‫بخش چهارم‪:‬‬
‫گل حفاري‬
‫مقدمه‬
‫عوامل زيادي در راندمان حفر چاه توسط يك متد حفاري موثر است كه از اين عوامل مي تووان در‬
‫اين قسمت به دو عامل يعني انرژي مكانكي شامل وزن روي مته و سرعت دوران آن مي باشود كوه‬
‫هر يك نقش خود را در مكانيزم شكست سنگ بعهده دارند اما هر چه كوه نووو و مكوانيزم شكسوت‬
‫سنگ باشد حاصل آن ريزه هائي است كه مي بايست از ته چاه به سطح زمين انتقال يابد ‪.‬‬
‫انتقال ريزه هاي حفاري از ته چاه يكي از اهداف اوليه سيال حفاري است و حدود توثثير‬
‫بسوتگ‬
‫زياد به انرژي هيدروليكي موجود در مته دارد كه تابعي از شدت جريان سيال و افت فشار در مته است‬
‫كه در بخش آينده بدان اشاره خواهد شد ‪.‬‬
‫گردش سيال حفاري ‪Circulation Fluid‬‬
‫سيال از طريق يك لوله از يك مخزن به داخل لوله ها عبور مي كند و پس از گذشتن از مسير لوله‬
‫ها و سپس مته به داخل فضاي )‪ (Annulus‬بين لوله ها با جداره چواه )‪ (Casing‬جريوان يافتوه در‬
‫سطح زمين پس از عبور از سطح لرزنده اي كه براي جدا نمودن ريزه هاي حفاري از سويال تهيوه شوده‬
‫است به داخل مخزن سيال مي ريزد ‪ .‬اين حركت سيال حفواري را كوه از سوطح زموين بوه چواه و‬
‫برگشت آن از ته چاه به سطح زمين در گرد‬
‫سيال حفاري مي نامند‪ .‬در شوكل زيور نگواره اي از‬
‫سيستم جريان سيال بطور مستقيم در چاه ديده مي شود‪.‬‬
‫سيستم جريان گل حفاري به طور مستقيم‬
‫‪601‬‬
‫اجزاي اصلي تشكيل دهنده اين سيستم عبارتند از ‪:‬‬
‫‪ ‬پمپ گل )‪(mud pump‬‬
‫‪ ‬حوض گل حفاري )‪(mud pit‬‬
‫‪ ‬تجهيزات اختالط گل )‪(mud mixing Equipment‬‬
‫‪ ‬تصفيه خانه گل )‪(Contaminated –removal equipment‬‬
‫پمپ گل بر دو نوو كلي است كه هميشه سعي مي شود كه سه گروه از اين پمپ ها وجوود داشوته‬
‫باشد كه دو تاي آنها در حال كار و يك دستگاه جهت سرويس مي باشد ‪.‬‬
‫‪ ‬پمپ هاي دو پيستون ‪Duplex pump‬‬
‫‪ ‬پمپ هاي سه پيستون ‪Triplex pump‬‬
‫براي هر پيستون در پانل حفاري يك ‪ Gage‬است كه ‪ stroke‬ناميده مي شود ‪.‬‬
‫بازدهي كلي پمپ = مزيت مكانيكي‬
‫‪‬‬
‫حجم جابجايي‬
‫بازدهي (مزيت )مكانيكي را معموال ‪ 09‬درصد در نظر مي گيرند كه بستگي به موواد اوليوه معينوي‬
‫ژنراتوري دارد كه انرژي را به پمپ منتقل مي كند تا حركت نمايد‪.‬‬
‫بازدهي (مزيت )جابجايي حجميي‪ Volmetric Efficiency‬حجمي تا ‪ 099‬درصود نيوز موي‬
‫تواند باشد ولي به علت اينكه مقداري از گل از اطراف پمپ منتقل و ‪ discharge‬نمي شوود بنوابراين‬
‫هميشه ‪ 099‬درصد نيست ‪ .‬در حقيقت حجمي است كه توسط پمپ پمپاژ مي شود‪.‬‬
‫فاكتورهاي يك پمپ ‪:‬‬
‫قطر پوسته )‪(liner diameter) (dl‬‬
‫قطر ميله )‪(rod diameter) (dr‬‬
‫طول ‪(stoke length) Ls stroke‬‬
‫‪601‬‬
‫يك ‪ stroke‬همان يك سيكل رفت و برگشتي براي تخليه پمپ است‪.‬‬
‫‪. Ls‬‬
‫‪2‬‬
‫‪ dl ‬‬
‫‪‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪. Ls‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪2‬‬
‫‪ dr‬‬
‫‪2‬‬
‫‪l‬‬
‫‪Backward stroke= d‬‬
‫‪ D r . E r‬‬
‫‪2‬‬
‫‪p‬‬
‫=‪Forward stroke‬‬
‫‪4‬‬
‫‪2‬‬
‫‪L‬‬
‫‪‬‬
‫‪. 2  2 d‬‬
‫‪4‬‬
‫‪Fp  Ls.‬‬
‫‪ : F‬حجمي كه در هر ‪ stroke‬توسط پمپ جابجا مي شود‪.‬‬
‫پمپ سه پيستوني ‪: Triplex‬‬
‫‪ F P .N‬‬
‫‪ P .q‬‬
‫‪1714‬‬
‫‪H‬‬
‫‪PH ‬‬
‫‪Rate flow = q‬‬
‫‪Horse power of pump‬‬
‫‪= P‬اسب بخار (توان)‬
‫‪=  P‬اختالف فشار‬
‫‪=q‬‬
‫‪Ib‬‬
‫‪2‬‬
‫‪in‬‬
‫‪P si ‬‬
‫‪gallon‬‬
‫‪min‬‬
‫طراحي سيال حفاري‬
‫تعيين دقيق نوو سيال حفاري و خواص آن براي حفر سازند هاي مختلف مورد نياز به آشنايي كامل‬
‫با موارد زير دارد ‪:‬‬
‫‪ -0‬وظايف سيال حفاري‬
‫‪ -2‬خواص فيزيكي سيال حفاري‬
‫‪ -3‬موادي كه در ساختن سياالت حفاري بكار مي روند ‪.‬‬
‫‪ -4‬انواو سياالت حفاري و كاربرد هر يك از آنها ‪.‬‬
‫‪ -1‬وظايف سيال حفاري‬
‫در اولين روزهاي حفاري دوار ‪ ،‬سيال حفاري بمنظور حمل بريده ها به سطح زمين بكار بورده موي‬
‫شد ولي امروزه مي توان حداقل ده وظيفه مهم براي سيال حفاري برشمرد ‪:‬‬
‫‪ -0‬سيال حفاري مي بايستي بريده ها را به سرعتي كه كنده مي شوند از سر راه متوه ( از توه چواه )‬
‫جدا ساخته و آنها را به سطح زمين حمل نمايد ‪.‬‬
‫‪601‬‬
‫‪ -2‬سيال حفاري مي بايستي ماسه ‪ ،‬بريده هاي حفاري و ساير مواد جامد مضر و غير ضوروري را در‬
‫سطح زمين بسهولت رها سازد ‪.‬‬
‫‪ -3‬سيال حفاري مي بايستي مته حفاري را تميز كرده و از گلولوه شودن بريوده هوا در اطوراف آن‬
‫جلوگيري و مته و رشته حفاري را خنك وروان و سطح آنها را لغزنده نمايد ‪.‬‬
‫‪ -4‬سيال حفاري مي بايستي بريده هاي حفاري و مواد وزن افزا نظير باريوت (سوولفات بواريم ) را‬
‫هنگامي كه پمپها از كار مي افتند در خود به حالت تعليق نگهدارد ‪.‬‬
‫‪ -5‬سيال حفاري مي بايستي توان هيدروليكي را از پمپ هاي گل حفاري به فواره مته منتقل نمايد ‪.‬‬
‫‪ -6‬سيال حفاري مي بايستي بتواند جدار چاه را با يك اندود غير قابل نفوذ بپوشاند ‪.‬‬
‫‪ -7‬سيال حفاري مي بايستي فشارهاي زير سطحي نظير فشار اليه هاي لق شوده و ريوز‬
‫كننوده و‬
‫متورم شونده و همچنين فشار محتويات سازند ها را كنترل و خنثي نمايد ‪.‬‬
‫‪ -8‬سيال حفاري بخشي از وزن لوله هاي حفاري و جداري را متحمل مي شود ‪.‬‬
‫‪ -0‬سيال حفاري مي بايستي هر نوو تاثير متقابل سيال و سازند را به حداقل برساند ‪.‬‬
‫‪ -09‬سيال حفاري مي بايستي هر نوو مانع در سر راه كسب حداكثر اطالعات درباره سازندها ايجواد‬
‫ننمايد ‪.‬‬
‫الف ‪ -‬کنترل فشار طبقات‬
‫گراديان فشار نرمال طبقات=‬
‫‪ TVD‬‬
‫‪w‬‬
‫‪M‬‬
‫‪w‬‬
‫‪ M‬‬
‫‪psi‬‬
‫‪ft‬‬
‫‪0 . 465‬‬
‫‪   h  0 . 052‬فشار ناشي از ستون گل حفاري ( استاتيك )‬
‫‪ ‬وزن گل حفاري بر حسب پوند بر گالن مي باشد‪.‬‬
‫‪= TVD‬عمق واقعي قائم بر حسب فوت )‪(True vertical Depth‬‬
‫‪M w .TVD‬‬
‫‪144‬‬
‫‪h‬‬
‫‪= ‬بر حسب‬
‫‪Ib‬‬
‫‪2‬‬
‫‪in‬‬
‫‪ P f  200‬‬
‫اگر مقدار‬
‫‪P‬‬
‫‪h ‬‬
‫‪.TVD‬‬
‫‪w‬‬
‫‪P mud  P f   P  P mud  0 . 052 . M‬‬
‫داده نشود حد نهايي آن ‪ 299‬پوند بر اينچ مربع است ‪.‬‬
‫‪  0 . 33 ppg ‬چگالي آب خالص‬
‫‪‬‬
‫‪Ib‬‬
‫‪psi‬‬
‫‪  0 . 433‬‬
‫‪‬‬
‫‪ft‬‬
‫‪gallon‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪601‬‬
‫آب به همراه ذرات جامدي كه از طريق سازند وارد كل مي شوند براي كنترل فشار طبقات اغلوب‬
‫كافي است ‪ .‬جهت افزايش وزن مخصوص گل از باريت با وزن مخصوص ‪ 4/2‬استفاده مي شود ‪.‬‬
‫ب‪ -‬انتقال ذرات حفاري شده به سطح زمين‬
‫پمپ هاي كل باعث انتقال ذرات حفاري شده از ته چاه به سطح زمين مي شوند‪ .‬فاكتورهواي مووثر‬
‫بر حركت ذرات ‪:‬‬
‫‪-0‬دانسيته سيال ‪Fluid density‬‬
‫‪-2‬نيروي جاذبه ‪the force of gravity‬‬
‫ويسكوزيته و ‪Fluid rheology ) ...‬‬
‫‪-3‬خصوصيات سيال (پالستيسيته‬
‫‪-4‬زاويه حفر چاه ‪Hole Angle‬‬
‫سرعت جريان در فضاي آنا لوس‬
‫‪‬‬
‫‪min‬‬
‫‪bbl‬‬
‫‪pumpout‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪acity  bbl‬‬
‫‪‬‬
‫‪ft ‬‬
‫‪‬‬
‫‪annularcop‬‬
‫‪ ft‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪ ‬‬
‫‪min ‬‬
‫‪‬‬
‫‪Velocity‬‬
‫‪Flow‬‬
‫‪Annular‬‬
‫زماني كه حركت كل حفاري كند و متوقف گردد ‪ ،‬مواد جامد درون آن معلق مي مانند‪.‬‬
‫علت و عوامل توقف گل حفاري در چاه‬
‫‪ ‬هنگام وصل كردن لوله به هم و فرستادن لوله به داخل چاه‬
‫‪ ‬زمان گير كردن لوله ها در چاه‬
‫نرخ سقوط ذرات به موارد زير بستگي دارد ‪:‬‬
‫‪ ‬اندازه ذرات‬
‫‪ ‬گرانروي سيال يا گل حفاري‬
‫‪ ‬خاصيت ژله اي (ويسكوتروپيك ) سيال‬
‫‪0bbl=0barrel =42 gallon =050 liters‬‬
‫مسدود کردن تراوائي سازند ) ‪(sealing permeable formation‬‬
‫چون ال يه هاي نفوذ پذيرند بسته به ميزان نفوذ پذيري هر اليه مقداري گل حفاري از دست مي رود‬
‫بنابراين بايد طوري عمل نمائيم كه در ديواره چاه كيك گل حفاري بسته شود‪ ،‬براي اين كار بوه گول‬
‫حفاري بنتونيت اضافه‬
‫مي شود‪.‬‬
‫‪660‬‬
‫شکل جریان سیال در آنالوس‬
‫حرکت سیال در فضای آنالوس م تفاوت است و بستگی به سرعت سیال در آن دارد که معموالً به‬
‫گونههای زیر تقسیم میشود‪.‬‬
‫‪ .6‬جریان آرام ‪Laminar Flow‬‬
‫معموالً به حرکت سیال که با سرعت کم جریان داشته باشد و شکل آن بدون‬
‫آشفتگی و الیه ها بطور مستقیم و غالباً نیز به موازات محور مسیر حرکت‬
‫میکنند جریان آرام میگویند‪.‬‬
‫‪ .2‬جریان مغشوش‪Turbulent Flow‬‬
‫در این حالت سیال با سرعت زیاد حرکت میکنند و معموالً نیز ذرات سیال‬
‫بطور غیریکنواخت و بدون نظم که در دو جهت عمودی میباشد حرکت‬
‫میکند‪.‬‬
‫‪ .3‬جریان بین آرام و مغشوش ‪Transition Flow‬‬
‫در این نوع حرکت‪ ،‬سرعت سیال بین دو سرعت حداقل و حداکثر میباشد که‬
‫ذرات سیال هم بحالت یکنواخت هم متالطم در جریانند‪ .‬همانطور که در‬
‫شکل(‪ )3-4‬مشاهده می شود شکل جریان آرام دارای یک سرعت حداکثر در‬
‫مرکز آنالوس و سرعت برابر صفر در دیواره آن دارد در حالیکه در جریان‬
‫مغشوش یک سرعت تقریباً یکنواختی به شکل نسبتاً همگون در تمام فضای‬
‫آنالوس مشاهده میشود‪.‬‬
‫شکل‪ :3-4‬انواع جریان سیال در لوله‬
‫شکل جریان در تمیز شدن چاه‪ ،‬بیشترین اثر را در انتقال ریزههای حفاری‬
‫دیسکی شکل نشان میدهد‪ .‬بطوریکه در نوع جریان آرام ریزههای حفاری در اثر دو نیروی غیرمساوی‬
‫که بر دو طرف آنها اعمال می شود دارای دو سرعت نامساوی در دو طرف دارند که این نیروها یک‬
‫گشتاور یا نیروی ترک(‪ )Torque‬در حول محور ثقل ریزه حفاری ایجاد میکند که باعث چرخش‬
‫ریزه حفاری در جهت عکس جریان سیال میگردد‪ .‬در زمانی که سرعت سیال از سرعت متوسط آن‬
‫‪666‬‬
‫کمتر باشد نیروی افقی و گشتاور باعث میشوند که ریزههای حفاری بطرف جداره آنالوس حرکت داده‬
‫شوند در این موقعیت نیروی باال برنده ریزه کمتر است و ذره شروع به سرخوردن می کند‪ .‬اگر گرادیان‬
‫سرعت در مقابل دیواره کم باشد یا اگر تنش برشی دیواره زیاد باشد ذره به سرخوردن خود ادامه‬
‫میدهد حت ی ممکن است که به دیواره بچسبد‪ .‬اما اگر سرعت در مقابل دیواره زیاد باشد ذره دوباره به‬
‫سمت جریان سیال حرکت کرده و به باال منتقل میشود‪ .‬اما تمیزشدگی چاه در جریانهای مغشوش که‬
‫شکل جریان صافتر است بهتر بوده و باعث میشود که ریزههای حفاری به سرعت نزدیک به سرعت‬
‫متوسط سیال حرکت کند‪ .‬لذا بیشتر ریزهها با سرعت یکسان حرکت میکنند و اثر گشتاور قابل‬
‫اغماض بوده و کمتر فرصت برای ریزهها خواهد بود که به فضای با سرعت پایینتر بیفتد‪ .‬اما از طرف‬
‫دیگر در حفاری برای جلوگیری از سائیدگی لولهها جریان آرام بهتر بوده و بنابراین در تناقض این دو‬
‫عامل سقوط ذره و سائیدگی لولهها به تجربه به این نتیجه رسیدهاند که در فضای آنالوس بهتر است‬
‫که جریان آرام باشد تا از سائیدگی لولهها جلوگیری نماید‪.‬‬
‫وزن‪ ،‬اندازه و شکل ریزههای حفاری‬
‫وزن‪ ،‬شکل و اندازه یک ذره تعیینکننده نسبت افتادگی ذره داخل سیال میباشد که بنام سرعت‬
‫سقوط (‪ )Slip velocity‬تعریف می شود‪ .‬به سرعت یک ریزه حفاری در یک سیال در حال سکون که‬
‫با سرعت ثابت (بدون شتاب) تهنشین گردد سرعت سقوط یا (‪ )Terminal velocity‬گفته میشود‪.‬‬
‫آقای ‪ Walker‬ثابت کرده است که در حقیقت سرعت سقوط ذره هم در سیال در حالت سکون و‬
‫سیال در جریان را میتوان مشابه فرض کرد و بنابراین اصطالح ‪ Slip velocity‬را برای هر دو حالت‬
‫بکار می بریم‪ .‬نیروهایی که بر روی یک ذره در حال ته نشین در یک سیال حفاری اعالم میشود طبق‬
‫قانون استوکس عبارتند از‪:‬‬
‫الف‪ -‬نیروی ثقل‬
‫نیروی ثقل که سبب سقوط آزاد ذرات میشود به صورت زیر تعریف میشود‪:‬‬
‫‪Fg=mg.g‬‬
‫‪ :Fg‬نیروی ثقل اعمال شده بر ذره‬
‫‪ :m‬جرم ریزه حفاری‬
‫‪662‬‬
‫‪ :g‬شتاب گرانی زمین‬
‫عموماً ریزههای حفاری به اشکال نامنظم میباشند که برای سادگی در سیاالت تمام ریزهها را کروی یا‬
‫دیسکهای استوانهای شکل در نظر گرفته میشود‪ .‬بنابراین جرم یک ذره حفاری برابر است‪:‬‬
‫که ‪ : mp‬جرم ریزه حفاری‬
‫‪ :dp‬قطر کروی یا قطر سیال یک ریزه حفاری دارای حجم مساوی با یک کره‬
‫‪ :‬جرم مخصوص ریزه حفاری‬
‫ب‪ -‬نیروی ارشمیدس‬
‫در مقابل نیروی ثقل یک نیروی مخالف که از سقوط ذره جلوگیری مینماید و به نیروی ارشمیدس‬
‫معروف است وجود دارد که عبارت است از نیروی معادل وزن هم حجم مایع که در جهت مخالف‬
‫نیروی ثقل بر ذره اعمال میشود و آن عبارت است از‪:‬‬
‫‪.g‬‬
‫‪ :m‬جرم سیال هر حجم ذره‬
‫‪ :‬جرم مخصوص سیال ذره شناور در آن‬
‫ج‪ -‬نیروی کشش گرانروی‬
‫مقاومت سیال را در مقابل حرکت ذره که منتج به نیروی کشش گرانروی یا ‪Viscous drag force‬‬
