بنتونیت حفاری ( گل بنتونیت )

بنتونیت حفاری چیست ؟

بنتونیت حفاری نوعی خاک رس از جنس سیلیکات آلومینیوم است که عمدتا از مونت موریلونت تشکیل شده است. این ماده جاذب ضمن انتشار در حجم بالایی از آب ترکیبی ژل مانند و نفوذناپذیر ایجاد می کند و با مسدود کردن منافذ جریان آب در ترکیب خود، به صورت مشهود بر عملکرد آب بندی ترکیب می افزاید. از این رو استفاده از گل بنتونیت در صنایع ساختمانی و خصوصاً در مواقعی که نیاز به جداره‌های محکم و فاقد منفذ داریم بسیار رایج است.

بدیهی است که خلوص بیشتر مونت موریلونت به معنای افزایش کارآیی و عملکرد مطلوب نظر ما خواهد بود.

اصطلاح گل بنتونیت برگرفته از مکانی در آمریکا به نام شیل بنتون است که برای اولین بار این ماده در آنجا کشف شد. این ماده که به صورت خاک رس استخراج می شود توسط دانشمندی به نام نایت در سال 1898 تحت عنوان گل بنتونیت نامگذاری شد.

از عمده کاربردهای گل بنتونیت در صنایع نفت و گاز استفاده از آن به عنوان گل حفاری جهت ایمن سازی و پایدارسازی فرایند حفاری است. بنتونیت سدیم دار قابلیت تورم پذیری بالایی داشته و در عین حال به خوبی مانع فرونشت خاک یا نفوذ خاک در ماده در حال استخراج می‌شود

تقسیم بندی گل بنتونیت از جنبه کاربرد صنعتی

گل بنتونیت‌ معیارهای مختلفی برای دسته بندی دارند، اما تقسیم بندی آن‌ها از نقطه نظر کاربرد صنعتی به شرح زیر است:

• گل بنتونیت با ماده غالب سدیم که دارای تورم بالا بوده و معمولاً در حفاری استفاده می‌شود.
• گل بنتونیت با ماده غالب کلسیم که دارای تورم کمی است.
• بنتونیت پتاسیم
• بنتونیت کلیسم
• بنتونیت آلومینیوم
• بنتونیت ارگانوفیل

بدیهی است که بهره گیری از هر یک از این انواع بستگی به ماهیت و کارکردی خواهد داشت که از این ترکیب در هر صنعت و فن آوری انتظار داریم.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی بنتونیت حفاری

خواص بنتونیت حفاری طبیعتا با توجه به ناحیه و معدنی که فرآورده از آن استخراج می شود، متفاوت است. اما به صورت میانگین می توان برآوردی از ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی این ترکیب ارائه داد.

بنتونیت حفاری دارای تقریبا 65 تا 67 درصد مونت موریلونت است، اندیس ژله در آن بعد از 8 ساعت به 33 و بعد از 24 ساعت به عدد 40 می رسد، دارای 6 تا 8 درصد رطوبت است و درصد دانه بندی آن روی الک 200 مش، قریب به 99درصد است.

همچنین این ترکیب دارای حدود 60 درصد سیلیسیم دی اکسید، 13 درصد اکسید آلومینیوم و مقادیری کمتر از هماتیت، اکسید کلسیم، سدیم اکسید و ترکیب‌های دیگر است.

این ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک، بنتونیت حفاری را تبدیل به ترکیبی مطمئن برای پوشش دهی جداره‌های ناحیه حفاری کرده است.

گریدهای بنتونیت API و بنتونیت OCMA

بنتونیت حفاری دارای دو گرید مرجع API و OCMA هستند. این دو گرید برخی ویژگی‌های متفاوت را برای بنتونیت حفاری ذکر کرده اند که البته هر دو نوع گرید در کشور ما تولید و بهره برداری می شوند.

