نشریه مهندسی معدن

نشریه مهندسی معدن

تاثیر عوامل محیطی بر خواص کیک گل حفاری

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی نفت و زمین انرژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر ، تهران، ایران.
2 استادیار دانشکده مهندسی نفت و زمین انرژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 استادیار دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه سلطان قابوس، عمان.
4 پژوهشگر، دانشکده انرژی و علوم زمین، دانشگاه هریوت وات، بریتانیای کبیر، ایرلند شمالی
چکیده
در حفاری چاه‌ها، یکی از اهداف استفاده از سیال حفاری، تشکیل کیک گل ناتراوا و نازک است. بر اساس استانداردهای موجود، خواص کیک گل تحت شرایط استاتیکی مورد بررسی قرار می‌گیرد، اما تاثیر شرایط دینامیکی بر این خواص هنوز به طور کامل مورد توجه قرار نگرفته است. در این تحقیق، به منظور مقایسه شرایط دینامیکی و استاتیکی، آزمایش‌هایی با استفاده از حلقه جریان آزمایشگاهی انجام شد که فشار در آنها موثر نبوده و به بررسی ضخامت، حجم فیلترات خروجی در لحظات اولیه و ویژگی‌های سطحی کیک گل تحت شرایط مختلف پرداخت. متغیرهایی همچون فرمولاسیون سیال، زاویه چاه، دمای سیال و سرعت چرخش رشته حفاری در این مطالعه بررسی شدند. نتایج نشان می‌دهند که چرخش رشته حفاری و دمای سیال تاثیر مثبتی بر افزایش ضخامت کیک گل دارند. تصاویر میکروسکوپ الکترونیکی SEM نشان می‌دهند که بافت پلیمری تشکیل شده در شرایط دینامیکی بسیار متفاوت از حالت استاتیکی است، هرچند تفاوت‌های قابل توجهی در سیالات بنتونایتی مشاهده نمی‌شود. افزایش دما منجر به افزایش ضخامت کیک گل و کاهش گرانروی سیال‌ها می‌شود. چرخش رشته حفاری در حالت دینامیکی باعث کاهش خلل و فرج سطح کیک گل و افزایش ضخامت آن می‌گردد، به‌طوری‌که سطح کیک گل‌های دینامیکی بسیار منظم‌تر و ساختاریافته‌تر از کیک گل‌های استاتیکی است. استفاده از مواد پلیمری کنترل‌کننده خواص فیلتراسیون به جای بنتونایت، باعث کاهش ضخامت کیک گل می‌شود، در حالی که افزودن این مواد به گل بنتونایتی موجب افزایش ضخامت کیک گل در هر دو حالت استاتیکی و دینامیکی خواهد شد. همچنین، سیال بنتونایتی مخلوط با کربوکسی متیل سلولز کمترین حجم فیلترات خروجی و کمترین آسیب به سازند را نشان داد. تاثیر منفی نمک‌ها بر عملکرد پلیمرهای کنترل‌کننده خواص فیلتراسیون و تخریب آن‌ها در ته‌نشینی مواد وزن‌افزا و پل‌زننده به وضوح مشاهده شد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

The effect of environmental factors on drilling mud cake properties

نویسندگان English

Babak Fallah 1
Hassan Mahdi Mousavi 1
Mohsen Dehvedar 2
Alireza Kazemi 3
Jalal Fahimpor 4
1 M.Sc. student, Department of Petroleum and Geoenergy Engineering, Amirkabir University of technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of Petroleum and Geoenergy Engineering, Amirkabir University of technology, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Petroleum and chemical engineering, College of engineering, Sultan Qaboos University, Muscat, Oman
4 Research Fellow, School of Energy, Geoscience, Infrastructure and Society, Institute for GeoEnergy Engineering. Heriot-Watt, United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland
چکیده English

