مقدمه

شیلها سنگهای رسوبی دانهریزی هستند که مقادیر متوسط به بالا از کانیهای رسی دارند. ویژگی مشخصه شیلها ورقهورقه

شدن یا شکستن آنها در امتداد سطوح لایهبندی است. این سنگها به علت ویژگیهای خاصشان عامل بسیاری از مشکلات در حین عملیات حفاری هستند. برخی از عوامل مکانیکی مانند فشار گل حفاری، تنشهای حرارتی، ضربه زدن و مکش به

دلیل حرکت رشته حفاری و یا حرکت پلاستیکی شیلها و عوامل شیمیایی مانند هیدراسیون یا دفع آب میتوانند باعث تغییر

شکل و یا تخریب شیلها و در نهایت ایجاد مشکلات در عملیات حفاری شوند. از نتایج ناپایداری شیلها میتوان به مشکلاتی مانند ناپایداری دیواره چاه، افزایش گشتاور و دراگ در رشته حفاری، هرزروی گل، افزایش جامدات گل، افزایش قطر چاه، سیمانکاری ضعیف، تنگ شدن چاه و یا گیر کردن رشته حفاری اشاره کرد. این مشکلات را میتوان با روشهای مکانیکی مثل طراحی شیب و جهت مناسب چاه، افزایش وزن گل یا تراشیدن دیواره چاه و یا روشهای شیمیایی مثل استفاده از سیالات حفاری طراحیشده برطرف کرد. مجموع این مشکلات هر ساله به اتلاف زمان و هزینههای بسیار زیاد در صنعت

حفاری منجر میشوند ۱]و.[۴

یک برنامه کاهش مشـکلات حفاری و هزینه ها در سـازندهای شـیلی همواره شـامل یک مرحله مطالعه جامع سازند شیلی میباشـد. اهداف اولیه شناسائی شیل ها تعیین نوع کانی های رسی موجود در نمونه شیل،خصوصیات سیال موجود در حفره شـیل، مقدار فعالیت شـیل و تعیین ویژگیهای مشکل ساز شیل ها مثل آماس و پراکندگی و غیره میباشد. تعیین خصوصیات فیزیکی شــیل بایســتی دومین گام باشــد. این امر مســتلزم بررســی میزان ســختی، شــکنندگی، تعداد شــکســتگی ( اعم از شـکسـتگیهای خیلی باز تا درزههای ریز بموازات سـطوح چینه بندی ) و تشخیص شکستگیهائی که پر شدهاند یا با یک ماده محلول سـیمان شـدهاند می باشـد. روش های شـناسـایی شـیل ها شـامل روش های مستقیم و غیر مستقیم می باشند.

روشهای مستقیم مثل مطالعه عکس های میکروسکوپ الکترونی (۲SEM)، مطالعه پراش اشعه ایکس (۳XRD) و فلورسانس

اشـعه ایکس (۴XRF) می باشد. روش های غیر مستقیم مثل شناسائی پتروفیزیکی شیل ها، مطالعه وضعیت پایداری چاه در چاه های حفر شـده و غیره هسـتند. برای دسـتیابی به نتایج دقیق در آزمایشـات شناسائی شیل ها نمونه ها باید شرایط اولیه خود را حفظ کرده باشـند. مطالعات و تحقیقات فراوان برای شناخت و درمان دقیق مشکلات حفاری ناشی از شیلها انجام شـــدهاند اما هنوز راه حلی کامل برای این مشـــکلات ارایه نشـــده اســـت. همه متخصـــصـــان بر این باوراند که نمیتوان

دسـتورالعملی واحد در سـطح جهانی برای رفع مشـکلات شـیلها پیشنهاد داد بلکه باید برای هر منطقه براساس مشکلات خاص موجود بهترین راه حل ممکن را ارایه کرد ۵]،۱و.[۱۳

.۲ روش کار و بحث

۱٫۲ نمونه برداری

شناسایی و تشخیص کانیهای رسی با نمونهبرداری آغاز میشود. با توجه به نوع و تعداد آزمایشها به مقدار لازم از مغزهها

و کندههای شیلی سازند نمونهبرداری میشود. بهتر است محل دقیق نمونهبرداری برای هر کدام از آزمایشها در نقشه منطقه

Scanning Electron Microscopy X-Ray Diffraction X-ray fluorescence

۲

۳

۴

۷۴

مطالعه جامع لایه های شیلی سازند بورگان …

مشخص شود. سازند بورقان با سن کرتاسه از مهمترین سنگ مخزن های هیدروکربوری خلیج فارس محسوب می شود.

