گل پلیمری و افزودنی های پلیمری

advanced divider

عنوان مقاله : گل پلیمری و افزودنی های پلیمری

عنوان مقاله : گل پلیمری و افزودنی های پلیمری

گردآوري كننده :مرتضی امیدی

استاد راهنما : سرکار خانم دکتر ساقی جلینی

مهندسی نفت-گرایش بهره برداری

دانشکده فنی و مهندسی گرمسار

فهرست

چکیده

مقدمه

 ۱  گل حفاری و پلیمر

  ۱.۱ معرفی اجمالی انواع گل حفاری

  ۱.۲ ترکیبات گل حفاری و انواع آن

  ۱.۳ پلیمر چیست


  ۱.۴ ساختار پلیمر


  ۱.۵ کاربرد پلیمر­های مصنوعی در صنعت حفاری


  ۱.۶ کاربرد پلیمر­های طبیعی در صنعت حفاری

  ۱.۷ کاربرد پلیمر­های طبیعی اصلاح شده در صنعت حفاری

  ۱.۸ معرف­های پلیمری

 ۲  بررسی افزودنی­های پلیمری

  ۲.۱ نشاسته

    ۲.۱.۱  پتانسیل نشاسته ذرت به عنوان عامل کنترل هرزروی سیال

    ۲.۱.۲  تأثیر غلظت نشاسته ذرت در چگالی گل حفاری

    ۲.۱.۳  تأثیر غلظت نشاسته ذرت بر ویسکوزیته پلاستیک

    ۲.۱.۴  تأثیر غلظت نشاسته کرون بر استحکام ژلی

     ۲.۱.۵  تأثیر غلظت نشاسته کرون بر حجم فیلتریت و اثر کیک فیلتر

    ۲.۱.۶  نشاسته اصلاح شده به عنوان کنترل کننده فیلتریت

  ۲.۲ صمغ زانتان

  ۲.۳ ضمغ گوار

 ۳  بررسی پلیمر­های طبیعی اصلاح شده

  3.1 كربوكسی متيل سلولز(CMC)


    3.1.1  ویژگی های کاربردی ( CMC )


    3.1.2  مصارف CMC در حفاری چاه های نفت

    3.1.3  اثر CMC بر رئولوژى گل حفارى

    3.1.4  نانوذرات CMC واثر آن بر هرزروی آب و ضخامت کیک گل

  ۳.۲ پلی آنیونیک سلولز

  ۳.۲.۱ اثر نانو  پلی­آنوینیک بر کاهش هرزروی و کاهش ضخامت کیک گل

  ۳.۲.۲  اثر بنتونایت بر کارایی پلی آنیونیک سلولز

  ۳.۲.۳  مقایسه پلی آنیونیک سلولز با نشاسته

۴  بررسی پلیمر­های مصنوعی

  4.1 آکریل آمید (PAM)

  4.2 PHPA  كوپليمر پلی آكريل آميد/  پلى آكريلات

    4.2.1 روش افزودن پليمر PHPA به سيالات

    4.2.2 مزاياي استفاده ازPHPA


    4.2.3 محدوديت هاي استفاده از PHPA

    4.2.4 آلودگي هاي مؤثر بر سيال حاوي PHPA

 ۴.۳ مکانیسم ضد آب کردن در پلیمر ها

تقدیر و تشکر

منابع و مراجع

چکیده

استفاده از پلیمرها در صنعت نفت و گاز ابتدا با هدف بهبود عمل‌کرد فرآیندهای موجود و کاهش هزینه‌های مربوطه آغاز شد و امروزه تا مرحله جای‌گزینی قطعات و فناوری‌های پایه پلیمری در برخی حوزه‌های توسعه یافته است. در صنعت حفاری از پلیمر طبیعی، پلیمر مصنوعی و پلیمر اصلاح شده استفاده می­شود. پليمرهاى طبيعى، پليمرهايى هستند كه به طور طبيعى و بدون دخالت انسان در طبيعت توليد می­شوند و نسبت به دو نوع پلیمر دیگر تا حدودی ارزان قیمت تر هستند، اما پليمرهاى مصنوعى طى فرآيندهای شيميايى از مشتقات نفتى توليد مى شوند. برخلاف پليمرهاى طبيعى و اصلاح شده، پليمرهاى مصنوعى از مولكول­هاى كوچكترى ساخته شده ­اند.

     در چند دهه اخیر استفاده از پلیمر­ها در گل­های حفاری پایه آبی بسار پرکاربرد تر از گذشته شده­اند، زیرا پژوهشگران و صنعتگران صنعت نفت و گاز به این نتیجه پی بردند که استفاده از پلیمر­ها باعث کاهش هرزروی، بهبود خواص رئولوژیکی گل و عدم نیاز به حفاری توسط سیال پایه روغنی که آلودگی زیست محیطی زیادی ایجاد میکند، می­شود. با افزودن پلیمر به گل پایه آبی، غلظت این گل را می­توان افزایش داد که همین موضوع سبب کاهش هرزروی می­شود. 

     در این مقاله به بررسی افزودنی­های پلیمری واثر هر پلیمر بر خواص رئولوژیکی گل حفاری پرداخته شده و بیان شده که هر نوع از انواع پلیمر­ها (طبیعی، مصنوعی و اصلاح شده) دارای چه مزایا و معایبی هستند، و هر نوع از انواع پلیمر بیشتر بر چه خواص رئولوژیکی گل حفاری اثر می­گذارد.