‫میشود نیروی کشش گرانروی خوانده میشود و به دو صورت زیر میتوان نوشت‪:‬‬
‫فرمول اول‪:‬‬
‫و یا‬
‫تصویر محیط سطح‬
‫فشار دینامیکی ضریب کشش= نیروی کشش گرانروی‬
‫فرمول دوم‪:‬‬
‫‪ :Pf‬جرم مخصوص سیال‪ ،‬ذره شناور در آن‬
‫‪663‬‬
‫‪ :Vs‬سرعت سقوط ذره‬
‫چون تمام نیروهای وارد بر ذره در حال تعادل بایستی صفر باشد‪ ،‬بنابراین مجموعه نیروهای وارده بر‬
‫یک ذره به صورت معادله زیر خواهد بود که ‪ Vr‬حجم ذره میباشد‪.‬‬
‫این فرمو ل طبق پیشنهاد پیگوت برای حرکت سیالی که از قانون نیوتن پیروی میکند و خطی است‬
‫بکار می رود‪ ،‬مثل آب‪ ،‬نفت و گازوئیل ولی برخی ذرات کلوئیدی مثل رس‪ ،‬باریت و دیگر مواد افزودنی‬
‫در سیال باعث می شود که حرکت سیال متالطم و یا غیرخطی باشد در این صورت آقای رینگر فرمول‬
‫زیر را پیشنهاد نمود که از فرمول دوم محاسبه میشود‪:‬‬
‫پس از انجام محاسبات سرعت سقوط ذرات بر سیستم واحد انگلیسی برابر میشود با‪:‬‬
‫که واحد چگالی سیال و ذرات پوند بر گالن میباشد و یا هر واحد میتوان از فرمول زیر استفاده کرد‪.‬‬
‫این معادله رابطه اساسی برای مشخص کردن ظرفیت حمل سیال حفاری( ‪Fluid carrying‬‬
‫‪ )capacity‬می باشد که بایستی قطر ذره حفاری‪ ،‬ضریب کشش آن در نظر و تعیین گردد که قطر‬
‫متوسط را معموالً برای قطر ریزههای حفاری در نظر میگیرند‪.‬‬
‫برای تمیزشدگی چاه بطور موثر سرعت سیال در آنالوس بایستی از مقدار سرعت سقوط ذرات بیشتر‬
‫باشد‪ .‬در عمل سرعت حداقل سیال در آنالوس بایستی دو تا سه برابر سرعت سقوط آن باشد‪.‬‬
‫البته باید متذکر شد که در عملیات حفاری ابعاد مختلف ریزه در حفاری ایجاد میشود که از نظر قطر‪،‬‬
‫اندازه و شکل از ذرات ریز تا متوسط را تشکیل میدهد‪ .‬بعالوه تراشههای ناشی از دیواره به حجم‬
‫‪664‬‬
‫ریزههای حفاری اضافه می شود که آزمایشات نشان داده که انتقال ذرات دیسکی شکل از دیگر اشکال‬
‫ایجاد شده از سطح نسبتاً زیادی بمراتب سادهتر و راحت تر انتقال مییابد و این بدان دلیل است که در‬
‫اثر دارابودن سطح زیادتر اثر انتقال بر ذره بیشتر خواهد بود‪.‬‬
‫سرعت انتقال گل حفاری برای ذرات کروی‪:‬‬
‫سرعت انتقال گل حفاری برای ذرات کروی‪:‬‬
‫‪Vs=6.3×Vs‬‬
‫‪Vs=6.6×Vs‬‬
‫علت آنکه ضریب سرعت انتقال ذرات کروی زیادتر از ضریب سرعت انتقال ذرات غیرکروی است آن‬
‫است که ذرات کروی با سرعت زیادتری نسبت به ذرات غیرکروی تمایل به سقوط در محیط مایع‬
‫دارند‪ .‬شکلهای ‪ 4-4‬و ‪ 1-4‬نشاندهنده حرکت خطی و غیرخطی (متالطم) گل حفاری و ذرات سیال‬
‫حفاری در فضای آنالوس است‪.‬‬
‫شکل‪ :4-4‬حرکت خطی (آرام) و غیرخطی(متالطم) گل حفاری در فضای آنالوس‬
‫در حرکت خطی درصد زیادتر از ذرات درمرکز محور بین لوله و دیواره چال قرار میگیرند و با سرعت‬
‫بیشتری به سطح زمین منتقل میشوند و ذراتی که درکنارههای لوله و دیواره چال قرار میگیرد با‬
‫سرعت کمتری به سطح زمین منتقل می شوند‪ .‬در جریان تالطم که پروفیل سرعت زیادتر است‪ .‬تأثیر‬
‫دیوارهها بر روی ذرات محسوس و بر سرعت انتقال ذرات حفاری تأثیر منفی گذاشته و باعث کند شدن‬
‫سرعت انتقال می شود‪ .‬برای تشخیص نوع جریان از فضای بین دیواره داخلی چال و لوله حفاری‪،‬‬
‫عدد«ریتولدز» مورد استفاده قرار میگیرد‪ .‬طبق تعریف‪ ،‬عدد رینولدز برابر است با‪:‬‬
‫‪661‬‬
‫در این فرمول‪:‬‬
‫‪ :Re‬عدد رینولدز‬
‫‪ :d‬قطر داخلی لوله حفاری بر حسب فوت‬
‫‪ =V‬متوسط سرعت گل حفاری برحسب فوت در ثانیه‬
‫‪ =D‬وزن گل حفاری برحسب پوند بر فوت مکعب‬
‫= گرانروی گل حفاری بر حسب پوند بر فوت‪ -‬ثانیه است ‪.‬‬
‫چنانچه مقدار عدد رینولدز کمتر از ‪ 2000‬باشد‪ ،‬جریان به صورت خطی خواهد بود و اگر مقدار عدد‬
‫رینولدز بیشتر از ‪ 4000‬باشد‪ ،‬جریان به صورت متالطم خواهد بود‪ .‬اگر مقدار عدد رینولدز بین ‪2000‬‬
‫تا ‪ 4000‬باشد‪ ،‬حرکت جریان ترکیبی از خطی و متالطم یا بینابین است‪ .‬اما در صنعت حفاری اگر‬
‫عدد رینولدز بزرگتر از ‪ 2000‬باشد حرکت سیال را متالطم فرض میکنند علت این امر تأثیرگذاری‬
‫دیوارههای داخل چاه و لوله بر حرکت سیال است که موجب غیرخطی شده سیال میشود‪.‬‬
‫شکل‪ :1-4‬نحوه انتقال ذرات حفاری در دو جریان خطی و متالطم‬
‫جلوگیری از آسیب سازند(‪)preventing formation damage‬‬
‫زمین شناس با نمونه برداری از روی سرند لرزان در کنار حوض گل حفاری (‪ )shale shaker‬نوع‬
‫الیهها را مشخص میکند‪ .‬زمانی که به الیه نفتدار نزدیک میشویم باید طوری عمل کرد که سازند‬
‫‪661‬‬
‫آسیب نبیند‪ .‬مثالً الیههای رسی در تماس با آب آماس مینمایند‪ .‬زمانیکه گل حفاری به این نوع‬
‫الیهها میرسد‪ ،‬مقداری از گل وارد الیه شده و خواص نفوذپذیری سازند را تغییر می نماید‪ .‬بنابراین‬
‫نوع گل با توجه به جنس سازند بسیار مهم میباشد و معموالً از گلهای پایه روغنی در این موارد‬
‫استفاده می شود‪ .‬زمانی که فشار گل بیش از فشار سازند باشد گل در سازند نفوذ میکند‪ .‬حفاری در‬
‫الیههای سخت معموالً به صورت تحت تعادل انجام میگیرد و سیال حالت آب‪ ،‬نمک و هوا میباشد‪.‬‬
‫پایدارکننده دیواره چاه‬
‫گل حفاری میبایستی طوری طراحی شود که در تماس با الیههای شیلی باعث تغییر دیواره چاه و‬
‫ریزش چاه نگردد‪ .‬لذا در این موارد از گلهای با پایه روغن استفاده میشود‪.‬‬
‫خصوصیات سیال حفاری‬
‫موقعیکه یک سیال فرضاً آب در داخل یک لوله استوانه ای شکل حرکت کند‪ ،‬شکلی را که حرکت‬
‫سیال در لوله به خود میگیرد شبیه بینهایت حلقههای دایرهای شکل یا الیههایی است که از دیواره‬
‫لوله به مرکز آن گسترش دارد‪ .‬اگر سرخوردگی در الیهها نباشد الیههای متفاوتی در سرعتهای مختلف‬
‫حرکت می کنند‪ .‬بنابراین الیه سیالی که در جوار لوله است در حالت سکون قرار دارد و در حالی که‬
‫الیههای بعدی سیال همانطور که از جداره لوله فاصله میگیرند نیز از سرعت بیشتری برخوردارند تا‬
‫به سرعت حداکثری که در مرکز لوله است خواهد رسید این تغییرات سرعت که سرعت صفر در دیواره‬
‫لوله تا سرعت حداکثر که در محور مرکزی لوله ایجاد میشود باعث خواهد شد که الیهها از روی‬
‫دیگری عبور کنند بنابراین الیه با سرعت باالتر روی الیه با سرعت پایینتر میلغزد و همینطور‬
‫الیههای دیگر‪.‬‬
‫بنابراین جریان سیال از همین لغزیدن الیهها روی یکدیگر نتیجه میشود و برای اینکه این لغزش‬
‫همچنان ادامه مییابد نیاز به تأمین انرژی مداومی میباشد برای مثال یک پمپ برای انتقال سیال‬
‫حفاری نیاز است تا آن را از عمق چاه به مخزن در سطح زمین انتقال دهد‪ .‬عمل لغزش الیههای‬
‫سیال همیشه با تنش برشی یا کشش اصطکاکی همراه است که خیلی وابسته به گرانروی سیال‬
‫میباشد‪ .‬از مهمترین خصوصیات سیال حفاری که نقش عمدهای در تمیز کردن چاه دارند میتوان به‬
‫جرم مخصوص‪ ،‬گرانروی و نقطه تسلیم اشاره نمود‪.‬‬
‫‪661‬‬
‫جرم مخصوص سیال ‪Fluid density‬‬
‫همانطور که قبالً اشاره شد جرم مخصوص سیال از اهمیت زیادی در ایجاد فشار هیدروستاتیکی الزم‬
‫در ته چاه برخوردار است و مقدار آن در آبنولوس از دو جزء اصلی تشکیل شده است که عبارتند از‪:‬‬
‫ جرم مخصوص سیال که از پمپ به داخل لولهها فرستاده و به ‪ Pf‬نشان داده میشود‪.‬‬‫ جرم مخصوص حاصل از ریزههای حفاری در آنالوس‬‫همانطور که میدانید سرعت سقوط نسبت جذر با تفاضل جرم مخصوصهای ریزههای حفاری و سیال‬
‫حفاری بر وزن مخصوص سیال یا گرانروی سیال دارد‪ .‬چون که جرم مخصوص ریزه نمیتواند تغییر‬
‫کند بنابراین آشکار خواهد بود که افزایش جرم مخصوص سیال و یا گرانروی سیال‪ ،‬سرعت سقوط ذره‬
‫را کاهش خواهد داد که در نتیجه چاه بهتر تمیز خواهد شد‪.‬‬
‫البته قابل تذکر است که اگر چه افزایش جرم مخصوص سیال حفاری از نقطه نظر تمیزشدگی چاه از‬
‫ریزه های حفاری مطلوب است اما دیگر عوامل از جمله هدررفتگی سیال ممکن است که این افزایش را‬
‫با مشکالت مواجه سازد‪ .‬شواهد آزمایشی‪ ،‬اثر جرم مخصوص را بر تمیزشدگی چاه در سرعتهای پائین‬
‫بین ‪ 10‬تا ‪ 620‬فوت بر دقیقه را تأیید میکند‪.‬‬
‫تعیین وزن مخصوص سیال حفاری‬
‫تهیه و مواد موجود در سیال حفاری نقش مهمی را در اقتصادی بودن عملیات حفاری ایفا مینماید‪.‬‬
‫بنابراین تصمیمگیری در تهیه سیال حفاری و نوع آن میبایستی به دقت مورد توجه قرار گیرد‪ .‬در این‬
‫بخش ویژگیهای سیال حفاری تنها از نقطه نظر جرم مخصوص مورد ارزیابی قرار میگیرد‪ .‬در شرایط‬
‫اولیه‪ ،‬زمانی که جرم مخصوص نهایی سیال مورد نظر میباشد بایستی مقدار مواد مورد لزوم اعم از‬
‫ذرات جامد یا مایع به سیال حفاری اضافه گردد‪ .‬صرفنظر از دیگر مواد نظیر ریزههای حفاری میتوان‬
‫محاسبات مربوط به جرم مخصوص نهایی سیال را بدست آورد‪ .‬قبل از هر چیز برای اندازه گیری وزن‬
‫مخصوص سیال حفاری میتوان از دستگاه ویژه ای که برای تعیین وزن مخصوص سیال حفاری در این‬
‫‪661‬‬
‫صنعت مورد استفاده قرار میگیرد اشاره نمود و آن ترازوئی است که به ‪ Mud Balance‬مشهور‬
‫است‪ .‬یک فنجان فلزی (استیل) با آب نمونه سیال حفاری پر میشود و سپس با یک لبه تیز که در‬
‫دستگاه جهت تنظیم تعبیه شده است متعادل میشود‪ .‬بعد جرم مخصوص سیال را برحسب ‪،ppg‬‬
‫‪ pcf‬یا ‪ kg‬قرائت میکنند‪.‬‬
‫الزم به یادآو ری است که در محاسبات مربوط به تعیین جرم مخصوص نهائی سیال حفاری میبایستی‬
‫مقادیر اجزا تشکیل دهنده سیال که مجموعه جرم سیال را تشکیل میدهند را تعیین نمود بنابراین‬
‫جرم کل نهائی سیال برابر خواهد بود با‪:‬‬
‫‪mf=mO+mA‬‬
‫که ‪ m‬جرم و ‪ F,A,O‬به ترتیب مربوط به وزن گل اولیه‪ ،‬مواد اضافه شده و وزن نهایی سیال میباشد‪.‬‬
‫و حجم نهائی سیال برای سیاالت و مواد مخلوط نظیر آب و روغن و رس و باریت و غیره خواهد بود‪.‬‬
‫‪Vf=VO+VA‬‬
‫که ‪ V‬مربوط به حجم میباشد‪ .‬لذا خواهیم داشت‪:‬‬
‫اگر جرم مواد اضافه شده را به حجم اولیه به ‪ mAO‬بنامیم خواهیم داشت‪:‬‬
‫بنابراین‪:‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫اگر یک تن باریت به جرم مخصوص ‪ 31ppg‬به ‪ 100‬بشکه گل حفاری که جرم مخصوص آن ‪ 60‬بوند‬
‫بر گالن باشد اضافه گردد جرم مخصوص و حجم نهائی گل حفاری چقدر خواهد بود‪:‬‬
‫‪661‬‬
‫بنابراین حجم نهایی برابر است‪:‬‬
‫مثال‪:2‬‬
‫اگر در مثال یک به جای ماده معدنی باریت از یک رس با جرم مخصوص ‪ 20‬پوند بر گالن به عنوان‬
‫ماده افزودنی در گل حفاری استفاده کنیم برای آنکه جرم مخصوص نهایی معادل‪ 60/13‬پوند برگالن‬
‫شود‪ ،‬چه مقدار رس باید استفاده شود؟‬
‫مثال‪:3‬‬
‫اگر حجم گل حفاری موجود ‪ 140‬بشکه که از ‪ %1‬رس و ‪ %11‬آب تشکیل شده باشد بخواهیم که‬
‫چنین گل حفاری را به جرم مخصوص ‪ 61‬پوند برگالن با اضافه کردن مقداری باریت برسانیم‪ ،‬چه‬
‫مقدار باریت معادل محاسبات نیاز داریم؟‬
‫‪620‬‬
‫وزن مخصوص گل حفاری اهمیت ویژه ای در حفاری دارد زیرا با ایجاد فشار هیدروستاتیکی در عمق‬
‫میتواند مانع از مشکالتی که ناشی از فشار هیدروستاتیکی طبقات است بشود در صنعت حفاری‬
‫معموالً وزن مخصوص گل را برحسب پوند بر گالن مشخص میکنند و به دلیل سهولت در تبدیل واحد‬
‫گالن به بشکه است که معموالً از آن (بشکه) به عنوان واحد حجم برای مخازن گل استفاده‬
‫میشود(مخازن گل حفاری ین ‪ 300‬تا ‪ 100‬بشکه متغیر است)‪ .‬برای اندازه گیری وزن مخصوص گل‬
‫حفاری از ترازوی مخصوصی استفاده میشود که در شکل ‪ 1-4‬نشان داده شده است‪.‬‬
‫شکل‪ :1-4‬یک نمونه از ترازوی مخصوص اندازه گیری وزن مخصوص گل‬
‫گرانروی(‪)Viscosoity‬‬
‫گرانروی خاصیت ذاتی یک سیال است که کنترل کننده مقدار تنش برشی ایجاد شده در زمانی که‬
‫الیهای روی الیه دیگر میلغزد ایجاد میشود تا به حرکت درآید از خود نشان میدهد‪ .‬بنابراین‬
‫گرانروی اندازه توانایی مقاومت داخلی توسط نیروهای بهم چسبی بین مولکولهاست زمانی که حرکت‬
‫ایجاد میشود و تابعی از نوع سیال‪ ،‬درجه حرارت و فشار میباشد‪ .‬برای یک سیال حفاری که ترکیبی‬
‫از آب یا مواد هیدروکربنی و مواد جامد است مقداری گرانروی تابعی از مقدار و اندازه و شکل ذرات‬
‫جامد حاوی آن نیز خواهد بود‪ .‬شکل ‪ 1-4‬نشاندهنده یک المان مکعبی سیال تحت تأثیر نیرو را‬
‫نشان می دهد‪.‬‬
‫‪626‬‬
‫شکل‪ :1-4‬اثر نیروی وارده بر یک المان مکعبی‬
‫همانطور که در شکل مشخص است المان مکعبی تحت تأثیر نیروی ‪ F‬که بموازات سطح باالیی مکعب‬
‫با سطح مقطعی برابر با ‪ A‬قرار گرفته است تنش برشی به صورت فرمول زیر محاسبه میشود‪:‬‬
‫دیمانسیون تنش برشی با توجه به به دیمانسیون نیرو و سطح به صورت ‪ ML-6T-2‬بوده و تحت تأثیر‬
‫این تنش برشی‪ ،‬مکعب از حالت اصلی خود خارج شده و شکل اصلی المان مکعبی سیال به متوازی‬
‫السطوح تغییر شکل می دهد‪ .‬این تغییرات شکل شبیه به تغییر شکل در المانهای جامداالستیک است‪.‬‬
