أنواع سوائل الحفر ومكوناتها | Drilling Fluids

سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids


سائل الحفر او طين الحفر هو خليط سائل لزج وثقيل يُستخدم في عمليات حفر الآبار النفطية لنقل قطع الصخور (الفتات الصخري) إلى السطح، وأيضًا لتزييت لقمة الحفر (Drill bit) وتبريدها. يساعد طين الحفر ايضاً عن طريق توفير ضغط هيدروستاتيكي لمنع انهيار الطبقات الغير مستقرة في تجويف البئر ومنع تسلل المياه من الطبقات الحاملة للمياه التي يمكن مواجهتها أثناء الحفر.


فوائد سوائل الحفر

  1. رفع الفتات الصخري المحفور من قعر البئر إلى السطح وتعتمد على العوامل التالية:
    • سرعة الجريان: سرعة الجريان الملائمة للحفر في التجويف الحلقي عادة تكون (100 ft/min — 200 ft/min)
    • كثافة الطين: تزداد قابلية الطين لرفع الفتات الصخري بزيادة الكثافة بسبب ظاهرة الطفو.
    • اللزوجة : إن اللزوجة المتأتية من نقطة المطاوعة (Yield Point) هي الأكثر قابلية على رفع الفتات الصخري المحفور وتنظيف البئر.
  2. تبريد وتزييت الدقاقة (drill bit) وخيط الحفر (string): ان إضافة مواد مزيته للطين يقلل الاحتكاك ويقلل العزوم المتكونة ويزيد من عمر الدقاقة.
  3. بناء جدار البئر: يقوم طين الحفر بترسيب معجون او كعكة الطين (mud cake) معدومة النفاذية وذلك لمنع دخول موائع الطبقات المحفورة الى تجويف البئر وتتكون هذه الكعكة بإضافة مادة البنتونايت على الأغلب، وإضافة مواد أخرى مقلله للراشح مثل (cmc , starch). كما إن معاملة الطين ببعض المواد الكيمياوية مثل المواد المخفضة للزوجة مفيده لتحسين خواص كعكة الطين لضمان توزيع المواد الصلبة وانتشارها.
  4. السيطرة على الضغوط الطبقية: للسيطرة على الضغط الطبقي بتسليط ضغط هايدروستاتيكي يزيد قليلا على الضغط الطبقي ومقدار الزيادة عادة تكون (kg/cm2 15-20).
  5. المحافظة على بقاء المواد الصلبة والمواد المُزيده للكثافة عالقة ويكون الطين الجيد ذو قوة جيلاتينية مناسبة للمحافظة على بقاء المواد الصلبة عالقة ومنعها من الترسب وخصوصا في حالات التوقف عن التدوير أو سحب الأنابيب.
  6. تقليل وزن خيط أنابيب الحفر (string) بسبب ظاهرة الطفو والتي تساعد على التخفيف من المعدات السطحية والتي تقوم بإسناد الأنابيب.
  7. يقوم طين الحفر بنقل الفتات الصخري (cutting) والنماذج الجيولوجية إلى السطح لغرض فحصها.
  8. نقل القوة الحصانية المتوفرة في الخيط إلى الدقاقة ويجب أن تكون الدقاقة المتوفرة قادرة على تنظيف قعر البئر.

مميزات سائل الحفر

سائل الحفر المثالي يجب ان يمتاز بما يلي:
  1. لا يتطلب ضغط عال لتدويره بالسرعة والكمية المطلوبتين.
  2. تكون تأثيراته السلبية على الطبقة او الطبقات المنتجة الى الحد الادنى.
  3. لايسبب تآكل خيط الحفر والسطوح المعدنية.
  4. لا يقلل من معدل الاختراق.

مكونات سائل الحفر

يتكون طين الحفر من المكونات الآتية:

1. السوائل
أ. الماء: ويكون إما
  •  مياه عذبة يتراوح تركيز الأملاح فيها اقل من (10000) جزء بالمليون أو أقل من (1%) وزنا. وهي تكون اما مياه عسرة حيث تحتوي على كمية من املاح المغنيسيوم أو الكالسيوم. او مياه يسره لا تحتوي املاح المغنيسيوم أو الكالسيوم.
  •  مياه مالحة تتراوح نسبة تركيز الأملاح فيها من (10000) جزء بالمليون او (1%) وزنا ولغاية حد الاشباع وهو (315000) جزء بالمليون.
ب. النفط الخام والديزل.

٢. المواد الصلبة
أ. مواد صلبة غير متفاعلة:
وهي مواد خاملة كيميائياً مثل:
  • البارايت لزيادة كثافة الطين.
  • الفتات الصخري والمحفور مثل حجر الكلس.
  • الدولومایت والرمل.
  • مواد طينية مضافة لزيادة اللزوجة والسيطرة على الراشح مثل البنتونایت.

ب. مواد صلبة متفاعلة:
وهي المواد التي تتأثر وتتفاعل مع المواد الأخرى المتواجدة معها، والتي يمكن السيطرة عليها بوساطة المضافات الكيمياوية للطين ومثال عليها هو:
  • الفتات الصخري الطيني المحفور والذي يحتوي عادة على صخور السجيل مثل کالونایت، كلورايت واللايت.

3. المواد الكيمياوية المضافة
تضاف لمعالجة سائل الحفر والسيطرة على خواصه وابقائه ضمن الحدود المناسبة وتعتمد أنواعها وكمياتها على نوع الطين:
  • مواد مزيده للزوجة مثل البوليمر.
  • مواد مقلة للراشح مثل (cmc - starch) وانواع اخرى من البوليمر.
  • مواد مخفضة للزوجة مثل (Chrome Lignite ,Lignosulfonate).
  • مواد لجعل الطين ذات وسط قاعدي مثل (NaOH).
  • مواد أخرى مثل الواد المزيته، المواد المانعة للتاكل، المواد المبيدة للبكتريا، المواد المزيلة للفقاعات، المواد التي تسهل عملية الاستحلاب وغيرها.

الفحوصات الحقلية على سوائل الحفر

الفحوصات الحقلية على سوائل الحفر ضرورية لتقييم مدى ملاءمتها للحفر ومطابقة الخواص مع الخواص المحددة، والفحوصات عادة تكون حسب مقاييس (API)، وتتضمن الفحوصات ما يلي:


1. الكثافة (mud weight)
الكثافة او الوزن = وزن السائل/الحجم
تعرف الكثافة بأنها كتلة وحدة الحجوم. وتقاس بالحقل بوساطة مقياس كثافة الطين (Mud Balance) ووحدتها غم (gm/cm3). وتعتبر كثافة سائل الحفر في غاية الاهمية حيث ان لها علاقة مباشرة بالضغط الساكن لعمود سائل الحفر الذي يسيطر على ضغط موائع الطبقات. فإنخفاض الكثافة اقل من الحد المناسب قد يسبب الانفجار (Blow Out) والارتفاع الزائد في الكثافة قد يؤدي الى تشقق الطبقات الضعيفة وحدوث الفقدان. ان طريقة القياس هي ملئ وعاء الماء بالطين ثم وضع الغطاء وإزالة الزيادة في الطين والتي تخرج من ثقب الغطاء في الأعلى ثم موازنة الميزان بتحريك الجزء المتحرك على ذراع الميزان للمكان الذي يتوازن عند الميزان ثم اخذ القراءة. ان مقاييس القراءة تكون عادة (Ib/gal (ppg) ,Ib/ft3 ,gm/cm3).
  • Gradient of pressure = ( PSI/ft)
  • SP.Gr.= (lb/ft3 ) 62.3 = (lb/gal) 8.33 = (gm/cm3) 1
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (1) mud balance.


2. اللزوجة (Viscosity)
هي مقاومة السائل الداخلية للجريان. ان وسيلة قياس اللزوجة السهلة والمتيسرة في مواقع الآبار والتي تمكن العاملين على المواقع بقياس اللزوجة الظاهرية تتكون من قمع مارشال (Marsh Funnel) ووعاء قياس (Measuring Cup). 

