بررسی عملکرد (آزمایشگاهی-سرچاهی) فناوری نانو سیالات حفاری در شرایط یکی از چاه های میدان هدف:

شرح:

هزینه یک سیستم سیال حفاری بخش عمده ای از هزینه حفر یک چاه جدید را تشکیل می دهد و به همین دلیل استفاده از سیالات مفیدتر و بهبود یافته بخش مهمی از مطالعات محققان را تشکیل می دهد. سیال حفاری باید توانائی مناسبی در خنک کردن مته حفاری، روانسازی لوله های گردان حفاری،‌ پاکسازی مناسب چاه و غیره داشته باشد. در غیر اینصورت مشکلاتی از قبیل هرزروی، ‌آسیب سازند، چسبندگی لوله ها، نیروهای دراگ و تنش بالا پدید می آید. این مشکلات بخصوص در چاه هایی با دما و فشار بالا بیشتر دیده شده است.

بنابراین دستیابی به سیالی که مقاومت بالایی در شرایط دما و فشار بالا نشان می دهد در این حیطه بسیار مهم است. اصولا ویسکوزیته، دانسیته سیال حفاری فاکتورهای کلیدی هستند که رفتار سیال را کنترل می کنند. در این میان استفاده از علم نانو در بهبود خواص سیال حفاری به سبب بازده بالا، پایداری زیاد و روش های متنوع اعمال روی چاه، یکی از مهمترین جنبه های مورد بررسی توسط محققین می باشد.

در این طرح سعی بر آن بوده است که با استفاده از نانوافزایه های مختلف و تغییر ترکیب، اندازه و توزیع آن ها، بتوان به شرایط بهینه‌ای جهت بکارگیری نانوسیالات در شرایط یکی از چاه های کشور دست یافت.

اهداف

• بررسی کاربرد نانوذرات مختلف در سیالات حفاری پایه آبی
• بهبود خواصی رئولوژیکی و انتقال توان هیدرولیکی سیالات با استفاده از نانوافزودنی‌ها
• رفع مشکلات خورندگی، خاصیت روان‌کاری و هرزروی سیال حفاری
• استفاده از تکنولوژی‌های روزحفاری برای بالابردن عمر چاه و افزایش سرعت حفاری
• ارتقاء سطح کیفی، تولید دانش فنی و توسعه تکنولوژی‌های نوین
• جلوگیری از تقابل سنگ و سیال و مهاجرت ذرات ریز و هجوم ذرات جامد
• دستیابی به دانش فنی و حرکت به سمت بومی سازی تولید نانوافزایه ها

اثر بخشی و دستاوردها

• افزایش استحصال و دستیابی بهینه به منابع هیدروکربونی مخازن کشور
• استفاده در تهیه، ساخت و انتخاب افزایه‌های سیالات حفاری
• پاکسازی سریع و کامل فضای حلقوی، افزایش سرعت حفاری

• تقلیل صدمات وارده به مخزن و محیط زیست
• به روزرسانی دانش و اطلاعات مورد نیاز عملیاتی، فنی و تحقیقاتی مرتبط با فناوری های نوین سیالات حفاری
• دستیابی به دانش فنی و حرکت به سمت بومی سازی تولید افزایه ها
• کسب اطلاعات فنی- مهندسی جهت افزایش مقیاس ساخت افزایه ها

 رفع تنگناها و مشکلات صنعت

• آماده شدن بسترها و زیر ساختهای لازم در ساخت نانو افزایه های
• دسترسی آسان به فرمولاسیون نانو سیالات در شرایط واقعی مخزن

مشخصات ویژه

• کاهش 40% مجموع هزینه سیالات وعملیات حفاری
• کاهش 40% مشکلات هرزروی و آسیب مخزن ناشی از حفاری
• افزایش 30% انتقال حرارت سیالات حفاری
• صرف جویی 2 میلیار تومان در کل عملیات حفاری

مقایسه شاخص عملکرد

مقایسه شاخص عملکرد نانو افزایه های منتخب و پیشنهادی در سیستم های مختلف سیالات حفاری:

بررسی عملکرد فناوری نانوسیالات حفاری در شرایط یکی از چاه های میدان دی شرکت نفت مناطق مرکزی

شرح:

هزینه یک سیستم سیال حفاری بخش عمده ای از هزینه حفر یک چاه جدید را تشکیل می دهد و به همین دلیل استفاده از سیالات مفیدتر و بهبود یافته بخش مهمی از مطالعات محققان را تشکیل می دهد. سیال حفاری باید توانائی مناسبی در خنک کردن مته حفاری، روانسازی لوله‌های گردان حفاری،‌ پاکسازی مناسب چاه و غیره داشته باشد. در غیر اینصورت مشکلاتی از قبیل هرزروی، ‌آسیب سازند، چسبندگی لوله ها، نیروهای دراگ و تنش بالا پدید می آید. این مشکلات بخصوص در چاه هایی با دما و فشار بالا بیشتر دیده شده است. بنابراین دستیابی به سیالی که مقاومت بالایی در شرایط دما و فشار بالا نشان می دهد در این حیطه بسیار مهم است. اصولا ویسکوزیته، دانسیته سیال حفاری فاکتورهای کلیدی هستند که رفتار سیال را کنترل می کنند. در این میان استفاده از علم نانو در بهبود خواص سیال حفاری به سبب بازده بالا، پایداری زیاد و روش های متنوع اعمال روی چاه، یکی از مهمترین جنبه های مورد بررسی توسط محققین می باشد. در این طرح سعی بر آن بوده است که با استفاده از نانوافزایه های مختلف و تغییر ترکیب، اندازه و توزیع آن.

اهداف

• بررسی کاربرد نانوذرات مختلف در سیالات حفاری پایه آبی
• بهبود خواصی رئولوژیکی و انتقال توان هیدرولیکی سیالات با استفاده از نانوافزودنی‌ها
• رفع مشکلات خورندگی، خاصیت روان‌کاری و هرزروی سیال حفاری
• استفاده از تکنولوژی‌های روزحفاری برای بالابردن عمر چاه و افزایش سرعت حفاری
• ارتقاء سطح کیفی، تولید دانش فنی و توسعه تکنولوژی‌های نوین
• جلوگیری از تقابل سنگ و سیال و مهاجرت ذرات ریز و هجوم ذرات جامد
• دستیابی به دانش فنی و حرکت به سمت بومی سازی تولید نانوافزایه ها
• طراحی و تهیه گل حفاری در شرایط یکی از چاه‌های میدان دی زاگرس جنوبی

کاربردها

• صنعت حفاری، تهیه سیالات نسل نوین حفاری

دستاوردها و اثربخشی در صنعت

• برداشتن گام‌های بلند بسمت اقتصاد مقاومتی با رویکرد اقتصادی و افزایش سهم خدمات دانش‌بنیان
• افزایش استحصال و دستیابی بهینه به منابع هیدروکربونی مخازن کشور
• استفاده در تهیه، ساخت و انتخاب افزایه‌های سیالات حفاری
• استفاده از نتایج پژوهش در آزمایشگاه‌ها و احتمالا در ساخت ادوات حفاری
• پاکسازی سریع و کامل فضای حلقوی، افزایش سرعت حفاری
• تقلیل صدمات وارده به مخزن و محیط زیست
• به روزرسانی دانش و اطلاعات مورد نیاز عملیاتی، فنی و تحقیقاتی مرتبط با فناوری های نوین سیالات حفاری
• دستیابی به دانش فنی و حرکت به سمت بومی سازی تولید افزایه ها

محصول ویژه

نانوسیال حفاری بهبودیافته   N-EDF

پروژه مطالعات پژوهشی و فناورانه به منظور بهینه سازی فرآیندهای تولید و افزایش برداشت در میدان  نفتی اهواز

معرفی میدان نفتی اهواز

میدان نفتی اهواز به صورت یک تاقدیس سینوسی ملایم و تقریباً متقارن با امتداد شمال غرب، جنوب شرق در زیر قسمتی از شهر اهواز در ناحیه دزفول شمالی واقع شده است. میدان نفتی اهواز دارای دو مخزن اصلی آسماری و بنگستان است.