‫تغییر شکل سیال با نرخ برشی ‪ Shear rate‬همراه است که با نسبت تغییرات سرعت بین سطح‬
‫باالیی و پایینی مکعب تغییر شکل یافته است به فاصله بین آنها و بنابراین برابر است با‪:‬‬
‫که در آن ‪ V‬سرعت و ‪ r‬فاصله بین الیهها میباشد‪ .‬دالیل آزمایشگاهی نشان دهنده ارتباط خطی و‬
‫غیرخطی تنش برشی با نرخ تنش برشی است‪ .‬سیاالتی که این ارتباط برای آنها خطی است به سیاالت‬
‫نیوتنی و گرانروی آنها برابر است با‪:‬‬
‫عالمت منفی نشان دهنده کاهش سرعت از مرکز لوله است و الزم به یادآوری است که چنین گرانروی‬
‫به گرانروی دینامیکی مشهور است‪ .‬سیاالتی که ارتباط تنش برشی آنها با نرخ تنشی غیرخطی است‬
‫سیاالت غیرنیوتنی نامیده میشوند‪.‬‬
‫تقسیم بندی سیاالت براساس گرانروی‬
‫به طور کلی سیاالت با توجه به خاصیت سیالیشان به دو گروه تقسیم بندی میشود‪ .‬گروه اول‬
‫سیاالتی که گرانروی آنها در حرارت و فشار مشخص ثابت میماند مانند آب‪ ،‬روغن موتور‪ ،‬گلیسیرین و‬
‫‪622‬‬
‫نفت(نفت چراغ) به این گروه‪ ،‬چون از قانون نیوتن تبعیت میکنند سیاالت نیوتنی و گاهی به آنها‬
‫سیاالت واقعی (حقیقی) نیز میگویند‪ .‬برای این نوع سیاالت فشار بسیار کم(‪ )F/A‬الزم است تا به‬
‫جریان درآیند‪.‬‬
‫دومین گروه از سیاالت‪ ،‬سیاالتی هستند که در حرارت و فشار معین گرانروی آنها ثابت نیست و مقدار‬
‫آن به ع وامل دیگری نیز بستگی دارد و چون این گروه از سیاالت از قانون نیوتن تبعیت نمیکنند لذا‬
‫آنها را سیاالت غیرنیوتنی می نامند‪ .‬در این گروه از سیاالت بین فشاری که موجب به حرکت درآمدن‬
‫سیال می شود و سرعت حرکت سیال رابطه خطی مستقیم وجود ندارد و به صورت منحنی است آن‬
‫گروه از سیاالت که خاصیت ضخیم شدن یا ساختمان ژلهای در حالت سکون پیدا میکنند را نیز جزء‬
‫مایعات غیرنیوتنی از نوع تیکسوتروپیک مینامند‪ .‬گرانروی پالستیکی شامل سیاالتی میشود که بین‬
‫فشار موجب حرکت مایع (‪ )F/A‬و نسبت‬
‫(شکل‪ )1-4‬رابطه خطی مستقیم وجود دارد با این تفاوت‬
‫که خط از مرکز نمی گذارد بلکه برای به حرکت درآوردن مایع به فشار اولیه احتیاج است که آن را‬
‫تنش تسلیم می نامند و چون یکی از اولین کسانی که رابطه مزبور را برای چنین مایعاتی (پالستیکی)‬
‫در مورد لوله های کاپیالری (کم قطر) ارائه داده است تی‪.‬سی‪.‬بینگهام است لذا این گونه سیاالت را به‬
‫نام سیاالت پالستیکی بینگهام مینامند‪ .‬شکل‪ 1-4‬ارتباط بین فشار موجب حرکت مایع و تغییرات‬
‫سرعت برای سیاالت نیوتنی و غیرنیوتنی را نشان میدهد‪.‬‬
‫شکل‪ :1-4‬ارتباط بین و تغییرات سرعت برای سیاالت نیوتنی و غیرنیوتنی‬
‫واحدهای گرانروی‬
‫در سیستم امپریال و متریک واحد گرانروی برابر است با پوآز(‪ )Poise‬و یا سانتی‬
‫پوآز(‪ )Centipoises‬و برابر با پوند نیرو ثانیه به فوت مربع است‪.‬‬
‫در واحد متریک برابر است با‪:‬‬
‫‪623‬‬
‫در سیستم امپریال واحد گرانروی به صورت زیر تعریف میشود‪ :‬یک پوآز برابر یک گرم بر سانتیمتر در‬
‫ثانیه میباشد که برابر ‪ 600‬سانتی پوآز است و‬
‫واحد دیگر گرانروی دین در ثانیه بر سانتیمتر مربع است که برابر ‪ 600‬سانتی پوآز میباشد‪ .‬یک دین‬
‫نیرویی است که در اثر حرکت یک جرم یک گرمی در میدان گرانش زمین ایجاد شود‪.‬‬
‫روشهای اندازه گیری گرانروی گل حفاری‬
‫روشهای اندازه گیری گرانروی گل به سه گروه تقسیم میشوند که عبارتند از‪:‬‬
‫الف) قیف مارشال‬
‫در این روش باید گل حفاری مورد آزمایش را کامالً به هم زده و درداخل قیف با ظرفیت ‪6100‬‬
‫سانتی متر مکعب ریخت‪ .‬باید توجه کرد که قبل از ریختن گل حفاری به داخل قیف سمت باریکه قیف‬
‫توسط انگشت مسدود گردد‪ .‬سپس با ثبت زمان اجازه داده شود که حدود‬
‫از این گل حفاری(در‬
‫عمل ‪ 114‬سانتیمتر مکعب) از قسمت باریکه خارج گردد‪ .‬مدت زمانی (برحسب ثانیه) که الزم است تا‬
‫‪ 114‬سانتیمتر مکعب از گل حفاری از قیف خارج شود را یادداشت میکنیم‪ .‬این زمان یادداشت شده‬
‫گرانروی گل حفاری بر حسب ثانیه خواهد بود(الزم به توضیح است که گرانروی آب با روش قیف‬
‫مارش ‪ 21‬ثانیه است‪ .‬لذا قبل از آزمایش انواع دیگر گل حفاری‪ ،‬میتوان قیف مزبور یا مورد استفاده‬
‫برای آزمایش را با آب تنظیم کرد) در مورد گلهای حفاری که اساس ترکیب آنها را هیدروکربنهای‬
‫نفتی تشکیل میدهند‪ .‬زمان الزم برای تخلیه ‪ 100‬سانتیمتر مکعب از قیف را ثبت میکنند و با‬
‫گرانروی آب(‪ 31‬ثانیه) مقایسه میکنند(شکل‪.)1-4‬‬
‫‪624‬‬
‫شکل‪ :1-4‬یک نمونه از قیف مارشال‬
‫اندازه گیری توسط این نوع گرانروی سنج تعیین کننده کیفی سیال خواهد بود که به عنوان گرانروی‬
‫سنج استاندارد برای عملیات حفاری صحرایی مورد پذیرش صنعت حفاری در جهان قرار گرفته است‬
‫تعیین گرانروی در این نوع گرانروی سنج براساس سرعت جاری شدن سیال در زمان بعبارت دیگر‬
‫جریان حجم مشخصی از گل حفاری در زمان طرحریزی شده است که معموالً نیز واحد زمان ثانیه‬
‫میباشد‪.‬‬
‫این گرانروی سنج یک گرانروی سنج سریع و ساده میباشد که در کارهای حفاری میتواند بعنوان‬
‫تعیین کننده کیفیت گل حفاری مورد استفاده قرار گیرد‪ .‬اما بهرحال بعلت آنکه این نوع گرانروی سنج‬
‫تنها یک نکته را مشخص کند و جوابگوی سوال چرا آنها باشد‪ .‬لذا میتوان از این روش در مدلهای‬
‫ریاضی بهره جست برای اندازه گیری گرانروی پالستیک‪ ،‬تنش تسلیم و مقاومت از گرانی سنجهای‬
‫دیگری استفاده میشود که ویسکومتر نامیده میشود‪.‬‬
‫ویسکومترها یا گرانروی سنجها(‪)Viscometers‬‬
‫خواص مهم سیاالت(‪ )rheological properties‬را معموالً توسط گرانروی سنجی هم مرکز که به‬
‫‪ Rheometers‬مشهور است را اندازهگیری می کنند‪ .‬این نوع گرانروی سنج طوری طراحی شده است‬
‫که در دو سرعت متفاوت ‪ 300‬و ‪ 100‬دور در دقیقه و تنش سرعت ‪ 100‬و ‪ 300‬و ‪ 200‬و ‪ 600‬و ‪ 1‬و‬
‫‪ 3‬دور در دقیقه چرخش دارند‪ .‬بعضی از این مدلها برای سرعتهای متنوع طراحی شدهاند اگر چه‬
‫‪621‬‬
‫بیشتر وسایل اندازهگیری گرانروی در عملیات صحرایی تنها برای دو سرعت چرخش ‪ 300‬و ‪ 100‬دور‬
‫در دقیقه مورد استفاده قرار میگیرند‪.‬‬
‫ب) گرانروی سنج استورمر‬
‫یکی دیگر از روشهای اندازه گیری گرانروی گل حفاری روش استورمر است که کاربرد بیشتری نسبت‬
‫به قیمت مارشال نیز دارد(شکل‪ 60-4‬دو نمونه از گرانروی سنج استورمر را نشان میدهد)‪ .‬این نوع‬
‫گرانروی سنج چنانچه از تصاویر الف و ب نیز پیدا است عمدتاً از دو طرف استوانهای شکل با اندازههای‬
‫مختلف تشکیل شده است که ظرف بزرگتر ثابت بوده و ظرف استوانهای کوچکتر متحرک و در داخل‬
‫ظرف استوانه ای بزرگتر که حاوی گل حفاری مورد آزمایش است قرار دارد‪ .‬با دوران ظرف استوانه‬
‫کوچک‪ ،‬مایع(گل حفاری) بین دو ظرف تحت تأثیر نیروی مماس قرار میگیرد و مقدار گشت آور که‬
‫در اثر دوران ظرف استوانهای متحرک(کوچک) به ظرف استوانهای ثابت منتقل میشود به گرانروی‬
‫مایع بین دو ظرف بستگی دارد‪ .‬مطابق قرار داد استاندارد مقدار نیرویی که الزم است تا ظرف‬
‫استوانهای کوچک ‪ 100‬دور در دقیقه دوران نماید را از صفحه نیروسنج خوانده و سپس با استفاده از‬
‫نمودار مخصوص مقدار گرانروی پالستیکی گل را که متناسب با مقدار نیروی خوانده شده از صفحه‬
‫نیروسنج است تعیین میکنند‪ .‬شکل ‪66-4‬نحوه تبدیل نیرو به گرانروی پالستیکی را نشان میدهد‪.‬‬
‫شکل‪ :60-2‬دو نمونه از گرانروی سنج استورمر‬
‫‪621‬‬
‫مثال‪ :‬فرض می شود که گل حفاری خاصی بین ظرف درونی یا دورانی و ظرف استوانهای بیرونی جهت‬
‫اندازهگیری گرانروی قرار داده شده است‪ .‬اگر مقدار ‪ 260‬گرم نیرو الزم باشد تا ظرف درونی ‪ 100‬دور‬
‫در دقیقه دوران کند‪ .‬گرانروی گل حفاری بر حسب سانتی پوئز چقدر است؟‬
‫برای پاسخ میتوان به نمودار در شکل ‪ 66-4‬مراجعه کرد که با توجه به ‪ 260‬گرم نیرو‪ ،‬گرانروی گل‬
‫حفاری مزبور ‪ 10‬سنتی پوئز است‪.‬‬
‫شکل‪ : 66-4‬نحوه محاسبه گرانروی با توجه به نیروی به کار گرفته شده جهت چرخش سیلندر درونی‬
‫گرانروی سطح ‪Fan‬‬
‫یک گرانروی سنج دوار از دو استوانه تشکیل شده است یک استوانه خارجی یا ‪ rotor sleeve‬و یک‬
‫استوانه داخلی ثابت است‪ .‬یک نمونه تازه از گل را در داخل ظرف استوانه شکل که در مسیر وسیله در‬
‫آن شناور می شود‪ .‬چرخش استوانه خارجی در گل حفاری یک گشتاور در داخل استوانه داخلی ایجاد‬
‫میکند‪ .‬حرکت استوانه داخلی توسط یک فنر با دقت زیاد کنترل میشود و انحنای آن روی صفحه‬
‫مدرج ضبط میشود‪ .‬درجه خوانده شده نشانگر میزان چرخش است که با بکار بردن ضرایب تبدیل‬
‫الزم می تواند به تنش برشی مبذول گردد‪ .‬مقادیر ضریب تبدیل به نوع فنر و ابعاد استوانه داخلی و‬
‫استوانه خارجی دارد‪ .‬انستیتوی نفت آمریکا(‪ )API‬ابعاد استوانه داخلی و خارجی را برای یک گرانروی‬
‫سنج متحرک طبق ابعاد زیر سفارش کرده است که در صنعت نفت انجام میگیرد‪.‬‬
‫شعاع استوانه خارجی(‪)rotor‬‬
‫شعاع استوانه داخلی (‪)Bob‬‬
‫ارتفاع استوانه‬
‫‪r2=6/1461 cm‬‬
‫‪r6=6/1231 cm‬‬
‫‪h=3/1 cm‬‬
‫در جدول زیر ابعاد استوانههای داخلی و خارجی چهار نوع از گرانروی سنجها را نشان میدهند‪.‬‬
‫‪621‬‬
‫جدول‪ :6-4‬ابعاد استوانههای داخلی و خارجی گرانروی سنجهای متحرک‬
‫نوع‬
‫شعاع‬
‫داخلی‪ -‬شعاعخارجی‪-‬‬
‫ارتفاع‪ -‬سانتیمتر‬
‫سانتیمتر‬
‫سانتیمتر‬
‫‪6‬‬
‫‪6/1231‬‬
‫‪6/1361‬‬
‫‪3/10‬‬
‫‪2‬‬
‫‪6/2211‬‬
‫‪6/1111‬‬
‫‪3/10‬‬
‫‪3‬‬
‫‪0/1123‬‬
‫‪2/1111‬‬
‫‪3/10‬‬
‫‪4‬‬
‫‪0/1123‬‬
‫‪3/0311‬‬
‫‪6/11‬‬
‫در عمل این نوع گرانروی سنج‪ ،‬استوانه داخلی ساکن است و استوانه دیگر(خارجی) متحرک خواهد‬
‫بود که با یک سرعت مشخص دور در دقیقه در چرخش است‪ .‬گشتاور استوانه متحرک ‪ rotor‬از طریق‬
‫سیال که در بین آنالوس بین ‪ rotor‬و ‪ bob‬قرار گرفته است انتقال یافته و باعث خواهد شد که‬
‫الیههای سیال با سرعتهای مختلف به حرکت درآیند‪.‬‬
‫الیه مجاور از دیواره ‪ rotor‬فاصله گرفته و به حرکت ادامه و در نهایت‪ ،‬سرعت الیه مجاور ‪ bob‬به‬
‫صفر میل خواهد کرد‪ .‬این کاهش سرعت در بین الیهها باعث تنش برش بین آنها خواهد شد که در‬
‫نتیجه تنشهای برشی را بین ‪ rotor‬و ‪ bob‬ایجاد خواهند کرد‪ .‬تحت شرایط یکنواخت‪ ،‬گشتاور اعمال‬
‫شده بر ‪ rotor‬توسط موتور با گشتاور حاصل از فنر بر ‪ bob‬معادل خواهد شد تا به حالت تعادل باقی‬
‫بمانند بنابراین گشتاور در سیال در هر شعاعی برابر خواهد بود با‪:‬‬
‫که در آن ‪ T‬گشتاور‪ h ،‬ارتفاع استوانه ثابت و تنش برشی میباشد‪ .‬با تعیین ثابت فنر بطور دلخواه‬
‫بطوری که داشته باشیم‪:‬‬
‫برحسب دین در سانتیمتر که تتا برحسب درجه خوانده‬
‫میشود از گرانروی سنج به تغییر مکان زاویهای خواهد بود‪( :‬شکل‪)62-4‬‬
‫در این روش با خواندن اعداد صفحه مدرج برای ‪ 100‬دور در دقیقه و ‪ 300‬دور در دقیقه میتوان‬
‫گرانروی گل حفاری را برحسب سنتی پوئز و با استفاده از رابطه ذیل به دست آورد‪:‬‬
‫‪621‬‬
‫و گرانروی ظاهری گل از رابطه ذیل به دست خواهد آمد‪:‬‬
‫که‪:‬‬
‫= گرانروی پالستیکی سنتی پوئز‪ =R100 ،‬عدد خوانده شده از صفحه مدرج برای ‪ 100‬دور در‬
‫دقیقه ‪ =R300‬عدد خوانده شده از صفحه مدرج برای ‪ 300‬دور در دقیقه‪،‬‬
‫= گرانروی ظاهری‬
‫سنتی پوئز است‪.‬‬
‫نقطه تسلیم بینگهام یا واروی گل نیز طبق تعریف برابر است با‪:‬‬
‫‪ YP‬نقطه تسلیم بینگهام یا واروی گل و واحد آن پوند به ازای ‪ 600‬فوت مربع(‬
‫) است‪.‬‬
‫شکل‪ :62-4‬گرانروی سنج فن‬
‫مثال‪:‬‬
‫برای اندازه گیری گرانروی یک نمونه از گل حفاری اعداد ‪ 61 ،23 ،21 ،31‬از صفحه مندرج برای‬
‫‪ 200 ،300 ،100‬و ‪ 600RPM‬خوانده شد‪ .‬گرانروی پالستیکی و تنش تسلیم گل حفاری چقدر‬
‫است؟‬
‫سنتی پوئز‬
‫پوندبر ‪ 600‬فوت مربع‬
‫باید توجه داشت که برای اندازه گیری گرانروی پالستیکی و تنش تسلیم فقط اعداد مربوط به ‪ 100‬و‬
‫‪ 300RPM‬خوانده میشوند و در محاسبه منظور میگردند‪(.‬شکل‪)63-4‬‬
‫‪621‬‬
‫شکل‪ :63-4‬نحوه تعیین گرانروی پالستیکی گل حفاری از طریق منحنی‬
‫کنترل خواص فیزیکی سیال حفاری در طول هر عملیات حفاری امری مهم و حیاتی است‪ .‬خواص‬
‫سیال حفاری در چنان سطوحی تنظیم کرده میشوند که بهترین نتایج حاصل شوند‪ .‬خواص مهم‬
‫سیال حفاری عبارتند از‪:‬‬
‫ردیف واحد‬
‫‪6‬‬
‫خواص‬
‫چگالی‪ -‬وزن ‪DENAITY‬‬
‫پوند بر گالن‪ -‬پوند بر ‪ 310‬فوت‬
‫وزن مخصوص ‪SPECIFIC GRAVITY‬‬
‫مکعب‬
‫پوند بر اینچ مربع در هر ‪ 6000‬فوت‬
‫عمق‬
‫‪2‬‬
‫مشخصات جریان گل‪:‬‬
‫گرانروی ظاهری ‪APPARENT VISCOSITY‬‬
‫سانتی پواز‬
‫گرانروی موثر ‪EFFECTIVE VIS‬‬
‫سانتی پواز‬
‫گرانروی پالستیک ‪PLASTIC VIS‬‬
‫سانتی پواز‬
‫گرانروی قیفی )‪FUNNEL VIS(MAPSH‬‬
‫ثانیه بر کوارت ‪nec/qt‬‬
‫نقطه واروی ‪YIELD POINT‬‬
‫پوند بر یکصد فوت مربع‬