طريقة القياس هي بملأ القمع إلى مستوى المنخل الموجود في أعلاه (cc 1500) ومراقبة وقت نزول لتر واحد من الماء بالثواني ويشار إلى عدد الثواني باللزوجة وتكون لزوجة الماء (28 ثانية).
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (2) marsh funnel.


أما طريقة قياس اللزوجة التي يعتمد عليها بمعرفة سبب ارتفاع أو انخفاض اللزوجة والتي على ضوئها تتم معالجة سوائل الحفر هي باستعمال الـ (Fann V-G meter)، ومن خلالها تتمكن من معرفة اللـزوجة البلاستيكية (.P.V) ونقطة المطاوعة (Yield Point) (YP). تكون بوضع الطين في وعاء إلى حد معين وغمر الجزء الدوار من الجهاز في الطين إلى علامة معينة ثم تشغيل الجهاز على سرعة (600 دورة/ دقيقة) واخذ القراءة (Ø600) ثم تحويل السرعة على (300 دورة/ دقيقة) واخذ القراءة (Ø300) وتكون الحسابات كالتالي:
  • Plastic Viscosity (P.V.)= Ø600 - 300    (in centipoises)
  • Apparent Viscosity (A.V.)= Ø600/2    (in centipoises)
  • Yield Point (Y.P.)= Ø300 - P.V.      (in Ib/100 ft2)
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (3) Fann V-G meter.


اللزوجة البلاستيكية (.Plastic Viscosity (P.V
هي اللزوجة الناتجة من الاحتكاك بين جزيئات الطينوجزيئات الماء مع جزيئات المواد الصلبة، أو جزيئات الماء مع بعضها، أو جزيئات المواد الصلبة مع بعضها.
 
ان ارتفاع اللزوجة البلاستيكية يعني ارتفاع نسبة المواد الصلبة لذا فانه عند ارتفاع لزوجة الطين الظاهرية نتيجة لارتفاع اللزوجة البلاستيكية، فتكون معالجة الطين بمحاولة تقليل نسبة المواد الصلبة، وذلك بتشغيل أجهزة فصل المواد الصلبة. يجب أن تكون بكفاءة عالية وهي المنخل الهزاز وعازل الرمل وغيرها أو بتخفيف الطين باستعمال طين جديد.

نقطة المطاوعة (.Yield Point (Y.P
وهي القوة التي يبدأ السائل عندها بالحركة او اللزوجة الناتجة عن تجاذب الجزيئات بعضها على بعض نتيجة الشحنات الكهروكيمياوية الموجودة في الطين والتي قد تكون بسبب التلوث بالأملاح أو زيادة تركيز المواد الطينية مثل البنتونايت، لذا فان ارتفاع اللزوجة نتيجة لارتفاع نقطة المطاوعة يجب أن تتم معالجتها كيميائيا وذلك بإضافة المواد المخفضة للزوجة مثل الـ(Lignosulfonats)، والتي تقوم بمعادلة الشحنات وتقليل قوى التجاذب أو بالتخلص من المواد الملوثة.

3. القوة الجلاتينية gel strength
هي قوى تجاذب جزيئات السائل عندما يكون في حالة سكون. ان القوة الجيلاتينية ضرورية في سائل الحفر للحفاظ على المواد الصلبة معلقة أثناء توقف التدوير.

تقاس القوة الجيلاتينية بجهاز الـ (Viscometer) ويقاس على مرحلتين، القوة الجيلاتينية الابتدائية بعد أول عشرة ثواني والقوى الجيلاتينية بعد مرور عشرة دقائق وتكون كيفية القياس بعد الانتهاء من قراءات (300 دورة/دقيقة) و(600 دورة/دقيقة) بخيط الطين بسرعة عالية (600 دورة/دقيقة لمدة 15 ثانية)، ثم ترتيب الجهاز على وضع قراءة (300 دورة/دقيقة)، ثم إيقاف الجهاز لمدة عشرة ثواني، بعدها يتم تشغيل الجهاز وقراءة أقصى انحراف للمؤشر وهي القوة الجيلاتينية في عشرة ثواني، ثم إيقاف الجهاز لمدة عشرة دقائق وقراءة أقصى انحراف للمؤشر وهي القوة الجيلاتينية خلال عشرة دقائق. وتكون وحدة القوة الجيلاتينية (lb /100 ft2). وتكون معالجة ارتفاع القوة الجيلاتينية إلى محتويات غير طبيعية بنفس أساليب معالجة نقطة المطاوعة (.Y.P).

4. الراشح (Filtrate)
تتم السيطرة على فقدان السوائل من الطين نتيجة للترشيح في البئر عن طريق تكوين كعكة الطين معدومة النفاذية نتيجة لترسب المواد الصلبة والمواد الكيمياوية الأخرى مثل الـ (cmc , starch) وغيرها. 

يعتمد الراشح على عوامل أخرى مثل الوقت والضغط ودرجة الحرارة ويكون قياس الراشح على نوعين:

(A) API – Filtrate
في درجة الحرارة الاعتيادية يوضع نموذج من الطين في خلية جهاز الترشيح بعد وضع ورق الترشيح ثم إحكام غلق الخلية وتسليط ضغط مقداره (PSI 100) لمدة 30 دقيقة، ويكون الراشح هو الكمية النازلة خلال 30 دقيقة بـ (cm3) .وأحيانا يؤخذ في 7.5 دقيقة ويضرب في (2) لنحصل على الراشح خلال (min 30) اعتمادا على المعادلة التالية:
  • F 30 min= 2 × F 7.5 min

(B) API – High Temperature, High Pressure Filtrate
يوضع سائل الحفر في خلية جهاز الترشيح بعد وضع ورق الترشيح وتعريض الخلية إلى درجة حرارة (°300F) وضغط (PSI 500) لمدة (30 دقيقة) ويكون الراشح هو الكمية النازلة خلال (30 دقيقة).

يزداد الراشح بتعرض طين الحفر للتلوث وحدوث تغيرات في خواص كعكة الطين نتيجة للتلوث وخصوصا التلوث بالأملاح وايونات الكالسيوم والمغنيسيوم والايونات الأخرى وتكون المعالجة بالتخلص من التلوث وإضافة مواد مقللة للراشح وإضافة مواد كيمياوية أخرى مثل (Chrome Lignite, Lignosulfonate) لتحسين خواص كعكة الطين ولضمان توزيع المواد الصلبة وانتشارها.

ومن أفضل المواد للسيطرة على الراشح هي مادة البنتونايت لأنه بوجوده تتكون كعكة الطين معدومة النفاذية ودقيقة أما الطين الذي تقل فيه نسبة البنتونايت فتكون كعكة الطين سميكة مما تسبب صعوبات أثناء الحفر وأثناء العمليات الأخرى.

5. نسبة الرمل (sand content)
يكون سبب وجود الرمل في الطين بسبب حفر تكوينات رملية او حاوية على الرمل. ان وجود الرمل في طين الحفر مضر لما يسببه لمعدات الحفر من تخديش بالإضافة لتأثيره على خواص الطين. وتكون معالجته بتشغيل عازل الرمل، ويجب ان تكون النسبة المسموح بها من الرمل هي اقل من (%1).

طريقة قياس نسبة الرمل كالتالي:
يتكون جهاز قياس نسبة الرمل من ثلاثة أجزاء: منخل 2.5، قمع، وأنبوبة قياس زجاجية عليها علامات كميات الطين والماء، التي يجب أن تضاف لغرض قراءة نسبة الرمل مباشرة في الجزء السفلي من الأنبوبة المدرجة من (% 20-0).

