كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم (CMC-Na اختصارًا) مركب بوليمري مهم قابل للذوبان في الماء، ويُستخدم على نطاق واسع في سوائل حفر النفط. خصائصه الفريدة تجعله مكونًا أساسيًا في نظام سوائل الحفر.
1. الخصائص الأساسية لكربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم
كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم هو إيثر سليلوز أنيوني يُنتَج من السليلوز بعد المعالجة القلوية وحمض الكلورو أسيتيك. يحتوي تركيبه الجزيئي على عدد كبير من مجموعات الكربوكسي ميثيل، مما يجعله يتمتع بذوبان واستقرار جيدين في الماء. يُمكن لـ CMC-Na تكوين محلول عالي اللزوجة في الماء، يتميز بخصائص التكثيف والتثبيت وتكوين طبقة رقيقة.
2. استخدام كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم في سوائل الحفر
مُكثِّف
يُستخدم كلوريد الصوديوم (CMC-Na) كمكثّف في سائل الحفر. وظيفته الرئيسية هي زيادة لزوجة سائل الحفر وتعزيز قدرته على حمل بقايا الصخور وبقايا الحفر. تمنع اللزوجة المناسبة لسائل الحفر انهيار جدار البئر بفعالية، وتحافظ على استقراره.
مُخفِّض فقدان السوائل
أثناء عملية الحفر، يتسرب سائل الحفر إلى مسام التكوين، مما يُسبب فقدان الماء فيه، مما يُهدر سائل الحفر، وقد يُسبب انهيار جدار البئر وتلف المكمن. وبصفته مُقللاً لفقد السوائل، يُمكن لـ CMC-Na تكوين طبقة ترشيح كثيفة على جدار البئر، مما يُقلل بفعالية من فقدان ترشيح سائل الحفر، ويحمي التكوين وجدار البئر.
مواد التشحيم
أثناء عملية الحفر، يُولّد الاحتكاك بين لقمة الحفر وجدار البئر حرارةً عالية، مما يُؤدي إلى زيادة تآكل أداة الحفر. تُساعد خصائص تزليق CMC-Na على تقليل الاحتكاك، وتقليل تآكل أداة الحفر، وتحسين كفاءة الحفر.
مثبت
قد يتكتل سائل الحفر أو يتحلل تحت درجات الحرارة والضغط العاليين، مما يؤدي إلى فقدان وظيفته. يتميز CMC-Na بثبات حراري جيد ومقاومة جيدة للأملاح، مما يحافظ على استقرار سائل الحفر في الظروف القاسية ويطيل عمره الافتراضي.
3. آلية عمل كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم
ضبط اللزوجة
يحتوي التركيب الجزيئي لـ CMC-Na على عدد كبير من مجموعات الكربوكسيل الميثيلية، التي تُكوّن روابط هيدروجينية في الماء لزيادة لزوجة المحلول. بتعديل الوزن الجزيئي ودرجة الاستبدال لـ CMC-Na، يُمكن التحكم في لزوجة سائل الحفر لتلبية احتياجات ظروف الحفر المختلفة.
التحكم في الترشيح
يمكن لجزيئات CMC-Na تكوين بنية شبكية ثلاثية الأبعاد في الماء، مما يُشكّل كعكة ترشيح كثيفة على جدار البئر، ويُقلّل من فقدان ترشيح سائل الحفر. ولا يعتمد تكوين كعكة الترشيح على تركيز CMC-Na فحسب، بل يعتمد أيضًا على وزنه الجزيئي ودرجة إحلاله.
تشحيم
يمكن امتصاص جزيئات CMC-Na على سطح لقمة الحفر وجدار البئر في الماء لتكوين طبقة تشحيم وتقليل معامل الاحتكاك. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ CMC-Na أيضًا تقليل الاحتكاك بين لقمة الحفر وجدار البئر بشكل غير مباشر عن طريق تعديل لزوجة سائل الحفر.
الاستقرار الحراري
يحافظ CMC-Na على استقرار بنيته الجزيئية في درجات الحرارة العالية، وهو مقاوم للتحلل الحراري. ويرجع ذلك إلى قدرة مجموعات الكربوكسيل في جزيئاته على تكوين روابط هيدروجينية مستقرة مع جزيئات الماء، مما يقاوم التلف الناتج عن درجات الحرارة العالية. كما يتميز CMC-Na بمقاومة جيدة للملوحة، ويحافظ على أدائه في التكوينات الملحية.
4. أمثلة على استخدام كاربوكسي ميثيل السليلوز الصوديوم
في عملية الحفر الفعلية، يكون تأثير استخدام كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم ملحوظًا. على سبيل المثال، في مشروع حفر بئر عميق، استُخدم نظام سائل حفر يحتوي على CMC-Na للتحكم بفعالية في استقرار بئر الحفر وفقدان الترشيح، وزيادة سرعة الحفر، وخفض تكلفته. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم CMC-Na على نطاق واسع في الحفر البحري، حيث تُمكّنه مقاومته الجيدة للأملاح من أداء ممتاز في البيئة البحرية.
يشمل استخدام كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم في سوائل الحفر أربعة جوانب رئيسية: التكثيف، وتقليل فقدان الماء، والتزييت، والتثبيت. خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة تجعله مكونًا أساسيًا في نظام سوائل الحفر. مع التطور المستمر لتكنولوجيا الحفر، ستتسع آفاق استخدام كربوكسي ميثيل سليلوز الصوديوم. في الأبحاث المستقبلية، يمكن تحسين البنية الجزيئية وطرق تعديل CMC-Na لتحسين أدائه بشكل أكبر وتلبية احتياجات بيئات الحفر الأكثر تعقيدًا.
وقت النشر: ٢٥ يوليو ٢٠٢٤