1-1 : تاريخچه گل حفاري
گل حفاري تاريخچه طولاني و گوناگوني از گذشته دور دارد. ولي بطور اجمالي در آغاز، چينيها فهميدند كه گل داراي دو كاربرد مهم دارد. نخست اينكه آنچه در سازند وجود دارد را نرم ميكند و دوم اينكه گل حفاري به بالا آوردن كندهها از ته چاه كمك شاياني ميكند. در سيستمهايي كه تا سال 1846 و حتي بعد از آن براي استخراج نفت از آبهاي جاري استفاده ميشد، هنوز كسي از خواص گل حفاري اطلاعي نداشت. در سال 1890 مردي بنام چاپمن اشارهاي به اين موضوع نمود كه جرياني از آب و مقداري از مواد پلاستيكي ميتواند شكلي خاص به ديوارة چاه داده و آنرا مستحكم تر كند و اين آغاز مهندسي مدرن در تاريخ گل حفاري بود. چاپمن بعدها به يكي ديگر از كاربردهاي گل حفاري دست يافت و آن عبارت بود از اينكه ميتوان بوسيلة گل حفاري از هرز روي آب بدون لايههاي سازند جلوگيري نمود. و نيز با استفاده از مواد خاصي ديواره چاه را اندود كرد. چاپمن همچنين اين موضوعرا كه خاك رس، پوست گندم، حبوبات، سيمان و مواد مشابه را ميتوان بكار گرفت آشكار ساخت.
ميتوانيمچنين 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 ميشد. 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 هرزروي گل زياد ميشد يا اندود گل تشكيل شده باعث گير كردن لولههاي حفاري ميشدو يا ريزش ديوارهچاه باعث گير كردن لولهها ميگشت، هيچ نوع موادافزودني مؤثري براي كنترل خواص فيزيكي گل وجود نداشت.
میتوانیم چنین فرض کنیم که گلهای حفاری ساخته شده توسط جامدات چاه، یا خیلی سنگین بودند و یا گرانروی زیادی داشت و تنها آب برای رقیق کردن آن استفاده میگرفت. اگرگرانروی گل کاهش مییافت یا از درون مخازن ذخیره به سیستم گل جدید افزوده میشد و یا حفاری با همان گل رقیق ادامه مییافت و اگر وزن گل اندک بود چاه فوران میکرد و اگر هرز روی گل زیاد میشد یا اندود گل تشکیل شده باعث گیر کردن لولههای حفاری میشد و یا ریزش دیوارة چاه باعث گیر کردن لولهها میگشت، هیچ نوع مواد افزودنی مؤثری برای کنترل خواص فیزیکی گل وجود نداشت.
13 سال بعد از ظهور نخستین گل حفاری لوکاس در سال 1901 در اسپیندل تاپ برای مباحثه در مورد سیالات حفاری و مطرح کردن آن بعنوان یک ضرورت در صنعت حفاری حضور پیدا کرد. این مسئله در سال 1914 از تحقیقات وسیعی توسط پولارد و هگبورک کشف گردید که از گل فوقالعاده غلیظی برای حفاری توسط دکلهای ضربهای در ایالت اوکلاهاما استفاده میشده است.
مشکل پولارد و هگبورک، توسعه روشی برای بهبود کیفیت حفاری با روش ضربهای، به منظور جلوگیری از ضایعات اضافی گاز که بهنگام حفاری گازی با روش ضربهای صورت میگرفته، بود. در این روش تنها مقدار کمی سیال بدرون چاه فرستاده میشد. آنها توصیه میکردند که برای جلوگیری از فوران چاه به منظور کنترل فشار هیدرو استاتیکی از گل خاک رس غلیظ استفاده کنند. ترکیب و خواص سیالات خاک رسی، توسط آنها عرضه شد و احتمالاً در آن زمان در روش حفاری دورانی نتایج مطلوبی را بدست داده است. گل مطلوب به گلی گفته میشود که به اندازه کافی غلیظ باشد تا بتواند منافذ طبقات و ماسهها را طوری مسدود نماید که سیال نتواند بدرون آنها نفوذ نماید. گل مطلوب گلی است که توانایی انسداد منافذ ماسه و جلوگیری از ریزش دیواره چاه و کنترل فشارهای گاز را داشته باشد.
