سوائل الحفر Drilling fluid

Drilling Mud

Chemicals used in the drilling of oil wells

المواد الكيميائية المستعملة في حفر ابار النفط

هناك العشرات من المواد الكيمياوية التي تستعمل في المراحل المختلفة من صناعة النفط والغاز الطبيعي مثل : الحفر Drilling - الإكمال Completion - ومرحل أنتاج النفط والغاز الطبيعي. وسنحاول أن نلقي الضوء على قسم منها ، وتتضمن هذه المواد الأملاح غير العضوية - المواد المعدنية - البوليمرات Polymersالذائبة في الماء والنفط والمواد النشطة سطحياً . حيث تستخدم أغلب هذه المواد لديمومة الإنتاج في الحقول التي تعاني من النضوب.

لقد بدأت المواد الكيمياوية تأخذ دوراً كبيراً في صناعة النفط والغاز الطبيعي ، حيث يمكن أستخدامها في تحسين الإنتاج من هذه الحقول ، ويوماً بعد يوم ستأخذ الاعتبارات البيئية سيكون لها التأثير الأهم في أختيار هذه المواد الكيمياوية وخاصة في المنصات البحرية offshore ، وسنحاول أن نسلط الضوء على المواد الكيمياوية التي تستخدم في هذه المجالات.

سوائل الحفر Drilling Fluids:

وتُسمى في بعض الأحيان بطين الحفر Drilling Mud بسبب مظهرها ويعود ذلك الى الطين الذي يضاف الى أغلبها ، فائدة هذه السوائل هي لتبريد وتزييت رأس الحفارة Drill bit بالإضافة الى نقل نواتج الحفر الى السطح ، أن المكون الرئيسي لسوائل الحفر هو الماء ، أما الطين ذو الأساس الزيتي oil-based muds يمكن أستخدامه في درجات الحرارة العالية وفي المكامن والطبقات الحساسة للماء وتكون على نوعين الأول ذو مستحلب زيتي خارجي يحتوي على الماء بنسبة تصل الى 50% ، والثاني أساس زيتي يحتوي على القليل من الماء.

وبشكل عام ، كلما زاد عمق المكمن أو البئر يجب أستخدام المزيد من المواد الكيمياوية للحفاظ على خواص الموائع ، ويمكن تقسيمها الى أنواع تبعاً لوظيفتها:

مواد الموازنة Weighting Materials :

وتستعمل لتعيير كثافة المائع وبالتالي الضغط الهيدروستاتيكي المسلط على المكمن ، والغاية منه منع حدوث تغيرات مفاجئة في الضغط أو حالة Blowouts أثناء الحفر وتجنب تسرب السائل نحو الطبقة في نفس الوقت ، وأكثر هذه المواد شيوعاً هو كبريتات الباريوم (Barite) كما توجد العديد من المواد الأخرى تستعمل لنفس الغرض مثل : Hematite - Siderite - كبريتيد النحاس ، أن أغلب هذه المواد تكون مسببة للتآكل لذا يتوجب أستخدام بعض أنواع مانع التآكل Corrosion Inhibitor .

إضافات فقدان الموائع Fluid Loss Additives : وأهم أمثلتها البوليمرات المُثخنة التي تضاف الى طين الحفر Drilling Mud لكي لتقليل خسارة الموائع من جوف البئر ، ومن أمثلة هذه المواد : البنتونايت Bentonite وغيرها من أنواع الصلصال ، يتم معالجتها بمصادر مختلفة مثل الليكنايت المعالج بالمواد الكاوية أو الأمين - الراتنجات المختلفة - الكلسونايت - رقاقات حامض البنزويك - المايكا.

المُثخنات والمُشتتات Thinners & Dispersants:

تستخدم لمنع حدوث التزغب في جزيئات الطين والحفاظ على قابلية ضخه ، وأمثله هذه المواد هي : رابع فوسفات الصوديوم وأنواع أخرى من الفوسفات والبوليمرات الصناعية مثل البولي ستايرين ، كما يتم أستخدام المواد المُقللة للأحتكاك Friction Reducers مثل بولي أكريلمايد ، حيث أنها تسهل تدوير السائل خلال تجويف البئر مما يقلل الإجهاد على المضخات.

مانع التآكل Corrosion Inhibitors:

يستخدم لتقليل الأحتكاك في المعدات والذي قد يسببه أستخدام سوائل الحفر ، حيث تستعمل العديد من المواد مثل: أملاح الأمين - سلقات الأمين - كاربونات الزنك - كرومات الزنك - أحادي اثيل أمين.

قاتل البكتريا Bactericides:

للسيطرة على نمو البكتريا التي قد تسبب التآكل أو قد تسبب انسداد مسمامات المكمن أو تغيير خواص سوائل الحفر مثل : بارافورمالديهايد - هيدروكسيد الصوديوم - أثيل أمين.

السيطرة على الحامضية PH Control :

ويساعد أيضا على تقليل التآكل ، ويمنع حدوث أي تفاعل بين سوائل الحفر ومعادن المكمن وتستعمل المواد التالية: هيدروكسيد الصوديوم - كاربونات الكالسيوم - هيدروكسيد البوتاسيوم - أوكسيد المغنسيوم - أوكسيد الكالسيوم - حامض الفورميك.

السيطرة على التضرر الطبقي Formation Damage Control:وتُضاف لتقليل التضرر النفاذي الذي يحدث عند دخول سوائل الحفر الى المكمن. كما أنه يساعد في منع تآكل تجويف البئر ومن هذه المواد : كلوريد الأمونيوم - كلوريد الصوديوم - سليكات الصوديوم .. وغيرها.