میدان نفتی اهواز یکی از بزرگ‌ترین میادین نفتی کشور است که تولید آن از دهه 50 شمسی آغاز شد و گرچه تولید آن به دلایل مختلف طی این چهار دهه با افت و خیز همراه ‌بوده و هم اکنون نیز با مشکلات تولیدی مواجه شده ‌است، اما همواره از مهم‌ترین میادین شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب به شمار می‌رفته است.

این پروژه در راستای انجام مطالعات پژوهشی و فناورانه، جهت ارائه راهکار برای رفع چالش‌های میدان نفتی اهواز و بهینه سازی فرآیند‌های تولید و افزایش برداشت از دو مخزن این میدان تعریف شده است؛ و طی قراردادی به مدت 10 سال فی‌مابین پژوهشگاه صنعت نفت و شرکت ملی نفت ایران به پژوهشگاه صنعت نفت ابلاغ شده است.

بسته

• شناخت میدان، تبدیل چالش‌های میدان به موضوعات قابل تحقیق و غربالگری کلیه روش‌های ازدیاد برداشت
• به روز رسانی مدل شبیه‌سازی مخزن و شبیه‌سازی عددی/ تحلیلی نتایج غربالگری
• ارائه راهکار‌های فناورانه جهت رفع چالش‌های میدان و اجرای پایلوت آزمایشگاهی روش‌های مختلف ازدیاد برداشت و بهبود تولید
• اصلاح مدل شبیه‌سازی مخزن بر مبنای نتایج حاصله از فاز سوم
• طراحی و اجرای پایلوت میدانی و پایش نتایج

شرکت‌های همکار

پژوهشگاه صنعت نفت با همکاری مشاوران داخلی و خارجی خود، مطالعه بر روی میدان نفتی اهواز را به صورت همه جانبه آغاز کرده است. مشاور خارجی پژوهشگاه صنعت نفت، دانشگاه دلف هلند (DelftUnivesrityofTechnology) است.

تدوین دانش فنی، ساخت و بررسی عملکرد نانوافزایه های روانکننده و کاهنده اصطکاک رشته های عملیات حفاری و تولید نیمه صنعتی و ارزیابی آنها در شرایط میدانی

روان‌سازی و خنک کردن مته حفاری از جمله وظایف گل حفاری می‌باشد. میزان روان‌کنندگی تولید شده توسط سیالات حفاری به نوع، کیفیت ذرات جامد و وزن و ترکیب شیمیایی سیستم بستگی دارد. به دلیل مسائل زیست‌محیطی بیشتر تمایل به استفاده از گل‌های پایه آبی وجود دارد، اما گل‌های پایه آبی برخلاف گل‌های پایه روغنی، بصورت ذاتی از خاصیت روان‌کنندگی برخوردار نیستند. بنابراین، بایستی این خاصیت گل حفاری را به کمک افزودنی‌های جدید بهبود داد. در این طرح، سعی بر آن بوده است که با استفاده از نانوافزایه‌های روان‌کننده و کاهنده اصطکاک، بتوان نوعی از نانوسیالات حفاری پایه‌آبی با خصوصیت روانسازی بالا طراحی و در شرایط میدانی بکارگیری کرد.

اهداف

• دستیابی به دانش فنی ساخت و تهیه نانوافزایه‌های هدف
• طراحی نانوسیالات حفاری پایه آبی با خصوصیت روانسازی بالا
• دستیابی به شرایط بهینه نانوافزایه های هدف در انواع سیالات حفاری با توجه به خصوصیات منطقه
• جلوگیری از هزینه‌های اضافی تحمیلی از اصطکاک و فرسایش قطعات حفاری

آماده شدن بسترها و زیرساخت‌های لازم در ساخت سایر نانوافزایه‌های مورد مصرف در سیالات حفاری

کاربردها

• صنعت حفاری، تهیه سیالات نسل نوین حفاری

صنعت روانسازی، تهیه نانوافزایه های روانساز با کارایی بالا

دستاوردها و اثربخشی در صنعت

1. بومی سازی:

• تهیه نانو سیالات بومی متناسب با شرایط منطقه
• دستیابی به دانش فنی و حرکت به سمت بومی سازی تولید نانوافزایه های روانساز با کارایی بالا
• کسب اطلاعات فنی- مهندسی جهت افزایش مقیاس و تولید نیمه صنعتی نانوافزایه های هدف
• تهیه دستورالعمل های کاملا بومی برای کنترل کیفی نانوسیالات و افزایه های مرتبط (ارزیابی و سازگاری)

2. رفع تنگناها و مشکلات صنعت:

• رفع مشکلات مرتبط با اصطکاک رشته‌های عملیات حفاری
• رفع مشکلات مرتبط با محیط زیست به علت استفاده از سیالات پایه روغنی
• پاکسازی سریع و کامل فضای حلقوی، افزایش سرعت حفاری
• تقلیل صدمات وارده به مخزن و ادوات حفاری

3. تجاری سازی:

• آماده شدن بسترها و زیر ساخت‌های لازم در ساخت نانو افزایه‌های روانساز
• دسترسی آسان به فرمولاسیون نانوسیالات در شرایط واقعی مخزن
• توانایی ساخت پایلوت به منظور سنتز نانوذرات هدف در مقیاس نیمه صنعتی و صنعتی

4. ایجاد و انتقال دانش:

• کسب دانش و تجربه لازم در سنتز و بکارگیری نانوافزایه‌های هدف
• زمینه سازی واگذاری دانش فنی فناوری های نوین مرتبط با روانسازی و کاهش اصطکاک رشته‌های عملیات حفاری به صنعت

5. توجیه اقتصادی :

• انتخاب نوع نانوسیال مناسب (با قیمت حداقل و عملکرد بالا) با استفاده از طراحی، شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی سازگار با تمام شرایط عملیاتی
• تقلیل هزینه های مرتبط با سیالات حفاری به علت استفاده از نانوسیالات با روانسازی بالا و حذف سیالات پایه روغنی
• بکارگیری شرکت های داخلی با تجارب و ارتباطات بین المللی قوی
• صرفه جویی قابل توجه در خروج ارز از کشور

محصول ویژه

نانوسیال حفاری با روانسازی بالا NTL-EDF

حذف رسوبات و فوم میدان سراجه جهت تضمین جریان گاز

با توجه به بررسی مشخصات سیالات گرفته شده از چاهها و مبادی میدانی و در ارزیابیهای انجام شده، مواد شیمیایی در تست میدانی مورد بررسی قرار گرفته که نتیجه مطلوب بدست آمد. همچنین میزان مصرف مواد شیمیایی پیشنهادی نیز برای استفاده میدانی مشخص شده و به کارفرما گزارش گردید.

