Polyakrylamid i borr-, kompletterings- och cementeringsvätskor – praktisk användning, urval och fältriktlinjer

Den här artikeln förklarar praktisk, fältfokuserad vägledning för användning av polyakrylamid (PAM) i borrvätskor, kompletteringsvätskor och cementeringsvätskor. Den täcker varför PAM väljs, hur man väljer rätt typ, typiska doser, laboratorietester du bör köra innan fältanvändning, steg-för-steg blandnings-/doseringsprocedurer och vanlig felsökning. Tonvikten ligger på praktiska instruktioner som ingenjörer, fälthandledare och labbtekniker kan tillämpa direkt.

Varför polyakrylamid används i borrvätskor

Polyakrylamidpolymerer används i stor utsträckning eftersom de levererar kontrollerad viskositet/reologi, filtreringskontroll, skifferstabilisering och hjälp med borttagning av fasta ämnen utan att tillföra stora mängder fasta ämnen. Deras höga molekylvikt och avstämbara laddning (anjonisk/katjonisk/nonjonisk) låter formulerare inrikta sig på specifika funktioner samtidigt som de minimerar bildningsskador när de väljs och appliceras på rätt sätt.

Primära funktioner i borrvätskor

• Reologimodifierare — ökar lågskjuvningsviskositeten för hålrengöring och skärupphängning samtidigt som det tillåter pumpbart högskjuvningsbeteende.
• Filtreringsreducerare / överbryggande hjälp — minskar API/HPHT-vätskeförlust genom formationsporutrymmen.
• Skifferstabilisering — binder fina partiklar och kan minska lersvällning när den kombineras med lämpliga salter/inhibitorer.
• Flockningsmedel/koaguleringshjälpmedel — främjar avlägsnande av fasta ämnen i styrkretsar för fasta ämnen när de används som polymerflockningsmedel.

Typr av polyakrylamid och urvalskriterier

Välj PAM-kvalitet genom att ta hänsyn till polymerladdning, molekylvikt, salttolerans och löslighetsform (pulver, emulsion, vätska). Att matcha dessa egenskaper till brunnsförhållanden (formationens salthalt, temperatur, pH och målfunktion) förbättrar avsevärt prestandan och minskar risken för formationsskador.

Användning av polyakrylamid i borrvätskor — praktisk vägledning

När du lägger till PAM till borrvätskor är dina mål vanligtvis att justera viskositeten med låg skjuvhastighet (för transport av borrklipp), minska vätskeförlusten och hjälpa till att kontrollera fasta ämnen. Följ laboratorievalideringen först; implementera sedan konservativ fältdosering med övervakning.

▶ Rekommenderade labbkontroller före fältansökan

• Reologikurva (viskosimeter / reometer) vid måltemperaturer och skjuvhastigheter.
• API- och HPHT-filtreringstester med och utan polymeren.
• Kompatibilitet med saltlösningar (NaCl, KCl, CaCl₂), avlagringshämmare och vanliga tillsatser.
• Termisk stabilitetstest vid förväntad statisk temperatur i bottenhålet och skjuvhistorik.

▶ Riktlinjer för fältdosering

• Börja lågt: typisk inkrementell dosering av borrvätska är 0,05–2,0 kg/m³ (0,05–2,0 g/L) beroende på kvalitet och mål; bekräfta med labbresultat.
• Tillsätt polymer till den aktiva gropen under omrörning för att undvika klumpar; dispergeringsmedel hjälper till med pulveriserade kvaliteter.
• Tillåt 10–30 minuter med kontrollerad blandning innan du testar reologi och filtrering igen.
• Om det används som flockningsmedel vid kontroll av fasta ämnen, dosera som en utspädd lösning vid avslipnings-/avsiltningsutsläppet enligt laboratoriebestämt polymerbehov.

Polyakrylamid i kompletteringsvätskor — bästa praxis

I kompletteringsvätskor används PAM främst för att kontrollera vätskeförluster, hjälpa till med suspension av proppan eller fasta ämnen under placeringen och för att konditionera vätskan för perforering och stimulering. Ansökningar om färdigställande prioriterar ofta låga resthalter och låga bildningsskador.

▶ Val och kompatibilitet för kompletteringsvätskor

• Välj lågmolekylära eller speciellt hydrolyserade kvaliteter när du minimerar filterkakans tjocklek och rengöring är avgörande.
• Föredra nonjonisk eller skräddarsydd lågladdad katjonisk PAM i saltlösningar med hög salthalt för att minska utfällning och inkompatibilitet med multivalenta katjoner.
• Kör kärn- eller formationsskadetester för att verifiera saneringspotential och minskning av kvarvarande permeabilitet.

Polyakrylamid i cementeringsvätskor — hur det påverkar slurrybeteendet

PAM kan användas vid cementering för att modifiera slurry-reologi, minska vätskeförlust till bildning under placering och förbättra förträngningseffektiviteten genom att kontrollera slurrytixotropi. Emellertid är interaktion mellan cementkemi kritisk - anta inte kompatibilitet utan testning.