‫‪3‬‬
‫استحکام ژالتینی(ژلهای) ‪GEL STRENGTH‬‬
‫پوند بر یکصد فوت مربع‬
‫‪4‬‬
‫افت سیال‪ ،‬افت سیال‪ -‬افت تراوش‬
‫‪FILTERLOSS,FLUIDLOSS‬‬
‫آب تراوش ‪WATERLOSS‬‬
‫میلی لیتر ‪ cc‬در پایان ‪30‬دقیقه‬
‫‪630‬‬
‫عصاره گل‪ -‬صاف آب ‪FILTRATE‬‬
‫میلی لیتر ‪ cc‬در پایان ‪ 30‬دقیقه‬
‫‪1‬‬
‫اندود صافی ‪CAKE-FILTER CAKE‬‬
‫یک سی و دوم اینچ‬
‫‪1‬‬
‫پ‪.‬هاش ‪PH‬‬
‫‪1‬‬
‫مقدار درصد ماسه ‪SAND CONTENT‬‬
‫درصد حجمی‬
‫‪1‬‬
‫مقدار درصد ذرات جامد ‪SOLIDS CONTENT‬‬
‫درصد حجمی‬
‫‪1‬‬
‫مقدار درصد نمک ‪S.M.T CONTENT‬‬
‫جزء در میلیون کلرور با جزء در‬
‫‪60‬‬
‫انباشتگی ین کلر ‪CHLORIDE CONCENTRTION‬‬
‫جزء در میلیون‬
‫‪66‬‬
‫مقدار درصد آهک ‪LIME CONTENT‬‬
‫پوند بربشکه‬
‫‪62‬‬
‫مقدار درصد مایعات ‪LIQUID CONTENT‬‬
‫درصد حجمی‬
‫‪63‬‬
‫قلیائیت گل )‪MUD ALKALINITY (Pm‬‬
‫میلی لیتر اسید‪ 0.02‬نرمال‬
‫‪64‬‬
‫قلیائیت صاف آب )‪FILTRATE ALKALINITY(Pe‬‬
‫میلی لیتر اسید ‪ 0.02‬نرمال‬
‫‪61‬‬
‫مقاومت گل و عصاره آن (‪)Rm()Rmf‬‬
‫‪ RESISTTIVITY‬اهم متر‬
‫‪61‬‬
‫درجه حرارت ‪TEMPERATURE‬‬
‫درجه سانتیگراد‪ -‬درجه فارنهایت‬
‫‪61‬‬
‫سختی (مقدار درصد کربنات کلسیم) ‪CO3Ca‬‬
‫جزء در میلیون (‪)PPM‬‬
‫یون کلسیم ‪CALCIUM ION‬‬
‫جزء در میلیون‬
‫تعداد ذره در گالون ‪GRAIN PER GALLON‬‬
‫(‪)0.4×PPM()PPM‬‬
‫میلیون نمک(پی ی ام)‬
‫تعداد در گالن(‪)0.0113×PPM‬‬
‫‪61‬‬
‫‪61‬‬
‫مقدار درصد سولفات کلسیم ‪SO4Ca‬‬
‫پوند بر بشکه‪ -‬کیلوگرم بر مترمکعب‬
‫مقدار سولفات کلسیم غیرمحلول ‪UNDISSLED SO4Ca‬‬
‫پوند بر بشکه‪ -‬کیلوگرم بر مترمکعب‬
‫پایداری الکتریکی امولسیون آب در نفت ‪ELECTRIOAL‬‬
‫برحسب دکت(ثبت درجه حرارت)‬
‫‪STAMLITY OF WATER-IN-OIL‬‬
‫‪EMULSION‬‬
‫مشخصات و خواص مهم گل حفاری‬
‫با توجه به وظایف یاد شده به گل حفاری بایستی خواص ویژهای داشته باشد تا به خوبی از عهده این‬
‫وظایف برآید‪ .‬مهمترین مشخصات گل حفاری به شرح زیر است‪:‬‬
‫‪636‬‬
‫‪ -6‬خاصیت بندش‪ :6‬مهمترین خاصیت گل حفاری این مشخصه است که مادامی که جریان دارد‪،‬‬
‫گرانروی چندانی ندارد ولی هنگامی که به هر دلیلی جریان گل متوقف شود‪ ،‬حالت ژله مانند به خود‬
‫میگیرد و ذرات موجود را برای مدتی به حالت معلق نگه میدارد‪ .‬این امر‪ ،‬از تجمع ذرات موجود در‬
‫گل و در نتیجه گیر کردن سرمته جلوگیری میکند‪ .‬این خاصیت به نام خاصیت بندش(تیکسوتروپی)‬
‫نامیده میشود‪ .‬بدنه گل حفاری که از مخلوط ‪ 1‬تا ‪ 60‬درصد وزنی بنتونیت و آب به دست میآید‪.‬‬
‫چنین خاصیتی را دارا است‪.‬‬
‫‪ -6 ‬جدا کردن بریدهها از ته چاه و حمل آنها به سطح زمین‬
‫‪ -2 ‬نگهداشتن بریدهها و مواد«وزن افرا» به حالت تعلیق در شرایط سکون سیال‬
‫‪ -3 ‬رها ساختن بریدهها در سطح زمین‬
‫‪ -4 ‬به حداقل ممکن رسانیدن اثرات منفی بر روی جدار چاه‬
‫‪ -1 ‬کمک به کسب اطالعات راجع به سازندهایی که مورد حفاری قرار میگیرند‪.‬‬
‫‪ -2‬پایداری‪ : 2‬پایداری خاصیتی است که به موجب آن‪ ،‬گل برای مدت زمان طوالنی به حالت مایع‬
‫باقی میماند و میتوان آن را به وسیله تلمبه به داخل گمانه تزریق کرد‪.‬‬
‫‪ -3‬افت صافی‪ : 3‬خاصیت جدا شدن آب از گل و تراوش آن به داخل طبقات نفوذپذیر داخل گمانه را‬
‫افت صافی می گویند‪ .‬افت صافی گل عبارت از حجم آبی است (به حسب سانتیمتر مکعب) که ظرف‬
‫مدت ‪ 30‬دقیقه‪ ،‬تحت اختالف فشار ‪ 600‬کیلوپاسکال‪ ،‬از یک کاغذ صافی به قطر ‪ 11‬میلیمتر عبور‬
‫میکند‪.‬‬
‫در اثر جدا شدن آب از گل‪ ،‬اندودی از گل در سطح داخلی گمانه به وجود میآورد‪ .‬یکی از این‬
‫اشکاالت آنست که در اثر جداشدن آب از گل‪ ،‬گل سفت میشود و هنگام خارج کردن ستون لولهها از‬
‫گمانه به وجود میآید که سبب ریزش طبقات سست داخل گمانه میشود‪ .‬در حفر گمانههای معمولی‪،‬‬
‫افت صافی نبایستی از ‪ 60‬سانتیمتر در ‪ 30‬دقیقه تجاوز کند‪ .‬برای کاهش افت صافی گل‪ ،‬مقداری‬
‫‪ ،C.M.C‬به گل اضافه میشود‪.‬‬
‫‪6‬‬
‫‪-Tixotropy‬‬
‫‪- stability‬‬
‫‪3‬‬
‫‪- Filter loss&Water loss‬‬
‫‪2‬‬
‫‪632‬‬
‫‪ -4‬گرانروی‪ :4‬گرانروی گل را نظیر هر سیال دیگر‪ ،‬میتوان به عنوان مقاومت آن در برابر حرکت‬
‫تعریف کرد‪ .‬گرچه گل بایستی تا حدودی لزج باشد تا بتواند خرده سنگهای حفر شده را با خود حمل‬
‫کند‪ .‬اما باال رفتن گرانروی و سفت شدن گل‪ ،‬سبب مشکل شدن تلمبه کردن گل میگردد‪ .‬مثالً هر‬
‫چقدر گمانه عمیقتر باشد‪ ،‬وزن مخصوص آن را بیشتر در نظر میگیرند و برای این کار‪ ،‬مقدار‬
‫بیشتری بنتونیت و نیز مقادیری باریت به گل اضافه میکنند که این امر سبب افزایش گرانروی گل‬
‫میشود و تلمبه کردن آن را مشکل میسازد‪ .‬برای کم کردن گرانروی گل‪ ،‬مادهای به نام کوبراکو به‬
‫آن اضافه میکنند که این امر تا حد قابل توجهی گرانروی آن را پائین میآورد‪.‬‬
‫گرانروی عبارتست از مقاومت سیال در مقابل جریان‪ .‬اندازه گیری روزمره گرانروی توسط قیف مارش‬
‫بعمل می آید‪ .‬گرچه گرانروی قیفی یک وسیله مقایسه و مقیاس جا افتاده در نواحی حفاری است ولی‬
‫نمی توان بطرق علمی حدود مشخص و مطلوبی را برای آن تعیین نمود زیرا ممکن است عددی که در‬
‫یک ناحیه خوب عمل کرده باشد در نواحی دیگر نتایج رضایت بخش نداشته باشد‪ .‬با استثنائاتی‬
‫میتوان فرمول های زیر را بعنوان یک پایه بکار برد و سپس تغییرات الزم را برحسب شرایط روز در‬
‫گرانروی داد‪:‬‬
‫تعداد ثانیههای الزم برای هر کوارت که از سوراخ قیف عبور نماید معادل حداکثر ‪ 4‬برابر وزن سیال بر‬
‫حسب پوند بر گالن یا معادل نصف وزن سیال برحسب پوند بر فوت مکعب است‪ .‬بعنوان مثال اگر‬
‫چگالی یک سیال معادل ‪60‬پوند بر گالن یا ‪ 11‬پوند بر فوت مکعب باشد گرانروی قیفی آن در حدود‬
‫‪ 31-40‬ثانیه برای هر کوارت در نظر گرفته خواهد شد‪.‬‬
‫‪ -1‬اسیدیته‪ :PH‬گل بایستی همواره خاصیت بازی داشته و ‪ PH‬آن ‪ 1‬تا ‪ 62‬باشد زیرا گل اسیدی‬
‫سبب خردگی تلمبه و خط لوله میشود و پایداری گل را نیز کاهش میدهد‪ .‬بنابراین‪ ،‬در مواردی که‬
‫برای کاهش گرانروی گل به آن کوبراکو اضافه می کنند‪ ،‬از آنجا که این جسم خاصیت اسیدی دارد‪ ،‬لذا‬
‫بایستی یک ماده قلیایی‪ ،‬مانند کربنات سدیم نیز همراه با آن به گل اضافه کرد‪.‬‬
‫‪ -1‬وزن مخصوص‪ :‬وزن مخصوص گل حفاری بایستی در حد معینی باشد زیرا از سویی بایستی بتواند‬
‫ذرات حفر شده سنگها را با خود حمل کند و از سوی دیگر‪ ،‬باید فشاری به دیواره گمانه وارد کند تا‬
‫مانع از ورود آب موجود در طبقات به داخل گل و رقیق شدن آن شود‪ .‬وزن مخصوص گل حفاری‬
‫معمولی ‪ 6/01‬تا ‪ 6/01‬گرم بر سانتیمتر مکعب است و برای تهیه گلهای با وزن مخصوص بیشتر‪،‬‬
‫‪-Viscosity‬‬
‫‪633‬‬
‫‪4‬‬
‫بایستی عالوه بر بنتونیت‪ ،‬مقداری باریت نیز به گل اضافه شود‪ .‬حسن باریت آن است که در آب حل‬
‫نمیشود و به صورت ذرات معلق در گل باقی میماند و خواص آن را تغییر نمی دهد‪.‬‬
‫برای کسب اطالعات پردازش بیشتری در رابطه با گرانروی یک سیال گرانی سنج دورانی بکار برده‬
‫میشود‪ .‬این دستگاه گرانروی را برحسب سانتیپوآز اندازه میگیرند و قادر به تعیین علل گرانروی‬
‫غیرعادی یک سیال میباشد‪ .‬عالوه بر آن استحکام پلهای را نیز میتوان با گرانی سنج دورانی اندازه‬
‫گرفت‪ .‬طبیعی است که با کشف علل می توان به سهولت نسبت به روش چاه سازی تصمیم گیری‬
‫نمود‪ .‬استحکام ژلهای عبارتست از خاصیت ژلهای شدن یا دگرروانی سیال در تحت شرایط ایستایی و‬
‫معموالً برحسب پوند بر یکصد فوت مربع گزارش داده میشود‪.‬‬
‫نفوذ مته به داخل سازند باعث مخلوط شدن جامدات فعال و خنثی و مواد آلوده کننده در سیال‬
‫حفاری شده و منجر به افزایش گرانروی و استحکام ژلهای تا سطوح غیرقابل قبول میشود‪ .‬برای‬
‫جلوگیری از ازدیاد گرانروی و ا ستحکام بندش و تنظیم آن از آب یا مواد شیمیایی و یا هر دو استفاده‬
‫میشود‪.‬‬
‫پیامدهای سوءگرانروی یا استحکام بندش غیرعادی به شرح زیر است‪:‬‬
‫‪ -6‬نیاز به فشار پمپ خیلی باال جهت شروع جریان‪ -‬نیاز به فشار پمپ باال جهت ادامه جریان سیال‬
‫‪ -2‬باال رفتن فشارهای موجی که ممکن است منجر به هرزروی سیال حفاری شود‪.‬‬
‫‪ -3‬کشیده شدن گاز بداخل گل که ممکن است منجر به یک فوران شود‪.‬‬
‫‪ -4‬وارد شدن آب نمک بداخل چاه در اثر عمل مکش حاصل از بیرون کشیدن مته و رشته حفاری از‬
‫داخل سیال حفاری‬
‫‪ -1‬باال رفتن انباشتگی ماسه و سایر مواد جامد در سیال منجر به سائیدگی قطعات خواهد شد‪.‬‬
‫‪ -1‬مکیده شدن سازندهای شیلی به داخل چاه که منجر به ریزش و کم شدن قطر چاه خواهد شد‪.‬‬
‫مقادیر بدست آمده از گرانی سنج دورانی عالوه بر تسهیل امر چاه سازی دارای کاربردهای دیگری‬
‫میباشند‪:‬‬
‫‪ -6‬تعیین نوع جریان سیال(خطی‪ ،‬متالطم‪ ،‬قالبی)‬
‫‪ -2‬تعیین افت فشارهای سیستم‬
‫‪ -3‬تعیین پروفیلهای جریان(مثالً اول جریان خطی و سپس متالطم و غیره)‬
‫‪634‬‬
‫‪ -4‬محاسبه سرعت لغزش بریدهها در درون سیال بطرف پایین‬
‫‪ -1‬تعیین گرانروی موثر‬
‫‪ -1‬تعیین چگالی معادل فشار جریان(برحسب پوند بر گالن مساویست با مجموع فشارهای‬
‫هیدرواستاتیک و افت ف شار فضای حلقوی برحسب فوت تقسیم بر حاصلضرب عمق برحسب فوت‬
‫ضربدر‪)0.012‬‬
‫انواع سیاالت حفاری‬
‫سیاالت حفاری عمدتاً عبارتند از‪:‬‬
‫‪ .6‬گازها‪ .2 ،‬مایعات‪ .3 ،‬گل حفاری‪ .4 ،‬امولسیون هیدروکربنهای نفتی در آب و یا آب در‬
‫هیدروکربنهای نفتی‪ .1 ،‬ترکیبی از دو نوع سیال حفاری‪.‬‬
‫گازها‬
‫گازهایی که به عنوان سیال حفاری از آنها استفاده میشود عبارتند از‪ :‬هوا‪ ،‬گاز متان‪ ،‬نیتروژن و دی‬
‫اکسید کربن‪ ،‬استفاده از گاز متان به دلیل میلی که به ترکیب با هوا و تولید انفجار دارد استفادهاش‬
‫محدود است(اگر ‪ 1‬تا ‪ 61‬درصد حجمی هوا را متان تشکیل دهد انفجار رخ خواهد داد)‪ .‬امکان به‬
‫کارگیری نیتروژن و دی اکسید کربن در حال بررسی و تحقیق است که نتایج اولیه به دست آمده در‬
‫مورد این دو گاز امیدوارکننده نبوده است‪ .‬تنها گازی که در عمل از آن استفاده میشود هوا است‪ .‬هوا‬
‫سبک‪ ،‬ارزان و بهترین تمیزکننده است ضمن آنکه به دیواره چال یا چاه نیز آسیب نمیرساند و سرعت‬
‫انتقال خرده ریزه های حفاری با هوا زیاد است و به همین دالیل در حفاری انفجاری از هوا استفاده‬
‫میشود‪ ،‬اما در همه موارد حفاری نمیتوان از هوا استفاده کرد که اهم دالیل آن عبارتند از‪:‬‬
‫‪ .6‬پایین بودن چگالی آن که قادر به حمل ذرات درشت حفاری نیست‪.‬‬
‫‪ .2‬قادر به کنترل فشار طبقات نیست‪.‬‬
‫‪ . 3‬برای رفع مشکالت ناشی از شیل کاربرد ندارد به همین دلیل در حفاریهای اکتشافی و حفاریهای‬
‫عمیق با ماشینهای چرخشی از هوا استفاده نمیشود‪.‬‬
‫به طور کلی حفاری با هوا همراه با گرد و غبار زیاد است باالخص اگر در آن سیلیس و اندازه آن کمتر‬
‫از ‪ 0.01‬میلیمتر باشد‪ .‬چنانچه گرد و غبار حذف نشود عالوه بر ایجاد مشکالتی برای تعمیر و سرویس‬
‫‪631‬‬
‫ماشین شرایط کار نیز برای حفار یا حفاران دشوار خواهد شد‪ .‬بدین جهت برای کاهش تأثیر گرد و‬
‫غبار از دو روش تر و روش خشک استفاده میشود‪.‬‬
‫در روش تر م قدار کمی آب با یا بدون کف مواد شوینده به جریان هوا اضافه میشود تا گرد و غبار که‬
‫در ته چال جمع شدهاند به صورت کیک به خردههای حفاری بچسبند و به سطح زمین منتقل شوند‪.‬‬
‫این روش ساده اما معایبی دارد‪ .‬عمدهترین معایب روش «تر» عبارتند از‪:‬‬
‫‪ .6‬زمان حفاری را بین ‪ 61‬تا‪ 20‬درصد کاهش میدهد‪.‬‬
‫‪ .2‬اگر در مقدار آبی که به هوا اضافه میشود دقت نشود گرد وغبار میتوانند به صورت خمیری‬
‫چسبناک‪ ،‬ضخیم و حتی با خاصیت سایندگی درآیند که عالوه بر مضربودن برای متههای انتقالشان‬
‫هم به سطح زمین دشوار میشود‪.‬‬
‫در شرایط جوی سرد ممکن است در گردش جریان هوا خلل به وجود آید‪.‬‬
‫روش خشک یک کلکتور گرد و غبار بر روی سیستم نصب است که شامل سیکلون و فیلتر میباشد‪ .‬از‬
‫حسنات این روش آن است که هیچ گونه ارتباطی با مته ندارد و از بازدهی باالیی برخوردار است اما در‬
‫شرایطی که چالها آب دارند بازدهی این کلکتورها به شدت تقلیل مییابند و هزینه تعمیر و سرویس‬
‫آن نیز افزایش مییابد‪.‬‬
‫مایعات(آب)‬
‫مایعاتی که به عنوان سیال حفاری مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از آب خالص آب نمک و روغن‪.‬‬
‫** از هوا تقریباً آب به دلیل گرانروی و چگالی کم آن مناسبترین سیال حفاری برای ایجاد چال در‬
‫شرایط ** است‪ .‬به طورکلی غیر از مواردی که برای استفاده آب در بخش پیشین ذکر شد‪ .‬آب در‬
‫مواردی استفاده می شود که جرم مخصوص آن برای کنترل فشار طبقات زمین کافی باشد یا چال از‬
‫میان سنگهای ** مقاومتی همچون شیل عبور نکند‪ .‬آب نمک نسبت به آب خالص مزیت بیشتری‬
