کاهنده نیروی کشش سیال شکست کاتیونی

شرایط قابل اجرا برای کاهنده‌ی درگ کاتیونی باید به طور جامع در ترکیب با ویژگی‌های مخزن، سیستم‌های سیال شکست هیدرولیکی، تکنیک‌های ساخت و ساز و الزامات زیست‌محیطی مورد ارزیابی قرار گیرد. نکته‌ی اصلی، سازگاری با سناریوهای پیچیده با بهره‌گیری از عملکردهای ویژه‌ی گروه‌های کاتیونی و پایداری راندمان کاهش درگ است. 

شرایط خاص قابل اجرا به شرح زیر است: 

۱. شرایط زمین‌شناسی مخزن 

۱) مخازن غنی از کانی‌های رسی

این روش برای مخازن ماسه‌سنگی با محتوای رس حدود ۵٪، به‌ویژه زمانی که مخزن حاوی رس‌های منبسط‌شونده (مونت‌موریلونیت، ایلیت-اسمکتیت با لایه‌های مختلط) یا ذرات ریز زودگذر (کائولینیت، کلریت) باشد، قابل استفاده است. 

دلیل: گروه‌های کاتیونی می‌توانند از طریق جذب الکترواستاتیک و مهار ذرات پراکنده، تورم رس را مهار کنند و آسیب‌های ناشی از حساسیت به آب سیال شکافت را به مخزن کاهش دهند و با عملکرد کاهنده نیروی درگ، یک محافظت هم‌افزایی ایجاد کنند. 

۲) سازندهای با شوری بالا

این استاندارد برای مخازنی با شوری کل آب سازند 10⁴ میلی‌گرم بر لیتر (به‌ویژه مخازن حاوی یون‌های دو ظرفیتی مانند کلسیم²⁺ و میلی گرم²⁺) مانند مخازن نفت و گاز بین نمکی و ماسه‌سنگ‌های ساحلی - رخساره‌ای قابل استفاده است. 

دلیل: گروه‌های دارای بار مثبت زنجیره مولکولی کاهنده نیروی درگ کاتیونی کمتر تحت تأثیر محافظ یون نمک قرار می‌گیرند و می‌توانند حالت طولانی‌تری را در محیط‌های با نمک بالا حفظ کنند و راندمان کاهش نیروی درگ را حفظ کنند (که نسبت به مشکل سیم‌پیچ شدن و خرابی کاهنده نیروی درگ آنیونی در شرایط با نمک بالا برتری دارد). 

۳) مخازن با نفوذپذیری کم 

این روش برای مخازن سخت با نفوذپذیری ماتریس کمتر از 10 میلی‌دالتون، مانند مخازن گاز شیل و نفت سخت، قابل استفاده است. 

دلیل: مخازن با نفوذپذیری کم، نسبت به گرفتگی منافذ حساس‌تر هستند. عملکرد دوگانه‌ی کاهنده‌ی درگ کاتیونی، یعنی تورم + کاهش نیروی درگ، می‌تواند آسیب نفوذپذیری ناشی از هجوم سیال فیلتر شده در حین شکست را کاهش داده و رسانایی مخزن را حفظ کند. 

۲. ویژگی‌های سیستم‌های سیالات شکافنده 

۱) سیستم‌های سیال شکست هیدرولیکی پایه آبی 

این استاندارد فقط برای کاهنده‌های نیروی درگ پایه آب برای سیالات شکست هیدرولیکی (شامل ژل‌های خطی، ژل‌های شبکه‌ای، آب نرم و غیره) قابل استفاده است و برای سیالات شکست هیدرولیکی پایه روغن یا پایه الکل قابل استفاده نیست. 

دلیل: زنجیره‌های پلیمری کاهنده‌ی نیروی درگ کاتیونی برای اعمال اثر کاهنده‌ی نیروی درگ، باید در یک محلول آبی حل شده و گسترش یابند. محیط فاز روغنی باعث می‌شود زنجیره‌های مولکولی پیچیده یا رسوب کنند. 

۲) سیستم‌های پیچیده با افزودنی‌های متعدد

این استاندارد برای کاهنده‌های نیروی درگ در سیستم‌های سیال شکستگی که با اتصال‌دهنده‌های عرضی (مانند بوراکس، زیرکونیوم آلی)، ژل‌شکن‌ها (مانند پرسولفات‌ها، آنزیم‌ها)، باکتری‌کش‌ها و سایر افزودنی‌ها ترکیب شده‌اند، کاربرد دارد. 

