Полиакриламид для нефтяного бурения: применение, выбор продукции, эффективность и руководство по закупкам

Полиакриламид для бурения нефти в основном применяется для повышения вязкости, потерь, стабилизации сланеца, транспортировки ощелок, уменьшения трения буровой жидкости, очистки ствола скважины и очистки сточных вод во время работы с буровым раствором. Полиакриламид — это водорастворимый полимер с высокой молекулярной массой, который может корректировать реологию буровой жидкости и лучше стабилизировать работу буровой жидкости в условиях интенсивного использования в поле.

PAM — популярный термин для полиакриламида. Одним из самых распространённых полимеров, используемых в этой области, является частично гидролизованный полиакриламид, широко известный как HPAM или PHPA. Операторы нефтяных месторождений могут использовать анионные, неионные, катионные или специально модифицированные полимерные сорта в зависимости от типа месторождения, химии пласта, температуры эксплуатации, солёности пласта и целей очистки.

Это не простое решение, основанное на молекулярной массе или цене единицы, которое нужно принимать при выборе подходящего полимера. Характеристики месторождения зависят от степени гидролиза, ионного характера, солестойкости, термической устойчивости, устойчивости к сдвигу, скорости растворения, остаточного мономера, размера частиц и совместимости с другими добавками буровой жидкости.

Что такое полиакриламид?

Полиакриламид — это синтетический водорастворимый полимер, в основном получаемый из мономеров акриламида. Он может производиться с разными ионными структурами и молекулярными свойствами для промышленных и нефтяных применений.

Типичная информация о продукте включает:

• Название продукта: полиакриламид
• Аббревиатура: PAM
• Номер CAS: 9003-05-8
• Внешний вид: белый или светло-белый порошок или гранулы
• Растворимость: растворимость в воде
• Распространённые типы нефтяных месторождений: APAM, HPAM, PHPA, NPAM, CPAM и модифицированные PAM
• Основные функции: контроль вязкости, флокуляция, уменьшение потери жидкости, ингибиция сланц, уменьшение трения и очистка сточных вод

Сухой полиакриламид обычно рассеивается и гидратируется в воде перед введением в систему бурового раствора.

Почему полиакриламид используется в нефтяном бурении

Буровые жидкости для бурения нефти и газа должны транспортировать отрезки, контролировать давление пласта, стабилизировать ствол скважины, охлаждать и смазывать бурильное молото, а также минимизировать проникновение жидкости в пласт.

Полиакриламид может помочь улучшить эти функции:

• Увеличение вязкости бурового раствора
• Улучшение подвешивания черенков
• Очистка опорных отверстий
• Уменьшение потерь жидкости
• Инкапсуляция сланца и глины
• Редуцирующая рассеивание глины
• Улучшение устойчивости скважины
• Снижение трения
• Поддержка контроля твёрдых тел
• Очистка буровых сточных вод
• Повышение эффективности переработки грязи

Фактический результат зависит от степени полимера, дозировки, химического состава жидкости, температуры, солёности, сдвига и минералогии пласта.

Основные типы полиакриламида для бурения нефти

Частично гидролизованный полиакриламид

Частично гидролизованный полиакриламид обычно сокращается как HPAM или PHPA.

Он содержит анионные карбоксильные группы, образованные в результате частичного гидролиза полиакриламида.

PHPA широко используется для:

• Инкапсуляция сланца
• Ингибирование глины
• Стабилизация черенков
• Модификация вязкости
• Контроль потерь жидкости
• Уменьшение трения
• Кондиционирование бурового раствора

Её длинные полимерные цепи могут адсорбировать поверхности сланца и глины, что помогает снизить гидратацию и дисперсию.

Важные свойства PHPA включают:

• Молекулярная масса
• Степень гидролиза
• Плотность анионного заряда
• Термическая устойчивость
• Толерантность к солям
• Сдвиговое сопротивление
• Скорость растворения

Анионный полиакриламид

Анионный полиакриламид, или APAM, содержит отрицательно заряженные функциональные группы.

Он может использоваться в:

• Буровые жидкости на водной основе
• Уточнение бурения и очистки сточных вод
• Разделение черенков
• Системы управления твердыми телами
• Формулы, редукционирующие трение
• Очистка из произведенной воды
• Усиленная поддержка добычи нефти

APAM с высокой молекулярной массой способен обеспечивать сильное развитие вязкости и соединение частиц.