دستاورد (میزان اثر‌بخشی)

باتوجه به نوع، غلظت و ماهیت ترکیبات موجود در نمونه های گرفته شده از میدان، و با در نظر گرفتن پدیده رسوبات نیمه جامد در میدان، جهت عملیات رسوب زادیی، مواد شیمیایی در نظر گرفته شده ویژگیهای زیر را دارا میباشند:

• از لحاظ اقتصادی مواد شیمیایی مقرون به صرفه می باشد.
• از منابع داخلی تهیه گردیده است و دسترسی و حمل نقل آن به تأسیسات سر چاهی آسان میباشد.
• دارای بهترین قابلیت سیالیت بخشی به رسوب ایجاد شده در تأسیسات سطح الارضی میباشد.
• تا حد ممکن مواد شیمیایی پیشنهادی در دماهای پائین دارای عملکرد مناسب میباشند.
• مواد شیمیایی پیشنهادی دارای بیشترین سنخیت بین ماهیت آن ماده و مواد راسب شده در تجهیزات بهره برداری میباشند.
• مواد شیمیایی پیشنهادی با کمترین درصد اختلاط با سیال تولیدی بیشترین کارآیی را دارا میباشد.
• با بکارگیری این پیشنهاد تضمین جریان تولیدی گاز از مخزن استراتژیکی ذخیره سازی سراجه قم عملی گردید.

طراحی نوین دوغاب

هدف

طراحی دوغاب سیمان سنگین با خاصیت الاستیک جهت استفاده در لایه های پرفشار و لایه های نمکی

دستاورد

• جلوگیری از تخریب پوشش سیمانی و در شرایط حادتر مچالگی رشته جداری و نیز بالا بردن دوام سیمان در ایجاد اتصال بین لایه ها
• تبدیل بارهای نقطه ای ناشی از خزش لایه ها به بارهای غیر یکنواخت در طول غلاف سیمانی و قبول تغییر
  شکل های برگشت پذیر
• افزایش الاستیسیته، مقاومت کششی و خمشی ترکیبات دوغاب های سیمانی، در طیف های مختلف وزنی
• افزایش انبساط حجمی سنگ سیمان بمنظور جلوگیری از نشت آب نمک در کفشک لوله های جداری
• قابلیت مشبک کاری فوق العاده

تکنولوژی

جهت جلوگیری از تخریب مکانیکی غلاف سیمانی، مشخص گردیده که سیمان های با مقادیر بالای نسبت استحکام کششی به مدول یانگ و مقادیر پایین مدول یانگ در مقایسه با سنگ، بهترین سیمان ها در زمینه دوام مکانیکی می باشند. مقادیر یاد شده توابعی از شرایط ویژه ته چاهی مانند هندسه چاه، خصوصیات لوله های جداری، خواص مکانیکی سنگ و تاریخچه بارگذاری می باشند. تخریب مکانیکی در نوار سیمان به سبب افزایش قابل توجه در فشار چاه (ناشی از آزمایش تعیین فشار، افزایش وزن گل، مشبک کاری لوله های جداری، انجام عملیات تحریک چاه، تولید گاز)، و نیز افزایش شدید دمای چاه (ناشی از عملیات تولید حرارتی، عملیات تزریق بخار، چاههای فشار بالا/ دما بالا) و یا اعمال بارگذاری از جانب سازند (ناشی از پدیده خزش، گسل خوردگی، تراکم سازند) به وقوع می پیوندد.

در روشهای جدید طراحی دوغاب از تکنولوژی بکارگیری ذرات الاستیک در داخل پودر سیمان استفاده شده که ضمن بهسازی سیمانکاری چاه کیفیت بالای مقاومت تراکمی را نیز باعث میگردد.این دوغابها به دلیل افزایش الاستیسیته و مقاومت کششی و خمشی و همچنین افزایش انبساط حجمی سیمانکاری در لایه های پرفشار (گچساران) و در لایه های نمکی که امکان خزش بسیار محتمل است راندمان بسیار بالا در جلوگیری از مچالگی لوله های جداری از خود ایفا مینماید.

تاثیر اقتصادی

• نیل به خودکفایی ملی و قطع وابستگی و جلوگیری از خروج ارز
• امکان صدور افزایه
• صیانت از مخازن و کاهش آسیب سازندی و بالابردن عمر مفید چاه
• کارآفرینی در کشور به ویژه در مراکز آموزشی و تحقیقاتی

اثربخشی

برای اولین بار مواد افزودنی منبسط شونده با استفاده از مواد بومی در طراحی این نوع دوغاب استفاده و به صورت آزمایشی در چاه های 370 و 407 میدان مارون شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب با موفقیت اجرا گردید. قبل از ارائه این تکنولوژی شرکتهای معتبر خارجی طراحی دوغابهای الاستیک چاههای ایران را به قیمتهای بسیار گزاف بر عهده داشتند که هیچکدام از عملیات موفقیت آمیز نبوده است.

طراحی نوین دوغاب های سیمانی سنگین وزن با خاصیت الاستیک برای میدان مارون

هدف

طراحی دوغاب سیمان سنگین با خاصیت الاستیک جهت استفاده در لایه های پرفشار و لایه های نمکی

دستاورد

• جلوگیری از تخریب پوشش سیمانی و در شرایط حادتر مچالگی رشته جداری و نیز بالا بردن دوام سیمان در ایجاد اتصال بین لایه ها
• تبدیل بارهای نقطه ای ناشی از خزش لایه ها به بارهای غیر یکنواخت در طول غلاف سیمانی و قبول تغییر
  شکل های برگشت پذیر
• افزایش الاستیسیته، مقاومت کششی و خمشی ترکیبات دوغاب های سیمانی، در طیف های مختلف وزنی
• افزایش انبساط حجمی سنگ سیمان بمنظور جلوگیری از نشت آب نمک در کفشک لوله های جداری
• قابلیت مشبک کاری فوق العاده

تکنولوژی

جهت جلوگیری از تخریب مکانیکی غلاف سیمانی، مشخص گردیده که سیمان های با مقادیر بالای نسبت استحکام کششی به مدول یانگ و مقادیر پایین مدول یانگ در مقایسه با سنگ، بهترین سیمان ها در زمینه دوام مکانیکی می باشند. مقادیر یاد شده توابعی از شرایط ویژه ته چاهی مانند هندسه چاه، خصوصیات لوله های جداری، خواص مکانیکی سنگ و تاریخچه بارگذاری می باشند. تخریب مکانیکی در نوار سیمان به سبب افزایش قابل توجه در فشار چاه (ناشی از آزمایش تعیین فشار، افزایش وزن گل، مشبک کاری لوله های جداری، انجام عملیات تحریک چاه، تولید گاز)، و نیز افزایش شدید دمای چاه (ناشی از عملیات تولید حرارتی، عملیات تزریق بخار، چاههای فشار بالا/ دما بالا) و یا اعمال بارگذاری از جانب سازند (ناشی از پدیده خزش، گسل خوردگی، تراکم سازند) به وقوع می پیوندد.

در روشهای جدید طراحی دوغاب از تکنولوژی بکارگیری ذرات الاستیک در داخل پودر سیمان استفاده شده که ضمن بهسازی سیمانکاری چاه کیفیت بالای مقاومت تراکمی را نیز باعث میگردد.این دوغابها به دلیل افزایش الاستیسیته و مقاومت کششی و خمشی و همچنین افزایش انبساط حجمی سیمانکاری در لایه های پرفشار (گچساران) و در لایه های نمکی که امکان خزش بسیار محتمل است راندمان بسیار بالا در جلوگیری از مچالگی لوله های جداری از خود ایفا مینماید.

