CMC для бурових рідин: повний посібник щодо марок HV та LV

Карбоксиметилцелюлоза натрію (скорочено CMC) — це аніонний водорозчинний високомолекулярний полімер, отриманий шляхом модифікації природної целюлози з бавовняного лінтера та деревної целюлози за допомогою алкалізації та етерифікації. Це найбільш поширена та економічно вигідна багатофункціональна добавка для бурових рідин на водній основі.

Марки CMC високої та низької напруги для бурових рідин

1. HV-CMC (High Viscosity CMC): Характеризується високою молекулярною масою та високою в’язкістю; використовується переважно для підвищення в’язкості, збільшення міцності гелю та утримання бурового шламу в суспензії.

2. LV-CMC (Low Viscosity CMC): Завдяки високому ступеню заміщення, низькій здатності до підвищення в’язкості та видатним характеристикам контролю втрати рідини, цей продукт підходить для важких бурових розчинів високої щільності та пластів глибоких свердловин.

CMC, призначений для буріння, має вигляд сипучого білого порошку і розчиняється у холодній воді з утворенням прозорого в’язкого колоїду. Він відрізняється чудовою сумісністю та може застосовуватися у синергічному поєднанні з бентонітом, кальцинованою содою, мастильними речовинами та обважнювачами. Він широко застосовується в бурових розчинах для наземних нафтових і газових свердловин, буріння сланцевих пластів, геотермальних свердловин та морського буріння прісноводних свердловин.

Шість основних функцій CMC у бурових рідинах для нафтової промисловості

1. Ефективний контроль втрати рідини та утворення щільного тонкого шламового шару (основна функція)

Перепад тиску в свердловині під час буріння виштовхує воду з бурового розчину в пласти, що призводить до пошкодження пластів, обвалення свердловини та заклинювання труб.
Молекулярні ланцюги CMC містять велику кількість карбоксильних та гідроксильних груп, які адсорбують частинки бентоніту та гірські породи зі свердловини, заповнюють мікротріщини в пластах і утворюють на стінках свердловини тонкі, міцні фільтрувальні плівки з низькою проникністю, що дозволяє різко зменшити об’єм втрат рідини за стандартом API.

• LV-CMC: Основний засіб для контролю втрати рідини, що після додавання дещо підвищує в’язкість; найкращий вибір для бурових розчинів з високою щільністю, обтяжених баритом.
• HV-CMC: Забезпечує баланс між контролем втрати рідини та підвищенням в’язкості, ідеально підходить для неглибоких свердловин та прісноводних бурових розчинів низької щільності.

2. Регулювання реології бурового розчину та підвищення його здатності до транспортування та утримання бурового шламу

CMC розчиняється у воді, утворюючи тривимірну колоїдну мережу, що надає буровому розчину чудові тиксотропні властивості:

• Високі зсувні навантаження під час буріння: помірне зниження в’язкості забезпечує хорошу текучість бурового розчину та низький опір перекачуванню.
• Статичний стан після зупинки буріння: колоїдна мережа відновлюється, щоб надійно утримувати буровий шлам і барит у суспензії, запобігаючи осіданню твердих частинок, яке може засипати бурову колону.
  Низька початкова в’язкість гелю сприяє швидкому вивільненню газу, що міститься в буровому розчині, що зменшує піноутворення, спричинене проникненням газу, та підвищує ефективність систем контролю твердих фракцій щодо видалення піску та мулу.

3. Пригнічувати гідратацію сланцю та стабілізувати свердловину для запобігання обваленню

Глинисті сланці та пухкі пісковикові пласти легко вбирають воду, внаслідок чого набухають і відшаровуються. CMC утворює захисну плівку на поверхні глинистих частинок, що запобігає проникненню вільної води в шари гірської породи, пригнічує гідратацію та дисперсію пластів, зменшує відшарування та обвалення у свердловині, а також знижує частоту виникнення складних присвердловинних несправностей.

4. Підвищення стабільності бурового розчину та подовження терміну експлуатації системи циркуляції бурового розчину

Колоїди CMC відрізняються високою стійкістю до мікробного розкладу, тому буровий розчин рідко пліснявіє або псується. Для довгострокового захисту від корозії немає необхідності підтримувати високе значення рН, що дозволяє знизити витрати на каустичну соду.
Він витримує незначне забруднення солями кальцію, магнію та натрію, що дозволяє застосовувати його в системах бурових рідин для буріння у прісній, солонуватій та морській воді.

5. Помірна термостійкість для робіт у свердловинах середньої та великої глибини

Високоякісна бурова рідина CMC із високим ступенем заміщення витримує температури у свердловині до 150 °C. Її в’язкість та характеристики втрати рідини дещо погіршуються після високотемпературного старіння, що відповідає стандартним вимогам до буріння середньо- та глибоких свердловин. Для надглибоких свердловин у умовах високих температур її можна комбінувати з термостійкими стабілізаторами.

6. Захист нафтових і газових родовищ та зменшення пошкодження пластів

Фільтраційні осади, що утворюються під дією CMC, мають щільну структуру і легко відшаровуються. Фільтрат, отриманий за допомогою цього засобу, має м’які хімічні властивості і не закупорює горловини пор нафтових і газових покладів. Це дозволяє знизити витрати на подальші операції з кислотного протравлювання та гідророзриву, підвищити коефіцієнт видобутку нафти та газу, а також слугує екологічно безпечною добавкою для буріння.

CMC для бурових рідин: вибір марок HV та LV

HV-CMC (карбоксиметилцелюлоза натрію високої в’язкості)

Сфери застосування: неглибокі свердловини, середньо-неглибокі свердловини, прісноводні бурові розчини низької густини, приготування бурових розчинів для початку буріння з використанням води, м’які пласти, що вимагають надійної суспензії бурового шламу
Основні переваги: значне підвищення в’язкості бурового розчину та межі текучості при низькій дозуванні, висока ефективність приготування бурового розчину, чудові суспензійні властивості
Типова доза: 0,1%–0,3%

LV-CMC (карбоксиметилцелюлоза натрію з низькою в’язкістю)

Сфери застосування: глибокі свердловини, бурові розчини з високою щільністю, збагачені баритом, пісковикові пласти з високою проникністю, бурові розчини на основі солоної води, горизонтальні свердловини
Основні переваги: ефективний контроль втрати рідини з мінімальним впливом на в’язкість бурового розчину; запобігає надмірному підвищенню в’язкості, що ускладнює перекачування; утворює тонкий і щільний фільтраційний осад
Типова доза: 0,2%–0,5%

Рішення щодо швидкого відбору

1. Контроль втрати рідини необхідний лише при високій густині бурового розчину → LV-CMC

2. Рідкий шлам, низька пропускна здатність, необхідне підвищення в’язкості → HV-CMC