افزودنی‌های سیال حفاری: افزایش عملکرد

درک افزودنی های مایع حفاری و عملکردهای اصلی آنها

نقش اساسی مایعات حفاری در ثبات چاه، حمل و نقل برش و کنترل فشار

مایعات حفاری مانند خون در بدن چاه در طول کار ساختمانی عمل می کنند. اونا با انجام سه کار اصلي، وضعيت رو در پايين پايين نگه مي دارن اول، فشار کافی برای نگه داشتن آنچه از لایه های سنگی زیرزمینی می آید ایجاد می کنند، معمولاً حدود نیم تا یک پوند در هر اینچ مربع برای هر فوت عمیق تر که می رویم. دوم، این مایعات تمام این تکه های کوچک سنگ را به سرعت به سطح برمی گردانند، گاهی اوقات سریعتر از 120 فوت در دقیقه وقتی که به طور مستقیم سوراخ می کنند. و سوم، این لایه نازک را روی دیواره های سوراخ تشکیل می دهند که مانع از نفوذ مایعات بیش از حد به سنگ های اطراف می شود. یک مطالعه اخیر از سال گذشته نیز چیز جالبی را نشان داد. وقتی شرکت ها سیستم مایعات حفاری خود را درست انجام می دهند، حدود یک سوم مشکلات کمتری با چاه های ناپایدار در تشکیلات شیل را در مقایسه با زمانی که آنها مخلوط را خراب می کنند، می بینند. این منطقی است چون اشتباه گرفتن این چیزها می تواند واقعاً وقت و پول را به خرج بدهد.

چگونه افزودنی ها عملکرد مایع پایه را در محیط های حفاری پیچیده افزایش می دهند

افزونه ها مایعات حفاری معمولی را به راه حل های مهندسی تبدیل می کنند که قادر به مقاومت در برابر شرایط شدید هستند:

• پلیمرهای مصنوعی کنترل از دست دادن مایعات را در مناطق نفوذ پذیری بالا بهبود می بخشند
• روغن های ثابت دمایی در چاه های جهت دار، گشتاور را 18 تا 22 درصد کاهش می دهند
• مواد نانومقیاس باعث افزایش مهار در شیل‌های حساس به آب می‌شوند

این بهبودها در محیط‌های سخت اهمیت حیاتی دارند، جایی که سیالات تغییرنیافته در عرض ۲۴ تا ۴۸ ساعت تخریب می‌شوند.

دسته‌های کلیدی افزودنی‌های سیال حفاری و اهداف اصلی آن‌ها

روند: افزایش تقاضا برای افزودنی‌های چندمنظوره در چاه‌های آب عمیق و چاه‌های فشار و دمای بالا

استفاده از افزودنی‌های چندمنظوره در عملیات حفاری در چاه‌هایی با عمق بیش از ۱۵٬۰۰۰ فوت، حدود ۲۵ درصد نسبت به سال گذشته افزایش یافته است. آنچه این فرمول‌بندی‌های جدید را متمایز می‌کند، توانایی آن‌ها در مقابله همزمان با چندین چالش است. این افزودنی‌ها از دست‌دادن سیال در شرایط فشار بسیار بالا کنترل می‌کنند که معمولاً حتی در دماهای حدود ۴۰۰ درجه فارنهایت نیز در طی ۳۰ دقیقه کمتر از ۴ میلی‌لیتر باقی می‌ماند. در عین حال، این مواد به خوبی با مخازن آب شور سازگار هستند و مشکلی ایجاد نمی‌کنند و همچنین در محافظت از رشته لوله‌های حفاری در برابر خوردگی کمک می‌کنند. برای اپراتورها این به معنای کاهش تعداد مواد شیمیایی مختلفی است که باید در محل انبار شوند که این امر باعث صرفه‌جویی در فضا و هزینه می‌شود. همچنین این موضوع به رعایت مقررات زیست‌محیطی فزاینده و سخت‌گیرانه‌تری که هر ساله بر اساس راهنماهای اخیر صنعتی در مورد سیالات حفاری وضع شده‌اند، کمک می‌کند.