Неионный полиакриламид

Неионный полиакриламид, или NPAM, обладает очень низкой ионной активностью.

Его можно рассмотреть для:

• Системы с высокой кислотностью
• Низкозарядные буровые жидкости
• Избранные солёные среды
• Специализированные формулы жидкостей
• Очистка сточных вод на нефтяных месторождениях
• Минеральные и глинистые суспензии

NPAM в основном опирается на полимерное соединение, а не на сильное электростатическое взаимодействие.

Катионный полиакриламид

Катионный полиакриламид, или CPAM, реже используется как основной полимер буровой жидкости, но может быть полезен в:

• Обезвоживание нефтяного осадка на месторождении
• Бурение и очистка сточных вод
• Очищение произведенной воды
• Удаление органических загрязнителей
• Системы кондиционирования осадка

Его положительный заряд может взаимодействовать с отрицательно заряженными органическими веществами и мелкими твердыми телами.

Модифицированный полиакриламид нефтяного месторождения

Специально модифицированные классы PAM могут быть разработаны для:

• Высокотемпературные скважины
• Формации с высокой солёностью
• Кальциевые рассола
• Циркуляция с высоким сдвигом
• Горизонтальное бурение
• Глубокие скважины
• Сложные сланцевые образования
• Бурение в море

Модифицированные полимеры могут содержать функциональные группы, улучшающие устойчивость к соли, термическую стабильность или адсорбционное поведение.

Инкапсуляция и ингибиция сланца

Реактивный сланец может впитывать воду, раздуваться, рассеивать и ослаблять ствол скважины.

Эти проблемы могут вызвать:

• Неустойчивость ствола скважины
• Условия узких скважин
• Немного разочарования
• Чрезмерный крутящий момент и сопротивление
• Увеличение нагрузки на твердые тела
• Плохие свойства грязи
• Застрявший труба
• Снижение эффективности бурения

PHPA может адсорбировать поверхности сланца и резок, создавая полимерное покрытие, которое помогает снизить проникновение воды и механическую дисперсию.

Возможные преимущества включают:

• Улучшенная прочность резки
• Уменьшение сланцевого набухания
• Нижняя глинистая дисперсия
• Более чистая буровая жидкость
• Лучшие характеристики контроля твёрдых веществ
• Уменьшенное увеличение ствола скважины

Полимер должен быть совместим с минералогией пласта и полной системой буровой жидкости.

Контроль вязкости буровой жидкости

Полиакриламид может увеличивать вязкость жидкости и увеличивать ёмкость подвески.

Возможные преимущества включают:

• Лучшее транспортирование черенков
• Улучшенная очистка отверстий
• Снижение осаждения во время остановок циркуляции
• Лучшее подвесление утяжелительных материалов
• Более стабильная реология
• Улучшенная вязкость при низкой скорости сдвига

Чрезмерная вязкость может повысить давление насоса и снизить эффективность бурения.

Дозировка полимера, следовательно, должна быть оптимизирована по следующим параметрам:

• Размер отверстия
• Кольцевая скорость
• Скорость бурения
• Размер черенков
• Плотность жидкости
• Температура
• Пропускная способность насоса
• Горизонтальный или вертикальный профиль скважины

Транспорт черенков

Эффективное удаление черенок крайне важно для поддержания эффективности бурения.

Плохая очистка отверстий может привести к:

• Формирование черенков
• Увеличенный крутящий момент и сопротивление
• Pack-off
• Застрявший труба
• Снижение уровня проникновения
• Трудности с прохождением корпуса

Полиакриламид может повысить несущую способность жидкости, увеличивая вязкость и поддерживая стабильную суспензию.

В отклонённых и горизонтальных скважинах реология с низкой скоростью сдвига особенно важна, поскольку черенки могут оседать на нижней стороне скважины.

Контроль потерь жидкости

Потеря жидкости происходит, когда жидкая фаза бурового раствора входит в проницаемый пласт.

Чрезмерная потеря жидкости может вызвать:

• Толстый фильтрующий торт
• Повреждения формации
• Заклинание дифференциала
• Неустойчивость ствола скважины
• Увеличение потребления грязи
• Снижение эффективности бурения

Некоторые сорта полиакриламида могут поддерживать контроль потерь жидкости за счёт увеличения вязкости раствора и улучшения структуры фильтра.