‫دارد‪ .‬این امر به دلیل ** نمک در آب (‪ 60‬درصد) و داشتن وزن مخصوص زیادتر و ایجاد فشار‬
‫هیدروستاتیکی بیشتر نسبت به ** است‪ .‬روغن فشار هیدروستاتیکی کمتری نسبت به آب نمک و آب‬
‫خالص ایجاد می کند که علت آن چگالی کمتری است که نفت خام دارد و در موارد فشار غیرنرمال‬
‫(فشار کمتر از ‪ 0.433‬پوند بر اینچ مربع به ازای هر فوت) از آن استفاده میشود‪ .‬حفاری از میان ماسه‬
‫سنگ توسط آب خالص موجب انبساط و ازدیاد حجم رس موجود در ماسه سنگ میشود که سبب‬
‫‪631‬‬
‫مسدود شدن منافذ سنگ میگردد‪ .‬این فرایند باالخص در چاههای نفت اهمیت ویژهای دارد زیرا‬
‫باعث عدم ورود نفت از ماسه سنگ به چاه می شود‪ .‬آب نمک موجب انبساط کمتر رس با توجه به آب‬
‫خالص می شود‪ .‬در مواردی ممکن است اساس سیال آب ** اما روغن به آن اضافه شده باشد بالعکس‪.‬‬
‫در این شرایط سیال به حالت امولسیونی درمیآید‪ **.‬روغن به آب به دلیل ایجاد خاصیت‬
‫جالدهندگی به سیال است‪.‬‬
‫** روغنی(اساس ترکیبات نفتی)‬
‫ترکیب اصلی این گونه گلهای حفاری را هیدروکربنهای نفتی باالخص آنهایی که از نقطه اشتعال‬
‫باالیی دارند تشکیل می دهد و در آن ذرات جامد به صورت معلق است‪ .‬از این گونه گلها بیشتر برای‬
‫حفاری ماسه سنگها استفاده می شود زیرا استفاده از آب موجب خسارات به آنها میشود‪ .‬همچنین در‬
‫مواردی که حفاری از درون شیل موجب حفره در میان آن میگردد‪( .‬به دلیل فشار هیدروستاتیکی‬
‫زیاد) از این گونه ** حفاری که وزن مخصوص کمتری دارد استفاده میشود‪.‬‬
‫گلهای امولسیونی (اساس آب)‬
‫در این گونه گلهای حفاری معموالً روغن به صورت قطره به درون آب اضافه میشود مقدار آن به طور‬
‫معمول بین ‪ 60‬تا ‪61‬درصد از حجم گل حفاری است و در صورت لزوم تا ‪10‬درصد از حجم گل‬
‫حفاری را میتوان با روغن تشکیل داد‪ .‬رس و ذرات جامد دیگر نیز میتواند به این گونه گل حفاری‬
‫اضافه گردند اساس این گونه گلهای حفاری را آب خالص یا آب نمک تشکیل میدهند‪ .‬وجود روغن‬
‫باعث شفافیت و جالدادن سر مته‪ ،‬وزنه اضافی و لوله حفاری میشود و بدین طریق موجب کاهش‬
‫چسبندگی ذرات حفاری به دندانهای مته و رشته لوله حفاری میشود‪ ،‬باالخص در سیستم حفاری‬
‫چرخشی لوله حفاری سریعتر می چرخد و در مجموع سرعت چالزنی با این گونه گل حفاری افزایش‬
‫مییابد‪.‬‬
‫گلهای امولسیونی(اساس ترکیبات نفتی)‬
‫ترکیب اصلی این گونه گلهای حفاری را هیدروکربن نفتی تشکیل میدهد و به مقدار کم آب به آن‬
‫اضافه میشود‪ ،‬این گونه گلهای حفاری برای سنگهای نمکی‪ ،‬انیدریت بسیار مناسب میباشند‪ .‬ترکیب‬
‫دو سیال حفاری درمواردی به کار برده میشود که از هوای فشرده جهت کاهش دادن فشار‬
‫هیدروستاتیکی سیال استفاده شود‪ .‬در این شرایط نه تنها به هدر رفتن سیال حفاری کاهش مییابد‬
‫بلکه سرعت چالزنی نیز افزایش خواهد یافت‪.‬‬
‫‪631‬‬
‫گل حفاری‬
‫اساس گل حفاری را ممکن است آب‪ ،‬روغن یا آب نمک تشکیل دهد‪ ،‬اما برحسب ضرورت به آن ذرات‬
‫کلوئیدی مانند رس یا ذرات جامد و درشتتر مانند باریت اضافه میشود و در شرایط استثنایی ممکن‬
‫است بعضی از ترکیبات شیمیایی به ترکیب گل نیز اضافه گردد‪.‬‬
‫الف‪ -‬ذرات کلوئید‬
‫وجود ذرات کلوئیدی در گل حفاری باعث افزایش گرانروی و چگالی میگردد که در مسدود کردن‬
‫منافذ ریز دیواره چاه و کنترل فشار طبقات مؤثر است‪ .‬در ضمن هنگام قطع جریان گل حفاری‬
‫خاصیت به تعلیق نگهداشتن ذرات حفاری را در بین چال افزایش میدهد‪ .‬کلوئید به ذراتی اطالق‬
‫میگردد که اندازه آنها بین ‪ 1‬تا ‪ 100‬میلی میکرون باشند(یک میلی میکرون معادل ‪ 60-1‬سانتی متر‬
‫است)‪ .‬ذرات کلوئیدی که در ترکیب گل حفاری به کار برده میشوند که جنس بنتونایت(نام سنگ‬
‫شناسی) یا مونتموریلونایت (نام کانی شناسی) هستند‪ .‬در صننعت حفاری این دو واژه در بیشتر موارد‬
‫به طور یکسان به کار برده میشوند‪ .‬به هنگام حفاری از میان شیل‪ ،‬چون مقداری از آن به ته چال‬
‫ریزش میکند و از طریق مته کامالً این نوع ذرات به ترکیب اضافه میشوند‪.‬‬
‫از بین این ذرات جامد باریت با چگالی‪ 4/3‬متداولترین کانی است‪ ،‬باریت با مقایسه فوالد(جنس‬
‫لولههای حفاری و بعضی از مته ها) مقاومت کمتری دارد و لذا موجب ساییدگی و خردگی رشته لوله‬
‫حفاری نمیشود‪ .‬باریت عالوه بر ارزان بودن همچنین با توجه به چگالی(‪ )4/3‬با مقایسه با رس‪ ،‬کوارتز‬
‫و دیگر ذرات جامد چون سنگینی بیشتری دارد لذا حجم کمتری از گل حفاری را اشغال میکند اما‬
‫باعث افزایش وزن گل میشود ضمن آنکه باریت ارزان نیز هست‪ ،‬به هدر رفتن گل حفاری ار اصطالحاً‬
‫هرز روی گل حفاری مینامند‪.‬‬
‫شکل‪ :64-4‬ارتباط بین مقدار رس موجود در گل حفاری و گرانروی‬
‫‪631‬‬
‫واژه ‪ Yield clay‬عبارت است از تعداد بشکههای گل حفاری که از یک تن رس حاصل میشود به شرطی که‬
‫گرانروی گل ‪ 61‬سنتی پوئز باشد‪ .‬در این شکل ارتباط بین انواع رس و کمیت گرانروی را نشان میدهد چنانچه در‬
‫شکل مشخص شده است چهار منحنی مربوط به انواع رس میباشند که مشخصه هر کدام از آنها عبارتند از‪:‬‬
‫‪ .6‬رس و یومینگ‪ ،‬رسی است که دارای یون سدیم است و برای گل حفاری بسیار مناسب میباشد چون از یک تن‬
‫آن حدود ‪ 600‬بشکه گل تولید میشود‪ .2 .‬رسهای حفاری که درجه خلوص باال دارند اما از نظر میزان گلی که از‬
‫یک تن به دست میآید به خوبی رس ویومینگ نیست‪ .3 .‬رسهای معمولی حفاری که در قیاس با دو نوع رس قبلی‬
‫ارزش کمتر دارد‪ .4 .‬رسهایی که ناخالصی استفاده از آنها در گل حفاری توصیه نمیشود‪.‬‬
‫ج‪ -‬ترکیب شیمیایی‬
‫اضافه کردن بعضی از ترکیبات شیمیایی به گل حفاری موجب کاهش گرانروی‪ ،‬کاهش خاصیت ژله گونه‪ ،‬جلوگیری‬
‫از ضخیم شدن بیش از حد گل حفاری و جلوگیری از به هدر رفتن آب گل حفاری میشوند‪ .‬به عبارت دیگر این‬
‫ترکیبات موجب کنترل رفتار ذرات کلوئیدی میگردند‪ .‬از این ترکیبات موقعی استفاده میشود که حفاری روی‬
‫طبقات حاوی نمک‪ ،‬ژیپس(‪ )CaSo4 NH2O‬و انیدریت(‪ )CaSO4‬انجام میگیرد‪ .‬در این شرایط گل حفاری‬
‫بنتونایتی‪ ،‬بازدهی مناسبی ندارد زیرا این مینرالها که بیشتر حاوی یون کلسیم هستند و موجب به هم پیوستن و‬
‫جمع شدن ذرات منفرد رس با یکدیگر میگردند‪ .‬نتیجه افزایش این به هم پیوستگی باعث به هدر رفتن آب گل‬
‫حفاری‪ ،‬افزایش بیش از نیاز گرانروی و ضخیم شدن بیش از حد گل میشود‪ .‬در این حالت باید ترکیب یا ترکیبات‬
‫شیمیایی به گل حفاری اضافه کرد تا خواص گل را به حد دلخواه رساند‪ .‬اگر مقدار کلسیم موجود در گل کم باشد‬
‫انتقال دادن آن از طریق کربنات باریم و جوش شیرین به صورت کربنات کلسیم امکانپذیر است‪ .‬در غیر این صورت‬
‫(اگر مقدار یون کلسیم‪ Ca‬موجود زیاد باشد) از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است که به سیستم گل حفاری کلسیم‬
‫اضافه شود که به چنین گل حفاری گل کلسیمی میگویند‪.‬‬
‫بنابراین چنانچه مالحظه میشود نسبت به مقدار کلسیم‪ ،‬دو روش در مورد گل حفاری به کار برده میشود‪ .‬در حالت‬
‫اول اگر مقدار کلسیم کم باشد آن را با استفاده از کربنات باریم و جوش شیرین از سیستم خارجی میسازند اما در‬
‫حالت دوم که مقدار کلسیم در گل زیاد است‪ ،‬اجازه داده میشود که کلسیم در گل باقی بماند‪ .‬این گونه گل حفاری‬
‫دارای گرانروی مورد نیاز و خاصیت ژلهای کافی است‪ .‬از این نوع گل حفاری در حفر چاههای عمیق زیاد استفاده‬
‫میشود‪ .‬شکل ‪ 1‬تأثیر الیم ‪ CaO‬را روی گل حفاری که ‪ 1‬درصد بنتونایت دارد نشان میدهد‪.‬‬
‫چنانچه از شکل مشخص است مقدار کلسیم در گل حفاری که ‪ 1‬درصد بنتونایت دارد باعث افزایش بیش از حد‬
‫گرانروی میگردد اما با افزایش مقدار کلسیم‪ ،‬گرانروی سیستم کاهش یافته است‪ ،‬اندازه کاهش به بنتونایت موجود‬
‫در سیستم‪ ،‬وزن مخصوص آن و به طور کلی ترکیبات دیگر گل حفاری بستگی دارد‪.‬‬
‫برای کاهش دادن گرانروی میتوان از ترکیبات فسفات‪ ،‬اسیدهیومیک‪ ،‬لگنن و هیدرواکسید سدیم استفاده کرد و‬
‫باالخره جهت جلوگیری از به هدر رفتن آب موجود در گل حفاری میتوان از ‪ CMC‬و یا نشاسته نسبت به ‪pH‬‬
‫استفاده کرد‪(.‬به طور معمول ‪ pH‬گل حفاری بین ‪ 1‬تا ‪ 1‬است)‪.‬‬
‫مواد اولیه گل حفاری‬
‫مهمترین مواد اولیه تهیه گل حفاری‪ ،‬به شرح زیر است‪.‬‬
‫‪631‬‬
‫‪ .6‬بنتوتیت‪ :1‬ماده اصلی تهیه گل حفاری نوعی خاک رس موسوم به بنتوتیت است که عمدتاً از کسانی مونت‬
‫موریلونیت‪ 1‬به فرمول ‪ AL2O3,4SiO2,H2O‬تشکیل شده است‪.‬‬
‫‪ .2‬آب‪ :‬یکی از مهمترین مواد اولیه تهیه گل حفاری آب است که بایستی خالص و عادی از ذرات ناخالصی باشد‪ .‬مثالً‬
‫آبهایی را که از معدن خارج میشود‪ ،‬نمیتوان برای تهیه گل حفاری به کار برد همچنین اگر میزان نمک موجود در‬
‫آب بیش از ‪ 1‬درصد باشد‪ ،‬نبایستی آن را برای تهیه گل به کار برد زیرا خواص گل را به شدت کاهش میدهد‪.‬‬
‫ذکر این نکته ضروری است که در مواردی که شوری آب بیش از حد یاد شده باشد‪ ،‬میتوان به جای بنتوتیت از کانی‬
‫رسی دیگری موسوم به آتاپولژیت‪ 1‬استفاده کرد‪.‬‬
‫‪ . 3‬باریت‪ :‬باریت سولفات باریم طبیعی است که به صورت کانی در طبیعت وجود دارد از جمله مشخصات مهم باریت‪،‬‬
‫وزن مخصوص زیاد آنست(‪ 4/3‬گرم بر سانتیمتر مکعب) که برای باال بردن وزن مخصوص گل‪ ،‬از آن استفاده‬
‫میکنند‪.‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ .4‬کاربوکس متیل سلولز (‪ :)C.M.C‬این ماده شیمیایی برای افزایش خاصیت کلوئیدی گل وکم کردن خاصیت جدا‬
‫شدن آب از گل (افت صافی) به کار میرود‪.‬‬
‫‪ .1‬کربنات سدیم‪ :‬این جسم نیز کمابیش خواص ‪ C.M.C‬را دارد و برای همان منظور به گل اضافه میشود‪.‬‬
‫‪ .1‬کوبراکو‪ :1‬این جسم که از نوعی درخت به همین نام در آمریکای جنوبی تهیه میشود‪ .‬برای کاهش گرانروی گل‬
‫حفاری مصرف دارد‪ .‬افزودن مقدار کمی کوبراکو‪ ،‬نه تنها گرانروی آنرا به میزان قابل توجهی کاهش میدهد‪ ،‬بلکه افت‬
‫صافی آن را نیز حفظ میکند‪.‬‬
‫تهیه گل حفاری‬
‫قبل از شروع حفر گمانههای اکتشافی‪ ،‬ساختمان ویژهای موسوم به مرکز گل سازی احداث میشود‪ .‬این مرکز دارای‬
‫یک یا دو حوضچه برای ذخیره گلهای آماده شده است و نیز یک یا دو دستگاه مخلوط کن (میکسر)‪ 60‬دارد‪ .‬مخلوط‬
‫کن‪ ،‬استوانهای قائمی به قطر حدود یک متر و ارتفاع ‪ 6/1‬متر است که دارای پرههایی است که به کمک یک موتور‬
‫الکتریکی دوران میکند‪.‬‬
‫بنتوتیت در بازار به حالت پودر و در کیسه های پارچهای یا کاغذی وجود دارد و برای تهیه گل‪ ،‬مقداری از آن را به‬
‫داخل مخلوط کن میریزند و مقدار الزم آب به آن اضافه میکنند‪ .‬در اثر چرخش پرههای مخلوط کن‪ ،‬مایع ژله‬
‫مانندی به وجود میآید که گل حفاری نام دارد‪ .‬پس از تهیه گل‪ ،‬آن را در حوضچههای مخصوصی ذخیره میکنند تا‬
‫به وسیله تانکرهای ویژه به محل حفر گمانه حمل شود‪.‬‬
‫گلی که به این ترتیب حاصل میشود و ‪ 1‬تا ‪ 60‬درصد وزنی آن را بنتوتیت تشکیل میدهد‪ ،‬به نام بخش اصلی یا‬
‫«بدنه» گل حفاری نامیده میشود و بسته به خواص موردنظر‪ ،‬بایستی مواد دیگری که از آنها نام بردیم‪ ،‬به گل اضافه‬
‫‪1‬‬
‫‪- Bentouite‬‬
‫‪- Monamorillonite‬‬
‫‪1‬‬
‫‪- Atabelgite‬‬
‫‪1‬‬
‫‪- Carboxvmethvl ceilulose‬‬
‫‪1‬‬
‫‪- Cuebiaco‬‬
‫‪60‬‬
‫‪-Mixer‬‬
‫‪1‬‬
‫‪640‬‬
‫کرد‪ .‬ذکر این نکته ضروری است که مواد کمکی نیز به همراه بنتونیت در داخل دستگاه مخلوط کن ریخته میشود‬
‫تا مخلوط یکنواختی به دست آید‪.‬‬
‫حمل و نقل گل حفاری‬
‫پس از آنکه گل با خواص مورد نظر تهیه شد‪ ،‬آن را در حوضچههای موجود در مرکز گل سازی ذخیره میکنند و در‬
‫مواقع لزوم به وسیله تانکرهای ویژهای به محل گمانهها حمل میکنند‪ .‬با توجه به آنکه جادههای منتهی به سکوهای‬
‫حفر گمانه اغلب پرپیچ و خم است و شیبهای تندی دارد‪ ،‬لذا تانکرهای حمل گل معموالً کوچکاند و ظرفیت آنها‬
‫معموالً از ‪ 1‬مترمکعب تجاوز نمیکند‪.‬‬
‫وسایل جریان گل حفاری‬
‫گل حفاری به توسط تلمبه مخصوص گل‪ ،‬از حوضچه گل مکیده شده و به وسیله لوله خرطومی و از درون ته مته‪ ،‬به‬
‫ستون لولهها تزریق میشود‪ .‬بنابراین مدار جریان گل مطابق شکل ‪ 61-4‬از قسمتهای زیر تشکیل شده است‪:‬‬
‫‪ -6‬تلمبه گل‪ :‬از آنجا که میبایست گل با فشار زیاد به ستون لولهها تزریق شود‪ ،‬لذا تلمبه بایستی از نوع پرفشار‬
‫باشد و به همین خاطر تلمبههای گل‪ ،‬از نوع رفت و برگشتی اند یعنی در اثر حرکت رفت و برگشتی یک پیستون در‬
‫داخل سیلندر‪ ،‬فشار زیادی تولید میشود‪ ،‬که قادر است گل حفاری را در مدار خود به جریان اندازد‪.‬‬
‫شکل‪ :61-4‬مدار جریان گل حفاری‬
