اين اختراع در ارتباط با فرمولاسيون سيالات حفاري سبك و فوق سبك بعنوان سيال حفاري، سيال تكميل، سيال تعمير و سيمان حفاري چاه هاي نفت و يا گاز و يا چاه هاي ژئوترمال (زمين گرمايي) با استفاده از گروهي از مواد نانو ساختار مي باشد كه هدف از طراحي اين سيال كاهش دانسيته سيال حفاري با وزن كمتر از55pcf با خواص رئولوژي و كنترل كنندگي مناسب مي باشد. تكنولوژي اين سيال حفاري به گونه اي است كه با استفاده از اين مواد نانو ساختار و افزايش ميزان ذرات و نيز به دليل پايين بودن وزن مخصوص اين مواد ، به صورت فيزيكي هنگام اضافه شدن به آب باعث افزايش حجم مي شوند. كه يك مزيت بسيارخوب براي اين سيال مي باشد در ضمن سيال سبك و فوق سبك طراحي شده به دليل آب گريزي و نيز مساحت سطح بسيار بالاي اين نانو مواد، داراي ويژگي بازدارندگي تورم شيل را نيز درخود دارند. در اين اختراع با استفاده از نانو مواد ترجيحا نانو ذرات ايروژل، توانسته ايم وزن سيال حفاري را تا 25pcf به وسيله مكانيزم هاي فيزيكي و الكتروشيميايي سطح و ايجاد تعادل دانسيته آب و نانو ذرات ائروژل با حداقل افزايه هاي حفاري كاهش و به صورت عملياتي از نظر كاربرد و هزينه فرموله كنيم. همچنين حذف استفاده از دانه هاي كروي توخالي (Hollow glass beads) در فرمولاسيون سيالات سبك و فوق سبك سبب گرديده كه مشكلات استفاده از اين افزايه مانند خورد شدن اين دانه هاي كروي توخالي تحت فشار هيدرو استاتيك سيال و همچنين فشار چرخشي ناشي از مته حفاري و جت سيال ته چاه، توربولنسي جريان سيال حاوي كنده هاي حفاري در فضاي حلقوي و شكسته شدن ميكرو ذرات توخالي كه در مجموع سبب افزايش شديد دانسيته سيال حفاري مي گردد، مرتفع شود.از سوي ديگر حذف گازوئيل به عنوان پايه گل هاي پايه روغني كه درواقع يك عمل مخرب در بحث محيط زيست مي باشد و همچينين محدوديت وزن سيال سبك توليدي با استفاده از گل هاي پايه روغني يك مزيت بسيار بزرگ سيال جديد با استفاده از نانو مواد ائروژل مي باشد

اين اختراع در ارتباط با تهيه فرمولاسيون سيمان سبك و فوق سبك با استفاده از مواد نانو ساختار مي باشد و افزايش استحكام سنگ سيمان و بهبود خواص رئولوژيكي و مكانيكي سنگ سيمان و جلوگيري از مهاجرت گاز از بين دوغاب سيمان و كاهش تخلخل و تراوايي سنگ سيمان و همچنين با استفاده از اين نوع سيمان مي توان هزينه هاهي مربوط به چند مرحله سيمان كاري و نيز تعمير آن را كاهش داد تكنولوژي اين سيمان به گونه اي است كه با استفاده از اين مواد نانو ساختار و افزايش ميزان ذرات در ماتريس سيمان و نيز واكنش شيميايي مواد نانو ساختار سيليس كروي با مواد حاصل از واكنش اوليه سيمان با آب (ژل هيدراته C-H-S) باعث افزايش استحكام شده و نيز اين مواد باعث ايجاد خواص الاستيك در سنگ سيمان در دماها و فشارهاي مختلف مي گردد. در اين طراحي سيليس نانو ساختار كروي استفاده گرديده است. تا بتواند خواص مورد نظر را به سيمان بدهد. اين سيمان جديد به علت وزن مخصوص افزايه نانو مورد استفاده در آن وزن كلي دوغاب پايين و نزديك وزن آب بوده است كه يك مزيت بسيار خوب و منحصر به فرد براي اين سيمان مي باشد در ضمن دوغاب سيمان طراحي شده داراي خواص رئولوژيكي مناسبي در دماهاي تست شده مي باشد.

