掘削液中のキサンタンガム：その仕組み、グレード、いつ使用するか

キサンタンガムは、水ベースの掘削液で最も広く使用されている添加剤の 1 つです。泥水添加剤の配合や調達に時間を費やしたことがある人なら、ほぼ確実に、清水や低固形分のシステムにおける増粘剤、懸濁剤、またはレオロジー調整剤として泥添加剤に出会ったことがあるでしょう。

しかし、キサンタンガムは掘削において最も誤って使用される添加剤の 1 つでもあります。劣化が予想される状況で使用されています。 PAC のパフォーマンスが向上する場合に選択されます。このカテゴリーを初めて使用する購入者は、グアーガムや CMC と混同することがあります。そして、その濃度は、システムの実際のレオロジー要件ではなく慣例によって日常的に設定されます。

このガイドは、キサンタンガムが掘削液中で実際にどのような働きをするのか、それが正しい選択である場合とそうでない場合、および正しく調達する方法について、明確かつ実践的に理解したいと考えている掘削液エンジニア、泥水エンジニア、および技術調達チームを対象としています。

Unionchem は、食品、工業、油田グレードにわたるキサンタン ガムを供給しています。キサンタンガム — Unionchem 製品ページ

キサンタンガムとは何ですか?なぜ掘削液に使用されるのですか?

キサンタンガムは、の微生物発酵によって生成される高分子量の多糖類です キサントモナス カンペストリス。溶液中で、キサンタンガムは高度に構造化された絡み合ったポリマーネットワークを形成し、水系に独特のレオロジープロファイル、 つまり測定可能な降伏点を伴う強い擬塑性（ずり減粘）挙動を与えます。.

これら 2 つの特性 (せん断減粘性と降伏応力) こそが、キサンタンガムを掘削流体用途で価値あるものにしているのです。

ずり減粘挙動

キサンタンガム溶液は、低い剪断速度では粘度が高く、高い剪断速度では粘度が低くなります。掘削液の文脈では、これは次のことを意味します。

• 静止時 (低せん断): 流体は粘性があります。流体はドリルの切粉を浮遊状態に保持し、循環が停止したときにドリルの切粉が坑井の底に沈むのを防ぎます。

• ポンピング中 (高せん断): 流体は薄くなり、過剰なポンプ圧力を必要とせずに、ドリルストリング、ビットノズル、環状部を容易に流れます。

• ビット (非常に高いせん断力) では、 流体はさらに薄くなり、機械的な穴あけ動作は妨げられません。

この挙動は「ポンプは薄く、残りは厚く」と表現されることがあります。これが、せん断に関係なく一定の粘度を維持する従来の増粘剤ではなく、キサンタンガムが掘削液に使用される根本的な理由です。

降伏点とゲル強度

キサンタンガムは、掘削液の 降伏点 (YP) 、つまり流れを開始するために必要な最小応力に寄与します。適切な降伏点を持つ流体は、循環が停止したとき（接続、調査、またはビット交換のため）に切粉を浮遊状態に保持し、ドリルストリングの固着や坑井の不安定性を引き起こす可能性のある切粉床の形成を防ぎます。

キサンタンガムは、 ゲルの強度 、つまり静止状態ではゲル構造を形成し、循環が再開すると流体状態に戻ることを可能にする泥のチキソトロピー挙動にも寄与します。これは、切りくずの輸送が重要な課題となる、偏向した水平坑井では特に重要です。

レオロジーのメカニズム: キサンタンガムがそのように動作する理由

キサンタンガムのレオロジー的挙動の背後にあるメカニズムを理解することは、掘削流体用途におけるその利点と限界の両方を説明するのに役立ちます。

溶液中では、キサンタンガム分子は らせん構造をとり 、ポリマー鎖は水素結合によって安定化された硬い棒状構造にねじれます。これらの硬いヘリックスは相互作用して、溶液全体に弱いながらも構造化されたネットワークを形成します。

