تحقیقات در زمینه شیمی، گل و سیمان حفاری در سه بخش مورد بررسی قرار می گیرد:

الف) گل حفاری: عدم انتخاب سیال مناسب می تواند با ایجاد ناپایداری در چاه، هزینه های زیادی را بر شرکت های حفاری تحمیل کند، علاوه بر این گیر کردن مته، تنگ شدن بدنه چاه، کاهش نرخ حفاری و بعضاً از دست دادن چاه از دیگر پیامدهای ناشی از عدم انتخاب صحیح گل می باشد. علیرغم گسترش تکنیک های حفاری برآورد می شود که حداقل ده درصد بودجه چاه ها صرف مقابله با این گونه مشکلات شود. لذا بهینه کردن نوع سیال حفاری به گونه ای که بتوان از یک سیال ارزان، در دسترس و مناسب برای یک سازند استفاده نمود و اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از افزایه ها را در آن به حداقل رساند، مستلزم به کار گیری دانش تخصصی شیمی خواهد بود. با این مقدمه بررسی های ذیل به عنوان مهم ترین موضوعات در بخش گل حفاری مد نظر است:

1. استفاده از گل های پایه آبی به جای پایه روغنی.

2. طراحی و استفاده از افزایه های نانو برای بهبود خواص گل.

3. طراح و استفاده از افزایه های دوستدار محیط زیست در جهت کاهش خطرات زیست محیطی و سناریوی تماس.

4. طراحی و سنتز مواد بازدارنده خوردگی و کپسوله کردن آنها.

5. طراحی و بکارگیری امولسی فایرهای آب در روغن و روغن در آب.

6. طراحی و سنتز دمولسی فایرهای جدید.

7. شناسایی و بکارگیری زیست توده های ارزان در جهت عملکرد بهتر گل.

ب) سیمانکاری: عملیات سیمانکاری چاه نفت به منظورهای مختلف انجام می شود. از جمله مهم ترین کاربردها می توان به نشت بندی فضای بین لوله جداری یا آستری رانده شده در چاه و سازند حفاری شده اشاره نمود. فاکتورهای متعددی برای سیمانکاری در نظر گرفته می شود که می توانند زمان بندی و مقاومت نهایی قابل انتظار را کنترل کنند. امروزه با طراحی و بکارگیری افزایه های شیمیایی خاص می توان خواص مذکور را بهینه نمود. لذا فعالیت ها و خدمات مرتبط در این خصوص را می توان به صورت ذیل ارائه نمود:

1. طراحی و بکارگیری آنتی فوم های جدید.

2. سنتز پخش کننده ها و مواد بندی زمان جدید.

3. شتاب دهنده های جدید.

4. افزاینده های مقاومت تراکمی سیمان.

ج) لاگ گیری:

طبق تعریف، اندازه گیری یک یا چند کمیت فیزیکی در مقابل عمق و یا زمان به صورت پیوسته که در داخل چاه صورت می گیرد به نام لاگ یا نمودار یا نگار خوانده می شود. امروزه به دلیل گستردگی و تنوع لاگ ها، طبقه بندی متعددی از آنها ارائه شده است. به کمک دانش تخصصی شیمی، امروزه شیوه های جدیدی برای لاگ ابداع گردیده که به NMR  می توان اشاره کرد و می توان امکان بهره گیری از آن را بومی نمود.

 صنعت حفاری چاه های نفت و گاز از جمله صنایع بالادستی نفت است که از پتانسیل آلودگی زیست محیطی بالایی برخوردار است. به همین جهت و به دلایل متعدد دیگر از جمله پراکندگی موقعیت چاه ها، واقع شدن چاه ها در مناطق با ارزش اکولوژیکی بالا، فاصله کم آنها با منابع تامین کننده آب شرب و مناطق مسکونی، حجم و سمیت بالای پسماندهای تولید شده موجب حساسیت زیاد می شود. مهم ترین پسماندهای تولید شده ناشی از عملیات حفاری شامل کنده های حفاری، سیال باقیمانده حفاری و آب همراه تولید هستند که اغلب حاوی مواد سمی مختلفی بوده و در صورت عدم مدیریت صحیح، پتانسیل آسیب رسانی جدی به محیط زیست، سلامت انسان و سایر موجودات زنده را دارند. در هر صورت باید در هر برنامه نوع پسماند تولید شده، فعالیت های تولید کننده پسماند، حجم پسماند، مشخصات فیزیکی و شیمیایی پسماند، ترکیبات و منشا آن به دقت شناسایی گردد. سپس طراحی های مناسبی برای پردازش، تصفیه و حذف انواع مختلف این آلاینده ها ارائه شود. لذا با در نظر گرفتن نیاز به حفظ محیط زیست برای نسل های آینده، شناخت عملیات حفاری و آسیب های ناشی از این عملیات بر محیط زیست، ضرورتی اجتناب ناپذیر است. انواع مختلف پسماندهای موچود شامل پسماندهای حفاری، آب تولیدی و همچنین پسماندها و سیالات تولیدی هستند که مجموعه آنها را پسماندهای اکتشاف و تولید می نامند. پسماندهای حفاری ممکن است طیفی از مواد سمی داشته باشند مواد خطرناکی مثل کادمیم، آرسنیک، کروم، سرب، جیوه، مس، گازوئیل، گریس و دیگر هیدروکربن های آلی از قبیل متانول، فنول های کلردار، فرمالدهید، بنزن، تولوئن، اتیل بنزن، دی متیل بنزن و آکری مید. اگر از گل های پایه روغنی استفاده شود مقادیر بیشتری هیدروکربن های سمی مانند بنزن و هیدروکربن های آروماتیک پلی سیکلیک آروماتیک هیدروکربنه که همگی و از مواد خطرناک مواد سرطا ن زا هستند یافت می شوند. همچنین ممکن است گودال های ذخیره گل حفاری حاوی مخلوطی از دیگر افزودنی های شیمیایی مورد استفاده طی فرآیند حفاری به شرح زیر نیز باشند:

اسیدها و بازها، ممانعت کننده های خوردگی، باکتری سایدها و بیوسایدها، سور فکتانت ها، کف زداها، امولسییفایرها، ممانعت کننده های کنترل شیل، رقیق کننده ها و پراکنده کننده ها، مواد افزودنی جهت افزایش وزن (مانند سولفات باریم، باریت و هماتیت) وگل بنتونیت .

هنگام حفاری، آب همراه نیز تولید شده و در تأسیسات روی زمینی از نفت و گاز جدا می گردد. بسیاری از آلودگی های محیطی از طریق آب تولیدی وارد محیط می شوند و نوع آنها بستگی به مکان عملیات حفاری دارند. در بعضی جاها آب استخراجی به شدت نمکی است و اجزای آب تولیدی اغلب شامل موارد زیر است:

ترکیبات آلی فرار،VOC ها ، هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ایPAHها، سایر هیدروکربن ها مانند نفت خام، فلزات سنگین از جمله باریوم، آرسنیک، سرب، روی، کادمیم، وانادیم، جیوه، سلنیم، مواد رادیواکتیو طبیعی NORM  مانند رادیوم 226.

ضمنا طی عملیاتی که تعمیر و نگهداری چاه ها نیز برخی مواد سمی مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد شیمیایی ممکن است وارد محیط شوند. مواد سمی عملیات تعمیرات شامل موارد زیر است:

اسیدهای قوی که معموال برای زنگ زدایی به کار می روند، ترکیبات مربوط به خود زنگ ممانعت کننده های خوردگی که در چاه تزریق می شوند، ترکیبات مقاوم در برابر خوردگی پسماندهای مرتبط با پاکسازی رنگ ها مانند حلال هایی که نفت و گریس را معلق می کنند.

با توجه به این مشکلات و مسائل موجود و بیان شده در بالا، در محور تحقیقاتی پسماند و آلاینده های زیست محیطی زمینه های متعددی هستند که امکان فعالیت در آنها وجود دارد و عبارتند از:

1. شناسایی و پایش آلاینده های موجود در پساب و پسماند ناشی از صنعت حفاری.

2. استفاده از روش های نوین آنالیز و ارزیابی مواد آلوده و مضر در پساب و پسماند ناشی از حفاری.

3. انتخاب روش بهینه جهت برخورد با انواع پسماند و مدیریت اجرایی روش انتخاب شده و نظارت بر آن.

4. ارائه راهکار برای بازیافت و استفاده مجدد گل حفاری.

5. کاربرد فناوری نانو در حد آلاینده های فلزی معدنی و آلی موجود پساب و پسماندهای حاصل از حفاری.

6. استفاده از روش های زیستی در تصفیه پساب ها و پسماندهای ناشی از صنعت حفاری.

7. طراحی و ساخت سنسورهای شیمیایی مناسب برای تشخیص انواع آلاینده های موجود از جمله آلاینده های رادیو اکتیو.

8. جداسازی و بازیابی فاز روغن از پساب ها و پسماندها.

9. تهیه و استفاده از نانو فیلترها و فیلتراسیون غشایی در تصفیه پساب های نمک زدایی.

10. پاکسازی پسماندهای گل روغنی به روش بیولوژیکی با استفاده از باکتری های نفت خوار و روش گیاه پالایی.

11. ارائه و سنتز نانو سیال های جدید برای حذف موثر آلودگی ها.

12. سنتز نانو کامپوزیت های مناسب جهت حذف آلاینده های رادیو اکتیو موجود.

13. ارائه راهکار برای حذف پسماندهای حاصل از عملیات اسیدکاری چاه.

14. سنتز و استفاده از نانو مواد جدید برای بهبود خواص رنگ های صنعتی مورد استفاده در صنعت حفاری.

15. ارائه سیستم های مکانیزه تصفیه و بازیابی سیالات.

16. طراحی سیستم های تصفیه پسماندهای مایع و جامد.