ترکیب عملکردی این دو محلول بر حسب متر مکعب بر تن در بنتونیت API تقریبا دو برابر بنتونیت OCMA است. میزان آب در هر دو گرید تقریبا برابر بوده و عددی بین 15 تا 17 میلی لیتر را شامل می‌شود. این مساله در خصوص میزان رطوبت هر دو گرید با کمی اغماض تناظر دارد و حدود 10 درصد از ترکیب برای بنتونیت API و حدود 12 تا 13 درصد برای بنتونیت OCMA است.

از وجوه تمایز آشکار این دو، نسبت YP/PV است که در گرید API حداکثر 3 است و در گرید OCMA به 6 می‌رسد. همچنین بنتونیت API حاوی میزان قابل توجه بیشتری از سدیم است، حال آن که ماده غالب بنتونیت گرید OCMA کلسیم است.

به همین دلایل استفاده از بنتونیت گرید API در حفاری بیشتر رایج است، اما در زمانی که گل حفاری با آلودگی و گرمای زیادی مواجه نیست و همچنین در مواقعی که تمیز کردن سوراخ‌ها دارای اهمیت بالاست، می توان از گرید OCMA استفاده کرد.

بنتونیت حفاری

تاریخچه استفاده از دوغاب بنتونیت برای کارهای حفاری به دهه 1960 میلادی بازمی گردد. پیش از این، سوراخ‌های حفاری با استفاده از پوشش‌های خارجی محافظت می شدند و این امر هم زمان و هم هزینه فرایند را بسیار بالا می برد.

به مرور و با به روز شدن دانش علمی و فنی در زمینه حفاری، قابلیت‌های گل بنتونیت برای این عملیات روشن‌تر شد. همچنین هزینه‌های بالای حفاری و شمع زنی به شیوه سنتی و شکست هایی که گاه و بیگاه در نتیجه پوشش دهی نامناسب دیواره‌ها تجربه می شد، مراجعه به این ماده معدنی را تبدیل به یک الزام کرد.

خصوصا اینکه بنتونیت سدیم دار با خاصیت تورم پذیری و چسبندگی بالا، قابلیت خود در تأمین نیازهای مربوط به حفاری را به خوبی اثبات کرد.

دلیل استفاده از گل بنتونیت

اصولاً حفاری و شمع زنی نیازمند ترکیب محافظتی‌ای هستند که بتواند از گودال ایجاد شده، چه در فرایندهای موقتی و چه طولانی مدت، حفاظت کند. محافظت از پوشش در برابر فشار وزن خاک و سایر فشارهای جانبی، فشار دستگاه حفاری و مته آن، از جمله آیتم هایی هستند که از این ترکیب انتظار می رود.

بنتونیت حفاری با قابلیت‌های زیر می‌تواند پاسخگوی تمامی نیازهای ذکر شده جهت تضمین ایمنی و پایداری حفره‌های نفتی و گازی باشد:

1. روی دیواره حفاری فشار هیدرواستاتیک وارد می کند و باعث استحکام دیواره می‌شود. به این ترتیب از ریزش دیواره پیشگیری می‌شود.
2. دچار ریزش نمی‌شود و با خاک واکنش نشان نمی دهد؛ به این ترتیب خصلت آب بندی چاه حفظ می‌شود.
3. از تجمع لجن و مواد زائد در سطح و دیواره‌های ناحیه حفاری ممانعت می کند.
4. ضمن ترکیب مناسب با آب شبیه ژله می‌شود و خاصیت لیز مانند پیدا می کند. این امر به حرکت دستگاه حفاری بسیار کمک می کند و باعث روانکاری مته دستگاه نیز می‌شود.
5. سدیم این ترکیب ضمن حل در آب تغییر حجم می دهد و حجمش حتی تا30 برابر بزرگ‌تر می‌شود. این امر باعث بسته شدن منافذ و عدم نقوذ نفت و گاز و سایر سیالات از دیواره ناحیه حفاری شده می گردد؛ به همین دلیل بنتونیت‌های سدیم دار را بنتونیت‌های ترکیب شونده نیز می گویند.
6. در مواردی که شمع زنی انجام می‌شود با آرماتور و بتن واکنش انجام نمی دهد و با آن ترکیب نمی‌شود.
7. در صورت اصلاح ترکیبی بعد از هر استفاده، می توان از دوغاب بنتونیت بارها و بارها استفاده کرد.
8. پمپاژ دوغاب بنتونیت با استفاده از دستگاه‌های پمپاژ به راحتی صورت می گیرد.

