در ادامه این مطالب را می بینید :
10 پودر معدنی مورد استفاده در گل حفاری
گل حفاری چیست؟
گل حفاری سیالی است که در عملیات حفاری چاه‌های نفت، گاز یا آب برای خنک کردن مته، انتقال خرده‌سنگ‌ها و کنترل فشار سازند استفاده می‌شود. این سیال همچنین دیواره چاه را پایدار نگه می‌دارد و از فوران جلوگیری می‌کند. گل حفاری معمولاً بر پایه آب، روغن یا ترکیبات سنتتیک تهیه می‌شود.
دلیل استفاده از گل حفاری چیست؟
خنک‌کردن و روانکاری مته حفاری
مته حفاری هنگام چرخش درون سنگ‌های سخت داغ می‌شود و فرسوده می‌شود. گل حفاری با جریان یافتن اطراف مته، حرارت ایجاد شده را جذب و دفع می‌کند و اصطکاک را کاهش می‌دهد. این کار باعث افزایش عمر مته و بهبود کارایی حفاری می‌شود.
انتقال خرده‌سنگ‌ها (کاتینگز) به سطح
در حین حفاری، ذرات شکسته‌شده سنگ‌ها تولید می‌شوند که باید از ته چاه خارج شوند. گل حفاری با داشتن خاصیت ویسکوزیته مناسب، این ذرات را به سطح منتقل می‌کند و از تجمع آن‌ها در ته چاه جلوگیری می‌کند. این عمل باعث جلوگیری از گرفتگی و آسیب به تجهیزات می‌شود.
کنترل فشار سازند و جلوگیری از فوران (Blowout)
فشار هیدرواستاتیک گل حفاری باید برابر یا کمی بیشتر از فشار سیالات زیرزمینی باشد. این فشار مانع ورود ناگهانی سیالات پر فشار به داخل چاه می‌شود که می‌تواند منجر به فوران خطرناک شود. کنترل صحیح فشار گل باعث ایمنی عملیات حفاری و جلوگیری از حوادث بزرگ می‌شود.
پایداری دیواره چاه و جلوگیری از ریزش
دیواره چاه ممکن است در اثر فشارهای زمین‌شناسی و نفوذ سیالات ضعیف شود یا فرو بریزد. گل حفاری با ایجاد یک لایه محافظ (فیلتر کیک) روی دیواره چاه، آن را تثبیت و از نفوذ سیالات سازند به داخل چاه جلوگیری می‌کند. این کار باعث حفظ شکل و ثبات چاه می‌شود.
کمک به تشخیص شرایط زمین‌شناسی و نمونه‌برداری
گل حفاری با انتقال نمونه‌های سنگ (کاتینگز) به سطح، به مهندسان و زمین‌شناسان امکان می‌دهد تا ویژگی‌های سازند را بررسی کنند. همچنین خواص فیزیکی و شیمیایی گل تغییر می‌کند و این تغییرات اطلاعات مفیدی درباره شرایط زیرسطحی ارائه می‌دهد. این داده‌ها برای برنامه‌ریزی بهتر حفاری بسیار حیاتی هستند.
انواع گل حفاری
انواع گل حفاری عبارت‌اند از:
گل پایه آبی (Water-Based Mud – WBM)
این گل رایج‌ترین نوع گل حفاری است که پایه آن آب است و معمولاً با مواد معدنی مثل بنتونیت و باریت تقویت می‌شود. ارزان، سازگار با محیط‌زیست، و برای اغلب شرایط زمین‌شناسی مناسب است. کنترل فشار، خنک‌کردن مته و انتقال کاتینگز را به‌خوبی انجام می‌دهد. بیشتر در چاه‌های کم‌عمق تا متوسط، سازندهای غیرواکنش‌زا یا شیل‌های پایدار استفاده می‌شود.
گل پایه روغنی (Oil-Based Mud – OBM)
در این نوع گل، پایه اصلی نفت یا روغن‌های معدنی است و مقاومت خوبی در برابر جذب رطوبت و واکنش با خاک رس دارد. خاصیت روانکاری بالا و پایداری شیمیایی خوبی دارد، اما گران‌تر است و مشکلات زیست‌محیطی دارد. برای حفاری در سازندهای حساس به آب، فشار بالا، دمای زیاد یا چاه‌های افقی/جهتی به‌کار می‌رود. در چاه‌هایی که خطر ریزش دیواره یا تورم شیل بالاست، بسیار مؤثر است.
