مقدمه

یکی از حساسترین بخشهای عملی ات حفاری انتخاب یک سیستم گل با ترکیبی مناسب می باشد. لازم به ذکر است که گل مورد استفاده جهت آغاز حفاری در محلهای مختلف متفاوت است که بسته به سنگشناسی لایهها می-تواند حتی شامل آب نیز باشد. در برخی نواحی، برای حفاری لایه های شن و قلوه سنگ کم مقاومت، استفاده از گل تقریباً غلیظ ضروری میباشد تا از شسته شدن طبقات جلوگیری نموده و دیواره پایداری برای چاه به وجود آورد. به همین دلیل طراحی سیال مناسب یکی از اساسیترین اقدامات میباشد . برای آن که گل حفاری بتواند وظایفی را که به عهده دارد به خوبی انجام دهد، باید از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی در شرایط مناسبی باشد. اندازهگیری این خواص، طبق آزمایشهای استاندارد API، مهندس گل را متوجه کوچکترین تغییرات کرده و او را قادر می سازد که با خنثی کردن این تغییرات، گل را در وضعیت مناسب نگه می دارد . به طور کلی چندین نوع سیتم گل حفاری وجود دارد که شامل سیستمهای پایهروغنی، پایهآبی و پایهگازی میباشد. گلهای پایه روغنی جهت تکمیل کردن چاه های نفتی بهتر از گلهای پایه آبی می باشند. با این وجود، معایب عمده استفاده از آن یعنی خطر آتشسوزی، هزینه بالا و از همه مهمتر مشکلات زیستمحیطی، باعث شده تا گلهای پایهآبی یا پایه گازی بیشتر مورد توجه قرار گیرند Samaei et al., 2007) و Van .(Oort, 2007 ریزش دیواره های شیلی و مارنی یکی از مشکلات مهم حفاری چاههای نفت و گاز میباشد. این مشکل علاوه بر اینکه موجب تجمع گل و لای، کنده های حفاری و کندهها ی ریزشی در مسیر حفاری مته و کاهش سرعت حفاری میشود، خطر گیر کردن لولههای حفاری (Pipe sticking) را نیز به دنبال دارد. لذا طراحی و انتخاب حلالی مناسب با خواص رئولوژی مناسب جهت انحلال و پاشاندن (Dispersant) کانیهای رسی به ویژه ایلیت، مونت موریلونیت، کلریت و کائولینیت می تواند به طرز چشمگیری هزینههای حفاری را کاهش دهد Stowe et al., 2001) و .(Rpjas et al., 2006 گیر لولهها
عمـوماً به دو گـروه گیـر مکانیکی و گیـر ناشــی از اختـــلاف فشــــار ۴۸

(Differential sticking ) تقسیمبندی میشوند . در مطالعه اخیر رفع گیر نا شی از اختلاف فشار مد نظر میباشد. این پدیده معمولاً ب ه دلیل تشکیل Mud cake ضخیم ایجاد می گردد بدین معنی که قسمتی از رشته حفاری داخل کیک قرار میگیرد ( مانند لنگ زدن رشته حفاری). علاوه بر این، چون در حفاری Conventional یاOver-balanced فشار داخل حفره بیشتر از فشار سازند میباشد، اختلاف فشاری بین دو طرف لوله ایجاد شده و به تشدید گیر آن منجر میشود . نتیجه اتفاقات فوق، اعمال یک نیروی F بر لوله و چسباندن آن به جداره حفره میباشد. مقدار نیروی فوق برابر با F= می باشد که در این رابطه  ضریب اصطکاک بین لوله و کیک، ∆Ρ اختلاف فشار

بین سیال حفره و سیال سازند (∆Ρ≅Ρwell pore- P) و A سطح تماس بین رشته حفاری و کیک می باشد. جهت رفع گیر لوله سه پارامتر فوق A)، ۳ و
(ʽ میبایستی کنترل گردیده و در صورت امکان کاهش داده شوند تا مقدار F کم شده و لوله آزاد گردد. اختلاف فشار را می توان با کاهش وزن گل در محدوده ای که باعث مشکلات دیگر از جمله فوران نگردد، کم کرد. همچنین می توان ضریب اصطکاک را با افزودن سیالاتی با ضریب اصطکاک پایین تا نقطه مـورد نظر کاهش داد. سطح تماس لوله با دیواره چاه را می توان تا حدودی با حل نمودن کیک یا کم کردن ض خامت آن کاهش داد. به نظر می رسد که کم کردن  و A را می توان در یک دسته قرار داد چرا که به واسطه این ویژگی-های سیال، هم ضریب اصطکاک کاهش یافته و هم مقداری از کیک حل می-گردد. لازم به ذکر است که عمق گیر رشته حفاری نیز میتواند دارای اهمیت

باشد. زیرا مطابق یافته های علمی و میدانی، پراکندگی چهار گروه مونت
موریلونیت، ایلیت، کلریت و کائولینیت در اعماق مختلف متفاوت است. تورم
(Swelling) و هیدرات شدن (Hydration) به طور معمول در مونت
موریلونیتها اتفاق میافتد که معمولاً در اعماق کم حضور دارند.

