DRILLING FLUID

کنترل موادجامد گل حفاری:

یکی از وظایف گل حفاری بالا آوردن ذرات جامد حفاری شده است ولی باقی ماندن این ذرات جامد درون سیستم گل باعث بروز مشکلات عدیده‌ای می‌شود که از آن جمله می‌توان به تاثیر در خواص رئولوژی گل، کم شدن میزان حفاری، ایجاد Torque و  Drag، افزایش E.C.D  که نتیجه آن افزایش افت فشار سیستم و در نهایت افزایش هرز روی، افزایش گیر اختلاف فشار و ... اشاره کرد.

ذرات جامد درون سیستم گل یا مفید هستند یا غیر مفید، یا فعال هستند و یا از کمترین فعالیت درون سیستم گل برخوردارند. آنچه که در سیستم گل حفاری باید حذف و کنترل شود ذرات جامد غیرمفید چه فعال و یا غیر فعال می‌باشد.

حذف این ذرات یکی از موارد مهم کنترل خواص سیستم گل می‌باشد بر این اساس دانستن اندازه، قطر و وزن ذرات بسیار مهم است.

 

5

Hematite

4.2

Barite

2.6

Bentonite

0.85

Diesel oil

2.7-2.9

Limestone

2.6-2.7

Sand

1

Water (Fresh)

 

واحد اندازه‌گیری ذرات، میکرون () است و یک میکرون برابر 0.001 میلی‌متر و یا  اینچ است.

 

 

اندازه ذرات حفاری شده درون سیستم گل به دلایل زیر مهم است:

1) هرچه ذرات کوچکتر باشند اثر آنها بر روی خواص رئولوژی گل بیشتر است.

2) هرچه ذرات جامد درون گل کوچکتر و فعال‌تر باشند تصفیه و حذف آنها از درون سیستم گل مشکل‌تر است. (ذرات کلوئیدی بطور موثری خواص گل را تحت تاثیر قرار می‌دهند.)

حذف ذرات جامد از سیستم گل می‌تواند به روش‌های زیر صورت گیرد:

- اضافه نمودن آب به سیستم

- ته‌نشین کردن مواد جامد

- استفاده از الک لرزان

- استفاده از Hydrocyclones  و Centrifuges

- اضافه نمودن آب به سیستم:

می‌توان با اضافه شدن ذرات جامد در حین حفاری به گل و اضافه نمودن آب به سیستم و بیرون ریختن حجم معین، درصد ذرات جامد در گل را کنترل کرد.

این روش مخصوصاً در اوایل شروع حفاری و کمیتهای پائین کاربرد دارد. در این روش می‌توان از سیستم باز (یعنی اضافه نمودن آب از یک طرف و بیرون ریختن از سوی دیگر) و یا بصورت باز و بسته (یعنی اضافه نمودن آب و بیرون ریختن به اندازه آب اضافه شده) استفاده کرد.

این روش را می‌توان تا آنجا ادامه داد که حجم ذرات جامد بطور محسوسی افزایش یافته و برای تغییر در ساختار گل حفاری نیاز به مواد مفید دیگری احساس شود در این صورت باید گل موجود در سیستم را بیرون ریخته و مخازن جهت استفاده از سیال مناسب شسته شود.

- ته نشین کردن مواد جامد:

ته‌نشین کردن یکی از روش‌های متداول در حذف ذرات جامد معلق در سیالات می‌باشد.

ته‌نشینی به قطر، اندازه، وزن مخصوص و سرعت سیال بستگی دارد.

بطور معمول اگر مقدار ذرات جامد در گل کمتر از ده درصد باشد (گلهای سبک وزن) می‌توان جهت ته‌نشینی آنها در یک مخزن که حالت سکون در آن رعایت شود (بدون هم‌زن و تفنگی) اقدام کرد. در این حالت ذرات با اندازه‌های بالای 100 میکرون می‌توانند بصورت آزاد سقوط کرده و از سیستم خارج شوند.

اندازه توری

اندازه ذرات به میکرون

طبقه‌بندی ذرات

10

بیشتر از 2000

coarse

60

2000-250

Intermedia

200

250-74

medium

325

74-44

fine

-

44-20

ultrafine

-

2 میکرون یا کمتر از 2 میکرون

colloid

 

از جدول فوق می‌توان نتیجه گرفت که بیرون ریختن مواد کلوئیدی از سیستم گل بسیار مشکل و تا حدودی غیرممکن است.

