کاربرد نشاسته ذرت در حفاری

کاربرد نشاسته ذرت در حفاری

حفاری
برای انجام مراحل مختلف اکتشاف مواد معدنی، نفت، گاز، آب و همچنین به منظور بررسی و مطالعه خصوصیات سنگ شناسی و کانی سازی لایه های زیرزمینی یک منطقه به حفاری می پردازند.

طی ادوار گذشته که انسان نیاز به تحقیق بیشتر در اعماق زمین پیدا کرد، اهمیت گل حفاری (سیال حفاری) نیز روز به روز افزون‏تر گردید.

2

گل حفاری
گل حفاری ترکیبی است از مواد شیمیایی معدنی و آلی که به شکل مایع ساخته شده و در حفاری چاه‏های نفت و گاز به کار می‏رود.

یک چاه ممکن اسـت بـا صـرف وقـت و هزینـه‏هـای فراوان حفر شود، اما به علت طراحی نامناسب ترکیب گل مخـزن آسـیب ببینـد و در هنگـام بهـره‏بـرداری از بازدهی آن کاسته شود.
3

مسیر حرکت گل حفاری
مسیر حرکت گل به صورت مسیر بسته و از کنار دکل شروع شده، از درون لوله‏های حفاری عبور کرده، سپس از شکاف‏های درون مته خارج و بعد از آن از کناره های لوله حفاری به محل اولیه خود بر می‏گردد.
4

برخی از مهمترین وظایف گل حفاری 
1) تمیزکردن ته چاه و انتقال کنده‏های حفاری
گل وقتی که از جهت‏های مته بیرون می‏آید بواسطه فوران شدیدی که دارد، سبب تمیز شدن ته چاه و لبه‏های مته شده و به این ترتیب هم طول عمر مته بیشتر می‏شود و هم سرعت و بازدهی حفاری را افزایش می‏دهد.

2) خنک کردن مته و لوله‏های حفاری
در محل مته در اثر نیروی اصطکاک، گرمائی فوق العاده زیادی تولید می‏شود، اگر این گرما سریعاً منتقل نشود مته می‏سوزد. چون سازند نمی‏تواند این مقدار انرژی گرمایی را انتقال دهد، این وظیفه را گل حفاری به عهده دارد.

5

برخی از مهمترین وظایف گل حفاری 
3) اندود کردن دیواره چاه و جلوگیری از ریزش آنی
گل حفاری خوب باید بتواند دیواره چاه را حتی اگر بافتی سست و نامنسجم داشته باشد بوسیله یک لایه نازک و غیرقابل نفوذ طوری اندود کند که هم جلوی هرز رفتن گل و نشت فاز مایع گل حفاری آن به داخل سازند را بگیرد و هم به پایداری و تحکیم سنگ‏های سازنده دیواره چاه کمک کند و مانع ریزش آن‏ها به داخل چاه گردد.

4) کنترل فشارهای زیر زمینی
در حین حفاری ممکن است با سازندهایی روبرو شویم که محتوی آب، نفت یا گاز با فشار بسیار زیاد باشد. کنترل این فشارهای زیرزمینی به عهده گل حفاری است.
6

نمایی از گل حفاری
برای حصول رفتار رئولوژیکی مناسب، مواد متنوعی از جمله پلیمرها (نظیر نشاسته ذرت) به گل اضافه می‏شود. نشاسته ذرت به خوبی می‏تواند خواص رئولوژی گل‏های حفاری را بر حسب شرایط مورد نیاز بهبود ببخشد و هرزروی گل در خلل و فرج سازندها در حین حفاری را کاهش دهد.
7

استفاده از نشاسته ذرت در گل حفاری
اســتفاده از نشاسته ذرت در سیال حفارى اولین بار در سال 1937 به منظور کنترل ویژگی‏های نفوذ این سیال مورد استفاده قرار گرفت. در صنعت حفاری چاه‏های نفت از نشاسته ذرت به عنوان ماده کنترل کننده نشت فاز مایع گل حفاری و نیز جهت افزایش گرانروی استفاده می‏شود.

نشاسته ذرت در آب‏های شیرینی که pH آن‏ها از 5/9 بیشتر باشد عملکرد خوبی از خود نشان می‏دهد و از آن جایی که در معرض تخمیر بسیاری از میکروارگانیسم‏ها (قارچ‏ها، باکتری‏ها) قرار دارد، در گل‏های آب نمکی و یا گل‏های با pH حدود 12 مورد استفاده قرار می‏گیرد.
8

استفاده از نشاسته ذرت در گل حفاری
نشاسته ذرت در دماهای زیاد کیفیت خود را از دست می‏دهد؛ بنابراین نمی‏توان از آن در گل‏های با دماهای بالا استفاده کرد.