يوضع سائل الحفر في الأنبوبة الزجاجية وصولاً الى العلامة المؤشرة عليها الطين، ثم يضاف إليها ماء إلى حد علامة الماء، تغلق الأنبوبة وتخض جيدا ثم تسكب محتويات الأنبوبة على المنخل، ثم تضاف كمية أخرى من الماء في الأنبوبة وتخض مرة أخرى ويعاد سكبها على المنخل ثم يثبت القمع على المنخل وعلى الجهة التي بقى عليها الرمل، ثم وضع القمع في فوهة الأنبوبة، ثم يغسل الرمل من المنخل لكي ينزل إلى الأنبوب. وبعد تركه إلى أن يترسب في قعر الأنبوبة المدرجة تقرأ نسبة الرمل.
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (4) sand content kit.


6. كمية المواد الصلبة والسوائل في الطين
لقياس كمية المواد الصلبة والسوائل في طين الحفر تأخذ كمية مقاسه من الطين وتوضع في وعاء ثم يسخن حتى تتبخر السوائل ثم تمرر الأبخرة على مكثف ثم تجمع في أنبوبة مدرجة وتسجل كمية النفط وكية الماء وتحسب النسب المئوية كالأتي:
  1. % oil by volume = ml oil × 10
  2. % water by volume = ml water × 10
  3. % solid by volume = 100 - (ml oil + ml water)×10
  4. Grams oil = Corrected ml oil × 0.8
  5. Grams water = ml water
  6. Grams mud = (gm/cc) × 10 = lb/gal mud weight × 1.2
  7. Grams solid = F - (D+E)
  8. ml solid = 10 - (ml oil + ml water)
  9. Average SP.gr. of solids = G/H
  10. Solid % by weight = (G/F)×100

أما في حالة الماء المالح (salt water) فانه يستعمل معامل تصحيح ويعتمد على تركيز الملح لغرض حساب نسبة المواد الصلبة بصورة مضبوطة، وباستعمال جهاز الـ ( Retort) بملأ وعاء الجهاز والذي سعته (10cc) بالطين ثم يغطى بالغطاء الخاص وإزالة أي زيادة بالطين، ثم يثبت في موضعه في الجهاز بعدها يوضع عدة قطرات من سائل الـ (steel wool) او الـ (steel wool مباشرة بعد غلق الوعاء ثم تشغيل الجهاز والذي يقوم بتسخين النموذج وتبخير السوائل وبعد مرور السوائل من المكثف تتكثف السوائل لتنزل في أنبوبة مدرجة وتضاف عده قطرات من محلول (aerosol) لغرض الفصل بين النفط والماء بصورة تامة وتوضيح القراءات، وتكون مدة التسخين عادة (20 دقيقة)، ويتوقف التسخين أوتوماتيكيا بعد انطفاء المصباح الأحمر. إن ارتفاع نسبة المواد الصلبة في سائل الحفر تعني زيادة في اللزوجة، زيادة في سماكة كعكة الطين وزيادة في الراشح وزيادة الكثافة والتي قد تسبب مشكلة الفقدان وتقليل سرعة الحفر، وتكون المعالجة بتشغيل معدات فصل المواد الصلبة وتتم باستعمال المنخل الهزاز ذات منخل ناعم وتشغيل عازلة الرمل، عازله السلت أو التخفيف باستعمال طين جديد علما إن عملية التخفيف تزيد من كلفة الطين.

إن حجوم دقائق المواد الصلبة والتي تفصل ميكانيكيا باستعمال أجهزة فصل المواد الصلبة مبينة كما يلي:
Micron size removed Screen Size
(mish)
Mechanical
Down to 1410 14 Shale shaker
Down to 997 18
Down to 705 28
Down to 249 60
Down to 174 80
Down to 140 100
Down to 50 or 60 (Desander) عازلة الرمل
Down to 30 or 20 (Desilter) عازلة السلت
Down to 2 (Setting in pits) خزانات الترسيب

ويعتمد الترسيب في الخزانات على :
  • نقطة المطاوعة.
  • القوة الجيلاتينية.
  • سرعة الجريان.
  • سعة الخزانات.
  • طريقة تصميم خزانات الترسيب.
  • الوقت الذي يبقى فيه الطين في خزانات الترسيب.
  • استعمال بعض المواد الكيمياوية التي تساعد على تجمع المواد الصلبة.

7. PH القاعدية
درجة الحموضة او القاعدية في طين الحفر يستدل عليها من تركيز ايونات الهيدروجين والتي يعبر عنها بـ PH
PH = log10(1/H+)
Or
PH = –log10 H+
وتتراوح قيمة الـ PH من (14-0) والتي تعتبر  (7) محيط متعادل و (7-0) محيط حامضي و (14-7) محيط قاعدي وان معظم سوائل الحفر ذات محيط قاعدي يتراوح من (12.5 - 8) ويعتمد على نوع سائل الحفر. وان الـ PH مهمة جدا لأنها تؤثر على قابلية ذوبان معظم المواد العضوية المخفضة للزوجة، وتساعد على انتشار المواد الطينية.

ان الطريقة السهلة لقياس الـ PH والمعروفة حقليا تعتمد على استعمال الـ (PH-Paper) والذي يتغير لونه حسب الـ PH وممكن قراءته بأخذ قطعة طولها انج واحد من الشريط ووضعه فوق الطين وبعد مرور فترة مناسبة من الوقت تتراوح بين الثواني ولعدة دقائق تؤخذ القراءة او بواسطة جهاز قياس القاعدية الرقمي.
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (5) Digital PH meter.


8. القاعدية (Alkalinity)
إن السيطرة على القاعدية والمحافظة عليها بالمستوى المطلوب يساعد بالحصول على سائل حفر جيد مسيطر عليه من كافة الجوانب. يمكن تعريف القاعدية بأنها تركيز ايونات الهيدروكسيل كلما ازداد ايون الهيدروكسيل يكون الطين جيدا أما إذا كان بسبب البيكاربونات أو الكاربونات يكون الطين غير مستقر وصعوبة السيطرة عليه ولهذا ما يخص بالتلوث بالكاربونات وينتج عن اضافة كميات كبيرة من البيكاربونات والكاربونات للطين أو التلوث بغاز ثاني اوكسيد الكاربون (CO2) وتكون المعالجة بإضافة مادة الكوستك صودا (HaoH) أو مادة Lime (Ca(OH)2).

ولمعرفة القاعدية يمكن اعتماد التحليلات التالية:
أ. Pf لقياس قاعدية الراشح:
يؤخذ سم3 واحد من الراشح وتضاف إليه عدة قطرات من عينة الفينونفتالين الحمراء ثم باستعمال السحاحة وباستعمال سائل التصحيح حامض الكبريتيك (H2SO4) إلى الوصول لنقطة النهاية عند التحول من اللون الاحمر إلى لون الراشح إن حجم الحامض (Pf) هو:
Pf = ml of (N/50) H2SO4


ب. ولقياس Mf على نفس النموذج تضاف عينة المثيل البرتقالية وباستعمال (N/50) H2SO4 كسائل تصحيح للوصول إلى نقطة النهاية عند التحول من اللون الاصفر إلى اللون الوردي إن حجم الحامض متضمنا الذي استعمل لقياس Pf هو Mf.
  • تكون القاعدية بسبب HCO3 يكون الطين غير مستقر (Pf=0) وتصعب السيطرة عليه.
  • تكون القاعدية بسبب OH يكون الطين مستقر وجيد (Pf=Mf).
  • تكون القاعدية بسبب CO3 يكون الطين غير مستقر (2Pf=Mf) ولكن يمكن السيطرة عليه.
  • تكون القاعدية بسبب (OH & CO3) يكون الطين مستقر (2Pf > Mf) ويمكن السيطرة عليه.
  • تكون القاعدية بسبب (HCO3 & CO3) يكون الطين غير مستقر (2Pf < Mf) وتصعب السيطرة علية.

