گرانروی سنج دوار

گرانروی سنج دوار

   اولین مجموعه از آزمایش­ها تحت شرایط اتمسفری با استفاده از ویسکومترفن 35 انجام شد. شکل(3-8)ویسکومتر­فن مورد استفاده را در انجام آزمون­های آزمایشگاهی نشان می­دهد. این ویسکومتر دارای 6 سرعت چرخشی مختلف (3، 6، 100، 200، 300و 600) برای اندازه­گیری خواص رئولوژیکی گل حفاری در آزمایشگاه می­باشد.

 مقاومت داخلی سیال را در برابر جریان یافتن، گرانروی^[1] می­نامند که به­صورت نسبت تنش برشی بر سرعت برشی تعریف می­شود. گرانروی بر حسب سانتی پوایز^[2] بیان می­شود.

 از میان خواص رئولوژیکی، گرانروی از اهمیت خاصی برخوردار است. در میادین نفتی، از اصطلاحات زیر برای تشریح گرانروی گل حفاری و خصوصیات رئولوژیکی استفاده می­شود: (Amoco,1994)

1)   گرانروی ظاهری (cP یا mPa.s)

2)   گرانروی پلاستیک (cP یا mPa.s)

3)   نقطه واروی (lb/100ft² یا Pa)

     4) استحکام ژله­ای (lb/100ft² یا Pa)

3-2-1-1 گرانروی ظاهری

گرانروی ظاهری اندازه­گیری شده توسط VG Meter، مقدار گرانروی است که یک گل حفاری در سرعت چرخشی  RPM600 دارد. در واقع گرانروی ظاهری بیانگر ترکیبی از نقطه تسلیم و گرانروی پلاستیک می­باشد.

افزایش در هر یک از آن دیا هر دو آن­ها باعث بالا رفتن گرانروی ظاهری خواهد شد. بعضی اوقات آن را گرانروی تک نقطه­ای می­نامند. گرانروی ظاهری را می­توان توسط معادله زیر محاسبه کرد:

(3-2)                                                            

3-2-1-2 گرانروی پلاستیک

گرانروی پلاستیک (PV) با استفاده از داده­های ویسکومتر گل به­صورت زیر محاسبه می­شود:

(3-3)                                                             

گرانروی پلاستیک معمولا به­صورت بخشی از مقاومت در برابر جریان که توسط اصطکاک مکانیکی ایجاد می­شود تعریف می­گردد و به عوامل زیر بستگی دارد:

1)   غلظت جامدات موجود در گل

2)   اندازه و شکل جامدات

3)   گرانروی فاز سیال

4)  حضور پلیمرهای با زنجیره بلند مانند HEC[3]  و CMC

5)   نسبت روغن به آب (O/W) یا سینتیک به آب (S/W)

6)   نوع امولسیفایر موجود در سیالات امولسیونی معکوس

7)   دغدغه اصلی مهندس گل فاز جامد گل است.

 افزایش گرانروی پلاستیک می­تواند در اثر افزایش درصد حجمی جامدات، کاهش اندازه ذرات جامد، تغییر شکل ذرات یا ترکیبی از آنها باشد.

3-2-1-3 نقطه­ی واروی

  نقطه­ی واروی جزء دوم مقاومت در برابر جریان در یک سیال حفاری و معیاری برای نیروهای الکترو شیمیایی و کششی سیال است. این نیروها توسط بارهای مثبت و منفی موجود در سطوح ذرات یا در نزدیکی آنها به وجود می­آیند.

  اندازه نیروها ذکر شده در شرایط جریانی است و به عوامل زیر بستگی دارد:

1)   خواص سطحی ذرات جامد سیال

2)   غلظت حجمی جامدات

3)   محیط الکتریکی جامدات (غلظت و نوع یون های موجود در فاز سیال)

گرانروی بالا و متعاقب آن YP بالا ممکن است در شرایط زیر به وجود آیند:

1)  ورود آلودگی­های محلول همچون نمک­ها، سیمان، انیدریت یا ژیپس که با لخته شدن رس­ها و ذرات جامد فعال همراه می­باشند.

