افزودنی های نفتی: بهترین را چگونه انتخاب کنیم؟

درک افزودنی های میدان نفت: انواع و عملکردهای اصلی

افزودنی های نفتی چیست و چرا اهمیت دارد؟

افزودنی های میدان نفت مواد شیمیایی تخصصی هستند که برای افزایش عملکرد مایعات حفاری، محافظت از تجهیزات و کاهش خطرات عملیاتی مانند خوردگی، اصطکاک و عدم ثبات چاه طراحی شده اند. در سال 2023، یک مطالعه انجمن مهندسان نفت نشان داد که انتخاب نادرست افزودنی ها به 18٪ از زمان حفاری غیر سازنده کمک می کند، که نقش حیاتی آنها را در بهره وری عملیاتی برجسته می کند.

انواع رایج افزودنی های میدان نفت در عملیات حفاری

مایعات حفاری از مخلوط های افزودنی متناسب با شرایط مختلف زمین شناسی برای حفظ عملکرد استفاده می کنند. دسته بندی های کلیدی عبارتند از:

عملکرد	نمونه ترکیبات	کاربرد اصلی
مهار کننده های خوردگی	سولفونات، دیالکیلدتیوفوسفات روی	حفاظت از اجزای فلزی
امولسیفایرها	اتوکسیلات اسید چرب، نمک های آمونیوم چهارگانه	مخلوط های ثبات دهنده روغن و آب
مواد بیوسیدی	BIT، TMAD	پیشگیری از رشد میکروبی
آب کش های pH	آمین های هیدروفوب	حفظ قلی بودن مایع

بر اساس مطالعه مایعات حفاری 2024، این افزودنی ها نرخ حفاری را در تشکیلات خیسایی در مقایسه با سیستم های بدون درمان 23٪ بهبود می بخشند.

چگونه افزودنی ها ثبات و عملکرد مایعات را بهبود می بخشند

فرمول های افزودنی پیشرفته سه مزیت اصلی را ارائه می دهند:

1. مقاومت در برابر گرما : استرها و پارافین های کلور شده مصنوعی، لزگی بیش از 400 درجه فارنهایت (204 درجه سانتیگراد) را حفظ می کنند
2. امنیت محیط زیست : 68 درصد از اپراتورها در حال حاضر افزودنی های زیست تجزیه پذیر را که با استانداردهای OSPAR مطابقت دارند، اولویت می دهند
3. بهره وری هزینه : انتخاب مناسب امولسیفایر باعث کاهش تا 40 درصد از دست دادن مایعات در بازی های شیل می شود

بسته های افزودنی بهینه شده می توانند هزینه های تکمیل چاه را تا 15-30 دلار در هر فوت کاهش دهند در حالی که تولید را افزایش می دهند، همانطور که در یک تجزیه و تحلیل بازار جهانی نشان داده شده است.

شاخص های کلیدی عملکرد برای ارزیابی افزودنی های میدان نفت

ثبات حرارتی و مقاومت pH در شرایط سخت حفره

افزودنی ها باید در این مخازن عمیق در شرایط بسیار سختی مقاومت کنند، از جمله دمای بالای 400 درجه فارنهایت و تغییرات چشمگیری در سطح pH از 2 تا 12. بر اساس تحقیقات منتشر شده توسط موسسه پونمون در سال گذشته، حدود یک از هر چهار خاموش شدن ناگهانی چاه به این دلیل اتفاق می افتد که این افزودنی ها نمی توانند حرارت را به درستی کنترل کنند، و هزینه های اپراتورها در حدود هفتصد و چهل هزار دلار در هر بار که این اتفاق می افتد. افزودنی های با کیفیت بهتر اغلب شامل پلیمرهای ویژه ای هستند که به آنها کمک می کنند حتی وقتی که شرایط سخت می شود، پایدار بمانند، که pH را نیز متعادل نگه می دارد. این موضوع خیلی مهم است چون بسیاری از تجهیزات گران قیمت مانند پمپ های الکتریکی زیر آب در معرض خطر هستند اگر تعادل شیمیایی به درستی حفظ نشود.

