در صنعت استخراج نفت و گاز، جایی که هزینه‌های عملیاتی دکل‌های حفاری (Rig Rates) به هزاران دلار در ساعت می‌رسد، هیچ جایی برای خطا وجود ندارد. مهندسین گل (Mud Engineers) به خوبی می‌دانند که “سیال حفاری” حکم خون در رگ‌های عملیات را دارد و سلامت این خون، تضمین‌کننده سلامت چاه است. در میان تمام افزودنی‌های شیمیایی و معدنی، یک کانی نقش قهرمان خاموش را بازی می‌کند. انتخاب اشتباه در تامین این ماده، می‌تواند منجر به فجایعی نظیر هرزروی گل (Loss Circulation)، گیر کردن لوله‌ها (Stuck Pipe) و در نهایت توقف پرهزینه عملیات شود. صحبت از بنتونیت حفاری است؛ کانی استراتژیکی که پایداری دیواره چاه و انتقال کنده‌ها به سطح، مستقیماً به کیفیت و رئولوژی آن وابسته است.

معماری مولکولی گل حفاری؛ چرا بنتونیت؟

بنتونیت نوعی رس کلوئیدی است که عمدتاً از کانی “مونت‌موریلونیت” تشکیل شده است. اما هر خاک رسی، بنتونیت حفاری نیست. ویژگی جادویی که مهندسین نفت به دنبال آن هستند، خاصیت “تیکسوتروپی” (Thixotropy) و توانایی تورم‌پذیری (Swelling) است. زمانی که بنتونیت سدیمی باکیفیت در آب پراکنده می‌شود، می‌تواند تا چندین برابر حجم خود آب جذب کرده و متورم شود. این فرآیند باعث ایجاد ویسکوزیته (گرانروی) لازم در سیال می‌شود.

چرا این ویسکوزیته حیاتی است؟ تصور کنید مته در عمق ۳۰۰۰ متری زمین در حال خرد کردن سنگ‌هاست. این خرده‌سنگ‌ها (Cuttings) باید به سطح زمین منتقل شوند. اگر سیال حفاری ویسکوزیته مناسبی نداشته باشد، کنده‌ها در چاه ته‌نشین شده و باعث قفل شدن مته می‌شوند.  

۴ وظیفه حیاتی که بنتونیت بر دوش می‌کشد

قبل از اینکه به سراغ استانداردهای پیچیده خرید برویم، باید بدانیم دقیقاً برای چه چیزی پول پرداخت می‌کنیم. یک بنتونیت استاندارد در سیستم گل پایه آبی (WBM) چهار ماموریت اصلی دارد:

1. کنترل هرزروی سیال (Fluid Loss Control): شاید مهم‌ترین وظیفه بنتونیت، تشکیل “کیک گل” (Filter Cake) باشد. ذرات پلاکت‌مانند بنتونیت روی دیواره‌های نفوذپذیر چاه می‌نشینند و یک لایه نازک اما بسیار مقاوم و نفوذناپذیر ایجاد می‌کنند. این لایه مانع از فرار آبِ گل به داخل سازندهای سنگی می‌شود. اگر این لایه تشکیل نشود، آب به داخل سنگ نفوذ کرده، باعث تورم شیل‌ها و ریزش دیواره چاه می‌شود.


2. تعلیق و انتقال کنده‌ها (Hole Cleaning): همانطور که اشاره شد، خاصیت ژلی بنتونیت باعث می‌شود تا کنده‌های حفاری در سیال شناور بمانند و به راحتی توسط شیل شیکرها در سطح زمین جدا شوند.


3. خنک‌سازی و روانکاری مته: اصطکاک مته با سنگ، حرارت بسیار بالایی تولید می‌کند. دوغاب بنتونیت علاوه بر خنک کردن مته، اصطکاک بین رشته‌های حفاری و دیواره چاه را کاهش داده و عمر تجهیزات را افزایش می‌دهد.


4. تحمل فشار طبقات: وزن مخصوص سیال که بخشی از آن توسط بنتونیت تامین می‌شود، فشاری هیدرواستاتیک ایجاد می‌کند که مانع از ورود سیالات تحت فشار مخزن (نفت، گاز یا آب شور) به داخل چاه می‌شود و از فوران چاه (Blowout) جلوگیری می‌کند.

کالبدشکافی استاندارد API 13A؛ انجیل مهندسین گل

در بازار ایران و بازارهای جهانی، واژه “بنتونیت” به تنهایی معنای دقیقی ندارد. دلالان مواد معدنی ممکن است هر خاک متورم‌شونده‌ای را به عنوان بنتونیت عرضه کنند. برای ایجاد زبان مشترک بین تولیدکننده و مصرف‌کننده، “انستیتو نفت آمریکا” (American Petroleum Institute) استاندارد سخت‌گیرانه API 13A را تدوین کرده است.

