DRILLING FLUID
نویسنده : رضا سپهوند - ساعت ۱:۳٢ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٤/٢/۳۱
 

رئولوژی سیالات حفاری

Reheology به معنای علم حرکت از دو کلمه یونانی Reho (جریان) و Logy (علم) تشکیل شده است برای آنکه حرکتی صورت گیرد باید نیرویی بر جسمی وارد شود، با وارد شدن این نیرو بر جسم تغییر شکل صورت می‌گیرد.

هرگاه این تغییر شکل برگشت ‌پذیر باشد به آن elastic (فنری)،  ولی چنانچه تغییر شکل برگشت‌ناپذیر باشد به آن plastic گویند، حال چنانچه نیروی وارده باعث جریان یافتن آن ماده شود به آن سیال گویند.

سیال:

اگر دو سطح روی هم داشته باشیم و ماده‌ای درون آنها قرار گرفته شده باشد، هرگاه سطح پایینی ثابت و سطح بالایی متحرک باشد وقتی صفحه فوقانی به مساحت A توسط نیروی F با سرعت یکنواخت مخالف صفر حرکت کند می‌توان گفت که ماده موجود بین دو صفحه یک سیال است.

در این صورت تنش برشی  بر ماده مورد نظر وارد می‌شود به عبارتی ماده‌ای که در اثر تنش برشی هر چند ناچیز بطور دائم تغییر شکل دهد سیال نامیده می‌شود. تنش برشی در یک نقطه حد نیروی برشی وارد بر سطح است وقتی که این سطح به قدر کافی کوچک و به یک نقطه تبدیل شود.

نیروی «F» با سطح «A» و سرعت V نسبت مستقیم و با ضخامت سیال نسبت معکوس دارد بنابراین خواهیم داشت:

 

با اضافه کردن ضریب  می‌توان نوشت:

 ضریب تناسب و نشان‌دهنده خاصیت لزجت سیال است.                                 

 

 

 

در این صورت تنش برشی متوسط عبارت است از حاصل تقسیم نیروی برشی بر سطح،

 پس خواهیم داشت:                                                                              تنش برشی       

                                                                                                                  

 

با توجه به رابطه‌های بالا می‌توان گفت تنش برشی تغییرات سرعت بر تغییرات مسافت می‌باشد که به این معادله قانون لزجت نیوتن گویند.

تعریف سیال مواد غیر سیال را در بر نمی‌گیرد مثلاً یک ماده پلاستیکی متناسب با مقدار نیروی وارد بر آن به میزان معینی تغییر شکل می‌دهد ولی این تغییر شکل با گذشت زمان پیوسته نیست در صورتی که در سیالات تغییر شکل با گذشت زمان پیوسته است اگر بین دو صفحه خلاء ایجاد کنیم میزان تغییر شکل در هر لحظه صعودی و یا اگر بین دو صفحه ماسه قرار دهیم بدلیل وجود اصطکاک به نیروی معینی برای ایجاد حرکت پیوسته نیاز خواهیم داشت لذا پلاستیک‌ها و جامداتی که خاصیت elastic دارند در طبقه‌بندی سیالات قرار نمی‌گیرند.

سیالات را می‌توان به دو گروه نیوتنی و غیرنیوتنی تقسیم کرد. در سیالات نیوتنی بین تنش برشی و سرعت تغییر شکل زاویه‌ای رابطه خطی وجود دارد اما در سیالات غیرنیوتنی رابطه میان تنش برشی متوسط و سرعت تغییر شکل زاویه‌ای غیرخطی است.

اگر به رابطه گرانروی نیوتن توجه شود در خواهیم یافت که گرانروی با تنش برشی نسبت مستقیم دارد گرانروی بنابر تعریف خاصیتی از سیال است که در مقابل حرکت و یا به عبارت دیگر تنش برشی مقاومت از خود نشان می‌دهد.

گرانروی گازها با افزایش درجه حرارت نسبت مستقیم ولی گرانروی مایعات با افزایش درجه حرارت نسبت عکس دارد به نظر می‌رسد علت اصلی گرانروی مایعات وجود جاذبه مولکولی باشد زیرا با افزایش دما جاذبه مولکولی کم شده و گرانروی پائین می‌آید.