تاثیر اقتصادی

• نیل به خودکفایی ملی و قطع وابستگی و جلوگیری از خروج ارز
• امکان صدور افزایه
• صیانت از مخازن و کاهش آسیب سازندی و بالابردن عمر مفید چاه
• کارآفرینی در کشور به ویژه در مراکز آموزشی و تحقیقاتی

اثربخشی

برای اولین بار مواد افزودنی منبسط شونده با استفاده از مواد بومی در طراحی این نوع دوغاب استفاده و به صورت آزمایشی در چاه های 370 و 407 میدان مارون شرکت ملی مناطق نفتخیز جنوب با موفقیت اجرا گردید. قبل از ارائه این تکنولوژی شرکتهای معتبر خارجی طراحی دوغابهای الاستیک چاههای ایران را به قیمتهای بسیار گزاف بر عهده داشتند که هیچکدام از عملیات موفقیت آمیز نبوده است.

طراحی، تهیه و بکارگیری تکنولوژی پیشرفته نانوسیالات حفاری پایه افرون گازکلوئیدی در حفاری چاه ها

از عمده‌ترین مشکلاتی که این روزها صنعت حفاری با آن مواجه است حفاری در مخازن کم‌فشار یا مخازن تخلیه‌شده است. حفاری این نوع مخازن همراه با مشکلات فنی و اقتصادی زیادی از جمله هرزروی‌های کنترل‌ناپذیر در شکاف‌ها و گیر لوله‌ها می‌باشد که توسعه این میادین را از لحاظ اقتصادی غیر سودآور می‌نماید. تحقیقات علمی و تجربی ثابت نموده است که می‌توان با توسعه تکنولوژی افرون‌ها، این مشکل را حل کرد. افرون‌ها بخوبی مقدار هرزروی گل به درون سازند را کنترل می‌کنند.

 دانش فنی این تحقیق شامل طراحی و ساخت سیال حفاری پایه‌افرونی با استفاده از ترکیبات مناسب شامل سورفکتانت‌ها، پلیمر‌ها و نانوافزودنی‌ها و در نهایت بکارگیری عملیاتی این نوع سیال در عملیات حفاری و تعمیراتی در مخازن تخلیه‌شده و کاربردهای موفق این تکنولوژی در میادین بالغ می‌باشد

اهداف

• استفاده از سیالات حفاری پایه‌افرونی در مخازن تخلیه‌شده در میادین نفتی و گازی
• استفاده در سازندهای با نفوذپذیری بالا و سنگ‌های با شکاف‌های ریز
• کنترل نرخ هرزروی و استفاده از افرون‌ها بعنوان عوامل اتصالی
• استفاده از سیال افرون‌های گاز کلوئیدی در حفاری فروتعادلی
• افزایش پایداری چاه و تولید مخزن با استفاده از تکنولوژی سیال حفاری افرونی
• حفاری تا عمق نهایی و تمیزسازی سریع چاه

کاربردها

• صنعت حفاری، تهیه سیالات نسل نوین حفاری
• ازدیاد برداشت از مخازن
• افزایش تولید و بهره وری از مخازن
• دستاوردها و اثربخشی در صنعت
• بومی سازی
• تهیه سیالات حفاری پایه افرونی متناسب با شرایط منطقه
• دستیابی به دانش فنی و حرکت به سمت بومی سازی تولید سیالات سبک و فوق سبک
• رفع تنگناها و مشکلات صنعت
• حفاری مخازن تخلیه‌شده میادین نفتی و گازی بالغ، سازندهای با نفوذپذیری بالا و سنگ‌های با شکاف‌های ریز
• کنترل نرخ هرزروی و کاهش آسیب سازند و خوردگی فراوان چاه‌های گازی با غلظت بالای H2S
• حفظ پایداری افرون گازی، بهبود خواص رئولوژیکی و رفع مشکلات حفاری و آسیب سازند و صیانت از مخزن
• جلوگیری از خروج ارز
• عدم نیاز به استفاده از امکانات خارجی و صرف هزینه های ارزی
• وجود تجارب، امکانات آزمایشگاهی مدرن، دستگاه های منحصر بفرد خاص داخلی و آماده شدن زیر ساخت‌های لازم در ساخت سیالات افرونی
• تجاری سازی
• تجارب و دستورالعمل‌ها و روش‌های مدون آزمایشات موثر در کنترل کیفی سیالات افرونی
• دسترسی آسان به فرمولاسیون سیال و تعیین میزان عملکرد در شرایط واقعی مخزن
• توانایی ساخت پایلوت به منظور تولید افزایه های مرتبط با سیالات افرونی در مقیاس نیمه صنعتی و صنعتی
• توجیه اقتصادی
• استفاده از نتایج آزمایشگاهی (در شرایط واقعی مخزن) در سیال بهینه
• وجود امکان سرمایه گذاری در زمینه ساخت صنعتی سیال با تامین نیاز استراتژیک داخل و شکستن انحصار طلبی شرکت های غربی
• رفع تنگناها و مشکلات صنعت با فناوری‌های بومی (با قیمت حداقل و عملکرد بالا) در تهیه سیالات افرونی

محصول ویژه

نانوسیال حفاری پایه‌افرونی N-EADF

حفاری

نانو سیالات

طرح چاه محور پژوهشگاه صنعت نفت

توسعه ویرایش اول نرم‌افزار مدیریت چاه پارس

 یکی از دغدغه‌های همیشگی مدیران واحدهای بهره‌بردار صنایع بالادستی نفت، اتخاذ تصمیمات هوشمندانه و سریع برای انتخاب بهترین راه جهت افزایش تولید یا مقابله با کاهش تولید است. از این رو، تولید نرم‌افزارهایی که بتوانند به نحوی تسهیل‌گر تصمیمات مدیریتی باشد و روند تصمیم‌گیری را با پیشنهاد بهینه‌ترین و کوتاه‌ترین راه حل‌های ممکن شتاب بخشند، همواره مد نظر پژوهشگران بوده است.

پژوهشگران پردیس بالادستی پژوهشگاه صنعت نفت به تازگی موفق به تولید نرم‌افزاری با نام «مدیریت چاه پارس» شده‌اند که می‌تواند با بهره‌گیری از روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره، بهترین راه حل‌ها را برای تسهیل تصمیم‌گیری در استفاده از روش‌های افزایش تولید چاه‌محور پیشنهاد دهد.

نرم‌افزار مدیریت چاه پارس که اخیرا توسط شورای عالی انفورماتیک کشور به تایید رسیده است، مدیران را قادر می‌سازد تا در مواردی که بودجه یا امکانات محدودی در مقابل نیاز‌های زیاد وجود داشته باشد – مثلا امکان خرید دو پمپ برای یک‌صد چاه میسر است- به آسانی با اولویت‌بندی راه‌حل‌ها بر اساس جدید‌ترین معیارهای علمی و انتخاب چاه‌های هدف در کم‌ترین زمان ممکن، بهترین تصمیم را برای جبران کاهش تولید اتخاذ کنند.

تجارب نشان می‌دهد، در حال حاضر هیچ مکانیسم مشخصی در مجموعه‌های نفتی برای اولویت‌بندی چاه‌هایی که با افت تولید روبه‌رو هستند وجود ندارد و اتخاذ تصمیمات مدیریتی با حضور کارشناسان و برگزاری جلسات متعدد و بعضا طولانی برای انتخاب چاه هدف انجام می‌شود، اما اکنون با طراحی این نرم‌افزار، روند تصمیم‌گیری مدیران آسان‌تر و سریع‌تر خواهد بود.

