پلیمر PHPA؛ انقلابی در صنعت حفاری چاه نفت در عصر معاصر
پلیمرها نقش موثری در بهبود عملکرد سیستم‌ها در صنایع مختلف دارند. یکی از صنایع بزرگی که چرخ‌های اقتصاد ایران به آن وابسته است، صنعت حفاری و استخراج نفت است. سیالات حفاری مانند پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده که به آن PHPA گفته می‌شود می‌توانند با کاهش اصطکاک میان ابزارهای حفاری و چاه، طول عمر تجهیزات مورد استفاده در این صنعت را افزایش داده و با کاهش احتمال ریزش دیواره‌های چاه، فرایند حفاری و استخراج نفت را سرعت ببخشند. البته این ماده در صنایع دیگری مانند تصفیه آب و پساب و صنعت معدن نیز کاربرد دارد. باتوجهبه کاربردهای گسترده PHPA در صنایع مختلف در این مقاله به بررسی مشخصات و انواع این ماده پرداخته، از کاربردهای آن در حفاری و تصفیه آب و مزایای استفاده از آن خواهیم گفت.
سیالات حفاری
سیالات حفاری به‌دلیل عملکردی که در بهینه‌سازی فرایند حفاری چاه‌های نفت و استخراج نفت خام دارد به یکی از عناصر ضروری و مهم در این صنعت تبدیل شده‌اند. از جمله مهم‌ترین کاربردهای این سیالات میتوان به موارد زیر اشاره کرد.
- برداشتن قلمههای متههای حفاری از پایین سوراخ چاه؛
- معلق کردن وزن مواد و قلمههای متههای حفاری؛
- منتقل کردن گاز و قلمه‌‌ها به سطح؛
- خنک کردن و روغن‌کاری مته و دیگر تجهیزات داخل چاه حفاری؛
- کنترل فشارهای سطحی؛
- جلوگیری از ریزش دیوار چاه.
پلیمر PHPA چیست؟
Partially Hydrolyzed Polyacrylamide به اختصار PHPA که برخی از افراد به آن «پلی آکریل آمید» نیز می‌گویند، نوعی پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده با ویژگی آنیونی و وزن مولکولی بالا و محلول در آب است. یکی از اصلی‌ترین مصارف این کوپلیمر در بَر گرفتن یا حذف کنده‌های حفاری شده در دیوارهای چاه حفاری نفت است. در حفاری چاه نفت از PHPA به‌عنوان لخته‌ساز و ماده‌ای برای کاهش هیدراتاسیون سنگ‌های رُسی استفاده می‌شود.
در غلظت‌های پایین 10 تا 100 گرم‌برمترمکعب این پلیمر باعث لخته شدن قلمههای متههای حفاری شده و از پراکندگی فاز جامد در گِل حفاری جلوگیری خواهد کرد. اما در غلظت‌های 0.5 تا 2.0 گرم‌برمترمکعب، پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده پوسته‌های محصورکننده‌ای مانند قفس تشکیل می‌دهد که می‌توانند هیدراتاسیون و تورم سنگ‌های رُسی حفر شده از چاه‌های نفتی را کاهش دهند.
اضافه شدن PAPA به گِل حفاری به‌طور همزمان ویسکوزیته (غلظت گِل) را حفظ کرده و ضریب اصطکاک را کاهش داده و می‌تواند عملکرد تجهیزات حفاری را بهبود بخشد. لازم است بدانید که این پلیمر را باید به آرامی و از طریق همزن هیدرولیک اضافه کرده و حدود 15 دقیقه به هم‌زدن ادامه دهید تا زمانی که پلیمر کاملا در گِل حل شود. اندازه‌گیری محتوای پلیمر پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده در سیال حفاری از روش استاندارد تعیین خواهد شد.
کنده‌های حفاری در واقع همان پسماند حفاری چاه نفت است که می‌تواند شامل موارد زیر باشد.
- دورریزهای دستگاه‌های تصفیه حفاری؛
- سیالات غیرقابل مکش؛
- سایر مواد جامد مضر برای محیط‌زیست؛
- دیگر پسماندهای حفاری.
بنابراین پلی آکریل آمید با در بَر گرفتن کنده‌های فوق مشابه یک قفس عمل کرده و از حل شدن این پسماندهای حفاری در مایع حفاری جلوگیری خواهد کرد.
پلیمر PHPA در 2 حالت جامد (به‌صورت پودر) و مایع عرضه شده اما هر کدام خواص متفاوتی از دیگری دارند. به‌عبارت ساده‌تر، بر اساس نسبت‌های خاص، پلی آکریل آمید جامد از نوع مایع آن به‌دست خواهد آمد.