静止状態では、このネットワークは無傷です。流体は見かけの粘度が高く、降伏点以下では流れに抵抗します。

せん断力がかかると、ネットワークが破壊され、ポリマー鎖が流れの方向に整列し、抵抗が減少し、流体がはるかに低い粘度で流れることが可能になります。

せん断が除去されると、キサンタンガムの場合は比較的早くネットワークが再形成されます。そのため、循環が再開した後に良好なチキソトロピー回復が得られます。

このらせん構造は、キサンタンガムに 耐塩性を与えるものでもあります。らせんは、溶媒とのイオン相互作用によってではなく、ポリマー自体の構造によって安定化されるため、かなりの濃度の電解質が存在する場合でも、立体構造とレオロジー機能を維持します。

しかし、同じらせん構造は 温度に敏感です。過酷な条件 (高塩分、高 pH) で約 80 ～ 90°C を超えると、らせんが変性し始め、キサンタンガムはそのレオロジー性能を徐々に失います。この熱的制限は、高温の深井戸でのキサンタンガムの使用に対する主な制約です。

キサンタンガムが掘削液中で何をするか: 機能の概要

掘削用のキサンタンガムのグレード: 知っておくべきこと

キサンタンガムは複数のグレードで生産されており、掘削液の用途にはグレードの選択が重要です。

工業用/油田グレード vs 食品グレード

掘削用途における最も重要な違いは、 工業/油田グレードのキサンタンガム と 食品グレードの キサンタンガムの違いです。

掘削液の用途には、 工業用/油田グレードのキサンタンガムが 適切でコスト効率の高い選択肢です。掘削に食品グレードのキサンタンガムを使用することは、泥水システムに機能上の利点をもたらさない認証に対して規制上の割増金を支払っていることになります。

逆に、工業グレードのキサンタンガムを食品用途に使用することは適切ではありません。この製品は食品との接触に必要な規制当局の承認を取得していません。

Unionchem は両方のグレードを提供しています。キサンタンガム — 全グレード範囲

粘度グレード

油田グレードのキサンタンガムでは、製品は通常、標準溶液 (通常は 1% KCl 塩水中の 1% 溶液、規定のせん断速度で測定) における粘度によって特徴付けられます。粘度グレードが高いほど、同等の濃度でより強いレオロジー効果が得られます。

ほとんどの掘削液用途には、標準粘度グレードが適切です。高粘度グレードは、最小濃度で最大の懸濁液を必要とする用途向けに指定できます。たとえば、固形分の負荷が低く、キサンタンガムがレオロジー負荷をすべて担わなければならない清水掘削などです。

メッシュ/粒子サイズ

粒子サイズは溶解速度に影響します。メッシュグレードが細かいほど溶解が早くなります。これは、迅速な水和が必要な現場での混合作業では重要です。粗いグレードではより長い混合時間が必要になる場合がありますが、粉塵の多い現場条件でも扱いやすくなります。

掘削液中のキサンタンガム濃度

キサンタンガムは低濃度で非常に効果的です。水ベースの掘削液の一般的な使用レベルは次のとおりです。

これらは目安の範囲です。実際の濃度は、井戸の予想される温度と塩分条件下での特定の泥水システムのレオロジー試験によって決定される必要があります。

重要な原則: キサンタンガムは降伏点とゲル強度を制御します。主に液体の損失を制御するものではありません。泥システムで液体損失の制御が必要な場合、キサンタンガムだけでは十分ではありません。キサンタンガムと一緒に PAC や CMC などの液体損失低減剤が必要です。

掘削液におけるキサンタンガム、PAC、CMC: 選択方法

これは、掘削液の配合者や調達チームにとって、実際上最も重要な比較です。 3 つの製品はすべて水ベースの掘削液で使用されますが、主な機能は異なります。

実際的なルール:

• キサンタンガム → 降伏点、懸濁、ずり減粘挙動が必要な場合。清水および低固形分システムにおける主要な増粘剤。

• PAC → 特に高温または高塩分条件で、液体損失の制御が必要な場合。キサンタンガムと併用されることが多い。

• CMC → 標準条件下での流体損失制御が必要であり、コストが第一の考慮事項である場合。井戸、浅い油井、HDD の主力製品です。

ほとんどのポリマー泥システムでは、 キサンタンガムと PAC が一緒に使用されます 。キサンタンガムはレオロジー (降伏点、ゲル強度、ずり減粘) を提供し、PAC は流体損失の制御を提供します。それらは競合するものではなく、補完的なものです。

PAC と CMC の詳細な比較については、以下を参照してください。掘削液の CMC と PAC: どちらを使用するべきですか?

3 者間セルロース誘導体の完全な比較については、以下を参照してください。CMC、PAC、HEC: 適切なセルロース誘導体を選択する方法

応用シナリオ: 掘削でキサンタンガムを使用する場合

シナリオ 1: 清水掘削 (低固形分システム)

清水の掘削では、固形分を最小限に抑えたポリマーベースの流体が使用されます。これらのシステムでは、キサンタンガムが主な、そして多くの場合唯一の増粘剤です。粘度に寄与するベントナイトやその他の固体を含まない流体中で切削片をビットから表面まで輸送するのに必要な降伏点とゲル強度を提供します。

典型的なシステム: 水 + キサンタンガム (1.0 ～ 3.0 ポンド/バレル) + PAC LV (液体損失制御) + KCl または NaCl (頁岩抑制)

ここではキサンタンガムが正しい選択です。その強力な擬塑性挙動により、流体は低いポンプ圧力で効率的に切粉を輸送できます。これは、ECD (等価循環密度) 管理が重要な地層では重要です。

シナリオ 2: 水平および方向の穴あけ

水平で非常に偏向した坑井内での切りくずの輸送は、掘削工学において最も困難な問題の 1 つです。垂直井戸では、切りくずはビットに向かって落下し、泥の環状速度によって上方に押し流されます。水平坑井では、挿し木が坑井の低い側に沈降して切削床を形成し、パイプの固着、高トルクと抗力、坑井の不安定性を引き起こす可能性があります。

キサンタンガムの高い降伏点とゲル強度は、低循環および静止期間中に挿し木を懸濁状態に保持し、挿し木床の形成傾向を軽減するため、これらの用途では特に価値があります。

典型的なシステム: 水 + キサンタンガム (1.0 ～ 2.5 ポンド/バレル) + PAC (体液損失) + 抑制性塩 + 潤滑剤

シナリオ 3: 完了液とワークオーバー液

では 完了および作業オーバー操作、流体が生産リザーバーと接触します。地層の損傷は重大な懸念事項であり、貯留層ゾーンの浸透性を低下させる流体は坑井の生産性を損なうことになります。

キサンタンガムは 酵素分解性があるため、完了液や後処理液に使用されます。特定の酵素 (キサンタナーゼ) が操作完了後にキサンタンガムポリマーを分解し、液の可動性を回復し、地層の損傷を最小限に抑えることができます。この「クリーンアップ」機能は、非分解性増粘剤に比べて大きな利点です。

典型的な完成流体システムには、互換性のある流体損失低減剤とともに増粘剤としてキサンタンガムが含まれています。地層の適合性が重要なリザーバーと接触する用途では、流体損失低減剤として PAC/CMC よりも HEC が優先される場合があります。以下を参照してください。ヒドロキシエチルセルロース (HEC) とは何ですか?何に使用されますか?