چرا استفاده از روش‌های چاه‌محور؟

 خاستگاه و فکر اصلی تولید این نرم‌افزار به زمانی بر می‌گردد که میادین ایران با افت تولید قابل توجهی روبه‌رو شدند، لذا به صورت غیررسمی از پژوهشگاه صنعت نفت خواسته شد تا راه‌کار سریعی را جهت حل این مشکل ارایه دهد.

مهندس مطهری، رییس پژوهشکده مطالعات مخزن و از جمله کارشناسان باتجربه و فعال پژوهشگاه در زمینه افزایش تولید چاه‌محور راهبری، این موضوع را بر عهده گرفت.

بر اساس مطالعات انجام‌شده، مشخص شد که مشکلات میادین نفتی را که منجر به کاهش تولید می‌شوند می‌توان به سه دسته عمده تقسیم کرد: دسته اول، مشکلات مخزن، دسته دوم، مشکلات مربوط به تاسیسات سطح‌الارضی و در آخر، مشکلات مربوط به چاه.

برای رفع مشکلات مخزن و جبران کاهش فشار، می‌توان از روش‌هایی مانند مدل‌سازی و شبیه‌سازی مخزن بهره گرفت که زمان لازم برای کسب نتیجه مطلوب، سه تا پنج سال است.

در مورد تاسیسات سطح‌الارضی، در برخی موارد می‌توان با انجام تغییراتی بر روی این تاسیسات بدون اصلاح چاه و مخزن، افزایش تولید را محقق کرد که مطالعه و تصحیح تاسیسات یادشده نیز به زمانی بین دو تا سه سال نیاز دارد.

اما افزایش تولید بر اساس روش‌های چاه‌محور که به معنای هر اقدامی است که روی چاه انجام و منجر به حل مشکل کنونی و افزایش تولید آن می‌شود به شش ماه تا یک سال زمان نیاز دارد. 

نرم‌افزار مدیریت چاه پارس که برای نخستین بار با این ویژگی‌ها در ایران و در پژوهشگاه صنعت نفت توسعه می‌یابد، می‌تواند یاری‌گر مدیران صنعت نفت در تصمیم‌گیری برای جبران کاهش افت تولید با استفاده از روش‌های چاه‌محور باشد.

مزایای نرم‌افزار مدیریت چاه پارس برای مدیران

 استفاده از روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره، مبنای اصلی در طراحی این نرم‌افزار است که به منظور انتخاب مناسب‌ترین راه رفع مشکل چاه از میان چند راه حل به کار می‌رود. از آن‌جا که روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره نیازمند کسب نظر خبرگان است، برای تهیه این نرم‌افزار سعی شده است تا علاوه بر بررسی مطالعات جهانی، نظرات کارشناسان شرکت‌های تابعه شرکت ملی نفت ایران نیز لحاظ شود.

تصمیم‌گیری توسط نرم‌افزار در دو فاز انجام می‌شود، بدین صورت که نرم‌افزار در فاز اول بر اساس مشکلی که چاه دارد، راه حل‌های رفع آن را اولویت‌بندی می‌کند.

در فاز دوم، به عنوان مثال یک‌صد چاه از میادین مختلف یا مشابه که دارای مشکل هستند و خروجی فاز اول برای آن‌ها راه حل مشابهی بوده (مثلا پمپ)، اولویت‌بندی می‌شود.

طراحی نرم‌افزار به گونه‌ای است که مشکلات مرسوم چاه مانند تولید شن، آب و گاز، فرازآوری، تولید آسفالتین و رسوب اسکیل در آن طبقه‌بندی شده‌اند، بنابراین کاربر با توجه به داده‌های ورودی یعنی اطلاعات چاه، می‌تواند راه حل‌های اولویت‌دار را برای رفع برخی از مشکلات چاه در خروجی نرم‌افزار مشاهده کند.

چشم‌انداز نرم‌افزار مدیریت چاه پارس در صنعتی‌سازی

بخش دیگر در تکمیل نرم‌افزار مدیریت چاه پارس که در چشم‌انداز آتی پردیس بالادستی پژوهشگاه ترسیم شده، افزودن مدول بهینه‌سازی سبد پروژه است. برای مثال، در شرایطی که برای ده چاه مشکل‌دار، راه‌حل‌هایی مثل به‌کارگیری پمپ، اسیدکاری و لایه شکافی پیشنهاد می‌شود، نرم‌افزار بتواند با اتصال به نرم‌افزارهای تجاری دیگر، این راه حل‌ها را شبیه‌سازی کرده و مواردی را که از لحاظ اقتصادی، سود‌آوری بیش‌تری دارند مشخص کند.

 در این صورت، در سبد نهایی پروژه‌ها می‌توان تلفیقی از راه حل‌های به‌کارگیری پمپ و لایه شکافی را پیشنهاد کرد. این‌گونه منابع به صورت بهینه تخصیص می‌یابد و به لحاظ اقتصادی نیز مقرون‌به‌صرفه خواهد بود.

یکی از خروجی‌های فرعی توسعه این نرم‌افزار، کشف خلاء دانشی کشور در برخی از حوزه‌ها مثل روش‌های مختلف جلوگیری از تولید آب و شن بود که در جریان مصاحبه‌ها، این مسئله دریافته شد. پیشنهاد می‌شود دانشگاه‌ها و محیط‌های پژوهشی، اهتمام لازم برای رفع این موضوع را مدنظر داشته باشند.

با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد دیده‌شده در چشم‌انداز، اگر نرم‌افزار مدیریت چاه پارس با حمایت‌های مالی و دانشی مورد نیاز، توانمند‌تر و کامل‌تر شود، نسل جدیدی از نرم‌افزار‌های مدیریت چاه به دنیا معرفی می‌شود، نرم‌افزاری که تصمیم‌گیری برای استفاده از روش‌های افزایش تولید چاه‌محور را تسهیل می‌کند. لازم به ذکر است، هم‌اکنون ویرایش دوم این نرم‌افزار طی یک قرارداد و با نظارت کارشناسان مدیریت نظارت بر تولید در حال توسعه است. با اتمام ویرایش دوم، پژوهشگاه صنعت نفت آمادگی خواهد داشت تا این نرم‌افزار در شرکت‌های مختلف نفتی به کارگرفته شود.

پژوهشگران پردیس بالادستی پژوهشگاه صنعت نفت به تازگی موفق به تولید نرم‌افزاری با نام «مدیریت چاه پارس» شده‌اند که می‌تواند با بهره‌گیری از روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره، بهترین راه حل‌ها را برای تسهیل تصمیم‌گیری در استفاده از روش‌های افزایش تولید چاه‌محور پیشنهاد دهد.

طرح شاخص آسفالتین

طرح شاخص آسفالتین مطالعه آزمایشگاهی و نرم افزاری راه‌های جلوگیری از تشکیل رسوب آسفالتین

متقاضی:

شرکت  مهندسی و توسعه نفت

دستاوردها

• پیش‌بینی محدوده عملیاتی دما، ‌فشار و ترکیب جهت تشکیل و تشدید رسوب آسفالتین
• مطالعه رسوب آسفالتین در محیط متخلخل سنگ مخزن و ستون چاه
• شبیه‌سازی رسوب آسفالتین و نقش پارامترهای مختلف کنترل رسوب آسفالتین بر میزان رسوب با نرم‌افزارهای موجود
• تعریف سناریوهای تولید آینده با رویکرد پیش‌بینی رسوب آسفالتین
• نرم‌افزار پیش‌بینی رفتار فازی آسفالتین در شرایط استاتیکی – مدل ترمودینامیکی.

