Natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttö porausnesteessä

Natriumkarboksimetyyliselluloosa (lyhyesti CMC-Na) on tärkeä vesiliukoinen polymeeriyhdiste, ja sitä käytetään laajalti öljynporausnesteissä. Sen ainutlaatuiset ominaisuudet tekevät siitä välttämättömän osan porausnestejärjestelmässä.

1. Natriumkarboksimetyyliselluloosan perusominaisuudet

Natriumkarboksimetyyliselluloosa on anioninen selluloosaeetteri, jota selluloosa tuottaa alkalikäsittelyn ja kloorietikkahapon jälkeen. Sen molekyylirakenne sisältää suuren määrän karboksimetyyliryhmiä, mikä tekee siitä hyvän vesiliukoisuuden ja stabiilisuuden. CMC-Na voi muodostaa korkeaviskoosisen liuoksen veteen, jolla on sakeuttamis-, stabilointi- ja kalvonmuodostusominaisuuksia.

2. Natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttö porausnesteessä

Sakeuttaja

CMC-Na:ta käytetään porausnesteen sakeuttamisaineena. Sen päätehtävänä on lisätä porausnesteen viskositeettia ja parantaa sen kykyä kuljettaa kivihakkuita ja poraushakkuita. Porausnesteen sopiva viskositeetti voi tehokkaasti estää kaivon seinämän romahtamisen ja ylläpitää porausreiän vakauden.

Nestehäviön vähentäjä

Porausprosessin aikana porausneste tunkeutuu muodostuman huokosiin aiheuttaen vesihukkaa porausnesteessä, mikä ei ainoastaan ​​tuhlaa porausnestettä, vaan voi myös aiheuttaa kaivon seinän romahtamisen ja säiliövaurion. Nestehäviön vähentäjänä CMC-Na voi muodostaa tiiviin suodatuskakun kaivon seinämään, mikä vähentää tehokkaasti porausnesteen suodatushävikkiä ja suojaa muodostumaa ja kaivon seinämää.

Voiteluaine

Porauksen aikana poranterän ja kaivon seinämän välinen kitka tuottaa paljon lämpöä, mikä lisää poratyökalun kulumista. CMC-Na:n voitelevuus auttaa vähentämään kitkaa, vähentämään poratyökalun kulumista ja parantamaan porauksen tehokkuutta.

Stabilisaattori

Porausneste voi flokkuloitua tai hajota korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa, jolloin se menettää toimintansa. CMC-Na:lla on hyvä lämmönkestävyys ja suolankestävyys, ja se voi säilyttää porausnesteen vakauden ankarissa olosuhteissa ja pidentää sen käyttöikää.

3. Natriumkarboksimetyyliselluloosan vaikutusmekanismi

Viskositeettisäätö

CMC-Na:n molekyylirakenne sisältää suuren määrän karboksimetyyliryhmiä, jotka voivat muodostaa vetysidoksia veteen liuoksen viskositeetin lisäämiseksi. Säätämällä CMC-Na:n molekyylipainoa ja korvausastetta porausnesteen viskositeettia voidaan säätää vastaamaan erilaisten porausolosuhteiden tarpeita.

Suodatuksen ohjaus

CMC-Na-molekyylit voivat muodostaa veteen kolmiulotteisen verkkorakenteen, joka voi muodostaa tiiviin suodatuskakun kaivon seinämään ja vähentää porausnesteen suodatushävikkiä. Suodatinkakun muodostuminen ei riipu pelkästään CMC-Na-pitoisuudesta, vaan myös sen molekyylipainosta ja substituutioasteesta.

Voitelu

CMC-Na-molekyylejä voidaan adsorboida poranterän pintaan ja kaivon seinämään veteen muodostaen voitelukalvon ja pienentää kitkakerrointa. Lisäksi CMC-Na voi myös epäsuorasti vähentää kitkaa poranterän ja kaivon seinämän välillä säätämällä porausnesteen viskositeettia.

Lämpöstabiilisuus

CMC-Na voi säilyttää molekyylirakenteensa stabiilisuuden korkeissa lämpötiloissa, eikä se ole altis lämpöhajoamiselle. Tämä johtuu siitä, että sen molekyylien karboksyyliryhmät voivat muodostaa stabiileja vetysidoksia vesimolekyylien kanssa kestämään korkean lämpötilan vaurioita. Lisäksi CMC-Na:lla on myös hyvä suolankestävyys ja se voi säilyttää suorituskykynsä suolamuodostelmissa. 

4. Natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttöesimerkkejä

Varsinaisessa porausprosessissa natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttövaikutus on huomattava. Esimerkiksi syväporausprojektissa CMC-Na:a sisältävää porausnestejärjestelmää käytettiin kaivon reiän vakauden ja suodatushäviön tehokkaaseen hallintaan, porausnopeuden lisäämiseen ja porauskustannusten pienentämiseen. Lisäksi CMC-Na on laajalti käytössä myös meriporauksessa, ja sen hyvä suolankestävyys tekee siitä hyvän suorituskyvyn meriympäristössä.

Natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttö porausnesteessä sisältää pääasiassa neljä näkökohtaa: sakeutus, vesihäviön vähentäminen, voitelu ja stabilointi. Sen ainutlaatuiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet tekevät siitä välttämättömän osan porausnestejärjestelmässä. Poraustekniikan jatkuvan kehityksen myötä natriumkarboksimetyyliselluloosan käyttömahdollisuudet laajenevat. Tulevaisuuden tutkimuksessa CMC-Na:n molekyylirakennetta ja modifiointimenetelmiä voidaan optimoida sen suorituskyvyn parantamiseksi entisestään ja monimutkaisempien porausympäristöjen tarpeisiin.