تاریخ جدید سیالات حفاری یعنی زمانی که تلاش برای کنترل خواص گل با استفاده از مواد افزودنی طراحی شد در سال 1921 آغاز گردید. استراود در سال 1921 در تلاش بود که وسیلهای بیابد که گل را آنقدر سنگین نماید که با کنترل فشار گاز از فوران جلوگیری نماید. چندین فوران شدید و آتش سوزیهای مهلک به هنگام حفاری با گل سبک و گاز خورده اتفاق افتاده بود. استراود متوجه شد که نمونههای برگشتی گل در مخازن، در مناطق گازی، وزنی معادل 5/10 تا 11 پوند در گالن داشته و بسیار چسبناک هستند. بطوریکه بحدی میرسیدند که قابل تلمبه شدن نبودند. این نوع گل در اثر این اتفاقات فوران میکرد.
در آزمایشگاه کشف شد که ذرات ریز اکسید آهن علاوه بر سنگین کردن وزن گل (15 تا 18 پوند در گالن) براحتی قابل تلمبه شدن است. این مواد برای استفاده در صنعت توصیه شده و مقدار زیادی از آن در مناطق گازی آلکاتراس جنوبی و لویزیانای شمالی بکار گرفته شد و نتایج خوبی هم داشت. استفاده از اکسید آهن به چند دلیل مورد اعتراض کارگران حفاری قرار گرفت که در بین این دلایل رنگ تیره و ایجاد لک به روی پوست توسط این ماده جالب توجه بود.
در سال 1922 باریت تحت آزمایش قرار گرفت و مطلوبتر از اکسید آهن برای سنگینتر کردن گل تشخیص داده شد. استراود در ضمن، این واقعیت را که وزن مخصوص زیاد اکسید آهن و سولفات باریم باعث تهنشین شدن و ایجاد اشکالاتی در کنترل میشود را بیان نمود.
بطور کلی میتوان تاریخچه گل حفاری رادر شش مرحله خلاصه کرد:
مرحله اول (از سال 1914 تا 1920): تعاریف مختلف برای گل حفاری از افراد مختلف ارائه میشد و به آن صورت استفاده از گل حفاری عمومیت پیدا نکرده بود.
مرحله دوم (از سال 1920 تا 1930): در این سالها شرکتهای گل حفاری شروع به کار کردند و هر کدام موادی را برای استفاده در گل حفاری وارد بازار نمودند.
مرحله سوم (از سال 1930 تا 1940): در این سالها شرکتها توانستند ابزاری را جهت انجام آزمایشات مختلف بر روی گل حفاری ارائه نمایند.
مرحله چهارم (از سال 1940 تا 1955): توسعه ویژگیها و ابزارهای سیستم گل حفاری مانند مخازن مدرن، آخورک گل، تفنگهای گل و … پیشرفتهایی بود که در طی این سالها صورت گرفت.
مرحله پنجم (از سال 1955 تا 1970): پیدایش مهندسی گل بدین معنی که کلاسهای درسی برای افراد تحصیل کرده ابلاغ شد و فرمولها یکی بعد از دیگری درباره گل عرضه شد.
مرحله ششم (از سال 1970 به بعد): که امروزه مشاهده میکنیم کهدر سیستم گل و خواص گل چه تغییرات و پیشرفتهایی بوجود آمده است.
بهر حال، هدف از ارائة این فصل آشنایی با گل حفاری و وظایف آن و معرفی انواع گل حفاری و نیز ارائة آزمایشات مختلف مورد استفاده جهت بدست آوردن میزان کمی و کیفی خواص گل حفاری میباشد. مهندس حفاری همواره نگران انتخاب و نگهداری سیال حفاری مورد استفاده برای حفاری است. سیالات حفاری ارتباط مستقیم با مشکلات حفاری دارند. اگر سیالات حفاری دارای خواص مورد نظر نباشند، نباید آنها را مورد استفاده قرار داد. کارکرد سیستم گل حفاری در موفقیت عملیات حفاری سهم بسزائی دارد چرا که میتوان آنرا بعنوان مثالی مشابه دستگاه گردش خون در بدن انسان دانست که وظایف محوله به این سیستم در حفاری به همان مهمی وظایف سیستم گردش خون و خود خون در تداوم حیات انسان است.
2-1 : وظایف گل حفاری
در بدو پیدایش حفاری چرخشی، وظیفه گل حفاری عمدتاً انتقال کندههای حفاری از ته چاه به سطح زمین بود. لیکن با توسعه سیستم حفاری دورانی، وظایف گل حفاری نیز سنگینتر شده است. اجرای وظایف محوله به گل و سیال حفاری در عملیات حفر چاه آنقدر مهم و اساسی است که نمیتوان اهمیت آنها را نادیده گرفت به همین دلیل باید در انتخاب و نگهداری و بکارگیری آن دقت لازم را انجام داد.
