PAC-LV, PAC-HV и техническая КМЦ (CMC) в буровых растворах на водной основе

Используйте PAC-LV, когда нужно снизить водоотдачу без повышения вязкости, — как правило, в утяжеленных растворах или растворах с высоким содержанием твердой фазы, где реологические показатели уже высоки. Используйте PAC-HV, когда наряду с контролем фильтрации нужны вязкость и выносящая способность, — как правило, в полимерных растворах с низким содержанием твердой фазы. Техническая КМЦ (CMC) выполняет те же две функции с меньшими затратами в системах на пресной воде, но быстрее теряет эффективность по мере роста минерализации и жесткости — именно здесь более высокое и равномерное замещение ПАЦ (PAC) оправдывает ее цену.

Общая основа, разная степень замещения

Полианионная целлюлоза — это разновидность карбоксиметилцеллюлозы, получаемая тем же путем щелочной обработки и этерификации. ПАЦ (PAC) отличается более высокой и равномерно распределенной степенью замещения, которая достигается за счет более жесткого контроля процесса. Чем равномернее замещение, тем меньше в цепи незамещенных участков, способных сворачиваться и ассоциировать, когда соли экранируют заряд полимера. Поэтому ПАЦ сохраняет вязкость и эффективность снижения водоотдачи в рассолах и жесткой воде, где техническая КМЦ (CMC) теряет свои свойства. Марки Sentai PAC-LV и PAC-HV нормируются по СЗ (DS) ≥ 0.9.

Как полимеры целлюлозы снижают водоотдачу

Когда буровой раствор продавливается в проницаемый пласт, твердая фаза образует фильтрационную корку, а водный фильтрат уходит в породу. Избыточная водоотдача ухудшает коллекторские свойства продуктивных пластов и вызывает гидратацию глинистых сланцев, а толстая корка повышает крутящий момент, затяжки и риск дифференциального прихвата. ПАЦ (PAC) и КМЦ (CMC) снижают водоотдачу тремя способами: адсорбируются на частицах бентонита и выбуренной породы и улучшают их диспергирование, благодаря чему корка уплотняется; гидратированный полимер сам закупоривает поры корки; кроме того, полимер повышает вязкость фильтрата. В результате образуется тонкая, гладкая корка с низкой проницаемостью.

Как измеряют водоотдачу и реологические свойства

Методики API RP 13B-1 для полевых испытаний буровых растворов на водной основе широко применяются в отрасли. При низкотемпературном определении водоотдачи по API на фильтровальную бумагу площадью 7.1 кв. дюйма (45.8 см²) в течение 30 минут при температуре окружающей среды подается давление 100 psi (690 кПа); результат выражают в мл фильтрата. При испытании в условиях высокой температуры и высокого давления (HTHP) применяют перепад давления 500 psi при повышенной температуре в ячейке с половинной площадью фильтрации, поэтому собранный объем удваивают.

Реологические параметры определяют на ротационном вискозиметре прямого отсчета при 600 и 300 об/мин. Кажущаяся вязкость равна показанию при 600 об/мин, деленному на 2, в мПа·с; пластическая вязкость — разности показаний при 600 и 300 об/мин; динамическое напряжение сдвига — разности показания при 300 об/мин и пластической вязкости. Китайский стандарт GB/T 5005 на материалы для буровых растворов основан на тех же принципах: кажущуюся вязкость, показания шкалы и водоотдачу измеряют в установленных испытательных растворах. Именно по этому стандарту Sentai нормирует и выпускает свои буровые марки.

Буровые марки Sentai: краткий обзор

Соли, кальций и температура

В пресной воде и техническая КМЦ (CMC), и ПАЦ (PAC) работают хорошо, причем КМЦ дешевле. По мере роста концентрации хлорида натрия до насыщения — около 26 % по массе при комнатной температуре — экранирование зарядов приводит к сворачиванию полимерных цепей: техническая КМЦ теряет вязкость и эффективность снижения водоотдачи, тогда как ПАЦ сохраняет эти свойства в значительно большей степени. Тем не менее для HV-CMC Sentai нормируется показание при 600 об/мин не менее 30 в насыщенном рассоле, что делает ее экономичным вариантом для некоторых соленосных интервалов.

Двухвалентные ионы действуют на карбоксиметильные полимеры сильнее, чем натрий, поскольку кальций и магний могут образовывать мостики между карбоксилатными группами соседних цепей. Техническая КМЦ (CMC) может флокулировать в жесткой воде для приготовления раствора или при разбуривании ангидрита и цемента, поэтому, если это допускает система бурового раствора, связывайте кальций кальцинированной содой, а магний — каустической содой, а в растворах на морской воде, известковых и гипсовых растворах отдавайте предпочтение ПАЦ (PAC). Целлюлозные полимеры обычно применяют при забойной температуре примерно до 120–150 °C (250–300 °F) в зависимости от продолжительности воздействия, pH и содержания кислорода; при более высоких температурах, как правило, требуются синтетические понизители фильтрации.

Выбор по типу бурового раствора

Типичный расход целлюлозных полимеров при обработке на буровой — 1–6 кг/м³ (0.1–0.6 %), что соответствует примерно 0.35–2.1 фунт/барр. Рассматривайте эти значения как типичные диапазоны и определяйте окончательную концентрацию по результатам пилотных испытаний на вашем растворе.

Советы по приготовлению на буровой

• Гидратируйте бентонит в пресной воде до ввода полимеров: полимер конкурирует за воду и замедляет набухание глины.
• Подавайте ПАЦ (PAC) и КМЦ (CMC) равномерно через гидроворонку: на один мешок 25 кг должно уходить несколько минут, высыпать мешок целиком нельзя.
• По возможности гидратируйте полимер до засолонения раствора; ПАЦ (PAC) набирает вязкость и в рассоле, но требует более длительного перемешивания со сдвигом.
• Нейтрализуйте жесткость до ввода КМЦ (CMC) и поддерживайте щелочность бурового раствора в диапазоне, предусмотренном для вашей системы.
• Проводите пилотные испытания с каждой новой партией или новым раствором: измеряйте реологию и водоотдачу по API, а при необходимости проводите термостарение в вальцовой печи при забойной температуре.
• На удаленных площадках или при отсутствии оборудования высокого сдвига рассмотрите быстрорастворимую КМЦ (CMC) с поверхностной обработкой, которая диспергируется без комкования.
• Храните мешки в сухом месте, не на земле: слежавшийся полимер плохо диспергируется и медленно набирает вязкость.

Чем может помочь Sentai

Линейка ПАЦ (PAC) и КМЦ (CMC) для бурения Sentai включает PAC-LV, PAC-HV, технические LV-CMC и HV-CMC, а также сверхвысоковязкие структурообразователи CMC-5000, CMC-6000 и CMC-7000. Сообщите тип бурового раствора, минерализацию, жесткость и забойную температуру — специалисты по применению порекомендуют исходную марку и дозировку для пилотных испытаний. Доступны бесплатные образцы 100–300 г; промышленные марки отгружаются при минимальном заказе от 1 т.