 

- جریان سیالات:

ذرات جامدی که درون سیالات به حرکت در می‌آیند تحت تاثیر دو نیروی اصلی هستند:

1) نیروی ثقل

2) نیروی هیدرودینامیک

بطور کلی حرکت مواد در جریان سیال تابع قانون ثقل است این نیرو در جهت محیط ‌های پست‌تر اثر می‌کند یعنی همیشه تمایل به سقوط اجسام دارد. بطور مثال در یک چاه که مانند یک استوانه است سقوط ذرات به پائین را در پی دارد البته هیچ‌گاه حرکت سیال را نمی‌توان تابع مایع کامل دانست زیرا در مایع کامل غلظت همیشه تقریباً صفر است.

 نیروی دیگری که مدنظر است نیروی هیدرودینامیک می‌باشد. در چاه‌های حفاری عملاً این نیرو همان نیروی پمپها است که باعث شکست G.S شده و حرکت سیال را بوجود می‌آورد این نیرو در پائین از نوک مته باعث صعود ذرات جامد سیال می‌شود که همیشه مقدار این نیروی صعودی باید از نیروی ثقل بیشتر باشد و از آنجا که این نیروی هیدرودینامیک ایجاد سرعت می‌کند پس در جداره جاه این سرعت  (Annular velocity) بسیار مهم بوده و کنده‌های حفاری زمانی در سطح ظاهر می‌شوند که سرعت صعود آنها از سرعت سقوطشان بیشتر باشد در جریان سیال به جزء اثر غلظت باید از تاثیر سایشی جداره نیز صحبت کرد. در یک محیط بسته استوانه‌ای جریان سیال تحت تاثیر نیروی سایشی جداره قرار دارد. در قسمت نزدیک جداره نیرویی عکس جهت حرکت بر سیال وارد می‌شود. این نیرو بر سطوح نزدیک به جداره و تا حدی به قسمت‌های درونی منتقل شده و در نتیجه سرعت‌های مختلفی به نسبت فاصله از جداره در سیال پیدا می‌شود. بطوری که برای نشان دادن حرکت عمومی ذرات یک سیال در محیطی بسته نمی‌توان از یک سرعت بلکه باید از سرعت‌های مختلف گفتگو کرد مثلاً در چاه‌های حفاری از آنجا که لوله‌هایی با سایزهای مختلف داریم (D.P-D.C) همچنین لوله های جداری با سایزهای مختلف پس باید دانست که سرعت سیال در هر قسمت می‌تواند متفاوت باشد.

قابل ذکر است که برای حمل کنده‌ها توسط یک سیال به جزء سرعت صعود و غلظت، اندازه و شکل هندسی ذرات نیز مهم است.

بطور کلی دو نوع جریان سیال قابل بررسی می‌باشد.

1) جریان تیغه‌ای (آرام)            Flow Laminar

2) جریان آشفته (درهم)           Flow Turbulent

چنانچه سرعت سیال در هر مقطعی ثابت بماند یعنی نسبت به زمان تغییر نکند، جریان را آرام گویند که در آن ذرات بطور منظم حرکت می‌کنند ولی در جریان در هم ذرات سیال بطور نامنظم حرکت کرده و سرعت سیال نسبت به زمان تغییر می‌کند و موجب می‌شود که اندازه حرکت از یک بخش سیال به بخش دیگر انتقال یابد اگر سرعت یا دبی جریان زیاد باشد جریان آرام پایدار نبوده و تبدیل به جریان در هم خواهد شد.

جریان آرام به عنوان جریانی تعریف می‌شود که در آن سیال بصورت لایه لایه حرکت کرده و هر لایه به آرامی بر لایه مجاور خود (بدلیل تعادل مولکولی اندازه حرکت) می‌لغزد ولی در جریان متلاطم حرکت ذرات سیال درهم است و تبادل اندازه حرکت به دلیل حرکات متقاطع صورت می‌گیرد.