یک گل حفاری مطلوب و کارساز و مورد نظر در یک حفاری موفقیتآمیز بایستی دارای این تواناییها و ویژگیها باشد:
(1) تمیزکردن ته چاه و انتقال کندههای حفاری به سطح زمین
(2) خنک کردن مته و لولههای حفاری
(3) روان کردن مته و لولههای حفاری
(4) اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش چاه
(5) کنترل فشارهای زیر زمینی
(6) معلق نگه داشتن کندهها و مواد وزن افزا به هنگام قطع جریان گل حفاری
(7) ترخیص شن و کندههای حفاری بر روی الکهای لرزان و سایر تجهیزات جدا کننده
(8) تحمل قسمتی از وزن لولههای حفاری و لولههای جداری
(9) به حداقل رسانیدن ضایعات و آسیبها به سازندههای مجاور چاه
(10) انتقال توان هیدرولیکی پمپهای گل به مته و بحرکت در آوردن تیغههای متحرک مته
البته این وظایف گل در عملیات حفر چاه است. در برخی عملیاتهای جانبی حفر چاه بطور مثال سیمانکاری لولههای جداری، پکرگذاری، توپکرانی، کشیدن چاه، تعمیر چاه و … علاوه بر این وظایف، وظایف خاص مورد نیاز دیگری نیز به عهده گل حفاری خواهد بود. حال برای اینکه بهتر با وظایف و دلایل استفاده از گل حفاری آشنا شویم هر یک از ده مورد بالا را به تفضیل مورد بحث و مطالعه قرار میدهیم:
1-2- 1 تمیزکردن ته چاه از کندههای حفاری هنوز هم یکی از مهمترین وظایف گلهای حفاری بشمار میآید. گل وقتی که از جهتهای مته بیرون میآید بواسطه فوران شدیدی که دارد، سبب تمیز شدن ته چاه و لبههای مته شده و به این ترتیب هم طول عمر مته بیشتر میشود و هم سرعت و بازدهی حفاری را افزایش میدهد. گل همچنانکه در فضای حلقوی بالا میرود، کندههای حفاری را با خود حمل کرده و آنها را از ته چاه به سطح زمین میرساند. کندهها همزمان که به سوی سطح زمین در حرکت هستند تحت تأثیر نیروی جاذبه زمین نیز هستند و به همین دلیل پیوسته تمایل به سقوط و بازگشت مجدد به ته چاه را دارند. اگر سرعت صعود گل در فضای حلقوی بیش از سرعت سقوط کندهها باشد، در این صورت میتوان انتظار داشت که کندهها به سطح زمین برسند.
2-2-1 : سرعت سقوط کندهها و ذرات جامد گل از یک سو بستگی به شکل هندسی و وزن مخصوص:
آنها و از سوی دیگر بستگی به گرانروی، خاصیت جنبش مولکولی، وزن و سرعت گل در فضای حلقوی دارد. توانایی گل در تمیز نگاهداشتن ته چاه و انتقال کندههای حفاری به سطح زمین بستگی بعوامل متعددی دارد. مهمترین عوامل مؤثر در انتقال کندههابه سطح زمین، سرعت گل در فضای حلقوی، وزن گل و گرانروی گل است.
3-2-1 : خنک کردن مته و لولههای حفاری
در محل مته و نیز در نقاطی از چاه که لوله حفاری با سازند تماس دارد، در اثر نیروی اصطکاک گرمائی فوقالعاده زیادی تولید میشود، اگر این گرما سریعاً منتقل نشود مته میسوزد و لولههای حفاری در محل تماسشان با سازندها در اثر فرسایش شدید سوراخ میشوند. چون سازند نمیتواند اینهمه انرژی گرمایی را انتقال دهد. این وظیفه را گل به عهده دارد. گل همینطور که در چاه گردش میکند، حرارتهای تولید شده در نقاط اصطکاک را جذب فاز مایع یا گاز خود میکند و وقتی که به سطح زمین میرسد، آنها را در هوا رها میکند. به این ترتیب خود دوباره سرد شده و آماده رفتن بداخل چاه میشود.
