CMC per fluidi di perforazione: guida completa alle classi HV e LV

La carbossimetilcellulosa di sodio (abbreviata in CMC) è un polimero anionico idrosolubile ad alto peso molecolare, ottenuto dalla modifica della cellulosa naturale derivata dal linter di cotone e dalla polpa di legno mediante alcalinizzazione ed eterificazione. Si tratta dell'additivo multifunzionale più diffuso ed economico per i sistemi di fluidi di perforazione a base acquosa.

Gradi HV e LV di CMC per fluidi di perforazione

1. HV-CMC (High Viscosity CMC): caratterizzato da un elevato peso molecolare e da un’elevata viscosità, serve principalmente ad aumentare la viscosità, a migliorare la resistenza del gel e a mantenere in sospensione i detriti di perforazione.

2. LV-CMC (Low Viscosity CMC): grazie all’elevato grado di sostituzione, alla bassa capacità di aumento della viscosità e alle eccezionali prestazioni nel controllo della perdita di fluido, è indicato per fanghi pesanti ad alta densità e formazioni di pozzi profondi.

Il CMC per perforazione si presenta sotto forma di polvere bianca a flusso libero e si dissolve in acqua fredda formando un colloide trasparente e viscoso. Vanta un’eccellente compatibilità e può essere utilizzato in sinergia con bentonite, carbonato di sodio, lubrificanti e agenti appesantenti. È ampiamente utilizzato nei sistemi di fango per pozzi di petrolio e gas onshore, perforazioni di scisto, pozzi geotermici e perforazioni offshore di acqua dolce.

Le sei funzioni principali del CMC nei fluidi di perforazione petrolifera

1. Controllo efficiente della perdita di fluido e formazione di uno strato di fango denso e sottile (funzione principale)

Il differenziale di pressione nel pozzo durante la perforazione spinge l'acqua contenuta nella sospensione di perforazione nelle formazioni, causando danni al giacimento, il crollo del pozzo e il blocco del tubo.
Le catene molecolari del CMC presentano numerosi gruppi carbossilici e idrossilici, che adsorbono le particelle di bentonite e la roccia del pozzo, riempiono le microfessure nelle formazioni e formano strati filtranti sottili, resistenti e a bassa permeabilità sulla parete del pozzo, riducendo drasticamente il volume di perdita di fluido API.

• LV-CMC: agente primario per il controllo della perdita di fluido con un leggero aumento della viscosità dopo l'aggiunta, la scelta ideale per i fanghi appesantiti con barite ad alta densità.
• HV-CMC: Garantisce un equilibrio ottimale tra il controllo della perdita di fluido e l'aumento della viscosità; ideale per pozzi poco profondi e fanghi d'acqua dolce a bassa densità.

2. Regolare la reologia del fango e migliorare la capacità di trasporto e di sospensione dei detriti di perforazione

Il CMC si dissolve in acqua formando una rete colloidale tridimensionale, conferendo al fluido di perforazione un'eccellente tissotropia:

• Elevato taglio durante la perforazione: una moderata riduzione della viscosità garantisce una buona scorrevolezza del fango e una bassa resistenza al pompaggio.
• Condizione statica al termine della perforazione: la rete colloidale si ristabilisce per sospendere saldamente i detriti di perforazione e la barite, evitando che i solidi si depositino e seppelliscano la colonna di perforazione.
  La bassa resistenza iniziale del gel favorisce il rapido rilascio del gas intrappolato nel fango, attenuando la formazione di schiuma causata dall’infiltrazione di gas e migliorando l’efficienza dei sistemi di controllo dei solidi nella rimozione di sabbia e limo.

3. Inibire l'idratazione dello scisto e stabilizzare il pozzo per prevenirne il crollo

Le formazioni di scisto argilloso e arenaria friabile assorbono facilmente l'acqua, gonfiandosi e sgretolandosi. CMC forma una pellicola protettiva sulla superficie delle particelle argillose per impedire all'acqua libera di penetrare negli strati rocciosi, inibire l'idratazione e la dispersione della formazione, ridurre lo sgretolamento e il crollo del pozzo e diminuire la frequenza di problemi complessi in fondo pozzo.

4. Migliorare la stabilità del fango e prolungarne la durata di circolazione

I colloidi CMC presentano un'elevata resistenza alla degradazione microbica, pertanto il fango raramente va a muffa o si deteriora. Non è necessario mantenere un valore elevato del pH per la prevenzione a lungo termine della corrosione, riducendo così i costi di dosaggio della soda caustica.
Tollera una lieve contaminazione da sali di calcio, magnesio e sodio ed è adatto per sistemi di fluidi di perforazione in acqua dolce, acqua salmastra e acqua di mare.

5. Resistenza alle temperature moderate per operazioni in pozzi di media e grande profondità

Il lubrificante per perforazione CMC di alta qualità, caratterizzato da un elevato grado di sostituzione, resiste a temperature nel pozzo fino a 150 °C. Le sue proprietà di viscosità e perdita di fluido subiscono un leggero deterioramento dopo l’invecchiamento ad alta temperatura, soddisfacendo le esigenze di perforazione convenzionali dei pozzi di media e grande profondità. Per i pozzi ultraprofondi in condizioni di alta temperatura, può essere formulato con stabilizzanti resistenti al calore.

6. Proteggere i giacimenti di petrolio e gas e ridurre i danni alla formazione

Le torte di filtrazione formate dal CMC sono compatte e facili da rimuovere. Il filtrato ottenuto presenta proprietà chimiche delicate e non ostruisce i pori dei giacimenti di petrolio e gas. Riduce i costi delle successive operazioni di acidificazione e fratturazione, migliora il fattore di recupero di petrolio e gas e funge da additivo di perforazione ecocompatibile.

CMC per fluidi di perforazione: selezione dei gradi HV e LV

HV-CMC (carbossimetilcellulosa sodica ad alta viscosità)

Casi di applicazione: pozzi poco profondi, pozzi di media profondità, fanghi d’acqua dolce a bassa densità, preparazione di fanghi per l’avvio delle operazioni con acqua, formazioni morbide che richiedono una forte sospensione dei detriti di perforazione
Vantaggi principali: aumento significativo della viscosità e del limite di snervamento del fango con un dosaggio ridotto, elevata efficienza nella preparazione del fango, eccellenti prestazioni di sospensione
Dosaggio tipico: 0,1%–0,3%

LV-CMC (carbossimetilcellulosa sodica a bassa viscosità)

Casi di applicazione: pozzi profondi, fanghi ad alta densità con aggiunta di barite, formazioni di arenaria ad alta permeabilità, fluidi di perforazione a base di acqua salata, pozzi orizzontali
Vantaggi principali: efficace controllo della perdita di fluido con un impatto minimo sulla viscosità del fango; evita un’eccessiva viscosità che comporta difficoltà di pompaggio; forma strati filtranti sottili e compatti
Dosaggio tipico: 0,2%–0,5%

Giudizio di selezione rapida

1. Richiede il controllo della perdita di fluido solo in caso di elevata densità del fango → LV-CMC

2. Fango fluido, scarsa capacità di trasporto dei detriti, necessità di aumentare la viscosità → HV-CMC