In well drilling, one of the objectives of using drilling fluid is to form a thin, impermeable mud cake. According to existing standards, the properties of the mud cake are examined under static conditions, but the effects of dynamic conditions on these properties have not yet been fully addressed. In this study, laboratory flow loop experiments were conducted to compare dynamic and static conditions. Pressure was not a factor in these tests, which focused on measuring thickness, initial filtrate volume, and surface characteristics of the mud cake under different conditions. Variables such as fluid formulation, well angle, fluid temperature, and drill string rotation speed were investigated. The results indicate that drill string rotation and fluid temperature positively affect the increase in mud cake thickness. SEM (scanning electron microscope) images show that the polymer texture formed under dynamic conditions is significantly different from static conditions, although no notable differences were observed in bentonite-based fluids. An increase in temperature leads to greater mud cake thickness and lower fluid viscosity. Drill string rotation under dynamic conditions reduces pore spaces on the mud cake surface and increases its thickness, making the dynamic mud cake more structured and uniform compared to static mud cakes. The use of polymer-based filtration control agents instead of bentonite reduces mud cake thickness, whereas adding such agents to bentonite mud increases thickness under both static and dynamic conditions. Furthermore, bentonite fluid mixed with carboxymethyl cellulose exhibited the lowest filtrate volume and caused the least damage to the formation. The negative impact of salts on filtration control polymers was evident, leading to polymer degradation and sedimentation of weighting and bridging agents.

کلیدواژه‌ها English

Mud cake
SEM
Flow Loop
Static and Dynamic Condition
Drilling parameters
Caenn, R., Darley, H. C., & Gray, G. R. (2011). Composition and properties of drilling and completion fluids. Gulf professional publishing.
##Williams, M. (1940). Radial filtration of drilling muds. Transactions of the AIME136(01), 57-70.
##Prokop, C. L. (1952). Radial filtration of drilling mud. Journal of Petroleum Technology4(01), 5-10.
##Ferguson, C. K., & Klotz, J. A. (1954). Filtration from mud during drilling. Journal of Petroleum Technology6(02), 30-43.
##Stamatakis, K., & Tien, C. (1993). A simple model of cross‐flow filtration based on particle adhesion. AIChE journal39(8), 1292-1302.
##Liu, M., & Guo, T. (2001). Preparation and swelling properties of crosslinked sodium polyacrylate. Journal of Applied Polymer Science82(6), 1515-1520.
##Salarieh, M., & Kharat, R. (2000). Effect of drispac polymer on the rheological behaviour of drilling mud.
##VAKILI, M. H., & ZARASVANDNIA, S. (2016). The Study of the Biopolymer-Surfactant Mixture Effect on Performance of Water Based Drilling Mud.
##Yousefirad, S., Azad, E., Dehvedar, M., & Moarefvand, P. (2019). The effect of lost circulation materials on differential sticking probability: Experimental study of prehydrated bentonite muds and Lignosulfonate muds. Journal of Petroleum Science and Engineering178, 736-750.
##Outmans, H. D. (1963). Mechanics of static and dynamic filtration in the borehole. Society of Petroleum Engineers Journal3(03), 236-244.
##Ershaghi, I. (1980, January). Modeling of Filter Cake Buildup Under Dynamic-Static Conditions. In SPE California Regional Meeting. Society of Petroleum Engineers.
##Civan, F. (2007). Chapter 18-Drilling mud filtrate and solids invasion and mudcake formation, Reservoir Formation Damage.
##Farshbaf Zinati, F., Farajzadeh, R., & Zitha, P. L. J. (2007, January). Modeling and ct scan study of the effect of core heterogeneity on foam flow for acid diversion. In European Formation Damage Conference. Society of Petroleum Engineers.
##Kabir, M. A., & Gamwo, I. K. (2011). Filter cake formation on the vertical well at high temperature and high pressure: computational fluid dynamics modeling and simulations. Journal of Petroleum and Gas Engineering7(2), 146-164.##

  • تاریخ دریافت 23 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 24 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 30 تیر 1404