با آزاد شدن بنتونيت در آب، پوسته های نسبتاً بزرگ سديم بنتونيت به ذرات كلوئيدی تبديل شده و انرژی الكتریکی ذخيره شده در شبكه بلوری را آزاد می كنند و در حدود 15 تا 30 برابر حجم اوليه متورم مي شوند. از اين خاصيت در حفاري براي پراكنده سازی مواد سنگين كننده و قطع حفاري استفاده مي شود، بدين صورت بنتونيت پوششي را روي ديواره چاه ايجاد كرده و از مهاجرت نفت و گاز ممانعت مي كند و ديواره را پايدار و مته را نيز چرب مي كند. همچنين بنتونيت، مواد آلي و غير آلي را از مخلوط آب جذب كرده و ويسكوزيته آن در برداشت و بالا آورد نخاله هاي حفاري كمك مي كند . هكتوريت نيز خواص مشابهي دارد.
بنتونيت 2 تا 5% وزن گل هاي حفاري آبي را تشكيل مي دهد , هرچند در انواع ديگر گل حفاري مانند انواع روغني يا مصنوعي نيز روز بروز كاربرد بيشتري پيدا مي كند، در بعضي موارد 1 تا 2% آن اختصاص داده و يا كاملاً با پلیمرها جايگزين مي شود.
بدون شک نقش بنتونیت در صنعت حفاری، خاصه در ترکیب سیال حفاری غیر قابل انکار است. ویژگی های منحصر به فرد این سنگ باعث شده است که گل شناسان از بنتونیت به عنوان یک ماده افزودنی چند منظوره در ساختمان سیال حفاری خود استفاده نمایند. از مهمترین کاربردهای بنتونیت می توان به سرد و لغزان کردن مته و ساق حفاری، تمیز کردن ته چاه و مته، انتقال خرده ها به سطح زمین، کنترل هرزروی و غیره اشاره کرد که تمامی این اعمال توسط خواصی همچون لغزانندگی، گرانروی، وزن، مقاومت ﮊلی و توانایی در دیواره سازی(Filtrate control) ایجاد شده که این سنگ در سیال حفاری بوجود می آورد. بر اساس نوع کاتیون(Cation) موجود در کانی های رسی، بنتونیت های سدیم دار و بنتونیت های کلسیم دار از مهمترین انواع بنتونیت می باشند. بنتونیت های سدیم دار (بنتونیت تیپ وایومینگ) بدلیل ظرفیت بالای جذب آب، تورم پذیری زیاد و خاصیت ژلی بالا، مناسب ترین نوع بنتونیت در گل های پایه آبی به شمار می روند.
درایران لایه های بنتونیتی بیشتر در سازندهای توفی مثل سازند کرج (با سن ائوسن) و معادل این سازند در ایران مرکزی یافت می شوند.
آنالیز گل حفاری:
در بخش گل حفاری خواص سیال حفاری را مورد بررسی قرار می دهند و از آنجا كه مثلاً بنتونیت به تنهایی از پس كلیه وظایف گل حفاری بر نمی آید. یك سری افزودنی به گل اضافه می كنند كه در این آزمایشگاه با انجام آزمایش های مختلف تركیب یك گل با خصوصیات مورد نظر بدست می آورند. مثلاً یكی از افزودنیها CMC می باشد كه برای افزایش viscosity به گل اضافه است. از خواص دیگر گل می توان به موارد زیر اشاره كرد:
- گرانروی (viscosity ): كه در دورrpm 600 اندازه گیری می شود با استفاده از دستگاه Rheometer انجام می گیرد. (یكی دیگر از خواص گلPlastic viscosity است) تعیین yield point یکی دیگر از خواص گل حفاری است. هرچه yield point بالاتر باشد حمل قطعات وcuttings توسط گل راحت ترصورت می گیرد.
- (mud filtrate): از خواص مهم گل mud filtrate است كه با دستگاه API Standard filter press اندازه گیری می شود. مقدار آبی است كه سیال حفاری در حین circulation از دست می دهد. در دستگاه مورد نظرگل را داخل یك محفظه می ریزند و مقدار آبی كه در زمان 30 دقیقه تحت فشار 100psi از گل جدا می شود برحسب cc/30 min گزارش می گردد. همچنین دراین آزمایش ضخامت mud cake را نیز اندازه گیری می كنند. با افزودن یك سری مواد می توان ضخامت mudcake را كاهش داد.
بنتونیت بدلیل تعلیق پذیری و استاندارد سیلان در غلظت های بالا و قدرت آب بندی در اثر تورم از حدود 70 سال پیش به عنوان گل حفاری مصرف می شود .این نوع بنتونیت بیشتر از نوع سدیک یا تورم پذیر است .بنتونیت کلسیم یا خاک اسیدی به ندرت برای این کار مصرف می شود .
برای این کار بصورت گل ( مخلوط ساده بنتونیت باآب ) که به گل وانیلا(Vanilla) معروف است در می آورند و در چاه ها و گمانه های حفاری تزریق می کنند تا دیواره آنها را به صورت ژل پوشانده ،ترک و شکاف های دیواره گمانه ها پر کرده و موجب کاهش آب (افت آب ) تزریقی در گمانه گردد. لیزی و سیلان آن (در اثر جریان یابی) حرکت دستگاه حفاری را در گمانه ها آسان تر می نماید.
در گمانه هایی که کناره دریا و یا در میان سازندهای آبدار حفر می شود تزریق بنتونیت به تنهایی یا با مواد دیگر مانع نفوذ بیش از حد آب به داخل این گمانه ها می شود برای آزمایش تعلیق و غلظت پذیری 5/22 گرم بنتونیت را با 350 سانتی مکعب آب مقطر مخلوط کرده و زمان تعلیق و غلظت آنرا تعیین می کنند و با غلظت سنج مخصوص در 300 تا 600 دور ییلد(Yield) آن را اندازه گیری می نمایند که ییلد مورد نظر حداقل بایستی 90bbl در هر تن باشد این مخلوط را سپس از فیلتر پرس تحت فشار گذرانده و حجم آب بدست آمده را اندازه گیری می کنند روش دیگر آزمایش سرند تر است برای این کار 1گرم بنتونیت با نرمی 200 مش را با 350 سانتی متر مکعب آب مخلوط کرده و از سرند مخصوص می گذرانند .باقیمانده روی الک را خشک کرده و وزن می نمایند تا درصد بنتونیت رد شده از سرند تعیین شود این رقم نباید از 5/2 درصد بیشتر باشد در مورد آتاپولژیت این رقم 8 درصد است.
بیشترین کاربرد بنتونیت برای گل حفاری در ده سال 1971 تا 1981 در سال 1981 بوده است .چنانکه کشورهای غربی در این سال حدود 8/1 میلیون تن در چاههای نفت مصرف کرده اند که اغلب از نوع سدیک بوده است. در این میان امریکا بزرگترین مصرف کننده در این صنعت است و در سال 1981 به تنهایی حدود 940 هزار تن، یعنی نصف مصرف دنیای غرب را به خود اختصاص داده است. در جایی که آب معدنی در ناحیه حفاری مانع کار شود از رس های نوع هورمیت یا به عبارتی آتاپولژیت و سپیولیت به جای بنتونیت استفاده می کند .
حداکثر رطوبت بنتونیتی که برای گل حفاری به کار می رود به طور استاندارد و برای زمان تحویل و حمل، 10 درصد برای بنتونیت و 16 درصد برای آتاپولژیت است .