اين اختراع درباره ي فرمولاسيون ضد هرزروي سيال و سيمان حفاري با استفاده از الياف و تكنيك توزيع بهينه اندازه ذرات مي باشد كه در آن به شيوه خارق العاده اي نشان داده مي شود كه چگونه استفاده از الياف ويژه و گوناگون در سايز بندي هاي مشخصه با طراحي مهندسي دقيق به صورت تركيبي با ذرات جامد كه توزيع اندازه ذرات شان بهينه شده است و يا به تنهايي مي تواند باعث درمان هرزروي هاي از كم تا بسيار شديد و كامل گردد اين اختراع به جنبه پلاگ كردن شكافها در طي فرآيند حفاري به صورت شبكه اي تار عنكبوتي با طراحي دقيق اندازه ذرات و پراكندگي بسيار دقيق الياف ويژه در ماتريس براي سيال حفاري و يا حتي عمليات سيمانكاري مي باشد. روشهاي به كار گرفته شده در اين اختراع به صورت كلي براي درمان هرزروي سيال حفاري و به صورت اختصاصي در سيمان حفاري به منظور درمان هرزروي و از سوي ديگر براي كنترل ميكروترك ها نيز مي باشد .كه اين روشها مي تواند براي چاه هاي عمودي و حتي جهتدار و افقي هم مورد استفاده قرار گيرد.اين اختراع براي چاه هاي توليدي نفت و گاز مي باشد ولي براي ساير چاه هاي ساير سيالات مانند تزريق آب ،دي اكسيد كربن و چاه هاي ذخيره سازي گاز مورد استفاده قرارمي گيرد.

ناپايداري و ريزش ديواره هاي شيلي يكي از مشكلات مهم حفاري چاه هاي نفت و گاز مي باشد. گذر از اين چالش وابستگي كامل به انتخاب و نوع سيستم سيال حفاري دارد. اين لايه هاي شيلي در اثر مجاورت با آب سيال ، پس از فعل و انفعالات شيميايي و فيزيكي دچار تورم مي شوند كه در نهايت منجر به گير لوله ها، مسدود شدن مته توسط گل و لاي ناشي از ريزش آنها كه منجر به مشكلات حفاري و در نهايت كاهش سرعت حفاري و افزايش هزينه ها مي شود. در صنعت حفاري همراه از مواد شيميايي مختلف مانند پتاسيم كلرايد، گلايكول و غيره جهت كاهش مشكلات ناشي از سازند هاي شيلي استفاده شده است، اما همواره نياز به كنترل بهتر شيل ها و بهبود سيال حفاري از چالش هاي اين صنعت بوده است. اين اختراع در رابطه با نوآوري طراحي، فرمولاسيون و كاربرد نانو سيالات كلوئيدي در توزيع اندازه ذرات 1 تا 1000 نانو متر و با غلظت هاي 1 تا 50 درصد وزني، در سيالات حفاري پايه آبي به عنوان كنترل كننده تورم لايه هاي شيلي در انواع تركيبات گل هاي پايه آبي و يا جايگزين ماده گلايكول در گل هاي گلايكولي و يا نمك پتاسيم كلرايد در تركيب گل حفاري پايه آبي و يا يكي از آنها مي باشد. نانو سيال كلوئيدي به صورت عاملدار يا غير عاملدار با استفاده از مكانيزم پوشش فيزيكي و كنترل يا تعادل تبادل يوني ، نفوذ به منافذ بسيار كوچ سطح رس و شيل و پوشش آنها و يا يكي از اين مكانيزم ها، قادر به كنترل تورم رس و كاهش سطح تماس آب با شيل ها و رس ها را دارد. با استفاده از نانو سيال كلوئيدي مي توان موادي همچون گلايكول و يا نمك هاي پتاسيم كلرايد را حذف نمود. در بسياري از موارد اضافه نمودن گلايكول به سيال حفاري باعث ايجاد كف و كاهش وزن سيال حفاري مي گردد. ، استفاده از گلايكول بدليل ايجاد مشكلات براي سيال حفاري باعث ايجاد زمان توقف عمليات حفاري مي گرديد. 1-كاهش تركيبات گل 2-حذف افزودني هاي رايج گل همچون گلايكول و نمك پتاسيم كلرايد به عنوان كنترل تورم رس 3-كاهش هزينه هاي ساخت گل 4-بهينه سازي پارامترهاي ديگر گل همچون رئولوژي، خنك كنندگي مته، فيلتراسيون گل