PAM часто используется вместе с:

• Крахмал
• Полианионная целлюлоза
• Карбоксиметилцеллюлоза
• Бентонит
• Лигнит
• Синтетические добавки для потери жидкости

Тестирование на совместимость необходимо, поскольку производительность зависит от солёности, температуры, pH и полного пакета аддитивов.

Снижение трения

Полиакриламид с высокой молекулярной массой может снижать трение в системах с течением жидкости.

Потенциальные применения нефтяных месторождений включают:

• Циркуляция бурового раствора
• Жидкости для гидроразрыва пласта
• Транспортировка по трубопроводам
• Впрыск воды
• Операции с катушечными трубами
• Перенос произведенной воды

Полимер может снижать турбулентность и потери давления при подходящих условиях.

Важные факторы производительности включают:

• Молекулярная масса
• Концентрация раствора
• Сдвиговая устойчивость
• Качество воды
• Солёность
• Скорость перекачки
• Температура

Чрезмерный механический сдвиг может разорвать полимерные цепи и снизить эффективность снижения трения.

Производительность при высоких температурах

Температура может существенно влиять на работу полиакриламида.

Высокие температуры могут вызывать:

• Деградация полимерной цепи
• Сниженная вязкость
• Более быстрый гидролиз
• Потеря адсорбции
• Снижение ингибирования сланца
• Короткий срок службы жидкости

Для глубоких или высокотемпературных скважин покупателям следует оценить:

• Температурная устойчивость
• Удержание вязкости
• Устойчивость гидролиза
• Долгосрочные показатели старения
• Совместимость после горячего катания
• Термическая окислительность

Стандартный PAM может не подходить для всех высокотемпературных буровых условий.

Могут потребоваться модифицированные нефтяные полимеры.

Солёность и устойчивость к твёрдости

Буровые жидкости могут содержать хлорид натрия, хлорид калия, кальций, магний и другие растворённые соли.

Высокая солёность снижает расширение полимерных цепочек и снижает вязкость раствора.

Кальций и магний могут дополнительно влиять на растворимость и эффективность полимера.

PAM нефтяного класса следует тестировать в непосредственном источнике воды, включая:

• Пресная вода
• Морская вода
• Рассол
• Вода образования
• Переработанная буровая вода
• Вода с высоким содержанием кальция

Важные измерения включают:

• Начальная вязкость
• Возрастная вязкость
• Поведение при растворении
• Производительность флокуляции
• Добыча сланца
• Контроль потерь жидкости

Сдвиговое сопротивление

Буровые жидкости проходят через насосы, бурильные колонны, сопла и оборудование для поверхностной обработки.

Эти условия подвергают полимерные цепи сильному механическому сдвигу.

Плохая устойчивость сдвига может привести к:

• Потеря вязкости
• Уменьшение трения
• Слабая флокуляция
• Снижение ингибирования сланца
• Нестабильные свойства жидкости

Подходящий полиакриламид для нефтяных месторождений должен сохранять приемлемый уровень производительности после циркуляции и механического смешивания.

Совместимость с pH

Эффективность полиакриламида может зависеть от pH буровой жидкости.

PHPA и APAM часто применяются в системах грязи на нейтральной и щелочной воде.

Экстремальный pH может повлиять:

• Гидролиз полимеров
• Растворимость
• Молекулярная структура
• Адсорбционное поведение
• Вязкость
• Термическая устойчивость

Продукт следует испытывать при планируемом рабочем pH.

Бурение и очистка сточных вод

Буровые операции образуют сточные воды, содержащие:

• Мелкая глина
• Черенки
• Нефть
• Взвешенные твердые тела
• Полимеры
• Соли
• Весовые материалы
• Поверхностно-активные вещества
• Другие буровые химикаты

Полиакриламид может использоваться для поддержки:

• Свертываемость и флокуляция
• Осадкование.
• Флотация растворённого воздуха
• Фильтрация
• Разделение центрифуг
• Утолщение осадка
• Обезвоживание осадка
• Рециркуляция воды

Анионный PAM может быть подошёл для подвешенных твердых веществ, богатых минералами, тогда как катионный PAM может быть выбран для шлама, содержащего более органические загрязнители.