4-2-1 : روان کردن مته و لولههای حفاری
گل حفاری تا اندازه بالایی باعث روان شدن مته و لولههای حفاری در چاه نیز میشود. رسی که در بیشتر گلهای حفاری پایه آبی مصرف میشود علاوه بر سایر وظایف خود بعنوان یک روان کننده نیز عمل میکند. آغشتن گل حفاری به نفت یا مواد روان کننده دیگر، خاصیت روان کنندگی آن را افزایش میدهد و سبب کاهش گشتاور پیچشی روی مته و لوله حفاری میشود. با این همه اگر وزن روی مته بیش از اندازه زیاد باشد حتی بهترین گل حفاری آغشته به نفت هم نمیتوانند جلوی فرسایش و خراب شدن یاتاقانهای مته را بگیرند. در چنین شرایطی کاربرد روان کنندههای فشار قوی میتواند در رفع مشکل مؤثر باشد.
5-2-1 : اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش آن
یک گل حفاری خوب باید بتواند دیواره چاه را حتی اگر بافتی سست و نامنسجم داشته باشد بوسیله یک لایه نازک و غیرقابل نفوذ طوری اندود کند که هم جلوی هرز رفتن گل و صافاب آن بداخل سازند را بگیرد و هم به پایداری و تحکیم سنگهای سازنده دیواره چاه کمک کند و مانع ریزش آنها به داخل چاه گردد. افزودن بنتونایت و درمان شیمیایی گل به منظور ایجاد محیطی یکنواخت از ذرات جامد و پرهیز از کلوخهای شدن این ذرات. بخش کلوئیدی گل را تقویت کرده و توانائی گل را در نشاندن اندودی غیرقابل نفوذ بر دیواره چاه را بالا میبرد. گاه لازم است که گل را بوسیله مواد کنترل کننده صافاب گل درمان کرد تا کیفیت اندود از نظر نفوذ ناپذیری بهبود پیدا کند و صافاب گل کاهش یابد.
6-2-1 : کنترل فشارهای زیر زمینی
در حین حفاری ممکن است با سازندهایی روبرو شویم که محتوی آب، نفت یا گاز با فشار بسیار زیاد باشد. کنترل این فشارهای زیر زمینی به عهده گل حفاری است. یکی از خواص فیزیکی گل ایجاد فشار ستون سیال در چاه است. مقدار این فشار بستگی به وزن گل و عمق چاه دارد. با تنظیم مناسب وزن گل بوسیلة تنظیم مناسب وزن گل بوسیلة مواد وزنافزا، میتوان مقدار فشار ستون سیال را طوری تنظیم کرد که درست مساوی فشار سازند باشد و بتوان آنرا کنترل کرد. اختلاف فشار گل و سازند را اختلاف فشار میگویند. بدیهی است که اگر این اختلاف فشار مثبت باشد یعنی اگر فشار هیدرواستاتیک از فشار سازند بیشتر باشد، خطر شکستن دیواره چاه و بدنبال آن گم شدن گل در سازند وجود دارد و چنانچه اختلاف فشار منفی باشد یعنی فشار هایدرواستاتیک از فشار سازند کمتر باشد، خطر جریان یافتن چاه و احتمال فوران آن پیش میآید.
قابل ذکر است که شیب فشار طبیعی برابر است با 465/0 پیاسآی بر فوت و این برابر با فشار یک ستون سازند آب به بلندی یک فوت است.
7-2-1 : معلق نگه داشتن کندهها و مواد وزن افزای گل به هنگام خاموشی پمپها
در حین عملیات حفاری گاهی ممکن است بعللی ناچار شویم که پمپهای گل را خاموش کرده و عملیات را متوقف کنیم. زمان این توقف بسته به دلیل آن ممکن است چند دقیقه باشد و یا چند ساعت و حتی چند روز باشد. بهر حال در عرض این توقف که گل از گردش باز ایستاده است، کندهها و ذرات جامد موجود در آن میتوانند در چاه ته نشین شده و مته و بخش بزرگی از لولههای حفاری را در زیر خود مدفون سازد و ادامه حفاری را غیرممکن یا دست کم بسیار مشکل سازد. لیکن اگر گل به اندازه کافی وزن و گرانروی و بندش مولکولی و نیروی استحکام ژلاتینی داشته باشد، آنگاه میتوان انتظار داشت که گل در تمام طول مدت سکون، شن و سایر ذرات جامد حفاری شده را در خود معلق نگه داشته و هر یک رادر محل خود قفل کرده و تا گردش مجدد، مانع ته نشین شدن آنها شود.
8-2-1 : ترخیص شن و کندههای حفاری روی الک لرزان
یک گل حفاری خوب باید به گونهای باشد که وقتی از چاه بیرون میآید و روی تورهای لرزان ریخته میشود، کندههای حفاری و شنها بتوانند براحتی از آن جدا شوند تا مجدداً بداخل چاه باز نگردد.
