CMC для буровых растворов: полное руководство по маркам HV и LV

Карбоксиметилцеллюлоза натрия (сокращённо CMC) представляет собой анионный водорастворимый высокомолекулярный полимер, полученный путём модификации натуральной целлюлозы из хлопкового линтера и древесной массы посредством щелочной обработки и этерификации. Это наиболее широко используемая и экономически эффективная многофункциональная добавка для буровых растворов на водной основе.

Марки CMC для буровых растворов высокого и низкого давления

1. HV-CMC (High Viscosity CMC): обладает высокой молекулярной массой и высокой вязкостью; в основном используется для повышения вязкости, увеличения прочности геля и удержания бурового шлама в взвешенном состоянии.

2. LV-CMC (Low Viscosity CMC): благодаря высокой степени замещения, низкой способности к повышению вязкости и превосходным характеристикам по контролю потери жидкости данное вещество подходит для тяжелых буровых растворов высокой плотности и пластов глубоких скважин.

CMC бурового качества представляет собой сыпучий белый порошок, который растворяется в холодной воде с образованием прозрачного вязкого коллоида. Он обладает превосходной совместимостью и может применяться в синергетическом сочетании с бентонитом, кальцинированной содой, смазочными материалами и утяжелителями. Он широко используется в буровых растворах для наземных нефтяных и газовых скважин, бурения сланцевых пластов, геотермальных скважин и морского бурения пресноводных скважин.

Шесть основных функций CMC в буровых растворах для нефтяной промышленности

1. Эффективный контроль потери жидкости и образование плотного тонкого шламового слоя (основная функция)

Перепад давления в скважине во время бурения выталкивает воду из бурового раствора в пласты, что приводит к повреждению пласта, обрушению скважины и застреванию труб.
Молекулярные цепи CMC содержат большое количество карбоксильных и гидроксильных групп, которые адсорбируют частицы бентонита и породы из скважины, заполняют микротрещины в пластах и образуют на стенках скважины тонкий, прочный фильтрующий налет с низкой проницаемостью, что позволяет значительно сократить объем потерь жидкости по стандарту API.

• LV-CMC: Основной агент для контроля потери жидкости, обеспечивающий незначительное повышение вязкости после добавления; оптимальный выбор для буровых растворов с высокой плотностью, утяжённых баритом.
• HV-CMC: Обеспечивает оптимальный баланс между контролем потери жидкости и повышением вязкости, идеально подходит для неглубоких скважин и пресноводных буровых растворов низкой плотности.

2. Регулировать реологические свойства бурового раствора и повысить его способность к транспортировке и удержанию бурового шлама

CMC растворяется в воде с образованием трехмерной коллоидной сети, придавая буровому раствору превосходную тиксотропность:

• Высокие сдвиговые нагрузки при бурении: умеренное снижение вязкости обеспечивает хорошую текучесть бурового раствора и низкое сопротивление перекачиванию.
• Статическое состояние при остановке бурения: коллоидная сеть восстанавливается, обеспечивая надежную суспензию бурового шлама и барита, что предотвращает оседание твердых частиц, которое может привести к засыпанию буровой колонны.
  Низкая начальная прочность геля способствует быстрому выделению газа, удерживаемого в буровом растворе, что снижает пенообразование, вызванное проникновением газа, и повышает эффективность систем контроля твердых частиц по удалению песка и ила.

3. Предотвратить гидратацию сланца и стабилизировать стволовую скважину для предотвращения обрушения

Глинистые сланцы и рыхлые песчаники легко впитывают воду, в результате чего разбухают и отслаиваются. CMC образует защитную пленку на поверхности глинистых частиц, препятствуя проникновению свободной воды в слои породы, сдерживая гидратацию и диспергирование пласта, уменьшая отслоение и обрушение в скважине, а также снижая частоту возникновения сложных скважинных неисправностей.

4. Повышение стабильности бурового раствора и продление срока службы системы циркуляции бурового раствора

Коллоиды CMC обладают высокой устойчивостью к микробному разложению, поэтому буровой раствор редко плесневеет или портится. Для обеспечения долгосрочной защиты от коррозии нет необходимости поддерживать высокий уровень pH, что позволяет сократить расходы на каустическую соду.
Он допускает незначительное загрязнение солями кальция, магния и натрия и подходит для использования в системах буровых растворов на основе пресной, солоноватой и морской воды.

5. Умеренная термостойкость для работы в скважинах средней и большой глубины

Высококачественная буровая жидкость CMC с высокой степенью замещения выдерживает температуры в скважине до 150 °C. Её вязкость и показатели потери жидкости незначительно ухудшаются после высокотемпературного старения, что позволяет использовать её для бурения средне- и глубоких скважин. Для сверхглубоких скважин в условиях высоких температур его можно смешивать с термостойкими стабилизаторами.

6. Обеспечение сохранности нефтяных и газовых пластов и снижение повреждений пластов

Фильтрационные кеки, образующиеся при использовании CMC, имеют плотную структуру и легко отслаиваются. Фильтрат, получаемый с помощью этого материала, обладает мягкими химическими свойствами и не забивает горловины пор в нефтяных и газовых пластах. Это позволяет снизить затраты на последующие операции по закислению и гидроразрыву пласта, повысить коэффициент извлечения нефти и газа, а также использовать данный материал в качестве экологически безопасной буровой добавки.

CMC для бурового раствора: выбор марок HV и LV

HV-CMC (карбоксиметилцеллюлоза натрия с высокой вязкостью)

Сферы применения: неглубокие скважины, среднеглубокие скважины, пресноводные буровые растворы низкой плотности, приготовление бурового раствора для начала бурения с использованием воды, мягкие пласты, требующие надежной суспензии бурового шлама
Основные преимущества: значительное повышение вязкости бурового раствора и предела текучести при низкой дозировке, высокая эффективность приготовления бурового раствора, превосходные суспензионные свойства
Типичная дозировка: 0,1%–0,3%

LV-CMC (карбоксиметилцеллюлоза натрия с низкой вязкостью)

Области применения: глубокие скважины, буровые растворы с высокой плотностью и баритовым утяжелителем, песчаниковые пласты с высокой проницаемостью, буровые растворы на основе соленой воды, горизонтальные скважины
Основные преимущества: Эффективный контроль потери жидкости при минимальном влиянии на вязкость бурового раствора; предотвращает повышение вязкости, приводящее к затруднениям при перекачке; способствует образованию тонкого и плотного фильтрационного слоя
Типичная дозировка: 0,2%–0,5%

Решение о быстром отборе

1. Требуется контроль потери жидкости только при высокой плотности бурового раствора → LV-CMC

2. Жидкий буровой раствор, низкая несущая способность шлама, требуется повышение вязкости → HV-CMC