گل پایه سنتتیک (Synthetic-Based Mud – SBM)
این نوع گل مشابه گل روغنی است، اما پایه آن از روغن‌های سنتتیک با سمیت پایین‌تر تهیه شده است. دارای روانکاری عالی و سازگاری بهتر با محیط‌زیست نسبت به OBM است و عملکرد خوبی در سازندهای پیچیده دارد. برای حفاری چاه‌های عمیق، افقی، دریایی و با شرایط سخت زمین‌شناسی به‌کار می‌رود. در عملیات حفاری فراساحلی (Offshore) بسیار محبوب است.
گل هوادار یا گازدار (Air or Gas-Based Drilling Fluid)
در این روش، به‌جای مایع، از هوا یا گاز (نیتروژن، هوا یا گاز طبیعی) برای خنک‌کردن مته و خارج‌کردن خرده‌سنگ‌ها استفاده می‌شود. بسیار سبک است و در حفاری‌های سریع و مناطق خشک کاربرد دارد. این نوع گل ریسک ورود سیالات زیرزمینی را افزایش می‌دهد و نیاز به کنترل فشار خاصی دارد. بیشتر در چاه‌های کم‌عمق، خشک، یا سازندهای متخلخل با فشار پایین استفاده می‌شود.
گل فومی (Foam-Based Mud)
ترکیبی از هوا و مایعات کف‌ساز است که باعث تشکیل فوم با چگالی کم می‌شود. توانایی خوبی در حمل خرده‌سنگ‌ها دارد و برای حفاری در زمین‌های ناپایدار یا متخلخل مفید است. مصرف سیال را کاهش می‌دهد و به حفظ فشار پایین در چاه کمک می‌کند. در حفاری چاه‌هایی با ریسک افت فشار، شکست سازند یا نشت زیاد به‌کار می‌رود.
گل نیتروژنی (Nitrogen-Based Mud)
گل نیتروژنی نوعی گل کم‌چگالی است که از گاز نیتروژن برای کاهش فشار هیدرواستاتیک و جلوگیری از آسیب به سازند استفاده می‌کند. این گل در چاه‌های پرفشار، گازی، ناپایدار و کم‌فشار کاربرد دارد و به‌دلیل خاصیت خنثی بودن نیتروژن، ایمنی بالایی دارد. معمولاً در حفاری چاه‌های حساس به گاز و سازندهای شکننده به‌کار می‌رود.
گل هوا-مه (Mist Drilling Fluid)
گل هوا-مه ترکیبی از هوا و مایع مه‌مانند است که برای کاهش وزن گل و افزایش روانکاری استفاده می‌شود. این گل در حفاری چاه‌های خشک، کم‌عمق و سازندهای متخلخل کاربرد دارد و به حفظ فشار پایین چاه کمک می‌کند. استفاده از گل هوا-مه باعث کاهش مصرف مایعات و بهبود سرعت حفاری می‌شود.
انواع پودر های معدنی مورد استفاده در گل حفاری
پودرهای معدنی معمولاً در گل‌های پایه آبی (Water-Based Mud) و تا حدی در گل‌های پایه سنتتیک (Synthetic-Based Mud) استفاده می‌شوند همچنین در گل پایه روغنی به‌دلیل پایه روغنی بودن، معمولاً از پودرهای معدنی کمتر یا اصلاً استفاده نمی‌شود و افزودنی‌ها بیشتر شیمیایی و روغنی هستند.
انواع پودر های معدنی در گل حفاری:
بنتونیت:بنتونیت نوعی خاک رس است که وقتی با آب مخلوط می‌شود، متورم شده و باعث غلیظ شدن گل حفاری می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود گل بتواند خرده‌سنگ‌ها را به سطح منتقل کند و دیواره چاه را نگه دارد. همچنین یک لایه محافظ (فیلتر کیک) روی دیواره چاه ایجاد می‌کند تا از نشت سیال جلوگیری کند.
بنتونیت فقط در گل‌های پایه آبی کاربرد دارد، چون برای فعال شدن نیاز به آب دارد و در روغن یا گل سنتتیک مؤثر نیست. این ماده باعث غلیظ شدن گل، حمل راحت خرده‌سنگ‌ها و ایجاد لایه فیلتر کیک روی دیواره چاه می‌شود. در حفاری چاه‌های کم‌عمق تا متوسط، به‌ویژه در سازندهای شیل‌دار یا ناپایدار استفاده می‌شود. لینک خرید
باریت: باریت یک پودر معدنی بسیار سنگین است که برای سنگین کردن گل حفاری به کار می‌رود. وقتی فشار سازند زیاد است، باید گل هم سنگین باشد تا مانع فوران شود، باریت این کار را انجام می‌دهد. باریت در گل حل نمی‌شود و فقط وزن آن را بالا می‌برد.
