Uporaba natrijeve karboksimetil celuloze v vrtalni tekočini

Natrijeva karboksimetil celuloza (na kratko CMC-Na) je pomembna vodotopna polimerna spojina in se pogosto uporablja v tekočini za vrtanje nafte. Zaradi svojih edinstvenih lastnosti je nepogrešljiva komponenta v sistemu vrtalne tekočine.

1. Osnovne lastnosti natrijeve karboksimetil celuloze

Natrijeva karboksimetil celuloza je anionski celulozni eter, ki nastane iz celuloze po obdelavi z alkalijo in kloroocetne kisline. Njegova molekularna struktura vsebuje veliko število karboksimetilnih skupin, zaradi česar ima dobro topnost v vodi in stabilnost. CMC-Na lahko tvori visoko viskozno raztopino v vodi z lastnostmi zgoščevanja, stabilizacije in tvorjenja filma.

2. Uporaba natrijeve karboksimetil celuloze v vrtalni tekočini

Zgoščevalec

CMC-Na se uporablja kot zgoščevalec v vrtalni tekočini. Njegova glavna naloga je povečati viskoznost vrtalne tekočine in izboljšati njeno sposobnost prenašanja kamnin in vrtalnih odpadkov. Ustrezna viskoznost vrtalne tekočine lahko učinkovito prepreči zrušitev stene vrtine in ohrani stabilnost vrtine.

Zmanjševalec izgube tekočine

Med postopkom vrtanja bo vrtalna tekočina prodrla v pore formacije, kar bo povzročilo izgubo vode v vrtalni tekočini, kar ne bo le zapravljanje vrtalne tekočine, ampak lahko povzroči tudi zrušitev sten vrtine in poškodbe rezervoarja. Kot sredstvo za zmanjševanje izgube tekočine lahko CMC-Na tvori gosto filtrirno pogačo na steni vrtine, kar učinkovito zmanjša izgubo filtracije vrtalne tekočine in zaščiti formacijo in steno vrtine.

Lubrikant

Med postopkom vrtanja bo trenje med svedrom in steno vrtine povzročilo veliko toplote, kar bo povzročilo večjo obrabo vrtalnega orodja. Mazljivost CMC-Na pomaga zmanjšati trenje, zmanjšati obrabo vrtalnega orodja in izboljšati učinkovitost vrtanja.

Stabilizator

Vrtalna tekočina lahko flokulira ali se razgradi pod visoko temperaturo in visokim tlakom ter tako izgubi svojo funkcijo. CMC-Na ima dobro toplotno stabilnost in odpornost na sol ter lahko ohrani stabilnost vrtalne tekočine v težkih pogojih in podaljša njeno življenjsko dobo.

3. Mehanizem delovanja natrijeve karboksimetil celuloze

Nastavitev viskoznosti

Molekularna struktura CMC-Na vsebuje veliko število karboksimetilnih skupin, ki lahko tvorijo vodikove vezi v vodi in tako povečajo viskoznost raztopine. S prilagoditvijo molekulske mase in stopnje zamenjave CMC-Na je mogoče nadzorovati viskoznost vrtalne tekočine, da ustreza potrebam različnih pogojev vrtanja.

Nadzor filtracije

Molekule CMC-Na lahko tvorijo tridimenzionalno mrežno strukturo v vodi, ki lahko tvori gosto filtrsko pogačo na steni vrtine in zmanjša izgubo filtracije vrtalne tekočine. Tvorba filtrske pogače ni odvisna le od koncentracije CMC-Na, temveč tudi od njegove molekulske mase in stopnje substitucije.

Mazanje

Molekule CMC-Na se lahko adsorbirajo na površini svedra in stene vrtine v vodi, da tvorijo mazalni film in zmanjšajo koeficient trenja. Poleg tega lahko CMC-Na tudi posredno zmanjša trenje med svedrom in steno vrtine s prilagajanjem viskoznosti vrtalne tekočine.

Toplotna stabilnost

CMC-Na lahko ohrani stabilnost svoje molekularne strukture pri visokih temperaturah in ni nagnjen k toplotni razgradnji. To je zato, ker lahko karboksilne skupine v njegovih molekulah tvorijo stabilne vodikove vezi z molekulami vode, da se uprejo poškodbam zaradi visokih temperatur. Poleg tega ima CMC-Na tudi dobro odpornost na sol in lahko ohrani svojo učinkovitost v slanih formacijah. 

4. Primeri uporabe natrijeve karboksimetil celuloze

V dejanskem procesu vrtanja je učinek uporabe natrijeve karboksimetil celuloze izjemen. Na primer, v projektu globokega vrtanja vrtine je bil uporabljen sistem vrtalne tekočine, ki vsebuje CMC-Na, za učinkovito kontrolo stabilnosti in izgube filtracije vrtine vrtine, povečanje hitrosti vrtanja in zmanjšanje stroškov vrtanja. Poleg tega se CMC-Na pogosto uporablja tudi pri vrtanju v morju, zaradi dobre odpornosti na sol pa se dobro obnese v morskem okolju.

Uporaba natrijeve karboksimetil celuloze v vrtalni tekočini vključuje predvsem štiri vidike: zgoščevanje, zmanjšanje izgube vode, mazanje in stabilizacijo. Zaradi svojih edinstvenih fizikalnih in kemičnih lastnosti je nepogrešljiva komponenta v sistemu vrtalne tekočine. Z nenehnim razvojem tehnologije vrtanja bodo možnosti uporabe natrijeve karboksimetil celuloze širše. V prihodnjih raziskavah je mogoče molekularno strukturo in metode modifikacije CMC-Na optimizirati za nadaljnje izboljšanje njegove učinkovitosti in izpolnjevanje potreb bolj zapletenih okolij vrtanja.