‫نیروی محرکه الزم جهت حرکت تلمبه در مورد دستگاههای که با موتور دیزل کار میکنند مستقیماً از موتور تأمین‬
‫میشود و در دستگاههای برقی‪ ،‬الکتروموتور کوچکی این وظیفه را به عهده دارد‪ .‬در شکل ‪ 61-4‬نمای کلی یک‬
‫تلمبه گل نشان داده شده است‪.‬‬
‫شکل‪ :61-4‬نمای کلی یک تلمبه گل‬
‫‪646‬‬
‫‪ -2‬شیلنگ‪ :‬شیلنگ لوله الستیکی است که تلمبه را به ته مته مرتبط میسازد‪ .‬گرچه این لوله از الستیک مخصوصی‬
‫ساخته شده و حاوی چند رشته الیاف است‪ ،‬اما برای آنکه بتواند فشار زیاد را تحمل کند‪ .‬معموالً به دور آن‬
‫مفتولهای فلزی میپیچند و آنرا تقویت میکنند‪.‬‬
‫‪ -3‬دهانه تزریق گل‪ :‬دهانه تزریق گل در باالی لوله کارگر قرار دارد و شیلنگ به آن متصل است‪.‬‬
‫‪ -4‬ستون لولهها‪ :‬گل از طریق سوراخ سرتاسری که در لولهها وجود دارد به انتهای ستون لولهها تزریق میشود‪ ،‬در‬
‫پایینترین قسمت ستون لولهها‪ ،‬جریان گل از فاصله بین مغزه و جدار داخلی مغزه ادامه مییابد و پس از خروج از‬
‫سرمته‪ ،‬از فضای بین جدار داخلی گمانه و جدار خارجی لولهها به باالی گمانه میرسد‪ .‬این طریقه‪ ،‬متداولترین روش‬
‫تزریق گل است‪ ،‬اما در پارهای موارد‪ ،‬حرکت گل حالت عکس دارد یعنی گل از فضای حلقوی بین جدار خارجی‬
‫ستون لولهها و جدار چاه(فضای آنالوس) وارد شده و از درون لولهها خارج میشود(شکل‪.)61-4‬‬
‫‪ -1‬جوی و حوضچه‪ :‬گل پس از خروج از دهانه گمانه‪ ،‬در جوی مخصوص خود به جریان میافتد و به اولین حوضچه‬
‫گل میرسد‪ .‬بخش عمدهای از ذرات شناور در گل‪ ،‬در حوضچه اول و مقداری از آن نیز در حوضچه دوم ته نشین‬
‫میشود و بدین ترتیب‪ ،‬مجدداً گل تمیز از حوضچه دوم به داخل گمانه تزریق میشود‪ .‬بدیهی است از آنجا که به هر‬
‫حال قسمتی از گل از داخل شکستگی سنگها هرز میرود‪ ،‬هرچند وقت یکبار بایستی به وسیله تانکر‪ ،‬حوضچهها را‬
‫دوباره پر از گل کرد‪.‬‬
‫شکل‪ :61-4‬جریان گل حفاری از ستون لولهها در گمانهها‬
‫خالصهای از تقسیم بندی گل حفاری بر مبنای پایه آن(فاز اصلی)‬
‫‪ -6‬گل پایه آبی ‪water base mud‬‬
‫‪ -2‬هوا ‪air‬‬
‫‪ -3‬روغن ‪oil‬‬
‫‪ -4‬گاز ‪Gas‬‬
‫‪ -1‬کف ‪Foam‬‬
‫الف‪ -‬گل با پایه آبی‪ :‬این نوع گل از دو فاز تشکیل شده است‪:‬‬
‫‪ -6‬فاز آبی(پیوسته)‬
‫‪ -2‬فاز مواد جامد و محلول(ناپیوسته)‬
‫فاز ناپیوسته جهت جلوگیری از واکنش شیمیایی یا هیدراتاسیون رس و شیلها باید به آب افزوده شود فاز ناپیوسته‬
‫میتواند گاز نیز باشد‪.‬‬
‫‪642‬‬
‫جامدات موجود در محلول عبارتند از ‪:‬‬
‫‪ ‬نمك ها مثل كلريد سديم و كلريد كلسيم‬
‫‪ ‬كاهش دهنده كشش سطحي مثل صابونها و فلوكوالنت ها‬
‫‪ ‬كلوئيد هاي آبي مثل سلولزها و پليمرهاي آكريليك‬
‫بصورت امولسيون ‪ :‬مايعات روغني كه بصورت ذرات توسط اموليسيونرها در آن معلق مي مانند مثل‬
‫گازوئيل يا يك صابون پايدار كننده ‪.‬‬
‫ب‪ -‬گل حفاري با پايه روغني‬
‫فاز پيوسته ‪ :‬روغن‬
‫فاز ناپيوسته ‪ :‬جامد‪ -‬مايع و گاز‬
‫زمان از گل حفاري با پايه روغني روغني استفاده مي شود كه نياز به انجام روغنكاري باشد ‪ .‬مقودار‬
‫يك درصد نفت اضافه مي كنيم ‪ ،‬مقداري آب بصورت معلق و جزء فاز ناپيوسته است( مشكل زيسوت‬
‫محيطي دارد ) ‪.‬‬
‫يك گل روغني پايدار شامل امولسيون كننده آب ‪ ،‬ماده معلق كننده و ماده كنترل كننده عصواره‬
‫ممكن است محتوي باريت جهت افزايش وزن گل حفاري باشد‪.‬‬
‫موارد مهم استفاده از گل با پايه روغني‬
‫‪ -0‬زماني كه ديواره ناپايدار باشد و ريز‬
‫وجود داشته باشد‪.‬‬
‫‪ -2‬زماني كه به اليه هاي آماسي شيلي برخورد نمائيم در اين موارد اسوتفاده از روغون باعوث عودم‬
‫چسبيدن لوله ها به ديواره مي شوند )‪(shale layers‬‬
‫‪ -3‬به هنگام مغزه گيري ‪ ،‬چون وجود آب بر روي آزمايشات تاثير مي گذارد لوذا موي بايسوتي از‬
‫روغن استفاده نمائيم‪ .‬بويژه زماني كه به اليه هاي نفت دار نزديك مي شويم الزم اسوت مغوزه گيوري‬
‫انجام شود‪.‬‬
‫‪N  A . h . . S O‬‬
‫‪643‬‬
‫‪SO‬‬
‫درجه اشباو آب ‪ :‬عددي است كوچك بنابراين اگر كمي اشتباه در محاسبه وجود داشته باشود‬
‫مقادير تغيير قابل مالحظه اي خواهند داشت ‪.‬‬
‫‪ = A‬سطح مورد نظر‬
‫‪=h‬ارتفاو مخزن‬
‫‪= ‬حجم فضاي خالي‬
‫‪=N‬ميزان نفت موجود در مخزن‬
‫در زمان مغزه گيري تمام گل حفاري قبلي را خارج نموده از چرخه گل و سپس گل حفاري جديود‬
‫را وارد چرخه مي نمائيم ‪.‬‬
‫گل (سيال ) با پايه هوايا گاز ‪ :‬هوا يا گاز ‪ N‬را به داخل چاه مي فرستند سيال مايع نداريم ‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫گل با پايه کف ‪ :‬براي مواقعي كه امكان فوران در چاه وجود دارد براي جلوگيري از فوران نفت يوا‬
‫گاز در چاه استفاده مي شود‪ .‬در مواقعي كه عمل حفاري را در داخل سازند سوخت موي باشود و عمول‬
‫بر‬
‫مته كم است از اين نوو گل حفاري استفاده مي كنند‪ .‬تصفيه خانه جهت تصفيه گل بوا تركيوب‬
‫كف با تصفيه خانه گل هاي آب و نفتي متفاوت است ‪ .‬در اين نوو ابتدا بايسوتي آنورا از ذرات جامود‬
‫جدا كرده و سپس سيال را از آن جدا كرد‪.‬‬
‫ترکيب سيال حفاري‬
‫از دو فاز تشكيل شده است ‪ :‬فاز پيوسته و فاز ناپيوسته‬
‫فاز ناپيوسته از دو گروه تشكيل شده ‪:‬‬
‫گروه ذرات كلوئيدي( ‪ ) Colloidal Fraction‬واكنشهاي شيميايي سطحي را انجام مي دهند‪.‬‬
‫گروه ذرات خنثي ( ‪ ) Inert fraction‬وارد فعل و انفعاالت شيميايي نمي شوند ‪.‬‬
‫علل استفاده مواد معدني در گل حفاري‬
‫‪644‬‬
‫‪-0‬عامل وزني ‪ :‬براي افزايش وزن گل حفاري معموال از ماده معدني باريت استفاده موي شوود‪ .‬وزن‬
‫گل حفاري نمي تواند بيش از ‪ 22‬پوند بر گالن باشد‪ .‬جهت جلوگيري از فشار سازند‬
‫‪-2‬عامل گرانروي و ويسكوزيته‪ :‬جهت جلوگيري از روانگي زياد گل حفاري و يا غليظ كوردن آن‬
‫كه باعث تميز شدن بهتر چاه مي شود از مواد معدني مثل بنتونيت (رس) و پليمرها و مواد امولسويوني‬
‫استفاده مي شود‪.‬‬
‫‪-3‬براي معلق نگهداشتن و پراكنده كردن ذرات ‪ :‬جهت رقيق ساختن گل حفواري و جلووگيري از‬
‫فشارهاي گرد‬
‫سيال اضافه مي شود‪.‬‬
‫‪-4‬روغنكاري ابزار آالت‬
‫‪-5‬جلوگيري از خورندگي ابزارآالت‬
‫‪-6‬جدا كردن مواد فلوكه شده‬
‫‪-7‬جهت كنترل ‪ PH‬گل حفاري از هيدروكسيد سديم(‪ ) Caustic soda‬استفاده مي شود‪.‬‬
‫‪-8‬جهت جلوگيري از فاسد و خراب شدن( ‪) preservatives‬‬
‫‪-0‬كشنده ميكروبها مي باشند)‪. (bactericides‬‬
‫‪ -09‬جلوگيري كننده حالت كف گل حفاري )‪(Emulsifiers‬‬
‫‪ -00‬تعيين و كنترل كننده حرارت ‪Temperature Extenders‬‬
‫‪ -02‬كنترل صافي (فيلتر كردن ) ‪Filtration‬‬
‫مواد ‪ Flocculants‬ذراتي هستند كه در آب معلق بوده و توسط فيلتر هم جدا نمي شوند‪.‬‬
‫در يک گل حفاري با رس و آب‬
‫آب فاز پيوسته سيال و رس فاز ناپيوسته است ‪.‬‬
‫تشخيص فاز سيال جامد پيوسته و ناپيوسته مهم است ‪.‬‬
‫منبع اصلي گرانروي در يك سيال حفاري فاز ناپيوسته است ‪.‬‬
‫در حين حفاري فاز پيوسته از فضاي خالي ديواره چاه نفوذ مي كند و فاز ناپيوسته (ذرات) بصوورت‬
‫اليه اي در ديواره چاه قرار مي گيرند كه ‪ Mud cake‬گويند ‪.‬‬
‫‪641‬‬
‫در مواردي كه سازندي هرز روي گل حفاري داشته باشد )‪ (Lost circulation‬به گل موادي مثل‬
‫كاغذ پاره ‪ ،‬پالستيك و ‪ ...‬اضافه مي كنند كه باعث ايجاد كيك گل شود ‪.‬‬
‫اگر چنانچه غلظت سديم و كلسيم به اندازه كافي در گل حفاري زياد باشد به هنگام افزايش رس بوه‬
‫گل‪ ،‬اين عناصر باعث جلوگيري از پديده آماس پذيري )‪ (swelling‬مي شوند‪ .‬هنگامي كوه مخوزن‬
‫در اثر بهره برداري به آب برخورد نمايد رسهاي موجوود در مخوزن شوروو بوه جوذب آب نمووده و‬
‫بنابراين به منظور جلوگيري از آماس كردن رسها به آنها سديم و كلسيم اضافه مي شود‪ .‬چنانچه ايون‬
‫نمك ها وارد فاز پيوسته گردند ‪ ،‬در جايي كه رسها تقريبا هيدراته شده اند باعث چسوبيدن آنهوا موي‬
‫شوند‪.‬‬
‫فاز ناپيوسته گل حفاري‬
‫‪ -0‬مواد معلق واكنشي (واكنش سطحي ) كه شامل ذرات ريز جامد هستند كه سطح آنها يونيزه شده‬
‫است ‪.‬‬
‫‪ -2‬مواد معلق غير واكنشي ‪ ،‬كه موادي هستند جامد دانه ريز و نسبتا بي اثر ماننود باريوت ‪ ،‬ماسوه ‪،‬‬
‫سيلت ‪ ،‬بنابراين همه ذرات ريز معلق واكنش نمي دهند‪.‬‬
‫در يك گل با پايه روغني بيشتر ذرات جامد از نوو بي اثر مي باشند‪ .‬بخوش فواز پيوسوته و بخوش‬
‫كلوئيدي فاز ناپيوسته واكنش مي دهند‪.‬‬
‫انتخاب نوع سيال حفاري به مواد زير بستگي دارد ‪:‬‬
‫‪ -0‬ويژگيهاي سازند و تركيب كاني شناسي آن‬
‫‪ -2‬درجه حرارت ‪ ،‬موادي كه به گل اضافه مي شود كه حرارت زيواد خصوصويات خوود‬
‫دست مي دهد‪.‬‬
‫‪641‬‬
‫را از‬
‫‪ -3‬پيش بيني نسبت به خطراتي كه در موقع حفاري بوجود مي آيد ‪ .‬مثال زماني كه درون اليه شيلي‬
‫عمل حفر انجام مي شود لوله ممكن است از آنجا گير كند و بيشتر به جهت انتخاب ديگري مي انديشم‬
‫‪.‬‬
‫‪ -4‬گل سنگي به كيفيت منبع آبي دارد كه استفاده مي شود ‪.‬‬
‫‪ -5‬گل بايد توانايي حمل مواد از لحاظ شيميايي را داشته باشد ‪.‬‬
‫‪ -6‬گل را بايد نسبت به سيستم تصفيه اي كه وجود دارد انتخاب شود ‪.‬‬
‫‪ -7‬مواد مورد نياز را به اندازه كافي در پرس پاشيد ‪.‬‬
‫طبقه بندي گل حفاري با پايه آبي‬
‫‪Non inhibitated – Non dispersed‬‬
‫‪In inhibitated – Non dispersed‬‬
‫‪Dispersed– Non inhibitated‬‬
‫‪Dispersed– inhibitated‬‬
‫موادي كه در گل باشند تا از فعل و انفعاالت شويميايي جلووگيري كننود ‪ inhibitated‬گوينود‪.‬‬
‫موادي كه در گل وجود ندارند كه از فعل و انفعاالت شيميايي جلوگيري نمايند ‪Non inhibitated‬‬
‫‪ .‬موادي كه در گل بوده و باعث پخش فاز ناپيوسته گل مي شوند ‪ dispersed‬گويند و اگر موواد در‬
‫گل نباشند كه باعث پخش فاز پيوسته كرد‪.‬‬
‫نوع گل ‪No dispersed-Non inhibilated‬‬
‫‪‬‬
‫اين نوو سيال يونهاي شبيه به ‪، Cl‬‬
‫‪2‬‬
‫‪‬‬
‫‪ K ، Ca‬ندارند كه وارد تركيب شيميايي و واكنشها گردند و‬
‫موادي نيز جهت رقيق كردن و پختن مواد فاز ناپيوسته ندارند‪ .‬گلهاي زيادي تحوت عنووان بواال موي‬
‫باشند‪ .‬مثل ‪ polymer/Bentonite mud ، Spud mud :‬و ‪Extended Bentonite mud‬‬
‫گل نوو اول يعني ‪ Spud mud‬براي موارد زير استفاده مي گردد‪:‬‬
‫الف‪ -‬تميز كردن چاه‬
‫ب‪ -‬جلوگيري از شل شدن و ريز‬
‫ديواره چاه‬
‫‪641‬‬
‫ج‪ -‬ايجاد يك گرانروي متناسب جهت تميز كردن و جاروب كردن شن و ماسه از ته چاه‬
‫د‪ -‬تشكيل كيك گل جهت جلوگيري از پديده تراو‬
‫)‪(seepage‬‬
‫اين نوو گل در شيلهاي كلوخي شده نرم و سنگهاي سخت شبيه سنگ آهك و دولوميوت كواربرد‬
‫دارد‪ .‬ساختار اين گل عبارت است از ‪:‬‬
‫‪ -0‬آب (تازه يا آب نمك ) ‪ ،‬آب تازه يعني بنتونيت سديك ‪ ،‬آب نمكي يعني بنتونيت آب جذب‬
‫كرده‬
‫‪ -2‬هيدروكسيد سديم ( ‪) Caustic‬‬
‫‪-3‬رس ‪Clay‬‬
‫نوو دوم يعني گل پليمري و بنتونيتي در سازندهايي كه داراي ذرات جامد يا نسبت واكنشوي پوائين‬
‫هستند استفاده مي شود مثل ماسه سنگ ‪ ،‬آب (تازه ‪ ،‬نمكي ‪ ،‬كلسيم سبك )‬
‫گل نوو سوم كه بنتونيت فعال شده نام دارد )‪ (extended mud‬به منظور افوزايش نقطوه تسوليم‬
‫)‪ (yield point‬بنتونيت بكار مي رود‪.‬‬
‫‪ -0‬آب (تازه ‪ ،‬تقطير شده ‪،‬‬
‫‪2‬‬
‫‪Ca‬‬
‫‪) with soda ash ،‬‬
‫‪ -2‬بنتونيت‬
‫‪ -3‬پليمر )‪(polyacrylales, polyacrylamide‬‬
‫نوع گل ‪Non Dispersed– inhibitated‬‬
‫حاوي نمكهايي مي باشد كه بتوانند از آماس پذيري ديواره چاه جلوگيري نمايد‪ .‬انوواو مختلوف آن‬
‫عبارتند از ‪:‬‬
‫‪ -0‬آتاپولژيت ‪ ،‬نشاسته ‪ ،‬نمك‬
‫‪-2‬گل هاي اشباو نمكي‬
‫‪-3‬گل كلريد پتاسيم‪ -‬پليمر‬
‫آزمايشات گل حفاري‬
‫‪641‬‬
‫افزايش وزن گل حفاري باعث شكستن سازند و كاهش آن باعث فوران چواه موي شوود‪ .‬مودلهاي‬
‫خصوصيات سيال شناسي عبارتند از‪ :‬سيال ايده آل‬
‫‪  0‬‬
‫و سيال واقعي‬
‫‪  0‬‬
‫گروه سوياالت واقعوي بوه گروههواي سويال نيووتني و سويال غيور نيووتني ( ‪، Tixotropic‬‬
‫‪ Dilatant's fluid ، Pseudiplastic‬و ‪ ) Bingham plastic‬تقسيم مي شود‪.‬‬
‫تست هايي براي گل حفاري‪:‬‬
‫‪ -0‬آزمايشاتي كه توسط خدمه و كاركنان انجام مي شود‪.‬‬
‫‪ ‬وزن مخصوص يا وزن گل‬
‫‪ ‬گرانروي و خاصيت ژله اي‬
‫‪ ‬توسط قيف مار‬
‫‪ ‬مستقيم يا غير مستقيم توسط ويسكومتر‬
‫‪ ‬ميزان و مقدار ماسه‬
‫‪ -2‬آزمايشاتي كه توسط مهندس و متخصص گل انجام مي شود ‪.‬‬
‫‪ ‬تعيين ميزان سيال و جامد (تقطير روغن و آب ‪ ،‬تخمين مقدار جامدات در سيال )‬
‫‪ ‬تعيين مقدار ‪ ( PH‬رو‬
‫الكترومتريك )‬
‫‪ ‬آناليز موارد فيلتر شده ( ميزان مواد الكل و قليايي ‪ ،‬ميزان كلسيم و كلريد و وجود نمك)‬
‫‪ ‬تست متيلن آبي رنگ جهت تغييرات كاتيونها‬
‫‪ ‬سولفور هيدروژن‬
‫‪H 2O ‬‬
‫‪ ‬مقاومت مخصوص‬
‫سيال شناسي ‪RHEOLOGY -‬‬