シナリオ 4: ドリルイン流体

ドリルイン流体は 、生産貯留層セクションを掘削するときに使用されます。それらは、地層の損傷を最小限に抑えながら、切りくずの輸送に適切なレオロジーを提供する必要があり、坑井の完成後に効果的に浄化できるように設計されていなければなりません。

キサンタンガムは、完成液と同じ酵素分解性という理由から、ドリルイン流体システムの標準的な増粘剤です。ポリマーは浄化段階中にキサンタナーゼ酵素で分解され、永続的な粘稠残留物を残さずに流体が地層から逆流することができます。

シナリオ 5: 砂利パックの液体

では 砂利の梱包作業 、固結していない地層での砂の生成を制御するために使用され、キャリア流体が砂利 (粗い砂) を表面から穴まで輸送します。液体は、砂利を沈殿させることなく輸送できるほど十分な粘度を持っていなければなりませんが、砂利パックが機能できるように配置後にきれいに壊れる必要もあります。

キサンタンガムは、一部の砂利パックキャリア液の増粘剤として使用されており、設置後の洗浄にその酵素分解性を利用しています。

掘削にキサンタンガムを使用してはいけない場合

キサンタンガムの限界を理解することは、その機能を理解することと同じくらい重要です。

高温井戸 (80 ～ 90 °C を超える底孔温度)

キサンタンガムのらせん構造は高温で変性し始めます。底穴温度が約 80 ～ 90°C を超える井戸 (高い塩分濃度または pH の存在下) では、流体が高温ゾーンを循環するにつれて、キサンタンガムの粘度が徐々に低下し、降伏点が低下します。

高温アプリケーションの場合は、次のことを考慮してください。

• ウェランガム — セメント系および塩水系で強力な懸濁力を発揮し、最大 150°C 以上の温度でも安定したレオロジーを維持します。

• PAC — キサンタンガムが分解する高温でも安定した液体損失制御を提供します

高温油田用途におけるウェランガムの詳細については、以下を参照してください。ウェランガムとは何ですか?何に使用されますか?

流体損失の制御が主な要件の場合

キサンタンガムは体液損失を最小限に抑えます。地層への濾液の損失を制御することが主な関心事であり、地層の損傷を防ぎ、坑井の安定性を維持し、敏感な貯留層を保護することである場合、キサンタンガムだけでは答えは得られません。

レオロジーも必要な場合は、液体損失低減剤として PAC (厳しい条件用) または CMC (標準条件用) を使用し、補助増粘剤としてキサンタンガムを使用します。

PAC 流体損失制御メカニズムについては、以下を参照してください。PAC が掘削時の流体損失をどのように削減するか: メカニズムの説明

シェールの抑制が重要な場合

キサンタンガムは、限定的な頁岩抑制を提供します。水ベースの流体と接触すると膨張または分散する反応性頁岩を含む地層では、主な頁岩の抑制は、キサンタンガムによるものではなく、他の添加剤（KCl、KOH、ケイ酸カリウム、ポリアミン、またはグリコール）によるものでなければなりません。

キサンタンガムはこれらの阻害剤と併用できますが、単独で意味のある阻害をもたらすことは期待できません。

混合と水分補給: 実践的なフィールドガイダンス

キサンタンガムのレオロジー性能を最大限に発揮するには、キサンタンガムを適切に水和する必要があります。不完全な水分補給は、フィールドでのパフォーマンス低下の一般的な原因です。

主要な混合原則:

1. ダマになるのを避けるためにゆっくりと加えてくださいキサンタンガム粉末は、理想的にはホッパーまたはベンチュリミキサーを通して、激しく撹拌しながら、混合水にゆっくりと加えるべきです。添加が早すぎると、粉末が水和する前に表面で固まり、分散が困難な塊が形成されます。

2. 最初に淡水を混ぜてから塩を加えます。泥系に KCl、NaCl、またはその他の塩が含まれている場合は、一般に、最初にキサンタンガムを淡水で水和してから、塩溶液を加えた方がよいでしょう。キサンタンガムは、高塩分濃度の塩水よりも真水の方がより速く、より完全に水和します。完全に水和すると、塩溶液中で粘度を維持します。

3. 適切な水和時間を確保します。完全に粘度を高めるには、通常、標準条件下で 20 ～ 30 分間の混合が必要です。冷水または高塩分濃度の塩水では、水和が遅くなる可能性があります。製品を追加する前に、さらに混合時間をとり、粘度を確認してください。