خواص رئولوژیکی و تاثیر آن بر بهره وری حفاری

لزوم مطلوب و قدرت ژل باعث جریان مایع و حمل و نقل برش ها می شود. کنترل رئولوژیکی ضعیف منجر به مشکلات عملیاتی می شود:

پارامتر	محدوده ایده آل	سناریوی مشکل ساز
ويسکوزيت پلاستیک	1025 cP	>35 cP باعث اضافه بار پمپ می شود
قدرت ژل	48 پوند/100 فوت مربع	<2 پوند/100 فوت2 اجازه می دهد که خم شود

آزمایشات زمینی از گزارش مایعات حفاری سال 2024 نشان می دهد که افزودنی هایی که سرعت برش پویا را تغییر می دهند، ROP (درجه نفوذ) را در چاه های جهت دار 12 تا 18 درصد بهبود می بخشند.

استاندارد های انطباق با محیط زیست و تجزیه پذیری زیستی

چارچوب های نظارتی از OSPAR و EPA نیاز به 90٪ تجزیه زیست افزونه های غیر آبی در عرض 28 روز دارند. عدم رعایت خطر جریمه تا 250 هزار دلار در روز برای بیش از 1 درصد سمی بودن حاد در آب جایگزین های سبز با استفاده از مواد سطح فعال گیاهی و مشتقات سلولز به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که با استاندارد های API 13A-ISO 9001 مطابقت دارند، قرار گرفتن در معرض HSE را کاهش می دهند.

تطبیق افزودنی های میدان نفتی با محیط های حفاری و چالش های تشکیل

انتخاب افزودنی ها برای چاه های با فشار بالا و دمای بالا

در چاه های با فشار بالا و دمای بالا، اپراتورها به افزونه هایی نیاز دارند که بتوانند در برابر حرارت شدید بیش از 400 درجه فارنهایت مقاومت کنند و قبل از شکستن، به فشارهای شدید مقاومت کنند. مطالعات اخیر نشان می دهد که برخی از افزودنی های نانوکومپوزیت مانند دی اکسید تیتانیوم در ترکیب با Quillaja Saponin و کروم در واقع سطح لزگی را حدود 52 درصد افزایش می دهند در حالی که کاهش تلفات فیلتر سازی تقریبا دو سوم است هنگامی که در مقایسه با محلول های پلیمری معمولی در شبیه سازی آزمایشگاهی محیط آزمایشات میدانی این مزایا را تأیید کرده است، به این معنی که شرکت های حفاری می توانند از خرابی تجهیزات گران قیمت جلوگیری کنند و از تشکیلات مخزن حتی در هنگام کار هزاران فوت در زیر زمین که دمای و فشار برای مواد استاندارد به سطوح خطرناک می رسد، محافظت کنند.

بهینه سازی مخلوط های افزودنی برای کاربردهای آف شور در مقابل آنشور

در هنگام کار در ساحل، شرکت ها به افزودنی هایی نیاز دارند که بتوانند آب شور را کنترل کنند و در محیط های دریایی به طور ایمن تجزیه شوند. امروزه بیشتر عملیات ها با گِل های آب بسته شده (WBM) انجام می شود چون حاوی مواد مانند نشاسته های اصلاح شده یا مشتقات سلولز هستند. این مواد برای محیط زیست نیز کاملاً ایمن هستند، که با توجه به آنچه سازمان حفاظت محیط زیست در سال ۲۰۲۳ درباره محدود کردن تخلیه مواد که در دریا تجزیه نمی شوند، گفت، منطقی است. اما در خشکي همه چيز فرق ميکنه هزینه ها در آنجا همچنان حاکم هستند، بنابراین بسیاری از حفاری ها با افزودنی های مبتنی بر لیگنو سولفونات برای جلوگیری از تورم شیل استفاده می کنند. نیازی به نگرانی در مورد سطح نمک در هنگام کار در داخل کشور وجود ندارد زیرا آب شیرین به طور کلی در دسترس است و تمیز کردن آن ارزان تر است.