▶ Cementeringsspecifika överväganden

• Effekt på förtjockningstid: vissa PAM-kvaliteter accelererar eller fördröjer stelningen; kör alltid förtjockningstidstester (API RP 10B-2 stil) med den valda cementblandningen.
• Kontroll av vätskeförlust: PAM kan minska tidig vätskeförlust; kombinera med vanliga vätskeförlusttillsatser (t.ex. stärkelse, syntetiska LCM) som validerats i HPHT FL-tester.
• Kompatibilitet med dispergeringsmedel och retardatorer som används i cementuppslamningar: kontrollera om det finns interaktioner som kan ändra uppslamningens densitet eller reologi.

▶ Laboratorietester och fältverifiering (stegvis)

En kort, praktisk sekvens av tester minskar överraskningar: börja med bänkkompatibilitet, fortsätt sedan till prestationssimuleringar vid måltemperatur och salthalt, validera slutligen under dynamiska (skjuvning/åldrande) förhållanden.

1. Löslighets- och dispersionstest – bekräfta att ingen gelning eller långsam hydrering inte sker.
2. Reologikarta — mät skenbar viskositet vid låga, medelhöga och höga skjuvhastigheter (0,1–1000 s⁻¹ ekvivalenter).
3. API- och HPHT-filterförlust — mät med polymer och basvätska för att kvantifiera förbättringen.
4. Termisk stabilitet och skjuvningsstabilitet — åldra prover vid statisk temperatur i bottenhålet och tillämpa skjuvningscykler.
5. Kärnflödes- eller skadetest — för komplettering/cementering, mät kvarvarande permeabilitet efter exponering och rengöring.

Blandning, hantering och dosering bästa praxis

Korrekt blandning undviker klumpar och säkerställer full återfuktning. Följ tillverkarens anvisningar för pulver vs emulsionskvaliteter och använd alltid förspädning eller en hydreringstank när det rekommenderas.

• Pulver PAM: förväta eller använd en skjuvlösning; tillsätt långsamt pulver i omrört vatten eller saltlösning för att förhindra att det klumpar sig.
• Emulsion/lösning PAM: späd till arbetskoncentration (vanligtvis 0,1–1 % vikt/vikt för polymerlösningar) före dosering i cirkulationssystemet.
• Använd kalibrerade doseringspumpar och kontrolllinjefilter för att förhindra polymersträngar och pumpblockering.
• Registrera batchnummer, lösningens ålder och lagringsförhållanden; de flesta hydratiserade PAM-lösningar har begränsad hållbarhet vid förhöjda temperaturer.

Kompatibilitet, interaktioner och vanlig felsökning

Problem uppstår vanligtvis på grund av felaktig polymerladdning kontra saltlösningssammansättning, överdosering eller dålig hydrering. Det här avsnittet listar symtom och praktiska lösningar.

▶ Typiska problem och korrigeringar

• Symptom: Snabb viskositetsökning eller gelning. Fixera: Kontrollera polymertyp kontra multivalent jonnivå; minska dosen eller byt till nonjonisk/lågladdningsgrad.
• Symptom: Liten eller ingen förbättring av vätskeförlusten. Fixera: Verifiera molekylvikten (högre MW vanligtvis bättre för bryggbildning), bekräfta korrekt dispersion och tillräcklig blandningstid.
• Symptom: Pumpproblem eller stringers. Fixera: Säkerställ korrekt utspädning, använd inline-skärmar och verifiera pumpens kompatibilitet med den hydratiserade lösningen.
• Symptom: Formationsskador eller dålig städning. Fixera: Använd PAM-kvaliteter med lägre resthalt eller kortare kedjekvaliteter och bekräfta prestanda för kärnrensning i labbtester.

Miljö-, hälso- och säkerhetshänsyn

PAM och dess lösningar har generellt låg akut toxicitet, men vissa monomerrester (akrylamid) kan vara skadliga. Använd certifierade lågmonomerkvaliteter för oljefältsanvändning, följ säkerhetsdatablads rekommendationer och hantera utsläpp enligt lokala bestämmelser.

• Välj restformuleringar med låg akrylamidhalt (tillverkare tillhandahåller monomerspecifikationer).
• Tillhandahåll personlig skyddsutrustning vid hantering av pulver och koncentrerade lösningar; undvik inandning av damm.
• Behandla avfall som innehåller förbrukat polymer med konventionell separation av fasta ämnen och följ miljöutsläppsreglerna för din jurisdiktion.

Snabbreferens — typiska dosintervall

Tabellen nedan sammanfattar konservativa startdoser. Bekräfta alltid med labbtester; dessa är utgångspunkter för bänkverifiering.

Checklista före jobbet

• Bekräfta den exakta polymerkvaliteten och monomerinnehållet med leverantörsdokumentation.
• Kör reologi- och HPHT-filtreringstester vid planerade temperaturer och salthalter.
• Förbered blandnings-/utspädningsförfarande och mätningsplan inklusive backupmetod.
• Planera övervakning: mät reologi, API/HPHT FL och prestanda för avlägsnande av fasta partiklar med jämna mellanrum.
• Kommunicera EHS-hanteringsregler och spillresponssteg till besättningen.

Slutsats – polyakrylamid är en flexibel, högpresterande tillsats för borr-, kompletterings- och cementeringsapplikationer när kvalitet, dos och hantering anpassas till brunnsförhållanden och verifieras genom laboratorietester. Konservativ initial dosering, disciplinerad blandning och rutinmässig prestandaövervakning kommer att maximera fördelarna och minimera bildnings- och operativa risker.