چکیده ای از طرح

تحقیقات و مطالعات آزمایشگاهی تعیین شرایط و دامنه تغییرات پارامترهای عملیاتی موثر بر تشکیل و تشدید و کاهش رسوبات آلی آسفالتینی در محیط متخلخل سنگ مخزن، ستون چاه (شبه‌دینامیکی) و فرایند تزریق گاز از جمله فعالیت‌هایی است که در این طرح انجام می‌گیرد.

تعیین و تدوین روش‌های ارزیابی میزان اثر‌بخشی حلال‌ها بر رفع رسوبات آلی سنگین، بررسی میزان اثر دیسپرسنت‌ها بر تشکیل رسوبات آسفالتین بر فرایند تولید و تزریق، شرایط استاتیکی و شرایط دینامیکی، کسب دانش فنی تولید مواد کنترل‌کننده رسوبات با قابلیت کاربرد در شرایط عملیاتی مختلف، بومی‌سازی نرم‌افزار پیش‌بینی رفتار فازی آسفالتین و تعریف سناریوهای بهینه تولید، از دیگر فعالیت‌های انجام‌شده در این طرح است.

طرح شاخص چاه هوشمند پژوهشگاه صنعت نفت

معرفی

تکنولوژی هوشمند کردن در صنایع بالادستی نفت با اسامی چاه هوشمند، مخزن هوشمند، یا میدان هوشمند در فارسی و عباراتی شبیه بهDigital Field, e-Field, i-Field, Smart Compeletion ,Intelligent Field, Smart Field بیان می‌شود.

مخزن هوشمند، یکی از فناوری‌های نوین و در حال توسعه مطرح در صنایع نفت و انرژی جهان است. یکی از اهداف این تئوری آن است که اتفاقات درون‌چاهی به طور مداوم مورد پایش قرار ‌گرفته و لحظه به لحظه به بخش پردازشگر منطقه‌ای فرستاده شوند تا در این بخش، پردازش‌های لازم بر روی داده‌های خام جهت شبیه‌سازی مخزن و مدل‌سازی سنگ و سیال صورت ‌گیرد. نتیجه این پردازش‌ها منجر به اتخاذ تصمیمات و استراتژی‌های لازم برای بهره‌برداری بهینه شده که در مجموع، باعث بهبود مدیریت مخزن می‌شود.

در پژوهشگاه صنعت نفت، به لحاظ اهمیت تکنولوژی مخزن هوشمند، طرحی با همین عنوان به تصویب رسیده است. پروژه «طراحی و تهیه نمونه اولیه پویانما در اندازه سانتی‌متری و ساخت چاه مصنوعی کنترلی در سطح زمین» به عنوان اولین پروژه از این طرح، با هدف تمرکز بر چگونگی داده‌گیری درون‌چاهی و پردازش آن‌ها انجام شده است. در این راستا، طراحی و ساخت یک چاه مصنوعی کنترلی در سطح زمین برای شبیه‌سازی درون‌چاهی و به عنوان بستر مناسبی برای انجام آزمایش‌هایی در راستای داده‌گیری درجا از چاه‌های نفتی با موفقیت انجام شد.

پس از طراحی و ساخت پایلوت چاه هوشمند، پژوهشگاه صنعت نفت مذاکرات خود را با شرکت‌های عملیاتی برای پیاده‌سازی این تکنولوژی آغاز کرد که نتایج آن به قرار زیر است:

• پروژه طراحی تفصیلی زیرسطحی و ارزیابی فنی- میدان جفیر شرکت نفت وگاز اروندان جهت پیاده‌سازی تکنولوژی مخازن هوشمند
• در حال عقد قرارداد پیاده‌سازی تکنولوژی مخازن هوشمند برای میدان ماله‌کوه شرکت نفت مناطق مرکزی ایران
• انجام پروژه کاربرد تکنولوژی مخزن هوشمند در مخازن ایران برای شرکت نفت مناطق مرکزی ایران
• رایزنی با شرکت نفت مناطق نفت‌خیز جنوب و تلاش برای متقاعد کردن آن‌ها در به‌کارگیری این تکنولوژی و شرکت در مناقصه سیستم پایش درون چاهی
• پروپوزال ارائه خدمات آموزشی و تحقیقاتی مرتبط با تکنولو‍ژی مخزن هوشمند برای شرکت توسعه پترو ایران
• مطالعه جامع و برنامه‌ریزی راهبردی کسب تکنولوژی مخازن هوشمند
• استفاده از سیستم‌های تحلیل‌گر هوشمند در شناسایی خواص سیال مخزن
• انجام چند پایان‌نامه دانشجویی کارشناسی ارشد از دانشگاه‌های صنعتی شریف، صنعتی امیرکبیر و دانشگاه صنعت نفت با موضوع چاه هوشمند
• ارائه بیش از 20 مقاله در زمینه چاه هوشمند در مجلات علمی پژوهشی، ISI و کنفرانس‌های بین‌المللی که تعدادی از آن‌ها در ادامه آورده شده است.
• تالیف یک کتاب با عنوان «تکنولوژی مخزن هوشمند».

منابع:

در پژوهشگاه صنعت نفت، به لحاظ اهمیت تکنولوژی مخزن هوشمند، طرحی با همین عنوان به تصویب رسیده است. پروژه «طراحی و تهیه نمونه اولیه پویانما در اندازه سانتی‌متری و ساخت چاه مصنوعی کنترلی در سطح زمین» به عنوان اولین پروژه از این طرح، با هدف تمرکز بر چگونگی داده‌گیری درون‌چاهی و پردازش آن‌ها انجام شده است.

طرح شاخص سیمان

طراحی نوین دوغاب‌های سیمان فوق‌سبک با استفاده از نانوتکنولوژی

نوآوری و آفرینش علمی و صنعتی، نخستین شرط زندگی شرافت‌مندانه ملتی است که می‌خواهد مستقل و سربلند زندگی کند. استعداد ملت ایران این قدرت را به فرزندان این مرز و بوم بخشیده است تا نقش شایسته‌ای در پیشرفت دانش جهانی بر عهده گیرند. کارکنان سخت‌کوش پژوهشگاه صنعت نفت با تکیه بر رسالتی که بر دوش دارند، از این قاعده مستثنی نبوده و تمام توان علمی و پژوهشی خود را در راستای نیل به اهداف تعیین‌شده به‌کار گرفته و خواهند گرفت. با این مقدمه به استحضار می‌رساند، در سال 1384 شرکت ملی مناطق نفت‌خیز جنوب، پروژه‌ای تحت عنوان «طراحی و فرمولاسیون دوغاب‌های سیمان فوق‌سبک» را به واحد پژوهش حفاری مرکز مطالعات اکتشاف و تولید پژوهشگاه صنعت نفت واگذار کرد. بعد از یک سال تحقیق و بررسی‌های همه‌جانبه و حمایت کارفرمای پروژه، در نهایت تهیه و فرمولاسیون دوغاب فوق‌سبک با بهره‌گیری از فناوری نانو و با تکیه بر تکنولوژی توزیع دانه‌بندی ذرات در مقیاس آزمایشگاهی نتیجه داد. لازم به ذکر است که این مهم برای اولین بار در سطح دنیا محقق شده و کشورهای صاحب‌نظر و شرکت‌های بزرگ نفتی، تا کنون قادر به طراحی چنین دوغابی نشده بودند. از آن‌جا که پروژه‌های تحقیقاتی وقتی تاثیر واقعی خود را بر پیکره صنعت می‌گذارند که بتوانند در مقیاس میدانی نیز قابل اجرا و اثربخش باشند، طبق درخواست کارفرما، بخش دوم پروژه که انجام تست میدانی یافته‌های پروژه بود، در شهریور سال 1392 انجام شد. یادآور می‌شود که تا تاریخ یادشده، اجرای آزمایش میدانی برای پروژه‌های تحقیقاتی که در مقیاس آزمایشگاهی توفیق داشته‌اند میسر نشده بود، لذا از این جهت نیز می‌توان این موفقیت را گامی طلایی در راستای خودکفایی علمی و صنعتی کشور برشمرد.