راه حل های افزودنی برای شیل و سایر تشکیلات پیچیده

در تشکیلات شیل که نفوذ پذیری آن بسیار کم است (کمتر از 0.1 mD) ، افزودنی های خاصی برای جلوگیری از نفوذ مایعات به عمق بیش از حد ضروری می شود. وقتی نانوذرات به این مخلوط ها اضافه می شوند، کیک های فیلتر نازک در حدود 0.5 میلی متر ضخامت ایجاد می کنند. این پوشش ها به ثبات لایه های گل مشکل دار در سنگ کمک می کنند و در عملیات حفاری واقعی نشان داده شده است که حوادث فروپاشی چاه را حدود 40٪ کاهش می دهد. وضعیت زمانی که با مناطق غنی از کربنات برخورد می شود تا حدودی تغییر می کند. در اینجا، افزودنی های خاص سولفونیزه اسفالتی به دو دلیل به طور همزمان معجزه می کنند. آنها باعث می شوند که رشته های حفاری بدون گیر کردن در شکل گیری حرکت کنند، در حالی که همچنین مواد اسیدی آزاردهنده را که در طول فرآیند حفاری جمع می شوند، کنترل می کنند.

جدول داده های کلیدی

چالش	طبقه ی افزودنی	شاخص عملکرد
ثبات HPHT	نانوکامپوزیت	+52٪ حفظ واسکوسیت
انطباق در خارج از کشور	پلیمرهای زیست فرآوری	90 درصد تخریب در 28 روز
مهار شیل	مخلوط های نانوذرات	از دست دادن فیلتر 0.3 میلی لیتر/30 دقیقه

این رویکرد ساختاری تضمین می کند که افزودنی ها نیازهای زمین شناسی، عملیاتی و نظارتی را برآورده کنند.

نوآوری و روند پایداری در افزودنی های میدان نفت

افزودنی های هوشمند با قابلیت های نظارت در زمان واقعی

آخرین نسل از افزودنی ها اکنون با سنسورهای IoT و سیستم های هوش مصنوعی بسته بندی شده اند که چیزهایی مانند سطوح لزگی، خواندن استرس برش و تعادل pH را در حین وقوع ردیابی می کنند. این فرمول های هوشمند شرایط حفره را درست در جایی که باید باشند نگه می دارند، به این معنی که اپراتورها حدود ۱۸ درصد کاهش زمان توقف را برای این چاه های فشار بالا بر اساس مجله عملیات میدان سال گذشته می بینند. به عنوان مثال حسگرهای رسانایی ساخته شده در برخی از مواد افزودنی آنها در واقع pH را به تنهایی در صورت نیاز تغییر می دهند، مشکلات را قبل از اینکه مشکلات پر هزینه ای را ایجاد کنند متوقف می کنند. صنعت واقعاً شروع به فهمیدن این راه حل های هوشمند کرده که در پشت صحنه کار می کنند در حالی که هم زمان و هم پول را صرفه جویی می کنند.

افزودنی های پیشرفته نانوتکنولوژی برای عملکرد دقیق

افزودنی های تزریق شده با نانوذرات با عمل هدفمند ثبات امولسیون و مهر و موم شکستگی را بهبود می بخشند. یک مطالعه در سال 2024 نشان داد که نانوائیدهای سیلیس ثبات امولسیون را در 40٪ در تشکیلات شیل افزایش داده و ضایعات شیمیایی را 28٪ کاهش داده است. تعاملات سطحی انتخابی آنها به طور موثر چسبندگی تفاوتی را در چاه های گسترده کاهش می دهد.

افزایش افزودنی های سبز میدان نفت و شیمی پایدار

استفاده از مواد افزودنی زیست تخریب پذیر به سرعت در حال افزایش است، با نرخ رشد حدود 56 درصد در هر سال به دلیل اینکه دولت ها قوانین زیست محیطی خود را سخت تر می کنند. به منطقه دریای شمال در حال حاضر نگاه کنید که تقریباً هشت نفر از هر ده اپراتور اصرار دارند فرمولاسیون هایی را که مطابق مقررات REACH هستند دریافت کنند. یک اتفاق جالب در مورد آنزیم های هم اتفاق می افتد. به نظر می رسد که آنها حدود ۳۰ درصد سریعتر نسبت به آنچه که به طور سنتی استفاده می کنیم تجزیه می شوند، به علاوه آنها سمساری را در آب حدود دو سوم کاهش می دهند بر اساس گزارش اخیر از اروپا در سال ۲۰۲۴ در مورد مواد شیمیایی میدان نفت. شرکت ها هم به این جا متوقف نمی شوند. بسیاری در حال کار بر روی ایجاد مهار کننده هایی از گیاهان هستند که هنوز هم از آزمون های سخت API 13Q-2 عبور می کنند در حالی که مقاومت گرما را حفظ می کنند حتی زمانی که دمای بیش از 400 درجه فارنهایت باشد.

