كيمياء سوائل الحفر المتقدمة: القلوية، الأس الهيدروجيني، وعلاج التلوث الكيميائي

: القلوية، الأس الهيدروجيني، وعلاج التلوث الكيميائي

أولاً: القلوية والأس الهيدروجيني (Alkalinity and PH)

يا هندسة، القلوية (Alkalinity) بتتعرف على إنها مدى توافر أيونات الهيدروجين (H+) في المحلول، والـ PH هو دالة في تفكك المية وتركيز أيونات الهيدروجين بالجرام في لتر الطفلة. القلوية بتتناسب عكسياً مع تركيز (H+).

• PH من 1 لـ 6: وسط حامضي (Acidic).
• PH عند 7: وسط متعادل (Neutral).
• PH من 8 لـ 14: وسط قلوي (Alkaline).

قاعدة عامة: الوسط القلوي هو الأنسب لكل الكيماويات عشان تشتغل صح. الـ PH بيتحسب بمقياس لوغاريتمي (Log scale)، يعني PH 9 أقوى بـ 10 مرات من PH 8. قيمة الـ PH بتعتمد على تركيز مجموعات الـ OH والـ CO3 والـ HCO3 والـ CO2:

• PH 12 أو أكتر: تلوث بمجموعة الـ OH.
• PH 10: تلوث بـ OH و CO3.
• PH 9 لـ 10: تلوث بـ CO3 فقط.
• PH 8.3 لـ 9.3: تلوث بـ CO3 و HCO3.
• PH 6 لـ 8.3: تلوث بـ HCO3 فقط.
• PH 4.3 لـ 6: تلوث بـ HCO3 و CO2.
• PH أقل من 4.3: تلوث بـ CO2 فقط.

اختبار الـ PH باستخدام كاشف الـ PhPh:

• عدم وجود لون: PH أقل من 8.3.
• وردي فاتح: PH من 7.5 لـ 8.5.
• وردي (Pink): PH من 9 لـ 10.
• بنفسجي (Violet): PH أكتر من 10.

ثانياً: اختبارات القلوية (Pm, Pf, Mf)

1- قلوية الطفلة (Pm):

بنحضر 1 مل طفلة + 5 مل مية مقطرة + 3 نقط PhPh (بيتحول للون وردي أحمر)، وبعدين بنعمل معايرة (Titration) بحمض الكبريتيك (H2SO4 N/50) لحد ما اللون يختفي. قيمة الـ Pm هي كمية الحمض المستخدمة.

2- قلوية الراشح (Pf & Mf):

بنحضر 1 مل راشح (Filtrate) + نقطتين PhPh (لون وردي)، ونعمل معايرة بالحمض لحد ما اللون يختفي، وكده جبنا الـ Pf. بعدها بنضيف نقطتين Methyl Orange (لون برتقالي مصفر) ونكمل معايرة لحد ما يظهر لون أحمر باهت، وكده جبنا الـ Mf (إجمالي الحمض المستخدم).

ماذا تعني العلاقة بين Pf و Mf؟

1. لو Mf = Pf أو أكبر شوية: التلوث أيونات OH فقط، وممكن تلاقي Ca++ معاها.
2. لو Mf أقل من ضعف Pf: الأيونات هي CO3 و OH.
3. لو Mf = ضعف Pf: الأيونات هي CO3، والـ PH العالي ناتج عنها مش عن الـ OH، وده بيعمل مشكلة في طفلة الـ Lignosulphonate.
4. لو Mf أكبر من ضعف Pf: الأيونات هي CO3 و HCO3.
5. لو Pf = 0 و Mf عالي جداً: الأيونات هي HCO3 فقط.

ملحوظة: الـ Mf بيقيس (CO3, HCO3, CO2)، والـ Pf بيقيس (CO3, OH). نقطة نهاية الـ Pf عند PH 8.3، ونقطة نهاية الـ Mf عند PH 4.3.
معادلة الكربونات الكلية: Total Carbonate = 1220 × (Mf – Pf).

ثالثاً: الملوثات الكيميائية وعلاجها (Contaminants & Treatment)

1- ملح الطعام (Na Cl):

المصدر: قباب الملح، طبقات الملح الصخري، أو دخول مية مالحة.
التأثير: زيادة اللزوجة والـ YP، نقص الـ PH، تندف الطفلة (Flocculation)، وتآكل جدار البير (Wash of hole).
العلاج: التخفيف (Dilution)، إضافة Thinner لتقليل اللزوجة، إضافة صودا كاوية لضبط الـ PH، وإضافة Defoamer في حالة وجود رغوة.

2- الجبس والأنيهيدريت (Ca SO4):

التأثير: زيادة اللزوجة والـ YP والـ Gel وفقد المية (Filtrate). زيادة أيونات الكالسيوم بتعمل تندف (Flocculation).
العلاج: إضافة Soda Ash (Na2CO3) لو الـ PH واطي، أو Bicarb (NaHCO3) لو الـ PH عالي. المعادلة: Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 (راسب) + Na2SO4. لو زاد الـ Soda ash أوي بيعمل (Ash Gels)، وقتها لازم نخفف بالمية ونضيف جير (Lime).