قاعدية الطين Pm
لقياس الـ Pm يؤخذ سم3 من الطين ثم يخفف بإضافة (50سم3) من الماء المقطر ثم يمزج جيدا لغرض انتشار الطين ثم تضاف عليه عدة قطرات من عينة الفينونفتالين وباستعمال سائل التسحيح حامض الكبريتيك (N/50) H2SO4 للوصول الى نقطة النهاية عند تغير اللون من اللون الأحمر إلى لون الطين نفسه. إن حجم H2SO4 (N/50) المضاف هو Pm.
Lime Content (lb/bbl) = 0.26 (Pm – Fw Pf)
Fw = Water Fraction
Pf =Filtrate alkalinity (قاعدية الراشح)

ولسهولة الحساب يمكن استعمال المعادلة:
Lime Content (lb/bbl) = (Pm – Pf)/4

9. تحليلات الماء والراشح
(أ). تعين تركيز ايونات الكلوريد: تؤخذ (1 سم3) من الراشح أو الماء وتوضع في وعاء تسحيح (titration dish) ويخفف بإضافة الماء المقطر (mL 50 – 40)، ثم تضاف من أربعة إلى خمسة قطرات من كرومات البوتاسيوم كدليل لنقطة النهاية. ثم إضافة سائل التسحيح نترات الفضة بتركيز (gm 0.001) أو (gm 0.01) مع استمرار التحريك إلى أن يتغير اللون من الأصفر إلى البرتقالي ثم تسجل حجم نترات الفضة بـ (gm) ويكون حساب تركيز الملح كالأتي:
  • CL = PPm = mL 0.001 gm silver nitrate x 1000
  • NaCL (PPm) = PPm CL × 1.65
Or
  • CL (PPm) = mL 0.01 gm silver nitrate x 10000
  • NaCl (PPM) = PPm CL × 1.65



وتكون مصادر الملح في سائل هي:
الماء المستعمل لتحضير الطين أما البحر أو الآبار الارتوازية.
أثناء الحفر والمرور بطبقات ملحية أو طبقات حاوية على ماء مالح.
إضافة الملح للطين لغرض تحضير الأطيان الملحية والذي
يستعمل عند حفر طبقات ملحية.

(ب). تعين العسرة الكلية (ايونات الكالسيوم والمغنيسيوم):
تؤخذ (ml 50) من الماء المقطر في وعاء التسحيح ثم يضاف عليه (ml 2) من محلـول (hardness buffer solution) أو (10 - 5) قطرة من محلول (hardness indicator solution) إلى أن يتغير اللون إلى الأزرق (لا تحسب هذه الكية من محلول التسحيح عند حساب كمية الكالسيوم والمغنيسيوم)، ثم يقاس (1 سم3) (ml 1) من الراشح أو الماء، ويضاف إلى وعاء التسحيح فيتغير اللون إلى الأحمر الخمري عند وجود ايونات الكالسيوم أو المغنيسيوم ثم يضاف محلول التسحيح إلى أن يتغير اللون إلى الأزرق وتحسب العسرة الكلية كالأتي:
  • (mls) titrating solution × 20= epm Ca++ & Mg++
  • (mls) titrating solution × 400= ppm Ca++ & Mg++
اذا كان
  • 1 ml titrating solution= 20 epm

وتكون مصادر ايونات الكالسيوم والمغنسيوم في سائل الحفر:
  • الماء المستعمل لتحضير الطين أما من البحر أو الآبار الارتوازية.
  • أثناء الحفر والمرور بطبقة انهايدرايت (CaSO4) او طبقات جبسية (2H2O ,CaSO4) أو طبقات حاوية على ماء حاوية على ايونات الكالسيوم والمغنسيوم.
  • إضافة مادة (2H2O, CaSO4) (Gypsum) في طين (gyp-mud) والذي يستعمل على الأغلب لمعالجة مشاكل تكهف السجيل او توقع الحفر بطبقات انهايدراتيه.
  • تلوث الطين بايونات الكالسيوم والمغنسيوم يؤدي إلى زيادة اللزوجة والقوى الجيلاتينية وزيادة الراشح بشكل كبير وانخفاض القاعدية.

وتكون المعالجة:
  • إذا كان الماء المستعمل للتحضير عسر فإنه يعالج بمادة رماد الصودا (Na2CO3) وبتركيز (gm/m3 0.06) لكل (epm 1) من ايونات الكالسيوم والمغنسيوم قبل البدء بتحضير الطين.
  • اما اذا كان المصدر الطبقات فانه أيضا تضاف مادة رماد الصودا ومادة الصودا الكاوية (NaOH) لغرض المحافظه على القاعدية كما تضاف مادة (Lignosulfonate) لغرض زيادة مقاومة الطين لهذه الايونات.
  • أما إذ كان المصدر نتيجة لحفر الأسمنت فأنه يعالج بإضافة مادة بيكاربونات الصوديوم (NaHCO3).

أنواع سوائل الحفر

هناك عدة أنواع مختلفة من سوائل وطين الحفر، بناءً على تركيبها واستخدامها. العوامل الرئيسية الثلاثة التي تعطي القرار بشأن نوع سائل الحفر المختار لبئر معين هي:
  • كلفة
  • الأداء الفني (Technical performance)
  • تأثير بيئي (Environmental impact)
يعد اختيار النوع الصحيح من السوائل للظروف المحددة جزءًا مهمًا من عمليات الحفر الناجحة.

يحتوي تصنيف World Oil السنوي لأنظمة السوائل على تسع فئات متميزة من سوائل الحفر، بما في ذلك:
  • انظمة المياه العذبة
  • انظمة المياه المالحة
  • سوائل الحفر ذات الاساس النفطي او التركيبي
  • أنظمة "الموائع" الهوائية (الهواء ، الضباب ، الرغوة ، الغاز)
تعتبر السوائل ذات الاساس المائي (WBFs) هي أكثر الأنظمة استخدامًا، وتعتبر أقل تكلفة من السوائل ذات الاساس النفطي (OBFs) أو السوائل ذات الاساس التركيبي (SBFs).

تعرف السوائل OBFs و SBFs باسم أنظمة المستحلب العكسي (invert-emulsion systems) حيث تحتوي على طين نفطي او تركيبي كطور مستمر (أو خارجي) للمستحلب، ومحلول ملحي كطور داخلي. تتمتع أنظمة الاستحلاب العكسي بتكلفة أعلى من معظم السوائل التي تعتمد على الماء، لذلك غالبًا ما يتم اختيارها عندما تتطلب ظروف البئر تثبيطًا موثوقًا للصخر الزيتي (shale) و / أو تزييتًا ممتازاً. يمكن صياغة الأنظمة القائمة على الماء وأنظمة المستحلب المعكوس لتحمل درجات حرارة قاع البئر المرتفعة نسبيًا.


يتم تنفيذ الأنظمة الهوائية الأكثر شيوعًا في المناطق التي تكون فيها ضغوط التكوين منخفضة نسبيًا وخطر فقدان التدوير أو تلف التكوين مرتفع نسبيًا. يتطلب استخدام هذه الأنظمة معدات متخصصة لإدارة الضغط للمساعدة في منع تطور الظروف الخطرة عند مواجهة الهيدروكربونات.


تصنيف موائع الحفر
  1. الطين ذو الاساس المائي (Water-based fluids)
    • طين غير مشتت (Nondispersed sytems)
    • طين مشتت (Dispersed systems)
    • سوائل الحفر ذو المياه المالحة (Saltwater drilling fluids)
    • سوائل حفر البوليمر (Polymer drilling fluids)
  2. الطين المخترق للطبقات (Drill-in fluids)
  3. الطين ذو الاساس النفطي (Oil-based fluids)
  4. سوائل الحفر ذات الاساس التركيبي
  5.  (Synthetic-based drilling fluids)
  6. جميع السوائل النفطية (All-oil fluids)
  7. موائع الحفر الهوائية (Pneumatic-drilling fluids)
  8. منتجات متخصصة (Specialty products)

Water-based fluids

تستخدم السوائل التي أساسها الماء (WBFs) لحفر ما يقرب من 80٪ من جميع الآبار. يكون الطين او السائل الأساسي عبارة عن مياه عذبة أو مياه بحر أو محلول ملحي أو محلول ملحي مشبع أو محلول ملحي فورمات. يعتمد نوع طين الحفر المختار على ظروف البئر المتوقعة أو على الفترة الزمنية المحددة لحفر البئر. على سبيل المثال، يتم حفر المنطقة السطحية للبئر عادةً باستخدام طين حفر منخفض الكثافة ذو اساس من الماء أو ماء البحر يحتوي على عدد قليل من الإضافات التجارية. تتضمن هذه الأنظمة الطين الطبيعي في سياق عملية الحفر. يمكن أيضًا إضافة بعض البنتونيت التجاري أو الأتابولجيت للمساعدة في التحكم في فقدان السوائل ولتعزيز فعالية تنظيف تجويف البئر. بعد تثبيت البطانة السطحية، غالبًا ما يواصل المشغل، الحفر باستخدام WBF ما لم تتطلب ظروف البئر الانتقال إلى نظام ذو اساس نفطي او تركيبي.

