ایزولاسیون حوضچه گل حفاری

 Drilling pond

یکی از عمده کاربرد های ژئوممبران در صنعت نفت ایزولاسیون واحداث حوضچه های گل حفاره ای با ژئوممبران میباشد.

مي‏توانيم چنين فرض كنيم كه 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 لوله‏ هاي حفاري مي‏شد و يا ريزش ديواره چاه باعث گير كردن لوله‏ ها 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. گل حفاري مطلوب …

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.

1-3  وظايف گل حفاري

در بدو پيدايش حفاري چرخشي، وظيفه گل حفاري عمدتاً انتقال كنده‏هاي حفاري از ته چاه به سطح زمين بود. ليكن با توسعه سيستم حفاري دوراني، وظايف گل حفاري نيز سنگين‏تر شده است. اجراي وظايف محوله به گل و سيال حفاري در عمليات حفر چاه آنقدر مهم و اساسي است كه نمي‏توان اهميت آنها را ناديده گرفت به همين دليل بايد در انتخاب و نگهداري و بكارگيري آن دقت لازم را انجام داد.

يك گل حفاري مطلوب و كارساز و مورد نظر در يك حفاري موفقيت‏آميز بايستي داراي اين تواناييها و ويژگي‏ها باشد: (1) تميزكردن ته چاه و انتقال كنده‏هاي حفاري به سطح زمين؛        (2) خنك كردن مته و لوله‏هاي حفاري؛ (3) روان كردن مته و لوله‏هاي حفاري؛ (4) اندود كردن ديواره چاه و جلوگيري از ريزش چاه؛ (5) كنترل فشارهاي زير زميني؛ (6) معلق نگه داشتن كنده‏ها و مواد وزن افزا به هنگام قطع جريان گل حفاري؛ (7) ترخيص شن و كنده‏هاي حفاري بر روي الكهاي لرزان و ساير تجهيزات جدا كننده؛ (8) تحمل قسمتي از وزن لوله‏هاي حفاري و لوله‏هاي جداري؛ (9) به حداقل رسانيدن ضايعات و آسيب‏ها به سازنده‏هاي مجاور چاه و    (10) انتقال توان هيدروليكي پمپ‏هاي گل به مته و بحركت در آوردن تيغه‏هاي متحرك مته.

البته اين وظايف گل در عمليات حفر چاه است. در برخي عملياتهاي جانبي حفر چاه بطور مثال سيمانكاري لوله‏هاي جداري، پكرگذاري، توپك‏راني، كشيدن چاه، تعمير چاه و … علاوه بر اين وظايف، وظايف خاص مورد نياز ديگري نيز به عهده گل حفاري خواهد بود. حال براي اينكه بهتر با وظايف و دلايل استفاده از گل حفاري آشنا شويم هر يك از ده مورد بالا را به تفضيل مورد بحث و مطالعه قرار مي‏دهيم:

1-1-3 تميزكردن ته چاه و انتقال كنده‏هاي حفاري

تميزكردن ته چاه از كنده‏هاي حفاري هنوز هم يكي از مهمترين وظايف گلهاي حفاري بشمار مي‏آيد. گل وقتي كه از جهت‏هاي مته بيرون مي‏آيد بواسطه فوران شديدي كه دارد، سبب تميز شدن ته چاه و لبه‏هاي مته شده و به اين ترتيب هم طول عمر مته بيشتر مي‎‏شود و هم سرعت و بازدهي حفاري را افزايش مي‏دهد. گل همچنانكه در فضاي حلقوي بالا مي‏رود، كنده‏هاي حفاري را با خود حمل كرده و آنها را از ته چاه به سطح زمين مي‏رساند. كنده‏ها همزمان كه به سوي سطح زمين در حركت هستند تحت تأثير نيروي جاذبة زمين نيز هستند و به همين دليل پيوسته تمايل به سقوط و بازگشت مجدد به ته چاه را دارند. اگر سرعت صعود گل در فضاي حلقوي بيش از سرعت سقوط كنده‏ها باشد، در اين صورت مي‏توان انتظار داشت كه كنده‏ها به سطح زمين برسند.

سرعت سقوط كنده‏ها و ذرات جامد گل از يك سو بستگي به شكل هندسي و وزن مخصوص آنها و از سوي ديگر بستگي به گرانروي، خاصيت جنبش مولكولي، وزن و سرعت گل در فضاي حلقوي دارد. توانايي گل در تميز نگاهداشتن ته چاه و انتقال كنده‏هاي حفاري به سطح زمين بستگي بعوامل متعددي دارد. مهمترين عوامل مؤثر در انتقال كنده‏هابه سطح زمين، سرعت گل در فضاي حلقوي، وزن گل و گرانروي گل است.

