HEC在石油钻井中的应用

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1、二、HEC在油田中的应用羟乙基纤维素具有增稠、悬浮、分散、保失水等杰出性能,在众多的工业部门被广泛应用。 尤其在油田,HEC在钻井、完井、修井及压裂等工艺中表现十分出色,主要被用作盐水中的增稠 剂。此外还有许多特殊的应用。1. 钻井液加有HEC的钻井液通常用于硬岩钻井以及循环水漏失控制、过量失水、压力反常、高低不 平的页岩层等特殊情况钻井。在开钻和大井眼钻井工艺中,应用效果也很好。由于HEC具有增稠、悬浮、润滑等性质,用在钻井泥浆中,它能冷却铁屑及钻屑,将切割 物带至地表,提高了泥浆的携岩能力。胜利油田曾用它作为井洞扩携沙液,效果显著,并投入实 用。在井下,当遇到非常高的剪切率时,由于HEC具

2、有奇特的流变行为,使钻液粘度在局部可 接近至水的粘度,一方面提高了钻速,且使钻头不易发热,延长钻头使用寿命;另一方面,所钻 井洞清洁,具有较高的渗透率。尤其是在硬岩层结构中使用,这种效果十分明显,可节约大量的 材料。一般认为,在特定速率下的钻液循环,其所需动力在很大程度上取决于钻液流体的粘度,而 采用HEC的钻液能够明显降低水动力摩擦,从而降低对泵压的需求。这样,也就使发生井漏的 敏感度亦随之下降。此外,在停机之后恢复循环时,还可减少起动转矩。HEC的氯化钾溶液配成的钻井液能提高井眼的稳定性。使不平的岩层处于一个稳定状态, 以放宽对套管的要求。这种钻井液还进一步改善了携岩能力,限制钻屑的扩散。

3、即使在电解质溶液中HEC仍能提粘。在敏感层的钻井液中常会碰到一些含钠离子、钙离子 及氯离子、漠离子的盐水,这种钻液用HEC进行增稠,可使其在全部的盐浓度及加重范围内, 保持无凝胶溶解性及良好的提粘能力。可以防止对生产层的损伤,提高钻速和产油量。使用HEC后还可大大改善泥浆的滤失性能。大幅度提高泥浆的稳定性。HEC可作为一种添 加剂,加到非分散的盐水膨润土泥浆中,可以降低失水,且在不提高凝胶强度的情况下,提高粘 度。同时,应用HEC于钻井泥浆可以抑制井内粘土的分散,防止井塌。降失水效能使井壁上泥 页岩的水化速度减缓,加上HEC的长链在井壁岩石上的覆盖作用,使岩石结构加强,使其不易 水化剥落以致坍

4、塌。在高渗透率的岩层,用失水添加剂象碳酸钙、筛选的碳氢化物树脂或水溶性 盐粒均有良效,但在极端状态时,可以用高浓度的失水补救液(即每桶溶液中含HEC 1.3-3.2kg), 以防止失水深入采油层。HEC在钻井泥浆中还可以作为不会发酵的保护胶,进行油井处理,并且进行在高压(200大 气压)和温度方面的测定工作。使用HEC的优点,还在于可以使钻井与完井工艺用相同的泥浆,减少对其他分散剂、稀释 剂及PH调节剂的依赖,液体处理及储运等均十分方便。2. 压裂液在压裂液中,HEC能提粘,而且HEC本身对油层无影响,不会堵塞裂缝,可压裂油井。它 同时具有水基压裂液的一般特性,如悬沙能力强、摩阻小等。由HEC

5、等增稠的钾、钠、铅等的 高碘盐的0.1-2%水T醇混合液,用高压注入油井,进行压裂,于48小时内恢复了流动性。用HEC 制成的水基压裂液,液化之后基本无残渣,尤其适用于渗透率低,无法反排残渣的地层。在碱性 条件下,与氯化锰、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜以及重铬酸盐等溶液形成络合物专用于携带支撑剂 的压裂液。使用HEC可以避免因井下高温而造成的粘度损失,破裂石油层,在高于371 C的 井下仍然收到较好的效果。HEC在井下条件不易腐败变质,残渣低,基本不会堵塞油路,造成 井下污染,从性能上讲,要比压裂中常用的植物胶如田菁等好得多。Phillips石油公司亦对比研 究了羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羟

6、乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素等纤维素 醚类压裂液成份,认为还是以HEC为最佳。我国大庆油田用基液HEC浓度为0.6%、交链剂为硫酸铜的压裂液后,总结道,在压裂液 中使用HEC同其他天然植物胶相比,具有基液配制好后,不容易腐败变质,可放置时间长些, 残渣低等优势,而后者正是HEC在国外广泛被应用于油井压裂的关键所在。3. 完井和修井:HEC配成的低固相完井液,在接近油层时,可避免泥土颗粒堵塞油层空隙。降失水性质还 会防止大量水份从泥浆进入油层,以保证油层的生产能力。HEC降低了泥浆的摩阻,从而可降低泵压,减少动力消耗。其优异的溶盐性能也保证了在 对油井酸化处理时,不析出沉淀。在完井和修井

