في مشاريع حفر النفط، يُعدّ كاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) والبولي أنيون السليلوز (PAC) من الإضافات الشائعة الاستخدام لسوائل الحفر. وتُحسّن هذه الإضافات بشكل أساسي خصائص سوائل الحفر (مثل اللزوجة وفقدان السوائل) لضمان حفر آمن وفعال. فيما يلي مقدمة تفصيلية عن بنيتهما وخصائصهما ودورهما في الحفر والاختلافات بينهما:

1. كاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)

1. الاسم الكامل : كاربوكسي ميثيل السليلوز، والمختصر بـ CMC.

2. أداء القلب (في سائل الحفر)

· الذوبان في الماء : يذوب بسهولة في الماء لتكوين محلول موحد وشفاف ولزج؛ غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية.

· زيادة اللزوجة : تتمدد السلاسل الجزيئية في المحلول وتشكل بنية شبكية من خلال الروابط الهيدروجينية والقوى بين الجزيئات، مما يزيد بشكل كبير من اللزوجة الظاهرة واللزوجة البلاستيكية لسائل الحفر ويعزز القدرة على حمل القطع (اللزوجة غير الكافية ستؤدي إلى ترسب القطع وسد بئر البئر).

· تقليل فقدان السوائل : يتم امتصاص مجموعات الكربوكسيل الميثيل في الجزيئات على سطح الجسيمات الصلبة (مثل الطين) في سائل الحفر لتشكيل نظام غرواني مستقر؛ في الوقت نفسه، يتم تشكيل "كعكة ترشيح" رقيقة وصلبة على جدار البئر، مما يقلل من كمية سائل الحفر المفقودة في التكوين (سيؤدي فقدان السوائل المفرط إلى امتصاص التكوين للماء وتوسعه، وخاصة تكوينات الصخر الزيتي المعرضة للانهيار).

· الاستقرار : مستقر في ظل الظروف المحايدة إلى القلوية (درجة الحموضة المثلى 7-10)، يتحلل بسهولة وغير فعال في ظل الظروف الحمضية؛ مقاومة معتدلة لدرجات الحرارة، وعادة ما يكون مناسبًا للآبار الضحلة أو الآبار متوسطة العمق مع درجات حرارة ≤120 درجة مئوية.

3. الدور في حفر النفط

· حمل القطع : عن طريق زيادة لزوجة سائل الحفر، يتم تحسين قدرة التعليق لضمان حمل القطع من الأرض في الوقت المناسب لتجنب التصاق الحفر.

· تثبيت بئر النفط : تقليل خسائر الترشيح، وتقليل امتصاص الماء في التكوين، ومنع توسع الصخر الزيتي وانهيار البئر.

· حماية الخزانات : تقليل تسرب سوائل الحفر إلى الخزانات (وخاصة الخزانات ذات النفاذية المنخفضة) وتقليل الضرر الذي يلحق بتكوينات النفط والغاز.

· ضبط نمط التدفق : تحسين الخصائص الرومولوجية لسائل الحفر (مثل قوة القص الديناميكية وقوة القص الساكنة) لتلبية احتياجات مراحل الحفر المختلفة (مثل منع قصاصات الصخور من الاستقرار أثناء الحفر).

4. الأنواع الشائعة:

CMC-LV (لزوجة منخفضة)

CMC-HV (اللزوجة العالية)

5. توصيات الجرعة:

يتراوح عادة بين 0.2 و 1.5%، ويتم تعديله وفقا لظروف البئر.

2. السليلوز متعدد الأنيونات (PAC)

1. الاسم الكامل : السليلوز متعدد الأنيونات، والمختصر بـ PAC.

2. أداء القلب (في سائل الحفر)

· الذوبانية في الماء : تذوب أسرع من CMC، والمحلول الناتج أكثر استقرارًا. تحافظ على ذوبانية جيدة حتى في محاليل عالية الملوحة (مثل كلوريد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم) (تحملها للملوحة أفضل بكثير من CMC).

· زيادة اللزوجة وتقليل فقدان السوائل : كفاءة زيادة اللزوجة مماثلة لتلك الخاصة بـ CMC، ولكن أداء تقليل فقدان السوائل أفضل (كعكة الفلتر أكثر كثافة)؛ ويكون تدهور الأداء أصغر في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والملح العالي.