انواع پلی آکریل آمید
پلی آکریل آمید کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف و بزرگ کشور داشته و به 2 دسته زیر تقسیم می‌شود.
پلی آکریل آمید آنیونی
این نوع از پلی آکریل آمیدها گروه‌های کربوکسیلیک اسیدی دارند و ذرات با بار مثبت را جذب کرده و بیشتر در پزشکی و تصفیه آب کاربرد دارد. البته نباید کاربردهای گسترده آن در صنعت حفاری را نادیده گرفت.
پلی آکریل آمید کاتیونی
این نوع پلی آکریل آمید دارای بار الکتریکی مثبت بوده و برای جذب ذرات معلق بار منفی موثر است. از جمله پُرکاربردترین انواع کاتیونی این ماده میتوان به کیتوزان و پلی‌دیالیل دی‌متیل آمونیوم کلراید اشاره کرد.
لازم است بدانید که پس از تزریق این ماده به آب، ذرات منفی جذب شده و توده تشکیل خواهند داد. این توده‌ها به‌دلیل داشتن وزن زیاد به‌مرور ته‌نشنین می‌شوند که این امر به تصفیه آب و زلال شدن آن کمک خواهد کرد.
کاربرد پلیمر PHPA در صنعت حفاری
کوپلیمر PHPA کاربردهای فراوانی در صنعت حفاری دارد که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.
تثبیت نفت شیل
نفت شیل (Shale Oil) که به آن پَلمه‌سنگی یا نفت شنی نیز گفته می‌شود از جمله دردسرسازترین سازندهای حفاری است چون تنها یکی از مشکلاتی که ایجاد می‌کنند، ریزش دیواره چاه و محبوس شدن متههای حفاری است.
این شیل‌ها به‌عنوان سازندهای مشکل‌ساز و نوعی نفت نامتعارف در صنعت حفاری از گرماکافت، انحلال گرمایی خرده‌های پَلمه‌سنگی نفتی و هیدرو‌ژنه کردن حاصل می‌شوند. این فرایندها می‌تواند مواد آلی درون شن و سنگ را به نفت و گاز مصنوعی تبدیل کند. از نفت تولید شده بلافاصله میتوان به عنوان سوخت استفاده کرد یا با از بین بردن ناخالصی‌هایی مانند سولفور و نیتروژن و اضافه کردن هیدروژن کیفیت آن را بهبود داد تا بتوان از آن به‌عنوان ماده اولیه در پالایشگاه استفاده کرد. جالب است بدانید که محصول پالایش‌شده را میتوان در همان صنایعی استفاده کرد که نفت خام پالایش‌شده کاربرد دارد.
با این تفاسیر، گِل حفاری در کنار شیل‌ها می‌تواند مشکلاتی را برای چاه‌های حفاری نفت ایجاد کند که یکی از روش‌های حذف آن‌ها استفاده از کوپلیمر PHPA است. این کوپلیمر کاربردی می‌تواند مزایای زیر را در مقابله با شیل‌ها داشته باشد.
- تثبیت شیل‌ها؛
- بهبود عملکرد قلمههای حفاری؛
- پایداری چاه حفاری.
مسدود کردن شکافهای ریز سازند
به مجموعه رسوب‌های سنگ‌شده در چاه‌های حفاری، سازند گفته می‌شود. یکی از کاربردهای اصلی PHPA به‌عنوان سیال حفاری، مسدود کردن شکافهای ریز سازند است. پوشش دادن این سطوح توسط پلی آکریل آمید انجام شده که می‌تواند راندمان استخراج نفت و حفاری را افزایش دهد.
جلوگیری از ریزش چاه حفاری
یکی از دلایل ریزش چاه‌های حفاری، گسستگی گِل در دیواره‌ها است که با کاهش ویسکوزیته یا غلظت گِل، افزایش پیدا می‌کند. همان‌طور که اشاره شد، PHPA به‌عنوان یکی از سیالات حفاری پُرکاربرد در صنعت نفت و گاز باعث افزایش ویسکوزیته گِل حفاری شده و در نتیجه از ریزش دیواره‌های چاه حفاری جلوگیری خواهد کرد.