2-1-3 خنك كردن مته و لوله‏هاي حفاري

در محل مته و نيز در نقاطي از چاه كه لوله حفاري با سازند تماس دارد، در اثر نيروي اصطكاك گرمائي فوق‏العاده زيادي توليد مي‏شود، اگر اين گرما سريعاً منتقل نشود مته مي‏سوزد و لوله‏هاي حفاري در محل تماسشان با سازندها در اثر فرسايش شديد سوراخ مي‏شوند. چون سازند نمي‏تواند اينهمه انرژي گرمايي را انتقال دهد. اين وظيفه را گل به عهده دارد. گل همينطور كه در چاه گردش مي‏كند، حرارت‏هاي توليد شده در نقاط اصطكاك را جذب فاز مايع يا گاز خود مي‏كند و وقتي كه به سطح زمين مي‏رسد، آنها را در هوا رها مي‏كند. به اين ترتيب خود دوباره سرد شده و آماده رفتن بداخل چاه مي‏شود.

3-1-3 روان كردن مته و لوله‏هاي حفاري

گل حفاري تا اندازه‏ بالايي باعث روان شدن مته و لوله‏هاي حفاري در چاه نيز مي‏شود. رسي كه در بيشتر گلهاي حفاري پايه آبي مصرف مي‏شود علاوه بر ساير وظايف خود بعنوان يك روان كننده نيز عمل مي‏كند. آغشتن گل حفاري به نفت يا مواد روان كننده ديگر، خاصيت روان كنندگي آن را افزايش مي‏دهد و سبب كاهش گشتاور پيچشي روي مته و لوله حفاري مي‏شود. با اين همه اگر وزن روي مته بيش از اندازه زياد باشد حتي بهترين گل حفاري آغشته به نفت هم نمي‏توانند جلوي فرسايش و خراب شدن ياتاقانهاي مته را بگيرند. در چنين شرايطي كاربرد روان كننده‏هاي فشار قوي مي‏تواند در رفع مشكل مؤثر باشد.

4-1-3 اندود كردن ديواره چاه               

اندود كردن ديواره چاه و جلوگيري از ريزش آنيك گل حفاري خوب بايد بتواند ديواره چاه را حتي اگر بافتي سست و نامنسجم داشته باشد بوسيلة يك لايه نازك و غيرقابل نفوذ طوري اندود كند كه هم جلوي هرز رفتن گل و صافاب آن بداخل سازند را بگيرد و هم به پايداري و تحكيم سنگهاي سازنده ديواره چاه كمك كند و مانع ريزش آنها به داخل چاه گردد. افزودن بنتونايت و درمان شيميايي گل به منظور ايجاد محيطي يكنواخت از ذرات

جامد و پرهيز از كلوخه‏اي شدن اين ذرات. بخش كلوئيدي گل را تقويت كرده و توانائي گل را در نشاندن اندودي غيرقابل نفوذ بر ديواره چاه را بالا مي‏برد. گاه لازم است كه گل را بوسيله مواد كنترل كننده صافاب گل درمان كرد تا كيفيت اندود از نظر نفوذ ناپذيري بهبود پيدا كند و صافاب گل كاهش يابد.

5-1-3 كنترل فشارهاي زير زميني

در حين حفاري ممكن است با سازندهايي روبرو شويم كه محتوي آب، نفت يا گاز با فشار بسيار زياد باشد. كنترل اين فشارهاي زير زميني به عهده گل حفاري است. يكي از خواص فيزيكي گل ايجاد فشار ستون سيال در چاه است. مقدار اين فشار بستگي به وزن گل و عمق چاه دارد. با تنظيم مناسب وزن گل بوسيلة تنظيم مناسب وزن گل بوسيلة مواد وزن‏افزا، مي‏توان مقدار فشار ستون سيال را طوري تنظيم كرد كه درست مساوي فشار سازند باشد و بتوان آنرا كنترل كرد. اختلاف فشار گل و سازند را اختلاف فشار مي‏گويند. بديهي است كه اگر اين اختلاف فشار مثبت باشد يعني اگر فشار هيدرواستاتيك از فشار سازند بيشتر باشد، خطر شكستن ديواره چاه و بدنبال آن گم شدن گل در سازند وجود دارد و چنانچه اختلاف فشار منفي باشد يعني فشار هايدرواستاتيك از فشار سازند كمتر باشد، خطر جريان يافتن چاه و احتمال فوران آن پيش مي‏آيد.

قابل ذكر است كه شيب فشار طبيعي برابر است با 465/0 پي‏اس‏آي بر فوت و اين برابر با فشار يك ستون سازند آب به بلندي يك فوت است.