ينقسم WBFs إلى فئتين رئيسيتين: مشتتة و وغير مشتتة.

Nondispersed sytems

تعتبر أنظمة الماء والجيلاتين البسيطة المستخدمة في الحفر التجويف العلوي للبئر هي انظمة غير مشتتة، مثلها مثل العديد من أنظمة البوليمر المتقدمة التي تحتوي على القليل من البنتونايت أو لا تحتوي على البنتونايت. يتم إدارة الصلصال الطبيعي (clay) الذي يتم دمجه في أنظمة غير مشتتة من خلال التخفيف و / أو التغليف و / أو التلبد. يمكن استخدام نظام التحكم في المواد الصلبة المصمم بشكل صحيح لإزالة المواد الصلبة الدقيقة من نظام الطين والمساعدة في الحفاظ على كفاءة الحفر. تعتمد أنظمة البوليمر منخفضة المواد الصلبة والغير مشتتة (LSND) على بوليمرات طويلة السلسلة ذات وزن جزيئي مرتفع ومنخفض لتوفير التحكم في اللزوجة وفقدان السوائل. يتم تغليف المواد الصلبة منخفضة الغروية وتقطيرها من أجل إزالة أكثر كفاءة على السطح، مما يقلل بدوره من متطلبات التخفيف. تتوفر البوليمرات ذات درجة الحرارة المرتفعة المطورة خصيصًا للمساعدة في التغلب على مشكلات الجيلاتين (gelation) التي قد تحدث في الآبار ذات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية (HP / HT). مع المعالجة المناسبة، يمكن ترجيح بعض أنظمة LSND من 17.0 إلى 18.0 ppg وتشغيلها عند 350 درجة فهرنهايت وأعلى.

Dispersed systems

يتم معالجة الأنظمة المشتتة بمشتتات كيميائية مصممة لتفريغ جزيئات الصلصال للسماح بتحسين الريولوجيا في الطين عالي الكثافة. تشمل المشتتات المستخدمة على نطاق واسع lignosulfonates، والمواد المضافة lignitic، والعفص. تتطلب الأنظمة المشتتة عادةً إضافات من الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم) للحفاظ على مستوى الأس الهيدروجيني من 10.0 إلى 11.0. يمكن أن يؤدي تشتيت نظام طين الحفر إلى زيادة تحمله للمواد الصلبة، مما يجعل من الممكن أن يصل وزنه إلى 20.0 ppg. يعتمد نظام lignosulfonate الشائع الاستخدام على إضافات غير مكلفة نسبيًا وهو مألوف لمعظم العاملين في مجال التشغيل ومنصة الحفر. يشمل سائل الحفر المشتت انواع اخرى شائعة الاستخدام منها الجير والأنظمة الكاتيونية الأخرى. يمكن لنظام المشتت المحمل بالمواد الصلبة أن يقلل من معدل الاختراق بشكل كبير وايضا يساهم في تآكل جوف البئر.

Saltwater drilling fluids

غالبًا ما تستخدم سوائل الحفر ذو المياه المالحة لتثبيط الصخر الزيتي ولحفر التكوينات الملحية. ومن المعروف أيضًا أنها تمنع تكوين الهيدرات الشبيهة بالجليد والتي يمكن أن تتراكم حول رؤوس الآبار تحت سطح البحر ومعدات التحكم في الآبار، وتغلق الخطوط وتعيق العمليات الحرجة. يمكن صياغة أنظمة لطين الحفر خالية من المواد الصلبة والمواد الصلبة المنخفضة باستخدام المحاليل الملحية عالية الكثافة، مثل:
  • كلوريد الكالسيوم
  • بروميد الكالسيوم
  • بروميد الزنك
  • فورمات البوتاسيوم والسيزيوم

Polymer drilling fluids

تستخدم سوائل حفر من نوع البوليمر لحفر التكوينات التفاعلية حيث تكون الحاجة إلى امتصاص الصخر الزيتي مهمة. مثبطات الصخر الزيتي المستخدمة بشكل متكرر هي الأملاح والجليكول والأمينات، وكلها غير متوافقة مع استخدام البنتونيت. تستمد هذه الأنظمة نموذج اللزوجة من البوليمرات مثل صمغ الزانثان والتحكم في فقد السوائل من النشا أو مشتقات السليلوز. يعتبر كلوريد البوتاسيوم من مثبطات الصخر الزيتي غير المكلف والفعال للغاية والذي يستخدم على نطاق واسع كمحلول ملحي أساسي لسوائل حفر البوليمر في أجزاء كثيرة من العالم. يمكن إضافة مثبطات الجليكول والأمين لزيادة تعزيز الخصائص المثبطة لهذه السوائل.

Drill-in fluids

يمكن أن يؤدي الحفر في منطقة الدفع (pay zone) بسائل حفر تقليدي إلى تقديم مجموعة من المخاطر غير المحددة سابقًا، وكلها تقلل من اتصال المكمن بجوف البئر أو تقلل من نفاذية التكوين. هذا صحيح بشكل خاص في الآبار الأفقية، حيث يمكن أن تكون منطقة الدفع معرضه لطين حفر على مدى فترة زمنية طويلة. يتطلب اختيار أنسب نظام للسوائل للحفر في منطقة الدفع فهماً شاملاً للمكمن. باستخدام البيانات الناتجة عن الاختبارات المعملية على النماذج المأخوذة من مناطق الدفع والمختارة بعناية، يجب إجراء دراسة حساسية موائع المكمن لتحديد التركيب المورفولوجي والمعدني لصخور المكمن. يجب تحليل موائع المكمن الطبيعي لإثبات تركيبها الكيميائي. يمكن نمذجة درجة الضرر الذي يمكن أن تسببه المشاكل المتوقعة، وكذلك فعالية الحلول الممكنة للتخفيف من المخاطر.

طين الحفر (Drill-in fluid) (DIF) هو سائل نظيف مصمم للتسبب في خسارة ضئيلة أو معدومة للنفاذية الطبيعية لمنطقة الدفع، ولتوفير تنظيف أفضل واسهل للتجويف. DIF يمكن ان يكون:
  • ذو اساس مائي
  • محلول ملحي
  • ذو اساس نفطي
  • ذو اساس تركيبي
بالإضافة إلى كونه آمنًا واقتصاديًا للتطبيق، يجب أن يكون DIF متوافقًا مع الموائع الأصلية للمكمن لتجنب التسبب في ترسب الأملاح أو إنتاج المستحلبات. يجب ان يعمل على تأسيس مائع لا يسبب ضرر ومناسب يدعى عجينة (cake) الترشيح التي تلتصق على جدار تكوين البئر، ولكن لا ينبغي أن يتغلغل طين الحفر كثيرًا في نمط مسام التكوين. يجب أن يمنع ترشيح السائل أو يمنع انتفاخ جزيئات الصلصال (clay) التفاعلية داخل المسام.

