مهندسي شيمي ايران دوره 43، شماره

بررسي ويژگيهای گل حفاری اصلاح شده
با نانوکامپوزيت باريت/ پلي اکريل آميد

صمد صباغي*+
شيراز، دانشگاه شيراز، دانشکده فناوريهاي نوين، بخش نانو مهندسي شيمي

پوريا رودباري
شيراز، دانشگاه شيراز، پرديس بينالمللي، بخش نانومهندسي شيمي

مهران صادق الوعد
شيراز ،دانشگاه شيراز، دانشکده فناوريهاي نوين، بخش نانو مهندسي شيمي

چكيده:باتوجه به اينکه گل حفاري در کيفيت چاه حفر شده و همچنين بازدهي عمليات حفاري تأثير گذار است ،بنابراين نقش بهسزايي در عمليات حفاري بازي ميکند .بنابراين در اين پژوهش، تأثير افزودنيهاي پلي اکريل آميد و نانوکامپوزيت باريت/ پلي آکريل آميد بر روي ويژگيهاي گل حفاري مورد ارزيابي قرار گرفت.
نانو کامپوزيت با روش پليمريزاسيون محلول توليد شد. نانوکامپوزيت توليدي به گل حفاري پايه آبي )053 ميلي ليتر آب به همراه 03 گرم بنتونيت( افزوده شده و ويژگيهاي گل حفاري شامل گرانروي، ميزان هرزروي سيال و ضخامت اندود گل مورد آزمايش قرار گرفت. به طور کلي، نتيجهها نشان ميدهد که افزودني نانوکامپوزيت باعث کاهش ضخامت اندود گل و هرزروي سيال و همچنين موجب افزايش گرانروي گل حفاري ميشود.

واژههاي كليدي: گل حفاري؛ نانوکامپوزيت؛ هرزروي سيال؛ ضخامت اندود گل؛ گرانروي.

KEY WORDS: Drilling mud; Nanocomposite; Fluid loss; Mud cake thickness; Viscosity.

مقدمه
مهمترين وظيفه گل حفاري حمل خردههاي حفاري به سر با پيشرفت صنعت نفت، سيالهاي حفاري از شکل ابتدايي خود چاه ميباشد، يکي از وظيفههاي اصلي ديگر اين سيال، ايجاد خارج شده و وظيفههاي بيشتر و سنگين تري پيدا کرده است. از جمله شناوري براي وسايل و تجهيزهاي درون چاه است، بدين صورت نقشهاي امروزي سيالهاي حفاري، تميز کردن کف چاه و حمل که با شناور شدن اجزا از وزن آنها کاسته شده و در نتيجه از فشار خرده سنگ هاي حفاري شده به سطح زمين، خنک کردن و وارد بر رشتههاي حفاري به مقدار چشمگيري کم ميشود. روان کاري وسايل حفاري مانند مته و لولههاي حفاري، نگهداري