4. 水和後の高せん断混合を避ける水和後に長時間高せん断混合を行うと、ポリマー鎖が劣化し、粘度が低下する可能性があります。完全に水和するまで適度な剪断力で混合し、その後、撹拌を弱めます。

5. 追加添加する前に粘度を確認するよくある現場エラーは、最初の添加が完全に水和する前に、泥が「十分に濃く見えない」ためにキサンタンガムを追加添加することです。製品を追加する前に、必ずマーシュ漏斗または粘度計を使用して粘度を確認してください。

品質パラメータ: 掘削用のキサンタンガムを調達する際に指定するもの

掘削流体用途にキサンタンガムを調達する調達チームにとって、次のパラメータを指定して検証することが最も重要です。

必ず 分析証明書 (COA)と、 バッチごとの 技術データシート (TDS)を要求してください。 用途に関連する条件下で測定された粘度データが記載された

油田用途の場合は、製品が API または関連業界仕様を満たしているかどうかも確認してください。 掘削液添加剤の

掘削におけるキサンタンガムとグアーガム: 簡単なメモ

バイヤーは、 グアーガムを目にすることがあります。 掘削流体用途、特に破砕流体や完成流体において、キサンタンガムの代替品として

グアーガムは 水圧破砕の標準的なベース流体です 。グアーガムはプロパントを破砕部に輸送するのに必要な粘度を提供し、処理後に酵素または酸化剤ブレーカーできれいに破壊します。キサンタンガムは通常、破砕流体ベース流体としては使用されません。

では 水ベースの掘削泥水、せん断減粘挙動が優れ、降伏点が高く、温度と塩の安定性が優れているため、一般的にキサンタンガムがグアーガムよりも好まれます。

すべての用途におけるキサンタンガムとグアーガムの詳細な比較については、以下を参照してください。キサンタンガムとグアーガム: どちらの増粘剤があなたの用途に適していますか?

Unionchem 掘削用途用キサンタンガム

Unionchem は、一貫した品質、信頼性の高いバルク供給、および完全な技術文書を備えた、掘削流体用途に特に適した工業用/油田グレードのキサンタン ガムを供給しています。

私たちが提供するもの:

• 工業用/油田グレードのキサンタンガム — 食品グレードの規制コストを負担せず、掘削液の性能に最適化されています。

• 複数の粘度グレードとメッシュサイズ

• 完全な技術文書: TDS、COA、SDS

• 泥水のテストと認定のための無料サンプル

• 掘削液配合の技術サポート

• グローバルな物流能力による信頼性の高い一括輸出

製品の詳細とサンプルまたは見積もりの​​リクエストについては、以下をご覧ください。キサンタンガム — Unionchem 製品ページ

掘削液用途の関連製品

完全な水ベースの掘削液システムには、通常、複数の添加剤が一緒に作用する必要があります。 Unionchem は以下の製品をすべて提供しています。

すべての製品を見る

結論

キサンタンガムは、適切な用途、適切な濃度、適切な条件下で使用された場合、水ベースの掘削液に使用できる最も効果的な増粘剤の 1 つです。

その強力な擬塑性挙動と高い降伏点により、清水掘削、低固形分ポリマー泥、水平坑井および指向性坑井、酵素分解性が有利な完成液および補修液の標準的な選択肢となっています。

その制限（過酷な条件下で約 80 ～ 90 °C を超える熱劣化、最小限の流体損失制御、限られた頁岩抑制）により、使用すべき場所と使用すべきでない場所の境界が定義されます。これらの範囲内では、非常に高性能でコスト効率の高い添加剤です。

ほとんどのポリマー泥システムでは、キサンタンガムはシステムの一部として最適に機能します。液体損失の制御には PAC または CMC と組み合わせ、頁岩の安定性には適切な抑制剤と組み合わせます。キサンタンガムがそのシステムにどのように適合するのか、そして他の成分が何を提供する必要があるのか​​を理解することは、効果的なポリマー泥設計の基礎となります。

Unionchem のキサンタンガムおよび掘削液添加剤ソリューションをご覧ください。キサンタンガム |PAC |CMC |すべての製品

よくある質問 (FAQ)

Q1: キサンタンガムは掘削液中で何をしますか?

