حفاری یک فرایند تعیین‌کننده برای بازیابی مواد مهم زیرزمین است. حفاری می‌تواند برای بازیابی نفت، فلزات گران‌بها، آب و دیگر منابع طبیعی استفاده شود. اکتشاف و استخراج ذخایر معدنی اغلب با ایجاد چاه‌هایی با استفاده از مته‌های دوار همراه است.
سنگریزه‌های حاصل از حفاری، به طور پیوسته از درون چاه به بیرون برده می‌شود. در چاه‌های با عمق کم خارج کردن سنگ‌ها با تزریق هوای تحت فشار از طریق یک میله حفاری تو خالی انجام می‌شود. سنگریزه‌ها از راه فضای میان لوله حفاری و چاه خارج می‌شود. در چاه‌های عمیق از یک مایع برای خارج کردن سنگریزه‌ها استفاده می‌شود. این مایعات را در اصطلاح سیالات حفاری و یا گِل حفاری می‌نامند.
سیالات حفاری مخلوطی از ترکیبات شیمیایی و طبیعی هستند که جهت روان‌سازی و خنک کردن مته حفاری، پاک‌سازی چاه حفر شده، کنترل فشار و بهبود عملکرد راد حفاری و لوازم درون چاهی در حفره چاه می‌شوند.
موضوع مواد شیمیایی به کار رفته در این سیالات به یکی از مهم‌ترین موارد قابل بحث در صنعت حفاری تبدیل شده است. به کارگیری سیالات کم‌هزینه، عدم استفاده از سیالات پایه روغنی که محیط‌زیست را آلوده می‌کنند و پایدارسازی دیواره چاه و جلوگیری از ریزش آن، از اهداف آرمانی این صنعت است که همیشه بیشترین حجم تحقیقات در بخش سیالات حفاری را به خود اختصاص داده است ، برای عملیات حفاری جایی که دما و فشار بسیار بالاست سیال حفاری ممکن است خواص خود را از دست دهد بنابراین جایگزینی بعضی از مواد با موادی که بتواند شرایط عملیات دما و فشار بالا را برای مدت زمان طولانی تحمل کنند بسیار مطلوب است .
افزودنی‌های حفاری شامل پلیمرهای حفاری، روان کننده‌های ابزار و سایر محصولات افزودنی گِل حفاری هستند و این محصولات با استانداردهای عملکرد غیر آلاینده و سازگار با محیط‌زیست مطابقت دارند.
افزودنی‌های سیال
- TORQUELESS : باعث کاهش نیروی گشتاوری، محافظت در برابر سایش راد حفاری، جلوگیری از زنگ‌زدگی و افزایش عمر مته می‌شود.
- Sand drill : این محصول مشکلات حفاری در محیط‌های شیلی و مشکل‌ساز را کاهش می‌دهد و تحت تأثیر دمای بالای آب و یا شوری آب قرار نمی‌گیرد و نیاز به استفاده از بنتونیت را کاهش می‌دهد در نتیجه مشکلات دفع و حمل‌ونقل را کاهش می‌دهد. این محصول همراه با TORQUELESS بدون نیاز به سیستم پیچیده چند جزئی گِل، باهم کار می‌کنند و قبل از ورود به سیستم مایع، باید با TORQUELESS مخلوط شود.
- تثبیت‌کننده دیواره چاه : این مواد باعث کاهش مشکلات بی‌ثباتی و تورم چاه در سازندهای شیلی و رس دار می‌شود. به دلیل بارهای یونی که دارد مستقیماً روی شیل و رس‌ها جذب می‌شود و در نتیجه از اتلاف آب که باعث از بین رفتن پایداری مغزه و چاه می‌شود، جلوگیری می‌کند. این محصول وقتی با TORQUELESS استفاده شود، اثربخشی آن افزایش می‌یابد.
- سایر مواد افزودنی مانند بنتونیت، سوپرمیکس و CMC به سیال حفاری بر حسب نیاز اضافه می‌گردند.
10 دلیل مهم برای استفاده از افزودنی‌های گِل حفاری
- تجهیزات شما بیشتر دوام خواهد داشت: مواد افزودنی گِل حفاری تجهیزات شما را روان کاری می‌کند ساییدگی و زنگ‌زدگی رادهای حفاری را کاهش می‌دهند.