تضرر التكوين (Formation damage) يحدث عادة بسبب:
  • غزو ​​منطقة الدفع وسد الجسيمات الدقيقة
  • انتفاخ تكوين الـ clay
  • خلط الموائع غير المتوافقة
  • حركة الجزيئات المملوءه مسامها من مكانها
  • التغيرات في رطوبة المكمن
  • تشكيل مستحلبات أو كتل مائية
بمجرد أن تقلل آلية الضرر من نفاذية المكمن، نادرًا ما يكون من الممكن إعادة المكمن إلى حالته الأصلية.

Oil-based fluids

تم تطوير انظمة طين الحفر ذات الاساس النفطي وإدخالها في الستينيات، للمساعدة في معالجة العديد من مشاكل الحفر منها:
  • الصلصال الموجود في التكوين الذي يتفاعل أو ينسلخ او ينتفخ بعد التعرض لـ WBFs.
  • زيادة درجات حرارة قاع البئر.
  • الملوثات
  • الأنابيب العالقة وعزم الدوران والسحب
سوائل الحفر ذو الاساس النفطي (OBFs) المستخدمة اليوم يتمتكوينها باستخدام الديزل أو الزيوت المعدنية أو الأوليفينات الخطية منخفضة السمية والبارافينات. غالبًا ما يشار إلى الأوليفينات والبارافينات باسم المواد التركيبية (synthetics) على الرغم من أن بعضها مشتق من تقطير النفط الخام وبعضها يتم تصنيعه كيميائيًا من جزيئات أصغر. تتم مراقبة الاستقرار الكهربائي للمحلول الملحي الداخلي أو طور الماء للمساعدة في ضمان الحفاظ على قوة المستحلب عند القيمة المحددة مسبقًا أو بالقرب منها. يجب أن يكون المستحلب مستقرًا بدرجة كافية لدمج حجم ماء إضافي في حالة مواجهة تدفق المياه في قاع البئر.

يستخدم الباريت لزيادة كثافة نظام طين الحفر، يعتبر البنتونايت العضوي المعالج بشكل خاص هو اللزوجة الأساسية في معظم أنظمة طين الحفر ذو الاساس النفطي. يساهم طور الماء للمستحلب أيضًا في لزوجة السوائل. تمت إضافة المواد العضوية المحبة للليغنيت (lignitic) والأسفلتية والبوليمرية للمساعدة في التحكم في فقدان السوائل من HP / HT (الضغط المرتفع / درجة الحرارة المرتفعة). يعتبر ترطيب النفط ضروريًا لضمان بقاء المواد الجسيمية في حالة تعليق. يمكن أن تعمل المواد الخافضة للتوتر السطحي المستخدمة في ترطيب النفط أيضًا كمخففات. عادةً ما تحتوي انظمة سوائل الحفر ذو الاساس النفطي على الجير للحفاظ على ارتفاع درجة الحموضة، ومقاومة الآثار الضارة لغازات كبريتيد الهيدروجين (H2S) وثاني أكسيد الكربون (CO2) ، وتعزيز استقرار المستحلب.

يعد تثبيط الصخر الزيتي (Shale) أحد الفوائد الرئيسية لاستخدام طين الحفر ذو الاساس النفطي. يساعد طور المياه عالية الملوحة على منع الصخر الزيتي من الترطيب والانتفاخ والتسريب إلى تجويف البئر. يتم تكوين معظم أنظمة الطين النفطية التقليدية (Oil Based Mud) (OBM) بمحلول ملحي من كلوريد الكالسيوم، والذي يبدو أنه يوفر أفضل خصائص تثبيط لمعظم الصخر الزيتي.

تسمى نسبة النفط إلى نسبة الماء في الطور السائل لطين الحفر ذو الاساس النفطي oil/water. تعمل السوائل ذو الاساس النفطي بشكل جيد بشكل عام مع نسبة oil/water في النطاق من 65/35 إلى 95/5، ولكن النطاق الأكثر شيوعًا هو من 70/30 إلى 90/10.

Synthetic-based drilling fluids

تم تطوير السوائل ذات الأساس التركيبي (SBFs) نتيجة الرغبة المتزايدة في تقليل التأثير البيئي لعمليات الحفر البحرية، ولكن دون التضحية بالفعالية من حيث التكلفة للأنظمة طين الحفر ذات الاساس النفطي.

كما في OBFs ، يمكن استخدام SBFs من أجل:
  • تعظيم معدل الاختراق (rate of penetrations) (ROPs).
  • زيادة التزييت في الآبار الاتجاهية والأفقية.
  • تقليل مشاكل استقرار حفرة البئر، مثل تلك التي تسببها الصخور الزيتية التفاعلية (reactive shales).
تؤكد البيانات الميدانية التي تم جمعها منذ أوائل التسعينيات أن SBFs توفر أداء حفر استثنائي وممتاز، يعادل بسهولة أداء طين الحفر ذو الاساس النفطي.

عند مواجهة درجات حرارة باردة، قد تتطور عوامل SBF التقليدية إلى لزوجة عالية بشكل غير مرغوب فيه نتيجة للصلصال العضوي ومواد الليغنت (lignitic) المضافة الى نظام سائل الحفر. سمح إدخال SBFs المصنوع من صفر أو من الحد الأدنى من الإضافات من الطين العضوي والمنتجات الليغنيتية بالتحكم في خصائص الريولوجيا وفقدان السوائل من خلال خصائص مستحلب طين الحفر. تشمل مزايا أداء هذه الأنظمة ما يلي:
  • قوة هلامية عالية ومسطحة تنكسر بأقل ضغط بدء.
  • انخفاض ملحوظ في كثافة التدوير المكافئة (equivalent circulating densities) (ECDs).
  • تقليل خسائر الطين أثناء الحفر وتثبيت البطانة والتسميت.

All-oil fluids

يساعد طور الماء عالي الملوحة لسائل المستحلب العكسي عادتاً على استقرار الصخر الزيتي ومنع الانتفاخ. ومع ذلك يتم استخدام سوائل الحفر التي لا تحتوي على طور ماء والتي تم تكوينها باستخدام نفط أساسه الديزل أو النفط التركيبي لحفر فترات او مسافات طويلة من الصخر الزيتي حيث تكون ملوحة مياه التكوين شديدة التباين لتلك المنطقة. من خلال القضاء على طور الماء، يمكن لطين الحفر النفطي بالكامل الحفاظ على استقرار الصخر الزيتي طوال الفترة المحددة للحفر.

Pneumatic-drilling fluids

يمكن استخدام الهواء المضغوط أو الغاز بدلاً من سائل الحفر لتدوير الفتات الصخري خارج حفرة البئر. تنقسم موائع الحفر الهوائية إلى ثلاث فئات:
  • الهواء أو الغاز فقط
  • مائع تهوية (Aerated fluid)
  • الرغوة
تتطلب عمليات الحفر بالهواء المضغوط معدات متخصصة للمساعدة في ضمان الإدارة الآمنة للقطع وموائع التكوين التي تعود إلى السطح، بالإضافة إلى ضمان امان الخزانات والضواغط والخطوط والصمامات المرتبطة بالغاز المستخدم في حفر أو تهوية سائل الحفر أو الرغوة.

يستثنى المائع الهوائي عند الحفر من خلال تكوينات هيدروكربونية عالية الضغط أو تكوينات محملة بالموائع والتي تتطلب طين حفر عالي الكثافة لمنع مشاكل التحكم في البئر.