باریت یک ماده پرکاربرد در همه انواع گل حفاری (آبی، روغنی، سنتتیک) است و به‌عنوان ماده وزن‌دهنده استفاده می‌شود. وقتی فشار لایه‌های زیرزمینی بالا باشد، گل باید سنگین باشد تا فشار را متعادل کند و از فوران جلوگیری شود. در چاه‌های عمیق، گازی، فشار بالا یا چاه‌هایی که به کنترل دقیق فشار نیاز دارند، استفاده می‌شود. لینک خرید
کلسیت:کلسیت یک ماده معدنی سبک‌تر از باریت است که برای کنترل اسیدی بودن گل (تنظیم pH) و کاهش خوردگی لوله‌ها استفاده می‌شود. گاهی هم به‌عنوان پرکننده یا جایگزین باریت در گل‌های سبک‌تر به کار می‌رود. به کاهش ساییدگی تجهیزات کمک می‌کند.
کلسیت معمولاً در گل‌های پایه آبی استفاده می‌شود و گاهی در گل‌های سنتتیک نیز به‌کار می‌رود. نقش آن بیشتر در کنترل خوردگی، تنظیم pH و پرکردن فضاهای خالی است، چون نسبت به باریت سبک‌تر است. در چاه‌هایی که از تجهیزات حساس استفاده می‌شود یا در حفاری‌هایی که نیاز به گل سبک و کم‌ساینده است، کاربرد دارد.
تالک: تالک باعث می‌شود گل حفاری لیزتر شود و تجهیزات راحت‌تر درون چاه حرکت کنند. این خاصیت روان‌کنندگی، مخصوصاً در چاه‌های انحرافی و افقی بسیار مفید است. همچنین از چسبیدن گل به ابزار حفاری جلوگیری می‌کند.
تالک به دلیل خاصیت روان‌کنندگی، در گل‌های پایه آبی به‌کار می‌رود تا اصطکاک بین رشته حفاری و دیواره چاه را کاهش دهد. این ویژگی باعث می‌شود لوله حفاری راحت‌تر حرکت کند و از گیر کردن در چاه جلوگیری شود. در حفاری چاه‌های افقی، انحرافی یا چاه‌هایی با مسیر پیچیده بسیار مفید است.لینک خرید
زئولیت:زئولیت می‌تواند یون‌های مضر یا مواد شیمیایی ناسازگار با گل را جذب کند. به این ترتیب گل را از نظر شیمیایی پایدار نگه می‌دارد و سمیت آن را کاهش می‌دهد. همچنین در حفاری در محیط‌های حساس به مواد شیمیایی مؤثر است.
زئولیت در گل‌های پایه آبی استفاده می‌شود، زیرا می‌تواند یون‌های مزاحم مانند آمونیوم یا فلزات سنگین را جذب کند. این ماده باعث پایداری شیمیایی گل و کاهش سمیت آن می‌شود، که برای محیط‌زیست نیز مفید است. در حفاری چاه‌هایی که از نظر شیمیایی حساس هستند یا در محیط‌های آلوده انجام می‌شود، کاربرد دارد. لینک خرید
کلریت: کلریت شبیه بنتونیت عمل می‌کند و باعث غلیظ شدن گل می‌شود. در برخی شرایط که بنتونیت عملکرد خوبی ندارد، از کلریت برای تقویت ویسکوزیته و نگهداری دیواره چاه استفاده می‌شود. به پایداری بهتر گل در بعضی زمین‌ها کمک می‌کند.
کلریت نوعی خاک رس است که در گل‌های پایه آبی برای افزایش ویسکوزیته و جلوگیری از ریزش دیواره چاه استفاده می‌شود. در شرایطی که بنتونیت عملکرد مناسبی ندارد (مثلاً حرارت یا شوری بالاتر)، کلریت جایگزین خوبی است. در حفاری چاه‌های نیمه‌عمیق یا سازندهای حساس به تورم و شوری به کار می‌رود.