ارزیابی تامین کننده و تضمین کیفیت برای افزودنی های قابل اعتماد میدان نفت

گواهینامه ها و پروتکل های آزمایش که از فروشندگان تقاضا می شود

در هنگام تهیه مواد افزودنی، نیاز به انطباق با ISO 9001 برای مدیریت کیفیت و API Q2 برای استانداردهای خاص میدان نفت. آزمایش های ضروری شامل:

گواهینامه/بررسی	حوزه کاربرد	فرکانس
ثبات رئولوژیکی	در حالت HPHT، لزگی را حفظ می کند	در هر دسته
غربالگری قابلیت تجزیه زیستی	با دستورالعمل های سری EPA 8000 مطابقت دارد	سالانه
آزمایش سازگاری	از تعاملات شیمیایی جلوگیری می کند	پیش از اعزام

اعتباربخشی توسط شخص ثالث ISO/IEC 17025 - آزمايشگاه هاي معتبر امنيت را تضمین مي کنند. در یک نظرسنجی صنعت در سال 2023، اپراتورهای استفاده کننده از افزودنی های گواهی شده، 34 درصد کمتر از کسانی که از محصولات غیر گواهی شده استفاده می کنند، زمان توقف مربوط به مایعات را گزارش کردند.

آزمایشات میدان و برنامه های آزمایشی قبل از استفاده کامل

برنامه های آزمایشی در شرایط نمونه ای از چاه ها قبل از استفاده کامل، شکاف عملکرد را نشان می دهند. اپراتورها آزمایش های آزمایشی 60 روزه در تشکیلات شیل، نرخ حفاری 22٪ بالاتر از کسانی که از آزمایشات استاندارد 14 روزه استفاده می کنند، به دلیل تشخیص بهتر تخریب حرارتی طولانی مدت، به دست آمده است. معیارهای کلیدی برای ردیابی عبارتند از:

• روند تفاوت فشار
• نرخ از دست دادن مایعات
• اثربخشی مهار شیل

آزمایش های تکراری اجازه می دهد تا غلظت مواد افزودنی را بهبود بخشد و خطر را در طول مقیاس بندی به حداقل برساند.

سوالات متداول در مورد افزودنی های نفت

کارکرد اصلی افزودنی های نفتی چیست؟

افزودنی های میدان نفتی عملکرد مایعات حفاری را افزایش می دهند، تجهیزات را محافظت می کنند و خطرات عملیاتی مانند خوردگی، اصطکاک و عدم ثبات چاه را کاهش می دهند.

چطور افزونه های نفتی ثبات مایعات را بهبود می بخشند؟

آنها انعطاف پذیری حرارتی، ایمنی زیست محیطی و بهره وری هزینه را بهبود می بخشند، از دست دادن مایعات را به طور قابل توجهی کاهش می دهند و بهره وری حفاری را افزایش می دهند.

اهمیت انتخاب افزودنی های مناسب برای چاه های HPHT چیست؟

برای چاه های HPHT، افزودنی های مناسب می توانند در برابر دما و فشار بالا مقاومت کنند و تجهیزات و تشکیلات مخزن را از خرابی های گران قیمت محافظت کنند.

چه تفاوتی بین افزودنی های دریایی و افزودنی های زمینی وجود دارد؟

افزودنی های دریایی برای مدیریت شرایط شور و تجزیه زیست در محیط های دریایی طراحی شده اند، در حالی که افزودنی های خشکی اغلب بر هزینه کارایی و سازگاری آب شیرین تمرکز می کنند.