キサンタンガムは、水ベースの掘削液中で増粘剤および懸濁剤として機能します。循環が停止したときにドリルの切削片を浮遊状態に保持するための降伏点とゲル強度を提供します。また、その強力な擬塑性 (せん断減粘) 挙動により、懸濁液を静止状態に維持しながらポンプ圧力下で流体が容易に流れることができます。

Q2: 掘削液にはどのくらいの濃度のキサンタンガムが使用されていますか?

一般的な濃度は、用途に応じて 0.25 ～ 3.0 lb/bbl (0.7 ～ 8.6 kg/m³) の範囲です。清水掘削システムは通常、1.0 ～ 3.0 ポンド/バレルを使用します。 PAC または CMC を含むポリマー泥システムでは、通常、0.25 ～ 1.0 ポンド/バレルのキサンタン ガムが使用されます。実際の濃度は、特定のシステムのレオロジー試験によって決定する必要があります。

Q3: 掘削液にはキサンタンガムまたは PAC を使用する必要がありますか?

これらは異なる主な機能を果たし、多くの場合一緒に使用されます。キサンタンガムは、粘度、降伏点、および懸濁液を提供します。 PAC は流体損失の制御を提供します。ほとんどのポリマー泥システムでは、レオロジーにはキサンタンガム、濾過制御には PAC の両方が使用されます。必要な製品が 1 つだけで、体液の損失が主な懸念事項である場合は、PAC を使用してください。挿し木の懸濁液と降伏点が主な関心事である場合は、キサンタンガムを使用してください。

Q4: 掘削液中のキサンタンガムの温度限界は何度ですか?

キサンタンガムは、過酷な条件 (高塩分、高 pH) で約 80 ～ 90°C を超えるとレオロジー性能を失い始めます。底穴温度が高い井戸の場合は、ウェランガム (約 150°C 以上まで安定) を検討するか、システムが適切な熱安定性テストを行って設計されていることを確認してください。

Q5: 食品グレードと油田グレードのキサンタンガムの違いは何ですか?

食品グレードのキサンタンガムは食品添加物基準 (E415) に認定されており、食品との接触に関する規制当局の承認を受けています。油田/工業用グレードは、食品規制要件を必要とせずに掘削液の性能を最適化しています。掘削用途には、工業/油田グレードが適切で、よりコスト効率の高い選択肢となります。

Q6: キサンタンガムは完成液に使用できますか?

はい。キサンタンガムは酵素分解性があり、手術後にキサンタナーゼ酵素によって分解され、地層の損傷を最小限に抑えることができるため、仕上げ液や仕上げ液によく使用されます。多くの場合、リザーバー接触用途における流体損失低減剤として HEC と組み合わせられます。

Q7: ユニオンケムは油田グレードのキサンタンガムを供給していますか?

はい。 Unionchem は、工業用/油田用グレードのキサンタン ガムを複数の粘度グレードとメッシュ サイズで提供しており、完全な技術文書と泥水試験用の無料サンプルを提供しています。見る： キサンタンガム — Unionchem 製品ページ

掘削用途にキサンタンガムを調達する準備はできていますか?

Unionchem は、PAC、CMC、HEC、Welan Gum と並んで 工業用/油田グレードのキサンタン ガムを供給して おり、掘削液の配合者や調達チームに、完全なポリマー泥水添加剤の要件を満たす単一の信頼できる供給源を提供します。

当社の掘削液添加剤製品をご覧ください:

• キサンタンガム

• ポリアニオン性セルロース (PAC)

• カルボキシメチルセルロース (CMC)

• ヒドロキシエチルセルロース (HEC)

• ウェランガム

• すべての製品

お問い合わせ：sales@unionchem.com.cn電話: +86- 13953383796 | +86-533-7220272ウェブサイト:www.unionchem.com.cn