سوائل حفر الآبار النفطية (ج2) Drilling Mud Engineering

خواص سائل الحفر والأجهزة الخاصة بتحديدها:

لكي يؤدّي سائل الحفر الوظائف المطلوبة منه فإنّه يجب أن يتمتع بخواصٍ معينةٍ تمكّنه من ذلك، وهذه الخواص يحدّدها تركيب سائل الحفر بحيث أنّ هذا التركيب يختار من أجل جعل السائل يمتلك مجموعة قيمٍ محددةً تتناسب مع طبيعة الشروط التي سوف يعمل بها هذا السائل.

لقد بقي تحضير سائل الحفر بخواص معينة لفترة من الزمن عبارة عن إبداع وخبرة شخصيين دون مقاييس أو أجهزة تحدد خواص سائل الحفر. ولكن بعد التطور الكبير لتكنولوجيا سائل الحفر وظهور المخابر والأجهزة الخاصة به فقد أصبح من السهل تحديد خواص سائل الحفر بالمقاييس المحددة المطلوبة.

ولما كانت خواص سائل الحفر هي الهدف غير المباشر في دراستنا هذه ولما كانت هي الضوء الذي مشينا على نوره في إنجاز عملنا هذا فلا بد من الدراسة المفصلة لهذه الخواص وللأجهزة التي مكنتنا من التعامل المادي الرقمي مع هذه الخواص والتي هي:

1-الوزن النوعي(Specific gravity):

إنّ الضغط الهيدروستاتيكي الذي يشكّله عمود سائل الحفر في البئر يتناسب طرداً مع الوزن النوعي لسائل الحفر حسب العلاقة الآتية:

حيثُ أن:

H- طول عامود السائل.               ɤ- الوزن النوعي للسائل. 

هذا ويعرف الوزن النوعي للسائل بأنه وزن واحدة الحجم من السائل، وكواحدة قياسٍ للوزن النوعي g_f\cm³      و  kg_f /dm³ 

إنّ اختيار الوزن النوعي لسائل الحفر يجب أن يتم كتابعٍ لنوعية الطبقات المخترقة، ولضغط هذه الطبقات, فهو يختار بحيث يجعل عمود السائل يحقّق ضغطاً معاكساً لازماً وكافياً على جدران البئر كي يمنع من دخول الموائع الموجودة في الطبقة إلى البئر، ولكي يحافظ أيضاً على جدران البئر من التهدم في حال كون هذه الطبقات طريةً أو قابلةً للانسياب، وكذلك فإنّ هذا الوزن النوعي يجب أن يختار بحيث لا يكون أكبر من اللازم، لقيامه بوظيفته بالضغط على جدران البئر، لأنه في حال كونه أكبر من اللازم فإنّه يمكن أن يؤدي إلى تشقق الطبقات والى تهريبٍ جزئي وأحياناً كلّيّ للسائل في الطبقة, كما أنّ الوزن النوعي الكبير لسائل الحفر- وكما ذكرنا سابقاً - يقلل من سرعة تقّدم الدقاق ويزيد من فاقد الرشح. إنّ اختيار هذا الوزن النوعي وتحديد قيمته، يتم بعد دراسة كافة المعلومات المتوفّرة في الحقل، أي دراسة الآبار المحفورة سابقاً من حيث نوعية الطبقات، ومن حيث نوعية الموائع المتواجدة في الطبقات وكذلك من حيث الضغوط الطبقية، بحيث أنّه كلما ازداد عدد الآبار المحفورة كلّما تمكّنا من تحديد القيم المثالية للوزن النوعي. أما من أجل البئر الأوّل فيحدد الوزن النوعي لسائل الحفر على أساس الدراسات الجيولوجية والجيوفيزيائية للمنطقة التي يحفر فيها البئر الأوّل، وكذلك على أساس المعلومات المتوفرة في الحقول المجاورة والمشابهة ثم يصحح الوزن النوعي للسائل الحفر في البئر حسب الشروط التي تصادف أثناء الحفر.