سازند بورگان میدان نفتی متشکل از ماسه سنگ های خیلی دانه ریز تا دانه متوسط، رس سنگ، شیل های آهکی و توالی

های محدود کربناته می باشد ۲]و.[۸ با توجه به نوع آزمایشات به تعداد ومقدار مورد نیاز ازمغزه های شیلی سازند بورگان

مربوط به عمق ۲۲۰۸ تا ۲۲۵۴ چاه x میدان که توسط کارفرما در اختیار قرار گرفته بود نمونه برداری صورت گرفت. آزمایشات

و روشهای شناسایی با استفاده از تجارب آزمایشگاهی همکاران در پژوهشگاه صنعت نفت و همچنین نتایج مطالعات مقالات چاپ شده مرتبط تعیین و اجرایی گردید. [۳ ] این نمونه ها برای انجام آزمایشات لازم جهت مطالعه و شناسایی کانیهای رسی

میان لایه های شیلی شامل آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD)، مطالعه میکروسکوپ الکترونی (SEM) ، آزمایش فلوئورسانس پرتو ایکس((XRF و غیره مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

۲٫۲ شناسایی کانی های رسی

بطور کلی خواص هر گونه سنگ رس اعم از شیل یا کلی استون با گروه اصلی کانیهای رسی موجود در آن مشخص می شود .

مهمترین و فراوانترین این کانیهای رسی کائولینیت، ایلیت، مونتموریلونیت و کلریت می باشند. با توجه به اندازه بسیار ریز

ذرات رسی، مطالعه آنها تنها با روشهایی ویژه مانند یکی از روشهای آنالیز پراش اشعه ایکس، مطالعه فلورسانس اشعه ایکس و یا با میکروسکوپ الکترونی ممکن است .[۱۶] علاوه بر نوع کانی رسی، برخی آزمایشات دیگر مثل اندازه گیری قابلیت تعویض کاتیونی (۵CEC) و طیف سنجسی پرتوهای گاما۶ در آزمایشگاه قابلاندازهگیریاند ۳]و .[۶

۳٫۲ مطالعات توده ای پراش اشعه ایکس۷

ذرات رس را به علت اندازه بسیار کوچکشان نمیتوان با روشهای ماکرو یا میکروسکوپی مطالعه کرد. در این بخش از مطالعه، جهت شناسایی کانیهای اصلی تشکیل دهنده سنگ نمونه های انتخاب شده مورد مطالعه قرار گرفتن. گراف های

آزمایشات پراش اشعه ایکس برای چهار نمونه انتخابی در اشکال ۱ تا ۴ ارائه شده اند. پیک های مربوط به کوارتز و کائولینیت

در گراف ها مشخص شده اند. کانی های عمده تشکیل دهنده نمونه های شیلی سازند بورگان ، کوارتز و کانی های رسی می باشند. نتایج حاصل از آزمایشات شامل عمق نمونه ها و درصد نیمه کمی کانی های تشکیل دهنده سنگ ها در جدول ۱ مشاهده می شود.

۵ Cation Exchange Capacity 6 Gamma ray Spectrometry 7 Bulk XRD

۷۵

زمین شناسی نفت ایران، شماره ۶

شکل:۱ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه XB1

شکل:۲ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه XB5

شکل:۳ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه XB20

شکل:۴ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه XB33 جدول:۱ درصد نیمه کمی کانی های اصلی توسط پراش اشعه ایکس
عمق نمونه درصد کانی ها

کائولینیت کوارتز فلدسپات کلسیت پیریت هالیت

۲۲۰۹/۲ XB-1 22 43 4 4 15 4
۲۲۱۱/۷ XB-4 11 73 2 – – 3
۲۲۱۴/۹۵ XB-5 9 83 2 – 1 2
۲۲۱۸/۱ XB-10 27 62 – – 3 4
۲۲۲۳/۴۵ XB-17 8 82 2 1 3 1

۷۶

مطالعه جامع لایه های شیلی سازند بورگان …

۲۲۲۴/۶۵ XB-20 10 76 2 1 3 1
۲۲۲۶/۶۵ XB-23 8 82 2 1 2 1
ادامه جدول ۱
۲۲۳۵ XB-28 25 58 – 3 7 3
۲۲۵۳/۸ XB-33 10 72 2 2 1 11

۴٫۲ مطالعات پراش اشعه ایکس برای بخش رسی۸

در شناسایی کانی رسی کائولینیت در حضور سایر رس ها به علت همپوشانی پیک ها مشکلاتی وجود دارد. به منظور

شناسایی دقیقتر انواع کانیهای رسی موجود در نمونه های سنگ و همچنین درصد نیمه کمی هر یک از آنها بخش رسی نمونه

های سازند استخراج شده و با روش های نرمال حرارتی و اشباع اتیلن گلایکولی به شرح زیر آماده سازی شدند. پس از