Извлечение буровых растворов

Полиакриламид может поддерживать системы восстановления грязи, улучшая отделение нежелательных мелких твердых веществ от многоразовой воды.

Возможные преимущества включают:

• Более чистая переработанная вода
• Нижние взвешенные тела
• Снижение спроса на пресную воду
• Улучшенная производительность центрифуг
• Лучшая работа фильтра-пресса
• Меньший объём отходов
• Снижение затрат на утилизацию

Полимер не должен мешать свойствам извлеченного бурового раствора.

Обезвоживание нефтяного осадка

В нефтяном осадке могут содержаться нефть, вода, глина, песок, химикаты и органические твёрдые вещества.

Катионный или амфотерный полиакриламид может быть протестирован до:

• Ленточные фильтровые прессы
• Винтовые прессы
• Центрифуги
• Фильтровые прессы с пластинами и рамой
• Системы обезвоживания геотекстиля

Важные показатели эффективности включают:

• Прочность флока
• Выпуск воды
• Разделение нефти
• Фильтратная ясность
• Твёрдые частицы
• Дозировка полимера
• Пропускная способность оборудования

Важные технические характеристики продукции

Профессиональный поставщик должен предоставлять измеримые технические данные.

Важные характеристики включают:

• Ионический тип
• Молекулярная масса
• Степень гидролиза
• Плотность заряда
• Солидный контент
• Влажность
• Остаточный акриламидный мономер
• Размер частиц
• Время роспуска
• Вязкость раствора
• Толерантность к солям
• Термическая устойчивость
• Сдвиговое сопротивление
• Рекомендуемый диапазон pH

Молекулярная масса

Влияние молекулярной массы:

• Вязкость
• Уменьшение трения
• Полимерное мостовое соединение
• Подвеска черенков
• Инкапсуляция сланца
• Чувствительность к сдвигу

Более высокая молекулярная масса может улучшить вязкость и мостообразование, но также может:

• Растворяйся медленнее
• Будьте более чувствительны к сдвигу
• Создайте трудности с качкой
• Чрезмерное увеличение вязкости раствора

Правильный диапазон молекулярной массы зависит от применения.

Степень гидролиза

Степень по гидролизу особенно важна для PHPA и APAM.

Он затрагивает:

• Анионный заряд
• Адсорбция сланцев
• Взаимодействие глины
• Растворимость
• Чувствительность к соли
• Вязкость
• Поведение флокуляции

Чрезмерно высокий уровень гидролиза может снизить производительность в системах с высокой солёностью или высоким содержанием кальция.

Твердое содержание и влажность

Твердое содержание указывает долю пригодного полимера в продукте.

Избыточная влажность может:

• Снижение содержания активного полимера
• Увеличение стоимости перевозок
• Причины слепения
• Влияние на автоматическое питание
• Снижение стабильности хранения
• Создать вариацию дозирования

Продукты следует сравнивать по активному содержанию и производительности в полевых условиях, а не только по цене единицы.

Остаточный мономер акриламида

Остаточный акриламидный мономер следует тщательно контролировать.

Допустимый уровень зависит от:

• Качество продукции
• Предназначение
• Правила направления
• Экологические требования
• Технические характеристики заказчика

Покупателям следует запрашивать результаты теста, специфичные для каждой партии.

Размер и растворение частиц

Поддерживает стабильный размер частиц:

• Стабильное питание
• Предсказуемое растворение
• Уменьшенная пыль
• Образование нижних комков
• Более быстрая подготовка раствора

Плохое растворение может вызвать:

• Формация «рыбий глаз»
• Нерастворённый полимер
• Заблокированные линии
• Неточная дозировка
• Сниженная вязкость
• Снижение эффективности обработки

Приготовление раствора полиакриламида

Типичный процесс подготовки может включать:

1. Наполните чистый смешивательный бак подходящей водой.
2. Начинайте лёгкое возбуждение.
3. Добавляйте ПАМ медленно и равномерно.
4. Избегайте высыпания порошка в одном месте.
5. Поддерживайте смешивание с низким сдвигом.
6. Обеспечьте достаточную гидратацию и старение.
7. Подтвердите полное растворение.
8. Передайте раствор в систему дозирования.
9. Корректируйте дозировку в зависимости от полевых характеристик.

