در این مقاله با استفاده از یک روش جدید آزمایشگاهی به بررسی کارایی مواد متفاوت کنترل کننده هرزروی سیال حفاری در گل بنتونایتی، که بیشترین میزان هرزروی در چاه های هیدروکربوری ایران را دار ست، پرداخته شده است. در ابتدا پراکندگی اندازه ذرات هر یک از مواد کنترل هرزروی بر اساس استانداردهای API تعیین گردید. سپس با استفاده از دستگاه تست مواد پل زننده، میزان هرزروی گل بنتونایتی برای شکاف های متفاوت بررسی گردیده است. از جمله نوآوری های این کار می توان به استفاده از شکاف های عمیق در آزمایش ها اشاره کرد که نماین گر بهتری از شرایط واقعی درون چاه هستند. این بدین معناست که در صورتی که مواد کنترل هرزروی بتوانند شکاف های دستگاه را از درون مسدود کنند، این توانایی را خواهند داشت که در شرایط عملیاتی نیز خاصیت مسدودسازی خوبی جهت کنترل هرزروی ایجاد نمایند. در این پژوهش برای اولین بار از ماده RI-LQ برای کنترل هرزروی بهره گرفته شده است. نتایج این آزمایش ها نشان داد که مخلوطی از ماده RI-LQC و Quick Seal به ترتیب با غلظت 20 و lb/bbl 5 و مخلوط RI-LQC و RI-LQF به ترتیب با غلظت 7 و lb/bbl 18 کمترین میزان هرزروی را دارا بوده و در کنترل آن موثر هستند.

موفقیت حفاری مخازن هیدروکربنی به طور جدایی ناپذیری به کارایی سیال حفاری وابسته است. پلیمرها و نانوذرات پلیمری به عنوان افزودنی های کارامد، ظرفیت بسیاری برای بهبود خواص سیالات حفاری دارند. با این حال، نقش مواد پلیمری در این زمینه در مراحل ابتدایی است و در سال های اخیر پیشرفت های چشم گیری داشته است. مطالعۀ حاضر، به مرور جامع و بررسی سیالات حفاری بهبودیافته و اصلاح شده به وسیلۀ پلیمرها و نانوذرات پلیمری مختلف می پردازد. هم چنین اثرات پلیمرهای جدید، سامانه های پلیمری مبتنی ­بر آب دریا و سازگار با محیط زیست، سامانه های پلیمری کاتیونی و آنیونی، نقش مواد فعال سطحی و نانوذرات پلیمری را در بهبود خواص سیالات حفاری تشریح و برتری های فنی و اقتصادی آن ها تحلیل کرده است. این پژوهش ضمن بررسی پیشرفت های اخیر در سنتز و کاربردهای پلیمرها و نانوذرات پلیمری در سامانۀ سیالات حفاری، نقش پلیمرها در اصلاح و ارتقای خواص رئولوژی و کنترل هرزروی، ضخامت کیک گل، خواص فیلتراسیون و پایداری حرارتی را به بحث گذاشته است. مرور مقالات نشان می دهد که سامانه های پلیمری سازگار با محیط زیست تا 30 درصد، هزینه ها را کاهش می دهند و موجب کاهش حمل و دفع پسماند می شوند. استفاده از سامانه های پلیمری کاتیونی و آنیونی بار سنگ را خنثی می کند و برهمکنش الکترواستاتیک آن با آب را کاهش می دهد که مانع از نفوذ آب به درون رس می شود و می تواند مانند پلیمر PHPA (Partially Hydrolyzed Polyacrylamid)مشکلات حفاری لایه های رسی را کاهش دهد. پلیمر تراویدۀ ترمینالیا مانتالی به عنوان یک زیست ­پلیمر و پلیمر (Carboxymethyl cellulose) CMC افزایه های مطلوبی برای افزایش گران روی هستند. هم چنین قابلیت تحمل فشار و آب بندی بسیار بالای سیالات حفاری مبتنی­بر نانوذرات پلیمری موجب جلوگیری از انتقال فشار و به حد اقل رساندن تعامل سیالات بین مته و سازند می شود و پایداری چاه را بهبود می بخشد.

پلیمرها یکی از موثرترین مواد افزودنی به گل های حفاری اند که به منظور کاهش میزان هرزروی سیال بکار می روند. در این مقاله، ابتدا عملکرد گل بنتونیت عاری از پلیمر و آثار غلظت آن بررسی می شود. سپس، تاثیر افزودن یک پلیمر با نام تجاری DRISPAC به گل پایه آبی بنتونیت در غلظتهای مختلف بر عملکرد رفتار صاف شدن گل حفاری در چاه بررسی می شود. نتایج حاصل از آزمایش های انجام شده نشان می دهد که این پلیمر یاد شده از این جهت افزودنی موثری است که اثر آن در بهبود عملکرد گل بسیار بیشتر از بنتونیت است. در ضمن، شدت اثر گذاری پلیمر با افزایش غلظت آن تضعیف می شود.