ماهیت جریان یا به عبارت دیگر آرام یا متلاطم بودن و موقعیت نسبی آن در یک مقیاس که نشان‌دهنده جریان درهم به جریان آرام است به وسیله عدد رینولدز نشان داده می‌شود.

- عدد رینولدز: رینولدز طبق آزمایشات و تحقیقات خود به این نتیجه رسید که نوع جریان به سرعت، جرم حجمی، گرانروی سیال و همچنین به اندازه قطر استوانه بستگی دارد و رابطه زیر را تعریف کرد.

 

جرم حجمی =

عدد رینولدز Re=

قطر استوانه= d

غلظت =

سرعت V=              

طبق این فرمول هرگاه گرانروی عدد بزرگی باشد جریان بصورت آرام (Laminar) و هرگاه نیروهای حرکتی (جرم و سرعت) عدد بزرگی باشند آنگاه عدد رینولدز بزرگ بوده و جریان بصورت درهم (turbulent) خواهد بود.

وقتی که گرانروی و نیروهای حرکتی (جرم و سرعت) یکسان باشند جریان ناپایدار و به اصطلاح یک حالت انتقالی خواهد داشت. عدد رینولدز بدون واحد و جریان‌ها براساس این عدد به شکل زیر تقسیم می‌شوند.

آرام                                                                                              Re<2100  Laminar

انتقالی                                                                Transitional 2100<Re<4100

متلاطم                                                                            Turbulent   Re>4100

 

 

 

 

 

 

 

 

- تعادل یونی آب و PH:

آب مقطر به مقدار کم یونیزه می‌شود و در آن تعادل یونی برقرار است.

 

در هر لیتر آب از یک مول آن فقط  مول به شکل فوق یونیزه بوده و می‌توان نوشت:                                                                                       

و چون رابطه یونی فوق‌ تعادلی است می‌توان قانون تعادلها را برای آن در نظر گرفت.

 

چون غلظت یونی آب یونیزه شده ثابت است و حاصلضرب  نیز عددی ثابت می‌شود آن را با  نشان می‌دهیم و می‌توانیم بنویسیم:

 

اگر عدد مربوط به  را در رابطه  قرار دهیم خواهیم داشت:

 

این رابطه درمورد تمامی محلولها صدق می‌کند از آنجا که در محلول‌های مختلف اسیدی و بازی تغییرات  بسیار وسیع است و از 1 الی  مول در لیتر تغییر می‌کند، حال می‌توان به جای این اعداد منفی، از لگاریتم آنها استفاده کرد که آن را PH می‌نامیم. PH نشان‌دهنده قدرت یا پتانسیل یون هیدروژن می‌باشد پس غلظت  در یک محلول را برحسب مقیاس PH بیان کرده و آن را به صورت زیر تعریف می‌کنیم:

 

به عبارت دیگر PH لگاریتم منفی غلظت یون هیدروژن است. پس اگر داشته باشیم:  آنگاه می‌توان نوشت:

 

بنابراین برای یک محلول خنثی خواهیم داشت:

 

باید به خاطر داشت که PH به نمای 10 مربوط است و بنابراین غلظت یون  محلولی دارای 1=PH صد برابر غلظت یون  در محلولی دارای 3=PH است و سه برابر آن نیست.

علاوه بر این چون PH به نمای منفی مربوط است هر اندازه مقدار PH پایین‌تر باشد غلظت یون  بیشتر است. در 7=PH محلول خنثی و محلول‌های دارای PH پائین‌تر از 7 اسیدی و محلولهای دارای PH بالاتر از 7 قلیائی‌اند.

با تعیین PH یک سیال حفاری می‌توان خواص رئولوژی آن سیال را در محیط‌ های اسیدی یا بازی مورد بررسی قرار داد و به گزینه مطلوب یک سیال جهت حفاری دست یافت. اصولاً سیالات حفاری در محیط‌ های بازی به بهترین خاصیت رئولوژی خود می‌رسند. علت این مسئله ساختار مواد جامد مفید مورد استفاده در این سیالات می‌باشد. همچنین PH بالای 7 یکی از عوامل مهم در جلوگیری از خوردگی فلزات است.