Перемешивание на высокой скорости следует избегать, так как чрезмерный сдвиг может повредить полимерные цепи.

Воду для подготовки следует проверить на:

• Солёность
• Твёрдость
• Температура
• pH
• Взвешенные твердые тела
• Загрязнение нефти

Оптимизация дозировки

Для каждой системы бурения нет универсальной дозировки PAM.

Правильная доза зависит от:

• Тип буровой жидкости
• Участок скважины
• Минералогия формации
• Температура
• Солёность
• Содержание кальция
• pH
• Нагрузка на твердые тела
• Желаемая вязкость
• Требование к ингибиции сланцев
• Скорость распространения
• Другие добавки

Передозировка может вызвать:

• Чрезмерная вязкость
• Высокое давление насоса
• Плохое разделение твёрдых тел
• Сложность микширования
• Повышение химической стоимости
• Формирование полимеросодержащих месторождений

Недостаточная дозировка может привести к:

• Слабое ингибирование сланца
• Плохая очистка отверстий
• Сниженная вязкость
• Чрезмерная дисперсия глины
• Нестабильные свойства буровой жидкости

Лабораторная оценка

Перед использованием в поле, нефтяное месторождение PAM должно быть протестировано в репрезентативной буровой воде или шлете.

Тесты могут включать:

• Время роспуска
• Видимая вязкость
• Пластическая вязкость
• Точка текучести
• Прочность геля
• Потеря жидкости
• Добыча сланца
• Распространение черенков
• Толерантность к солям
• Толерантность к кальцию
• Термическое старение
• Сдвиговая устойчивость
• Уменьшение трения

Тестовая жидкость должна содержать запланированные соли, весовые материалы и добавки.

Полевые испытания

После лабораторного скрининга контролируемое полевое или пилотное исследование должно оценивать:

• Поведение смешивания
• Фактическая дозировка
• Реология
• Давление насоса
• Транспорт черенков
• Устойчивость сланца
• Эффективность контроля твёрдых веществ
• Потеря жидкости
• Стоимость обслуживания грязи
• Эффективность очистки сточных вод

Полевые испытания крайне важны, поскольку лабораторные условия не могут полностью воспроизвести циркуляцию, загрязнение, сдвиг и изменяющиеся условия формации.

Варианты упаковки

Полиакриламид для нефтяного бурения обычно поставляется в следующих категориях:

• Крафт-мешки с подкладкой PE весом 25 кг
• Бумажно-пластиковые пакеты
• Влагостойкие тканые мешки
• Сумки массой 500 кг
• 1 000 кг джамбо-мешков
• Индивидуализированная паллетизированная упаковка
• Барабаны или IBC для эмульсионных продуктов

Упаковка должна защищать полимер от влаги, загрязнения, тепла и физических повреждений.

Хранение и обработка

PAM следует хранить в прохладном, сухом и проветриваемом складе.

Он должен быть защищён от:

• Влажность
• Прямой солнечный свет
• Высокие температуры
• Повреждённая упаковка
• Загрязнение
• Сильные окислители
• Длительное пребывание на открытом воздухе

Открытые пакеты следует плотно запечатать.

Влажный полиакриламид создаёт крайне скользкие поверхности и должен быть быстро очищен.

Работники должны следовать действующим техническим характеристикам безопасности и процедурам на площадке.

Как оценить поставщика

Надёжный поставщик нефтяных полимеров должен предлагать:

• Оценки PHPA и HPAM
• APAM с высокой молекулярной массой
• Полимеры, устойчивые к солям
• Высокотемпературные уклоны
• Низкоостаточные мономерные продукты
• Индивидуальные уровни гидролиза
• Рекомендации по конкретным приложениям
• Репрезентативные выборки
• Поддержка лабораторных испытаний
• Пакетная прослеживаемость

Покупатели должны запросить:

• Технический лист
• Технический лист безопасности
• Сертификат анализа, специфичный для партии
• Технические характеристики продукции
• Данные о тепловом старении
• Данные о устойчивости к солёности
• Поддержка тестирования образцов
• Информация о упаковке
• Данные о производственных мощностях
• Экспортная документация

Как запросить точную смету

Полное расследование должно включать:

• Предполагаемое применение для бурения
• Водный тип грязи
• Температура скважины
• Солёность воды
• Содержание кальция и магния
• Тип формации
• Требуемая вязкость
• Требование гидролиза
• Предпочтение по молекулярной массе
• Современные добавки
• Количество заказа
• Упаковка
• Пункт назначения
• Инкотерм
• График поставок

Например:

«Пожалуйста, порекомендуйте и процитируйте PHPA для ингибирования сланца в буровой жидкости на основе хлорида калия, с рабочей температурой до 120°C, упакованной в мешки весом 25 кг, включая образцы, TDS, SDS и специфическую партию COA.»

