يُستخدم السليلوز متعدد الأنيون (PAC) بشكل رئيسي كمُخفِّض لفقد السوائل، ومُحسِّن للزوجة، ومُنظِّم للانسيابية في سوائل الحفر. تصف هذه الورقة بإيجاز المؤشرات الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للسليلوز متعدد الأنيون، مثل اللزوجة، والانسيابية، وتجانس الاستبدال، والنقاء، ونسبة لزوجة الملح، بالإضافة إلى مؤشرات الاستخدام في سوائل الحفر.
يتميز PAC بتركيبه الجزيئي الفريد، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في المياه العذبة والمالحة ومياه البحر والمياه المالحة المشبعة. عند استخدامه كمُخفِّض لرشح سوائل الحفر، يتميز PAC بقدرة فعّالة على التحكم في فقدان الماء، وتكون كعكة الطين المتكونة رقيقة وصلبة. وبصفته مُحسِّنًا للزوجة، يُمكنه تحسين اللزوجة الظاهرية واللزوجة اللدنة وقوة القص الديناميكية لسائل الحفر بسرعة، كما يُحسِّن ويتحكم في ريولوجيا الطين. ترتبط خصائص التطبيق هذه ارتباطًا وثيقًا بالمؤشرات الفيزيائية والكيميائية لمنتجاته.
1. لزوجة PAC وتطبيقاتها في سوائل الحفر
لزوجة PAC هي سمة المحلول الغرواني المتكون بعد الذوبان في الماء. يؤثر السلوك الريولوجي لمحلول PAC بشكل كبير على تطبيقه. ترتبط لزوجة PAC بدرجة البلمرة وتركيز المحلول ودرجة الحرارة. بشكل عام، كلما زادت درجة البلمرة، زادت اللزوجة؛ تزداد اللزوجة بزيادة تركيز PAC؛ وتنخفض لزوجة المحلول بزيادة درجة الحرارة. يُستخدم عادةً مقياس اللزوجة NDJ-79 أو Brookfield لاختبار اللزوجة في المؤشرات الفيزيائية والكيميائية لمنتجات PAC. يتم التحكم في لزوجة منتجات PAC وفقًا لمتطلبات التطبيق. عند استخدام PAC كمثبت أو منظم ريولوجي، عادةً ما تكون هناك حاجة إلى PAC عالي اللزوجة (عادةً ما يكون طراز المنتج هو pac-hv أو pac-r، إلخ). عندما يتم استخدام PAC بشكل أساسي كمقلل لفقد السوائل ولا يزيد من لزوجة سائل الحفر أو يغير من خصائص سائل الحفر المستخدم، تكون منتجات PAC ذات اللزوجة المنخفضة مطلوبة (عادةً ما تكون نماذج المنتجات هي pac-lv وpac-l).
في التطبيق العملي، ترتبط ريولوجيا سائل الحفر بما يلي: (1) قدرة سائل الحفر على حمل قصاصات الحفر وتنظيف البئر؛ (2) قوة الرفع؛ (3) التأثير المستقر على جدار العمود؛ (4) التصميم الأمثل لمعلمات الحفر. يتم اختبار ريولوجيا سائل الحفر عادةً بواسطة مقياس لزوجة دوار بست سرعات: 600 دورة في الدقيقة، 300 دورة في الدقيقة، 200 دورة في الدقيقة، 100 دورة في الدقيقة و6 دورات في الدقيقة. تُستخدم قراءات 3 دورات في الدقيقة لحساب اللزوجة الظاهرية، واللزوجة اللدنة، وقوة القص الديناميكية، وقوة القص الساكنة، والتي تعكس ريولوجيا PAC في سائل الحفر. في الحالة نفسها، كلما زادت لزوجة PAC، زادت اللزوجة الظاهرية واللزوجة اللدنة، وزادت قوة القص الديناميكية وقوة القص الساكنة.
بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من أنواع سوائل الحفر القائمة على الماء (مثل سوائل الحفر بالمياه العذبة، وسوائل الحفر المعالجة الكيميائية، وسوائل الحفر المعالجة بالكالسيوم، وسوائل الحفر المالحة، وسوائل الحفر بمياه البحر، وما إلى ذلك)، وبالتالي فإن ريولوجيا PAC في أنظمة سوائل الحفر المختلفة مختلفة. بالنسبة لأنظمة سوائل الحفر الخاصة، قد يكون هناك انحراف كبير في تقييم التأثير على سيولة سائل الحفر فقط من مؤشر اللزوجة لـ PAC. على سبيل المثال، في نظام سوائل الحفر بمياه البحر، بسبب ارتفاع نسبة الملح، على الرغم من أن المنتج ذو لزوجة عالية، فإن الدرجة المنخفضة من استبدال المنتج ستؤدي إلى انخفاض مقاومة الملح للمنتج، مما يؤدي إلى ضعف اللزوجة مما يزيد من تأثير المنتج في عملية الاستخدام، مما يؤدي إلى انخفاض اللزوجة الظاهرة، وانخفاض اللزوجة البلاستيكية، وانخفاض قوة القص الديناميكي لسائل الحفر، مما يؤدي إلى ضعف قدرة سائل الحفر على حمل قصاصات الحفر، مما قد يؤدي إلى الالتصاق في الحالات الخطيرة.
2. درجة الاستبدال وتوحيد PAC وأداء تطبيقه في سوائل الحفر
عادةً ما تكون درجة استبدال منتجات PAC أكبر من أو تساوي 0.9. ومع ذلك، نظرًا لاختلاف احتياجات مختلف المصنّعين، تختلف درجة استبدال منتجات PAC. في السنوات الأخيرة، حسّنت شركات خدمات النفط باستمرار متطلبات أداء تطبيقات منتجات PAC، ويتزايد الطلب على منتجات PAC ذات درجة الاستبدال العالية.