یون هیدروکسیل توانایی خنثی کردن یون  سولفید هیدروژن (H2S) را دارا می‌باشد و از شکنندگی فلزات توسط این گاز جلوگیری می‌نماید (اگر انتظار برخورد با گاز  در حین حفاری می‌رود باید PH را بالای 11 نگه داشت).

نکته: انحلال کلسیم با افزایش PH کم می‌شود و منیزیم موجود در آبهای رودخانه‌ای و دریا در محدوده PH=10 رسوب می‌کند.

PH بالا می‌تواند باعث کلوخه‌ای شدن ذرات جامد  موجود در گل شود و این همان مشکلی است که موقع آلودگی گل با سیمان اتفاق می‌افتد و باعث بالا رفتن Y.P ،  G.S، F.L می‌گردد این مشکلات بخاطر افزایش ناگهانی PH بوجود می‌آید و افزایش کلسیم در این نوع آلودگی، تاثیر چندانی در بوجود آمدن مشکلات بالا ندارد.

 

 

 

 

 

 

 

- آلکالینیتی (Alkalinity)

برای اینکه به بهترین کارآیی مواد در PH بالای 7 رسید توجه به آلکالینیتی بسیار مهم است. آلکالینیتی مشابه PH نیست، یک باز قوی مانند کاستیک سودا با اضافه شدن به آب خالص می‌تواند رابطه بین PH و آلکالینیتی را نشان دهد (جدول 1)

 اندازه‌گیری آلکالینیتی  (و دیگر مقادیر) برای محاسبه یونهای هیدروکسیل ()، بی‌کربنات () و کربناتها () مورد استفاده قرار می‌گیرد.

رابطه آلکالینیتی یک محلول با PH مانند رابطه ظرفیت گرمایی با دما می‌باشد.

آلکالیتینی قدرت تشکیل یک باز بوسیله یک اسید را به ما نشان می‌دهد، این فرآیند مقدار اسیدی را نشان می‌دهد که باید مقدار PH محلول را تا مقدار معینی کاهش دهد. محلولهای مختلف نیاز به مقدار اسیدهای مختلف جهت کاهش PH دارند درست مانند اجسام مختلف که نیاز به مقدار مختلف تخلیه حرارتی جهت کاهش دمای خود دارند.

دو نمونه آلکالینیتی که بطور معمول اندازه‌گیری می‌شوند عبارتند از :

آلکالینیتی  عبارت است از مقدار اسیدسولفوریک 0.02 نرمال به سی‌سی جهت کاهش PH یک سی‌سی عصاره گل تا 8.3 ، که تغییر رنگ معرف فنل فتالئین پایان آزمایش خواهد بود.

آلکالینیتی  عبارت است از مقداری از همان اسید که برای کاهش PH محیط تا 4.3 لازم است که تغییر رنگ معرف متیل اورنژ پایان آزمایش خواهد بود.

مفهوم تیتراسیون یا کاهش PH با مقادیر ذکر شده بخاطر حضور یونهای کربنات و بی‌کربنات در بسیاری از عصاره‌های گل می‌باشد. یون کربنات () با اسید واکنش داده و یون بی‌کربنات () را تشکیل می‌دهد. این رویداد زمانی انجام می‌پذیرد که PH محیط تا 8.3 کاهش یافته باشد. همچنین در این PH تمام یونهای هیدروکسیل باید خنثی شده باشند.

 به عنوان نتیجه آلکالینیتی () اندازه‌گیری خاصیت قلیایی مشترک یونهای هیدروکسیل و کربنات می‌باشد به محض پائین آوردن PH تا 4.3  اسید با یونهای بی‌کربنات واکنش داده تا آنها را به آب و  تبدیل کند از نتیجه این دو آلکالینیتی می‌توان مقدار یون‌های هیدروکسیل، کربنات‌ها و بی‌کربنات‌های (اگر یون‌های مزاحم دیگری وجود نداشته باشند) درون محلول را محاسبه کرد.

متاسفانه در بسیاری از عصاره گلها، اسیدهای آلی و یونهای بافری مانند کرومات وجود داشته و در اندازه‌گیری آلکالینیتی  دخالت می‌کنند.