· الاستقرار : يتمتع بنطاق pH قابل للتطبيق على نطاق أوسع (pH 3-11)، ومقاومة أفضل لدرجة الحرارة (يمكن استخدامه في الآبار العميقة فوق 150 درجة مئوية)، ومقاومة قوية للتلوث بالملح (لا يزال بإمكانه العمل بشكل فعال في سائل حفر المحلول الملحي المشبع).

3. الدور في حفر النفط

· قابلة للتكيف مع التكوينات المعقدة : مناسبة بشكل خاص للتكوينات ذات الملوحة العالية (مثل قباب الملح وطبقات ملح الجبس)، والآبار العميقة (درجة الحرارة العالية) والتكوينات الصخرية المعقدة (مثل التفاعل بين طبقات الصخر الزيتي والملح)، مما يحل مشكلة فشل أداء CMC في ظل الظروف القاسية.

· تعزيز استقرار البئر : في التكوينات ذات مخاطر فقدان السوائل العالية (مثل تلك التي تحتوي على كسور متطورة)، تكون كعكة الترشيح التي تشكلها PAC أكثر صلابة، مع تأثيرات أكثر أهمية في تقليل فقدان السوائل، مما يقلل من خطر فقدان الدورة وانهيار البئر.

· القدرة على مكافحة التلوث : لا يتأثر بأيونات الكالسيوم والمغنيسيوم (أيونات شائعة في مياه التكوين) في سائل الحفر ولا يميل إلى التكتل، مما يضمن أداء سائل الحفر المستقر.

4. الأنواع الشائعة:

PAC-LV (اللزوجة المنخفضة) : يستخدم بشكل أساسي للتحكم في فقدان الترشيح دون زيادة اللزوجة بشكل كبير.

PAC-HV (نوع اللزوجة العالية) : يمكنه التحكم في فقدان الترشيح وزيادة لزوجة الطين بشكل كبير.

PAC-R (صالح للأكل/صديق للبيئة) : يستخدم في المناطق ذات متطلبات حماية البيئة العالية.

5. توصيات الجرعة:

الاستخدام العام هو 0.3~1.0% (يتم تعديله وفقًا لنظام سائل الحفر والغرض).

3. مقارنة وسيناريوهات التطبيق بين CMC وPAC

4. التطبيق العملي في سائل الحفر

1. في التكوينات الملحية أو ذات درجات الحرارة العالية، يفضل استخدام PAC-LV للتحكم في فقدان السوائل بسبب قدرته القوية على تحمل الملح وتأثيره الأكثر استقرارًا في التحكم في فقدان السوائل.

2. إذا كان نظام سائل الحفر يتطلب لزوجة أعلى وقدرة تحمل جيدة، فيمكن استخدام PAC-HV .

3. بالنسبة للتكوينات الحساسة للتكلفة مع متطلبات الأداء المنخفضة، يمكن اختيار CMC-LV أو HV ، والتي تتمتع بفعالية أعلى من حيث التكلفة.

4. يمكن استخدام PAC وCMC معًا لتحقيق التوازن بين التكلفة والأداء.

الخامس. الملخص

CMC وPAC هما إضافات مشتقة من السليلوز لسوائل الحفر. وظيفتهما الأساسية هي تحسين أداء سائل الحفر عن طريق زيادة اللزوجة وتقليل فقد السوائل، وبالتالي ضمان سلامة الحفر. أصبح PAC ، بمزاياه المتمثلة في مقاومة درجات الحرارة وتحمل الأملاح وتقليل فقد السوائل بكفاءة، الخيار الأول للحفر في التكوينات المعقدة (الآبار العميقة والتكوينات عالية الملح) . بالإضافة إلى ذلك، فإن مزايا PAC مثل كفاءة الذوبان ومقاومة البيئات القاسية وانخفاض الاستخدام تحل تدريجيًا محل CMC كخيار أول لسوائل الحفر عالية الأداء . من ناحية أخرى ، فإن CMC مناسب للآبار الضحلة أو التكوينات غير الملحية ذات الظروف البسيطة نظرًا لتكلفته المنخفضة وأدائه المعتدل . لا يزال CMC يتمتع بقيمة تطبيقية في السيناريوهات الحساسة للتكلفة . كلاهما قابل للتحلل الحيوي بدرجة كبيرة وله تأثير ضئيل على البيئة، مما يجعلهما مواد كيميائية رئيسية لا غنى عنها في حفر النفط. ويحتاج المستخدمون إلى تحسين الكمية المضافة بناءً على معايير مثل عمق البئر والملوحة ودرجة الحرارة لتحقيق التوازن بين سلامة الحفر والكفاءة .