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
74
از ديواره چاه و به وجود آوردن يک طبقه غير قابل نفوذ روي ديواره، کاهش چشمگيري در ميزان جذب آب توسط شيلها ميشود
جلوگيري از ورود طبقههاي تحت فشار به داخل چاه، جلوگيري از ته نشين شدن خرده سنگها و مواد افزاينده وزن گل حفاري )زماني که گل حفاري در حال سکون است( و بسياري موارد ديگر ،ميباشد] 3-1[.
براي تعيين ويژگيهاي کوپليمر پيوندي توليد شده از اصلاحهاي انجام شده از آناليز پرتو سنجي فروسرخ استفاده کردند.
آناليزهاي تجزيه و تحليل عنصري، فروسرخ، ميکروسکوپ اين پژوهشگران، پليمرهاي توليد شده را بر روي خاصيت هرزروي الکتروني پويشي و آناليز گرمايي تجزيهاي استفاده کردند. در سال سيالهاي حفاري انجام دادند. در سال 4014 ميلادي، صبوري ]2[ 4002 ميلادي، ميرزايي و )همکاران4( ]5[، عملکرد نانو ذره دوده بر روي توليد نانو کامپوزيتهاي پوسته هسته کربوکسي متيل سلولز با اندازه حدود30 نانومتر را بر روي گل حفاري مورد بررسي و استايرن به روش ميني تعليق کار کرد. کاربرد اين کامپوزيت را قرار دادند .نتيجههاي بهدست آمده از افزودن نانوذرههاي دوده در بهبود ويژگيهاي فيزيکي و رئولوژي گل حفاري مورد بررسي به گل حفاري نشان دهنده آن است که اين نانو ذرهها باعث قرار داد. همچنين تأثير خود کربوکسي متيل سلولز را کاهش يا جلوگيري از گير کردن لولههاي حفاري، کاهش به شکل توده و هم به شکل نانو ذره مورد آزمايش قرار داد .
ضخامت اندود گل، کاهش گرانروي و نقطه تسليم ميشود . درستي عمل نشسته شدن پليمر استايرن بر روي نانو ذرهها نيز در سال 4002 ميلادي، سنسوي و )همکاران3( ]6[ عملکرد نانو ذرههاي به وسيله آناليز گرمايي تجزيهاي نشان دادند. در همان سال ،سيليکا را بر روي گل حفاري پايه آبي بررسي کردند. نانو ذره فريدوني و همکاران ]10[ تأثير پلي آيونيک سلولز بر روي ويژگيهاي توليدي را بر روي گل حفاري چهار ميدان نفتي داراي شيل آتوکا رئولوژي گل حفاري را بررسي کردند. براي اين منظور آنها تأثير در خليج مکزيک ميباشند، مورد بررسي قرار دادند .نتيجههاي پلي آيونيک سلولز را هم به صورت توده و هم به صورت نانو ذره به دست آمده نشان دادند که وجود نانو ذرهها باعث بر روي هرزروي سيال و همچنين ميزان ضخامت اندود گل
)0( Bsiwal D.R. et al. )4( Yang F. et al.
)2( Mirzaei A. et al. )5( Wang F. et al.
)0( Sensoy T. et al.
73
سيالهاي حفاري به طور کلي به شکل مايع و يا بادي )پنوماتيکي( قابل دسته بندي هستند. بسته به نوع فاز مايع ، گل حفاري مايع خود به دو دسته تقسيم بندي ميشود: سيال برپايه آب و بر پايه روغن. سيالهاي پنوماتيکي شامل گاز خشک )هوا، گاز طبيعي و نيتروژن(، بخار آب، کف و گلهاي گازدار شده ، ميباشد، که از اين ميان گل حفاري پايه آبي بيشترين استفاده را دارد] 1[. پژوهشگران براي بهبود عملکرد گل حفاري، افزودنيهاي متنوعي را تا به امروز مورد بررسي و استفاده قرار دادهاند، با پيشرفت روز افزون علم و فناوري و فراگير شدن فناوري نانو در علوم و کاربردهاي عملي گوناگون، گل حفاري نيز با استفاده از افزودنيهاي نانومتري دستخوش تغيير شده است. در سال 4002 ميلادي، بسيوال و )همکاران1( ]2[ ويژگيهاي کوپليمر پيوندي کربوکسي متيل سلولز و پلي آکريل آميد را مورد مطالعه قرار دادند. توليد کوپليمر پيوندي کربوکسي متيل سلولز و پلي آکريل آميد به وسيله يون کريک و با استفاده از روش پليمريزاسيون اکسايشي صورت گرفت .که در ميدانهاي ياد شده باعث کاهش به ميزان 16 تا 42 درصد و همچنين کاهش 22 درصدي نسبت به آب دريا ميشود. در سال 4002 ميلادي، يانگ و همکاران)2( ]2[ چگونگي توليد، ويژگيها و کاربرد ويژگيها نانو ذرهها کوپليمري کربوکسي متيل سلولز با پلي آکريل آميد را بررسي کردند. آنها در ابتدا کوپليمر پيوندي کربوکسي متيل سلولز با پلي آکريل آميد را در يک محيط آبي با استفاده از يک سامانه ريدوکس به عنوان آغازگر، غلظت مونومر، دماي واکنش و مقدار pH را بر روي وزن متوسط مولکولي کوپليمر پيوندي مورد بررسي قرار دادند. براي اثبات کوپليمر پيوند زده شده نيز از آناليزهاي پرتو سنجي فروسرخ، آناليزهاي گرمايي، پراش پرتو ايکس استفاده کردند. همچنين اثر گرانروي ذاتي سامانه را هم با نمک و هم بدون نمک مورد ارزيابي قرار دادند .
در سال 4011 ميلادي، وانگ و )همکاران5( ]2[ کاربرد نانو ذرههاي اصلاح شده پلي آکريل آميد براي جدا سازي فازهاي جامد و مايع در پساب گل حفاري بررسي کردند. براي اين منظور، نانو ذرههاي اصلاح شده پلي آکريل آميد را به چهار روش پراکندگي درجا پراکندگي مستقيم، تشکيل همزمان و روش انباشتگي توليد کردند روش پراکندگي درجا را براي توليد نانو ذرههاي اصلاح شده آنيوني و کاتيوني پلي آکريل آميد به کار بردند. براي اثبات مورد بررسي قرار دادند. نانو ذرههاي پلي آيونيک سلولز را از روش آسيابهاي گلولهاي پر انرژي، از پلي آيونيک سلولز توده توليد کردند.
نانو ذرههاي توليدي که اندازهاي در حدود 100 نانومتر داشتند ،توانستند تأثير چشمگيري در ميزان کاهش هرزروي سيال و همچنين ضخامت اندود گل نسبت به پلي آيونيک سلولز توده از خود نشان دهند .ضرابي ]11[ در سال 4013 ميلادي، کاربرد کامپوزيت کلسيم کربنات و نانو ذره سيليس) 2CaCO3/SiO( بر روي ويژگيهاي گل حفاري را مورد بررسي قرار داد .نتيجهها نشان داد که کاربرد اين نانو کامپوزيت باعث بهبود همزمان گرانروي و دانسيته گل حفاري ميشود .آقااسماعيلي ]14[ در سال 4013 ميلادي، تأثير افزودن نانوذرههاي باريمسولفات را بر روي گل حفاري مورد بررسي قرار داد. به اين منظور از روش ته نشست شيميايي، نانوذرههاي باريت را با ميانگين اندازه ذرهها 40 نانومتر توليد کرد .نتيجههاي به دست آمده نشان از افزايش 366 تا 200 درصدي در گرانروي گل حفاري پايه آبي نسبت به باريمسولفات تودهاي دارند. افزايش وزن گل حفاري درصورت استفاده از نانوذرههاي باريمسولفات در مقايسه با باريم سولفات تودهاي بين 1/0 تا 445/0 درصد است. همچنين با استفاده از نانوذرههاي باريم سولفات
افزايش اندکي در ضخامت کيک گل و کاهش در هرزروي سيال ديده شده است. در سال 4012 ميلادي، عليزاده و همکاران ]12، 13[ با توليد افزودني نانوذرههاي پوسته-هسته آلومينا/ پلي اکريل آميد به عنوان افزودني، ويژگيهاي گل حفاري را بررسي کردند. نتيجهها مشخص کرد که اين ترکيب باعث افزايش گرانروي گل، کاهش هرزروي، کاهش ضخامت اندود گل
و کاهش رقيق شدگي نسبت به پليمر ميشود و در وزن مخصوص گل تأثيري ندارد. صادقالوعد و صباغي ]16، 15[ با توليد نانوکامپوزيت تيتانيوم دي اکسيد/ پلي اکريل آميد، کاربرد آن را بر روي گل حفاري پايه آبي بررسي کردند. نتيجهها نشان داد که اين ترکيب باعث بهبود ويژگيهاي گل حفاري از جمله گرانروي، هرزروي و ضخامت اندود گل ميشود. در اين مطالعهها از نانوذرههايي استفاده شده که در حفاري هاي متداول کمتر مرسوم هستند .در عمل از پودر آلومينيوم دي اکسيد و تيتانيوم دي اکسيد تا به حال کمتر استفاده شده، اما ذرههاي باريت به صورت توده ،مادهاي مرسوم به عنوان افزودني در عمليات حفاري است .
به همين دليل نانوذرههاي باريت در اين کامپوزيت توليدي مورد استفاده قرار گرفته است.