     به طور کلی اگر نیاز به استفاده از پلیمر­ها در گل حفاری باشد بنا بر شرایط محیطی و شرایط چاه مورد نظر و خواص پتروفیزیکی، یکی از پلیمر­ها یا گاهی ترکیبی از چند پلیمر استفاده می­شود، ولی شرایط انختاب پلیمر برای هر چاه خارج از بحث این تحقیقات است.

     شرکت گیاه چسب کیش به عنوان یکی از برترین فعالین صنعت حفاری، در تامین افزودنی­های گل حفاری و همچنین افزودنی های پلیمری اقدام به ساخت و تهیه انواع پلیمر­های طبیعی و پلیمر­های طبیعی اصلاح شده نموده، و ما توانستیم در تحقیقات و پژوهش های خود که منجر به تهیه این مقاله شد، از این شرکت پیشگام نهایت استفاده را ببریم و این شرکت چراغ راهی برای شدند برای مسیر بی­انتهای ما در تحقیقات مبتنی بر افزودنی ­های پلیمری.

مقدمه

استخراج نفت خام از مخازن تولید خشکی و فراساحلی به شدت به کارایی فرآیند حفاری سازند بستگی دارد. استفاده از گل های حفاری بخشی جدایی ناپذیر از فرآیند حفاری چرخشی است. سیال حفاری که در ناحیه حلقوی بین لوله حفاری و دیواره چاه جریان دارد، قطعات سنگ تولید شده (معروف به خرده های حفاری) توسط این فرآیند را حمل می کند. گل حفارى تركيبى است از مواد شيميائى معدنى و آلى كه به شكل مايع ساخته شده و در حفارى چاه­هاى نفت و گاز به كار می­رود. سیالات یا گل حفاری از معلق ذرات خاک رس در آب یا روغن تشکیل شده است. اين تركيب از دو فاز جامد و مايع تشكيل می­شود و طي عمليات حفاري به طور پيوسته در حال حركت است.

گل حفاری در حالت کلی به گل پایه آبی و گل پایه روغنی و گل پایه گازی تقسیم میشود. اگرچه عواملی که انتخاب سیال پایه و افزودنی‌های گل را هدایت می‌کنند ساده نیستند، هر دو عوامل فنی و محیطی باید در نظر گرفته شوند.

     سیال حفاری علاوه بر برداشتن خرده های حفاری، از نفوذ جریان نفت و گاز به چاه نیز جلوگیری می‌کند، پدیده‌ای که به نام kick شناخته می‌شود، و در صورت کنترل نشدن می‌تواند منجر به فوران شود. بر این اساس، عملیات حفاری میتواند به دو صورت زیر تعادلی و فراتعادلی انجام شود که در این حالت باید در شرایط فراتعادلی انجام شود که در آن فشار چاه بیشتر از محیط اطراف باشد.

     گل حفاري به دليل نقش هاي متعدد، در مقاطع مختلف حفاري خواص متفاوتي دارد و بايد از نظر خواص رئولوژي، رفتار مناسبي از خود نشان دهد. براي حصول رفتار مورد نظر، مواد متنوعي از جمله پليمرها به گل اضافه مي شود. امروزه در حفاري چاه هاي نفت و گاز، به گستردگي از مواد پليمري به عنوان مواد افزودني در ساختار گل حفاري استفاده مي شود. گل حفاری پلیمری به عنوان یک سیستم سیال حفاری جدید از اوایل دهه ۱۹۷۰ توسعه یافته است. افزودني­هاي پليمري به خوبي مي­توانند خواص رئولوژي گل­هاي حفاري را برحسب شرايط مورد نياز، بهبود بخشند و هرزروى گل در خلل و فرج سازند در حين حفاري را كاهش دهند.

     به طور کلی، هر سیستم گلی که از پلیمر خطی محلول در آب به عنوان عامل تصفیه استفاده می کند، می تواند سیستم گل پلیمری نامیده شود. اما در فرآیند کاربردی، سیستم گل پلیمری معمولاً به سیستم گلی اطلاق می شود که در آن پلیمر عامل اصلی تصفیه است یا  عملکرد را کنترل می کند.

استفاده از پليمرها در سيال حفارى اولين بار در سال ۱۹۳۷ آغاز شد؛ وقتى جهت كنترل ويژگی هاى نفوذ نشاسته ذرت به گل بنتونايت اضافه گرديد. اين توسعه، به سرعت با معرفى كربوكسی متيل گلوكز

تانن ها، كوبراچو و ليگنو سولفانات ها كه در سال ۱۹۴۵ به صورت عادى مورد استفاده قرار گرفتند ادامه يافت. در سالهاى اخير دامنه و تنوع پليمرها در گل حفارى به طور مدام افزايش يافته و توانايى استفاده از پليمرهايى با ويژگی هاى خاص براى متناسب بودن با هدفى ويژه اطمينان میدهد كه پليمرهاى جديد مشكلات آينده حفارى را مرتفع كنند.

 افزودني هاي پليمري به خوبي مي توانند خواص رئولوژي گل هاي حفاري را برحسب شرايط مورد نياز، بهبود بخشند و هرزروي گل در خلل و فرج سازندها در حين حفاري را كاهش دهند. به دليل اينكه امروزه پليمرها شالوده كنترل ويژگي هاي گل حفاري هستند، در اين مقاله تلاش شده تا ويژگي هاي كلي مورد نياز يك پليمر براي انجام وظيفه خاص در گل حفاري مورد بررسي قرار گيرد و به خصوصيات ساختاري برخي پليمرهاي طبيعي، اصلاح شده و مصنوعي به كار رفته در گل حفاري پرداخته شود.