ما عدا هذه فإن استخدام موائع الحفر الهوائية يوفر العديد من المزايا:
  • يمنع او يقلل من تضرر الطبقات
  • التقييم السريع للفتات الصخري حيث يمكن من خلاله الدلالة على وجود الهيدروكاربونات
  • منع الفقدان في عملية التدوير
  • معدلات اختراق أعلى بشكل ملحوظ في التكوينات الصخرية الصلبة

Specialty products

توفر الشركات المختصة بسوائل وطين الحفر مجموعة واسعة من الإضافات المصممة لمنع أو تخفيف التأخيرات المكلفة في تشييد الآبار. من أمثلة هذه المنتجات ما يلي:
  • مواد منع فقدان التدوير Lost-circulation materials (LCM) التي تساعد على منع أو إيقاف فقدان طين الحفر في قاع البئر في التكوينات الضعيفة أو المستنفدة.
  • مائع لكشف الاعطال (spotting fluid) الذي يساعد على تحرير الانابيب العالقة.
  • مواد التزييت (Lubricants) لـ WBFs التي تسهل عزم الدوران والسحب وتسهل الحفر في البيئات ذات الزاوية العالية.
  • المواد الكيميائية الوقائية (على سبيل المثال، مثبطات التقشر والتآكل، والمبيدات الحيوية، ومزيلات كبريتيد الهيدروجين) التي تعمل على حماية الموظفين وتمنع تلف الانابيب.


التحديات المتعلقة بسوائل الحفر

Lose Circulation

التدوير المفقود هو ظاهرة فقدان طين الحفر في التكوين. يمكن أن تحدث خسائر طين الحفر بسبب العديد من العمليات منها تجاوز ضغط الكسر (Fracture pressure) عن طريق الحفر خلال التكوين باستخدام وزن طيني مرتفع يمكنه ممارسة ضغط هيدروستاتيكي مرتفع مما يؤثر على التكوين. كما أن الاندفاع الفجائي للتكوين هو أيضًا عملية أخرى يمكن أن تؤدي إلى تجاوز ضغط الكسر للتكوين المحفور وفقدان سائل الحفر فيه. يمكن أن يؤدي فقدان التدوير إلى مشاكل حفر أخرى مثل الأنابيب العالقة (stuck pipe) أو وضع السيطرة على البئر (well control) أو حتى إتلاف المنطقة المنتجة. يعد علاج الخسائر بسرعة وفعالية أمرًا مهمًا للغاية لمواصلة عمليات الحفر.
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (6) Lost Circulation.


من بين الأهداف الرئيسية لتصميم عمليات الحفر هو منع فقدان الطين. يمكن أن يساعد تحليل البيانات من الآبار المتوازنة في اختيار وزن الطين المناسب. يمكن استخدام مواد منع فقدان تدوير الطين (Lost Circulation Material) (LCM) بشكل روتيني في النظام النشط أثناء الحفر من خلال الطبقات المحتمل فقدان الطين فيها. يمكن ضخ LCM في سوائل الحفر مع الاخذ بنظر الاعتبار عدم التأثير على الانسيابية أو الخصائص المحددة مسبقًا.

عند الحفر عبر مناطق المحتمل خسارة الطين فيها، تكون الأولوية هي الحفاظ على حفرة مملوءة بالطين من أجل الحصول على ضغط هيدروستاتيكي آمن لا ينخفض ​​عن ضغط التكوين، حيث عند انخفاضه يسمح لسوائل التكوين بالتدفق إلى حفرة البئر لتوليد ما يسمى بالرفسة (kick). يمكن أن تشكل مناطق الخسارة أيضًا مخاطر الانابيب العالقة والتي يمكن تجنبها عن طريق تدوير خيط او سلسلة الحفر (String) وتحريكها للاعلى وللاسفل أثناء تحضير اقراص LCM.

يوجد LCM المستخدم لعلاج خسائر التدوير على أنواع عديدة منها بأحجام مختلفة. الورق أو كربونات الكالسيوم أو الميكا (mica) أو حتى قشور الميكا هي مواد تقليدية وغير مكلفة نسبيًا يمكن استخدامها لعلاج الخسائر.

يمكن استخدام اقراص LCM المائية (Hydratable) في حالة الفقدان الشديدة. حيث تكتشف المنطقة التي تسبب الفقدان وتتمدد عند درجة حرارة قاع البئر لملأ الكسور (fractures) في الطبقة ذات الفقدان الشديد لطين الحفر.

Rapid-Set LCM هو نوع آخر من المنتجات التي تتفاعل مع سوائل الحفر بعد اكتشافها لمنطقة الفقدان. أنها تشكل سدادة مرنة وكثيفة يمكن أن تملأ الكسور. لقد أثبت هذا النوع من المنتجات قدرته على تحسين تدرج الكسر الطبيعي للتكوين المحفور مما يسمح باستخدام أوزان طينية أعلى.

Stuck Pipe

تعتبر الأنابيب العالقة من بين أغلى المشاكل التي يمكن مواجهتها أثناء عمليات الحفر. يمكن أن تترافق مع مشاكل أخرى مثل فقدان التدوير أو مشاكل السيطرة على البئر. يمكن أن يكون الموقف أكثر تعقيدًا إذا كان الأنبوب عالق عند حفر آبار شديدة الانحراف.

أثناء الحفر في المناطق المستنفدة، يمكن أن تلتصق سلسلة او خيط الحفر عن طريق آلية الالتصاق التفاضلي (differential sticking). عندما يصبح الضغط في المجال الحلقي أكبر من ضغط التكوين، يتم دفع سلسلة الحفر باتجاه جدران البئر ويتم دمجها في كعكة الراشح (filter cake). اما في الآبار العالية الانحراف يمكن أن يكون الموقف أكثر صعوبة لأن قوة الجاذبية تساهم في امساك سلسلة الحفر. يمكن أن يساعد التحكم في جودة كعكة الراشح وتزييت سوائل الحفر في تقليل مخاطر مواجهة الالتصاق التفاضلي.

يمكن أن يحدث الأنبوب العالق أيضًا بسبب الآليات الميكانيكية بما في ذلك keyseating، شو packoff، وانهيار جوف البئر، وحركة التكوينات البلاستيكية. يمكن مراقبة العديد من المعلمات عن كثب من أجل منع مثل هذه المشاكل، على سبيل المثال، يمكن أن تعطي زيادة عزم الدوران والسحب تقييماً حول تنظيف التجويف أو الفواصل الزمنية بين النقاط الضيقة.
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (7) انحشار الانابيب بسبب الـ packoff.


وفقًا لآلية الالتصاق، يمكن تعديل كثافة طين الحفر لتجنب انحشار الأنابيب. يمكن زيادة وزن طين الحفر بواسطة الملح عند الحفر من خلال التكوين البلاستيكي للتحكم في حركته نحو سلسلة الحفر، ويمكن إنقاصه عند الحفر عبر المناطق المستنفدة لتقليل الضغط التفاضلي بين ضغط المجال الحلقي وضغط المسام لتجنب آلية الالتصاق.

يجب أن تكون بعض السوائل متوفرة في موقع برج الحفر لاستخدامها في حالة حدوث علق للانابيب. هذه السوائل تكون مصممه لتدمير كعكة او عجينة الراشح وتوفير التزييت من أجل السماح بتحريك انبوب الحفر بحرية. يمكن تحديد نقطة التوقف التي علقت بها الانابيب عن طريق تطبيق قياس التمدد الذي يمكن أن يساعد في تحديد السوائل بالقرب من نقطة التوقف المحتملة.

Hole Cleaning

يعد تنظيف الآبار المنحرفة من 30 درجة إلى 60 درجة من بين أصعب القضايا. يرتبط تنظيف تجويف البئر في هذه الحالة بالعديد من المعلمات. يمكن أن تقلل إدارة لزوجة سائل الحفر، والسرعة المحيطية (annular velocity)، وسرعة دوران الأنابيب، وانحراف الأنبوب من مشاكل تنظيف الفتحات.