بنابراین زمانی‌که قلمههای حفاری با دیواره‌های گِلی چاه تماس می‌‌گیرند این افزایش ویسکوزیته یا غلظت گِل مانع از کنده شدن دیواره شده و گِل را منسجم نگاه خواهد داشت. در چنین شرایطی میتوان بدون نگرانی از ریزش دیواره‌ها در چاه‌های نفتی به‌راحتی فرایند حفاری را انجام داده که خود تاثیر بسیار زیادی در افزایش راندمان حفاری و استخراج نفت در زمان کوتاه‌تری دارد.
لازم است بدانید که با جذب کوپلیمر PHPA توسط گِل حفاری، سرعت نفوذ آب به شیل‌ها کاهش پیدا می‌کند که این امر تاثیری مستقیم روی ثبات چاه حفاری دارد.
به‌عبارت ساده‌تر میتوان گفت که این کوپلیمر به‌دلیل پایین‌آوردن نقطه ریزش چاه‌های حفاری، می‌تواند فرایند حفاری را در مناطق سردسیر راحت‌تر کرده و سرعت فرایند را افزایش دهد.
کاهش ضریب اصطکاک میان دیواره چاه و قلمههای متههای حفاری
اصطکاک میان قلمههای حفاری و دیواره چاه یکی از مهم‌ترین دلایل سخت کار کردن تجهیزات و افزایش فشار روی آن‌ها است. این اصطکاک باعث می‌شود قلمههای متههای حفاری با گِل درگیر شده و همین موضوع چرخش مته را با مشکل مواجه می‌کند.
با کاهش سرعت چرخش مته‌ها به‌دلیل افزایش اصطکاک، نه‌تنها فشار بالایی به تجهیزات وارد شده که می‌تواند آسیب‌های جبران‌ناپذیری به‌همراه داشته باشد بلکه راندمان و سرعت حفاری را نیز کاهش خواهد داد. کوپلیمر PHPA با کاهش ضریب اصطکاک می‌تواند به‌راحتی تمامی این چالش‌ها را حین حفاری چاه‌های نفتی برطرف کند.
جلوگیری از پراکندگی قلمههای حفاری و حذف موثر مواد جامد
همان‌طور که اشاره شد، پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده یک پلیمر کپسوله‌کننده است که معمولا به‌همراه کلرید پتاسیم برای مهار شیل با درجه‌ای بالا از آن استفاده می‌شود. این پلیمر آنیونی، به لبه‌های دارای بار مثبت پلاکت‌های رُسی متصل شده و بنابراین ذرات را به‌یکدیگر متصل خواهد کرد. این فرایند می‌تواند از پراکندگی قلمههای متههای حفاری جلوگیری کند تا مواد جامد به‌راحتی و با روش موثرتری حذف شوند. با حذف مواد جامد، احتمال گِل‌گرفتگی مته کاهش پیدا کرده که تاثیر زیادی در سرعت فرایند حفاری دارد چون دیگر نیازی به متوقف کردن کار به‌دلیل نیاز به تمیزکاری مته نخواهد بود.
درمانی برای قلمههای متههای حفاری و کناره‌های سوراخ چاه حفاری
پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده یا همان PHPA تحت‌تاثیر آلاینده‌های رایج قرار نمی‌گیرد. با این وجود باید از شرایط همزمان دمای بالا اجتناب شود چون هیدرولیز پلیمر می‌تواند گاز آمونیاک را آزاد کند.
PHPA می‌تواند به‌عنوان روشی برای درمان مشکلات قلمههای متههای حفاری و کناره‌های سوراخ چاه استفاده شود بنابراین لازم است آن را به‌طور منظم و در حین حفاری به بخش‌های مختلف شیل‌ها اضافه کرد. این پلیمر با ویژگی آنیونی و وزن مولکولی بالایی که دارد، محلول در آب بوده و در درجه اول به‌عنوان ماده کاهش‌دهنده تلفات سیال حفاری بسیار کارآمد است.
از پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده میتوان به‌عنوان عامل ویسکوزیفایر و کلوئید محافظ برای شیل و برش در آب شیرین و شور استفاده کرد. چون این ماده با جلوگیری از تورم شیل‌ها، پایداری سوراخ حفاری را حفظ خواهد کرد.
کاهش احتمال افت فشار سیال حفاری در چاه
کوپلیمر PHPA با بیرون کردن کنده‌هایی که به دیواره چاه و لوله‌ها چسبیده‌اند می‌تواند باعث کاهش افت فشار سیال حفاری در چاه شود. در واقع این ماده قدرت حمل‌کنندگی کندهها در سیستم حفاری را افزایش داده و همین امر می‌تواند راندمان حفاری چاه را افزایش دهد.
