İki Farklı Polimerin Sondaj Çamuru Özellikleri Üzerine Etkileri

Bu çalışmada, iki farklı anyonik polimer katkısının bentonitli bir sondaj çamurunun verimi, su kaybı (filtrasyon) ve reolojik özellikleriüzerine etkileri incelenmiştir. Bu kapsamda, öncelikle katkısız çamur özellikleri ağırlıkça dört farklı bentonit yüzdesi (%4, 6, 8 ve 10)için belirlenmiştir. Sonrasında %4 ve 6 bentonit içerikleri için, sırasıyla polianyonik selülozik (PAC) ve poliakrilamid yapılarına sahip,QUIK-TROL GOLD (QTG) ve POLY-VIS (PV) polimerlerinin etkisi 0,5-3,0 kg/m3 dozaj aralığında incelenmiştir. Elde edilençamurların özellikleri API Standardı 13A’ya göre değerlendirilmiştir. Katkısız çamur testleri, 17,69 $m^3$ /ton olarak hesaplanan çamurveriminin, gerekli alt limit olan 15,8 $m^3$ /ton değerini karşıladığını göstermiştir. 15 cp’lik görünür viskozite alt sınırı, %6 ve üzerindekibentonit içeriklerinde sağlanmıştır. Akma noktası/plastik viskozite oranı için sondaj kalite bentonitten beklenen üst sınır değer olan 3,yalnızca %4’lük çamur için karşılanırken, OCMA kalite için ise %4 ve 6’lık çamurlar üst sınır değer olan 6’yı aşmayan sonuçlarsergilemiştir. Su kaybı değerleri, test edilen tüm katı içeriklerinde OCMA üst limiti olan 16 mL’yi geçmezken, yalnızca %4’lük çamuriçin elde edilen 15,63 mL’lik kayıp sondaj kalite üst sınırını azda olsa aşmıştır. Genel olarak, %6’lık çamur OCMA standardınıkarşılamasına rağmen, elde edilen düşük plastik viskozite ve yüksek akma noktası/plastik viskozite oranı, bentonitin katkısız olarakkullanılamayacağını göstermiştir. Katkılı çamur testlerine göre, %4’lük çamur için, sondaj kalite bentonitten beklenen tümspesifikasyonların sağlandığı minimum polimer dozajları, QTG ve PV’nin her ikisi için de 1,5 kg/$m^3$ olarak belirlenmiştir. Bu dozajdeğeri için, QTG PV’den %7,14 daha düşük su kaybı değeri sağlarken, PV ise QTG’ye oranla görünür viskozite ve çamur verimideğerlerinde sırasıyla %37,04 ve 37,98 artışa neden olmuştur. %6’lık çamurda, her iki polimerin test edilen tüm dozajları için beklendiğigibi çok düşük su kaybı değerleri elde edilmiştir. Ek olarak, aynı bentonit içeriği için QTG’nin 1 kg/$m^3$ dozajında elde edilen 21,5 cpgörünür viskozite, 11 cp plastik viskozite, 21 lbf/100 ft2 akma noktası ve 1,91 akma noktası/plastik viskozite oranı, sondaj için belirlenentüm standart değerlerin karşılandığını göstermiştir. Diğer yandan, PV’nin 0,5 kg/$m^3$ dozajında dahi elde edilen 51 lbf/100 ft2 akmanoktası ve özellikle 5,67 akma noktası/plastik viskozite oranı, bu katı içeriğinde kullanımının mümkün olmadığını işaret etmektedir.Genel sonuçlar, %4’lük çamurun 1,5 kg/$m^3$ QTG ve PV dozajları için sondaj kalite bir bentonitten beklenen tüm standart değerlerikarşıladığını göstermiştir. Spesifik olarak, çok düşük su kaybı değerlerine ulaşabilmek için QTG, yüksek viskozite ve çamur verimi eldeedebilmek için ise PV kullanılmalıdır.