6-1-3 معلق نگه داشتن كنده‏ها و مواد وزن‏افزاي گل به هنگام خاموشي پمپ‏ها

در حين عمليات حفاري گاهي ممكن است بعللي ناچار شويم كه پمپ‏هاي گل را خاموش كرده و عمليات را متوقف كنيم. زمان اين توقف بسته به دليل آن ممكن است چند دقيقه باشد و يا چند ساعت و حتي چند روز باشد. بهر حال در عرض اين توقف كه گل از گردش باز ايستاده است، كنده‏ها و ذرات جامد موجود در آن مي‏توانند در چاه ته نشين شده و مته و بخش بزرگي از لوله‏هاي حفاري را در زير خود مدفون سازد و ادامه حفاري را غيرممكن يا دست كم بسيار مشكل سازد. ليكن اگر گل به اندازه كافي وزن و گرانروي و بندش مولكولي و نيروي استحكام ژلاتيني داشته باشد، آنگاه مي‏توان انتظار داشت كه گل در تمام طول مدت سكون، شن و ساير ذرات جامد حفاري شده را در خود معلق نگه داشته و هر يك رادر محل خود قفل كرده و تا گردش مجدد، مانع ته نشين شدن آنها شود.

7-1-3 ترخيص شن و كنده‏هاي حفاري روي الك لرزان

يك گل حفاري خوب بايد به گونه‏اي باشد كه وقتي از چاه بيرون مي‏آيد و روي تورهاي لرزان ريخته مي‏شود، كنده‏هاي حفاري و شن‏ها بتوانند براحتي از آن جدا شوند تا مجدداً بداخل چاه باز نگردد.

ترخيص شن روي توريهاي لرزان حائز اهميت بسيار است. زيرا شن فوق‏العاده فرساينده است و اگر از محيط گل خارج نشود و مجدداً وارد پمپها بشود، سبب فرسودگي شديد و سريع قطعات آنها و اتصالات لوله‏ها مي‏گردد. درصد شن در گل حفاري را سند كونتنت گويند و بويژه در هنگام حفاري سازندهاي شني بايد پيوسته اندازه‏گيري شود و اين درصد هرگز نبايد از دو درصد تجاوز كند.

8-1-3 تحمل بخشي از وزن لوله‏هاي حفاري و لوله‏هاي جداري

هر چه حفاري عميق‏تر شود، وزن لوله‏هاي حفاري و لوله‏هاي جداري كه بايد در چاه وارد شوند بيشتر شده و فشار وارد بر دستگاههاي نگهدارنده آنها در روي دكل نيز افزايش پيدا مي‏كند. از آنجا كه لوله‏ها در چاه ناچار در دكل قرار خواهند گرفت پس تحت تأثير خاصيت شناورسازي گل يعني بويانسي افكت، به اندازه وزن گل هم حجمشان از وزن آنها كاسته خواهد شد. اين كاهش وزن لوله‏ها كه توسط گل تحمل مي‏شود به نفع جرثقيل‏هايي است كه در روي دكل، لوله‏ها را آويزان نگه داشته است. بديهي است كه هر چه وزن گل زيادتر شود لوله‏ها سبك‏تر مي‏شود يا بعبارت ديگر وزن ظاهري آنها كمتر مي‏شود.

9-1-3 به حداقل رسانيدن ضايعات وارد بر سازند‏هاي مجاور چاه

به منظور حفاظت از سازندها، تثبيت كليه خواص گل حفاري در سطحي مطلوب، يك ضرورت است. با اين همه گاه بايد خواص گل را فدا كرد تا در عوض اطلاعات كافي پيرامون سازند حفاري شده بدست آورد. به عنوان مثال، نمك اگر چه گل را منقلب كرده و صافات يا فيلتريد آن را افزايش مي‏دهد ليكن اگر قرار است در چاه نمودار الكتريكي گرفته شود، براي دريافت نتايج صحيح از اين دستگاه بايد مقاومت گل را كنترل كرد و اين امر با افزودن نمك به گل ميسر است.

همچنين افزودن نفت به گل اگر چه كارآيي و ضريب توليد چاه را بهتر مي‏كند، ليكن همين نفت، در كار زمين شناسي اختلال ايجاد مي‏كند و بايد از مصرف آن در گل حفاري خودداري و صرفه نظر كرد.