ترخیص شن روی توریهای لرزان حائز اهمیت بسیار است. زیرا شن فوقالعاده فرساینده است و اگر از محیط گل خارج نشود و مجدداً وارد پمپها بشود، سبب فرسودگی شدید و سریع قطعات آنها و اتصالات لولهها میگردد. درصد شن در گل حفاری را سند کونتنت گویند و بویژه در هنگام حفاری سازندهای شنی باید پیوسته اندازهگیری شود و این درصد هرگز نباید از دو درصد تجاوز کند.
9-2-1 : تحمل بخشی از وزن لولههای حفاری و لولههای جداری
هر چه حفاری عمیقتر شود، وزن لولههای حفاری و لولههای جداری که باید در چاه وارد شوند بیشتر شده و فشار وارد بر دستگاههای نگهدارنده آنها در روی دکل نیز افزایش پیدا میکند. از آنجا که لولهها در چاه ناچار در دکل قرار خواهند گرفت پس تحت تأثیر خاصیت شناورسازی گل یعنی بویانسی افکت، به اندازه وزن گل هم حجمشان از وزن آنها کاسته خواهد شد. این کاهش وزن لولهها که توسط گل تحمل میشود به نفع جرثقیلهایی است که در روی دکل، لولهها را آویزان نگه داشته است. بدیهی است که هر چه وزن گل زیادتر شود لولهها سبکتر میشود یا بعبارت دیگر وزن ظاهری آنها کمتر میشود.
102--1 : به حداقل رسانیدن ضایعات وارد بر سازندهای مجاور چاه
به منظور حفاظت از سازندها، تثبیت کلیه خواص گل حفاری در سطحی مطلوب، یک ضرورت است. با این همه گاه باید خواص گل را فدا کرد تا در عوض اطلاعات کافی پیرامون سازند حفاری شده بدست آورد. به عنوان مثال، نمک اگر چه گل را منقلب کرده و صافات یا فیلترید آن را افزایش میدهد لیکن اگر قرار است در چاه نمودار الکتریکی گرفته شود، برای دریافت نتایج صحیح از این دستگاه باید مقاومت گل را کنترل کرد و این امر با افزودن نمک به گل میسر است.
همچنین افزودن نفت به گل اگر چه کارآیی و ضریب تولید چاه را بهتر میکند، لیکن همین نفت، در کار زمین شناسی اختلال ایجاد میکند و باید از مصرف آن در گل حفاری خودداری و صرفه نظر کرد.
11-1 : انتقال توان هیدرولیک پمپها به مته
گل حفاری محیط پیوستهای است که توان تولید شده در پمپها را به نوک مته منتقل میکند و ضمن این کار، بخشی از این توان را بصورت حرارت در قسمتهای مختلف مسیر حرکت خود از دست میدهد. بنابراین، همة توان تولید شده در پمپها به سر مته نمیرسد. بلکه فقط قسمتی از آن بنام توان مفید به مته میرسد و در آنجا مصرف میشود. در هنگام برنامهریزی برای تهیه یک گل حفاری به هیدرولیک آن باید توجه کافی نمود. این به این معنی است که سرعت گردش گل و خواص فیزیکی آن و همچنین نوع ذرات جامد معلق در گل و درصد آنها را طوری باید در نظر گرفت که از کل توان پمپها فقط اندکی بصورت گرما تلف شودو بیشتر آن در مته و برای تمیز کردن ته چاه مصرف شود.
3-1: گل حفاری
سیستم گل حفاری در عملیات حفاری با ترکیب خاص خود یکی ز مهم ترین قسمت های عملیات حفاری می باشد و سهم بسزایی در این عملیات ایفا می کند . بدون داشتن سیستم گل حفاری ، حفاری عملیات امکان پذیر نمی باشد . گلی که جهت آغاز حفاری مصرف شود ، در محل های مختلف متفاوت می باشد. بعضی اوقات می توان آب مصرف نمود در حالیکه گاهی اوقات گل مناسبی باید به کار برده شود . طبقات سطحی بعضی نواحی از شن ها و قلوه سنگ ها ی کم مقاومت تشکیل شده اند که در این صورت گل تقریبا غلیظی لازم است تا از شسته شدن طبقات جلوگیری کرده ، خرده سنگ ها را به سطح زمن برساند و دیواره پایداری برای چاه به وجود آورد .