The Effects of Two Different Polymers on the Drilling Mud Properties

In this study, the effects of two different anionic polymer additives on the yield, water loss (filtration) and rheological properties of abentonite-based drilling mud were investigated. Within this scope, the properties of polymer-free mud were first determined using fourdifferent bentonite percentages of 4, 6, 8 and 10% by weight. For the bentonite contents of 4 and 6%, the effects of QUIK-TROL GOLD(QTG) and POLY-VIS (PV) polymers with the respective polyanionic cellulosic (PAC) and polyacrylamide structures were then examined for the dosages in the range of 0.5-3.0 kg/$m^3$ . The properties of the muds obtained were evaluated with respect to API Standard13A. The polymer-free mud tests showed that the mud yield calculated as 17.69 $m^3$ /ton meets the required lower limit of 15.8 $m^3$ /ton.For the apparent viscosity, the lower limit value of 15 cp is provided with bentonite contents of 6% and above. While the upper limitvalue of 3 expected from the drilling quality bentonite in terms of the ratio of yield point to plastic viscosity was met only for the 4%mud, the muds prepared with both 4 and 6% bentonite exhibited the values which did not exceed the upper limit of 6 for the OCMAquality. While the obtained water loss values stay within the OCMA upper limit of 16 mL for all of the solid contents tested, the loss of15.63 mL obtained for 4% mud only exceeded the upper limit of drilling quality in low amount. In general, although the 6% mud meetsthe OCMA standard, the resulting low plastic viscosity and high ratio of yield point to plastic viscosity showed that bentonite samplecannot be used without additives. According to the mud tests with polymer additives, for 4% bentonite, the minimum polymer dosages,which all of the specifications expected from drilling quality bentonite were met, was determined as 1.5 kg/$m^3$ for both QTG and PV.QTG provides 7.14% lower water loss value than PV for this dosage, while PV exhibited 37.04 and 37.98% increases in the respectiveapparent viscosity and mud yield values compared to QTG. For 6% bentonite, very low water loss values were obtained for all of thetested dosages of both polymers as expected. In addition, for the same bentonite content, the obtained apparent viscosity of 21.5 cp,plastic viscosity of 11 cp, yield point of 21 lbf /100 ft2 and ratio of yield point to plastic viscosity of 1.91 for QTG dosage of 1 kg/$m^3$ showed that all of the standart values for the drilling quality were met. On the other hand, the obtained 51 lbf/100 ft2 yield point andespecially 5.67 yield point to plastic viscosity ratio values at even 0,5 kg/m3 PV dosage point out that it is not possible to use PV withthis solid content. Overall results have suggested that 4% mud meets the all standard values expected from a drilling quality bentonitefor 1.5 kg/$m^3$ dosages of QTG and PV. Specifically, QTG should be used to achieve very low water loss values while PV should beused to obtain high viscosity and mud yield.

___

  • API. (2010). American Petroleum Institute (API) Specification 13A (9-11). In Specification for Drilling Fluids. USA.
  • Asker, N., Özkan, V., & Özkan, A. (2019). Su Bazlı Sondaj Çamurunun Reolojik ve Filtrasyon Özelliklerine ZnO Nanopartikülü ile Fonksiyonelleştirilmiş Çok Duvarlı Karbon Nanotüpün Etkisinin Araştırılması. Paper presented at the Euro Asia 5th. International Congress on Applied Sciences, Adana, Turkey.
  • Avcı, E. (2018). Jeotermal Sularla Hazırlanmış Çamurların Sondaj Performansına Etkisi. (Yüksek Lisans Tezi). İskenderun Teknik Üniversitesi, Hatay. Retrieved from http://openaccess.iste.edu.tr/xmlui/bitstream/handle/20.500. 12508/413/emineavc%C4%B1.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  • Balkaya, A. T., Gül, S., İlgen, E., Dimez, A. B., Deniz, S., Heke, E., . . . Erşahin, A. (2019). Sondaj El Kitabı. Ankara: Petrol Mühendisleri Odası Yayınları.
  • Çinku, K. (2008). Aktivasyon Yöntemleri ile Bentonitten Su Bazlı Kıvamlaştırıcı Üretiminin Araştırılması. (Doktora Tezi). İstanbul Üniversitesi, İstanbul. Retrieved from http://nek.istanbul.edu.tr:4444/ekos/TEZ/43360.pdf
  • Erdoğan, Y., Kök, O. E., & Tanrıverdi, İ. (2017). Çanakkale Tuzla Jeotermal Sondaj Sahası Çamur Maliyetinin Araştırılması. Çukurova University Journal of the Faculty of Engineering and Architecture, 32(4), 11-20. Retrieved from https://muhendislik.cu.edu.tr/tr/Dergi/(32_4_2017)/02.pdf
  • Huang, W., Leong, Y.-K., Chen, T., Au, P.-I., Liu, X., & Qiu, Z. (2016). Surface chemistry and rheological properties of API bentonite drilling fluid: pH effect, yield stress, zeta potential and ageing behaviour. Journal of Petroleum Science and Engineering, 146, 561-569. doi:https://doi.org/10.1016/j.petrol.2016.07.016
  • Kargı, E. (2015). Sondaj Çamuru Uygulamaları İçin Kil-Polimer Etkileşimlerinin Belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi). İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul. Retrieved from http://hdl.handle.net/11527/13352
  • Okon, A. N., Udoh, F. D., & Bassey, P. G. (2014). Evaluation of Rice Husk as Fluid Loss Control Additive in Water-Based Drilling Mud. Paper presented at the SPE Nigeria Annual International Conference and Exhibition, Lagos, Nigeria. https://www.onepetro.org/conference-paper/SPE-172379- MS
  • Onat, N. (1971). Bentonitin Petrol Sondajlarında Kullanılması. Bilimsel Madencilik Dergisi, 10(5), 30-36. Retrieved from http://www.maden.org.tr/resimler/ekler/634.pdf
  • Özkan, A., & Kaplan, B. M. (2019). Investigation of the Effects on Rheological and Filtration Properties of Water-Based Drilling Mud of Boron Minerals: An Experimental Study. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 25(7), 884-888. doi:10.5505/pajes.2019.89990
  • Yenipazar, Y. (2000). Büyükkılıçlı (Silivri) Bentonitinin Döküm ve Sondaj Sanayi Yönünden Özelliklerinin İncelenmesi. (Yüksek Lisans Tezi). İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul. Retrieved from http://hdl.handle.net/11527/11256
  • Zhirong, L., Azhar Uddin, M., & Zhanxue, S. (2011). FT-IR and XRD analysis of natural Na-bentonite and Cu(II)-loaded Nabentonite. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 79(5), 1013-1016. doi:https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.04.013