سیالات حفاری آسیب های جدی به شکاف های طبیعی لایه های تولیدی چاه های هیدروکربنی وارد کرده و موجب کاهش تولید می شوند. روش های مختلفی برای مقابله با این مشکلات وجود دارد به طوری که می توان با استفاده از الیاف های دانه بندی شده به عنوان افزودنی در سیالات حفاری، عمق نفوذ و گستره آسیب دیدگی سازند را کاهش داد. یکی از این روش ها استفاده از افزودنی های مختلفی است که بتواند عمق آسیب سازند ناشی از ورود جامدات سیالات حفاری را کاهش دهد. به همین منظور از کربنات کلسیم دانه بندی شده و نوعی افزایه فیبری شکل محلول در اسید جهت کاهش آسیبدیدگی مخازن شکافدار استفاده گردید که افزایه فیبری شکل در مقایسه با کربنات کلسیم عملکرد مطلوب از خود نشان داد. در این مقاله مکانیزم مسدودسازی شکاف ها ناشی از تاثیر دو نوع افزودنی کنترل هرزروی فیبری با طول بلند و باریک در کنار افزودنی با دانه بندی مناسب بررسی شده است. نتایج نشان دادند که مقدار صافاب در استفاده از ذرات فیبری به میزان9ml/5hr بوده و میزان بهبود تراوایی 50% بوده است.

ژل هایی که در ابتدا ویسکوزیته پایینی دارند و بعد از مدتی شبکه سه بعدی مستحکمی تشکیل میدهند، می توانند به صورت موفقیت آمیزی در کنترل هرزروی سیالات حفاری بکار گرفته شوند. ژل هیبریدی، از یک ژل پلیمر کراس لینک شده به عنوان فاز پیوسته و یک سیال پایه روغنی به عنوان فاز داخلی تشکیل می شود. ژل هیبریدی به دلیل استفاده کمتر از پلیمر و کراس لینکر، ، هزینه کمتری نسبت به ژل پلیمرهای مرسوم دارد و خواص آن به راحتی قابل کنترل می باشد. این مقاله در دو بخش نتایج آزمایشگاهی و مدل سازی تجربی با استفاده از روش سطح پاسخ بررسی می شود. برای ارزیابی رفتار ژل در شرایط مختلف تعدادی پارامتر شامل زمان شروع تشکیل ژل، زمان نهایی ژل شدن، سرعت تشکیل شبکه ژل تعریف و مقایسه شدند. ابتدا، تأثیر پارامترهایی مانند pH، دما و شوری بر عملکرد ژل و نیز پایداری ژل با زمان مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. سپس با تست های پایداری دینامیکی، حداکثر میزان فشاری که ژل در شکاف می تواند تحمل کند تا از هرزروی بیشتر سیال حفاری جلوگیری کند، اندازه گیری شد. در نهایت، برای بررسی آسیب وارده به سازند توسط ژل هیبریدی، میزان گسیختگی ژل با زمان در هیدروکلرید اسید 15و 28 درصد حجمی اندازه گیری شد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که ژل های هیبریدی به دلیل انعطاف پذیری بالا در طراحی، استحکام مناسب و عدم آسیب به سازند، می توانند عملکرد مناسبی برای مقابله با هرزروی حین حفاری و تکمیل چاه داشته باشند. از روش سطح پاسخ بر اساس طراحی Box-Behnken برای پیش بینی ویسکوزیته نهایی ژل هیبریدی به عنوان تابعی از دما، pH و شوری استفاده شد و مدل پیش بینی شده با حل مدل رگرسیون درجه دوم به دست آمد. معادله پیشنهادی، ویسکوزیته ژل هیبریدی را با دقت88 درصد، در محدوده پارامترهای ورودی مورد استفاده پیش بینی می کند.

امروزه هرزرفت سیالات به درون سازندهای شکافدار، به چالشی بزرگ برای صنعت حفاری چاه های نفتی و گازی تبدیل شده است. هزینه های سنگین از قبیل از دست رفتن زمان حفاری، مصرف بی رویه مواد ،تکنیک های بی ثمر کنترل، از دست دادن و متروکه شدن چاهها و مخازن، از جمله مشکلاتی هستند که ضرورت مقابله با این فرایند را نشان می دهند. در این تحقیق، ضمن استفاده از مواد گرانولار جهت مقابله با این مشکل در سازندهای شکافدار، پارامترهای موثر بر کارایی این مواد در کنترل هرزروی از جمله غلظت و توزیع دانه بندی، مورد ارزیابی قرار گرفته است. آزمایش ها با پوکه های صنعتی و معدنی با غلظت ها و توزیع دانه بندی مختلف انجام شد و پس از تجزیه و تحلیل نتایج، مشخص گردید که تشکیل پلاگ مناسب توسط ترکیبی از پوکه های صنعتی با مقدار بهینه ذرات درشت تر که چارچوب اولیه ای را تشکیل داده و ذرات ریزتر که فضای خالی بین این چارچوب را پر نموده اند، حاصل شده است. همچنین اثبات کارایی مناسبتر مکانیزم مسدودسازی این مواد در مسدود نمودن حفرات و نیز سد ضعیف تر بوجود آمده از به کارگیری توسط پوکه های معدنی، از دیگر نتایج این تحقیق می باشد.