انواع افزودنی‌های حیاتی: کنترل دست‌دادن سیال و اصلاح رئولوژی

عوامل کنترل از دست دادن مایعات: جلوگیری از آسیب به شکل گیری با سلولز و پلیمرهای مصنوعی

عوامل کنترل از دست دادن مایع به جلوگیری از فیلتر کردن از ورود به تشکیلات سنگی متخلخل کمک می کنند، که چاه را پایدار نگه می دارد و بهره وری مخزن را حفظ می کند. مطالعات نشان می دهد که مشتقات سلولز مانند کاربکسومتیل سلولز (CMC) می توانند در مقایسه با گزینه های افزودنی قدیمی، نرخ تصفیه را بین 38 تا 52٪ کاهش دهند. گزینه دیگری سلولز پلیانیونیک (PAC) است، که این کیک های فیلتر بسیار نازک را تقریبا بدون نفوذ ایجاد می کند. این باعث می شود که PAC به ویژه در مناطقی که ما با تشکیلات شیل واکنش پذیر برخورد می کنیم، کار کند. ترکیب مناسب این مواد پلیمر تضمین می کند که مایع حفاری با حفظ خواص روان کننده خوب و ویژگی های جریان مناسب سالم بماند. البته پیدا کردن نقطه ی مناسب نیاز به آزمایش و خطا دارد بسته به شرایط خاص میدان.

اصلاح کننده های رئولوژی: بهینه سازی لزوم و قدرت ژل برای حمل و نقل موثر شاخه ها

اصلاح کننده های رئولوژی نحوه رفتار مایعات را تحت فشار تنظیم می کنند و به تعلیق برش ها در بخش های عمودی حفاری کمک می کنند در حالی که از قرار گرفتن آنها در چاه های زاویه ای جلوگیری می کنند. بر اساس داده های لینکدین، این افزودنی ها حدود 26.6 درصد از کل کاربردهای شیمیایی میدان نفت را تشکیل می دهند. آدامس زانتان و انواع واسکوسیفیریتهای مصنوعی به حفاری ها امکان می دهد تا کنترل دقیق بر هم لزگی پلاستیک و هم نقاط بازده را در طول عملیات داشته باشند. اما وقتی از این مواد زیاد استفاده می کنیم، یک مشکل وجود دارد. مقدار زيادي ازش باعث ميشه ژلهاي قوي اي بوجود بياد که مي تونه مشکلاتي در سوراخ بدن ایجاد کنه بیشتر اپراتورهای زمینی به غلظت های زیر 2.5 درصد حجم در سیستم های مبتنی بر آب به عنوان یک اقدام ایمنی در برابر حوادث لوله گیر کرده، که هیچ کس نمی خواهد در وسط کار با آن مقابله کند.

مطالعه موردی: کاهش 40٪ ضخامت کیک فیلتر با استفاده از افزودنی های پیشرفته از دست دادن مایعات

در یک مخزن کربنات خلیج مکزیک HPHT، جایگزینی بنتونیت با نانوکامپوزیت سلولوز سیلیکایی ضخامت کیک فیلتر را 40٪ کاهش داد. این پیشرفت باعث به حداقل رساندن آسیب های تشکیل شده و افزایش نرخ تولید 18٪ شد که نشان دهنده ارزش کنترل پیشرفته از دست دادن مایع در محیط های چالش برانگیز است.

تعادل غلظت افزودنی برای جلوگیری از خطرات سوراخ مانند قدرت ژل بالا

تغییرات بیش از حد رئولوژی اغلب منجر به مایعات حفاری ناپایدار می شود که در آن قدرت ژل بیش از 25 پوند در هر 100 فوت مربع است، که باعث بدتر شدن مشکلات چرخش و مقاومت در طول عملیات می شود. در گزارش های واقعی میدان، ما متوجه شدیم که اضافه کردن فقط نیم درصد افزودنی پلیمری اضافی احتمال گیر کردن لوله ها را حدود ۱۲ درصد افزایش می دهد. به همین دلیل است که اکثر حفاری های با تجربه به ویسکومترهای زمان واقعی اعتماد می کنند تا سطح ویسکوزیت را بین 45 تا 60 سانتی پوائنس نگه دارند در حالی که اطمینان حاصل می کنند که قدرت ژل کمتر از 15 پوند در هر 100 فوت مربع باقی می ماند حتی زمانی که شرایط در عمق زیرزمینی تغییر می کند حفظ این پارامترها به خصوص با نوسانات دمای پایین سوراخ دشوار می شود و نیاز به نظارت و تنظیمات مداوم در طول عملیات دارد.