سیلیکات سدیم:سیلیکات سدیم برای جلوگیری از تورم خاک‌های رسی و ریزش دیواره چاه به کار می‌رود. این ماده باعث تثبیت شیل‌ها (سنگ‌های لایه‌لایه ضعیف) می‌شود. همچنین pH گل را بالا می‌برد تا گل پایدارتر شود.
سیلیکات سدیم معمولاً در گل‌های پایه آبی به‌کار می‌رود، و گاهی در گل‌های سنتتیک نیز برای کنترل شیل‌ها استفاده می‌شود. این ماده از تورم خاک‌های رسی و ریزش دیواره جلوگیری می‌کند و pH گل را در سطح مطلوب نگه می‌دارد. برای چاه‌هایی که از میان سازندهای شیلی و ناپایدار عبور می‌کنند، بسیار مناسب است. لینک خرید
دولومیت:دولومیت یک ماده معدنی ارزان است که می‌تواند وزن گل را کمی افزایش دهد یا به‌عنوان پرکننده استفاده شود. در برخی شرایط خاص که نیازی به گل خیلی سنگین نیست، دولومیت کاربرد دارد. گاهی هم به متعادل‌سازی pH کمک می‌کند.
دولومیت در گل‌های پایه آبی استفاده می‌شود و خاصیت وزن‌دهی سبک‌تری نسبت به باریت دارد. این ماده در برخی شرایط به‌عنوان پرکننده ترک‌ها یا برای ساخت گل‌های سبک در چاه‌های کم‌فشار کاربرد دارد. در حفاری چاه‌هایی که نیاز به گل ارزان‌قیمت یا وزن کمتر دارند، مفید است. لینک خرید
میکا:میکا به شکل ورقه‌ای است و وقتی به گل اضافه شود، ترک‌ها و شکستگی‌های دیواره چاه را می‌بندد. این ماده از نشت گل به درون سازند جلوگیری می‌کند. در زمین‌هایی که دیواره ترک‌دار دارند خیلی مفید است.
میکا در گل‌های پایه آبی و گاهی در سنتتیک برای کنترل نشت سیال به داخل ترک‌ها و شکاف‌های طبیعی سازند استفاده می‌شود. این ماده با ساختار ورقه‌ای خود، ترک‌ها را پر کرده و از هدررفت گل جلوگیری می‌کند. در حفاری چاه‌هایی با شکستگی‌های طبیعی یا سازندهای ترک‌دار استفاده می‌شود. لینک خرید
هماتیت:هماتیت پودری بسیار سنگین‌تر از باریت است و وقتی فشار چاه خیلی بالا باشد، برای ساخت گل‌های خیلی سنگین از آن استفاده می‌شود. این ماده معمولاً در حفاری چاه‌های فوق‌عمیق یا با فشار زیاد به کار می‌رود. باعث کنترل دقیق‌تر فشار چاه می‌شود.
هماتیت در گل‌های پایه روغنی، سنتتیک و گاهی در آبی برای مواقعی استفاده می‌شود که نیاز به گل با وزن بسیار بالا داریم. این ماده سنگین‌تر از باریت است و در چاه‌هایی که فشار بسیار زیادی دارند (مثل چاه‌های فوق‌عمیق یا فشار بالا) کاربرد دارد. استفاده از آن کمک می‌کند تا فشار سازند به‌خوبی کنترل شود.
جمع بندی
گل حفاری نقش حیاتی در عملیات حفاری چاه‌های نفت و گاز دارد و انواع مختلفی دارد که بر اساس پایه‌شان شامل گل‌های پایه آبی، روغنی، سنتتیک، هوا یا گاز، فومی، بدون جامد و نیتروژنی هستند. هر نوع گل ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارد؛ برای مثال گل‌های پایه آبی ارزان و محیط‌زیست‌دوست بوده و برای چاه‌های کم‌عمق مناسب‌اند، در حالی که گل‌های پایه روغنی و سنتتیک برای چاه‌های عمیق، فشار بالا و سازندهای حساس کاربرد دارند. گل‌های هوا و نیتروژنی برای کاهش فشار هیدرواستاتیک و حفاری در سازندهای شکننده یا کم‌فشار استفاده می‌شوند.
همچنین، پودرهای معدنی مانند بنتونیت، باریت، کلسیت و تالک به بهبود خواص گل‌ها کمک کرده و در انواع گل‌های مختلف بسته به نوع چاه و شرایط زمین‌شناسی به کار می‌روند تا عملیات حفاری با ایمنی و کارایی بالا انجام شود.
نوشته شده در : دانشنامه پارس اور