2)  شکسته شدن ذرات رس در اثر عمل تراشیدن مته و ایجاد نیروهای برجای جدید (شکسته شدن پیوند والانسی) توسط لوله حفاری روی لبه­های شکسته ذرات

3)   ورود ذرات خنثی به داخل سامانه

4)  حفاری شیل­ها و رس­های با قابلیت هیدراته شدن و ورود جامدات فعال جدید به داخل سامانه و افزایش تعداد بارهای یونی

5)  استفاده از مواد شیمیایی باردار در درمان گل که موجب افزایش نیروهای جاذبه می­گردد.

6)   استفاده از بیو پلیمرهای شاخه­دار

7)  استفاده بیش از حد از رس ارگانوفیلیک یا اصلاح شده در سامانه­های امولسیونی معکوس

YP            را می­توان با مواد شیمیایی مناسب کنترل کرد.

3-2-1-4 تیکسوتروپی و استحکام ژله­ای

  تیکسوتروپی خاصیتی از سیالات است که در شرایط استاتیکی موجب تشکیل ساختار ژله­ای مانند در سیال می­شود و ایجاد برش در سیال آن را به حالت اولیه خود بر می­گرداند. بیشتر گل­های پایه آبی، به­علت وجود ذرات باردار یا پلیمرهای خاص که با اتصالشان به یکدیگر ماتریکسی سفت به وجود می­آورند این خاصیت را دارا می­باشند.

قرائت استحکام ژله­ای در فواصل 10 ثانیه و 10 دقیقه و در شرایط بحرانی در فواصل 30 دقیقه توسط VG Meter صورت می­گیرد و معرف درجه تیکسوتروپی سیال می­باشد. استحکام ژله­ای تابع­ای از مقدار، نوع جامدات معلق، زمان، دما و مواد شیمیایی موجود در گل می­باشد. به عبارت دیگر هر عاملی که موجب بهبود یا ممانعت از اتصال ذرات گردد رفتار ژله­ای شدن سیال را افزایش یا کاهش خواهد داد.

شدت ژله­ای شدن و نوع استحکام ژله­ای در تعلیق کنده­ها و مواد وزنی اهمیت زیادی دارند. ژله­ای شدن نباید از مقدار مورد نیاز برای ایفای این وظیفه بیشتر شود.

افزایش بیش از حد استحکام ژله­ای می­تواند عواقب زیر را در پی داشته باشد:

1)   افزایش بیش از حد فشار در زمان توقف چرخش گل بعد از لوله بالا

2)   گیر افتادن هوا یا گاز در سیال

3)   کاهش راندمان تجهیزات حذف جامدات

4)   مکش بیش از حد در حین لوله بالا خارج از چاه

5)   فشار کوبشی بیش از حد در حین لوله بالا در چاه

6)   ناتوانی در راندن ابزار لاگ برداری به ته چاه

اگر اختلاف بین قرائت­های ژل اولیه و ژل 10 یا 30 دقیقه بالا باشد، Progressive Gels گفته می­شود و بیانگر افزایش جامدات گل یا نیروهای الکتروشیمیایی است. اگر قرائت­های ژل اولیه و ژل 10 دقیقه بالا و اختلاف کمی با هم داشته باشند به آن Flash Gels می­گویند و بیانگر وقوع لختگی در گل است.

استحکام ژله­ای و YP معرف نیروهای جاذبه در یک سامانه می­باشند. کشش اولیه ژل، بیانگر نیروی جاذبه استاتیکی و YP نیروی جاذبه دینامیکی است. ژله­ای شدن، فراخوانی تاریخچه گذشته یک سیال است و در اندازه­گیری خواص رئولوژیکی گل باید لحاظ شود.

---

[1] Viscosity

[2] Centipoise

[3] Hydroxyl Ethyl Cellulose