حفاری-سیالات حفاری-تاریخچه گل حفاری

[Milad Zamanzadeh]

http://kishindustry.com/
حفاري

كندن چاه و رسيدن به هدف مورد نظر را حفاري مي گويند حفاري يكي از كارهاي پيچيده و گران و طاقت فرسا وتخصصي در صنعت نفت بشمار مي رود. هر كاري كه ما قبل از حفاري انجام داده باشيم در صورتي كه عمل حفاري بدرستي انجام نگيرد بي فايده است.
بنابراين به حفاري خيلي اهميت مي دهند قبل از حفاري ما فقط با تخيل و فرضيات مختلف لايه ها و عمق ها را تعيين مي كنيم ولي در حفاري واقعاً به اينها مي رسيم زمين شناس، مهندس راه و ساختمان، حفار و … همه دست به دست هم مي دهند تا حفاري به طور مداوم انجام شود. چون هزينه دكل و لوازم حفاري خيلي گران است.بنابراين حفاري در سه نوبت و بطور 24 ساعته انجام مي گيرد.
تعيين محل حفاري نيز مهم است مثلاً فاصله آن از مناطق مسكوني، چاههاي مجاور، مسكوني فشار قوي برق و ….. كه اينها همه تخصصي و مخصوص به خود را دارند بعد از تعيين محل مهندس راه و ساختمان اقدام به نصب كردن وسايل مورد نياز، اتاق ها، جاده و … مي كند سپس دكل به منطقه آورده مي شود و عمل بطور 24 ساعته انجام مي شود. عمل حفاري بوسيله دکل صورت ميگيرد . اين دکل ابتدا بصورت جدا از هم به محل آورده ميشود . سپس آن را در محل سر هم کرده و آمده حفاري ميکنند . دکل و وسايل حفاري بصورت کرايه اي و گران قيمت مي باشند بنابراين عمل حفاري بصورت 24 ساعته انجام ميگيرد .

لوازم و قطعات حفاري عبارتند از :

1) Hook
قلاب آويزان از قطعات و رشته هاي بالا و پايين رو و متصل به دکل حفاري

2) Swivel
دستگاه متصل کننده قسمتهاي دوار داخل چاه و قسمت هاي ثابت در خارج

3) Mud line
لوله قابل انعطاف ( لاستيکي ) جهت انتقال گل حفاري به داخل لوله هاي حفاري

4) Derrick
دکل حفاري

5) Kelly
لوله با قطع 6 ضلعي يا 4 ضلعي که بوسيله يک رابط به ........ و از طرف ديگر به لوله هاي حفاري داخل چاه متصل ميگردد

6) Stand pipe
لوله انتقال گل از داخل پمپها به لوله لاستيکي

7) Kelly bushing
بوشن که با دواران خود ... را به حرکت در مي آورد

8) Rotary table
صفحه دوار

9) Sub-Structure
پايه هاي زير دکل

10) Foundation
پي بتوني زير دکل

11) Seller
چاله اي که جاه در آن حفر ميشود

12) Blow out control
دستگاه جلوگيري کننده از فوران چاه

13) Flow line
لوله انتقال گل برگشتي از داخل چاه به مخازن گل حفاري

14) Shale shaker
محل تفکيک گل حفاري از مواد و سنگ ريزه هاي حفاري شده

15) Screen
توري فلزي يا الک

16) Return tank
مخزن يا محل تجمع گل برگشتي از چاه

17) Mud pump
پمپ هاي ارسال گاز از .... به داخل چاه

18) Casing
لوله هاي ديوار بندي در اندازه هاي مختلف

19) Annulus
مجراي برگشت گل و مواد حفاري شده از چاه به خارج

20) Drill pipe
لوله حفاري که محتوي گل ارسالي به داخل چاه است

21) Bit
مته حفاري

عمل حفاري بصورت 24 ساعته و در 3 نوبت کاري انجام مي شود . ولي همه افرادي که براي حفاري استخدام ميشوند بصورت اقماري هستند و بايد هر زمان که لازم باشد آماده کار باشند . کما اينکه در بعضي موارد حتي تا 3 روز يا بيشتر فرد وقت استراحت ندارد . عمل طاقت فرسا / وقت گير / پر هزينه / خطرناک /الوده کننده محيط زيست /.... انجام ميگيرد تا چاه به نتيجه برسد.
 