‫‪641‬‬
‫سيال شناسي عبارتست از علم «جريان ماده» و تغيير شكل ماده ‪ .‬با انجام دادن انودازه گيوري هواي‬
‫معيني از خواص يك سيال ‪ ،‬مي توان چگونگي جريان يافتن آن سيال را در تحت شرايط مختلف تعيين‬
‫نموده و سپس جريان را طوري طراحي نمائيم كه اهداف مطلوبي را تحقق بخشد ‪.‬‬
‫تنش برش‪ -‬ميزان برش‬
‫در هر سيال جاري نيروئي وجود دارد كه در جهت مخالف جريان عمل مي نمايد و بنام تنش بور‬
‫ناميده مي شود‪ .‬تنش بر‬
‫عبارتست از نيروي اصطكاک كه در موقع لغز‬
‫اليه ديگر آن بوجود مي آيد‪ .‬عمل بر‬
‫بر‬
‫يك اليه از سيال بر روي‬
‫بين دو اليه در حال حركت سيال بوه مراتوب راحوت تور از‬
‫بين ديواره لوله و اولين اليه سيال چسبيده به آن صورت ميگيرد لذا معمووال اولوين اليوه سويال‬
‫مجاور ديواره لوله جريان پيدا نمي كند و ساكن است‪ .‬هر چه از ديواره بسومت وسوط لولوه حركوت‬
‫نمائيم بسرعت هر اليه نسبت به اليه قبلي به طور فزاينده افزايش مي يابد‪ .‬ميزان اختالف سورعت هور‬
‫اليه در حال سبقت گرفتن از اليه مجاور آن نسبت به اليه مجاور« ميزان بر » ناميده مي شود‪.‬‬
‫"تنش بر " عبارتست از نيروي اصطكاک بين دو اليه مايع و برحسب نيروي وارد بر سطح ( دين‬
‫بر سانتي متر مربع ) نشان داده مي شود ‪" .‬ميزان بر " عبارتست از سرعت حركت اليه هوا بور روي‬
‫هم و بر حسب سانتي متر در ثانيه در يك مسافت معلوم ( بر حسب سانتي متور ) نشوان داده شوده و‬
‫افزايش ميزان بر‬
‫موجب افزايش تنش بر‬
‫خواهد شد ‪ .‬تنش بر‬
‫تابعي از فشوار و ميوزان بور‬
‫تابعي از خواص هندسي و سرعت متوسط سيال مي باشد‪ .‬رابطه بين اين دو چگوونگي جريوان موايع را‬
‫معلوم مي نمايد‪.‬‬
‫سياالت نيوتني‬
‫ساده ترين نوو سياالت بنام نيوتني ناميده مي شوند ‪ .‬آب ‪ ،‬گليسيرين ‪ ،‬نفت سبك نمونوه هوايي از‬
‫سياالت نيوتني مي باشند ‪ .‬درين سياالت تنش بر‬
‫نسبت مستقيم با ميزان بر‬
‫دارد ‪ .‬يعني وقتي كوه‬
‫ميزان جريان سيال دو برابر كرده شود فشار مورد نياز براي پمپ كردن آن نيز دو برابر خواهود شود ‪.‬‬
‫‪610‬‬
‫يا در داخل گراني سنج دوار اگر سرعت دوران را دو برابر نمايند به تبع آن انحوراف درجوه دو برابور‬
‫خواهد شد و الي آخر(شكل ‪.)5-0‬‬
‫سيال نيوتني كه در داخل يك لوله استوانه اي بصورت جريان خطي حركت مي نمايد اليه هواي آن‬
‫نسبت به همديگر حركتي هم مركز دارند و پروفيل سرعت آن بصورت يك سهمي يا گلوله اي شكل‬
‫مي باشد ‪ .‬ميزان تغيير سرعت نسبت به مسافت عبارتست از شيب پروفيل سرعت در هر نقطه از لولوه ‪.‬‬
‫شيب پروفيل ( مقطع طولي ) سرعت كه در مجاورت ديواره بيشترين مقدار را دارد در مركز به صوفر‬
‫مي رسد بنابراين تنش بر‬
‫واحد ميزان بر‬
‫‪1‬‬
‫گزار‬
‫‪sec‬‬
‫نيز در مجاورت ديواره بيشترين مقدار را دارا خواهد بود (شكل ‪.)5-0‬‬
‫از فرمول‬
‫‪1‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪Cm‬‬
‫‪‬‬
‫‪sec‬‬
‫‪Cm‬‬
‫و يا‬
‫‪1‬‬
‫‪sec‬‬
‫ممكن ثانيه مي باشود و در گزارشوات بصوورت‬
‫داده مي شود‪ .‬در دستگاه گرانروي سنج دوار ميزان بر‬
‫را بصورت دور در دقيقه بيان‬
‫مووي نماينوود و بووراي تبووديل آن بووه معكوووس ثانيووه در ضووريب ‪ 0/793‬ضوورب كوورده مووي شووود‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪1‬‬
‫‪‬‬
‫‪ 1 . 703  R sec‬‬
‫‪RPM‬‬
‫شكل ‪ :5-0‬بر‬
‫سرعت نيوتني‪ -‬جريان خطي در لوله استوانه اي‬
‫بنووابراين ‪ 699‬دور در دقيقووه مسوواوي ميووزان بوور‬
‫‪1‬‬
‫‪ 511 sec‬مي باشد‪ .‬ميزان بر‬
‫‪1‬‬
‫‪1023 sec‬‬
‫و ‪ 399‬دور در دقيقووه معووادل‬
‫را در مجاورت ديواره يك لوله استوانه اي مي توان از فرموول زيور بور‬
‫حسب معكوس ثانيه بدست آورد‪:‬‬
‫‪616‬‬
‫در اين فرمول ‪ V‬سرعت متوسط سيال در لوله ‪ = 8 V‬ميزان بر‬
‫در مجاورت ديواره‬
‫‪D‬‬
‫بر حسب فوت در ثانيه و ‪ D‬قطر لوله بر حسب فوت مي باشد ‪ .‬در حالتي كه سيال از فضاي حلقوي‬
‫بين دو لوله مركز عبور مي نمايد (حالت چاهي كه در داخل آن لوله حفاري قرار دارد ) فرمول بشور‬
‫زير تغيير مي نمايد ‪:‬‬
‫‪ = 12 V‬ميزان بر‬
‫‪D‬‬
‫در مجاورت ديواره‬
‫براي تشخيص خواص جرياني يك سيال مي بايستي مقادير تنش بر‬
‫ميزان بر‬
‫آنرا نسبت به مقادير مختلف‬
‫اندازه گرفته و منحني آنرا رسم نمائيم ‪ .‬در مورد سياالت نيوتني مي توان فقط با يك اندازه‬
‫گيري خط را رسم و ساير مقادير را از فرمول زير بدست آورد ‪:‬‬
‫كه در آن ‪ S‬نمايش دهنده تنش بر‬
‫‪S    R‬‬
‫و ‪ R‬نشان دهنده ميزان بر‬
‫و ‪ H‬ضريب گرانروي مي باشد‬
‫بنابراين ضريب گرانروي كه بعنوان گرانروي سيال ناميده مي شود عبارتست از نسبت تنش بور‬
‫ميزان بر‬
‫‪S‬‬
‫‪ ‬‬
‫‪R‬‬
‫بوه‬
‫گرانروي يك سيال نيوتني مشخصات جرياني آن سيال را بخوبي نشان موي دهود و‬
‫همواره در ازاء كليه مقادير فشار و جريان ثابت مي باشد‪.‬‬
‫‪F‬‬
‫‪A‬‬
‫‪V‬‬
‫‪S‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪R‬‬
‫‪R‬‬
‫واحد گرانروي را بر حسب پواز اندازه مي گيرند و معموال چون واحد بزرگي است يك صدم آنورا‬
‫«سانتي پواز» بكار مي برند‪ .‬معموال در نواحي حفاري تنش بر‬
‫‪2‬‬
‫‪lb‬‬
‫‪100 ft‬‬
‫را بوا پونود بور يكصود فووت مربوع‬
‫اندازه مي گيرند ‪ .‬در يك گراني سنج دوراني حاصلضرب قرائت درجه ضربدر ضريب ‪0/967‬‬
‫مقدار تنش بر‬
‫را بر حسب پوند بر يكصد فوت مربع بدست مي دهد‪ .‬براي بدست آوردن گرانوروي‬
‫بر حسب سانتي پواز ‪ ،‬مقدار تنش بر‬
‫كرده و به ميزان بر‬
‫‪ RPM  1 . 703‬‬
‫‪1‬‬
‫‪‬‬
‫را بر حسب پوند بر يكصد فوت مربع در عودد ‪ 478/8‬ضورب‬
‫بر حسب سانتي پواز تقسيم مي نمائيم‪.‬‬
‫‪ R  nec‬‬
‫درجه ‪300 ‬‬
‫‪RPM‬‬
‫‪‬‬
‫درجه ‪511 ‬‬
‫‪RPM  1 . 703‬‬
‫‪‬‬
‫‪612‬‬
‫درجه ‪478 . 8  1 . 067 ‬‬
‫‪R‬‬
‫‪‬‬
‫‪478 . 8  S‬‬
‫‪R‬‬
‫‪ ‬‬
‫سياالت غير نيوتني‬
‫در يك سيال داراي ذرات كلوئيدي يا ذرات رس ‪ ،‬برخورد ذرات با يكديگر باعث باال رفتن تونش‬
‫بر‬
‫يا نيروي الزم براي ايجاد يك جريان معين خواهد شد و هر چه عرض و طول ذرات در مقايسه با‬
‫ضخامت آنها بزرگتر يا بيشتر باشد برخورد ذرات و يا تداخل آنها با همديگر چنانچه به طور نامنظم در‬
‫مسير جريان قرار گرفته باشند بمراتب بيشتر خواهد شد ‪ .‬ولي همراه با افزيش ميوزان بور‬
‫ذرات در‬
‫مسير جريان «بخط »شده و اثرات ناشي از برخورد آنها تقليل خواهد يافت و بنوابراين مقطوع طوولي (‬
‫پروفيل )سرعت اين سياالت با پروفيل سرعت سياالت نيوتني متفاوت خواهد بود‪.‬‬
‫در مركز لوله كه ميزان بر‬
‫پائين است برخورد و تداخل ذرات زياد بوده و سويال تمايول خواهود‬
‫داشت كه بصورت يك توده حركت نمايد و بنابراين طول سرعت در قسمت فوقاني بصوورت مسوطح‬
‫در مي آيد ‪ .‬اين پهن شدن مقطع طولي سرعت بر خاصيت جاروئي يك سيال در جابجا نموودن سويال‬
‫ديگر مي افزايد و توانائي آنرا براي حمل ذرات بزرگتر بيشتر مي نمايد ‪ .‬جذب ذرات بهمديگر در اثور‬
‫نيروي الكتريكي اثري كامال مشابه دارد‪ .‬در ميزان بر‬
‫مقابل جريان مي افزايند ‪ .‬ولي در ميزان بر‬
‫هاي پائين ذرات بهم پيوسوته و بمقاوموت در‬
‫هاي باال رشته هاي پيوند گسسته شده و سيال شبيه تر به‬
‫آب مي شود ‪(.‬شكل‪)5-2‬‬
‫سياالتي را كه بعلت مشخصات جريان آنها ازدياد «تنش بر‬
‫» نسبت مستقيم با ميزان بر‬
‫بنام سياالت غير نيوتني ناميده مي شوند كه بيشتر سياالت حفاري از اين نوو مي باشند ‪.‬‬
‫‪613‬‬
‫نودارد‬
‫شكل‪ :5-2‬مقطع عمودي سرعت جريان خطي در فضاي آنالوس‬
‫منحني تغييرات تنش بر‬
‫نسبت به ميزان بر‬
‫يك نوو سيال غير نيوتني در شكل ‪ 5-3‬نشوان داده‬
‫شده است بطوري كه مالحظه مي شود نسبت اين دو مقدار بهم ثابت نيست بلكه در ميزان بور‬
‫هواي‬
‫مختلف متفاوت مي باشد يعني يك سيال غير نيوتني داراي يك رقم ثابت براي گرانروي نيسوت كوه‬
‫بتواند نوو جريان آنرا در تمام ميزان بر‬
‫در يك ميزان بر‬
‫‪300 & * Degree‬‬
‫‪ RPM ‬‬
‫‪e ‬‬
‫ها نشان دهد ‪ .‬گرانروي موثر يك سيال غير نيووتني معوين‬
‫معين عبارتست از نسبت تنش بر‬
‫به ميزان بر‬
‫در آن ميزان بر‬
‫و از فرموول‬
‫بدست مي آيد ‪.‬‬
‫شكل ‪ : 5-3‬تنش برشي‪ -‬ميزان بر‬
‫همچنين گرانروي موثر در ميزان بر‬
‫مربوط به آن ميزان بر‬
‫كه ازدياد ميزان بر‬
‫ارز‬
‫را مي توان بصورت شيب خطي نشان داد كه از تنش بور‬
‫به مبداء مختصات وصل شده باشد در شكل ‪ 5-4‬چپ نشان داده شوده اسوت‬
‫متناسب با كاهش گرانروي موثر مي باشد ‪ .‬مقاطع طولي سوياالت غيور نيووتني‬
‫فراواني براي مهندسين زيربط دارد‪.‬‬
‫‪614‬‬
‫در شكل ‪( 5-4‬راست) مشاهده مي شود كه در مورد سياالت «شبه پالستيك» و« منبسوط شوونده»‬
‫بمجرد شروو بر‬
‫هر دو سيال شروو به جريان مي نمايند ‪ .‬ليكن با باالرفتن ميزان بور‬
‫سويال شوبه‬
‫پالستيك رقيق تر ولي سيال منبسط شونده غليظ تر و گران روتر مي شود‪ .‬در موورد سويال پالسوتيك‬
‫الزم است كه قبل از شروو جريان نيروي معيني وارد شود و اين نيرو بوسيله محول تالقوي منحنوي بوا‬
‫محور عمودي در نقطه اي غير از مبداء نشان داده شده است‪ .‬چوون تعريوف قوديمي گرانوروي بوراي‬
‫تشريح مشخصات جريان يك سيال غير نيوتني كافي نمي باشد لذا تعدادي مودل هواي رياضوي بوراي‬
‫تشريح شكل منحني هاي« تنش بر ‪ -‬ميزان بر » ايجاد شده است ‪ .‬براي استفاده از اين مدل ها الزم‬
‫است كه تنش بر‬
‫در دو ميزان بر‬
‫ساير مقادير ميزان بر‬
‫يا بيشتر اندازه گرفته شود و سپس بر اساس آن تنش بور‬
‫در‬
‫بدست خواهد آمد‪.‬‬
‫شكل ‪5-4‬‬
‫مدل پالستيک بينگهام‬
‫مدل پالستيك بينگهام غالبا براي تشخيص خواص جريان گلهاي حفاري بكار برده مي شوود ‪ .‬ايون‬
‫مدل سيالي را شر مي دهد كه براي بجريان انداختن آن نيروي معيني الزم است و پس از مدتي نسبت‬
‫به تنش بر‬
‫به ميزان بر‬
‫بحالت ثابت در مي آيد يعني گرانروي موثر آن ثابت مي ماند ‪ .‬براي ايون‬
‫مدل از فرمول زير استفاده شده است ‪ :‬كه در آن‬
‫‪S‬‬
‫‪ R‬‬
‫= تنش بر‬
‫‪611‬‬
‫‪P‬‬
‫‪S  S  ‬‬
‫‪S‬‬
‫‪R‬‬
‫‪P‬‬
‫= تنش بر‬
‫صفر‬
‫در ميزان بر‬
‫=ميزان بر‬
‫‪ = ‬ميزان ازدياد تنش بر‬
‫معموال‬
‫‪S‬‬
‫نسبت به ميزان بر‬
‫را در نقطه واروي و‬
‫‪P‬‬
‫‪‬‬
‫را گرانروي پالستيك مي نامند‪ .‬در هنگوام اسوتفاده از دسوتگاه‬
‫گرانروي سنج دوار معادله بصورت زير نوشته خواهد شد‪:‬‬
‫‪RPM‬‬
‫‪ YP  PV ‬‬
‫‪300‬‬
‫قرائت درجه ‪0‬‬
‫اگر قرائت درجه را در دورهاي ‪ 699‬و ‪ 399‬اندازه بگيريم‬
‫‪PV   600   300‬‬
‫‪YP   300  PV‬‬
‫سانتي پواز‬
‫پوند بر يكصد فوت مربع‬
‫چنانچه توسط يك گرانروي سنج دوار منحني غلظت را براي يك گل حفاري رسوم نموائيم منحنوي‬
‫غير مستقيمي حاصل مي شود كه از مبداء مختصات عبور نخواهد كرد(شكل ‪ -5-5‬چپ)‪ .‬آنچوه كوه‬
‫باعث مي شود تا نقطه تالقي در محلي غير از مبداء مختصات باشد عبارتست از حداقل نيروي الزم براي‬
‫راه اندازي جريان كه علت آن خواص ژله اي گل مي باشد ‪ .‬با افزودن بر اين نيرو جريان شودت موي‬
‫يابد و مرحله انتقال از جريان قالبي به جريان غليظ اتفاق مي افتد تا به نقطه واروي بينگهام برسد ‪ .‬پوس‬
‫از عبور از نقطه واروي بينگهام منحني بصورت خط مستقيم در مي آيد و سيستم بصوورت يوك سويال‬
‫نيوتني عمل مي كند‪.‬‬
‫در شكل ‪ -5-5‬راست از منحني جريان يك گل حفاري نشان داده شده است كه توسط گراني سنج‬
‫دوار بدست آمده ‪ .‬شيب آن قسمت از منحني غلظت كوه بصوورت خوط مسوتقيم اسوت متناسوب بوا‬
‫گرانروي پالستيك مي باشد‪.‬‬
‫‪611‬‬
‫شكل ‪5-5‬‬
‫ضرايب دستگاه طوري تعيين شده اند كه گرانروي پالستيك و نقطه واروي مستقيما از قرائت درجه‬
‫براي سرعتهاي ‪ 399‬و ‪ 699‬دور در دقيقه دستگاه بدست مي آيند‪ .‬گرانروي پالستيک بر حسب سوانتي‬
‫پواز مساويست با اختالف قرائت درجه در دو دور ‪ 399‬و ‪ 699‬مي باشد و نقطه واروي بر حسب پوند‬
‫بر يكصد فوت مربع مساويست با اختالف بين قرائت درجوه ‪ 399‬دور و گرانوروي پالسوتيك و نيوز‬
‫گرانروي ظاهري ( گرانروي موثر در ‪ 699‬دور ) را مي توان با نصف كردن قرائت درجه در ‪ 699‬دور‬
‫بدست آورد‪.‬‬
‫اجزاء تركيب دهنده جريان يعني گرانروي پالستيك و نقطه واروي خواص مطلوق جريوان بووده و‬
‫منعكس كننده وضع كلوئيدي و فعاليت هاي سطحي جامدات موجود در سيال حفاري مي باشند ‪ .‬هر دو‬
‫خاصيت در گرانروي ظاهري كه بوسيله قيف مار‬
‫و گرانروي سنج دوار اندازه گرفته مي شود مووثر‬
‫هستند‪ .‬اندازه گيري گرانروي پالستيك و نقطه واروي كاربرد فراواني در تعيين علت گرانوروي هواي‬
‫غير عادي سياالت حفاري دارند‪.‬‬
‫گرانروي پالستيک‬
‫گل حفاري از جامدات تشكيل شده است كه در گرانروي ظاهري سهيم مي باشند ‪ .‬بنا بوه تعريوف‬
‫گرانروي پالستيك عبارت از «تنش بر » مازاد بر نقطه واروي مي باشد كه «ميزان بور » واحود را‬