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته زمستان ۹۲، شماره ۱۰

با افزایش عمق چاه، بدلیل اصلاح ساختار داخلی حضور ایلیت و کلریت بیشتر شده و میزان هیدراسیون کمتر می شود . بنابراین بررسی این موضوع میتواند ما را به سمت شناسائی مکانیزم گیر لوله، نوع شیل مربوطه و ایجاد راهکار مناسب جهت رفع گیر رهنمون گردد Goins, 1980) و .(API R.P. 13B, 1974

برای رفع گیر لوله ناشی از اختلاف فشار لازم است که یک ســیال ویژه در محل گیر قرار داده شــود .Spot) )معمولاً سیـــالاتی مانند Oil-based mud (OBM) ، Invert oil mud یا حتی آب نمک اشباع به همراه سورفکتنتهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند. لازم به ذکر است که در اکثر مواقع لولههای وزنه (Drill collars) گیر میافتند ولی به دلیل سکون رشته حفاری بالا و پایین نقطه شروع گیر نیز گیر افتاده و مشکل را دو چندان مینماید. بعبارتی اگر گیر لوله با طول کم شروع شود، با گذشت زمان طول بیشتری از رشته حفاری گیر میکند. بنابراین سرعت عمل در تصمیم گیری و عملیات رفع گیر فوقالعاده حائز اهمیت میباشد Arsalan et al., 2006) و شوشتری، .(۱۳۸۳

محدوده مورد مطالعه

میدان نفتی مارون یکی از میادین مهم در حوضه نفتی زاگرس میباشد که در فاصله ۴۰ کیلومتری شرق اهواز قرار گرفته است. از نظر موقعیت زمینشناسی، این میدان در ناحیه فروافتادگی دزفول شمالی و بین میادین کوپال، آغاجاری، رامین، شادگان و رامشیر قرار میگیرد (شکل . (۱ تاکنون ۳۲۰ حلقه چاه در این میدان حفاری گردیده است.
حضور گسترده رسوبات شیلی به همراه مقادیر بالایی از مارن در ستون چینه-شناسی، باعث بروز مشکلات زیادی در حین حفاری چاههای این میدان شده است.

در نتیجه انجام این مطالعه در ان میدان ضروری بوده و میتواند نتایج با ارزشی برای مقابله با مشکلات گیر لوله فراهم نماید. در همین راستا، نمونههای خرده حفاری از ۴۰ عمق مختلف در ۸ چاه (چاههای ۲۵۲ ، ۲۹۱ ، ۲۹۴ ، ۳۰۵ ، ۳۰۸، ۳۲۴، ۳۳۰ و (۳۶۳ از میدان مارون مورد استفاده قرار گرفتند.
روش کار

برای ایجاد یکنواختی در نمونهها، قرصهایی توسط دستگاه قرص ساز با نیروی ۵۰ تا ۶۰ کیلو نیوتن طراحی و ساخته شد (شکل .(۲ بررسی نتایج دادههای پراش اشعه ایکس نمونه ها نشان می دهد که روند زیر در نمونههای مورد مطالعه غالب است (گزارش پ-۵۴۱۵، .(۱۳۸۲ مونتموریلونیت > مخلوط لایه > ایلیت ورمیکولیت > کلریت > کائولینیت > بر پایه نتایج حاصل از آزمایشات اولیه و در راستای رسیدن به هدف مورد نظر (رفع گیر رشتههای حفاری) لازم است به نکات زیر توجه نمود:

الف- لازم است سیالی تهیه گردد تا بتواند نمونه خردهها و مغزه های شیل و مارن طبقات مخزن را از هم بپاشاند.

ب- تزریق سیال در موارد گیر شدید و نسبتاً شدید رشتههای حفاری باید قابل انجام باشد. برای رسیدن به این اهداف، بایستی سیال طراحی شده بتواند با انرژی نسبتاً اندکی خود را به منطقه و ناحیه گیر منتقل نموده و بیشترین تماس ممکن را با ناحیه مورد نظر برقرار نماید . برای این منظوراز اسیدهای مورد استفاده در صنعت و با غلظت های بسیار پایین (جهت جلوگیری از خوردگی ابزار آلات درون چاهی) استفاده گردید. در بخش زیر مراحل آزمایشگاهی مورد استفاده در این مطالعه

توضیح داده شدهاند.