افزایش غلظت یونهای کربنات و بی‌کربنات درون یک گل باعث افزایش قدرت ژله‌ای گل می‌شود و این با افزایش مواد تینری قابل حل نخواهد بود. این مسئله باعث نیاز به رقیق سازی بیشتر جهت کنترل خواص رئولوژی گل داشته که متعاقباً باعث بالا رفتن هزینه گل خواهد شد.

 نشانه شروع این مشکل بالا رفتن  و کاهش PH می‌باشد. یکی از نشانه‌های پائین‌آمدن PH نیاز بیش از حد معمول به مواد افزاینده ، برای رسیدن به حد مطلوب PH خواهد بود. اگر این قضیه اتفاق بیفتد شاهد بالا رفتن ژل ده دقیقه‌ای خواهیم بود جهت درمان باید کلسیم اضافی به سیستم اضافه نمائیم (مانند آهک)، کلسیم با یون کربنات تشکیل رسوبی بنام  داده و منبع این مشکل را حذف می‌کند.

وقتی که PH گل در محدوده مناسب نگه داشته شود و غلظت یونهای کربنات و بی‌کربنات به پائین ترین حد ممکن برسد خواص رئولوژی گل ثابت بوده و گل به درمان شیمیائی احتمالی جواب می‌دهد.

علاوه بر آلکالینیتی عصاره گل یک آلکالینیتی دیگر نیز باید مشخص شود و آن آلکالینیتی خود گل می‌باشد () آزمایش این نوع آلکالینیتی مانند آزمایش فیلتریت بوده با این تفاوت که به جای عصاره از خود گل استفاده می‌شود.

هدف از این آزمایش تعیین نمودن ظرفیت و ذخیره آلکالینیتی گل می‌باشد.

مقدار یون هیدروکسیل () موجود در آب گل، مشابه یونهای موجود در عصاره گل می‌باشد اگر کسر حجمی آب گل که از دستگاه Ritort kit بدست می‌آید در  ضرب شود نتیجه باید مقدار آلکالینیتی فاز مایع را نشان دهد.

این عدد اگر از  کم شود آلکالینیتی حاصل از ذرات جامد را نشان می‌دهد و چنانچه این عدد در 0.26 ضرب شود سهم آلکالینیتی ذرات مواد جامد به عنوان معادل غلظت آهک آزاد درون گل به واحد  بدست خواهد آمد.

 

باید توجه داشت اگر نمک‌های آلی مانند لیگناتها و یا استات‌ها و یا اسیدهای آلی در محیط باشند نتیجه  برای شناسایی آلودگی بی‌کربناتها و کربناتها قابل اعتماد نخواهد بود که در آن صورت اندازه‌گیری  برای محاسبه مقدار کربنات و بی‌کربنات درون گل مورد استفاده قرار می‌گیرد و مقدار کمک خواهد کرد که آلودگی‌هایی نظیر کربنات و بی‌کربنات و دی‌اکسید کربن را تحت کنترل قرار دهید.

جدول 1: رابطه بین PH و Alkalinity برای آب خالص

 

(PPM)

 

( (cc 0.02N-

NaOH

(lb/bbl)

PH

0.0017

0.000005

0.0000014

7

0.017

0.00005

0.000014

8

0.17

0.0005

0.00014

9

1.7

0.005

0.0014

10

17

0.05

0.014

11

170

0.5

0.14

12

1700

5

1.4

13

17000

50

14

14

 





نوع مطلب :
برچسب ها :
لینک های مرتبط :

یکشنبه 10 خرداد 1394 :: نویسنده :
چهارشنبه 28 شهریور 1397 05:03 ب.ظ

Fantastic data, Thanks a lot.
cialis super acti tesco price cialis weblink price cialis sialis dosagem ideal cialis cialis generico cialis generique generic cialis 20mg tablets generic for cialis buy cialis cheap 10 mg
سه شنبه 27 شهریور 1397 01:54 ب.ظ