سیمان طراحی‌شده در چاه 341 میدان مارون که یکی از حساس‌ترین و سخت‌ترین مناطق عملیاتی است، اجرا و نتایج به‌دست‌آمده بر اساس آزمایش‌های کنترل کیفی کارفرما و شرکت بین‌المللی کاملا رضایت‌بخش و موفق گزارش شده است. بدیهی است که انجام سیمان‌کاری مطلوب پشت لوله‌های جداری یا آستری چاه‌های نفتی و گازی می‌تواند باعث طول عمر چاه و افزایش بهره‌وری از آن شود. خاطرنشان می‌شود، در عملیات مشابهی که در سال گذشته توسط شرکت‌های معتبر خارجی در منطقه انجام شد، توفیقی حاصل نشده بود.

در پی این توفیق بزرگ، کارفرمای پروژه درخواست انجام عملیات سیمان‌کاری پانزده حلقه چاه میدان مارون را با استفاده از طراحی نوین دوغاب سیمان فوق‌سبک به پژوهشگاه صنعت نفت ارائه کرد. از اهم قراردادهای منعقده در این خصوص می‌توان به قرارداد سیمان‌کاری 25 حلقه چاه میدان مارون مناطق نفت‌خیز جنوب به ارزش 30 میلیارد ریال و قرارداد سیمان‌کاری 2 حلقه چاه میدان آغار و کنگان شرکت ملی مناطق نفت مرکزی به ارزش 5 میلیارد ریال اشاره کرد که 17 حلقه از آن با موفقیت کامل به اتمام رسیده است و مابقی آن در حال انجام می باشد. از دستاوردهای اجرای این قرارداد، علاوه بر کسب درآمد قابل قبول برای پژوهشگاه می‌‌توان به مواردی از قبیل افزایش عمر چاه، بالا رفتن بازدهی تولید، جلوگیری از مهاجرت گاز و کاهش هزینه ناشی از چندمرحله‌ای‌شدن سیمان اشاره کرد.

ارزش افزوده اجرای دستاوردهای پروژه طراحی دوغاب‌های سیمان سبک و فوق‌سبک

یکی از پرهزینه‌ترین فعالیت‌های عملیات حفاری، سیمان‌کاری چاه‌های نفتی و گازی است و عدم توفیق در آن علاوه بر اتلاف زمان و صرف هزینه‌های گزاف، خسارات جبران‌ناپذیری به منابع هیدروکربوری وارد می‌آورد، به همین جهت برای روشن شدن اهمیت موضوع، در زیر به‌صورت مطالعه موردی، هزینه وارده بر چاه در اثر ضعف عملیات سیمان‌کاری از سه نظر مورد بررسی قرار گرفته است. هزینه یک بشکه دوغاب سبک طراحی‌شده به روش سنتی در حدود 200 یورو است. چنانچه دوغاب فوق‌سبک توسط شرکت‌های خارجی طراحی شوند، این رقم به یک هزار یورو افزایش می‌یابد. با طراحی دوغاب به روش پژوهشگاه، هزینه یک بشکه دوغاب تقریبا معادل 500 یورو است. با توجه به این که در طول عملیات سیمان‌کاری چاه، دست‌کم دویست بشکه دوغاب سیمان فوق‌سبک مورد نیاز است، با اجرای طرح پژوهشگاه، در هر چاه 100 هزار یورو صرفه‌جویی می‌شود. با توجه به این که در طول سال بیش از 50 حلقه چاه با این روش سیمان‌کاری می‌شود، مبلغ کلی صرفه‌جویی به ده‌ها میلیارد تومان خواهد رسید. چنانچه عملیات سیمان‌کاری ناموفق بوده و باعث از بین رفتن چاه شود، هزینه حفاری مجدد چاه روزانه حداقل 100 میلیون تومان است. با توجه به این که حفر یک چاه به طور متوسط 100 روز به طول می‌انجامد، در صورت مطلوب بودن عملیات سیمان‌کاری، 10 میلیارد تومان در هر چاه صرفه‌جویی خواهد شد. در صورت عدم موفقیت سیمان‌کاری و بروز خسارت به سازندهای تولیدی، میزان تولید در چاه یا کاهش خواهد یافت و یا کاملا از بین خواهد رفت. میزان خسارات ناشی از این امر قابل محاسبه نبوده و ضرر وارده، جبران‌ناپذیر است و باعث کاهش درآمد قابل توجه ملی در طول سالیان متمادی خواهد شد.

دلیل برتری نسبت به روش‌های سنتی

استفاده از تکنولوژی توزیع دانه‌بندی ذرات برای سیمان‌کاری پشت لوله‌های جداری و آستری چاه‌ها به منظور بالا بردن کیفیت دوغاب و عملیات سیمان‌کاری و افزایش عمر مفید چاه و به حداقل رساندن ریسک عملیات، از مزایای جدیدترین تکنولوژی ساخت دوغاب سیمان بوده که دارای ارزش افزوده فراوان در صنعت حفاری است. همان‌گونه که می‌دانیم، بسیاری از مخازن نفتی و گازی ایران به‌علت افت فشار مخزن و بالا بودن وزن دوغاب، همواره با هرزروی‌های شدید مواجه است. برای مقابله با این مشکل، وزن دوغاب سیمان می‌بایست تا 60 pcf کاهش یابد. تحقیقات گسترده‌ای بر روی مواد افزودنی سبک‌وزن که قادر به کسب استحکام تراکمی سریع و بالا باشد انجام پذیرفته است. پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی اندازه ذرات، منجر به کشف یک ماده جدید سبک‌کننده ریز با نتایج استثنائی شده است. دلیل برتری این تکنولوژی نسبت به روش‌های سنتی، بالا بودن مقاومت، کاهش زمان انتظار، پوشش سیمانی محکم، طراحی آسان، امکان بالای پیش‌گیری از مهاجرت گاز، پائین بودن نفوذ‌پذیری و خلل و فرج موجود در سنگ سیمان است. در روش‌های جدید طراحی دوغاب با تکنولوژی توزیع دانه‌بندی ذرات در پژوهشگاه صنعت نفت، در واقع سیستمی مشابه سیستم تولید بتون برای ساخت دوغاب‌های مناسب در نظر گرفته شده است که ضمن بالا رفتن کیفیت سیمان‌کاری چاه، مقاومت تراکمی سنگ سیمان نیز به‌طور چشم‌گیری افزایش می‌یابد.

با تنظیم توزیع دانه‌بندی از نظر اندازه، رئولوژی دوغاب به طور محسوسی بهبود می‌یابد. بر اساس این تئوری، مخلوط و پمپ شدن دوغاب نیز به‌خوبی انجام خواهد پذیرفت. با افزایش تنوع اندازه ذرات جامد در دوغاب‌ها با سایزهای متفاوت، تخلخل و نفوذ‌پذیری کاهش و مقاومت تراکمی افزایش می‌یابد و به همین سبب، مهار مهاجرت گاز در این روش به‌خوبی انجام خواهد پذیرفت.