سيالات حفاري
 
واژه سيال حفاري به آن دسته از سيالاتي گفته ميشود که در عمليات حفاري و در موارد زير استفاده بشود:
1) خنک و تميز و شفاف کردن و جلا دادن سر مته هه و لوله هاي حفاري
2) معلق نگه داشتن ذرات حفاري در فضاي بين لوله هاي خفاري و چاه (فضاي آنولوس) هنگام متوقف شدن جريان گل حفاري
3) انتقال قطعات حفاري از ته چاه به سطح زمين
4) کنترل فشار طبقات زير زمين و جلوگيري از ورود آنها به چاه
5) پر کردن منافذ ديواره چاه در مواقع ضروري و جلوگيري از هدر رفتن گل حفاري!

اساس گل حفاري را ممکن است آب (Water Based Mud ) يا روغن (Oil Based Mud) يا آب نمک (Salt-Water Based Mud) تشکيل دهد.اما بر حسب ضرورت ممکن است به آن ذرات کلوئيدي مثل خاک رس يا ذرات جامد اضافه شود و در بعضي شرايط استثنايي مواد شيميايي هم اضافه ميکنند.

سيالات حفاري چند دسته ميشوند:
1) مايعات: مايعاتي که به عنوان سيال حفاري مورد استفاده قرار ميگيرند عبارتند از:
- آب خالص
- آب نمک و روغن
آب به دليل ويسکوزيته و چگالي کم آن مناسبترين سيال حفاري براي ايجاد چاه است!آب نمک نسبت به آب خالص مزيت بيشتري دارد چون به دليل وجود نمک در آب (۱۰٪) وزن مخصوص بيشتر و فشار هيدروليکي ايجاد شده بيشتر از آب خالص ميباشد.

2) گل هاي روغني: ترکيبات اصلي اين گونه گلهاي حفاري را هيدروکربن هاي نفتي مخصوصا آنهايي که دماي اشتعال بالايي دارند تشکيل ميدهند و در آن ذرات جامد بصورت معلق است. از اين گلها بيشتر براي حفاري ماسه سنا استفاده ميشود و براي کاهش وزن مخصوص آن کمي روغن به اون اضافه ميکنند.
3) گل هاي امولسيوني
4) گازها: گازهايي که به عنوان سيال حفاري از آنها استفاده ميشود:
- هوا ( تنها گازي كه در عمل استفاده ميشود!)
- متان...نيتروژن...دي اکسيد کربن (استفاده از متان به دليل ميل ترکيبي که با هوا دارد محدود است!)


