La cellulose polyanionique (PAC) est principalement utilisée comme réducteur de perte de fluide, améliorant la viscosité et régulateur rhéologique dans les fluides de forage. Cet article décrit brièvement les principaux indices physico-chimiques de la PAC, tels que la viscosité, la rhéologie, l'uniformité de substitution, la pureté et le rapport viscosité-sel, ainsi que les indices d'application dans les fluides de forage.
La structure moléculaire unique du PAC lui confère d'excellentes performances d'application en eau douce, eau salée, eau de mer et eau salée saturée. Utilisé comme réducteur de filtrat dans les fluides de forage, le PAC offre une excellente capacité de contrôle des pertes en eau, et le gâteau de boue formé est fin et résistant. En tant qu'agent viscosifiant, il peut rapidement améliorer la viscosité apparente, la viscosité plastique et la force de cisaillement dynamique du fluide de forage, ainsi qu'améliorer et contrôler la rhéologie de la boue. Ces propriétés d'application sont étroitement liées aux indices physico-chimiques des produits.
1. Viscosité du PAC et son application dans les fluides de forage
La viscosité du charbon actif en poudre (PAC) est la caractéristique d'une solution colloïdale formée après dissolution dans l'eau. Le comportement rhéologique de la solution de PAC influence considérablement son application. La viscosité du PAC est liée au degré de polymérisation, à la concentration de la solution et à la température. En général, plus le degré de polymérisation est élevé, plus la viscosité est élevée ; la viscosité augmente avec la concentration de PAC ; la viscosité de la solution diminue avec la température. Un viscosimètre NDJ-79 ou Brookfield est généralement utilisé pour tester la viscosité des produits PAC selon les indices physico-chimiques. La viscosité des produits PAC est contrôlée en fonction des exigences de l'application. Lorsque le PAC est utilisé comme agent collant ou régulateur rhéologique, un PAC à haute viscosité est généralement requis (les modèles de produit sont généralement PAC-HV, PAC-R, etc.). Lorsque le PAC est principalement utilisé comme réducteur de perte de fluide et n'augmente pas la viscosité du fluide de forage ni ne modifie sa rhéologie, des PAC à faible viscosité sont nécessaires (les modèles de produit sont généralement PAC-LV et PAC-L).
En pratique, la rhéologie du fluide de forage est liée à : (1) la capacité du fluide de forage à transporter les déblais de forage et à nettoyer le puits ; (2) la force de lévitation ; (3) l’effet stabilisateur sur la paroi du puits ; (4) la conception optimisée des paramètres de forage. La rhéologie du fluide de forage est généralement testée à l’aide d’un viscosimètre rotatif à 6 vitesses : 600 tr/min, 300 tr/min, 200 tr/min, 100 tr/min et 6 tr/min. Les lectures à 3 tr/min sont utilisées pour calculer la viscosité apparente, la viscosité plastique, la force de cisaillement dynamique et la force de cisaillement statique, qui reflètent la rhéologie du PAC dans le fluide de forage. De même, plus la viscosité du PAC est élevée, plus la viscosité apparente et la viscosité plastique sont élevées, et plus la force de cisaillement dynamique et la force de cisaillement statique sont importantes.
De plus, la diversité des fluides de forage aqueux (fluides d'eau douce, fluides de traitement chimique, fluides de traitement au calcium, fluides salins, fluides de forage à l'eau de mer, etc.) explique la rhéologie des PAC selon les systèmes de forage. Pour certains systèmes, l'évaluation de l'impact sur la fluidité du fluide à partir de l'indice de viscosité des PAC peut varier considérablement. Par exemple, dans un système de forage à l'eau de mer, en raison de sa forte teneur en sel, malgré une viscosité élevée, le faible degré de substitution du produit entraîne une faible résistance au sel. L'augmentation de la viscosité du produit lors de son utilisation est donc limitée. Il en résulte une faible viscosité apparente, une faible viscosité plastique et une faible force de cisaillement dynamique. Ce qui réduit la capacité du fluide à transporter les déblais de forage, ce qui peut entraîner un blocage dans les cas graves.
2. Degré de substitution et uniformité du PAC et ses performances d'application dans le fluide de forage
Le degré de substitution des produits PAC est généralement supérieur ou égal à 0,9. Cependant, en raison des besoins différents des fabricants, ce degré varie. Ces dernières années, les sociétés de services pétroliers ont constamment amélioré les exigences de performance des produits PAC, et la demande pour ces produits à haut degré de substitution est en hausse.