- استفاده از الک لرزان:

در این روش با استفاده از ارتعاشی که به توریها (vibration Screen) داده می‌شود می‌توان در جهت تصفیه گل از ذرات جامد اقدام کرد. تعیین اندازه توری (Screen Mesh) براساس اندازه ذرات جامد در گل و سرعت حفاری امکان‌پذیر است هرچه ذرات بزرگتر باشند از توری‌هایی با سوراخ های درشت‌تر و هرچه ذرات کوچکتر باشند از توری‌هایی با سوراخ های ریزتر استفاده می‌شود.

امروزه الکهای لرزانی ساخته شده است که توانایی حجم ورودی زیادی از گل را دارند. از نقاط بسیار مثبت این نوع الکهای لرزان در به حداقل رساندن توجه به سرعت حفاری در انتخاب اندازه توری می‌باشد. الکهای لرزان فوق به شما این اجازه را می‌دهند که در هر سرعت حفاری با انتخاب ریزترین توری‌های ممکن در جهت حذف مواد غیرمفید با کمترین وقفه در عملیات حفاری اقدام کنید.

 

 

 

 

- استفاده از Centrifuges , Hydrocyclones:

Cyclone ظرف مخروطی شکلی است که قسمت انتهایی آن سوراخی جهت بیرون ریز مواد (UNDER Flow) تعبیه شده است.

تصفیه ذرات جامد بوسیله centrifuges و Hydrocyclone با استفاده از نیروی گریز از مرکز، میزان تصفیه گل را نسبت به روش ته‌نشینی (براساس وزن مخصوص خود ذرات) بیشتر می‌کند. این روش از قانون مشهور فیزیکی استوکس تبعیت می‌کند اگر گل در وضعیت متحرک قرار بگیرد ژل آن شکسته شده و ذرات به تبع قانون استوکس ته‌نشین می‌گردند. زمانی که ذره در آب با سرعت ثابتی رسوب کند این سرعت به نام سرعت سقوط نامیده می‌شود در چنین حالتی نیروی مقاومتی که از طرف آب بر ذره واد شده و از رسوبگذاری آن جلوگیری می‌کند با نیروی جاذبه که در جهت مخالف عمل می‌کند برابر است. بنابراین ذره از روی سرعت اولیه خود با سرعتی ثابت شروع به سقوط می‌کند.

در واقع سرعت سقوط یک ذره به قطر ذره، وزن مخصوص ذره و وزن مخصوص مایع بستگی دارد هرچه قطر ذره و وزن مخصوص آن زیاد باشد سرعت سقوط آن نیز بیشتر خواهد بود. فرمول ریاضی قانون استوکس به صورت زیر است:

 

وزن مخصوص ذرات جامد                         سرعت ته‌نشینی برحسب

وزن مخصوص مایع                      سرعت جاذبه برحسب    

گرانروی مایع (سانتی‌پوآز-cp) =H                                قطر ذرات جامد برحسب  

 

از این معادله می‌توان به نتایج زیر دست یافت:

هرچه اختلاف بین وزن ذرات جامد و وزن مایع () بیشتر باشد سرعت ته‌نشینی ذرات بیشتر خواهد بود.

هرچه قطر ذرات (ds) بیشتر باشد سرعت ته‌نشینی بیشتر است و هرچه گرانروی مایع کمتر باشد ته‌نشینی مواد سریعتر صورت می‌پذیرد همچنین اگر نیروی وارد بر ذرات (G نیروی جاذبه) بوسیله نیروی مکانیکی بیشتر شود به تناسب آن سرعت ته‌نشینی ذرات بیشتر می‌گردد.

مشاهدات عملیاتی تائید می‌کند که گل با غلظت کم وقتی که با جریان آرام همراه شود باعث تسریع در ته‌نشین شدن ذرات جامد بزرگتر و یا سنگین‌تر می گردد بنابراین حذف ذرات حفاری شده به روش ته‌نشین و یا نیروی گریز از مرکز کاربردی و به صرفه است.

