود نمك در آب ( به میزان 10 درصد ) باعث افزایش وزن مخصوص و ایجاد فشار هیدروستاتیكی بیشتر می گردد .

نفت خام فشار هیدروستاتیكی كمتری نسبت به آب خالص و آب نمك ایجاد می كند كه علت آن چگالی كمتر نفت خام می باشد و از آن در در مورد فشار غیر نرمال ( فشار كمتر از 433/0 پوند بر اینچ مربع به ازای هر فوت ) استفاده می شود .

 1-3-3         ذرات كلوئیدی یا جامد معلق در مایعات ( گل حفاری ) :

 

 یك گل مخصوص به صورت مخلوطی مانند سیمان می باشد كه قسمت عمده آن را آب و مایعات دیگر تشكیل داده و برای افزایش چگالی و گرانروی سیال حفاری به منظور كنترل فشار طبقات به آن مقداری بنتونیت و یا مواد دیگر اضافه می كنند . چگالی این نوع سیالات حفاری معمولا 1 تا 25/1 گرم بر سانتیمتر مكعب است.

 

1-3-4         امولوسیون هیدروكربن های نفتی در آب یا آب در هیدروكربن های نفتی 

 1-3-5         تركیبی ازدو نوع سیال حفاری

 

1-4 سیال حفاری پایه روغنی ( OBF )

 

سیال پایه روغنی دارای گازوئیل، نفت معدنی یا روغن های دیگر به عنوان فاز پیوسته، به همراه آب به عنوان فاز پراكنده است. دیگر اجزای تركیب كننده: باریت ها، رس ها، امولسیفایر، كلرید كلسیم، لیگنیت و دیگر مواد افزودنی هستند. استفاده از گل حفاری پایه روغنی سبب كاهش فعل و انفعالات بین سیال حفاری و مواد معدنی سازند می شود. بدین ترتیب قطعات جدا شده كمتر به قطعات ریزتر تبدیل می شوند و در نتیجه كارایی جداسازی مواد گل حفاری افزایش می یابد.
در گل های حفاری با پایه نفتی، سیال متداول گازوئیل است كه دارای ویسكوزیته قابل توجه بوده و دارای حلالیت كم در سیستم حفاری است، اما با این حال گازوئیل سمی است و اثرات مضر محیطی گل حفاری با پایه گازوئیل از گل حفاری با پایه آبی بیشتر است. حجم میانگین پسماند سیال پایه روغنی ۲ هزار تا ۸ هزار بشكه برای هر چاه تخمین زده می شود. در بسیاری از حالت های عملیات دریایی، این پسماند برای تخلیه در خشكی و یا چرخه مجدد به ساحل انتقال داده می شود.
 

 

 

1-5 سیالات حفاری پایه آبی (WBF  )

 آب متداولترین و عمده ترین سیالی است كه به عنوان پایه برای گل های حفاری به كار می رود. چون آب فاقد خصوصیات شیمیایی و فیزیكی مورد نیاز برای همه نیازهای گل حفاری است، چندین مواد افزودنی دیگر برای تغییر خصوصیات آن به كار گرفته می شود، سیال حفاری پایه آبی، یك سیال حفاری قراردادی است كه در آن آب فاز پیوسته است و مواد جامد داخل آن دارای معلق بودن متوسط است، چه روغن حضور داشته باشد و چه حضور نداشته باشد. آب مورد استفاده نیز می تواند آب شیرین یا آب شور باشد. سیالات حفاری پایه آبی نسبتاً ارزان و عموماً غیررسمی هستند. عموماً این سیالات شامل بیش از ۹۰ درصد آب هستند كه مواد افزودنی از قبیل بنتونیت، باریت، رس ها، لیگنوسولفونات، لیگنیت، كاستیك سودا، مواد جامد سازند و مواد ویژه افزودنی به آن اضافه می شود. سیالات حفاری پایه آبی، بسته به عمق چاه بین ۱۰ هزار تا ۳۰ هزار بشكه باطله برای هر چاه تولید می كنند. 

 

 

 

1-6 سیال حفاری پایه سنتزی ( SBF ) 

سیالات پایه تركیبی (Synthetic) كه به تازگی گسترش یافته اند، با همان كارایی سیالات روغنی ولی با اصلاحات در تركیبات تجزیه ناپذیر و مواد سمی و آسیب رسان به محیط زیست توانسته اند كارنامه قابل قبولی در مقایسه با دیگر سیالات حفاری به دست آورند. تركیب سیال سنتزی از هیدروكربن اشباع شده (غیر آروماتیك) با بیشتر كمپلكس های مولكولی از قبیل استات ها، اترها و استرها، درجه بندی می شود. سیالات پایه سنتزی به عنوان یك امولسیون كه در آن مایع سنتزی فاز پیوسته را شكل می دهد، در حالی كه آب شور به عنوان فاز پراكنده مفید است، فرمولبندی می شود. سیستم های سیال پایه سنتزی احتیاج به حجم و رقت زیاد ندارد و در نتیجه حجم سیال مورد استفاده كاهش می یابد.

2-1 انواع گل های حفاری

 

 

2-1-1 گل های روغنی ( اساس تركیبات نفتی ) :

 تركیب اصلی اینگونه گل های حفاری را هیدروكربن های نفتی تشكیل می دهد مخصوصا آنهایی كه از نقطه اشتعال بالایی دارند كه در آن ذرات جامد بصورت معلق است . این گل ها بیشتر برای ماسه سنگ ها مورد استفاده قرار می گیرند زیرا موجب خسارت كمتری به ماسه سنگ می گردد . در حفاری داخل شیل ها نیز درصورتی كه به دلیل فشار هیدروستاتیكی زیاد در داخل آن حفره ایجاد شود از این نوع گل به دلیل وزن مخصوص كمتر استفاده می شود .

 

2-1-2              گل های امولسیونی پایه آبی : 

 در این كونه گل های حفاری معمولا هیدروكربن های نفتی به صورت قطره به درون آب پخش و اضافه می گردد كه مقدار آن به طور معمول 10 تا 15 درصد حجم گل حفاری را تشكیل داده و در صورت لزوم این مقدار به 50 درصد نیز می رسد . اضافه كردن هیدروكربن های نفتی ( بویژه گازوئیل ) موجب افزایش خاصیت جلادهندگی گل حفاری می شود . رس و ذرات جامد دیگر می توانند به این گونه گل ها اضافه شوند . اساس این گل ها را آب نمك یا آب خالص می تواند تشكیل دهد . وجود روغن باعث شفافیت و جلا دادن سرمته ، وزنه اضافی و لوله حفاری می شود و بدین طریق موجب كاهش چسبندگی ذرات حفاری به دندان های مته و رشته لوله حفاری می شود مخصوصا در سیستم حفاری چرخشی لوله حفاری سریعتر می چرخد و در مجموع سرعت چال زنی با اینگونه گل حفاری افزایش می یابد .

 

2-1-3               گل های امولسیونی تركیبات پایه نفتی :  

تركیب اصلی این گل ها را هیدروكربن های نفتی تشكیل می دهد كه آب به مقدار كم به آن اضافه می شود . این گونه گل ها برای سنگ نمك و انیدرید بسیار مناسب می باشند . تركیب دو سیال حفاری در مواردی به كار برده می شود كه از هوای فشرده جهت كاهش دادن فشار هیدروستاتیكی سیال استفاده شود . در این شرایط نه تنها به هدر رفتن سیال حفاری كاهش می یابد بلكه سرعت چال زنی نیز افزایش می یابد .

 

 2-1-4              گل های رسی :

 

ذرات كلوئیدی عمدتا از جنس رس می باشند . رس ها انواع متعددی دارند . بعضی از رس ها می توانند سیالات حفاری را متورم و سفت و غلیظ كنند حال آنكه بعضی دیگر به سرمته و لوله های حفاری می چسبند . هر دو نوع از رس های مذكور از سرعت حفاری می كاهند و یا به گونه ای عملیات حفاری را پیچیده می كنند بنابراین تعیین وانتخاب یك رس متورم كننده یا غلیظ كننده و یا تركیبی از هر دو مهم است .