هنگام خرید بنتونیت برای پروژه‌های حساس، شما باید دقیقاً بدانید محصول در کدام بخش (Section) از این استاندارد قرار می‌گیرد:

۱. بنتونیت سکشن ۹ (API Section 9)

این بالاترین رده کیفی بنتونیت سدیمی طبیعی است. در این گرید، بنتونیت باید بدون نیاز به افزودن پلیمرهای شیمیایی (مانند CMC یا PAC)، خواص رئولوژیکی مورد نظر را تامین کند. این نوع بنتونیت معمولاً “Untreated” (تیمار نشده) نامیده می‌شود و خالص‌ترین فرم بنتونیت برای حفاری‌های حساس است.

• شاخص‌های کلیدی سکشن ۹:


• نسبت قرائت ویسکومتر در دور ۶۰۰ به دور ۳۰۰ نباید از ۳.۰ بیشتر باشد (پلاستیک ویسکوزیته بالا).


• میزان هرزروی آب (Fluid Loss) باید کمتر از ۱۵ سی‌سی باشد.

۲. بنتونیت سکشن ۱۰ (API Section 10)

این گرید با نام “Treated Bentonite” (بنتونیت تیمار شده) نیز شناخته می‌شود. در اینجا، تولیدکننده مجاز است مقدار کمی پلیمر آنیونی برای بهبود خواص ویسکوزیته به خاک اضافه کند. این نوع بنتونیت برای حفاری‌هایی که نیاز به ییلد (Yield) بالاتری دارند استفاده می‌شود اما ممکن است در برابر آلودگی‌های کلسیمی حساس‌تر باشد.

۳. بنتونیت استاندارد OCMA

استاندارد OCMA (Oil Companies Materials Association) که امروزه بیشتر با گرید DFCP-4 شناخته می‌شود، سطحی پایین‌تر از API دارد. این نوع بنتونیت معمولاً برای حفاری‌های کم‌عمق، چاه‌های آب، شمع‌کوبی‌های عمرانی و عملیات‌هایی که حساسیت فشار و دما کمتر است، کاربرد دارد. متاسفانه در بازار، بسیاری از فروشندگان بنتونیت‌های OCMA را به جای API به فروش می‌رسانند که می‌تواند در دماهای بالا خاصیت خود را از دست داده و منجر به تخریب دیواره چاه شود.

پارامترهای آزمایشگاهی تعیین کننده قیمت و کیفیت

مدیران خرید و تدارکات باید بدانند که برگه آنالیز فنی (Technical Data Sheet) بنتونیت، شناسنامه محصول است. سه پارامتر وجود دارد که مستقیماً بر قیمت و کیفیت تاثیر می‌گذارد و باید در آزمایشگاه تست شود:

• ییلد (Yield Point): ییلد نشان‌دهنده توانایی سیال برای بلند کردن کنده‌هاست. هرچقدر عدد ییلد بالاتر باشد (با حفظ ویسکوزیته پلاستیک پایین)، بنتونیت مرغوب‌تر است. بنتونیت‌های سدیمی باکیفیت معادن ایران اگر به درستی فرآوری شوند، ییلد پوینت بسیار مطلوبی ارائه می‌دهند.


• اتلاف صافی (Fluid Loss/Water Loss): این پارامتر حیاتی‌ترین تست برای ایمنی چاه است. در دستگاه فیلتر پرس، میزان آبی که تحت فشار ۱۰۰ psi در مدت ۳۰ دقیقه از لایه گل عبور می‌کند اندازه‌گیری می‌شود. اگر این عدد بالا باشد (مثلاً بالای ۱۶ سی‌سی)، یعنی کیک گل متخلخل است و ریسک ریزش چاه بالاست. 


• رطوبت (Moisture): طبق استاندارد، رطوبت پودر نباید از ۱۰ تا ۱۲ درصد بیشتر باشد. رطوبت بالا یعنی شما پول آب را به جای خاک پرداخت می‌کنید و همچنین باعث کلوخه شدن پودر در انبار (Silo Set) می‌شود.

تست‌های سریع کارگاهی؛ چگونه کیفیت بار را قبل از تزریق بسنجیم؟

اگرچه آنالیزهای دقیق باید در آزمایشگاه‌های مجهز انجام شود، اما مهندسین گل (Mud Engineers) و ناظرین خرید نیاز به ابزارهایی دارند تا در لحظه ورود محموله به سایت یا دکل، کیفیت اولیه را تایید کنند. دو تست حیاتی وجود دارد که نباید از آن‌ها غافل شد:

1. تست مارش فانل (Marsh Funnel Viscosity):

این ساده‌ترین و رایج‌ترین ابزار سر چاه است. یک قیف استاندارد که زمان تخلیه یک لیتر سیال از آن اندازه‌گیری می‌شود. بنتونیت با ییلد بالا باید بتواند با غلظت‌های کم، ویسکوزیته مارش مطلوبی ایجاد کند. اگر اپراتور مجبور باشد گونی‌های زیادی مصرف کند تا ویسکوزیته قیف بالا بیاید، یعنی بنتونیت شما “Low Yield” (کم‌بازده) است و عملاً هزینه‌های پروژه را چند برابر می‌کند.