تاريخچه گل حفاري
مي‏توانيم چنين فرض كنيم كه اولين گل‏هاي حفاري ساخته شده توسط جامدات چاه، يا خيلي سنگين بودند و يا گرانروي زيادي داشت و تنها آب براي رقيق كردن آن استفاده مي‏گرفت. اگرگرانروي گل كاهش مي‏يافت يا از درون مخازن ذخيره به سيستم گل جديد افزوده مي‏شد و يا حفاري با همان گل رقيق ادامه مي‏يافت و اگر وزن گل اندك بود چاه فوران ميكرد و اگر هرز روي گل زياد مي‏شد يا اندود گل تشكيل شده باعث گير كردن لوله‏هاي حفاري مي‏شد و يا ريزش ديوارة چاه باعث گير كردن لوله‏ها مي‏گشت، هيچ نوع مواد افزودني مؤثري براي كنترل خواص فيزيكي گل وجود نداشت.
13 سال بعد از ظهور نخستين گل حفاري لوكاس در سال 1901 در اسپيندل تاپ براي مباحثه در مورد سيالات حفاري و مطرح كردن آن بعنوان يك ضرورت در صنعت حفاري حضور پيدا كرد. اين مسئله در سال 1914 از تحقيقات وسيعي توسط پولارد و هگبورك كشف گرديد كه از گل فوق‏العاده غليظي براي حفاري توسط دكل‏هاي ضربه‏اي در ايالت اوكلاهاما استفاده مي‏شده است.
مشكل پولارد و هگبورك، توسعه روشي براي بهبود كيفيت حفاري با روش ضربه‏اي، به منظور جلوگيري از ضايعات اضافي گاز كه بهنگام حفاري گازي با روش ضربه‏اي صورت مي‏گرفته، بود. در اين روش تنها مقدار كمي سيال بدرون چاه فرستاده مي‏شد. آنها توصيه مي‏كردند كه براي جلوگيري از فوران چاه به منظور كنترل فشار هيدرو استاتيكي از گل خاك رس غليظ استفاده كنند. تركيب و خواص سيالات خاك رسي، توسط آنها عرضه شد و احتمالاً در آن زمان در روش حفاري دوراني نتايج مطلوبي را بدست داده است.
گل مطلوب به گلي گفته مي‏شود كه به اندازه كافي غليظ باشد تا بتواند منافذ طبقات و ماسه‏ها را طوري مسدود نمايد كه سيال نتواند بدرون آنها نفوذ نمايد. گل مطلوب گلي است كه توانايي انسداد منافذ ماسه و جلوگيري از ريزش ديواره چاه و كنترل فشارهاي گاز را داشته باشد.
تاريخ جديد سيالات حفاري يعني زماني كه تلاش براي كنترل خواص گل با استفاده از مواد افزودني طراحي شد در سال 1921 آغاز گرديد. استراود در سال 1921 در تلاش بود كه وسيله‏اي بيابد كه گل را آنقدر سنگين نمايد كه با كنترل فشار گاز از فوران جلوگيري نمايد. چندين فوران شديد و آتش سوزيهاي مهلك به هنگام حفاري با گل سبك و گاز خورده اتفاق افتاده بود. استراود متوجه شد كه نمونه‏هاي برگشتي گل در مخازن، در مناطق گازي، وزني معادل 5/10 تا 11 پوند در گالن داشته و بسيار چسبناك هستند. بطوريكه بحدي مي‏رسيدند كه قابل تلمبه شدن نبودند. اين نوع گل در اثر اين اتفاقات فوران مي‏كرد.
در آزمايشگاه كشف شد كه ذرات ريز اكسيد آهن علاوه بر سنگين كردن وزن گل (15 تا 18 پوند در گالن) براحتي قابل تلمبه شدن است. اين مواد براي استفاده در صنعت توصيه شده و مقدار زيادي از آن در مناطق گازي آلكاتراس جنوبي و لويزياناي شمالي بكار گرفته شد و نتايج خوبي هم داشت. استفاده از اكسيد آهن بچند دليل مورد اعتراض كارگران حفاري قرار گرفت كه در بين اين دلايل رنگ تيره و ايجاد لك به روي پوست توسط اين ماده جالب توجه بود.
در سال 1922 باريت تحت آزمايش قرار گرفت و مطلوبتر از اكسيد آهن براي سنگين‏تر كردن گل تشخيص داده شد. استراود در ضمن، اين واقعيت را كه وزن مخصوص زياد اكسيد آهن و سولفات باريم باعث تهنشين شدن و ايجاد اشكالاتي در كنترل مي‏شود را بيان نمود.
بطور كلي مي‏توان تاريخچه گل حفاري رادر شش مرحله خلاصه كرد:
مرحله اول (از سال 1914 تا 1920): تعاريف مختلف براي گل حفاري از افراد مختلف ارائه مي‏شد و به آن صورت استفاده از گل حفاري عموميت پيدا نكرده بود.
مرحله دوم (از سال 1920 تا 1930): در اين سالها شركت‏هاي گل حفاري شروع به كار كردند و هر كدام موادي را براي استفاده در گل حفاري وارد بازار نمودند.
مرحله سوم (از سال 1930 تا 1940): در اين سالها شركت‏ها توانستند ابزاري را جهت انجام آزمايشات مختلف بر روي گل حفاري ارائه نمايند.
مرحله چهارم (از سال 1940 تا 1955): توسعه ويژگيها و ابزارهاي سيستم گل حفاري مانند مخازن مدرن، آخورك گل، تفنگهاي گل و … پيشرفتهايي بود كه در طي اين سالها صورت گرفت.
مرحلة پنجم (از سال 1955 تا 1970): پيدايش مهندسي گل بدين معني كه كلاسهاي درسي براي افراد تحصيل كرده ابلاغ شد و فرمولها يكي بعد از ديگري درباره گل عرضه شد.
مرحلة ششم (از سال 1970 به بعد): كه امروزه مشاهده مي‏كنيم كه در سيستم گل و خواص گل چه تغييرات و پيشرفتهايي بوجود آمده است.
بهر حال، هدف از ارائة اين فصل آشنايي با گل حفاري و وظايف آن و معرفي انواع گل حفاري و نيز ارائة آزمايشات مختلف مورد استفاده جهت بدست آوردن ميزان كمي و كيفي خواص گل حفاري مي‏باشد. مهندس حفاري همواره نگران انتخاب و نگهداري سيال حفاري مورد استفاده براي حفاري است. سيالات حفاري ارتباط مستقيم با مشكلات حفاري دارند. اگر سيالات حفاري داراي خواص مورد نظر نباشند، نبايد آنها را مورد استفاده قرار داد. كاركرد سيستم گل حفاري در موفقيت عمليات حفاري سهم بسزائي دارد چرا كه مي‏توان آنرا بعنوان مثالي مشابه دستگاه گردش خون در بدن انسان دانست كه وظايف محوله به اين سيستم در حفاري به همان مهمي وظايف سيستم گردش خون و خود خون در تداوم حيات انسان است.