بدین منظور گل حفاری چاه آب به عنوان سیالی که در حین عملیات حفاری دائما در چاه جریان داشته باشد و خرده ها را به سطح آورد، مورد استفاده قرار گرفت/ در ساخت گل حفاری چاه آب باید دقت زیادی به خرج داده شود زیرا اکثر مشکلات حفاری به طور مستقیم و یا غیر مستقیم به گل حفاری چاه آب مربوط شده و کیفیفت گل حفاری در بازدهی حفاری نقش اساسی دارد. به علاوه این که هزینه ساخت گل حفاری بسیار بالاست. عکس صفحه91کتاب

5-1- وظایف گل حفاری چاه آب

الف) انتقال خرده های حفاری چاه آب از ته چاه به سطح

سرعت حفاری چاه آب رابطه مستقیم با سرعت انتقال خرده های حفاری به سطح دارد. در نتیجه گل حفاری باید با سرعتی متناسب با سرعت حفر سازند، خرده ها را بالا آورده تا از مدفون شدن مته زیر خرده ها (Balled) جلوگیری شود. انتقال کنده های حفاری توسط گل به خواصی از گل مثل چگالی، گرانروی و خاصیت ژله ای گل بستگی دارد. پس باید در ساخت گلی با خواص مناسب دقت لازم را به کار برد.

ب) خنک کردن و تمیز سازی مته و روان سازی رشته حفاری چاه آب:

چون مته به صورت مستقیم با سازند در تماس است، به علت اصطکاک بوجود آمده دمای آن بالا رفته و موجب استهلاک مته می شود. در عوض گل حفاری چاه آب موجب خنک شدن مته می گردد. از طرفی گل حفاری با خاصیت روان سازی خود موجب روان سازی رشته حفاری چاه آب می شود. همچنین خروج گل از نازل ها با سرعت زیاد، موجب تمیز سازی مته می گردد.

پ) جلوگیری از ریزش دیواره چاه آب

درحین حفاری چاه آب، مقداری از آب موجود در گل حفاری جذب سازند شده و به علت تراوایی سازند با ماندن ذرات جامد درون گل روی دیواره سازند، به مرور زمان لایه ای نفوذ ناپذیر روی دیواره چاه ساخته می شود که به آن کیک گل گویند. کیک تشکیل شده از یک طرف باعث جلوگیری از ریزش دیواره چاه شده و از طرف دیگر مانع از دست دادن بیشتر آب موجود در گل می شود. عکس صفحه 92 کتاب

ت) کنترل فشارهای زیرزمینی

هرچه از سطح زمین پایین تر می رویم فشار سیال درون سازند بیشتر می شود. پس گل حفاری باید با وزن خود (افزایش وزن گل حفاری به وسیله افزاینده ها صورت می گیرد) بتواند بر فشار سیال درون سازند غلبه کند تا مانع از فوران چاه شود. گل حفاری با توجه به چگالی خود که در چاه دارد، فشاری را به سازند وارد می کند که به آن فشار گل گویند(Mud Pressure)

ث) معلق نگه داشتن کنده های حفاری در هنگام توقف عملیات حفاری

گاهی ممکن است در عملیات حفاری چاه آب به دلایلی مثل عملیات لوله بالا(Tripping) یا لوله پایین، پمپ های گل خاموش شوند. در این حالت گل درون چاه باید بتواند برای مدتی با خاصیت ژله ای خود، خرده های حفاری چاه آب را به صورت معلق نگه داشته و مانع از سقوط آنها روی مته و یا ته چاه شود.

ج) تحمل مقداری از وزن رشته حفاری چاه آب

نیروی شناوری که گل حفاری چاه آب به رشته حفاری وارد می کند باعث می شودکه قلاب(Hook) نیرویی کمتر از وزن رشته حفاری چاه آب را تحمل کند و در حالت کلی نیروی وارد به پایه های دکل در اثر وزن رشته حفاری کمتر باشد.

چ) کمک به حفر سریع سازند

در سازندهای نرم و سست(unconsolidated) بخشی از حفاری سازند توسط گل حفاری چاه آب که با سرعت بسیار زیاد از نازلها خارج می شود صورت می گیرد.

ح) دادن اطلاعات زمین شناسی سازندهای حفرشده

زمین شناسی با ارزیابی و بررسی خرده های حفاری آورده شده به سطح که روی الک لرزان موجود است اطلاعاتی در مورد نوع سازند، سن زمین شناسی و غیره را به دست می آورد.