1. تست محتوای شن (Sand Content):

بنتونیت‌های نامرغوب که فرآیند میکرونیزه و جداسازی ناخالصی در آن‌ها ضعیف انجام شده، حاوی ذرات شن هستند. با استفاده از کیت “سند کانتنت”، درصد حجمی شن اندازه‌گیری می‌شود. طبق استاندارد API، این عدد باید زیر ۲.۵ درصد باشد. وجود شن بالا یعنی خوردگی سریع پمپ‌های گل (Mud Pumps)، نازل‌های مته و ادوات سطحی.  

کالبدشکافی تقلب در بازار؛ بنتونیت یا خاک رنگ‌بر؟

متاسفانه برخی سودجویان برای کاهش قیمت تمام‌شده، اقدام به روش‌های متقلبانه می‌کنند که تشخیص آن‌ها برای خریداران غیرمتخصص دشوار است:

• اختلاط با خاک‌های معمولی: ترکیب کردن بنتونیت مرغوب با خاک رس معمولی یا بنتونیت کلسیمی (که خاصیت تورم پایینی دارد) و سپس اضافه کردن بیش از حد سودا اَش (Sodium Carbonate) برای فعال‌سازی مصنوعی. این بنتونیت‌ها در تست‌های اولیه ممکن است خوب عمل کنند، اما به محض مواجهه با حرارت ته چاه یا آب‌های شور، ساختار خود را از دست داده و باعث “دلمه شدن” گل می‌شوند.


• عدم رعایت مش‌بندی (Mesh Size): بنتونیت حفاری استاندارد باید مش ۲۰۰ باشد (یعنی حداقل ۹۶٪ ذرات از الک با منافذ ۷۵ میکرون عبور کنند). اگر دانه‌بندی درشت باشد، زمان هیدراته شدن طولانی شده و بنتونیت قبل از اینکه متورم شود، ته‌نشین می‌شود.

استراتژی سورسینگ؛ انتخاب صحیح تولیدکننده بنتونیت

در زنجیره تامین مواد اولیه حفاری، حذف واسطه‌های غیرتخصصی یک اصل اساسی است. واسطه‌ها اغلب انباردارانی هستند که کنترلی بر کیفیت خط تولید ندارند. برای پروژه‌های حساس نفت و گاز، شما باید مستقیماً به سراغ کارخانه‌هایی بروید که دارای معدن اختصاصی و آزمایشگاه کنترل کیفیت (QC) مقیم هستند. یک تولیدکننده بنتونیت معتبر و باسابقه، به جای فروش صرفِ کالا، به شما “تعهد فنی” می‌فروشد. این تولیدکنندگان قادرند بر اساس لایه زمین‌شناسی پروژه شما، فرمولاسیون بنتونیت را (از نظر میزان جذب آب و ییلد) سفارشی‌سازی کنند.

هنگام مذاکره با تامین‌کننده، حتماً موارد زیر را چک‌لیست کنید:

• درخواست نمونه (Sample) و تطبیق آن با بار اصلی.


• بررسی توان تولید روزانه (برای اطمینان از عدم تاخیر در تامین تناژ بالا).


• گارانتی آنالیز (در صورت مغایرت بار با استاندارد API، بار باید مرجوع شود).

بسته‌بندی و لجستیک؛ آخرین حلقه زنجیره کیفیت

حتی بهترین بنتونیت جهان اگر در بسته‌بندی نامناسب حمل شود، به یک پودر بی‌مصرف تبدیل خواهد شد. بنتونیت به شدت جاذب رطوبت است (Hygroscopic). نفوذ رطوبت هوا در حین حمل‌ونقل یا انبارداری، باعث کلوخه شدن پودر و کاهش شدید ییلد می‌شود. الزامات مهم :

• جامبوبگ‌های لمینت‌دار: استفاده از کیسه‌های ۱ تنی یا ۱.۵ تنی که لایه داخلی محافظ رطوبت داشته باشند.


• کیسه‌های ۵۰ کیلویی سه لایه: اگر تخلیه دستی انجام می‌شود، کیسه‌ها باید حداقل سه لایه (یک لایه لمینت پروپیلن) داشته باشند.


• شیرینک و پالت: کیسه‌ها حتماً باید روی پالت چوبی قرار گرفته و با پلاستیک ضخیم (Shrink Wrap) کاملاً وکیوم شوند تا از پارگی و نفوذ رطوبت جلوگیری شود.