Полиакриламид в жидкостях для бурения, заканчивания и цементирования: практическое использование, выбор и практические рекомендации

В этой статье объясняются практические, ориентированные на конкретные условия рекомендации по использованию полиакриламида (ПАМ) в буровых растворах, жидкостях для заканчивания скважин и цементирующих жидкостях. В нем рассказывается, почему выбран PAM, как выбрать правильный тип, типичные дозировки, лабораторные тесты, которые следует провести перед использованием в полевых условиях, пошаговые процедуры смешивания/дозирования, а также общие способы устранения неполадок. Акцент делается на практических инструкциях, которые инженеры, руководители полевых работ и лаборанты могут применять непосредственно.

Почему полиакриламид используется в буровых растворах

Полиакриламидные полимеры широко используются, поскольку они обеспечивают контролируемую вязкость/реологию, контроль фильтрации, стабилизацию сланца и способствуют удалению твердых частиц без добавления большого количества твердых веществ. Их высокая молекулярная масса и регулируемый заряд (анионный/катионный/неионный) позволяют разработчикам рецептур нацеливаться на конкретные функции, минимизируя при этом повреждение пласта при правильном выборе и применении.

Основные функции в буровых растворах

• Модификатор реологии — увеличивает вязкость при низком сдвиге для очистки скважин и суспензии шлама, обеспечивая при этом возможность перекачивания при высоком сдвиге.
• Понизитель фильтрации / закупоривающий агент — снижает потери жидкости API/HPHT через поровые пространства пласта.
• Стабилизация сланца — связывает мелкие частицы и может уменьшить набухание глины в сочетании с соответствующими солями/ингибиторами.
• Флокулянт/коагулянт — способствует удалению твердых частиц в контурах контроля твердых частиц при использовании в качестве полимерного флокулянта.

Виды полиакриламида и критерии выбора

Выберите марку ПАМ, учитывая заряд полимера, молекулярную массу, солеустойчивость и форму растворимости (порошок, эмульсия, жидкость). Согласование этих свойств с условиями скважины (соленость пласта, температура, pH и целевая функция) значительно повышает производительность и снижает риск повреждения пласта.

Использование полиакриламида в буровых растворах — практическое руководство

При добавлении ПАМ в буровые растворы ваша цель обычно состоит в том, чтобы настроить вязкость при низкой скорости сдвига (для транспортировки шлама), снизить потери жидкости и обеспечить контроль твердых частиц. Сначала пройдите лабораторную проверку; затем примените консервативное дозирование в полевых условиях с мониторингом.

▶ Рекомендуемые лабораторные проверки перед применением в полевых условиях

• Кривая реологии (вискозиметр/реометр) при заданных температурах и скоростях сдвига.
• Фильтрационные испытания API и HPHT с полимером и без него.
• Совместимость с рассолами (NaCl, KCl, CaCl₂), ингибиторами накипи и обычными добавками.
• Испытание на термическую стабильность при ожидаемой статической температуре забоя и истории сдвига.

▶ Рекомендации по дозированию в полевых условиях

• Начните с низкого уровня: типичное пошаговое дозирование бурового раствора составляет 0,05–2,0 кг/м³ (0,05–2,0 г/л) в зависимости от марки и задачи; подтвердите результатами лабораторных исследований.
• Добавляйте полимер в активную яму при перемешивании, чтобы не было комочков; диспергирующие добавки помогают при работе с порошкообразными сортами.
• Подождите 10–30 минут контролируемого перемешивания перед повторным тестированием реологии и фильтрации.
• При использовании в качестве флокулянта при контроле твердых частиц дозируйте разбавленный раствор на выходе пескоотделителя/илоотделителя в соответствии с лабораторно установленной потребностью в полимере.

Полиакриламид в жидкостях заканчивания — передовой опыт

В жидкостях для заканчивания пласта ПАМ используется главным образом для контроля водоотдачи, помощи во взвешивании проппанта или твердых частиц во время закачки, а также для подготовки жидкости к перфорации и стимуляции. В приложениях для заканчивания скважин часто отдается предпочтение сортам с низким содержанием остатков и низким уровнем повреждения пласта.

▶ Выбор и совместимость жидкостей для заканчивания

• Выбирайте низкомолекулярные или специально гидролизованные марки, когда минимизация толщины фильтрационной корки и очистка имеют решающее значение.
• Отдавайте предпочтение неионогенным или адаптированным катионным ПАМ с низким зарядом в рассолах заканчивания с высокой соленостью, чтобы уменьшить осаждение и несовместимость с многовалентными катионами.
• Проведите тесты на повреждение керна или пласта, чтобы проверить возможность очистки и снижение остаточной проницаемости.

Полиакриламид в тампонажных жидкостях – как он влияет на поведение раствора

ПАМ можно использовать при цементировании для изменения реологии раствора, снижения потерь жидкости в пласт во время закачки и повышения эффективности вытеснения за счет контроля тиксотропии раствора. Однако химическое взаимодействие цемента имеет решающее значение — не делайте выводов о совместимости без испытаний.