مانع الصدأ Scale Inhibitors : يستخدم لمنع تكون أملاح الكالسيوم غير الذائبة عند تلامس سوائل الحفر مع المعادن الموجودة في المكمن والمياه المالحة في المكمن. وأمثلة هذه المادة هي: هيدروكسيد الصوديوم - كاربونات الصوديوم - بيكاربونات الصوديوم .. وغيرها.

عوامل الاستحلاب Emulsifiers: يستخدم لإعداد مستحلب نفط خارجي في سائل الحفر ، حيث يتم أستخدام المواد النشطة سطحياً Surfactant مثل الأملاح الدهنية ، والأحماض الأمينية.

أن تطوير سوائل الحفر مستمر بشكل كبير ، كما أن هناك العديد من السوائل التي يتم أختبارها وتطويرها مختبرياً في الوقت الحاضر للوصول الى التركيبة الأفضل.

سوائل التسميت Cementing Fluids: بعد أكمال عملية الحفر ، يتم إنزال بطانة فولاذية الى أسفل البئر ومن ثم ضخ سائل الى الأسفل لإزالة سوائل الحفر ومنع تلامس طين الحفر مع خلطة السمنت أن إزاحة طين الحفر ستساعد على تماسك خلطة السمنت.

السمنت المقاوم للتآكل Corrosion -resistant Cements: لقد تم تطوير هذا النوع من السمنت للاستخدام في الآبار التي يتم حقنها بثاني أوكسيد الكاربون لغرض تحسين إنتاج البئر .

مواد التحميض Acidizing Chemicals :

الغسل بالحامض Acid Washing يستخدم لغرض إذابة الصدأ القابل للإذابة بالحامض من جدار البئر ، وفتح أية انسدادات تسبب بها جزيئات الصدأ. بالإضافة الى نوع آخر من التحميض يسمى Matrix Acidizing وهو حقن الأحماض الى التكوين Formation في ضغط معين أقل من ضغط التكوين (وهو الضغط الذي تُجبر فيها التشققات الطبيعية على الفتح لسوائل الحقن).

يدخل الحامض الى قنوات الجريان في التكوين ، ويتدفق بشكل شعاعي الى خارج تجويف البئر لإذابة جزيئات المعادن الصغيرة ، وهذه المعادن التي تشكل قنوات الجريان في التكوين تتفاعل مع هذه الأحماض ، وهذه العمليات تؤدي الى زيادة نفاذية التكوين Formation Permeability قرب جدار البئر مما يؤدي الى زيادة إنتاجية البئر بدون زيادة الماء المنتج أو زيادة نسبة الغاز الى النفط Gas Oil Ratio GOR.

أما النوع الثالث من التحميض فهو التحميض للتشققات Fracture Acidizing حيث يحقن الحامض بضغط أعلى من ضغط التشققات ويتفاعل مع المعادن على سطح التشقق في عملية تسمى التنميش Etching . وعند أجراء هذه العملية فأن جدرات التشقق لن تُسد عند أنتاج البئر .

كما أن الأحماض تكسر المستحلبات في التكوين أحياناً من خلال تخفيض الدالة الحامضية PH أو من خلال إذابة الجزيئات الصغيرة التي تُثبّت المستحلبات. أن كسر المستحلب ستؤدي الى تقليل اللزوجة أيضاً.

يتم أختيار نوع الحامض إعتماداً على نوع المعاملة المطلوبة للبئر nature of well treatment ونوع المعادن الموجودة في التكوين ، بالأضافة الى حساب كمية المواد المكمنية التي سيتم إذابتها بحجم معين من الحامض ، ثابت التوازن ، ومقدار التفاعل بين الحامض والمعادن الموجودة في المكمن.

الأحماض المعدنية Mineral Acids: ويتضمن حامض الهيدروكلوريك Hydrochloric Acid وخلطة من الهيدروكلوريك والهيدروفلوريك بنسبة (12%HCL ) مع 3% HF ويستخدم حامض الهيدروكلوريك لتحميض المكامن الكاربونية. حيث يتميز بقلة كلفته ، وقابليته العالية على تذويب المعادن الكاربونية مما يقلل التضرر الطبقي، أما مساوئه فهو تسببه للتآكل.

أما حامض الهيدروفلوريك فقد يستخدم بالتخفيف مع محلول مائي مركز أو بالتفاعل مع كمية كافية لثاني فلوريد الأمونيوم مع محلول 15% HCL لتهيئة خلطة (12%HCL ) مع 3% HF . أن خليط حامضي الهيدروكلوريك والهيدروفلوريك ذو فائدة كبيرة في لإذابة المعادن السليكونية ، وهي تسبب التآكل بشكل كبير في نفس الوقت.

الأحماض العضوية Organic Acids: ويستخدم مع الصخور الكاربونية ويضمن أحماض الفورميك - الأستيك - السولفاميك - الكلوروأستيك. وهي أقل تسبباً للتآكل من الأحماض المعدنية ، مما يجعلها مرغوبة عند الأستخدام لفترات طويلة مع الأنابيب ، كما انها لا تتفاعل مع الكاربونات في درجات الحرارة العالية مما يؤدي الى تغلغل الحامض في التكوين ، وتستخدم الأحماض العضوية في نطاق أضيق من الأحماض المعدنية بسبب تكلفتها العالية وتفاعلها غير الكامل مع مع المعادن الكاربونية.

-------------------------

أنظر أيضا :

المهندس الكيميائى ووظائفه

فقدان الطين (MUD LOSSES)