- برای بهبود عملیات در یک چاه حفاری خشک: حفاری چاه خشک می‌تواند اثرات مخرب بر روی تجهیزات حفاری داشته باشد و در نتیجه به تجهیزات حفاری آسیب برساند. در واحدهای سنگی که یکدست نیستند و یا حفره‌ها و شکاف‌ها پر نشده‌اند، آب می‌تواند فرار کند. مواد افزودنی حفاری می‌توانند گسترش یافته و ترک‌ها و شکاف‌های موجود در واحدهای سنگی را پر کنند.
- برای تثبیت دیواره‌های داخلی چاه حفاری: مواد افزودنی حفاری می‌توانند به ایجاد ثبات و مقاومت بیشتر در دیواره‌های چاه کمک کنند.
- برای اینکه بتوانید کاتینگ های حفاری را از چاه خارج کنید: مواد افزودنی حفاری تضمین می‌کنند که گِل حفاری شما ویسکوزیته لازم را دارد تا کاتینگ های حفاری را به راحتی از چاه حمل کرده و بیرون بریزد و از قرار گرفتن آن‌ها در پایین چاه جلوگیری کند.
- برای استحکام‌بخش غیر پایدار مانند شن و ماسه: به تثبیت واحدهای ماسه و شن کمک می‌کند و از ریزش دیواره‌ها و روان شدن ماسه جلوگیری می‌کند.
- برای کمک به بازیابی مغزه: در محیط‌هایی که ناپایدار و حساس هستند، این محصولات می‌توانند استحکام مغزه را تغییر دهند. مواد افزودنی مانند یک ژل هستند و می‌توانند یک مغزه خرد شده را در کنار هم نگه دارند تا بتوان کامل بازیابی کرد.
- برای کنترل هدر رفت آب: از مواد افزودنی ویژه برای به حداقل رساندن اتلاف آب از طریق شکاف‌ها یا حفره‌های سنگ، استفاده می‌شود. اتلاف کمتر آب منجر به مصرف آب کمتری در هنگام پمپاژ شدن می‌کند و این امر می‌تواند به صرفه‌جویی در وقت و هزینه مناطقی که آب کم است و یا منابع آب دور از محل حفاری است کمک کند.
- برای خنک کردن مته و جلوگیری از سوختن آن: پلیمرهای موجود در مواد افزودنی حفاری می‌توانند باعث کاهش فرسودگی و کاهش اصطکاک شوند که به نوبه خود باعث خنک شدن مته و افزایش عمر آن می‌شود.
- برای کاهش تورم و ناپایداری چاه: وقتی آب حفاری شما با خاک رس یا شیل تماس پیدا کند، آب باعث انبساط و تورم خاک می‌شود. این تورم می‌تواند باعث ایجاد فشار در چاه و افزایش فشار بر روی میله‌های مته شده و باعث شود که دستگاه شما در چاه گیر کرده و عملیات حفاری را متوقف کند.
- برای بدست آوردن یک نتیجه نهایی بهتر: می‌توانند هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند و عملکرد را از طریق کاهش احتمال توقف عملیات حفاری و افزایش طول عمر تجهیزات بهتر کنند.
برای ساخت گِل حفاری باید لیست وسایل ذیل را در اختیار داشته باشید.
- فنجان مارش (Marsh cup)
- چوب برای مخلوط کردن (Wooden stick for pre-mixing)
- قیف مارش (Marsh funnel)
- نوار شاخص pH (pH indicatore strips)
- سطل (Pail)
- همزن گِل (Mud mixer)
مراحل تولید گل حفاری
قبل از اینکه برای اولین بار از ترکیب گِل حفاری استفاده کنید باید با شرایط و اجزای مخلوط گِل و همچنین مناسب‌ترین مواد افزودنی برای حفاری آشنا شوید.
