Полимеры – это продукты, регулирующие водоотдачу, которые чаще всего используются в буровых растворах на водной основе.
Полимеры. Полимеры – это продукты, регулирующие водоотдачу, которые чаще всего используются в буровых растворах на водной основе. К полимерам относятся как натуральные крахмалы и модифицированная целлюлоза, так и синтетические продукты, придающие раствору способность регулировать фильтрацию при высоких давлениях и аномальных условиях. Эти виды полимеров иногда классифицируются в зависимости от их роли в буровых растворах, а также в соответствии с их химической природой. Классифицируя полимер по первому признаку, определяют, способен ли он адсорбироваться на твердых частицах или загущать жидкую фазу раствора.
Большинство полимеров, регулирующих водоотдачу, не только загущают жидкую фазу раствора, но, при использовании в необходимой концентрации, адсорбируются на твердых частицах, обеспечивая инкапсуляцию частицы. При добавлении в раствор полимеров необходимо соблюдать осторожность, поскольку существует потенциальная возможность взаимодействия полимеров с другими компонентами системы. При использовании полимерных добавок в процессе бурения рекомендуется провести пилотные испытания всех неизвестных регуляторов водоотдачи перед их добавлением в систему раствора.
Полимеры снижают водоотдачу несколькими способами:
1. Перекрывают отверстия в фильтрационной корке частицами полимера.
2. Инкапсулируют твердые частицы, создавая более крупную, поддающуюся деформации оболочку или пленку, которая снижает проницаемость фильтрационной корки.
3. Загущают жидкую фазу раствора.
На рис.8 показано, как с увеличением концентрации добавок, контролирующих фильтрацию, повышается вязкость жидкой фазы раствора. На Рис. 8 приводятся значения фильтрации, пластической вязкости и СНС при добавлении нескольких регуляторов водоотдачи в раствор на основе морской воды, содержащий 30 фунт/бар (85.6 кг/м3) M-I GEL® и 40 фунт/бар (114.1 кг/м3) моделирующей выбуренную породу твердой фазы.
Крахмал.Крахмал, природный полимер, используется для регулирования фильтрации с 30-х годов прошлого века. Существует в двух разновидностях – желтый (необработанный) крахмал и белый (модифицированный) крахмал. Может использоваться в буровых растворах на основе морской, соленой, жесткой воды, и комплексных системах растворов. Наиболее экономичные и широко распространенные виды крахмала получают из кукурузы или картофеля, однако, источником крахмала могут быть и другие сельскохозяйственные культуры.
Большинство крахмалов, используемых для регулирования фильтрации, получают путем отделения гранул крахмала от остальной части зерен и их нагревания, в результате чего разрушается амилопектиновая оболочка гранул. Выделяемая при этом амилоза поглощает воду и набухает, формируя похожие на губку образования (многократно увеличивая размеры частиц). Амилоза способствует снижению фильтрации за счет снижения объема свободной воды в системе раствора и закупоривания пор в фильтрационной корке. Крахмалы, полученные в результате подобной обработки, получили название предварительно желатинизированных крахмалов. Такие показатели, как рН, минерализация, жесткость воды затворения или температуры ниже 250OF (121OC) не оказывают влияния на поведение подобных крахмалов в растворе.
Крахмалы нередко классифицируются как «неионогенные» материалы…
Крахмалы нередко классифицируются как «неионогенные» материалы, хотя они могут иметь слабую анионную природу. Крахмалы иногда используются в качестве загустителей в рассолах, однако крахмальные растворы представляют собой больше ньютоновскую жидкость и не придают раствору способности поддерживать выбуренную породу и утяжелители в состоянии суспензии.
MY-LO-JELTM –предварительно желатинизированный кукурузный крахмал. Данный реагент является экономичным регулятором водоотдачи, эффективным во всех типах воды для затворения. В случае, если раствор не насыщен солями или рН раствора не превышает 11,5, реагент подвергается ферментации. При несоблюдении любого из вышеназванных условий для предотвращения ферментации требуется добавление подходящего биоцида (также называемого бактерицидом или антиферметативным средством). При ферментации раствора в нем могут присутствовать бактериальные энзимы. В этом случае дальнейшее добавление крахмала неэффективно, даже если действие активных бактерий ограничить биоцидом. Крахмал быстро разлагается при температурах выше 250ОF (121ОС).
Обычная концентрация MY-LO-JELTM варьируется от 3 до 8 фунт/бар ( 8.56 кг/м3 – 22.8 кг/м3), в зависимости от химического состава воды и требуемого значения водоотдачи.
Для значительного снижения водоотдачи часто требуется минимальная, пороговая концентрация крахмалов…
Часто, для того, чтобы значительно снизить водоотдачу, необходима минимальная, пороговая концентрация таких крахмалов, как MY-LO-JELTM. Для поддержания необходимых концентраций необходима ежедневная обработка.
POLY-SALTM – стабилизированный картофельный крахмал, используемый в качестве регулятора водоотдачи практически во всех водных системах, растворах на основе пресной и соленой воды, а также кальциевых растворах. POLY-SALTM является эффективным регулятором водоотдачи при бурении по эвапоритам (солям) и участкам гидратируемых глинистых сланцев. Данный реагент очень эффективен в качестве стабилизатора фильтрации и реологии высокоминерализованных растворов для капитального ремонта скважин. POLY-SALTM устойчив к воздействию температур до 250ОС (121ОС), после чего происходит термическое разложение.
