掘削液、完成液およびセメント液中のポリアクリルアミド - 実際の用途、選択および現場ガイドライン

この記事では、掘削液、仕上げ液、セメント液にポリアクリルアミド (PAM) を使用するための実践的で現場に焦点を当てたガイダンスについて説明します。 PAM が選ばれる理由、適切なタイプの選択方法、一般的な投与量、現場で使用する前に実行する必要がある臨床検査、段階的な混合/投与手順、および一般的なトラブルシューティングについて説明します。エンジニア、現場監督者、ラボ技術者が直接適用できる実用的な指示に重点が置かれています。

ポリアクリルアミドが掘削液に使用される理由

ポリアクリルアミドポリマーは、大量の固体を添加することなく粘度/レオロジーの制御、濾過制御、頁岩の安定化、および固体除去の補助を実現するため、広く使用されています。高い分子量と調整可能な電荷 (アニオン/カチオン/ノニオン) により、適切に選択して適用した場合、配合者は地層へのダメージを最小限に抑えながら、特定の機能をターゲットにすることができます。

掘削液の主な機能

• レオロジー調整剤 — ポンピング可能な高せん断挙動を可能にしながら、穴の洗浄と切り粉の懸濁のために低せん断粘度を高めます。
• 濾過低減剤/架橋助剤 — 地層細孔空間による API/HPHT 流体の損失を低減します。
• 頁岩の安定化 — 適切な塩/阻害剤と組み合わせると、微粒子を結合し、粘土の膨張を軽減できます。
• 凝集剤/凝固助剤 — ポリマー凝集剤として使用すると、固形物制御回路での固形物の除去が促進されます。

ポリアクリルアミドの種類と選定基準

ポリマーの電荷、分子量、耐塩性、溶解形態（粉末、エマルジョン、液体）を考慮して PAM グレードを選択します。これらの特性を坑井の条件（地層の塩分、温度、pH、および目的の機能）に適合させると、性能が大幅に向上し、地層損傷のリスクが軽減されます。

掘削液へのポリアクリルアミドの使用 — 実践的なガイダンス

PAM を掘削液に添加する場合、通常の目的は、低せん断速度の粘度を調整し (切粉の輸送用)、液の損失を減らし、固形物の制御を支援することです。まずラボでの検証に従ってください。その後、監視を行いながら保守的な現場投与を実施します。

▶ 現場で使用する前に推奨されるラボチェック

• ターゲット温度およびせん断速度におけるレオロジー曲線 (粘度計/レオメーター)。
• ポリマーを使用した場合と使用しない場合の API および HPHT ろ過テスト。
• 塩水 (NaCl、KCl、CaCl₂)、スケール防止剤、および一般的な添加剤との適合性。
• 予想される底孔静的温度およびせん断履歴での熱安定性試験。

▶ フィールド投与ガイドライン

• 少量から開始します。一般的な掘削液の増分投与量は、グレードと目的に応じて 0.05 ～ 2.0 kg/m3 (0.05 ～ 2.0 g/L) です。検査結果で確認してください。
• 塊ができないように、撹拌しながらポリマーを活性ピットに加えます。分散助剤は粉末グレードに役立ちます。
• レオロジーとろ過を再テストする前に、10 ～ 30 分間混合を制御してください。
• 固形物管理で凝集剤として使用する場合は、実験室で決定されたポリマー需要に応じて、デサンダー/デシルターの排出時に希釈溶液として投与します。

完成液中のポリアクリルアミド – ベストプラクティス

完成した流体 PAM は、主に流体損失を制御し、配置中にプロパントや固体の懸濁を助け、穿孔や刺激のために流体を調整するために使用されます。完成用途では、多くの場合、低残留物および低地層損傷グレードが優先されます。

▶ 完成液の選択と互換性

• フィルターケーキの厚さを最小限に抑え、クリーンアップが重要な場合は、低分子量または特別に加水分解されたグレードを選択してください。
• 沈殿と多価カチオンとの不適合性を軽減するために、高塩分濃度の完成ブラインでは非イオン性または調整された低電荷カチオン性 PAM を使用することを好みます。
• 炉心または地層損傷試験を実行して、浄化の可能性と残留浸透性の減少を検証します。

セメンティング流体中のポリアクリルアミド — スラリーの挙動に与える影響

PAM をセメンティングに使用すると、スラリーのレオロジーを変更し、配置中の地層への流体損失を低減し、スラリーのチキソトロピーを制御することで置換効率を向上させることができます。ただし、セメントの化学的相互作用は重要です。テストせずに互換性を仮定しないでください。