چک کردن pH سطح آب
مواد افزودنی حفاری برای مخلوط شدن با آب دارای pH 8.5 – ۱۰ برای واکنش‌های شیمیایی مورد نظر و ارائه عملکرد مناسب طراحی شده‌اند.
pH = 7 خنثی است. pH کمتر از ۷ در رنج اسیدی است. pH بالاتر از ۷ در محدوده قلیایی قرار می‌گیرد. اغلب رنج pH آب از ۵/۵ تا ۵/۷ است که بسیار کم است. ساده‌ترین راه چک کردن pH آب، استفاده از یک نوار تست pH (کاغذ تورنسل) است.
اگر متوجه شدید که سطح pH آب از ۷ کمتر است باید PH10 یا خاکستر قلیایی (کربنات کلسیم) به آب اضافه کنید. اگر کیفیت آب ضعیف یا سطح pH خیلی زیاد است (بین ۱۴-۱۱) در این صورت ممکن است مجبور شوید بی‌کربنات سدیم اضافه کنید تا pH آب کم شود یا منبع جایگزین آب پیدا شود.
مواد افزودنی را پیش مخلوط کنید.
همیشه در ابتدا، مواد افزودنی پودر شده را کاملاً با هم مخلوط کنید. این محفظه، همه محصولات پودری را دربر می‌گیرد و اختلاط آن‌ها را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. برای یک مخزن ۱۰۰۰ لیتری مقادیر موجود در عکس پیشنهاد می‌شوند.
نکته: این مقادیر پیشنهادی هستند و ممکن است با توجه به شرایط زمین، این دستورالعمل برای عملکرد مطلوب تغییر کند.
محصولات را برای ساختن گِل حفاری اضافه کنید.
قبل از انجام پیش اختلاط، محصولات را به آرامی به آبی که داخل مخلوط‌کن هست اضافه کنید که باید تا نیمه پر باشد. زمان اختلاط با توجه به درجه حرارت آب متفاوت خواهد بود. آب سردتر به زمان اختلاط بیشتری نیاز دارد. در شرایط معمول ( بین ۲۵-۱۰ درجه سانتی گراد، متوسط زمان اختلاط برای پلیمرهای خشک، ۱۵ دقیقه است.) مخزن مخلوط‌کن را می‌توان در زمان اختلاط با مقدار آب مورد نیاز پر کرد.
پس از آماده شدن مخلوط، برای چندین ساعت و گاهی اوقات تا چند روز به شکل مخلوط باقی میماند.
آزمایش ویسکوزیته
شما باید مطمئن شوید که مخلوط شما از چگالی مناسبی برخوردار است.
برای این کار از یک فنجان مارش (Marsh cup) و یک قیف مارش (Marsh funnel)، که دو تا از بهترین ابزار برای این کار هستند استفاده کنید.
قیف (Marsh funnel) خود را با مخلوط پر کنید تا به خط بالای قیف برسد. اطمینان حاصل کنید که مخلوط را از قسمت مشبک قیف بریزید تا تکه‌های بزرگ‌تر محصول مخلوط نشده قسمت پایین قیف را مسدود نکند. این امر منجر به اندازه‌گیری ویسکوزیته می‌شود. انگشت خود را روی قسمت باریک پایین قیف قرار دهید تا مخلوط خارج نشود.
تایمر خود را آماده کنید و انگشت خود را از دهانه قیف بردارید. شما اندازه‌گیری می‌کنید که چه مدت طول می‌کشد تا مخلوط از قیف مارش خارج شود و فنجان مارش را پر کند. هر ثانیه به‌عنوان یک واحد اندازه‌گیری ویسکوزیته محاسبه می‌شود.
سطح ویسکوزیته برابر است با تعداد ثانیه‌هایی که برای پر کردن فنجان مارش (Marsh cup) تا خط بالای خط لازم است.
مخلوط را خالی کنید.
مخزن مخلوط‌کن را در مخزن اصلی (مخزن تولید) خالی کنید تا بتوانید مخلوط را به چاله پمپ کنید. شروع به آماده‌سازی گِل برای شیفت بعدی کنید.
Reference
ʺGuide how to mix additivesʺ (?), http://www.fordia.com
McCoremick, R (2016). ʺTop 10 reasons to use drilling fluid additives in mineral explorationʺ. http://www.fordia.com