مدیریت تراکم و روانکاری: عوامل وزن و امولسیفایر

باریت در مقابل همیتیت: انتخاب عامل وزن مناسب برای کنترل فشار هیدروستاتیک

مایعات حفاری نیاز به عوامل وزن دارند تا به اندازه کافی متراکم باشند تا فشار تشکیل را در طول عملیات کنترل کنند. باریت دارای جاذبه خاص در حدود 4.2 است و همچنان انتخاب اصلی است زیرا واکنش زیادی نشان نمی دهد و هزینه ها را پایین می آورد. وقتی در چاه های بسیار عمیق کار می کنند که فضای محدودی در دسترس است، اپراتورها اغلب به جای آن به هماتیت تغییر می کنند که دارای جرم خاص بالاتر در حدود 5.2 است. این بدان معنی است که آنها می توانند تراکم بیشتری را در حجم های کوچکتر قرار دهند. به عنوان مثال یک پروژه اخیر در خلیج مکزیک در سال 2024 را در نظر بگیرید - وقتی خدمه ها تغییراتی از باریت به هماتیت انجام دادند، آنها موفق شدند حجم مایع کل خود را تقریباً 18.7 درصد کاهش دهند در حالی که هنوز هم 19.2 پوند در هر گالن وزن گل را حفظ می کنند. پس اندازها هم چشمگیر بود، با هزینه های دفع زباله که تقریباً 740 هزار دلار کاهش یافته بود بر اساس گزارش Ponemon در سال گذشته. به دست آوردن ترکیب مناسب از اندازه ذرات نیز بسیار مهم است زیرا توزیع نامناسب منجر به مشکلات مانند خم شدن در بخش های زاویه ای چاه می شود.

مطالعه موردی: جلوگیری از لگد زدن در مناطق با فشار بالا با مدیریت دقیق تراکم

شیل ولفکمپ در حوضه پرمیا نتایج قابل توجهی را مشاهده کرد زمانی که حفاری ها شروع به استفاده از نظارت بر تراکم در زمان واقعی همراه با سیستم های تزریق خودکار افزودنی کردند. این رویکرد اساساً مانع از رخ دادن این لگد زدن های گاز آزاردهنده در تمام 12 چاه فشار بالا و دمای بالا آنها شد. نگه داشتن وزن گل در حدود مقدار مورد نظر (در حدود اضافه یا منفی 0.3 پوند در هر گالن) تقریباً یک سوم از دست دادن مایعات را بر اساس گزارش های زمینه کاهش می دهد. چه چیزی باعث شد این کار جواب بده؟ خب، اونا به اون مخلوط کننده هاي قدرتمند با قدرت برش نياز داشتند تا از قرار گرفتن باريت جلوگیری کنند، معلومه اندازه گيري ها بايد خيلي دقيق هم باشند، تا 0.05 پي پي جي تفاوت اندازه گيري مي کنند. و جالب است که برخی از تیم ها در حال حاضر با مدل های شبکه عصبی برای پیش بینی تغییرات فشار قبل از اینکه به مشکل تبدیل شوند، آزمایش می کردند.

امولفایزرها و روان کننده ها: افزایش عملکرد رشته حفاری در چاه های جهت دار

تکنولوژی پیشرفته امولسیفرها باعث ایجاد امولسیون های پایدار روغن-آب می شود که برای روان کردن رشته های حفاری در بخش های زاویه بالا (بیش از 40 °/100 فوت) بسیار مهم است. روغن های مصنوعی تا ۴۰ درصد ناقل کمتری نسبت به روغن های معدنی در پروفایل های چاه S نشان داده اند. معیارهای انتخاب کلیدی عبارتند از:

استراتژی: حفظ ثبات امولسیون در حالی که تورک و کشش را کاهش می دهد

برای رسیدن به ثبات خوب امولسیون باید نسبت روغن به آب را در حدود ۷۰/۳۰ حفظ کنیم و مطمئن شویم که از پلیمر هایی استفاده می کنیم که بتوانند با نیروهای برش مقابله کنند. اما برخی از آزمایشات انجام شده در شکل گیری باککن در سال 2023 چیزی جالب نشان داد - وقتی از این مواد خاص سطح فعال زویتریونیک استفاده می کردند، مدار چرخنده حدود 18 درصد کاهش یافت. به نظر مياد اين مواد سطح فعال به خوبي با تغييرات دماي در سوراخ پايين سازگار ميشن که باعث ميشه خيلي ارزشمند باشن برای عملیات روزانه، مهندسان میدان معمولا هر روز صبح ثبات الکتریکی را بررسی می کنند، با هدف خواندن بالاتر از 400 ولت. ما همچنین باید مراقب سطح کلورید کلسیم در مرحله آب نمک باشیم، و در حالت ایده آل آنها را زیر 25٪ نگه داریم. و اون استیبلایزر های پلیمر رو در طول عملیات های پرتاب فراموش نکن اونا تفاوت زیادی در حفظ ثبات امولسیون ها در شرایط سخت در دستکاری دارند.