3- الأسمنت (Ca(OH)2 Cement):

التأثير: زيادة اللزوجة والـ YP والـ PH وفقد المية. الأسمنت الطري (Green cement) تأثيره أكبر لأنه بيدوب أسرع.
العلاج: إضافة Sodium Bicarbonate لتقليل الـ PH وعلاج اللزوجة. القاعدة: 100 رطل بيكربونات لكل 2 قدم مكعب أسمنت ناشف (أو 1 قدم مكعب أسمنت طري).

4- غاز H2S السام:

التأثير: غاز سام جداً، بيسبب تآكل المواسير، ونقص الـ PH وتندف البنتونيت.
العلاج: الحفاظ على PH فوق 10.5، إضافة Zinc Oxide أو Zinc Carbonate. المعادلة: ZnO + H2S = ZnS (راسب) + H2O. أو إضافة الجير (Lime).

5- غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2):

بيقلل الـ PH ويعمل تندف. بنعالجه بإضافة الجير (Lime) عشان يحوله لكربونات كالسيوم (CaCO3) ومية.

رابعاً: جداول المعالجة وحل المشكلات (Troubleshooting)

جدول إزالة الأيونات (Chemical Required):

• Ca × 0.00093 = رطل/برميل Soda Ash.
• Ca × 0.00074 = رطل/برميل Bicarb.
• Mg × 0.00116 = رطل/برميل NaOH.
• CO3 × 0.00043 = رطل/برميل جير (Lime).
• HCO3 × 0.002 = رطل/برميل NaOH.

دليل حل المشكلات السريع:

• الوزن واطي: ضيف بارايت.
• اللزوجة واطية: ضيف بنتونيت أو بوليمر XC.
• اللزوجة عالية: خفف بالمية، أو شيل المواد الصلبة (Solids Control)، أو ضيف Thinners.
• فقد المية عالي (Fluid Loss): ضيف مواد تقليل الفقد، وشيل الكالسيوم بالبيكروبونات.

خامساً: الاختبارات المعملية (Chemical Tests WBM)

1. الملوحة (Salinity): 1 مل راشح + كاشف كرومات البوتاسيوم + معايرة بـ Ag NO3 لحد ما يظهر لون برتقالي محمر. (الملوحة = حجم Ag NO3 × 10000).
2. عسر المية (Hardness): بنقيس الكالسيوم (Ca++) بمعايرة EDTA مع كاشف Caliver 2 (اللون بيتحول لبنفسجي). والماغنسيوم (Mg++) بمعايرة EDTA مع كاشف Erichrom black (اللون بيتحول لأزرق سماوي).
3. اختبار الـ MBT: بنضيف 2 مل طفلة + مية مقطرة + هيدروجين بيروكسيد + حمض كبريتيك ونغلي لمدة 10 دقائق. بعدها بنضيف Methylene blue تدريجياً. نقطة النهاية: لما تظهر "حلقة زرقاء" (Blue ring) حوالين نقطة الطفلة على ورقة الترشيح. (Bentonite equivalent = 5 × كمية الـ Methylene blue).
4. قياس الوزن والمواد الصلبة: باستخدام الميزان (Mud Balance) وجهاز الريتورت (Retort) لتبخير السوائل وقياس حجم الزيت والمية والصلب المتبقي.

سادساً: تحليل الشيل والتبادل الأيوني (Shale Factor & CEC)

يا هندسة، أنواع الطينة (Clay) بتختلف في قدرتها على التبادل الأيوني (CEC). الـ Montmorillonite (البنتونيت) هو أكتر نوع بيحب المية وبينفش (Swelling). مع زيادة العمق والحرارة، بيتحول لـ Illite ومبيعدش ينفش.
الـ CEC للبنتونيت النقي بيوصل لـ 100 meq/100gm، بينما الـ Illite بين 10 لـ 40، والـ Kaolinite حوالي 10. فهم نوع الشيل بيخلينا نعرف البير هيحصل فيه مشاكل نفش وتكسير ولا لاء.

الخلاصة: قواعد ذهبية في كيمياء الطفلة

1. لرفع الـ PH ضيف صودا كاوية، ولتنزيله خفف بالمية.
2. أفضل PH للشغل بين 8.5 لـ 10.0؛ أقل من 7 بيحرق البوليمرات، وأكتر من 11 بيفقدها فعاليتها.
3. التلوث بالكالسيوم بيزود اللزوجة وفقد المية؛ عالجه بالـ Soda ash أو الـ Bicarb.
4. ماتعالجش الكربونات لصفر؛ سيب نسبة بسيطة تتفاعل مع أي كالسيوم زيادة (النسبة المقبولة 500-2000 mg/l).
5. في طفلة الجير (Lime mud)، قلوية الطفلة Pm دايماً أعلى من قلوية الراشح Pf.

في النهاية يا هندسة، كيمياء الطفلة هي اللي بتحمي المواسير وتضمن حفر بير نضيف من غير Stuck. المتابعة الدقيقة للـ Pf والـ Mf هي اللي بتخليك تكتشف التلوث قبل ما يقلب بكارثة.

تعديل المقال