جهت حفاری طبقات سطحی معمولا از گل طبیعی استفاده می شود که در این صورت مصرف مقدار زیادی آب جهت پایین نگه داشتن وزن و غلظت گل ضروری خواهدبود .
در اعماق پایین تر که جهت بالا اوردن خرده سنگ ها به غلظت و خاصیت ژلاتینی بیشتر برای گل نیاز است ، بنتونایت استفاده می شود . این ماده همچنین قشری به نام کیک روی دیواره به وجود می آوردکه گذشته از ازدیاد مقاومت دیواره در برابر ریزش باعث جلوگیری از نفوذ آب گل به داخل طبقات نیز می شود .
غلظت گلی که مخلوط مواد شیمیایی دیگری نداشته باشد می تواند به وسیله کمی فسفات کنترل شود . باید توجه داشت که مصرف مقدار زیاد فسفات ها می تواند باعث بالا بردن غلظت گل شود . در صورت استعمال زیاد فسفات یا تغییر نوع فسفات با سود سوز آور مصرف شود . به همین سبب وجود متخصص گل در چنین شرایطی ضروری می باشد .
جهت پایین آوردن غلظت این نوع گل ها ، امروزه بیشتر ، لینگوسولفونات کروم مصرف می شود که بسیار موثر می باشد ولی به علت گرانی قیمت مصرف آن ، باید حتما به دستور گل شناس انجام شود .
گل حفاری یک سیستم کلوئیدی است که از دو فاز تشکیل شده است که عبارتند از :
1- فاز مایع گل حفاری
2- فاز جامد گل حفاری
فاز جامد محلول های آبی که درصد حجمی آنها از 1 تا 2 درصد شروع می شود ( در گل هایی با مواد جامد کم) و تا 5 درصد ادامه می یابد (در گل های ی بسیار سنگین)مرکب از دو قسمت است :
1- جامدات فعال
2- جامدات غیر فعال
فاز جامدات فعال گل های حفاری آبی مرکب از رس های تجاری ، رس های طبیعی و رس های محلی ویژه می باشد .4-1: انواع گل های حفاری
ترکیب گل های حفاری بسیار متنوع است و طبقه بندی آنها بور دلخواه انجام گرفته است .
به هر حال گل ها را عموما بر پایه ترکیب فاز پیوسته مایع آنها به ترتیب زیر طبقه بندی می کنند :
1- گل های پایه آبی
2- گل های پایه روغنی
3- گل های پایه گازی
گاهی اوقات گل ها را بر حسب اجزای تشکیل دهنده آنها تقسیم بندی می کنند مانند گل های روغنی که درواقع شیمیایی یکی از اجزای تشکیل دهنده این گل ها می باشد و تمام انواع گل های حفاری از اجزای زیر تشکیل شده اند :
مایع (آب ، روغن و یا هر دو ) مواد جامد غیر کلوئیدی ( باریت ) ومواد جامد کلوئیدی (خاک رس ) امروزه سعی شده و می شود که بیشتر از گل های امولسیونی آن هم از نوع روغنی استفاده شود . به کارگیری گل های امولسیونی روغنی در حفاری فوایدی دارد که به شرح زیر می باشد :
- پیچش جهتی لوله های حفاری را تا 50 درصد کاهش می دهد .
- افت فشار در پمپ ها به علت تمیز شدن ابزار درون چاه کاهش می یابد .
- هنگام حفاری در طبقات رسی احتمال ریزش کمتر است .
- سرعت حفاری را بیشتر می کند .
- دوام سر مته ها را زیادتر کرده و از قفل شدن مخروط سر مته جلوگیری می کند .
1-5 : گل های پایه گازی
در این گل ها فاز پیوسته گل را هوا نیتروژن یا گاز تشکیل می دهد و مقدار مایع همراه این گل از 5/2 درصد کمتر است .
گل های پایه گازی عبارتند از :
1- هوای خشک
22- نیتروژن
3- سیال مه گون
4- کف
5- کف پایدار
در حفاری با گل های پایه گازی ، زمان کار دستگاه حفاری کاهش یافته و رشته جداری محافظ را می توان در عمق کمتری نصب کد . به علاوه خارج لوله های جداری ، گل ، کرایه دستگاه حفاری در صورت هرزروی گل به حداقل می رسد .