دلیل: کاهنده‌ی مقاومت کاتیونی باید با سایر افزودنی‌ها سازگار باشد (مانند عدم تداخل با پیوند عرضی ژل و عدم تخریب زودرس توسط ژل‌شکن). پس از طراحی مولکولی، می‌تواند با فرمولاسیون‌های پیچیده سازگار شود و پایداری را در طول فرآیند حفظ کند. ۳. الزامات تکنیک ساخت 

۱) شکافت افقی بلند یا شکافت چاه عمیق

این استاندارد برای چاه‌های افقی با طول مقطع افقی ۱۰۰۰ متر یا شکافت‌زایی چاه‌های عمیق با عمق عمودی ۳۰۰۰ متر قابل استفاده است. 

دلیل: مقاومت اصطکاکی در امتداد بخش افقی طویل/چاه عمیق زیاد است (افت مقاومت اصطکاکی می‌تواند به 30 تا 50 درصد کل فشار پمپ برسد). کاهش مقاومت اصطکاکی کاتیونی می‌تواند مقاومت اصطکاکی آشفته را 40 تا 70 درصد کاهش دهد و افت فشار پمپ را کاهش دهد و اطمینان حاصل کند که سیال شکافت به طور مساوی و مطابق با جابجایی طراحی شده وارد هر خوشه از شکاف‌ها می‌شود. 

۲) سناریوهای ساخت و ساز با جابجایی بالا 

این استاندارد برای شکستگی‌های بزرگ (مانند شکستگی‌های حجمی) با جابجایی سازه‌ای حدود 10 متر مکعب در دقیقه قابل استفاده است. 

دلیل: در جابجایی‌های بالا، شدت آشفتگی سیال بیشتر است و نیاز به کاهش نیروی درگ ضروری‌تر است. مولکول‌های زنجیره بلند کاهنده نیروی درگ کاتیونی می‌توانند به طور مؤثرتری گردابه‌ها را سرکوب کرده و حالت مقاومت اصطکاکی کم را حفظ کنند. 

۴. الزامات محیطی و پایداری 

۱) مخازن با دمای متوسط تا بالا (نیاز به اصلاح مقاوم در برابر دما) محصولات مرسوم برای مخازنی با دمای کمتر یا مساوی ۱۲۰ درجه سانتیگراد قابل استفاده هستند. پس از اصلاح مقاوم در برابر دما (مانند وارد کردن حلقه‌های آروماتیک و گروه‌های هتروسیکلیک)، می‌توان آنها را برای مخازن با دمای بالای ۱۲۰ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد نیز استفاده کرد. 

دلیل: دمای بالا می‌تواند باعث تخریب اکسیداتیو حرارتی زنجیره‌های پلیمری شود. طراحی مولکولی برای بهبود مقاومت حرارتی و جلوگیری از کاهش راندمان سیال شکست به دلیل شکستگی زنجیره مولکولی مورد نیاز است. 

۲. محیط‌های سیال شکست هیدرولیکی با پی اچ پایین یا خنثی 

این استاندارد برای استفاده از کاهنده‌های درگ در سیستم‌های سیال شکست هیدرولیکی با پی اچ بین ۵ تا ۹ قابل اجرا است. محیط‌های اسیدی قوی (پی اچ < 3) یا قلیایی قوی (pH > 11) ممکن است باعث از بین رفتن گروه‌های کاتیونی شوند (مانند پروتونه شدن نامتعادل آمین‌ها). 

خلاصه 

منطق اصلی و کاربردی کاهنده‌ی درگ کاتیونی برای کاهنده‌های درگ سیال شکستگی عبارت است از: بر اساس نیاز به کاهش درگ، به علاوه‌ی سناریوهایی که در آن‌ها مخزن به ضد تورم/مقاوم در برابر نمک نیاز دارد. سناریوی کاربرد بهینه‌ی آن عبارت است از: یک مخزن با شوری بالا و نفوذپذیری کم حاوی رس‌های منبسط‌شونده، که از کاهنده‌ی درگ برای سیال شکستگی برای ساخت شکستگی با مقطع افقی بلند و جابجایی بالا استفاده می‌کند و دمای مخزن در محدوده‌ی مقاومت دمایی آن است.