Сравнительное исследование понизителей фильтрации на основе карбоксиметильных эфиров крахмала и целлюлозы в современных системах буровых растворов

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью снижения стоимости используемых в буровых растворах полисахаридных реагентов, а соответственно и стоимости строительства скважины. Это направление исследований позволит определить области применения реагентов на основе карбоксиметилированного крахмала в современных рецептурах буровых растворов. Цель исследования: изучение свойств современных рецептур буровых растворов с использованием в качестве понизителя фильтрации карбоксиметилкрахмала и низковязкой полианионной целлюлозы, оценка устойчивости буровых растворов с использованием данных реагентов к воздействию солей, температур и биологической деструкции. Объекты исследования: современные системы полимер-глинистых, минерализованных полимер-глинистых и биополимерных буровых растворов, содержащих понизители фильтрации на основе карбоксиметилированной целлюлозы и крахмала. Методы: инструментальные методы определения параметров буровых растворов по ГОСТ 33213-2014 и РД 39-00147001-773-2004(фильтрационные и реологические свойства); свойства полисахаридных реагентов, согласно ASTM D1439-15. Результаты. Проведены сравнительные исследования полимер-глинистых и биополимерных буровых растворов с использованием карбоксиметилкрахмала и низковязкой полианионной целлюлозы в качестве понизителей фильтрации. Показано, что буровые растворы с использованием низковязкой полианионной целлюлозы обладают большей пластической вязкостью и динамическим напряжением, однако структурно-механические свойства буровых растворов выше при введении карбоксиметилкрахмала. Последний, как понизитель фильтрации, обладает низкой эффективностью в минерализованных буровых растворах, при этом в условиях низких температур обеспечивает фактически равную по сравнению с низковязкой полианионной целлюлозой фильтрацию в полимер-глинистых и биополимерных растворах. Установлено, что карбоксиметилкрахмал может использоваться как альтернатива низковязкой полианионной целлюлозе в полимер-глинистых и биополимерных буровых растворах при бурении скважин с умеренными забойными температурами.

The importance of the research is related to the need to reduce the cost of polysaccharide reagents used in drilling fluids, and, therefore, the cost of well construction. This line of research will allow determining the field of application of reagents based on carboxymethyl starch in modern mud formulation. The aim of the research is the prospect of using carboxymethyl starch in modern drilling mud as a filtration reducing agent and an alternative to low-viscosity polyanionic cellulose reagents and evaluating the stability of drilling fluids using these reagents to salt effects, temperatures and biological degradation. Objects: modern systems of polymerclay, mineralized polymerclay and biopolymer drilling fluids containing filtering reducers based on carboxymethylated cellulose and starch. Research methods: instrumental methods for determining drilling muds parameters according to State Standard 33213-2014 and guidance document RD 39-00147001-773-2004 (filtration and rheological properties); properties of polysaccharide reagents according to ASTM D1439-15. Results. The authors have carried out the comparative studies of polymerclay and biopolymer drilling muds using carboxymethyl starch and low viscosity polyanionic cellulose as filtering reducers. It is shown that drilling muds using low viscosity polyanionic cellulose have greater plastic viscosity and dynamic stress, but the structural and mechanical properties of drilling muds are higher when introducing carboxymethyl starch. The latter, as a filtration reducer, has low efficiency in mineralized drilling fluids, while at low temperatures it provides a virtually equal filtration in polymerclay and biopolymer solutions, in comparison with polyanionic cellulose. It is determined that carboxymethyl starch can be used as an alternative to low viscosity polyanionic cellulose in polymerclay and biopolymer drilling mudswhen drilling wells with moderate bottom hole temperatures. The results. The authors have calculated thermodynamic properties using regression analysis. The paper demonstrates a good correspondence of the experimental data, based on the literary sources, and calculation of the values of enthalpy and entropy of formation for alkaline silicates. The calculation of thermodynamic properties by minimizing free energy and the model of ideal solid solutions of mixed-layer aluminosilicates allowed determining the summary stoichiometric formula, Gibbs energy, enthalpy of formation and entropy of montmorillonites and chlorites by chemical composition. The obtained values are comparable with the results of melt calorimetry of dissolution and reference data in accuracy. The results showed that the chemical composition of monomineral fractions is not ideal. The refore, if the mineral formula is known in advance, the calculation of thermodynamic properties by minimizing the thermodynamic potentials is more convenient to perform on the stoichiometric formula, correcting the list of minals of the solid solution.