バイオを利用した新しい掘削泥水の配合

Nov 26, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12080 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

地層損傷は、石油およびガス産業の上流部門の探査および生産段階で発生するよく知られた問題です。 この研究は、環境に優しいバイオポリマー、特にカルボキシメチルセルロース（CMC）と、ナノ構造材料および一般的な界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム（SDS）を利用して、新しい掘削泥配合物を開発することを目的としました。 掘削流体のレオロジー特性とその特性に対する添加剤の影響は、流量 20 mL/h を使用してマイクロモデル スケールで調査されました。 ポリマー濃度とナノクレイ濃度はそれぞれ 0.5 wt%、1 wt% の 2 段階に設定し、界面活性剤の含有量は 0.1 wt%、0.4 wt%、0.8 wt% の 3 段階に変化させました。 界面張力 (IFT) 分析の結果は、SDS の濃度が増加すると、油と水の間の界面張力が大幅に減少することを示しました。 さらに、API 規格に従って、泥のゲル強度やチキソトロピー特性を含む掘削液のレオロジー挙動が温度変化に関して評価されました。これは泥の固有のレオロジー安定性を確保するために重要であるためです。 レオロジー分析の結果、ナノ粒子を含む泥配合物の粘度は、せん断速度の増加に伴って最大 10 分の 1 まで減少したが、他の配合物では 100 分の 1 の低下が見られたことが示されました。 特に、寒天標本のレオロジー特性は水に完全に溶解するため 150 °F で向上しましたが、他の配合物はこの温度で粘度の大きな低下を示しました。 温度が上昇するにつれて、ナノ構造材料を含む掘削液はより高い粘度を示しました。

地層損傷とは、生産流体の絶対透過性の低下または相対透過性の低下を指します。 この損傷は、適切な掘削液を使用することで最小限に抑えることができます。 油ベースの掘削泥水（OBDM）、水ベースの掘削泥水（WBDM）、ガスベースの掘削泥水（GBDM）、およびそれぞれの添加剤を含むさまざまなタイプの掘削流体が、適切な粘土添加剤と組み合わせて使用​​されます1。

ベース掘削液の選択は、掘削作業中のその挙動に大きく影響します。 OBDM は、その潤滑特性により優れたシステムとして広く認識されています2。 このシステムは、坑井の安定性、低トルクと抗力、優れた流体損失制御とフィルターケーキの品質、孔洗浄のための適切なレオロジー特性、および温度安定性を提供します3,4。 頁岩層は、水ベースの掘削流体 (WBDF) が浸透すると膨張する傾向があり、坑井の壁が不安定になります。 石油と頁岩の間には相互作用がないため、膨潤を防ぐために OBDM が好まれることがよくあります。 ただし、環境問題に対処するために、水ベースの泥 (WBM) を利用することもできます。 したがって、掘削液は石油・ガス産業において重要な役割を果たしています5,6。

掘削液は、坑井の洗浄、地層の圧力制御、切粉の懸濁、浸透性地層のシール、坑井の安定性、地層の損傷の軽減、冷却、潤滑、ビットと掘削アセンブリのサポート、ツールへの油圧エネルギーの伝達など、掘削作業においてさまざまな機能を果たします。ビットを使用して、適切な地層評価、腐食抑制、環境への影響の軽減を確保し、セメンティングと完成掘削泥水の簡素化を実現します7、8、9。 これらの掘削液の機能は、添加剤に基づいた複雑な化学反応の使用によって実現されます。 添加剤は、密度、レオロジー、流体損失、アルカリ度、塩分、固形分、油水比、砂分、電気的安定性、その他の関連特性などの掘削液の特性を強化するために使用されます。 掘削流体の密度は、過度に増加すると地層の破壊につながる可能性があるため、特に重要です10、11。 見掛け粘度（AP）、塑性粘度（PV）、降伏点（YP）などのレオロジー特性は、掘削作業中の重要な特性です12、13。 さまざまなレオロジー特性の中で、ゲル強度 (GS) は、泥粒子を浮遊状態に保つ泥の能力として定義されます 14,15。 泥の強度特性は、水平井戸や複数分岐井戸の掘削において重要な役割を果たします。