مرحله اول آزمایش

در این مرحله تعداد ۱۸ نمونه شیل و بیش از ۳۰ نمونه مارن از خردههای حفاری ۸ چاه با فواصل عمقی مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. با توجه به اینکه بیشتر کانیهای شیلی از سیلیکات تشکیل شدهاند، لذا اسید فلئوریدریک HF به عنوان یکی از مواد اصلی سیال طراحی شده مورد استفاده قرار گردید.

۴۹

ابتدا نمونه پودر شده، جهت یکنواختی الک شده و در دستگاه قرص ساز قرار داده شد. قرصهای مورد نظر با اعمال نیرویی معادل ۶۰ کیلو نیوتن تحت فشار قرار گرفته و آماده گردیدند. قرص های تهیه شده ابتدا به دقت وزن گردیده و سپس در حلال های مختلف قرار داده شدند که نتایج آن در (جدول (۱ آمده است. پس از گذشت ۲۰ دقیقه، این قرص ها دوباره وزن گردیدند. اختلاف وزن مشاهده شده نشان دهنده میزان پاشندگی میباشد.
مرحله دوم آزمایش

پس از آزمایشات مقدماتی جهت جلوگیری از تورم شیل، استفاده از KCl با غلظت های مختلف مد نظر قرار گرفت. برای یافتن درصد بهینه از KCl تعداد ۵ عدد قرص شیلی بمدت ۲۴ ساعت در ۵ محلول با درصدهای مختلف از ۰) KCl، ۵، ۱۰ ، ۱۵ و (۲۰ درصد، قرار داده شدند که نتایج آن در (جدول (۲ آورده شده است. بعد از انجام این آزمایش محلول ۱۰ درصد KCl به عنوان درصد بهینه KCl انتخاب شده و به عنوان پایه برای ساخت محلول آزاد کننده گیرلوله حفاری در نظر گرفته شد.

برای تایید سازگاری محلول (اسید HF رقیق شده با الکل) با نمک KCl، اسید HF را با محلول ۱۰ درصد KCl رقیق نموده و مدت ۲۴ ساعت به آن زمان داده شد. در این مدت هیچ گونه تغییری در محلول ایجاد نشد، که این نشان

دهنده سازگاری ۱۰ درصد نمک KCl با اسید HF بود.

به منظور بررسی قدرت پاشندگی محلول آزاد کننده گیر لوله حفاری همراه با نمک KCl ، آزمایشی روی یک قرص شیلی که از نمونههای چاه ۳۵۲ در عمق ۴۳۸۰ متری آماده شده بود، انجام گردید . محلول مورد استفاده در این قسمت اسید ۳ HF درصد و محلول ۱۰ درصد KCl میباشد که به مدت ۲ ساعت و ۳۰ دقیقه انجام شد. در این آزمایش برخلاف موارد قبل، که از آب معمولی برای رقیق نمودن HF استفاده میشد، سرعت واکنش بسیار کم بود و نتوانست قرص شیلی را

از هم جداکند (شکل .(۳

سامانه آزمایشگاهی به ترتیبی نصب شده است که وزن معلق قرص در محلول را نشان میدهد . بدین ترتیب با واکنش محلول با قرص و پاشیده شدن آن، ذرات شیل از بدنه قرص اصلی جدا شده که بصورت کاهش وزن توسط سیستم کامپیوتری قرائت میشود. گاز تولید شده از واکنش شیل با محلول، بصورت حباب زیر قرص قرار گرفته و باعث کاهش وزن آن میگردد . بعد از آزاد شدن این حباب گاز، قرص وزن اصلی خود را نشان خواهد داد. همین فرایند عامل اصلی برای ایجاد پرشهای موجود در (شکل (۳ میباشد. آزمایش دیگری نیز به منظور بررسی اثر افزایش درصد HF با محلول KCl انجام گرفت. محلول استفاده شده در این آزمایش ۶ HF درصد حاوی محلول ۵ درصد KCl میباشد. در این آزمایش که به مدت ۲ ساعت انجام گرفت، سرعت واکنش بسیار پایین بوده و محلول قدرت

پاشندگی قرص شیل را نداشت.

کاهش سرعت واکنش میتواند ناشی از واکنش اسید HF با شیل و تولید شدن مقداری نمک باشد. لذا پس از انجام این آزمایش ها، استفاده از آب بدون نمک به عنوان پایه محلول مد نظر قرار داده شد. با توجه به نتایج آزمایشها، مشاهده می-شود که سرعت واکنش و قدرت پاشندگی محلول به قدری بالا است که تورم شیل توسط محلول بسیار ناچیز بوده و می توان آن را نادیده گرفت.

مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته زمستان ۹۲، شماره ۱۰

شکل .۱ موقعیت میدان نفتی مارون و میادین مجاور آن.

شکل .۲ قالبهای ساخته شده برای تهیه قرصهای شیلی. جدول .۱ نتایج استفاده ازحلالهای مختلف با یک نوع قرص.