حفاظت از یکپارچگی چاه: مهار کننده های خوردگی و مواد گمشده گردش

مهار کننده های خوردگی: حفاظت از رشته های حفاری و پوشش در محیط های خشن

قطعات فلزی از انواع مواد بد مانند گاز های اسیدی، مواد آب شور و هیدروژن سولفید محافظت می شوند به لطف مهار کننده های خوردگی. این مهار کننده ها اساساً رشته های حفاری و محفظه ها را در سطح مولکولی پوشش می دهند، که میزان اکسیداسیون را کمی کاهش می دهد در واقع حدود ۸۰ درصد در چاه های فوق گرم که ما در آنها حفاری می کنیم. برخی از فرمول های جدید تر مهار کننده های هوشمند در صنعت نیز موج می زنند آنها طول عمر تجهیزات را افزایش می دهند و شرکت ها را در هزینه نگهداری بین 18 تا 20 درصد بر اساس گزارش های زمینه ای صرفه جویی می کنند. برای آن شرایط فشار شدید (HPHT کسی؟) ، مهار کننده های ثابت pH کار جادو خود را حتی زمانی که فشار بیش از 15،000 psi بدون خراب کردن سازگاری با تمام مایعات دیگر مخلوط در عملیات حفاری.

مواد از دست رفته گردش (LCM): کاهش از دست دادن مایعات در تشکیلات شکسته شده

وقتی صحبت از عملیات حفاری می شود، مواد گردش گمشده به آنچه که بسیاری از آنها بزرگترین مشکل چاه پول را می دانند، می پردازند: مایعات که از طریق شکستگی های طبیعی سنگ به صورت کنترل ناپذیر خارج می شوند. مواد دانه دار مانند پوسته های گردو با بسته کردن این ترک های کوچک کار می کنند، در حالی که مواد فیبری مانند پلاستیک خرد شده در واقع به تقویت مهر و موم ها کمک می کنند. با نگاهی به داده های اخیر از سال 2023، محققان که روی تشکیلات کربنات کار می کردند چیزی جالب را مشاهده کردند که اتفاق می افتد وقتی انواع مختلف LCM را به جای استفاده از یک نوع ترکیب کردند. این ترکیب ها زمان هدر رفته در حین حفاری را در مقایسه با روش های قدیمی که تنها به راه حل های تک قطعات متکی بودند، حدود دو سوم کاهش می دهند.

کاربرد زمینه ای: موفقیت LCM در مناطق کربناتی شکسته حوضه پرمیا

در حوضه پرمی، مخلوط های ترکیبی LCM 98٪ کارایی بسته بندی شکستگی را در تشکیلات کربنات با عرض شکستگی بیش از 0.3 اینچ به دست آوردند. اپراتورها از دست دادن مایعات را از 35 bbl / h به کمتر از 2 bbl / h کاهش دادند با ترکیب مواد گرافیتیک تغییر شکل با ذرات انعطاف پذیر، که با هدایت داده های فشار در زمان واقعی برای بهینه سازی انتشار افزودنی.

‫سوالات متداول‬

افزودنی‌های سیال حفاری چیستند؟

افزودنی های مایع حفاری ترکیبات اضافه شده به مایعات حفاری پایه برای افزایش خواص فیزیکی و شیمیایی آنها برای مدیریت بهتر شرایط چاه است.

چرا عوامل کنترل از دست دادن مایعات مهم هستند؟

عوامل کنترل از دست دادن مایعات نفوذ مایعات حفاری را به شکل های متخلخل به حداقل می رسانند، ثبات چاه را حفظ می کنند و بهره وری مخزن را به حداکثر می رسانند.

چگونه اصلاح کننده های رئولوژی عملیات حفاری را بهینه می کنند؟

اصلاح کننده های رئولوژی، لزوم و نقطه بازده مایعات حفاری را تنظیم می کنند، به طور موثر برش ها را در بخش های عمودی تعلیق می کنند و از قرار گرفتن در چاه های زاویه ای جلوگیری می کنند.