Use of PHPA polymer for modification of rheological and filtration properties of water based drilling fluids used for conventional and casing drilling

Abstract

Wodne płuczki wiertnicze zależą głównie od bentonitu zapewniającego odpowiednie właściwości reologiczne i filtracyjne. Jednakże w wielu przypadkach wykorzystuje się inne dodatki jak np. polimery naturalne bądź syntetyczne mające na celu stabilizację łupków, otworu, kontrolę procesu flokulacji lub deflokulacji dyspersji bentonitowych przy jednoczesnym ograniczeniu nadmiernego tarcia i podwyższonego momentu. Ponadto są one ekologiczne. Wśród tego typu polimerów znajdują się karboksymetyloceluloza, skrobia, guma guar, polianionowa celuloza, częściowo hydrolizowany poliakryloamid, które można zastosować oddzielnie lub w połączeniu bądź jako dodatki do dyspersji bentonitowych. Istnieje kilka prac zawierających wyniki badań nad wpływem karboksymetylocelulozy, polianionowej celulozy i innych polimerów na właściwości reologiczne wodnych dyspersji bentonitowych, jednak bardzo niewiele można znaleźć na temat wpływu polimeru z częściowo hydrolizowanego poliakryloamidu. Uważa się, że polimer ten po dodaniu do wodnej płuczki bentonitowej wchodzi w reakcję z cząsteczkami bentonitu ułatwiając łączenie się cząstek bentonitu, dzięki czemu poprawiają się reologiczne właściwości zawiesiny. Ponadto, ze względu na wyjątkową morfologię polimeru zbudowanego z hydrolizowanego poliakryloamidu i powłoki ochronnej jaką daje on cząstkom bentonitu, zasadniczo ograniczone zostają straty płuczki. W pracy przedstawiono wyniki badań nad poprawą właściwości reologicznych i filtracyjnych rozcieńczonych dyspersji wodno-bentonitowych po dodaniu różnych stężeń hydrolizowanego poliakryloamidu, oceniono otrzymane wyniki, porównano je z podobnymi rezultatami uzyskanymi po zastosowaniu jednego z popularnych polimerów, karboksymetylocelulozy i zaproponowano optymalne stężenia hydrolizowanego poliakryloamidu w celu uzyskania lepszej wydajności płuczek wiertniczych.

Water based drilling fluids depend primarily on bentonite to provide appropriate rheological and filtration properties. In many instances, however, other additives such as natural or synthetic polymers have been utilized to impart for e.g. shale stabilization, wellbore stabilization, control of flocculation or deflocculation of bentonite dispersions while at the same time they reduce excessive friction and increased torque and also have low environmental impact. Such polymers include Carboxymethylcellulose (CMC), starch, guar gum, polyanionic cellulose (PAC), partially hydrolyzed polyacrylamide (PHPA) which can be used alone or in combination between them or as additives to bentonite dispersions. There have been several studies publishing results on the effect of CMC, of PAC and the other polymers on the extension of rheological properties of water bentonite dispersions, but there are not much published data on the effect of PHPA polymer. PHPA polymer is believed to interact with bentonite particles, when added in water-bentonite dispersions and to facilitate linking of the bentonite particles thus improving rheological properties of the suspension. Furthermore, due to the unique morphology of the PHPA polymer and the coating it offers to bentonite particles, it can reduce substantially fluid loss. In this work we present results from a study on the improvement in rheological and filtration properties of dilute water-bentonite dispersions after the addition of different concentrations of PHPA, critically evaluate the results, compare them with similar results gathered using one of the most common used polymers, CMC, and propose optimal concentrations of PHPA for better efficiency of the drilling fluid.