تمیز‌کننده چاه و متههای حفاری
تمیز کردن چاه و متههای حفاری کار بسیار پیچیده‌ای است و در برخی موارد می‌تواند جریان حفاری را مختل کند. بنابراین باید با روشی کم‌هزینه، با ریسک پایین و البته سریع و بهینه، کندهها را از چاه خارج کرد تا متههای حفاری و چاه تمیز شوند. این عملیات که به اصطلاح به آن Sweep گفته می‌شود، با استفاده از کوپلیمر PHPA به‌روشی آسان، سریع و کاربردی انجام خواهد شد. بنابراین این ماده تاثیر زیادی در کاهش زمان تمیزکاری چاه و مته‌ها داشته و می‌تواند سرعت بازگشت به فرایند حفاری را افزایش دهد.
کاربرد PHPA در صنعت معدن
یکی از کاربردهای مهم پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده در صنعت معدن است. با استفاده از این ماده میتوان با جداسازی گریز از مرکز و با شستشوی ذغال‌سنگ باعث ته‌نشینی مواد معدنی و فیلتر شدن ذغال‌سنگ شد. بنابراین استفاده از PHPA می‌تواند نرخ بازیابی ذغال‌سنگ را بهبود و همین‌طور سرعت فیلتراسیون را افزایش دهد.
کاربرد PHPA در صنعت تصفیه آب آشامیدنی
پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده با افزایش شدت و سرعت بخشیدن به ته‌نشینی ذرات معلق موجود در آب، به تصفیه آسان و سریع آب و حتی پساب شهری، صنعتی و معدنی کمک خواهد کرد. این ماده با افزایش ویسکوزیته آب می‌تواند قدرت جذب سطحی و منعقد شدن ذرات کلوئیدی موجود را افزایش دهد. چون قدرت و سرعت انحلال PHPA در آب بسیار بیشتر از اتر و اتانول است.
لازم است بدانید که در فرایند تصفیه آب با حذف ذرات کلوئیدی و معلق از طریق اضافه کردن PHPA، منعقدکننده‌های معدنی لجن کمتری تولید خواهند کرد که تصفیه آب را بهینه می‌کند.
مزایای استفاده از PHPA در حفاری چاه‌های نفت
- پوشش دادن یا محصور کردن گِل و قلمههای حفاری به‌عنوان یک بازدارنده؛
- جلوگیری از ریزش چاه‌های حفاری با افزایش ویسکوزیته گِل حفاری؛
- قابل استفاده در میادین نفتی زمینی و دریایی به‌دلیل سازگاری با آب شیرین و شور؛
- پودر PHPA دارای سمیت کمتر در مقایسه با پلیمرهای مایع-امولسیونی؛
- ایجا شرایط پایدار برای دیوار شیل؛
- کپسوله کردن کندهها و جلوگیری از پخش آن‌ها؛
- افزایش ظرفیت حمل لاشه در برخی از سیستم‌های حفاری؛
- بهینه‌سازی عملیات دفع مواد زائد جامد؛
- کاهش اصطکاک میان تجهیزات و دیواره چاه در حین حفاری؛
- دفع بهتر مواد جامد چسبناک.
توصیه‌هایی برای حمل‌ونقل و استفاده از PHPA
- برای حمل PHPA اقدامات ایمنی اولیه را رعایت کنید.
- کارگران و کارشناسان چاه‌های نفت هنگام کار با این کوپلیمر باید از دستکش، عینک و ماسک تنفسی مناسب استفاده کنند.
پلیمر حفاری PHPA و خرید از معتبرترین واردکننده
پلی آکریل آمید نیمه هیدرولیز شده یا PHPA به‌دلیل حلالیت خوب در آب و هزینه پایین به‌عنوان کوپلیمری پُرکاربرد در صنعت نفت و گاز برای حفاری چاه‌های نفتی شناخته می‌شود. البته از این کوپلیمر برای تصفیه آب و پساب و شستشوی معدن با هدف افزایش حجم مواد معدنی نیز استفاده می‌کنند. بنابراین کوپلیمر PHPA کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. نکته بسیار مهم اینکه نوع گرید و کیفیت محصول تاثیر بسیار زیادی در نتیجه فرایند خواهد داشت. بنابراین باتوجهبه اهمیت و ضرورت خرید محصولی با کیفیت تضمین‌شده بهتر است برای خرید این محصول با شرکت شرکت مواد پیشرفته تیام زمین تماس بگیرید تا ضمن دریافت مشاوره، از امکان تامین حجم انوبه با قیمتی مناسب اطمینان داشته باشید.