ولی چنانچه گل حاوی ذرات باریت باشد این ماده نیز می‌تواند همراه با ذرات حفاری شده (silt , sand) ته‌نشین گردد. تنها راهی که می‌توان باریت را از بقیه ذرات جامد جدا کرد این است که ذرات باریت بصورت یکنواخت دارای اندازه متفاوتی با اندازه ذرات جامد دیگر داشته باشند.

قانون استوکس نشان‌دهنده آن است که ذرات با وزنهای مختلف و اندازه‌های متفاوت با حجم مشابه دارای میزان ته‌نشین ثابت هستند برای مثال یک ذره sand و یا silt با SG حدود 2.6 که نزدیک به 1.5 برابر بزرگتر از ذرات باریت با وزن مخصوص 4.2 باشد با سرعت مشابهی رسوب می‌کند.                   (3.9=2.6×1.5)

بدین دلیل این ته‌نشینی در مخازن و یا دستگاه‌های هیدروسکلون و سانترفیوژ بطور صحیح و کامل صورت نخواهد گرفت. به عبارت دیگر جدا کردن ذرات silt با قطر 60 میکرون از ذرات باریت با قطر 40 میکرون غیرممکن به نظر می‌رسد.

بنابراین در هنگام استفاده از روش‌های تصفیه فوق باید به اضافه نمودن مواد جامد مفید به سیستم توجه کرد.

اصولاً هر کدام از دستگاه‌های کنترل مواد جامد گل برای نگه داشتن مقدار ذرات جامد حفاری شده درون گل در حد مطلوب و سطح قابل قبول طراحی شده‌اند. این دستگاه‌ها برای جدا کردن ذرات با اندازه‌های معین ساخته شده و ترکیب کردن چند دستگاه کنترل مواد جامد متناسب با ذرات موجود در گل برای داشتن یک عملیات صحیح بسیار مهم است.

 

 

 

بطور معمول برای کنترل مناسب ذرات جامد گل باید مقدار هر یک از انواع مختلف ذرات جامدی که در گل وجود دارد را بدانیم.

مقدار تخمینی این ذرات جامد بوسیله آزمایش‌های معمولی که بر روی گل انجام می‌شود قابل شناسایی است.

اگر وزن مخصوص ذرات معلق در گل را به دو بخش سنگین وزن مانند باریت (2/4SG=) و ذرات سبک شامل ذرات حفاری شده و بنتونایت (SG=2.6) فرض کنیم برای محاسبه این مقادیر نیاز به وزن دقیق گل نتیجه Retort kit و تعیین مقدار کلراید گل داریم. معادله عمومی محاسبه درصد حجمی ذرات جامد با وزن کم (Low Gravity Solid) بصورت زیر می‌باشد (این ذرات مواد جامد حفر شده خواهند بود).

 

 = بصورت کسری از حجم                        وزن مخصوص آب =

= بصورت کسری از حجم                         وزن مخصوص روغن = So

وزن گل برحسب

اگر گل آب نمکی باشد وزن مخصوص واقعی آب نمک باید در معادله بالا قرار گیرد. وزن مخصوص نفت دیزل حدود 0.84 می‌باشد. اگر وزن مخصوص دقیق ذرات جامد مشخص باشد مقدار صحیح آنها باید در معادله بالا قرار داده شود برای مثال وزن مخصوص ذرات لایمستون حدود 2.8 است اگر ذرات جامد درون گل عمدتاً لایمستون باشد عدد 2.8 باید در معادله بالا به جای عدد 2.6 قرار گیرد.

اگر گل از آب شیرین تشکیل شده و حاوی هیچ‌گونه نفتی نباشد معادله بالا می‌تواند بصورت زیر ساده شود.

 

درصد بدست آمده از ریتورت را بصورت عدد صحیح می‌نویسیم = Solids

وزن برحسب  در این فرمول محاسبه می‌شود = M.W

برای تشخیص صحیح درصد مواد جامد درون گل باید مقدار نسبی نیتونایت و ذرات حفاری شده با کیفیت پائین (Low quality) که باعث تشکیل کسر L.GS می‌شود را بدانیم.