پودر کردن نمونه ها، به منظور حذف کانیهای کربناته، سیلیسی و مواد آلی، نمونه ها به ترتیب، در معرض اسید کلریدریک، اسید فلوریدریک و آب اکسیژنه قرار گرفتند .پس از حذف مواد کربناته، سیلیسی و آلی، بخش باقیمانده با ۵۰۰ میلی لیتر آب

مقطر مخلوط شده و در استوانه مدرج ریخته می شود و با استفاده از قانون استوک و روش کاربردی معمول در دانشگاه

استراسبورگ فرانسه جداسازی کانیهای رسی صورت می گیرد .کانیهای رسی جدا شده پس از انتقال روی ۳ لامل جداگانه، به

صورت سه نمونه متفاوت جهت مطالعه با اشعه ایکس آماده شدند، این سه نمونه عبارتند از:

۱ .اولین نمونه در درجه حرارت معمولی خشک شده و به عنوان نمونه نرمال شناخته می شود.

۲ .دومین نمونه در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد و حداقل به مدت ۱۶ ساعت با اتیلن گلیکول اشباع می گردد. .۳ سومین نمونه به مدت ۲ ساعت در معرض حرارت ۵۵۰ درجه سانتیگراد قرار می گیرد.

هر یک از کانیهای رسی می توانند روی هر یک از پیک های نرمال، اتیلن گلیکول و حرارتی تقویت شده یا از بین بروند و به این ترتیب قابل شناسایی باشند. گراف های آزمایشات پراش اشعه ایکس برای بخش رسی چهار نمونه انتخابی در اشکال ۵

تا ۸ ارائه شده اند. نمودار مربوط به نمونه های نرمال، اشباع با اتیلن گلیکول و حرارتی جدا شده اند. پیک مربوط به کائولینیت

در نمودارهای نمونه های نرمال و اشباع با اتیلن گلیکول بخوبی قابل مشاهده می باشد، اما به دلیل از بین رفتن کائولینیت در درجه حرارت ۵۵۰ درجه سانتیگراد پیک آن در نمودار مربوط به نمونه حرارتی حذف می گردد .بالعکس پیک مربوط به کانی ایلیت در نمودار نمونه حرارتی نسبت به دو نمودار دیگر تقویت شده و بهتر قابل مشاهده می باشد .[۶] تفسیر مینرالوژی این

نمودارها حاکی از این است که کوارتز، کائولینیت، ایلیت و به مقدار کمی اسمکتیت کانیهای اصلی تشکیل دهنده این نمونه

های شیلی می باشند. کائولینیت مهمترین کانی رسی موجود درسازند بورگان محسوب میشود، بطوری که آنالیز نیمه کمی نمونه ها که با توجه به محاسبات سطح زیر منحنی صورت گرفته نشان میدهد که کائولینیت حدود ۸۷ درصد از کانیهای رسی موجود در نمونه را به خود اختصاص داده است درصورتیکه درصد ایلیت درنمونه های مختلف از کمتر از ۷ درصد تا حداکثر ۱۴ درصد تغییر می کند. نتایج حاصل از آزمایشات شامل عمق نمونه ها و درصد نیمه کمی کانی های رسی تشکیل دهنده

سنگ ها در جدول ۲ مشاهده می شود.

۸ XRD Clay Fraction

۷۷

زمین شناسی نفت ایران، شماره ۶

شکل:۵ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به بخش رسی نمونه XC1

شکل:۶ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به بخش رسی نمونه XC5

شکل:۷ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به بخش رسی نمونه XC23

شکل:۸ گراف پراش اشعه ایکس مربوط به بخش رسی نمونه XC29

۷۸

مطالعه جامع لایه های شیلی سازند بورگان …

جدول : ۲ درصد نیمه کمی کانیهای رسی در تعدادی از نمونه های کلوییدی رس انتخابی از مغزه ها جهت شناسایی کانیهای رسی توسط پراش اشعه ایکس
عمق نمونه درصد فراوانی کانی ها

(متر) کائولینیت ایلیت کوارتز فلدسپات

۲۲۰۸/۹۰ XC-1 81 9 10 0
۲۲۱۱/۴۰ XC-4 78 12 10 0
۲۲۱۴/۶۵ XC-5 87 8 5 0
۲۲۱۸/۱۰ XC-11 78 8 14 0
۲۲۲۳/۱۵ XC-17 88 7 5 0
۲۲۲۴/۰۰ XC-19 83 10 7 0
۲۲۲۶/۳۵ XC-23 83 12 5 0
۲۲۳۳/۵۰ XC-29 84 12 4 0
۲۲۵۴/۱۰ XC-34 81 15 3 1