يمكن تؤدي نمذجة حالة قاع التجويف الى عقبة لأن الاختبارات في موقع منصة الحفر لا يتم إجراؤها في ظروف قاع تجويف البئر مما قد يؤدي إلى تضليل النتائج. تُستخدم بعض البرامج الاحترافية لتحديد معلمات سوائل الحفر في ظل ظروف الحفرة السفلية مثل: الضغط الهيدروليكي، والخصائص الانسيابية، وفقدان الضغط الحلقي، وكثافة التدوير المكافئة (ECD)، والفتات الصخري المحمل وتأثير انحراف الأنبوب. يتم التحقق من صحة هذه المعلمات من خلال بيانات الضغط في الوقت الحقيقي أثناء الحفر (PWD). يمكن أن يساعد الحصول على البيانات من هذه البرامج في اتخاذ بعض الإجراءات لتحسين تنظيف التجويف:
  • ضبط خصائص طين الحفر
  • تعديل معدل الاختراق (ROP)، ومعدل التدفق، وسرعة الفصل (tripping speed)
  • التخطيط لبرنامج اكتساح او مسح (sweep) فعال

إن برمجة عمليات مسح لتنظيف التجاويف في الآبار المنحرفة ليس هو نفسه البرنامج الذي يمكن تطبيقه على الآبار العمودية. قد لا تكون عمليات المسح او الاكتساح عالية اللزوجة التي يمكن أن توفر تنظيفًا جيدًا للحفر في الآبار العمودية خيارًا جيدًا للآبار عالية الانحراف. يخلق أنبوب الحفر اللامتراكز مساحة حلقية ضيقة حيث لا يمكن أن تتدفق السوائل وتبقى طبقة من الفتات الصخري في مكانها. أظهرت التجربة أن التدفق المضطرب الناتج عن سوائل الحفر الخفيفة في إزالة طبقة الطمي يكون أكثر فاعلية من التدفق المضطرب الناتج عن السوائل عالية اللزوجة.

يتم اتباع بعض الخطوات للحصول على برنامج فعال لتنظيف التجاويف:
  • يتم وزن الاكتساح ذو اللزوجة المنخفضة بمقدار 3 إلى 4 ppg أكثر من طين الحفر المستخدم في التجويف.
  • ضخ الكاسحات على فترات منتظمة.
  • تدوير الأنبوب بسرعة أعلى من 60 دورة في الدقيقة عندما يكون الاكتساح عند الدقاقة (bit).

Shale instability

يشكل الصخر الزيتي او السجيل (Shale) غالبية التكوينات المحفورة، ويسبب معظم مشاكل عدم استقرار تجويف البئر، بدءًا من الانجراف إلى الانهيار الكامل للحفرة. الصخر الزيتي عبارة عن صخور رسوبية دقيقة الحبيبات تتكون من الطين والطمي وفي بعض الحالات من الرمل الناعم. تتراوح أنواع الصخر الزيتي من الدكلة (gumbo) الغنية بالطين (ضعيفة نسبيًا) إلى الحجر الطيني (شديد الإسمنت)، ولها خصائص مشتركة ذات نفاذية منخفضة للغاية ونسبة عالية من معادن الطين. أكثر من 75% من التكوينات المحفورة في جميع أنحاء العالم عبارة عن تكوينات من الصخر الزيتي. تشير التقارير إلى أن تكلفة الحفر المنسوبة إلى مشاكل عدم استقرار الصخر الزيتي تزيد عن نصف مليار دولار أمريكي سنويًا. 

 ان عدم استقرار الصخر الزيتي هو سبب ذو شقين: 
  • ميكانيكي (تغير الإجهاد مقابل بيئة قوة الصخر الزيتي).
  • كيميائي (تفاعل الصخر الزيتي/السوائل - الضغط الشعري، الضغط الاسموزي، انتشار الضغط، غزو طين الحفر للصخر الزيتي).

Barite sag

يعتبر ترهل مادة التثقيل (weighting material) او الباريت مشكلة في سائل الحفر ويحدث عندما تنفصل مادة التثقيل لسائل الحفر (الباريت، كربونات الكالسيوم، إلخ) عن الطور السائل وتستقر في القاع. تعتمد الطريقة جزئيًا على القياس المستمر لكثافة السوائل أثناء عملية تدوير الطين الاولى بعد أن يكون السائل ثابتًا بعد مرور بعض الوقت. ومع ذلك يمكن أن تحدث في حالة ديناميكية ذات سرعة محيطية منخفضة. يمكن أن يؤدي ترهل الباريت إلى اختلافات كبيرة في كثافة طين الحفر في تجويف البئر، حيث تكون كثافة الطين خفيفة في الأعلى وكثافة ثقيلة في الأسفل.
سوائل وطين الحفر | Drilling Fluids
شكل (8) الطين الخفيف والطين الثقيل. 


في الآبار العمودية، يحدث ترهل الباريت عند توقف عملية التدوير. في حين أنه في الآبار المنحرفة يمكن أن تؤدي آلية الإعداد المعقدة المسماة "Boycott settling" إلى استقرار سريع للطين حيث تستقر الجزيئات الأثقل في الجانب المنخفض من حفرة البئر والسوائل الأخف في الجانب المرتفع.

يمكن أن يحدث ترهل الباريت في الآبار عالية الزاوية (ربما عند 35 درجة) ولكن من المحتمل بشكل متزايد عند ≥ 50 درجة، ثم يتضاءل مع الاقتراب من 75 إلى 90 درجة). تحدث حوادث الترهل الأكثر حدة عادة في نطاق 45 إلى 65 درجة. يتسبب الترهل في انخفاض كثافة سائل الحفر للسوائل القريبة من السطح وزيادة كثافة السوائل الأقرب إلى القاع، مقارنة بأوزان الطين المدوره السابقة. يكون ترهل الباريت ملحوظًا بشكل خاص عند تدوير القيعان للأعلى بعد فترة طويلة من عدم الدوران، حيث يتم ملاحظة أوزان طين أخف تليها أوزان طين أثقل قريبة من القاع. تستقر جزيئات الباريت في الجانب المنخفض من حفرة البئر ثم ينزلق الطين الأثقل نحو قاع البئر، مما يؤدي إلى تراكم السوائل الثقيلة حول الجزء السفلي من المجال الحلقي. 


يحدث ترهل الباريت في أغلب الأحيان في:
  • سوائل منخفضة اللزوجة/قوة جيلاتينية منخفضة.
  • ظروف معدل القص المنخفض.
  • السوائل المحضرة حديثًا مع الحد الأدنى من مواد الحفر الصلبة.
  • الآبار ذات درجة الحرارة العالية (حيث تنخفض لزوجة قاع البئر بسبب زيادة درجة الحرارة).

يمكن أن يؤدي ترهل الباريت إلى مشاكل في التحكم بالبئر (well control) وعلق او انحشار الانابيب (stuck pipe)؛ ويمكن أن يؤدي إلى تفاقم مشاكل تنظيف التجاويف (Hole Cleaning). يمكن أن يساعد برنامج الاكتساح او المسح (sweep) المصمم جيدًا في منع حدوث الترهل أو تقليله. تشير النتائج الميدانية الأخيرة إلى نجاح كبير في منع الترهل باستخدام عمليات المسح الموزونة المصممة بشكل صحيح. عند استخدام طين حفر ذو اساس تركيبي قائم على المستحلب لا يحتوي على طين تجاري، لاحظ المشغلين حدوث القليل من ترهل الباريت أو عدم وجوده على الإطلاق، بناءً على البيانات المسترجعة من أدوات أخذ عينات الضغط في قاع البئر وقياسات كثافة طين الحفر المسجلة أثناء تدوير القيعان للأعلى.

المصادر

  1. تقنية الحفر. (د.ت). حفر الآبار. تم الاسترجاع 2022-6-26.
  2. عباس راضي. 2016. دليل المبتدئين في هندسة حفر الآبار النفطية. تم الاسترجاع 2022-6-26.
  3. "Drilling fluid types". (ب.ت). petrowiki.spe.org. تم الاسترجاع 2022-6-26.
  4. "Challenges Related to Drilling Fluids".2016-1-5. drillingcourse.com. تم الاسترجاع 2022-6-26.
  5. "Borehole instability". (د.ت). petrowiki.spe.org. تم الاسترجاع 2022-6-26.
  6. "Barite sag". (د.ت). petrowiki.spe.org. تم الاسترجاع 2022-6-26.

إقرأ أيضاً




وضع القراءة :
حجم الخط
+
16
-
تباعد السطور
+
2
-