5-1-1 : حفاری با هوا یا گاز :
در مناطقی که سازندهای کم آب( یا سازند گاز خشک ) غیر ریزشی هستند ، مانند ناحیه آغاز در ایران با کاربرد هوا یا گاز ( یا مخلوطی از هر کدام با یک مایع ) بیشترین سرعت مته بدست می آید (حتی خیلی بیشتر از آب و گل حفاری ) جزئی بودن فشار هیدرواستاتیک سیال در محل مته ، اثر حبس کننده را به حداقل می رساند و در نتیجه اثر حبس کننده منفی ( فشار در سازند از فشار درون چاه بیشتر است ) رخ می دهد که همان پدیده پرش کندهاست که با برخورد به دیواره به دیواره های مته ، خرده می سایند و به حالت انفجاراز کف چاه کنده می شوند . این امر باعث می شود که مته های کند با همان سرعت مته های نیز حفاری کنند .
: 1-5-2کاربرد حفاری با هوا یا گاز
1- حفاری سازندهای خشک
2- ناحیه های خشک که درآنهاآب نادر باشد .
3- لایههایی که هرزرویهای کامل درآنهااتفاق می افتد(سازندهای شکافدار یا نواحی گسل خورده )
4- جلوگیری از صدمه زدن به سازند در حین حفاری (حفاری زیر فشار تعادلی )
5- مناطقی که حفاری آنها هزینه براست به عبارتی مناطقی که حاوی گازکمحجم پر فشار یا آب کم حجم پر فشار باشند .
6- سازندهایی که آن قدر متخلخل هستند که تاب تحمل فشار ستون آب را نداشته باشند .
در این سیستم حفاری ، تجهیزات دکل فرق نمی کند به جز کمپرسورها یا نیرویگاز طبیعی که برای گردش گل لازم است . پمپ های گلو کمپرسورها با تغییرات معینی می توانند همزمان استفاده شوند .
: 1-5-3مزایای استفاده از هوا یا گاز :
1- سرعت حفاری افزایش می یابد
2 - نیازی بهایجاد مخزن و پمپ برای گل حفارینیست
3- اگر در حین حفاری به لایه حاوی سیال برسیم به سرعت معلوم می شود .
4- عمرسر متهدر استفادهاز هوای فشرده بیشتر از حفاری با گل است .
5- دبی تولیدی چاه های تکمیلی ححفره باز افزایش می یابد .
6 - در سازندهای شکافدار سرعت حفاری عمودی افزایش می یابد .
: 1-5-4مشکلات استفاده از هوا یا گاز
1 - ممکن است باعث انفجار وآتش سوزی شود .
2- به دلیل وزن مخصوص کمتر ، کنترل فشار طبقات مشکل است .
3- وجوداکسیژن و انیدرید کربنیک در هواباعث خوردگی و فرسایش می شوند .
4- در سازندهای شکاف دار سرعت حفاری حفره عمودیافزایش می یابد .
5- خارج سازی مانده از چاه بسیار مشکل است .
6- اندازه حفره چاه بدلیل ریزش دیواره افزایش می یابد .
7- وجود آب در سازندهای آبدار ، حفاری با هوا یا گاز را مشکل تر می کند .
: 1-5-5مشکل وجود آب
وجود آب مانع حفاری با هوا نیست ولی آن را مشکل تر می کند . اگر چه این احتمال هست که در سازندهای کهن زمین شناسی ، حفاری چاه های کم عمق با هوا مشکلی نداشته باشد ولی با عمیق شدن چاه ، دیر یا زود به آب می رسیم در حفاری با هوا کنده های مته به صورت ابری از گرد و غبار کهبه سطح زمین می رسند اگر مته به سازند آبده برسد نتیجه طبیعی تبدیل گردو غبار به گل است .
اگر جریان آب ازسازند خیلی کم باشد (3-2 بشکه آب در ساعت) گل تشکیل شده از مخلوط آب و کنده ها بصورت مایع نبوده و مثل گل حفاری خاصیت جریان و گردش ندارد . بلکه بصورت یک توده خمیری ( پلاستیکی) بوده و ممکن است مته و دالیز را مسدود نماید .
: 1-5-6طریقه رفع مشکل
1- می توان آب بیشتری به چاه تزریق کرد تا توده خمیری بصورت سیال قابل جریان باشد و ا چاه خارج شود چاه هایی وجود داشته که با (600-300 بشکه در ساعت)آب همراه با هوا (2000 فوت مکعب در دقیقه ) حفاری شده اند این حالت را آب هوا زده حفاری می گویند . در این حالت فشار هیدواستاتیک کمتر از نرمال و سرعت حفاری ببود .
2- مواد کف زا یا صابون مایع حفاری به کار برد تا آب وارد شده تبدیل به کف غلیظ و قابل کنترل شود .