از آنجا که انواع مختلف ذرات جامد دارای ظرفیت کاتیونی مختلف هستند می‌توان فرق بین بنتونایت و دیگر ذرات با وزن حجمی پائین را بوسیله آزمایش متیلن بلو مشخص کرد. ظرفیت متیلن بلودرگل میانگین ظرفیت تعویض کاتیونی (CEC) ذرات جامد در گل را نشان می‌دهد اگر ما ظرفیت تعویض کاتیونی بنتونایت و دیگر ذرات جامد حفاری شده را بدانیم می‌توانیم محاسبه کنیم که از هر کدام چه مقدار در L.G.Fraction گل وجود دارد.

بطور میانگین اندازه ظرفیت تعویض کاتیونی ذرات شیل و یا رس (Low quality)  بنتونایت می‌باشد با این پیش فرض می‌توان بنتونایت را از معادله زیر بدست آورد.

 

 

 

در این فرمول %LGS شامل درصد مواد جامد حفر شده و بنتونایت می‌باشد.

درصد حجمی موادی که دارای وزن مخصوص 2.6 هستند را می‌توان با ضرب دو عدد 9.1 به پوندیر بشکه  تبدیل کرد.

درصد حجمی باریت که دارای وزن مخصوص 4.2 می‌باشد را می‌توان با ضرب دو عدد 14.875 به پوند بر بشکه  تبدیل کرد.

بوسیله منحنی‌های موجود می‌توان بصورت بصری این معادلات را حل کرد.

نمودار شماره 1 برای حل کردن معادلات ساده شده با پیش فرض آب شیرین و بدون نفت طراحی شده است.

اگر گل دارای آب نمک باشد درصد L.G.S مشخص شده بیش از مقدار واقعی موجود در گل می‌باشد. برای بدست آوردن این اختلاف و تصحیح آن می‌توان از نمودار شماره 2 استفاده کرد.

این نمودار مقدار درصد L.G.S که باید از مقدار مشخص شده در منحنی 1 کم شود را نشان می‌دهد.

اگر گل حاوی روغن باشد نمودار شماره 3 مقدار درصد L.G.S را که باید از مقدار واقعی کم شود تا جواب صحیح (با وجود روغن در گل ) بدست آید را نشان می‌دهد.

وقتی که مقدار L.G.S صحیح مشخص شد درصد بنتونایت نیز بصورت تخمینی از نمودار شماره 4 بدست می‌اید.

درصد کل جامدات معلق در گل با تفریق مقدار تصحیح شده درصد L.G.S از نمودار 3 و 4 و درصد مواد جامد از طریق Retort kit بدست می‌آید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در گلهای سبک که فقط حاوی L.G.S می‌باشند مشخص کردن درصد حجمی ذرات جامد بسیار ساده است زیرا فقط نیاز به وزن گل، شوری و مقدار نفت در گل دارد تا محاسبات انجام گیرد معادله زیر بطور کلی در گلهای سبک وزن کاربرد دارد.

 

 

این محاسبات می‌تواند تشخیص دقیق‌تری از درصد ذرات جامد در مقایسه با دستگاه Retort kit به ما بدهد تنها دلیل استفاده از Retort kit در گلهای سبک وزن می‌تواند بدست آوردن درصد نفت باشد.

اگر گل حاوی هیچ‌گونه نفت یا نمکی نباشد معادله کلی آن بصورت زیر است:

 

نمودار دیگری تهیه گردیده تا معادلات کلی گلهای سبک وزن را نشان دهد در این نمودار وزن مخصوص L.G.S برابر 2.6 و وزن مخصوص نفت 0.84 در نظر گرفته شده است.

برای استفاده از این نمودار باید تقاطع بین وزن گل و مقدار کلراید موجود در گل را پیدا کرده و درصد مواد جامد را از حاشیه سمت چپ آن قرائت کرد اگر گل حاوی روغن باشد نتیجه بدست آمده باید اصلاح گردد بر روی منحنی کوچک واقع در بالای صفحه تقاطع بین مقدار کلراید و درصد نفت را پیدا کرده و درصد اضافی ذرات جامد را در سمت چپ قرائت کنید این مقدار اضافی ذرات جامد باید به درصد ذرات جامد اصلی اضافه شود تا درصد کلی و تصحیح شده ذرات جامد بدست آید.





نوع مطلب :
برچسب ها :
لینک های مرتبط :

یکشنبه 10 خرداد 1394 :: نویسنده : رضا سپهوند


درباره وبلاگ



مدیر وبلاگ : رضا سپهوند
نویسندگان
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
شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic