حفاری

کربوکسی متیل سلولز ابتدا در آلمان و سپس در کشورهای امریکا و سایر کشورهای غربی در دو گرید صنعتی و غذایی به صورت گسترده تولید و مورد استفاده قرار گرفت.

توضیحات:
کربوکسی متیل سلولز یک پلیمر آنیونی محلول در آب است که از سلولز ساخته شده و به عنوان یک عامل مهم بهبود دهنده کیفیت گل حفاری به دو صورت عمل می‌کند. از نوع با گرانروی بالای این ماده جهت ایجاد غلظت و از نوع با گرانروی پایین آن جهت کاهش میزان ضایعات حفاری استفاده می‌شود. از جمله دیگر کاربردهای این ماده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• جاذب و نگهدارنده آب
• عامل درزگیری چاه
• صنایع غذایی، آرایشی و بهداشتی
• صنایع رنگ و رزین
• شوینده‌ها و صابون‌ها
• سموم و آفت کش‌ها
در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات CMC آورده شده‌است.

نام ماده	کربوکسی متیل سلولز (CMC)
شکل ظاهری	سفید رنگ، بی بو، معلق در آب
فرمول شیمیایی	CH2COOH
CAS	۷-۱۱-۹۰۰۰
بسته‌بندی	بسته‌های ۲۵ کیلوگرمی
NFPA	فرمول ساختاری

صمغ طبیعی نوعی مایع حفاری شیمیایی است. مایعات حفاری برای کنترل مایع و هدررفت اب، روان کردن و خنک کردن مته حفاری، مهار شیل، انتقال جامدات، پاکسازی، انتقال برش ها به سطح، کنترل فشار تولید و برای بهبود عملکرد ابزارها استفاده می شود. این ماده، مخلوطی از ترکیبات شیمیایی سنتزی و طبیعی است. صمغ گوار، زانتان و مشتقات سلولز، پلیمرهای طبیعی هستند که در حفاری چاه نفت و گاز استفاده می شوند.

مایعات حفاری در سه دسته اصلی ، بر پایه آب، گل غیر آبی و مایعات حفاری گازی می باشند. نقش اصلی این ترکیبات جلوگیری از آسیب و محدودکردن خوردگی است.

سورفکتانت‌ها ترکیبات آلی هستند که از یک سر هیدروفوبیک (دافع آب) و یک سر هیدروفولیک (جاذب آب) تشکیل شده‌اند. بنابراین بنا بر تناسب ساختار مولکولی در حلال‌های آلی و آب حل می‌شوند و باعث کاهش کشش سطحی در فصل مشترک نفت – آب می‌شوند. در واقع سورفکتانت‌ها به دلیل دو شخصیتی بودن ساختمان مولکولی آن‌ها، می‌توانند انرژی سطحی را بین سطوح به میزان زیادی تغییر دهند. این ویژگی سبب می شود تا این ماده دارای کاربردهای فراوانی باشد. سورفاکتانت‌ها را می‌توان به چهار گروه اصلی تقسیم کرد:

• آنیونی: با یک یا چند بار منفی، کاربرد در شوینده‌ها
• کاتیونی: با یک یا چند بار مثبت، کاربرد در میکروب کش‌ها، نرم کننده‌های لباس و امولسیفایر
• امفوتر: دارای هر دو گروه کاتیونی و انیونی، کاربرد در محصولاتی مانند شامپو، پاک کننده پوست
• غیر یونی: بدون هیچ نوع بار الکتریکی، کاربرد در شوینده‌ها

در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات سورفکتانت‌ها آورده شده‌است.

نام ماده	سورفکتانت
شکل ظاهری	مایعی بی رنگ، بوی ملایم
CAS	۳-۶۷-۶۷۶۷۴
ساختار

ماده شیمیایی مفید برای جداسازی آب از امولسیون نفت خام هستند. ثبات امولسیون هیدروکربن ها در آب که در پساب پالایشگاهی موجود است، مشکل مهمی است که با جداسازی دو فاز حل می شود. این بدان معنی است که، امولسیون نفت خام توسط این مواد به دو فاز نفت و آب شکسته می شود. دیمولسیفایر به دلیل محلول بودن در آب ، استفاده می شود.

سه نوع امولسیون برای نفت خام موجود است: نفت در آب، آب در نفت و امولسیون های چندگانه. امولسیون های مختلف در زمان های مختلف با نسبت آبی متفاوت ایجاد شده است. مکانیسم عمل دی امولسیفایرها، جایگزینی بخشی از مواد فعال سطحی و کاهش قدرت غشای مشترک است.

طی فرایند گرمایش محلول نفت- آب، دی امولسیفایر اضافه می شود. نکته مهم در مقدار مصرف دی امولسیفایرها، به نوع و ویسکوزیته نفتی که قرار است جداسازی شود، بستگی دارد.

تولید نفت، حمل و نقل و پردازش آن می تواند امولسیون آب-نفت ایجاد کند. برای افزایش کیفیت نفت باید این امولسیون از بین رود. تحقیقات جدید نشان می دهد دی امولسیفایر های میکروبی می توانند جایگزین مناسبی برای مواد شیمیایی باشند.

ایران با تلاش بسیار و مطالعات گسترده توانست تا دی امولسیفایر تولید کند، ترکیبی مهم برای کیفیت مهم ترین محصول ایرانی.

تاریخچه:
هیدروکلریک اسید اولین بار توسط جابربن حیان کیمیاگر بزرگ ایرانی در فرآیند واکنش H2SO4 و NaCl شناسایی گردید.

توضیحات:
هیدروکلریک اسید یک اسید معدنی بسیار خورنده می‌باشد و از جمله مواد شیمیایی پایه با کاربردهای بسیار گسترده در صنعت است. یکی از راه‌های متداول ازدیاد برداشت از مخازن صدمه دیده نفت و گاز، تحریک چاه با تزریق اسید مناسب جهت افزایش تراوایی سنگ مخزن است. همچنین در حین عملیات استخراج ممکن است تجمع ذرات در فصل مشترک فاز آلی – آبی و تشکیل امولسیون پایدار در لایه‌های تولیدی چاه باعث کاهش برداشت گردد. در این موارد می‌توان با تحریک چاه به کمک هیدروکلریک اسید از این پدیده‌‍‌ها جلوگیری کرد. از جمله کاربردهای دیگر هیدروکلریک اسید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تمیز کاری فلزات
• مواد شوینده
• تولید ترکیبات آلی و غیر آلی
• کنترل pH و خنثی سازی
• احیاء تبادلگرهای یونی
• تهیه اتیلن دی کلراید
در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات HCl آورده شده‌است.

نام ماده	هیدروکلریک اسید
شکل ظاهری	مایعی بی رنگ، بوی تند
فرمول شیمیایی	HCl
CAS	۷-۰۱-۷۶۴۷
درصد خلوص	۳۳-۳۰
NFPA	فرمول ساختاری

لجن نفتی، امولسیون پیچیده‌ای از هیدروکربن‌های گوناگون، آب، فلزات سنگین و ذرات جامد است. منبع عامل اصلی تولید لجن، رزین، پارافین، آسفالت و هیدروکربن‌هایی با وزن مولکولی متفاوت، موجود در نفت خام هستند.

هر کدام از این عوامل بر اثر واکنش متفاوت با اسید باعث ایجاد رسوب شده و لجن ایجاد می‌کنند. جهت جلوگیری از آثار مخرب لجن‌های نفتی از عامل ضد لجن استفاده می‌شود. این عامل می تواند سورفاکتانت کاتیونی، دودسیل بنزن، سولفونیک اسید، بازدارنده خوردگی، عامل کاهش آهن و یا افزودنی‌های دیگر باشد. از جمله دیگر کاربردهای این ماده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جهت ازدیاد برداشت از منابع نفت و گاز
• به منظور انحلال مواد معدنی مانند CaCO3, MgCO3

پتاسیم کلراید نوعی نمک است که از ترکیب فلز پتاسیم و هالوژن کلر به وجود می‌آید. از جمله مواد شیمیایی معمول در صنعت حفاری چاه نفت، محلول پتاسیم کلراید است که استفاده از آن به دلایلی همچون قیمت پایین و دسترسی راحت، سازگاری با مواد افزودنی مایعات حفاری، تثبیت شل و خاک رس حساس به آب
و انحلال سریع استفاده از آن بسیار رایج است. از جمله دیگر کاربردهای پتاسیم کلراید می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• صنایع کشاورزی
• صنایع شوینده‌ها
• رنگ‌های شیمیایی
• صنایع داروسازی
• صنایع شیشه
• صنعت سرامیک و کاشی
• صنایع غذایی

در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات KCl آورده شده‌است.

 

 

نام ماده	پتاسیم کلراید
شکل ظاهری	جامد کریستالی سفید رنگ
فرمول شیمیایی	KCl
CAS	۷-۴۰-۷۴۴۷
بسته‌بندی	بسته‌های ۲۵ کیلوگرمی
NFPA

فرآیند انعقاد در صنعت تصفیه پساب‌ها جایگاه ویژه‌ای دارد. مکانیزم عملکرد منعقد کننده‌های قدیمی بر اساس ناپایدارسازی است که از طریق فشردگی لایه مضاعف الکتریکی در اطراف ذره کلوئیدی انجام می‌شود. سولفات آلومینیوم و کلرید فریک رایج ترین منعقد کننده اولیه برای حذف ناخالصی‌ها و آلودگی‌های آب هستند.

در سال‌های اخیر، پلی آلومینیوم کلرید، به صورت گسترده جایگزین منعقد کننده‌های پیشین شده‌است. پلی آلومینیوم کلراید عملیات ناپایدار سازی را از طریق جذب در سطح ذره کلوئیدی و ایجاد پل‌های اتصال ذره-پلیمر-ذره انجام می‌دهد. این مکانیزم موجب افزایش سرعت ناپایدار سازی ذره‌ای و در نتیجه رشد سریع ذرات و بهبود جداسازی می‌شود. از جمله دیگر کاربردهای این ماده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تصفیه آب آشامیدنی
• تصفیه پساب‌های صنعتی
• تصفیه فاضلاب‌های شهری
• تصفیه پساب‌های کشاورزی
• استفاده در صنایع کاغذ سازی
• استفاده در صنایع نساجی، چرم و پوست

در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات PAC آورده شده‌است.

نام ماده	پلی آلومینیوم کلراید (PAC)
شکل ظاهری	پودر زرد کم رنگ
فرمول شیمیایی	Al2(OH)nCl6
CAS	۹-۴۱-۱۳۲۷
درصد خلوص	%۳۰
NFPA

صمغ زانتان یک بیوپلیمر است که در سال ۱۹۵۰ در بخش توسعه و تحقیقات کاربردی وزارت کشاورزی ایالات متحده کشف شد.

توضیحات:
صمغ زانتان (Xanthan Gum) اولین و مهم‌ترین هتروپلی ساکارید باکتریایی است. به دلیل وجود گروه‌های استیل و پیرویل، صمغ زانتان به عنوان یک پلی ساکارید یونی شناخته می‌شود. به منظور ساخت صمغ زانتان در مقیاس تجاری، باکتری «زانتوموناس کمپستیس» به محلول مایع حاوی مواد گیاهی مانند ذرت، سویا یا گندم افزوده می‌شود، تخمیر به طور طبیعی رخ می‌دهد و باکتری‌ها به عنوان یک محصول جانبی صمغ زانتان را تولید می‌کنند.

مقاومت دمایی این صمغ سبب شده است تا یک جایگزین قابل اعتماد و از جمله عامل‌های کنترل محرک باشد. این صمغ یک افزودنی گل حفاری است که نسبت به دیگر افزودنی‌ها کارایی بالاتری داشته و دوستدار محیط زیست است. کاربرد اصلی صمغ زانتان به عنوان غلیظ کننده و افزایش دهنده گرانروی است. از جمله دیگر کاربردهای این ماده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• به کارگیری به عنوان ویسکوزفایر به دلیل خواص رئولوژیکی ویژه
• صنایع بهداشتی و آرایشی
• صنایع داروسازی
• کشاورزی
• راه سازی و معدن
در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات صمغ زانتان آورده شده‌است.

نام ماده	صمغ زانتان
شکل ظاهری	سفید تا کرم رنگ، بدون بو
فرمول شیمیایی	(C6H11NO6)n
CAS	۲-۶۶-۱۱۱۳۸
NFPA	فرمول ساختاری

تاریخچه:

کاشت گیاه گوار برای اولین بار در هندوستان آغاز گردید و سپس مقاومت بالای این گیاه در شرایط سخت جوی، باعث شد از سال ۱۹۰۳ حجم وسیعی از زمین‌های تگزاس و اوکلاهاما جهت بهره برداری تجاری، زیر کشت این گیاه برود.

توضیحات:

پودر صمغ گوار (Guar Gum) یک پلی ساکارید آب دوست و پایدار در برابر حرارت است. برای افزایش میزان تولید نفت و گاز، در حفاری چاه نفت به صورت گسترده از صمغ گوار استفاده می‌شود. صمغ گوار سبب می‌شود تا کلویید بهتری در گل حفاری چاه ایجاد شود. در نتیجه هدر رفت آب کاهش می‌یابد و گرانروی محلول گل تنظیم شده و خواص جریان گل حفاری تثبیت و تنظیم می‌گردد. همچنین از صمغ گوار در فرایند شکست هیدرولیکی در تولید نفت خام و در درزگیری چاه نفت، استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای دیگر صمغ گوار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

صنایع غذایی
صنایع دارویی
به عنوان عامل تعلیق
افزایش تعادل و گرانروی گل حفاری

در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات صمغ گوار آورده شده‌است.

نام ماده	صمغ گوار
شکل ظاهری	پودر جامد سفید مایل به زرد
فرمول شیمیایی	(C6H12O6)n
CAS	۲-۶۶-۱۱۱۳۸
NFPA	فرمول ساختاری

بازدارنده‌های خوردگی، با وظیفه جلوگیری از آسیب رسیدن به مواد و تجهیزات، لایه نازکی از غشا محافظ باریک بر سطح مواد ایجاد می‌کنند. خطوط لوله نفت و گاز به طور گسترده از فولاد کربن ساخته شده است. فولاد کربن در نزدیکی آب، نفت خام یا گاز طبیعی ایجاد شده از منابع زیرزمینی، دچار خوردگی می شود.

تحقیقات در زمینه خوردگی در ابتدا فقط بر فاز آبی متمرکز بود اما تحقیقات جدید در زمینه اثربخشی بازدارنده های خوردگی در فاز نفت خام متمرکز است. هر چند بازدارنده‌های خوردگی از لحاظ ماهیت مواد تشکیل دهنده به دو گروه ترکیبات آلی و غیر آلی تقسیم‌بندی می‌شوند، اما دسته‌ بندی‌های دیگری نیز برای این مواد پیشنهاد شده‌است. برای مثال بر اساس مکانیزم عملکرد، بازدارنده‌های خوردگی به سه دسته کاتدی، آندی و مخلوط کاتدی – آندی طبقه بندی می‌شوند.

بر اساس سیستم مورد استفاده بازدارنده‌های خوردگی به سه دسته، محلول در آب، محلول در نفت و بازدارنده‌های خوردگی سه فازی تقسیم بندی نمود. مهم‌ترین عامل بر کارایی یازدارنده‌های خوردگی pH محیط است. ثابت نگه داشتن pH در سیستم‌های مختلف گازی با استفاده از گلایکول مکانیزمی است که در ایران به منظور جلوگیری از خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هیدروژن سولفید گاز بسیار سمی است که از تجزیه مواد آلی و محصول، ناخواسته در فرآیند تولید می‌گردد. گاز H2S علاوه بر ایجاد خوردگی شدید در تجهیزات فرایند، بسیار سمی است و مسمومیت‌های جدی برای انسان و حیوانات ایجاد می‌کند. فرآیند از بین بردن گاز H2S که شیرین سازی گاز مهم‌ترین آن‌ها است می‌تواند به دو صورت تشکیل سولفید آهن یا فیلم شیمیایی انجام شود. مواد شیمیایی با پایه آمینH2S زدا، معمول در صنعت نفت هستند که به دو گروه زیر تقسیم می‌شوند:

H2S زدا احیا کننده: مونو اتانول آمین، دی اتانول آمین، n- متیل دی اتانول آمین، دی ایزو پروپیل آمین و دی گلیکول آمین
H2S زدا غیر احیا کننده: تریازین، آلدئیدها، کربوکسیلات فلزی و کلات‌ها

بازده و انتخاب روش در یک فرآیند حذف H2S، تابعی از میزان گاز اولیه موجود در سیستم اولیه است. زمانی که سطح H2S کمتر از ppm 500 باشد استفاده از جاذب، اقتصادی ترین انتخاب است و در سطح بالاتر از
ppm 500 باید از راه‌های دیگر استفاده نمود.

در جدول ذیل مهم‌ترین مشخصات جاذب H2S آورده شده‌است.

نام ماده	سولفید هیدروژن زدا (HSC 1170)
شکل ظاهری	مایع بی‌رنگ تا زرد رنگ
بسته‌بندی	بشکه‌های به حجم ۵۵ گالون
NFPA

یکی از روش‌های حفاری که امروزه در کشور اولویت ویژه‌ای نسبت به دیگر روش‌ها پیدا کرده است استفاده
از فوم می‌باشد. علت عمده انتخاب این نوع سیال به دلیل مزایایی از قبیل افزایش سرعت حفاری، کاهش هزینه‌های نهایی و به حداقل رسیدن هدر رفتن گل حفاری در مقایسه با سایر سیالات است. به طور کلی دو نوع کف در حفاری با فوم وجود دارد:
• کف پایدار یا فوم پایه آبی
• کف فشرده

در کف پایدار، فاز مایع می‌تواند شامل سورفکتانت، نمک‌ها و یا بازدارنده‌ خوردگی باشد که هیچ یک از این مواد اثر عمده‌ای روی گرانروی فاز مایع ندارد. اما در کف فشرده، فاز مایع علاوه بر مواد ذکر شده شامل پلیمرها مانند ویسکوزیفایرها نیز می‌باشد. عوامل فوم ساز که به مایعات حفاری اضافه می‌شوند، در ابتدا، باید پایداری مناسبی در برابر جامدات و مایعات سخت، شوری بالا و دما را داشته باشد. از جمله دیگر کاربردهای این ماده می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انتقال مایع برای گاز تغلیظ شده
• پایداری چاه‌های نفت و گاز
• افزودنی‌های مورد استفاده جهت درمان خواص اسیدی