ترتبط درجة استبدال PAC وتجانسه ارتباطًا وثيقًا بنسبة لزوجة الملح، ومقاومة الملح، وخسارة الترشيح في المنتج. عمومًا، كلما ارتفعت درجة استبدال PAC، كان تجانس الاستبدال أفضل، ونسبة لزوجة الملح، ومقاومة الملح، ونسبة الترشيح في المنتج أفضل.
عند إذابة PAC في محلول ملحي غير عضوي قوي الإلكتروليت، تنخفض لزوجة المحلول، مما يُسبب ما يُسمى بتأثير الملح. الأيونات الموجبة المتأينة بواسطة الملح و-coh2coo- تُقلل مجموعة الأنيون H2O (أو حتى تُزيل) التماثل الكهربائي على السلسلة الجانبية لجزيء PAC. بسبب ضعف قوة التنافر الكهروستاتيكي، تتجعد سلسلة PAC الجزيئية وتتشوه، وتنكسر بعض الروابط الهيدروجينية بين السلاسل الجزيئية، مما يُدمر البنية المكانية الأصلية، ويُقلل بشكل خاص من لزوجة الماء.
تُقاس مقاومة PAC للملح عادةً بنسبة لزوجة الملح (SVR). عندما تكون قيمة SVR مرتفعة، يُظهر PAC ثباتًا جيدًا. وبشكل عام، كلما زادت درجة الاستبدال وتجانسه، ارتفعت قيمة SVR.
عند استخدام PAC كمُخفِّض للترشيح، يُمكن أن يتأين إلى أنيونات متعددة التكافؤ طويلة السلسلة في سائل الحفر. تُشكِّل مجموعات الأكسجين الهيدروكسيل والإيثر في سلسلتها الجزيئية روابط هيدروجينية مع الأكسجين على سطح جزيئات اللزوجة أو تُشكِّل روابط تنسيقية مع Al3 + على حافة كسر الرابطة لجزيئات الطين، بحيث يُمكن امتصاص PAC على الطين؛ يُكثِّف ترطيب مجموعات كربوكسيلات الصوديوم المتعددة طبقة الترطيب على سطح جزيئات الطين، ويمنع تكدُّس جزيئات الطين إلى جزيئات كبيرة بسبب الاصطدام (حماية الغراء)، وسيتم امتزاز جزيئات طينية دقيقة متعددة على سلسلة جزيئية من PAC في نفس الوقت لتكوين بنية شبكية مختلطة تُغطي النظام بأكمله، وذلك لتحسين استقرار تكدُّس جزيئات اللزوجة، وحماية محتوى الجزيئات في سائل الحفر وتكوين كعكة طينية كثيفة، وتقليل الترشيح. كلما زادت درجة استبدال منتجات PAC، زاد محتوى الكربوكسيلات الصوديوم، وكان توحيد الاستبدال أفضل، وكان فيلم الترطيب أكثر اتساقًا، مما يجعل تأثير حماية الجل لـ PAC أقوى في سائل الحفر، وبالتالي يكون تأثير تقليل فقدان السوائل أكثر وضوحًا.
3. نقاء PAC وتطبيقه في سوائل الحفر
إذا اختلف نظام سائل الحفر، فإن جرعة عامل معالجة سائل الحفر تختلف، وبالتالي قد تختلف جرعة PAC في أنظمة سوائل الحفر المختلفة. إذا تم تحديد جرعة PAC في سائل الحفر، وكان سائل الحفر يتمتع بخصائص ريولوجية جيدة وتقليل ترشيح، فيمكن تحقيق ذلك عن طريق ضبط نقائه.
في ظل نفس الظروف، كلما زادت نقاء PAC، كان أداء المنتج أفضل. ومع ذلك، ليس بالضرورة أن تكون نقاء PAC مع أداء المنتج الجيد عالية. يجب تحديد التوازن بين أداء المنتج ونقائه وفقًا للحالة الفعلية.
4. أداء تطبيق PAC المضاد للبكتيريا والحماية البيئية في سوائل الحفر
في ظل ظروف معينة، تُسبب بعض الكائنات الدقيقة تحلل PAC، وخاصةً تحت تأثير السليولاز والأميليز الذروة، مما يؤدي إلى كسر السلسلة الرئيسية لـ PAC وتكوين سكر مختزل، وانخفاض درجة البلمرة، ولزوجة المحلول. تعتمد قدرة PAC المضادة للإنزيم بشكل أساسي على اتساق الاستبدال الجزيئي ودرجة الاستبدال. يتميز PAC ذو اتساق الاستبدال الجيد ودرجة الاستبدال العالية بأداء مضاد للإنزيم أفضل، وذلك لأن السلسلة الجانبية المرتبطة ببقايا الجلوكوز تمنع تحلل الإنزيم.
درجة الاستبدال لـ PAC عالية نسبيًا، وبالتالي يتمتع المنتج بأداء مضاد للبكتيريا جيد ولن ينتج رائحة كريهة بسبب التخمير في الاستخدام الفعلي، لذلك ليست هناك حاجة لإضافة مواد حافظة خاصة، مما يساعد على البناء في الموقع.
لأن PAC غير سام وغير ضار، فهو لا يُلوِّث البيئة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتحلل في ظروف ميكروبية محددة. لذلك، من السهل نسبيًا معالجة PAC في سوائل الحفر المُهدرة، وهو غير ضار بالبيئة بعد المعالجة. لذلك، يُعد PAC مُضافًا ممتازًا لحماية البيئة في سوائل الحفر.
وقت النشر: ١٨ مايو ٢٠٢١