Le degré de substitution et l'uniformité du CAP sont étroitement liés au rapport viscosité-sel, à la résistance au sel et à la perte par filtration du produit. En général, plus le degré de substitution du CAP est élevé, meilleure est l'uniformité de substitution, ainsi que le rapport viscosité-sel, la résistance au sel et la filtration du produit.
Lorsque le PAC est dissous dans une solution saline inorganique à électrolyte fort, la viscosité de la solution diminue, ce qui entraîne ce que l'on appelle l'effet sel. Les ions positifs ionisés par le sel et le groupe anionique coh2coo (H2O) réduisent (voire suppriment) l'homoélectricité sur la chaîne latérale de la molécule de PAC. En raison d'une force de répulsion électrostatique insuffisante, la chaîne moléculaire du PAC s'enroule et se déforme, et certaines liaisons hydrogène entre les chaînes moléculaires se rompent, ce qui détruit la structure spatiale d'origine et réduit spécifiquement la viscosité de l'eau.
La résistance au sel du PAC est généralement mesurée par le rapport de viscosité du sel (RVS). Plus le RVS est élevé, plus le PAC présente une bonne stabilité. En général, plus le degré de substitution est élevé et plus l'uniformité de la substitution est élevée, plus le RVS est élevé.
Utilisé comme réducteur de filtrat, le PAC peut s'ioniser en anions multivalents à longue chaîne dans le fluide de forage. Les groupes hydroxyle et éther oxygène de sa chaîne moléculaire forment des liaisons hydrogène avec l'oxygène à la surface des particules visqueuses ou des liaisons de coordination avec Al3+ sur le bord de rupture de liaison des particules d'argile, permettant ainsi l'adsorption du PAC sur l'argile. L'hydratation de plusieurs groupes carboxylate de sodium épaissit le film d'hydratation à la surface des particules d'argile, prévient l'agrégation des particules d'argile en grosses particules par collision (protection de la colle). Plusieurs fines particules d'argile seront adsorbées simultanément sur une chaîne moléculaire de PAC pour former un réseau mixte couvrant l'ensemble du système, améliorant ainsi la stabilité d'agrégation des particules visqueuses, protégeant le contenu en particules du fluide de forage et formant un gâteau de boue dense. Réduit la filtration. Plus le degré de substitution des produits PAC est élevé, plus la teneur en carboxylate de sodium est élevée, meilleure est l'uniformité de la substitution et plus le film d'hydratation est uniforme, ce qui rend l'effet de protection du gel du PAC dans le fluide de forage plus fort, donc plus l'effet de réduction des pertes de fluide est évident.
3. Pureté du PAC et son application dans les fluides de forage
Si le système de fluide de forage est différent, le dosage de l'agent de traitement et celui de l'agent de traitement sont différents, de sorte que le dosage de PAC peut varier selon le système. Si le dosage de PAC dans le fluide de forage est spécifié et que le fluide de forage présente une bonne rhéologie et une bonne réduction de la filtration, il est possible d'y parvenir en ajustant la pureté.
Dans les mêmes conditions, plus la pureté du PAC est élevée, meilleures sont les performances du produit. Cependant, la pureté du PAC associée à de bonnes performances n'est pas nécessairement élevée. L'équilibre entre performance et pureté du produit doit être déterminé en fonction de la situation réelle.
4. Performances d'application de la protection antibactérienne et environnementale PAC dans les fluides de forage
Dans certaines conditions, certains micro-organismes provoquent la dégradation du PAC, notamment sous l'action de la cellulase et de l'amylase de pointe. Cela entraîne la rupture de la chaîne principale du PAC et la formation de sucres réducteurs. Le degré de polymérisation diminue, ainsi que la viscosité de la solution. La capacité anti-enzymatique du PAC dépend principalement de l'uniformité et du degré de substitution moléculaire. Un PAC présentant une bonne uniformité et un degré de substitution élevé présente de meilleures performances anti-enzymatiques. En effet, la chaîne latérale liée par des résidus de glucose peut empêcher la décomposition enzymatique.
Le degré de substitution du PAC est relativement élevé, de sorte que le produit a de bonnes performances antibactériennes et ne produira pas d'odeur putride en raison de la fermentation lors de l'utilisation réelle, il n'est donc pas nécessaire d'ajouter des conservateurs spéciaux, ce qui est propice à la construction sur site.
Le charbon actif en poudre (PAC) étant non toxique et inoffensif, il ne pollue pas l'environnement. De plus, il peut être décomposé dans des conditions microbiennes spécifiques. Il est donc relativement facile à traiter dans les fluides de forage usagés et, après traitement, il est inoffensif pour l'environnement. C'est donc un excellent additif pour fluides de forage respectueux de l'environnement.
Date de publication : 18 mai 2021