‫‪611‬‬
‫انجام مي دهد‪ .‬گرانروي پالستيك آن قسمت از مقاومت جريوان موي باشود كوه در اثور اصوطكاک‬
‫مكانيكي حاصل مي شود‪ .‬اين اصطكاک بطرق زير رخ مي دهد‪:‬‬
‫‪ -0‬بين جامدات يك گل‬
‫‪ -2‬بين جامدات و مايعاتي كه آنها را احاطه كرده اند ‪.‬‬
‫‪ -3‬در اثر بر‬
‫مايع‬
‫از جنبه اهداف عملي نواحي حفاري گرانروي پالستيك وابسته است به انباشتگي جامودات گول در‬
‫شكل ‪ 5-6‬مقادير مناسب گرانروي پالستيك و نقطه واروي نسبت به وزن گل نشوان داده شوده انود ‪.‬‬
‫بطوري كه مالحظه مي شود مقادير گرانروي پالستيك با افزايش وزن گل ازدياد پيدا مي نمايند ‪ .‬البته‬
‫مقادير بدست آمده از اين منحني قطعي نيستند ولي با هدف تنظيم خواص سيال حفاري بسيار مفيد واقع‬
‫خواهند شد‪ .‬با دانستن اين محدوده هاي عملي هر نوو تغيير در گرانروي شناسائي و علت يابي شوده و‬
‫چاره سازي مناسب بعمل خواهد آمد‪.‬‬
‫شكل‪5-6‬‬
‫جامدات موجود در يك گل حفاري به دوسته جامدات فعال و جامدات بي اثر (خنثي ) تقسيم موي‬
‫شوند ‪ .‬هر يك از اين دو دسته نيز به دو گروه جامدات مطلوب و نامطلوب قابل تقسيم هستند‪.‬‬
‫‪611‬‬
‫جامدات مطلوب آن جامداتي هستند كه عالما و عامدا و بمنظور تحقق اهداف و وظايف خاصوي بوه‬
‫سيال افزوده مي شوند نظير بنتونيت ‪ ،‬باريت ‪ ،‬نشاسته ‪ CMC ،‬و غيره‪.‬‬
‫جامدات نامطلوب آن جامداتي هستند كه ارز‬
‫چنداني براي گل ندارند نظير ‪ :‬ماسه ‪ ،‬شويل ( پلموه‬
‫سنگ ) ‪ ،‬سنگ آهك ‪ ،‬دولوميت و غيره ‪ .‬اصوال آميختن اين جامدات نامطلوب با گل يكي از عوامول‬
‫و علل اصلي باال رفتن گرانروي ظاهري مي باشد‪.‬‬
‫در گلهايي كه داراي درصد حجمي بااليي از جامدات مي باشند ‪ ،‬اصطكاک بين ذرات زيادتر شده و‬
‫در چنين شرايطي نيز گرانروي پالستيك همراه با ازدياد گرانروي ظاهري افزايش موي يابود ‪ .‬كمتور‬
‫شدن ابعاد ذرات (درصد حجمي ثابت ) نيز گرانروي پالستيك را باال مي برد زيرا در اثر تعوداد زيواد‬
‫ذرات و سطو ظاهري بيشتر‪ ،‬اصطكاک نيز بيشتر مي شود ‪ .‬يكي از علل زيواد شودن سوطح بيرونوي‬
‫ذرات عمل آسياب مته مي باشد‪ .‬رو‬
‫هاي زير براي پايين آوردن انباشتگي جامدات گل حفاري بكار‬
‫برده مي شوند كه در ضمن باعث كاهش گرانروي هاي ظاهري و پالستيك خواهند شد ‪.‬‬
‫‪-0‬رقيق سازي ‪ :‬افزودن آب باعث كاستن از انباشتگي جامدات و اصطكاک بين آنها مي شود كوه‬
‫نتيجه آن كاهش هر دو نوو گرانروي فوق خواهد بود ‪ .‬در گلهاي روغني عمل رقيق كردن با افوزودن‬
‫نفت صورت مي پذيرد ‪.‬‬
‫‪-2‬سرند لرزان ‪ :‬با عبور گل از سرند لرزان باعث جدا شدن ذرات جامد درشت دانه خواهد شد ‪ .‬ولي‬
‫اگر همراه با گل ‪ ،‬در روي سرند آب افزوده شود ذرات ريز چسبيده به ذرات درشوت شسوته شوده و‬
‫مجددا وارد گل مي شوند و لذا مي بايستي از اين عمل اجتناب شود ‪.‬‬
‫‪-3‬تفكيك كننده هاي گريز از مركز ‪ :‬اين دستگاهها ذرات جامد را بر حسب جرم و اندازه آنها بوه‬
‫طريق مكانيكي از هم تفكيك مي نمايند ‪.‬‬
‫‪-4‬ماسه گير و الي گير ‪ :‬اين دو دستگاه جامدات و ماسه را به طريوق مكوانيكي از گول جودا موي‬
‫سازند‪ .‬گرانروي پالستيك همچنين تابعي از گرانروي فاز مايع مي باشود‪ .‬اگور گرانوروي آب در اثور‬
‫ازدياد حرارت كاهش يابد متناسب با آن گرانروي پالستيك سيال نيز كاهش خواهد يافت‪( .‬شكل ‪-7‬‬
‫‪611‬‬
‫‪ ) 5‬براي بدست آوردن گرانروي پالستيك در درجه حرارتي غير از حورارت انودازه گيوري از ايون‬
‫نمودار استفاده مي شود‪.‬‬
‫معموال همراه با دستگاه گرانروي سنج دوار از دستگاه تقطير براي سنجش انباشتگي جامدات استفاده‬
‫مي شود ‪ .‬در شكل مقابل حدود تقريبي درصد حجمي جامدات نسبت به وزن گل نشان داده شده اسوت‬
‫‪ .‬باالترين حد درصد جامدات در گلهاي سنگين تقريبا مساوي دو برابر عدد وزن گل ( بر حسب پونود‬
‫بر گالن ) مي باشد ‪ .‬در گلهاي كم وزن اين نسبت كمتر است(شكل ‪.)5-7‬‬
‫شكل ‪5-7‬‬
‫نتايج اندازه گيري درصد حجمي جامدات از طريق محاسبه براي گلهاي كوم وزن ( گلهوايي كوه‬
‫توسط جامدات سنگين نظير باريت به وزن آنها افزوده نشده باشد ) بدست آيد نتايج دقيقتري نسبت به‬
‫اندازه گيري مستقيم حجم جدامت كسب خواهد شد زيرا در اندازه گيري مستقيم جامودات نموك نيوز‬
‫جزو جامدات اندازه گيري خواهد شد ‪ .‬يكسان بودن وزن جامدات تجارتي و جامدات حفواري محاسوبه‬
‫را تسهيل مي نمايد ‪.‬‬
‫وزن مخصوص جامدات معلق غير محلول در گل از فرمول زير بدست مي آيد ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪ VS   VO S 0‬‬
‫‪W‬‬
‫‪ V‬‬
‫‪ VS‬‬
‫‪f‬‬
‫‪fS‬‬
‫‪100  S m  S‬‬
‫‪V‬‬
‫‪610‬‬
‫‪S SS ‬‬
‫كه در آن ‪ :‬درصد حجمي آب ( از دستگاه تقطير ) =‬
‫درصد حجمي نمك ( از جدول زير )=‬
‫‪VS‬‬
‫درصد حجمي نفت ( از دستگاه تقطير ) =‬
‫‪VO‬‬
‫درصد حجمي مجموو جامدات ( از دستگاه تقطير ) =‬
‫وزن مخصوص جامدات معلق غير محلول =‬
‫وزن مخصوص گل =‬
‫‪VW‬‬
‫‪SS‬‬
‫‪V‬‬
‫‪fS‬‬
‫‪S‬‬
‫‪Sm‬‬
‫وزن مخصوص عصاره گل ( صاف آب ) =‬
‫‪f‬‬
‫‪S‬‬
‫وزن مخصوص نفت ( چنانچه معلوم نبوده باشد ‪ 9/8‬محاسبه خواهد شد ) =‬
‫سيال نيوتني‬
‫‪ Flux‬‬
‫‪F‬‬
‫‪A‬‬
‫‪0‬‬
‫‪M‬‬
‫= تغييرات مومنتم‬
‫‪ Rote‬‬
‫‪0‬‬
‫‪M‬‬
‫‪‬‬
‫‪t‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪  .‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪n‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪  ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dt ‬‬
‫براي سياالت غير نيوتني ‪:‬‬
‫‪  ab‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪  a‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪616‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪F  m.‬‬
‫‪So‬‬
‫شكل ‪5-8‬‬
‫اگر سيالي در حالت پايدار )‪ (Steady state‬باشد اگر بر آن تنش برشي وارد شود گرانوروي آن‬
‫تغيير مي كند‪ .‬سيال را غير نيوتني گويند ولي چنانچه بر اثر يك نيروي ثابت خواص آن تغييور يابود‬
‫غير نيوتني است ‪ .‬سه مورد باال در حالت پايدار مي باشد‪.‬‬
‫سيال ‪ Thixotropic‬سيالي كه حالت پايا نباشد يعني تابعي از زمان تغييور موي كنود و بوا زموان‬
‫ويژگيهاي آن فرق مي نمايد‪.‬‬
‫‪  a ‬‬
‫سيال ‪ : Rheopetic‬حالت غير پايا مي باشد ‪.‬‬
‫در حفاري از سه رو‬
‫پالستيك و رو‬
‫‪  a ‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪dt‬‬
‫‪dv‬‬
‫‪dt‬‬
‫نيووتني ‪ ،‬رو‬
‫فوق استفاده مي كنويم يعنوي رو‬
‫غيور نيووتني بينگهوام‬
‫غير نيوتني قدرت كم رو ‪.‬‬
‫روش بينگهام ‪:‬‬
‫‪  dv ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dt ‬‬
‫‪  Y p  PV ‬‬
‫قدرت كم )‪ : (power-low‬در اين رو‬
‫رو‬
‫‪n‬‬
‫تنش برشي بصورت زير تعريف مي گردد‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪‬‬
‫‪  k .‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dy ‬‬
‫‪k‬‬
‫‪ :‬عدد يكنواختي )‪(Consistency number‬‬
‫‪n‬‬
‫‪ :‬انديس رفتار جريان ‪Flow behavior Index‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪     a .‬‬
‫‪‬‬
‫‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dy ‬‬
‫‪ dy ‬‬
‫‪n 1‬‬
‫‪a‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ k .‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dy ‬‬
‫‪n 1‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪‬‬
‫‪  k .‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dy ‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ lig   log k  n log ‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dy ‬‬
‫‪a‬‬
‫= ويسكوزيته موثر ناميده مي شود‪.‬‬
‫از روي آزمايش مقادير‬
‫‪yp , pv , k , n‬‬
‫تعيين مي گردند( شكل ‪.)5-0‬‬
‫‪612‬‬
‫‪n‬‬
‫‪ dv ‬‬
‫‪‬‬
‫‪  k .‬‬
‫‪‬‬
‫‪ dy ‬‬
‫شكل (‪)5-0‬‬
‫تعيين گرانروي سياالت حفاري‬
‫الف‪ -‬قيف مارش ‪ :‬قطر ورودي اين قيف ها ‪ 6‬اينچ و طول آن ‪ 02‬اينچ مي باشد و بخش باريكه آن‬
‫در پايين با طول ‪ 2‬اينچ مي باشد ‪ .‬يك صفحه ‪ 09‬مشي از وسط قسمت بااليي عبور كرده است‪.‬‬
‫گنجايش قيف ‪:‬‬
‫زمان تخليه آب و گل در دماي‬
‫خالي گردد ‪ .‬در حقيقت بايد‬
‫‪2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪70  5‬‬
‫درجه فارنهايت از طريق قيف به مدت ‪ 26‬ثانيه مي باشد توا‬
‫آب خارج شود ولي در عمل‬
‫ديگر مدت ‪ 26‬ثانيه طول مي كشد تا ظرف ‪ 0 quart‬پر شود‪.‬‬
‫‪ 1000 cc‬‬
‫‪613‬‬
‫‪1 quarts‬‬
‫‪cc‬‬
‫‪3‬‬
‫‪336‬‬
‫‪964 cm‬‬
‫خارج موي شوود ‪ ،‬بوه عبوارت‬
‫با استفاده از ويسكومتر (گرانروي سنج فن) مي توانيم ويسكوزيته پالستيكي و نقطه تسليم سويال را‬
‫بدست آورد‪.‬‬
‫‪N‬‬
‫‪300 ‬‬
‫‪ rpm ‬‬
‫‪N‬‬
‫‪PV   600   300‬‬
‫‪a ‬‬
‫‪ a   300‬‬
‫‪Y P   300  PV‬‬
‫سيال قدرت پايين( تواني) داريم ‪:‬‬
‫براي رو‬
‫‪ 300‬‬
‫‪n‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪ 511 ‬‬
‫‪K ‬‬
‫ضريب هماهنگي گل‬
‫‪  600‬‬
‫‪n  3 . 32 log ‬‬
‫‪‬‬
‫‪  300‬‬
‫ضريب رفتار سيال‬
‫(شكل ‪)5-09‬‬
‫تعيين خاصيت ژله اي گل حفاري‬
‫بر حسب‬
‫‪Ibf‬‬
‫‪2‬‬
‫‪100 ft‬‬
‫اندازه گيري مي شود‪ .‬نيرويي كه باعث باز شدن ژله مي گردد ‪ strength‬گويند‪.‬‬
‫گل حفاري بايد داراي خاصيت ژله اي باشد تا بتواند ذرات حفاري را در خوود نگهداشوته و بوه سوطح‬
‫زمين انتقال دهد بنابراين‬
‫ژله اي بودن گل بايستي مورد كنترل باشد‪.‬‬
‫‪614‬‬
‫اگر پس از ده ثانيه ژله اي گل اندازه گيري شود ‪09 second Gel .‬‬
‫اگر پس از ده دقيقه ژله اي گل اندازه گيري شود ‪09 minute Gel .‬‬
‫آزمايش صافي استاندارد )‪(conductive the standard API filtrate test‬‬
‫در اين آزمايش به فشاري معادل ‪ 099psi‬براي مدت ‪ 39‬دقيقه الزم است‪ .‬بنابراين فشوار‬
‫هوا مي باشند‪ .‬مقدار آب فيلتر شده در اين رو‬
‫كيك بر حسب‬
‫‪in‬‬
‫‪1‬‬
‫‪32‬‬
‫بر حسب‬
‫‪3‬‬
‫‪30 min‬‬
‫‪cm‬‬
‫‪2‬‬
‫‪, CO‬‬
‫‪2‬‬
‫‪N‬و‬
‫محاسبه مي شود و ميزان ضخامت‬
‫سنجيده مي شود‪ .‬همچنين گل حفواري از نظور سوختي ‪ ،‬نرموي ‪ ،‬شوكنندگي و‬
‫انعطاف پذيري و ديگر خواص فيزيكي اندازه گيري مي شود‪ .‬كيك گل نبايد ضخامت زيوادي داشوته‬
‫باشد (شكل‪.)5-00‬‬
‫شكل‪5-00‬‬
‫طبق اين آزمايش ذرات بزرگتر از ‪ 299‬مش يا به رو‬
‫استاندارد ‪ API‬طبقه بندي مي شوند‪ .‬تعيين‬
‫و تشخيص مقدار ماسه ها ضروري است زيرا شن هاي موجود در گل باعث خوردگي لوله ها ‪ ،‬سووراخ‬
‫شدن لوله ها و سايش آنها و ‪ ..‬مي شوند ‪ .‬از يك غربال ‪ 299‬مش براي اين كار استفاده مي شوود كوه‬
‫روي يك قيف و يك استوانه مدرج كه از صفر تا ‪ %29‬مدرج شده است‪.‬‬
‫‪611‬‬
‫آزمايش تعيين مقدار روغن ‪ ،‬آب و درصد مواد جامد ‪:‬‬
‫با اين رو‬
‫و آزمايش درصد روغن ‪ ،‬آب و نفت را در گل تشوخيص موي دهنود‪ .‬بدسوت آوردن‬
‫اطالعات از ميزان مايع و جامد در گل جهت كنترل ويژگيهاي آن ضروري است‪ .‬اين اطالعات باعوث‬
‫مي شود كه بتوانيم چه موقع مواد شيميايي جهت ترقيق يا تغليظ گل جهت كنترل خصوصيات بايد بوه‬
‫آن اضافه يا كم كرد‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪ = M . B .C‬ظرفيت متيلن آبي‬
‫‪،‬‬
‫‪ cc ‬‬
‫‪m‬‬
‫‪V m  cc‬‬
‫‪V mud  cc‬‬
‫‪M . B .C ‬‬
‫‪ = V‬مقدار حجم متيلن آبي و‬
‫‪‬‬
‫‪V mud  cc‬‬
‫=مقدار حجم گل‬
‫عمليات روي گل حفاري ‪: Mud treatment‬‬
‫عمليات روي گل به مجموعه كارهايي اطالق مي گردد كه باعث جدا نمودن بخش مواد جامد گول‬
‫از خود آن‬
‫مي گردد‪ .‬اين كار به دو صورت كلي مكانيكي و شيميايي انجام مي شود‪.‬‬
‫جدايش از طريق مکانيکي‬
‫‪ -0‬رو‬
‫رسوب و ته نشين كردن ذرات بستگي به اندازه و شكل ذرات و نيز وزن ذرات نسبت به‬
‫سيال دارد‪.‬‬
‫‪Q  V .A‬‬
‫با ثابت در نظر گرفتن مقدار دبي ‪ ، Q‬سطح مقطع‬
‫‪A‬‬
‫را افزايش دهيم پس‬
‫‪V‬‬
‫راحتي ته نشين مي گردد‪.‬‬
‫‪ -2‬رو‬
‫ترقيق ‪ ،‬با افزايش آب يا يك سيال ديگر حجم سيال را افزايش داد‪.‬‬
‫‪ -3‬در كل به طور عمده از رو‬
‫الف‪ -‬رو‬
‫جدايش مكانيكي استفاده مي شود‪.‬‬
‫سرند ارتعاشي ‪Vibrating screening device‬‬
‫ب‪ -‬سرند لرزان ‪ ( Shale shaker‬اجزاي بزرگتر از ‪ 059‬ميكرون )‬
‫‪611‬‬
‫كواهش يافتوه و بوه‬
‫ج‪ -‬رو‬
‫نيروي گريز از مركز (‪ )Centrifugal force‬كه توسط سه گروه وسايل به نامهاي زير‬
‫عمل جدايش صورت مي گيرد{‬
‫) ‪( 50  70  m‬‬
‫‪Desander‬‬
‫‪،‬‬
‫) ‪(  50  m‬‬
‫‪Desilter‬‬
‫و‬
‫) ‪(2  5 m‬‬
‫‪centrifuge‬‬
‫}‪.‬‬
‫‪-4‬روش عمليات شييميايي ‪ ،‬در اين رو‬
‫با افزودن مواد شيميايي اغلب جهت جمع كردن ذرات از‬
‫داخل گل حفاري استفاده مي شود ‪.‬‬
‫‪611‬‬