3- یک گاز مثل سیلیکان تترافلوراید که جاذب رطوبت است در سازند آبده تزریق گردد تا از ترکیب آن با آب یک ماده مسدود کننده حاصل و مانع ادامه ورود سازند به چاه شود .
4- گاهی به جریان هوا استثارت کلسیم افزوده می شود . این ترکیب ذرات را می پوشاند به طوریکه اطراف مته را گلی نکنند.
1-6 :سیال حفاری نوع mist :
در این گونه گل ها از کف برای خارجکردن خرده های حفاری استفاده می شود . در سازندهای آبدار ، کنده ها سبب گلی شدن مته و اطراف آن می گردند . جهت رفع مشکل ، مقداری آب و مواد کف زا قبل از ورود گاز به رشته حفاری ، هوا یا گاز خشک اضافه می کنند که در نهایت یک سیال دو فازی شبیه مه تشکیل می شود . این سیال مه گون سبب تمیز شدن مته و سر مته می گردد . در این نوع حفاری ، سرعت در فضای حلقوی بالاست.
: 1-6-1موارد استفاده
الف) هنگام حفاری یک زون مرطوب از این سیستم استفاده می شود .
ب) بر حسب مقدارآبی که باید به بالا حمل شود (آب + مواد بازدارنده + کف ) در لوله هوا تزریق می شود .
ج) میزان هوا 50-20 درصد بیش از حفاری با هوای خشک افزایش داده می شود .
آب اضافی به دو منظور استفاده می شود :
1- کف و مواد بازدارنده را داخل چاه هدایت می کند .
2- در صورت تولید آب کم (3-2 بشکه در ساعت ) مایع کافی جهت جلوگیری از چسبندگی کنده ها فر اهم می کند .
- جایی که نفت وجود دارد ایمنی رعایت می گردد و سرعت حفاری نسبت به حفاری با هوای خشک 15-10 درصد کاهش داده می شود .
- بازگشت از لوله خروجی در ابتدا mist خواهد بود ( برای 20بشکه در ساعت یا کمتر )
- در سرعت های بیشتر هم mist و هم آب صابون از لوله خروجی خواهد آمد .
- بالا آوردن آب بیش از 50بشکه در ساعت اقتصادی نیست مگر در شرایط هرزروی کامل گل یا شرایط غیر عادی دیگر .
د) بعد از مدت معینی حفاری با این سیستم ، شیل در اثر خیس شدن ، واکنش داده وریزش می کند .
مواد بازدارندهکف فرصت بیشتری جهت ادامه حفاری با کف را می دهد .
این سیستم شبیه کف بازدارنده می باشد با این تفاوت که بنتونایت ( که با ایجاد پوشش ) از حلقه چاه محافظت می کند ) نیز افزوده می شود . : 1-7حفاری با کف
کف ، علاوه بر خاصیت تمیزسازی حفره چاه ، کیک گل نازکی روی دیواره ایجاد می کند که تاحدودی باعث پایداری دیواره چاه می شود . این سیستم حفاری در سنگ های پایدار استفاده می شود .
: 1-7-1حفاری با کف پایدار
جهت تغلیظ کف و در نتیجه بهبود تمیز سازی و پایداری بیشتر حفره چاه ، بنتونایت یا پلیمرهای خاصی با دوغاب تزریقی مخلوط می گردد .
8-1 : خصوصیات گل حفاری
برای آنکه گل حفاری بتواند وظایفی را که به عهده دارد به خوبی انجام دهد باید از مظر خواص فیزیکی و شیمیایی در شرایط مناسبی باشد . اندازه گیری این خواص طبق آزمایش های استاندارد API مهندس گل را متوجه کوچک ترین تغییرات کرده و او را قادر می سازد که با خنثی کردن این تغییرات ، گل را در وضعیت مناسب خود نگه دارد و چگونگی آزمایش آن به شرح زیر است :
1-8-1: خواص فیزیکی گل حفاری :
وزن گل : وزن گل با فشار سازندهایی که در آن ها حفاری می شود نسبت مستقیم دارد از این نظر حفاری در هر طبقه از زمین با گلی با وزن معین صورت می گیرد . مثلا ، در سازند گچساران که فشار طبقات آن فوقوالعاده زیاد است وزن گل حفاری گاهی از 155 پوند بر فوت مکعب تجاوز می کند . در آغاجاری نیز وضع به همین منوال است . وزن گل معمولا بر حسب پوند بر فوت مکعب (PCf) یا پوند بر گالن (ppg) گزارش می شود .