Обычная концентрация POLY-SALTM варьируется от 2 до 6 фунт/бар (5.7 кг/м3 – 17.1 кг/м3), в зависимости от химического состава воды и требуемой величины водоотдачи. Часто, для того, чтобы значительно снизить водоотдачу, необходима минимальная, пороговая концентрация таких крахмалов, как POLY-SALTM. Для поддержания необходимых концентраций необходима ежедневная обработка.
FLO-TROL® - модифицированный крахмал, использующийся для контроля водоотдачи преимущественно в системе для вскрытия пласта FLO-PRO®. Уникальная особенность данного продукта в том, что он действительно способствует увеличению вязкости при низкой скорости сдвига в системе FLO-PRO®, тогда как большинство других видов крахмалов снижают данный параметр. Реагент может использоваться в других водных растворах, особенно в высокоминерализованных системах для капремонта скважин и растворах для заканчивания. FLO-TROL® термоустойчив до достижения температурных значений свыше 250ОС (121ОС), после чего происходит термодеструкция.
В зависимости от химического состава воды и необходимого значения водоотдачи, FLO-TROL® добавляется в концентрации от 2 до 6 фунт/бар (5.7 кг/м3 – 17.1 кг/м3). Часто, для того, чтобы значительно снизить водоотдачу, необходима минимальная, пороговая концентрация таких крахмалов, как FLO-TROL®. Для поддержания необходимых концентраций необходима ежедневная обработка.
THERMPAC® UL – добавка для контроля водоотдачи на основе модифицированного крахмала, разработанная для использования в водных системах растворов, включая растворы на основе пресной, морской и соленой воды, а также растворы с низким содержанием твердой фазы. Реагент обладает ультра низкой вязкостью и не обеспечивает такую вязкость, как многие другие виды крахмалов или добавок на основе целлюлозы. THERMPAC® UL не разлагается под воздействием микроорганизмов. Эффективность реагента снижается в высокоминерализованных (с содержание хлоридов > 100 000 мг/л) растворах и растворах с высокой жесткостью (> 800 мг/л). В соленасыщенных системах должны использоваться продукты ультра низкой плотности, созданные на основе полианионной целлюлозы, такие как POLYPAC® UL. Термодеструкция THERMPAC® UL наступает при температуре от 250 до 270OF
(121-132ОС).
THERMPAC® UL способствует снижению водоотдачи в растворах на основе пресной или соленой воды. Обычная концентрация реагента – 0,5 – 2,0 фунт/бар (1.42 кг/м3 - 5.7 кг/м3), в зависимости от химического состава воды и необходимого значения фильтрации.
Натриевая карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) –это модифицированный натуральный полимер для контроля фильтрации. Структурное строение КМЦ – длинноцепочечная молекула, длина цепи которой зависит от степени полимеризации. Натриевая КМЦ обычно выпускается в трех основных модификациях, отличающихся такими свойствами как вязкость, способностью поддерживать взвесь и снижать водоотдачу. Три основные модификации – это высоковязкая КМЦ, низковязкая КМЦ или КМЦ средней вязкости. Существует также градация по степени чистоты – целлюлоза может быть как технической (75%), так и рафинированной, высшей степени очистки (95%). Техническая КМЦ содержит соль хлорида натрия, побочный продукт производства.
КМЦ является эффективным регулятором водоотдачи для большинства буровых растворов на водной основе. Реагент особенно эффективен в растворах, обработанных кальцием, где КМЦ действует в качестве стабилизатора свойств системы раствора. КМЦ не подвержена биологическому разложению и хорошо зарекомендовала себя при щелочном рН. Эффективность КМЦ снижается при концентрации солей выше 50 000 мг/л. Термодеструкция КМЦ происходит при температурах выше 250ОF (121OC).
Выбор модификации КМЦ зависит от того, какие свойства раствора необходимо получить. В случае, если наряду с вязкостью требуется низкая фильтрация, применяется КМЦ высокой или средней вязкости. Низковязкая КМЦ снижает водоотдачу с минимальным увеличением вязкости. Будучи в небольшой степени анионогенной, низковязкая КМЦ, при добавлении в небольших концентрациях в недиспергируемые растворы с низким содержанием твердой фазы, действует как загуститель. Применяемые концентрации продукта варьируются в зависимости от модификации, однако все они находятся в диапазоне от 0,5 до 3,0 фунт/бар (1.43 кг/м3 – 8.56 кг/м3), что, в свою очередь, зависит от химического состава воды и требуемого значения водоотдачи.
POLYPAC® R. Полианионная целлюлоза (РАС) – модифицированный природный полимер, разработанный для применения с большинством водных растворов, включая растворы на основе пресной, морской и соленой воды, а также системы с низким содержанием твердой фазы. Полианионная целлюлоза, обладая высокой молекулярной массой, схожа с КМЦ, однако, в отличие от карбоксиметилцеллюлозы, у данного продукта более высокая степень замещения. Это наиболее широко применяемая добавка для контроля водоотдачи, и, в общем, она гораздо эффективнее КМЦ. POLYPAC® R не подвержен биологическому разложению и хорошо действует при щелочном рН. Эффективность продукта снижается в растворах, насыщенных солями. В соленасыщенные растворы необходимо добавлять другие разновидности продукта, которые обладают ультра низкой вязкостью, такие как POLYPAC® UL и POLYPAC® SUPREME UL. При температурах выше 275OF (135OC) POLYPAC® R подвергается термодеструкции. POLYPAC® R является анионогенным продуктом, поэтому он может разжижаться в недисперсных растворах.