نشاسته ذرت می‏تواند تا حرارت 108درجه سانتی گراد را درون چاه تحمل کند و در دمای بیشتر از این تخمیر شده و خواص خود را از دست می‏دهد. در دماهای بیش از 94درجه سانتی‏گراد به جای نشاسته ذرت از مشتقات آن استفاده می‏گردد. نشاسته ذرت در غلظت‏های kg/m3 1200-240 استفاده می‏شود.

بنابراین از مشتقات نشاسته ذرت در گل حفاری استفاده می‏شود.
9

استفاده از مشتقات نشاسته ذرت در گل حفاری
برای این‏ که بتوان از نشاسته ذرت در سیالات حفاری به عنوان یک افزودنی مناسب استفاده کرد، دانه‏های نشاسته ذرت حرارت داده می‏شوند تا آمیلوز آزاد گردد. سپس ماده حاصل، خشک شده و به عنوان محصول نهایی بسته بندی می‏شود.

نشاسته در بسیاری از موارد بدون هیچگونه اصلاحی قابل کاربرد است؛ اما مشتقات نشاسته که از طریق اصلاحات صورت گرفته بر آن به دست آمده‏اند دارای خواص متفاوتی نسبت به آن می‏باشند. مثلاً با اصلاحاتی که بر روی نشاسته صورت می‏گیرد می‏توان مقاومت آن را نسبت به تجزیه باکتریایی و همچنین حرارت بالا برد.
10

نشاسته کربوکسی متیل
نشاسته کربوکسی متیل از نشت فاز مایع گل حفاری جلوگیری کرده و مقداری هم باعث افزایش ویسکوزیته در سیالات حفاری بر پایه آبی می‏شود. این ماده دارای پایداری حرارتی بیش از 149درجه سانتی‏گراد بوده و احتیاجی به مواد ضد باکتری ندارد.

این محصول در سیالات حفاری با غلظت کلر کمتر mg/lit 20000و 2+ Ca کمتر از mg/lit 800 کارایی بهتری دارد. این ماده در هر pH به خوبی عمل کرده و با همه سیستم‏های پایه آبی سازگار است.

11

نشاسته هیدروکسی پروپیل
نشاسته هیدروکسی پروپیل اوایل برای کنترل نشت فاز مایع گل حفاری در سیستم‏های سیال حفاری داخل مخزن مورد استفاده قرار می گرفت. این ماده در ترکیب با کربنات کلسیم کیکی تشکیل می‏دهد که قابل حل در اسید است و احتیاجی به مواد ضد باکتری ندارد.
مقادیر توصیه شده برای این نمونه از نشاسته ذرت، kg/m3 480-240 می‏باشد. اگر چه در مواردی غلظت‏های بیشتری هم به منظور کاهش نشت فاز مایع گل حفاری به کار گرفته شده است. این ماده تحمل دماهایی تا 122درجه سانتی‏گراد را در شورآب‏ها داراست.
12

مالتودکسترین
این محصول تقریباً به طور گسترده‏ای در سیالات حفاری آهکی مورد استفاده قرار می‏گیرد. علت این امر آن است که میزان حلالیت کلسیم را در سیالات پایه آهکی افزایش می‏دهد. همچنین این محصول به عنوان یک عامل ضد کلوخه‏ای شدن عمل می‏کند.

غلظت مورد استفاده آن، غلظت‏های kg/m3 480-240 است. مشابه نشاسته ذرت معمولی، این ماده حرارت‏های تا 94درجه سانتی‏گراد را تحمل کرده و احتیاج به مواد ضد باکتری دارد.

13

مواد تشکیل دهنده گل حفاری بر پایه نشاسته ذرت
در ذیل مواد تشکیل دهنده کلی گل حفاری ارائه می‏شود. در حقیقت این ترکیبات ممکن است بسته به شرایط چاه و دیگر عوامل دچار تغییراتی گردد.

14

منابع
ورمه زیاری اشکان، شریفی مهدی. مقایسه و بررسی نقش پلیمرهای طبیعی، اصلاح شده و مصنوعی در گل حفاری. ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز.1392، (103) :27-33.

کاوه عماد. سیستم سیال حفاری گلایکولی. (1388). پایان نامه مربوط به اتمام دوره آموزشی گل حفاری درشرکت ملی حفاری ایران.

S. Lagarrigue, G. Alvarez , “The rheology of starch dispersions at high temperatures and high shear rates: a review” , Journal of Food Engineering, Volume 50, Issue 4, December 2001, Pages 189-202.

15