استفاده از دوغاب‌های سبک با تکنولوژی پژوهشگاه نیاز به تجهیزات خاصی ندارد. برای اولین بار، این تکنولوژی به‌صورت آزمایش میدانی در چاه شماره 341 مارون با موفقیت انجام پذیرفت. متعاقب این توفیق، شرکت‌های معتبر نفتی در ایران از جمله شرکت ملی مناطق نفت‌خیز جنوب، شرکت ملی حفاری و شرکت نفت مرکزی ایران و هم‌چنین چند شرکت پیمانکار داخلی و خارجی، خواستار به‌کارگیری دستاوردهای حاصله از تکنولوژی مذکور شدند. لازم به توضیح است، قبل از ارائه این تکنولوژی، شرکت‌های معتبر خارجی طراحی دوغاب‌های فوق‌سبک چاه‌های ایران را به قیمت‌های بسیار گزاف بر عهده داشتند که هیچ‌یک از عملیات مذکور، موفقیت‌آمیز نبوده است.

شرح تکنولوژی

طراحی دوغاب با تکنولوژی نانوذرات، ضمن بهینه‌سازی سیمان‌کاری چاه، کیفیت بالای مقاومت تراکمی سنگ سیمان را نیز باعث می‌شود. با تنظیم اندازه ذرات جامد، رئولوژی دوغاب بهتر تنظیم می‌شود و با افزایش سطح ویژه دانه‌ها، چگالی مخلوط نیز کم‌تر شده و برای طراحی سیمان‌های فوق‌سبک با نرخ فشار پایین بسیار ایده‌آل است. نانوافزودنی‌ها خواص ویژه‌ای نظیر پایداری، کیفیت و قابلیت استفاده شدن به سیمان چاه نفت بخشیده و در حفاری چاه‌های عمیق و بسیار عمیق و در مکان‌های بسیار سرد، خواص مطلوبی از جمله تراکم‌پذیری اولیه و زمان بندش مناسب به سیمان می‌دهد. با توجه به این که استفاده از نانوذرات باعث تسریع در زمان بندش می‌شود، زمان انتظار برای حفاری مجدد (WOC=Wait On Cement) کم‌تر شده و حفاری با سرعت بیش‌تری ادامه می‌یابد. علاوه بر موارد فوق، همان‌گونه که پیش‌تر گفته شد، افزایش مقاومت تراکمی و کاهش تخلخل و تراوایی و در نهایت، کنترل و مهار مهاجرت گاز و سیال از درون ستون سیمان از مزایای دیگر استفاده از نانوذرات در طراحی دوغاب سیمان است. در روش‌های جدید طراحی دوغاب با تکنولوژی نانوذرات، سیستمی مشابه سیستم تولید بتن برای ساخت دوغاب‌ها در نظر گرفته شده که ضمن بهسازی سیمان‌کاری چاه، کیفیت بالای مقاومت تراکمی را نیز باعث می‌شود.

با تنظیم توزیع اندازه ذرات جامد، رئولوژی دوغاب با استفاده از تنوع اندازه ذرات بهتر تنظیم می‌شود که این امر برای ساخت دوغاب‌های فوق‌سبک (45 پوند بر فوت مکعب) در چاه‌هایی با نرخ فشار پایین حایز اهمیت است. از آن‌جا که بعضی از دوغاب‌های سیمان از نظر اندازه ذرات جامد، تک‌سایز هستند، ساختار آن‌ها به صورت جعبه‌ای پر از فضاهای خالی بین ذرات جامد است. در یک دوغاب واقعی، فضای خالی میان ذرات جامد توسط آب یا هوا پر می‌شود (شکل 1). در سیستم توزیع ذرات دوغاب، محدوده‌ای از سایزهای ذرات به دقت انتخاب می‌شوند. با افزایش ذرات جامد در دوغاب با سایزهای متفاوت، تخلخل و نفوذپذیری کاهش و مقاومت تراکمی افزایش می‌یابد؛ هم‌چنین احتمال کنترل و مهار مهاجرت گاز در این روش به دلیل کاهش تخلخل و نفوذپذیری سیمان بسیار افزایش خواهد یافت. با تنظیم توزیع اندازه ذرات جامد در مخلوط خشک، مقدار ذرات جامد در واحد حجم دوغاب افزایش می‌یابد که خود منجر به افزایش مقاومت تراکمی و کاهش تخلخل و تراوایی می‌شود.

سیمان‌های سبک‌وزن، نقش انکار‌ناپذیری در سیمان‌کاری اولیه ایفا می‌کنند. دلیل اصلی استفاده از این‌گونه سیمان‌ها، کاهش فشار هیدرواستاتیک سیمان در برابر سازندهای ضعیف و افت فشار مخزن است. سیمان‌کاری آستری‌های بعضی از مخازن ایران برای سال‌های زیادی به عنوان یک معضل مطرح بوده است. در این مخازن، به علت افت فشار مخزن و بالا بودن وزن دوغاب، هرزروی همواره شدید بوده و برای مهار این پدیده، ضروری است که وزن دوغاب سیمان تا حدود 45 پوند بر فوت مکعب تنزل یابد. به همین دلیل، تحقیقات گسترده‌ای بر مواد افزودنی سبک‌وزن که تاثیر منفی بر روی استحکام تراکمی نداشته باشد، انجام شده است. پیشرفت‌های اخیر در تکنولوژی اندازه ذرات منجر به دست‌یابی به یک ماده سبک‌کننده ریز (نانوذره به اندازه20 نانومتر، سطح وی‍ژه 250g/m2و با نام تجاری HSL) با نتایج استثنایی شده است. در سیستم جدید طراحی، به منظور حصول نتایج مطلوب و ویژه، علاوه بر نوع اندازه ذرات، عوامل دیگری نیز به شرح ذیل حایز اهمیت است:

• حجم
• نوع و طبیعت جامدات در ترکیب خشک
• افزودنی‌های شیمیایی مورد استفاده در طراحی

چگالی دوغاب عمدتا به نسبت آب به جامد وابسته است؛ با افزایش این نسبت، ضعف در ایزولاسیون ناحیه‌ای بسیار محتمل است. به‌عنوان مثال، در سیمان‌کاری آستری مخزن میدان مارون، زمانی که مقاومت تراکمی بالا مورد نیاز است، تخلخل کم‌تر از 38 درصد مد نظر خواهد بود. دوغاب‌های با تخلخل بسیار کم را می‌توان با بهینه‌سازی ترکیب به‌دست آورد. دست‌یابی به این گونه دوغاب‌ها بدون استفاده از توزیع دانه‌بندی ذرات غیرممکن است. بر مبنای فرضیه ابداعی با تنظیم اندازه ذرات متفاوت در ترکیب خشک، دوغاب‌های سبک‌وزن با کارآیی بالا را می‌توان در محدوده چگالی‌های 6 تا PPG 12/03 طراحی کرد، در حالی که دوغاب‌های سبک‌وزن با روش‌های متداول، نتایج بسیار ناامید‌کننده‌ای در پی خواهد داشت. ابداع چنین تکنولوژی نوین، توسعه دوغاب‌های سیمان با وزن 6 پوند بر گالن را که از لحاظ جداسازی لایه‌ای، عملکردی شبیه‌دوغاب‌های سنتی با وزن 15/8 پوند بر گالن دارند، تأمین کرده است.