7、作业中,主要是利用HEC的粘性来转移砂砾。在每桶工作液里加0.5-1kg的 HEC,可以携带起井眼里的岩沙和碎石,使得井下的径向和纵向沙砾颁状态较好。接下来破除 去聚合物也很方便,极大地简化了清除修井液和完井液的过程,只是偶尔井下条件特殊,有必要 采取矫正措施,防止在钻井和修井时泥浆不返出井口,使循环液漏失。这种情况下,可以试用以 高浓度HEC配成的失水补救液,即在每桶水中迅速加入1.3-3.2kg的HEC注入井下。此外,在 极端情况下,可在每桶柴油中放约23公斤左右的HEC,泵入井下,使之在洞内与岩层水混合 时慢慢水合。在渗透率为500毫达西,用浓度为每桶约0.68kgHEC的溶液饱和过的砂

8、芯里,用盐酸酸化, 其渗透率可恢复到原来的百分之九十以上。另外用含136ppm固相成份的未经滤过的海水制成 的、含有碳酸钙的HEC完井液,其滤饼用酸从滤芯表面去除之后,原回渗率的98%得以恢复。辽河油田采用HEC做的无固相修井液,在防砂修井、酸化、试井、蒸气吞吐、压井诸方面 均收到显著效果。他们认为这种修井液具有清洁,不会与油层接触引起粘土膨胀迁移,对岩芯的 渗透率伤害很小(10%)等特点,可用于重质油井和漏失严重的井,还可回收使用。在固井注水泥工艺中,HEC具有双重功能:一是可以通过降低水力磨擦,降低泵压,提高 速率;而更为重要的是HEC具有优异的保失水功效,可以有效地阻止水份流向岩层,致使

9、固井 不死,同时亦保护了水泥的机械性能。我国的大庆油田、胜利油田使用HEC顺利完成4000-5000 米以上深井固井作业。在固井工艺中一般使用低粘的HEC。HEC能很好地同杀虫剂、除氧剂、泥浆失水控制剂及消泡剂等常用的油田化学品添加剂稳 定共存。4. 使用方法a、配制:HEC有个显著的特点,就是当它加入微酸性的水中去时,具有延时粘度产生效应。从开始 到增稠所需要的这一段时间有助于HEC颗粒分散均匀、透彻而不再结块,以获得无凝胶溶液。 当HEC分散完全之后,可采用不断搅拌溶液的方式,等待粘度产生;也可将PH调高至9-10的 碱性点,15分钟内即可增稠;或者,也可以加热溶液、提高温度、促进HEC的

10、溶解。在油井作业现场,HEC溶液是在中性到微酸性PH条件下,通过泥浆斗(喷射型漏斗)在 混合桶中分批制得的,并保持HEC处于良好的分散状态。现场使用时,只要加入烧碱即可立即 产生粘度。使用泥浆枪作业时,应注意把喷头插到液面下,这样做的目的是为了避免产生泡沫。很多情况下,需要补充HEC以增加原有溶液的粘度。这时应边加料边缓缓搅拌,最好能在补 加HEC之前,先把HEC粉用柴油等有机溶剂或中性至微酸性的水润湿一下,这样做效果会更 好。一般的通用钻井液可照以下步骤配制:1洗净配制容器(桶、罐等)。2按设定的浓度要求,在适量的中性或微酸性水中,将 HEC缓缓加入,速度切勿快于 100kgHEC/15 分

11、钟。3用氢氧化钠把PH提到9。但如所含电解质为氯化钙、漠化钙等,则不宜用此法。在配制成的溶液中,再增加HEC的量可提高粘度。反之,加水也可以降低粘度。失水补救液的配制:先在桶中放好适量的水,然后迅速将1.3-3.2公斤/桶的HEC投入桶中, 并在尽可能短的时间里从液面泵取溶液,勿使粘度产生。b、防酶:由于HEC是从纤维素制得的,不可避免地,它易受酶解,并可能失去粘度。这个性质有利 于在完井和修井工艺中,HEC同破乳剂的配合使用,但在配制钻井液时,必须引起重视,要用 生物杀伤剂处理一下,避免细菌酶种产生。如果一旦细菌分散作用已经发生,那么纵然再采取补 救措施杀死细菌后,在一段时间内细菌分散所形成

12、的酶仍会使HEC降解,从而仍可能造成粘度 损失,所以一定要防患于未然。另一个须注意的是,绝对不要用表面溢流水来配制钻井液,这类 水体中很可能含酶,在极短的时间里完全破坏HEC溶液。c、灭泡剂:在钻井等过程中,工作液易产生泡沫,必须予以除去或尽可能避免发生。聚二醇类物质、SAG 硅氧烷等均不失为HEC溶液的有效灭泡良剂,但其用量须视现场情况摸索试验。总之,在油田上,使用HEC时,须注意五个要点:在加料时,保持搅拌。并在全部粘度产生之前不断循环搅拌。水的性质影响到溶解时间。当PH或温度两者之一有提高,则完全水化时间缩短。在HEC 未被完全分散之前,不要急于升高水的PH。通过泥浆斗慢慢加料(100kgHEC/15分钟)。加进有效防腐剂、杀菌剂以防发生酶解。为防止HEC吸收水分,须将已被拆包但尚未一次用完的HEC密闭

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