Подробная техническая информация помогает поставщику рекомендовать подходящий продукт.

Сравнение предложений поставщиков

Покупателям следует сравнивать товары по следующим параметрам:

• Тип полимера
• Молекулярная масса
• Степень гидролиза
• Толерантность к солям
• Термическая устойчивость
• Сдвиговое сопротивление
• Солидный контент
• Влажность
• Остаточный мономер
• Скорость растворения
• Эффективная дозировка
• Упаковка
• Техническая поддержка
• Консистенция партии

Продукты с похожими характеристиками могут работать совершенно по-разному в полевых условиях.

Общие эксплуатационные затраты

Самая низкая цена за килограмм может не обеспечивать минимальную стоимость бурения.

Операторам следует учитывать:

• Эффективная дозировка
• Устойчивость свойств жидкости
• Эффективность контроля сланцев
• Эффективность очистки отверстий
• Скорость проникновения
• Давление насоса
• Разбавление грязи
• Объем отходов
• Производительность управления твердыми веществами
• Риск простоя
• Техническая поддержка

Полимер с более высокой производительностью может снизить расход шла, проблемы со скважиной, требования к разбавлению и общее время бурения.

Распространённые риски при покупке

Возможные риски включают:

• Выбор стандартного PAM для высокотемпературных скважин
• Игнорируя солёность и твёрдость
• Выбор только по молекулярной массе
• Использование неподходящей степени гидролиза
• Плохое распуск
• Слабое сдвиговое сопротивление
• Чрезмерная влажность
• Высокий остаточный мономер
• Несогласованность пакетов
• Повреждённая упаковка
• Отсутствующие технические данные
• Ограниченная поддержка приложений

Эти риски можно снизить с помощью чётких спецификаций, репрезентативных испытаний, полевых испытаний, специальных COA для партий и квалификации поставщиков.

Вопросы, которые стоит задать перед заказом

Покупатели должны подтвердить:

• Какой класс PAM подходит для буровой жидкости?
• Доступны ли PHPA или HPAM?
• Какие молекулярные массовые диапазоны можно предоставить?
• Какие уровни гидролиза доступны?
• Какова максимальная рекомендуемая температура?
• Подходит ли полимер для морской воды или рассола?
• Какую толерантность к кальцию можно ожидать?
• Какой гарантированный качественный контент?
• Каков предел остаточного мономера?
• Каково обычное время растворения?
• Можно ли предоставить репрезентативные образцы?
• Может ли быть предложена поддержка лабораторных испытаний?
• Можно ли предоставить последние партии COA?
• Есть ли большие сумки?
• Можно ли производить индивидуальные сортировки нефтяных месторождений?

Заключение

Полиакриламид для бурения нефти используется для контроля вязкости буровой жидкости, инкапсуляции сланца, транспортировки отрезков, снижения потерь жидкости, контроля трения, очистки сточных вод бурения, разделения твердых частиц и обезвоживания осадка.

Он зависит от свойств используемого полимера, молекулярной массы, степени гидролиза, плотности заряда, солёности, термической устойчивости, устойчивости к сдвигу, растворения, дозировки, свойств пласта и химии буровых жидкостей.

Операторы нефтяных месторождений должны иметь полный и детальный профиль скважины и жидкости, полную техническую спецификацию и репрезентативные образцы, проводить лабораторные испытания и завершивать контролируемые полевые испытания перед покупкой.

Надёжный поставщик должен предлагать соответствующие нефтяные сорта PHPA, HPAM, APAM, консистенцию, контролируемое качество, влагостойкую упаковку, документацию для отдельных партий, техническую поддержку и надёжную глобальную доставку.