▶ セメント固定特有の考慮事項

• 増粘時間への影響: 一部の PAM グレードは硬化を促進または遅延させます。選択したセメント混合物を使用して、増粘時間テスト (API RP 10B-2 スタイル) を常に実行してください。
• 液体損失の制御: PAM は初期の液体損失を軽減します。 HPHT FL テストで検証された標準的な液体損失添加剤 (デンプン、合成 LCM など) と組み合わせます。
• セメントスラリーに使用される分散剤および遅延剤との適合性: スラリーの密度やレオロジーを変化させる可能性のある相互作用がないか確認します。

▶ 臨床検査と現場検証（段階的）

短く実用的な一連のテストにより、予期せぬ事態が軽減されます。ベンチ互換性から開始し、次に目標温度と塩分での性能シミュレーションに進み、最後に動的 (せん断/老化) 条件下で検証します。

1. 溶解性および分散性テスト - ゲル化または遅い水和がないことを確認します。
2. レオロジー マップ — 低、中、高せん断速度 (0.1 ～ 1000 s⁻¹ 相当) における見かけの粘度を測定します。
3. API および HPHT フィルター損失 — ポリマーとベース液を使用して測定し、改善を定量化します。
4. 熱安定性とせん断安定性 — 底孔静温度でサンプルをエージングし、せん断サイクルを適用します。
5. コアフローまたは損傷テスト - 完成/セメント固定の場合、暴露および洗浄後の残留浸透性を測定します。

混合、取り扱い、投与のベストプラクティス

適切に混合するとダマが避けられ、完全な水分補給が保証されます。粉末グレードとエマルショングレードについてはメーカーのガイダンスに従い、推奨されている場合は常に前希釈または水和タンクを使用してください。

• 粉末 PAM: 事前に湿らせるか、せん断ディゾルバーを使用します。凝集を防ぐため、粉末を撹拌した水または塩水にゆっくりと加えてください。
• エマルション/溶液 PAM: 循環システムに計量供給する前に、使用濃度 (ポリマー溶液の場合は通常 0.1 ～ 1% w/w) に希釈します。
• ポリマーストリンガーやポンプの詰まりを防ぐために、校正された計量ポンプとチェックラインフィルターを使用してください。
• バッチ番号、溶液の経過時間、および保管条件を記録します。ほとんどの水和 PAM 溶液は、高温での保存期間が限られています。

互換性、相互作用、および一般的なトラブルシューティング

問題は通常、ポリマーの装入量とブライン組成の不一致、過剰投与、または不十分な水和によって発生します。このセクションでは、症状と実際の対処法をリストします。

▶ 典型的な問題と修正

• 症状： 急激な粘度の増加またはゲル化。 修理： ポリマーの種類と多価イオンのレベルを確認します。用量を減らすか、非イオン性/低電荷グレードに切り替えてください。
• 症状： 体液損失の改善はほとんど、またはまったくありません。 修理： 分子量を確認し（通常、分子量が高いほど架橋に適しています）、適切な分散と十分な混合時間を確認します。
• 症状： ポンプの問題またはストリンガーの問題。 修理： 適切な希釈を確保し、インラインスクリーンを使用し、水和溶液とポンプの適合性を確認してください。
• 症状： 地層の損傷または清掃不良。 修理： 低残渣の PAM または短鎖グレードを使用し、ラボテストでコアクリーンアップ性能を確認してください。

環境、健康、安全への配慮

PAM とその溶液は一般に急性毒性が低いですが、一部のモノマー残留物 (アクリルアミド) は有害となる可能性があります。油田での使用には認定された低モノマー グレードを使用し、MSDS の推奨に従い、地域の規制に従って排出を管理します。

• アクリルアミド残留量が少ない配合を選択してください (製造元はモノマー仕様を提供しています)。
• 粉末および濃縮溶液を取り扱う場合は、PPE を提供してください。粉塵の吸入を避けてください。
• 使用済みポリマーを含む廃棄物は従来の固形物分離で処理し、管轄区域の環境排出規則に従ってください。

クイックリファレンス — 一般的な投与量の範囲

以下の表は、保守的な開始用量をまとめたものです。常に臨床検査で確認してください。これらはベンチ検証の開始点です。

作業前のチェックリスト

• 正確なポリマーグレードとモノマー含有量はサプライヤーの資料で確認してください。
• 計画した温度と塩分でレオロジーおよび HPHT ろ過テストを実行します。
• 混合・希釈手順とバックアップ方法を含めた計量計画を作成します。
• モニタリングを計画する: レオロジー、API/HPHT FL、および固形物の除去パフォーマンスを定期的に測定します。
• EHS の取り扱い規則と流出時の対応手順を乗組員に伝えます。

結論 — ポリアクリルアミドは、グレード、投与量、取り扱いが坑井の状態に適合し、実験室試験で検証されている場合、掘削、仕上げ、セメンティング用途に柔軟で高性能な添加剤です。保守的な初期投与、規律ある混合、定期的なパフォーマンス監視により、利点が最大化され、形成と運用上のリスクが最小限に抑えられます。