▶ Особенности цементирования

• Влияние на время загустения: некоторые марки ПАМ ускоряют или замедляют схватывание; всегда проводите испытания на время загустения (стиль API RP 10B-2) с выбранной цементной смесью.
• Контроль потери жидкости: PAM может уменьшить раннюю потерю жидкости; сочетать со стандартными добавками, снижающими водоотдачу (например, крахмалами, синтетическими LCM), что подтверждено испытаниями HPHT FL.
• Совместимость с диспергаторами и замедлителями схватывания, используемыми в цементных растворах: проверьте взаимодействие, которое может изменить плотность или реологию раствора.

▶ Лабораторные испытания и полевая проверка (поэтапно)

Короткая практическая последовательность испытаний позволяет избежать сюрпризов: начните со стендовой совместимости, затем переходите к моделированию производительности при целевой температуре и солености и, наконец, проверяйте в динамических условиях (сдвиг/старение).

1. Тест на растворимость и дисперсию — подтвердите отсутствие гелеобразования или медленную гидратацию.
2. Карта реологии — измерение кажущейся вязкости при низких, средних и высоких скоростях сдвига (эквивалент 0,1–1000 с⁻¹).
3. Потери в фильтрах API и HPHT — измеряйте с помощью полимера и базовой жидкости для количественной оценки улучшения.
4. Термическая стабильность и устойчивость к сдвигу — старение образцов при статической забойной температуре и применение циклов сдвига.
5. Испытание на текучесть керна или на повреждение — при заканчивании/цементировании измеряют остаточную проницаемость после воздействия и очистки.

Рекомендации по смешиванию, обращению и дозированию

Правильное смешивание позволяет избежать комков и обеспечивает полную гидратацию. Следуйте рекомендациям производителя по выбору порошков и эмульсий и всегда используйте предварительное разбавление или резервуар для гидратации, если это рекомендовано.

• Порошок ПАМ: предварительно намочите или используйте сдвиговый растворитель; Медленно добавляйте порошок в перемешиваемую воду или рассол, чтобы предотвратить комкование.
• Эмульсия/раствор ПАМ: разбавьте до рабочей концентрации (обычно 0,1–1% по массе для растворов полимеров) перед дозированием в циркуляционную систему.
• Используйте калиброванные дозирующие насосы и фильтры контрольной линии, чтобы предотвратить полимерные стрингеры и засорение насоса.
• Запишите номера партий, возраст раствора и условия хранения; большинство гидратированных растворов ПАМ имеют ограниченный срок хранения при повышенных температурах.

Совместимость, взаимодействие и устранение распространенных неполадок

Проблемы обычно возникают из-за несоответствия заряда полимера составу рассола, передозировки или плохой гидратации. В этом разделе перечислены симптомы и практические способы устранения.

▶ Типичные проблемы и исправления

• Симптом: Быстрое увеличение вязкости или гелеобразование. Исправить: Проверьте тип полимера в зависимости от уровня многовалентных ионов; уменьшите дозу или переключитесь на неионогенный/низкозарядный препарат.
• Симптом: Небольшое улучшение потери жидкости или его отсутствие. Исправить: Проверьте молекулярную массу (более высокая молекулярная масса обычно лучше для образования мостиков), убедитесь в правильности дисперсии и достаточном времени смешивания.
• Симптом: Проблемы с накачкой или стрингеры. Исправить: Обеспечьте правильное разбавление, используйте встроенные фильтры и проверьте совместимость насоса с гидратированным раствором.
• Симптом: Повреждение пласта или плохая очистка. Исправить: Используйте PAM с низким содержанием остатков или марки с более короткой цепью и подтвердите эффективность очистки сердцевины в лабораторных испытаниях.

Соображения по охране окружающей среды, здоровья и безопасности

ПАМ и его растворы обычно обладают низкой острой токсичностью, но некоторые остатки мономера (акриламид) могут быть вредными. Используйте сертифицированные сорта с низким содержанием мономеров для использования на нефтяных месторождениях, следуйте рекомендациям MSDS и контролируйте сбросы в соответствии с местными правилами.

• Выбирайте составы с низким содержанием остаточного акриламида (производители предоставляют характеристики мономеров).
• Обеспечить средства индивидуальной защиты при работе с порошками и концентрированными растворами; избегать вдыхания пыли.
• Обращайтесь с отработанными полимеросодержащими отходами с помощью обычного отделения твердых частиц и соблюдайте правила сброса отходов в окружающую среду, действующие в вашей юрисдикции.

Краткая справка — типичные диапазоны дозировок

В таблице ниже приведены консервативные начальные дозы. Всегда подтверждайте это лабораторными тестами; это отправная точка для стендовой проверки.

Контрольный список перед работой

• Подтвердите точный сорт полимера и содержание мономера в документации поставщика.
• Проведите тесты на реологию и фильтрацию HPHT при запланированных температурах и солености.
• Подготовьте процедуру смешивания/разведения и план дозирования, включая резервный метод.
• Планируйте мониторинг: регулярно измеряйте реологию, API/HPHT FL и эффективность удаления твердых частиц.
• Сообщите экипажу правила обращения с EHS и меры реагирования на разливы.

Вывод: полиакриламид является гибкой, высокоэффективной добавкой для бурения, заканчивания и цементирования, когда марка, доза и обращение с ней соответствуют условиям скважины и проверены лабораторными испытаниями. Консервативное начальное дозирование, тщательное смешивание и регулярный мониторинг производительности максимизируют преимущества и минимизируют пластовые и эксплуатационные риски.