در اين پژوهش به بررسي گرانروي، هرزروي سيال و ضخامت
اندود گل حفاري اصلاح شده با نانو کامپوزيت منحصر به فرد باريت/ پلي اکريل آميد پرداخته شده است. گرانروي از ويژگيهاي اوليه و اصلي انواع سيالها است. گل حفاري بسته به محيط و نوع سطوحي که در آن حفاري صورت ميپذيرد بايد گرانروي مناسب را داشته باشند، تا بتواند کنده هاي حفاري را با خود حمل کرده و به سطح بياورد. همچنين به دليل صرفه اقتصادي بيشتر، هر چه هرزروي سيال و ضخامت کيک گل حفاري کمتر باشد ،در عمل ميزان آب کمتر و حجم گل کمتري صرف حفاري ميشود، که اين موارد موجب مقرون به صرفه تر شدن عمليات حفاري ميشود.
بنابراين ،اين سه پارامتر نقش به سزايي در انتخاب گل حفاري مناسب بازي ميکنند .افزون بر اين، از باريت به طور طبيعي در عمليات حفاري براي افزايش وزن گل حفاري استفاده ميشد .
همچنين نانوذرههاي باريت به تنهايي توسط آقااسماعيلي ]14[ مورد مطالعه قرار گرفته شده، اما در اين مقاله به بررسي نانوکامپوزيت باريت/ پلي اکريل آميد پرداخته شده که تأثير گذاري بسيار بيشتري در ويژگيهاي گوناگون گل حفاري را نشان ميدهد.
بر اين اساس همزمان تأثيرگذاري هر دو ماده که هر کدام به تنهايي در گل هاي حفاري مورد استفاده قرار ميگيرند ، مورد مطالعه قرار گرفته است.