5-2- خصوصیات گل حفاری چاه آب

خصوصیات فیزیکی گل دائما باید اندازه گیری شوند تا به مهندس گل امکان ارزیابی گل ساخته شده داده شود. این خصوصیات عبارتنداز: چگالی(وزن)، گرانروی ظاهری، گرانروی پلاستیکی و کنترل فیلتراسیون گل. برای به دست آوردن وزن گل از ترازوی گل (Mud balance) استفاده می کنند. عکس صفحه 94کتاب

 برای به دست آوردن گرانروی گل از وسایلی همچون گرانروی سنج قیفی (marsh Fonnel) و گرانروی سنج چرخشی استفاده می کنند. برای انجام آزمایش سریع از گرانروی سنج قیفی استفاده می کنند که زمان خالی شدن یک کوارت (quart، واحد حجم) گل از آن را برابر گرانروی گل می گیرند و گرانروی آن را بر حسب ثانیه بر کوارت گزارش می کنند. به عنوان مثال آب خالص در دمای F75 دارای گرانروی 26 ثانیه بر کوارت می باشد. (funnel viscosity = 26 sec/qt) عکس صفحه94 کتاب

گرانروی سنج قیفی اطلاعات دقیقی از وضعیت رئولوژی گل به دست نمی دهد. برای به دست آوردن خصوصیات رئولوژی گل حفاری از گرانروی سنج چرخشی استفاده می کنندو در گرانروی سنج چرخشی گل بین یک استوانه و قلاب در حال چرخش(معمولا با سرعت300 و 600 دور در دقیقه) تحت تنش برشی قرار می گیرد و عقربه دستگاه عددی را نشان می دهد که به وسیله آن می توان گرانروی ظاهری گل را بدست آورد.

6- متغیرهای موثر در پیشرفت عملیات حفاری

متغیرهایی که به طور مستقیم و غیر مستقیم در پیشرفت عملیات حفاری چاه آب تاثیر می گذارند به سه گروه تقسیم می شوند:

6-1- متغیرهای غیر وابسته

این متغیرها که تقریبا غیر قابل کنترل هستند عبارتنداز:

• خواص فیزیکی و مکانیکی سنگها، چگونگی وضعیت فشارهای هیدروستاتیکی و تنش سنگهای پوششی
• عوامل زمین شناسی(لایه بندی، چن خوردگی، درز و شکاف، گسل و ...)
• ژئومتری چال یا چاهها(قطر، عمق و ...)

6-2- متغیرهای وابسته

این متغیرها عبارتنداز:

• مته
• میله یا لوله های حفاری
• انرژی
• گل حفاری چاه آب

6-3- متغیرهای جانبی

این گروه متغیرهایی مانند: شرایط توپوگرافی و آّب و هوایی، دسترسی به منابع انرژی، توان مهارت کارگر و سرپرست را در بر می گیرد.

7- تاثیر عوامل زمین شناسی و تکتونیکی در حفاری چاه آب

شناخت مشخصات ساختمان ظاهری لایه ها و سنگها می تواند کمک بزرگی در موفقیت اجرا پروژه های حفاری باشد. در این جا به آن دسته از خصوصیات ساختمانی و زمین شناسی مرتبط با حفاری چاه آب اشاره می گردد.

7-1- شیب و امتداد لایه ها

اکثر مواد رسوبی در محیط های آبی و یا خشکی دارای لایه بندی بوده که بعدا تحت تاثیر نیروهای تکتونیکی وارده دچار چین خوردگی می گردند. سطوح لایه ها بخش ضعیف  آن می باشد. و لایه های کم ضخامت به علت خردگی، راحت تر حفاری چاه آب می گردند. لایه های ضخیم دارای یکنواختی بیشتری بوده و خردشدگی کمتری دارند به همین دلیل حفاری آنها در مدت زمان بیشتری صورت می گیرد. تغییر وضعیت لایه ها ممکن است سبب انحراف چاه خصوصا در روشهای حفاری چاه آب ضربه ای کابلی گردد. استفاده از استابلیزر در حفاریهای دورانی از انحراف چاه جلوگیری می کند. حفاری چاه آب در لایه های متناوب ضخیم و کم ضخامت چین خورده به علت امکان وجود شکستگی، خطر انحراف چاه و گیر افتادن مته و لوازم حفاری را افزایش می دهد.

7-2- چین خوردگی

در نواحی چین خورده و در محل تاقدیسها خصوصا در محدوده محور آنها به علت وجود باز شدگی و شکستگی و در نتیجه خردشدگی، عملیات حفاری چاه آب مشکل آفرین است. همچنین در محل ناودیسها نیز به علت تمایل لایه ها به لغزش روی یکدیگر و وجود قطعات خرد شده، حفاری مشکلات خاص خود را دارد. به طور کلی در مناطق چین خورده می باید اصول فنی و دقت در حفاری برای جلوگیری از انحراف چاه، ریزش و گیر افتادن ابزار و فرار سیال حفاری رعایت گردد.