کربوکسی متیل سلولز در گل حفاری

برای اکتشاف و دستیابی به منابع زیرزمینی ارزشمند مانند نفت به حفاری و استخراج این منابع نیاز است. عملیات حفاری خود به ملزومات خاصی نیاز دارد که ازجمله آن می توان به گل حفاری اشاره نمود.
در سیال حفاری، پلیمرهای مختلف طبیعی و طبیعی اصلاح شده همچون نشاسته، کربوکسی متیل سلولز و زانتانگام به کار می رود. البته صمغ گزانتان با وجود دارا بودن ویژگی های خوب رئولوژیکی، به دلیل قیمت بالا به میزان کمتری در عملیات حفاری مصرف می شود. در این مقاله سعی داریم با انواع گل حفاری و ترکیبات افزوده شده به آن مانند کربوکسی متیل سلولز آشنا شویم.

گل حفاری چیست؟

به ترکیبی از مواد شیمیایی آلی و معدنی که در عملیات حفاری چاه های نفت و گاز کاربرد دارد، گل حفاری می گویند. با در نظر گرفتن علت استفاده از گل حفاری در عملیات استخراج باید این گل دارای دو فاز جامد و مایع که پیوسته در سیستم درحال حرکت است، باشد.
برای گل حفاری نقش های مختلفی درنظر گرفته شده است که در زیر برخی از آنها را لیست کرده ایم:
• انتقال کنده های حفاری از ته چاه به سطح زمین
• تمیز کردن انتهای چاه و لوله های حفاری
• روان سازی مته و لوله های حفاری
• کنترل کردن فشارهای زیرزمینی
• خنک نگه داشتن مته و جلوگیری از از سایش لوله توسط دیواره چاه
• اندود کردن دیواره چاه به منظور جلوگیری از ریزش آن
• حداقل کردن ضایعات وارد بر جداره چاه

پلیمرهای مورد استفاده در گل های حفاری

همان طور که گفته شد پلیمرهای مختلفی به گل حفاری با هدف ایجاد خواص مدنظر اضافه می شوند که نقش این پلیمرها در گل حفاری به ساختار فیزیکی و شیمیایی آنها مرتط است. اغلب پلیمرهای مصرفی در گل های حفاری ترکیبات آلی هستند که برحسب منشا و ساختار به پلیمرهای طبیعی و سنتزی تقسیم می شوند.
پلیمرهای طبیعی : پلیمرهایی که به طور طبیعی و بدون دخالت انسان از منابع طبیعی مانند گیاهان و حیوانات و تخمیرهای باکتریایی تولید می شوند.
گزانتان : پلیمر آلی استخراج شده از منابع مختلف سلولزی و بیوپلیمری طبیعی که به منظور کنترل گرانروی گل حفاری استفاده می شوند. این ترکیب یک پلی ساکارید محلول در آب و نوعی صمغ است که به دلیل دارا بودن خواص رئولوژیکی خاص در صنایع مختلفی کاربرد دارد و درنتیجه می توان گفت از نظر تجاری ترکیبی بسیار بااهمیت است.
گفتنی است با وجود اینکه زانتانگام ترکیبی طبیعی است ولی بیشتر در کارخانه های مواد شیمیایی تولید می شود و در گل حفاری علاوه بر کنترل گرانروی به عنوان عامل تعلیق ساز نیز کاربرد دارد.
نشاسته : این ترکیب نیز یک پلیمر آلی و ترکیب پیچیده ای از کربوهیدرات های نامحلول در آب است که یکی از کاربردهای آن در صنعت حفاری چاه های نفت است. از نشاسته با هدف افزایش گرانروی و کنترل کننده هرزروی آب گل حفاری در عملیات استخراج استفاده می شود.
لازم است بدانید نشاسته درحالت خام در آب نامحلول است. به همین دلیل برای اضافه شدن به گل حفاری از طریق حرارت دادن ساختار آن را شکسته و به صورت یک محصول غیریونی که در آب شیرین و آب شور قابلیت حل شدن دارد، تولید و بسته بندی می کنند.
پلیمرهای طبیعی اصلاح شده : برخی از پلیمرها در آب نامحلول هستند و درنتیجه برای گل های حفاری برپایه آب نامناسب بشمار می روند؛ ولی با اعمال اصلاحاتی بر روی آنها می توان مناسب گل های برپایه آب نمود. بدین منظور به واسطه اصلاح پلیمرها، پلی الکترولیت که همان پلیمر محلول در آب است حاصل می شود. کربوکسی متیل سلولز را می توان مهم ترین پلی الکترولیت در صنعت حفاری دانست.
کربوکسی متیل سلولز پودر سفیدرنگ و بدون بو است که قابلیت تعلیق در آب و عدم تخمیر در شرایط عادی را دارد. در سال های اخیر از نظر اقتصادی بسیار مورد توجه قرار گرفته است و از طریق ایجاد تغییرات در کیفیت آن کاربردهای متنوعی برای این ترکیب تعریف کرده اند.
به عنوان مثال کربوکسی متیل سلولز را می توان در صنایع شوینده، دارویی و خوراکی، صنعت رنگ و رزین، صنعت نساجی و چاپ و تکمیل پارچه، تولید کاشی، سرامیک، سفال و چینی، در صنعت فرش و موکت و کاغذسازی، گل حفاری چاه های نفت، تولید تخته های چندلایه، لوازم آرایشی و چرم مصنوعی و حتی سموم و آفت کش ها به کار برد.
از آنجا که کربوکسی متیل سلولز قابلیت انحلال در آب سرد و گرم را داراست، در مواردی که کنترل گرانروی مد نظر است کاربرد دارد. علاوه براین به عنوان عامل تغلیظ کننده، نگهدارنده آب، حفظ حالت کلوییدی، تثبیت کننده و تعلیق ساز، امولسیون ساز و تشکیل لایه نیز شناخته شده است.
پلیمرهای مصنوعی: در کنار پلیمرهای طبیعی و اصلاح شده می توان از پلیمرهای صنوعی که در طی فرآیندهای شیمیایی و از مشتقات نفتی حاصل می شوند نیز استفاده نمود.