10-1-3 انتقال توان هيدروليك پمپ‏ها به مته

گل حفاري محيط پيوسته‏اي است كه توان توليد شده در پمپ‏ها را به نوك مته منتقل مي‏كند و ضمن اين كار، بخشي از اين توان را بصورت حرارت در قسمتهاي مختلف مسير حركت خود از دست مي‏دهد. بنابراين، همة توان توليد شده در پمپ‏ها به سر مته نمي‏رسد. بلكه فقط قسمتي از آن بنام توان مفيد به مته مي‏رسد و در آنجا مصرف مي‏شود. در هنگام برنامه‏ريزي براي تهيه يك گل حفاري به هيدروليك آن بايد توجه كافي نمود. اين به اين معني است كه سرعت گردش گل و خواص فيزيكي آن و همچنين نوع ذرات جامد معلق در گل و درصد آنها را طوري بايد در نظر گرفت كه از كل توان پمپ‏ها فقط اندكي بصورت گرما تلف شودو بيشتر آن در مته و براي تميز كردن ته چاه مصرف شود

 

تصفیه بیولوژیک پساب های نفتی

فرآیند اکتشاف نفت شامل فعالیت هایی برای شناسایی و دستیابی به ساختارهای ژئولوژیک حاوی نفت است. از گل های حفاری پایه آبی، روغنی و سنتزی در عملیات حفاری نفت برای خارج کردن سنگ‌های کنده شده از اطراف مته و آوردن آن‌ها به سطح، ایجاد شناوری برای وسایل و تجهیزات درون چاه و ایجاد فشار بر چاه جهت جلوگیری از فوران چاه استفاده می شود.

گل های پایه روغنی، بنیان نفتی مانند گازوئیل دارند و علی رغم مزیت های استفاده از آنها نسبت به سایر سیالات، استفاده از آنها نیاز به مراقبت های ویژه دارد زیرا باعث آلودگی محیط زیست با ترکیبات هیدروکربنی می شوند و مدیریت و تصفیه پسماندهای حاصل از گل های پایه روغنی هزینه بالایی دارد. میانگین حجم پساب گل پایه روغنی، ۲۸۰۰ بشکه برای هر چاه تخمین زده می شود که محتوی سنگ های کنده شده هنگام حفاری زمین و پساب نفتی است. اجرای یک روش تصفیه و دفع پساب سازگار با محیط زیست در مکان حفاری، هزینه حفاری را کاهش داده و آلودگی های زیست محیطی را به حداقل می رساند. شستشوی کنده ها، سوزاندن مواد آلاینده و سیستم استخراج با حلال، علی رغم هزینه بالا، کارایی لازم را در تصفیه پساب ندارند. پاکسازی زیستی (Bioremediation) به عنوان یک روش مقرون به صرفه و ایمن زیست محیطی مورد توجه است. در این روش باکتری ها و سایر میکروارگانیسم ها، هیدروکربن های نفتی را به ترکیبات بی خطری نظیر اسیدهای چرب، دی اکسیدکربن و آب تجزیه می کنند.در حال حاضر تنها سیستم مورد قبول در کشورهای پیشرفته پاکسازی زیستی است.

بیورمدیشن پساب چاه های نفتی برای اولین بار در ایران توسط آقای دکتر غلامحسین ابراهیمی پور، دانشیار گروه میکروبیولوژی دانشکده علوم زیستی دانشگاه شهید بهشتی در کیش، اهواز، دارخوین و اروندکنار با موفقیت انجام شد. تصاویر زیر مراحل پاکسازی زیستی پساب های نفتی ناشی از حفاری چاه نفت در دارخوین و آب تیمور در استان خوزستان را نشان می دهد. در این روش میزان گازوئیل و دیگر ترکیبات نفتی آلاینده به صفر، COD یا (Chemical Oxygen Demand) - نیاز به اکسیژن شیمیایی – و (BOD5 (Biochemical Oxygen Demand – نیاز به اکسیژن بیوشیمیایی در یک دوره ۵ روزه – پساب کاهش یافته و به استانداردهای بین المللی رسانده می شود. پاکسازی زیستی یک فرآیند تجزیه میکروبی ساده نیست بلکه شامل فرآیندهای بیوشیمیایی پیچیده است و قابلیت اجرای آن قبل از بردن در مقیاس بزرگ باید بررسی شود. این سیستم تصفیه یک روش پیچیده مهندسی شده است که معمولا ۵ قسمت دارد:

-       یک مخزن بتنی برای جدا کردن سنگ های کنده شده هنگام حفر چاه از پساب

-       تاسیساتی برای جمع آوری و تیمار پساب آلوده به نفت

-       مکانی برای نگهداری گل حفاری

-       بیوراکتور با سیستم هوادهی و همزن

-       تاسیساتی برای تخلیه پساب تصفیه شده

 

Arsambana co. All rights reserved © Arsambana Engineers Group