هرزروی سیال حفاری به درون سازندهای تحت الارضی، در مناطق با نفوذپذیری بالا، سازندهای دارای شکستگی های طبیعی، و سازندهای ضعیف یکی از مشکلات رایج در عملیات حفاری چاه های نفت و گاز است. برخی تحقیقات نشان می دهد که حدود 20 درصد از زمان های غیر بهره ده در حین عملیات حفاری به دلیل مشکل هرزروی سیال حفاری است. به طورکلی روش های درمانی و پیشگیرانه، دو رویکرد اصلی مقابله با مشکل هرزروی سیال حفاری هستند. یکی از روش های پیشگیری از هرزروی سیال حفاری به کارگیری روش قفس تنش به منظور افزایش فشار شکست سازندهای اطراف چاه می باشد. عوامل متعددی از جمله پارامترهای مکانیکی سنگ، ویژگی های مواد پل زننده، رژیم تنش ها و ویژگی سیالات حفاری در میزان اثربخشی این تکنولوژی موثر است. در این پژوهش تاثیر نسبت رژیم تنش های افقی بر میزان اثربخشی تکنولوژی قفس تنش بررسی شده است. بدین منظور ابتدا مدل سه بعدی چاه و با در نظر گرفتن رفتار الاستیک سنگ ارائه شده و سپس تغییرات تنش مماسی در دو حالت پیش از ایجاد شکاف و پس از پل زدن شکاف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که بر مبنای داده های مورد استفاده، استفاده از این تکنولوژی باعث افزایش میانگین تنش مماسی به میزان 3618 پام در دیواره چاه و در نتیجه افزایش فشار شکست سازند شد. این امر در سازندهای سست از ایجاد شکستگی های القائی و هرزروی سیال حفاری جلوگیری می کند. همچنین حداکثر تنش مماسی در موقعیت پل زدن 0. 5 اینچی از دهانه شکاف مشاهده شد. از سوی دیگر نتایج نشان داد که اثربخشی قفس تنش به نسبت تنش های افقی برجا وابسته است. بر مبنای نتایج مدل عددی، در نسبت های تنش افقی کمینه به بیشینه بیشتر از 0. 715، کاربرد تکنولوژی قفس تنش منجر به افزایش تنش مماسی می شود.

پلاستیک ویسکوزیته، نقطه واروی، میزان صافاب دوغاب، زمان بندش و استحکام تراکمی سیمان از جمله پارامترهای مورد نیاز جهت یک عملیات موفقیت آمیز در سیمانکاری چاه هستند. در این پژوهش تاثیر پوشای حجم دهنده (بنتونایت و سدیم سیلیکات)، کنترل کننده صافاب (FLC)، شتاب دهنده بندش (کلسیم کلرید و سدیم کلرید) و کندکننده های بندش (کلسیم لیگنوسولفونات و کربوکسی متیل هیدروکسی اتیل سلولز) در قالب 25 آزمایش مورد مطالعه قرار گرفته است. در بررسی نتایج، با افزایش مقدار بنتونایت تا 6 % وزنی سیمان، مقدار صافاب را از cc380 بهcc  89 رساند در حالی که سدیم سیلیکات تا cc180 کاهش داد. با افزایش از 0%  تا 6 %، کلسیم کلرید نسبت به سدیم کلرید اثر بیشتری بر زمان بندش سیمان دارد. در درصدهای بالای (30 %)، کلسیم کلرید، برای عملیات های سیمانکاری نتایج غیر قابل قبولی ارائه داد. افزایش کلسیم لیگنوسولفونات، زمان نیم بندش را با شیب ثابت و CMHEC به صورت غیر خطی افزایش دادند. با افزایش 1 % CMHEC به دوغاب سیمان مقدار صافاب از cc72 به cc42 کاهش پیدا کرده است در حالی که این کاهش برای کلسیم لیگنوسولفونات برابر با cc7 بوده است. با افزایش 1 % CMHEC  به سیمان مقاومت تراکمی سیمان از   2400psi   تا 1730psi    کاهش پیدا کرد در حالی که برای کلسیم لیگنوسولفونات از  2400psi    تا 1120psi    کاهش یافت. اضافه نمودن FLC به آب لازم برای ساخت سیمان موجب تاخیر در زمان بندش و  کاهش یافتن استحکام اولیه سیمان در  hr24  اول شد.