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

دستگاه شبيه ساز تورم رس و بهينه سازي طراحي سيال

مهاجرت ذرات ريز سازندي در زمان بهره برداري از منابع هيدروكربني يكي از مشكلات مهم در صنعت نفت است در بسياري از مخازن ذرات ريز تا نزديكي چاه توليدي انتقال مي يابد در انجا تجمع يافته و نهايتا توليد سيالات هيدروكربني را كاهش مي دهد.بهترين راه براي جلوگيري از اين مشكل مي بايست ذرات ريز قابل انتقال راتا جايي كه ممكن است دور از چاه توليدي مهار يا تثبيت نمود. نانو پروپنت در اين پروژه به طور موثر داراي نيروهاي سطحي شامل نيروي واندروالس و نيروي الكترواستاتيكي خواهند بود كه آمادگي پيوستن به ذرات پروپنت را طي انجام عمليات ايجاد شكاف مصنوعي دارند. در طول عمليات بهره برداري زمانيكه ذرات ريز سازندي به سمت بستر پروپنت پوشش داده شده بوسيله ي نانوذرات،حركت مي كنند،نيروهاي سطحي اين نانوذرات، مانع از حركت به سمت چاه توليدي مي شود. نانوذرات قادر به تثبيت ذرات ريزي همچون سيليس،ذرات باردار و بي بار و رس قابل انبساط و غير قابل انبساط وهستند.

اين اختراع در رابطه با نوآوري طراحي، فرمولاسيون و كاربرد سيال تكميل چاه با استفاده از محلول هاي نمكي كلرايدي و يا نيتراتي و يا تركيباتي از آنها جهت استفاده در چاه هاي نفت و گاز به عنوان سيال تكميل چاه ( Completion Fluid) مي باشد. كه اين نوآوري با استفاده از كاربرد و مهندسي كردن نمك هاي مذكور تحت شرايط خاص است. از جمله كاربردهاي اين سيال با تركيبات نمكي مذكور استفاده در حفاري و تكميل چاه شامل نصب كفشك، لوله مشبك، توپك يا پكر، انكر سيل، شيرهاي ايمني درون چاهي مي باشد. اين سيال ميتواند در تكميل انواع چاه هاي حومه شهري، نفت و گاز، تزريق،تعميري، فرازآوري، جهت دار و آب هاي زائد و غيره ... استفاده مي شود. در اين اختراع حذف تركيبات آلاينده ي خطرناك برومايد در ساختار سيال تكميلي باعث از بين رفتن معضل محيط زيستي اين محلول نسبت به تركيبات برومايدي مي شود كه با محيط زيست سازگار تر است در نتيجه حذف يون برومايد، تركيب محلول آب نمك نسبت به تركيبات برومايدي به PH بالاتري مي رسد كه منجر به نرخ خوردگي بسيار كمتري در مقايسه با تركيبات برومايدي مي باشد. از سوي ديگر به علت عدم وجود نمك هاي فرميتي در سيال تكميلي جديد، آنيون فرميت در ماتريس سيال وجود ندارد كه پس از يونيزه شدن و جذب يون هيدرونيوم(H+) از محيط آبي به اسيد فرميك تبديل شود و خوردگي را در دماهاي متوسط و بالا به شدت افزايش دهد و به طبع مشكل نقطه كريستاله شدن نمك هاي فرميتي نيز ديگر وجود ندارد. در اين اختراع براي اولين بار در دنيا فرمولاسيون هايي تماماً هم رويه با شاخص هاي موثر بر بهبود اثرات زيست محيطي و كاربردي جهت كاهش مشكلات عمليات تكميل چاه هاي نفت و گاز ارائه شده است.

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

دستگاه شبيه ساز آزمايشگاهي شكاف هيدروليكي و تست پروپانت با بررسي هاي پيوسته مراحل انجام شكاف و اعمال شرايط واقعي مخزن جهت نتايج قابل استناد، قابل اطمينان و استفاده است. اين دستگاه در زمينه مهندسي نفت بيشترين كاربرد را دارد. در اختراع هاي قبلي در اين زمينه فقط بعضي از ويژگي هاي مورد نظر پروپانت ها را مي توانستند انجام دهند كه با توجه به اهميت ايجاد خود شكاف هيدروليكي در مغزه براي هماهنگ شدن كل عوامل عمليات يك عيب و نقص بزرگ در دستگاه هاي قبلي مي باشد و به همين دليل نتايج بدست امده از ديگر تست ها كه مربوط به پروپانت ها و به صورت جداگانه مي باشد كه اين دستگاه اين نواقص را برطرف كرد و با توجه به انجام عمليات شكاف و تمام تست هاي پروپانت و بدست اوردن فشار شكست و رئولوژي سيال بهينه مي توان به عنوان مزيت بزرگ اين دستگاه دانست. با اعمال تنش ها توسط پدها به مغزه و ايجاد تنش هاي درجا در ان مي توان بوسيله مدل مكانيكي زمين فشار شكست را پيش بيني كرد و با شروع تزريق توسط دستگاه فشار شكست را بدست اورد و در مرحله بعد با ايجاد شكاف هيدروليكي مي توان با برقراري قانون دارسي در محيط متخلخل توسط دستگاه و شبيه سازي شرايط مخزني در آن به انجام تست هاي پروپانت ها (هدايت پذيري، جايگزيني، له شدگي و جلوگيري از مهاجرت ريز ذرات سازند) و تعيين رئولوژي مناسب سيال پرداخت. ايجاد شكاف، پيوسته بودن مراحل آزمايش، بررسي تاثيرات تست ها بر روي يكديگر مطابق شرايط واقعي، تكنيك اعمال تنش هاي مختلف به روي مغزه چند مورد از نوين بودن تكنولوژي اين دستگاه است.