Wow quite a lot of beneficial material!
generic cialis at the pharmacy cialis 5 mg buy cialis online rx cialis para comprar low cost cialis 20mg enter site natural cialis cialis generika in deutschland kaufen cialis 20 mg buy brand cialis cheap warnings for cialis
پنجشنبه 15 شهریور 1397 01:39 ق.ظ

Lovely content. Many thanks!
cialis tablets canadian cialis prescription doctor cialis cialis for sale in europa cialis patentablauf in deutschland cialis professional from usa cialis free trial cialis pills cialis wir preise generic cialis soft gels
سه شنبه 13 شهریور 1397 02:52 ق.ظ

Thank you. Terrific information.
can you buy viagra at the store generic sildenafil viagra 100mg viagra cheap no prescription viagra online rx safe buy viagra online usa viagra online pharmacy viagra prices herbal viagra buy viagra online safe
دوشنبه 12 شهریور 1397 07:21 ب.ظ

Effectively spoken really! .
200 cialis coupon tadalafil cialis for sale south africa viagra vs cialis vs levitra cialis 5 mg schweiz cialis billig price cialis per pill can i take cialis and ecstasy cialis official site cialis australia org
دوشنبه 12 شهریور 1397 12:49 ق.ظ

Regards! Excellent stuff!
cialis generic tadalafil buy prescription doctor cialis recommended site cialis kanada female cialis no prescription cialis generico online cialis for sale cialis professional yohimbe cialis 20 mg cut in half we recommend cialis info cialis daily dose generic
یکشنبه 11 شهریور 1397 11:58 ق.ظ

You expressed that exceptionally well!
only now cialis for sale in us the best choice cialis woman 200 cialis coupon cialis cipla best buy cialis canada on line cipla cialis online generic cialis 20mg uk acheter du cialis a geneve ou trouver cialis sur le net cialis online deutschland
دوشنبه 7 خرداد 1397 01:55 ق.ظ

Amazing stuff, Thank you.
warnings for cialis price cialis best cialis australia org online cialis canadian drugs generic cialis cialis generico milano no prescription cialis cheap brand cialis nl cialis 5mg billiger recommended site cialis kanada
سه شنبه 11 اردیبهشت 1397 11:09 ق.ظ
купить фитнес резинки харьков
эластичная лента для фитнеса купить украина
купить резинку для фитнеса цены
черная резинка для фитнеса
купить фитнес резинки в украине
سه شنبه 4 اردیبهشت 1397 02:48 ق.ظ

You actually expressed it well!
cheap viagra uk canadian viagra online can i buy viagra without a prescription buy viagra pills online buy viagra sample can you actually buy viagra online how to get cheap viagra how do you buy viagra getting viagra uk buy viagra europe
جمعه 3 فروردین 1397 02:31 ب.ظ

You actually said that very well.
we recommend cialis best buy cialis tablets for sale cialis pills boards we choice cialis pfizer india generic cialis 20mg uk cialis online how to purchase cialis on line fast cialis online cialis cuantos mg hay free cialis
یکشنبه 27 اسفند 1396 09:33 ب.ظ

Awesome forum posts. Many thanks.
look here cialis cheap canada tadalafil 20 mg cialis generico in farmacia cialis patent expiration cialis generic tadalafil buy discount cialis cialis 5 mg para diabeticos cialis generico cialis generic tadalafil buy cialis authentique suisse
جمعه 13 مرداد 1396 04:34 ب.ظ
continuously i used to read smaller articles or reviews that
also clear their motive, and that is also happening with this paragraph
which I am reading now.
یکشنبه 4 تیر 1396 09:37 ب.ظ
core از خود نوشتن در حالی که صدایی دلنشین اصل آیا واقعا
کار خوب با من پس از برخی از زمان.
جایی در سراسر جملات شما در واقع موفق به
من مؤمن متاسفانه فقط برای کوتاه در
حالی که. من با این حال کردم مشکل خود را با فراز در
مفروضات و یک ممکن است را خوب به پر همه کسانی شکاف.
که شما که می توانید انجام من خواهد
بدون شک تا پایان تحت تاثیر
قرار داد.
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر


نمایش نظرات 31 تا 44
درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ :
آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :
امکانات جانبی