با توجه به مزیت‌های ذکر شده استفاده از گل بنتونیت ، فرایند حفاری را تسهیل، مقرون به صرفه و ایمن کرده و زمان عملیاتی را نیز به طرز محسوسی کاهش می دهد.

کاربردهای گل بنتونیت در کجاست ؟

گل بنتونیت‌ افزون بر تنوع در ماده غالب، زمینه‌های کاربردی پرشماری را نیز دارند که در ادامه به اهم آن‌ها اشاره خواهد شد:

به این لیست بلند می توان موارد پرشماری را نیز افزود ولی عمده کاربردهای گل بنتونیت‌ در زمینه‌های ذکر شده است. بدیهی است جنس، نوع و ترکیب بنتونیتی آماده شده برای هر یک از این کاربردها بر حسب نوع کاربرد متفاوت خواهد بود.

متغیرهایی نظیر استحکام، چسبندگی، آب بندی، روانکاری و کاهش اصطکاک و مواردی از این دست، متغیرهای تعیین کننده در تهیه جنس و میزان بنتونیت مورد استفاده در فراورده‌ها برای هر یک از زمینه‌های فوق خواهد بود.

برای مثال در صنعت نفت و گاز که گل بنتونیت برای ساخت بنتونیت حفاری به کار می رود معمولاً از بنتونیت سدیم دار استفاده می‌شود که در آن، ترکیب غالب سدیم است. بنوبیت‌ سدیم دار یا تورم پذیر معمولا در صنایع ساخت و ساز، حفاری و در نتیجه نفت و گاز بیشترین استفاده را دارند.

مراحل ساخت بنتونیت حفاری

پس از نمونه برداری‌های اولیه، آزمایشات روی نمونه‌ها انجام شده و در صورت تأیید وارد مرحله ساخت می‌شود. برای افزایش کارایی و نفوذ ناپذیرتر کردن محصول، ذرات گل بنتونیت باید به ریزترین اجزای خود تقسیم شوند.

این ذرات با مایع میکس شده و با سرعت و شدت بالا همزنی می شوند. هموژنیزه شدن ماده در آب مهم‌ترین اصلی است که باید در این مرحله رعایت شود.

باید توجه داشت فرایند میکس باید به گونه‌ای در آب مخلوط شود که حداکثر هیدراتیزه شدن اتفاق بیفتد؛ از این رو تنظیمات سرعت همزنی بر اساس این معیار انجام خواهد شد.

استفاده از آب باکیفیت هم در تحقق این هدف اثرگذار است. چه بسا بهتر باشد پیش از آغاز فرایند ترکیب، تصفیه شیمیایی آب صورت گیرد.

غلظت بنتونیت حفاری و درصد ترکیبی آن با آب نیز از دیگر معیارهای تولید دوغاب است. نکته دیگری که باید بدان توجه ویژه داشت دستگاه میکسری است که بنتونیت را با آب ترکیب می کند. به طور کلی تجهیزات باید به گونه‌ای باشند که باعث تجمع پودر بنتونیت در قسمتی از مخلوط و خالی ماندن آن در بخشی دیگر نشود.

جمع بندی

بنتونیت حفاری قابلیت کارکردی خود در افزایش بهره وری فرایند حفاری و نیز شمع زنی را اثبات کرده است. البته دستیابی به این مهم بستگی به استفاده درست و بهینه از مناسب‌ترین ترکیب مقتضی با فرایندها و خدماتی است که واجد بهره گیرنده در حال ارائه آن است.

مطالعه و آزمایشات، پشتوانه‌ای برای فراهم کردن بهترین ترکیب بنتونیتی بر حسب نیاز کاربردی هر مجموعه خواهند بود. از این رو خواهشمند است برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت داده‌ها و نتایج دقیق‌تر با ما در تماس باشید.