إنّ سوائل الحفر ذات الأساس المائي بكافة أنواعها، لها أوزانٌ نوعيةٌ تتراوح ما بينkg_f/dm³ (وهو الوزن النوعي للماء)، وحتى kg_f/dm³ 2.2 في حالة السوائل المثقلة بواسطة إضافة المواد المثقلة كالبارايت.

أمّا سوائل الحفر ذات الأساس النفطي فيمكن أن تكون بوزن نوعي أقل من الواحد kg_f/dm³ ويمكن زيادة الوزن النوعي لها بإضافة المواد المثقلة فيما إذا دعت الحاجة لذلك.

قياس الوزن النوعي لسائل الحفر يجب أن يتم باستمرار، وذلك لمراقبة التغيرات التي يمكن أن تحدث على قيمته ارتفاعاً أو انخفاضاً فتودي بذلك إلى مشاكل كثيرةٍ.

يعتبر جهاز الباروئيد المتوفر في مخابرنا وحقولنا من أفضل المعدات المخصصة لقياس الوزن النوعي للطفلة، والباروئيد سهل الاستعمال كما أنّه لا يتأثر بتغيرات درجة الحرارة، وكذلك فأنّه صعب الكسر على الرغم من حساسيته الجيدة، مما جعله من الأجهزة المثالية للاستخدامات الحقلية.

يتألّف الباروئيد كما هو موضّح في الشكل :

- ذراع مدرجة ب رطل/غالون، رطل/قدم مكعبة، رطل/بوصة مكعبة، غرام/سم3.

وينتهي الطرف الأوّل من الذراع المدرجة بكأس ذات حجم معين توضع فيها الطفلة المراد قياس وزنها النوعي وفي الطرف الآخر للذراع المدرجة يوجد فراغ أسطواني مزوّد ببرغي إغلاق وهذا الفراغ الأسطواني يتم بواسطته معايرة الجهاز، وتتوضع على الجهاز حلقة قياسية متحركة لتحديد القياس المطلوب، وفقاعة لتثبيت الجهاز على الوضعية الأفقية أثناء وضعه على الحامل المعدّ خصيصاً لذلك، والمثبتٍ في صندوق بلاستيكي متينٍ لحماية الجهاز من الهواء المؤثر على الحركة الاهتزازية الطبيعية للجهاز الحساس أثناء إجراء القياسات المطلوبة.  أمّا طريقة القياس بواسطة جهاز الباروئيد فتتم على الشكل التالي:

1-ننزع الغطاء ونملأ الكأس إلى نهايته بالعينة المراد قياس وزنها النوعي.

2-نضع غطاء الأس ونثبته جيداً مع التأكد من أنّ جزء من الطفلة قد خرج من الثقب العلويّ للغطاء.

3-نمسح الطفلة المتبقية على الجزء الخارجي للكأس.

4-نضع الذراع مع الكأس على حاملةٍ في المكان المحدد.

5-نحرّك الحلقة القياسية على الذراع المدرجة للجهاز حتّى يتمّ التوازن.

6-بعد أن نتأكد من تمام التوازن نقرأ على الذراع، الوزن النوعي للعينة.

ولكن، قبل إجراء أيّة عملية قياس للوزن النوعي للطفلة يجب معايرة الجهاز وذلك بإجراء قياس الوزن النوعي للماء النظيف، فإذا كانت نتيجة القياس أصغر أو أكبر من 1غ/سم³ يجب معايرة الجهاز، وذلك بحذف أو إضافة قطع قصديرٍ في الفراغ الأسطواني المعد خصيصاً للمعايرة حتى يثبت الوزن النوعي للماء على الواحد 1غ/سم³.

وفي الشكل نبين جهاز الباروئيد والأجزاء المكوّنة له:

1-الكأس.

 2-الزئبقية.

 3-الحلقة القياسية.

 4-الذراع

5-قاعدة ارتكاز الجهاز

6-مسند الذراع.

7-اسطوانة المعايرة.

    الشكل يبين جهاز لقياس الوزن النوعي لسائل الحفر