بخش تجربي مواد
نانو ذره باريم سولفات )باريت( با اندازه متوسط 15 نانومتر ،مونومر اکريل آميد، پتاسيم پرواکسي سولفات) KPS( به عنوان آغازگر فرايند پليمريزاسيون و سورفکتانت سديم دودسيل سولفات) SDS( که از شرکت مرک آلمان تهيه شده اند. بنتونيت طبيعي که از شرکت ملي حفاري ايران تهيه شده است.

توليد نانوکامپوزيت باريت/ پلي اکريل آميد
5/0گرم نانوذرههاي باريت در 40 ميلي ليتر آب مقطر و
10 ميلي گرم SDS به وسيله نيروي برشي به دست آمده از دستگاه التراسونيک به خوبي پخش شد. اين محلول در واقع نانوسيال اوليه باريب براي انجام پليمريزاسيون را تشکيل ميداد .
سپس به طور جداگانه 10 گرم مونومرهاي آکريل آميد را در 40 ميلي ليتر آب دو بار تقطير حل کرده و به وسيله همزن مغناطيسي حدود 40 دقيقه با دور کم هم زده ميشد تا مونومرها به طور کامل در آب حل شوند. پس از آن هر دو محلول مخلوط شده و براي مدت

356

366

56

شدت

(
)
a.u.

356

366



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید