HEC pour le forage pétrolier

L'hydroxyéthylcellulose (HEC) est largement utilisée dans de nombreux secteurs industriels pour ses excellentes propriétés d'épaississement, de suspension, de dispersion et de rétention d'eau. En particulier dans le domaine pétrolier, le HEC a été utilisé dans les processus de forage, de complétion, de reconditionnement et de fracturation, principalement comme épaississant dans la saumure, et dans de nombreuses autres applications spécifiques.

HECpropriétés à l'utilisation des champs de pétrole

(1) Tolérance au sel :

HEC a une excellente tolérance au sel pour les électrolytes. Comme HEC est un matériau non ionique, il ne sera pas ionisé dans le milieu aqueux et ne produira pas de résidus de précipitation en raison de la présence d'une forte concentration de sels dans le système, entraînant une modification de sa viscosité.

HEC épaissit de nombreuses solutions d'électrolytes monovalents et bivalents à haute concentration, tandis que les agents de liaison de fibres anioniques tels que la CMC produisent un relargage de certains ions métalliques. Dans les applications pétrolières, l'HEC n'est absolument pas affecté par la dureté de l'eau et la concentration en sel et peut même épaissir les fluides lourds contenant de fortes concentrations d'ions zinc et calcium. Seul le sulfate d'aluminium peut le précipiter. Effet épaississant des HEC dans l’eau douce et les électrolytes lourds saturés de NaCl, CaCl2 et ZnBr2CaBr2.

Cette tolérance au sel donne à HEC l'opportunité de jouer un rôle important dans le développement de ce puits et de ce champ offshore.

(2) Viscosité et taux de cisaillement :

L'HEC soluble dans l'eau se dissout dans l'eau chaude et froide, produisant de la viscosité et formant de faux plastiques. Sa solution aqueuse est tensioactive et a tendance à former des mousses. La solution de HEC de viscosité moyenne et élevée utilisée dans les champs pétrolifères en général est non newtonienne, présentant un degré élevé de pseudoplastique, et la viscosité est affectée par le taux de cisaillement. À faible taux de cisaillement, les molécules HEC sont disposées de manière aléatoire, ce qui entraîne des enchevêtrements de chaînes à haute viscosité, ce qui améliore la viscosité : à un taux de cisaillement élevé, les molécules s'orientent dans la direction de l'écoulement, réduisant ainsi la résistance à l'écoulement, et la viscosité diminue avec l'augmentation du taux de cisaillement.

Grâce à un grand nombre d'expériences, Union Carbide (UCC) a conclu que le comportement rhéologique du fluide de forage est non linéaire et peut être exprimé par une loi de puissance :

Contrainte de cisaillement = K (taux de cisaillement)n

Où n est la viscosité efficace de la solution à un faible taux de cisaillement (1s-1).

N est inversement proportionnel à la dilution par cisaillement. .

En ingénierie des boues, k et n sont utiles pour calculer la viscosité effective du fluide dans des conditions de fond de trou. La société a développé un ensemble de valeurs pour k et n lorsque HEC (4 400 cps) était utilisé comme composant de boue de forage (tableau 2). Ce tableau s'applique à toutes les concentrations de solutions HEC dans l'eau douce et salée (0,92 kg/1 nacL). A partir de ce tableau, on retrouve les valeurs correspondant aux taux de cisaillement moyens (100-200 tr/min) et faibles (15-30 tr/min).

Application de HEC dans les champs pétrolifères

(1) Fluide de forage

Les fluides de forage ajoutés HEC sont couramment utilisés dans le forage de roches dures et dans des situations spéciales telles que le contrôle des pertes d'eau en circulation, les pertes d'eau excessives, les pressions anormales et les formations de schiste inégales. Les résultats d'application sont également bons dans le forage et le forage de grands trous.

En raison de ses propriétés d'épaississement, de suspension et de lubrification, le HEC peut être utilisé dans la boue de forage pour refroidir le fer et les déblais de forage, et amener les insectes nuisibles à la surface, améliorant ainsi la capacité de transport de roches de la boue. Il a été utilisé dans le champ pétrolifère de Shengli comme forage pour répandre et transporter du fluide avec un effet remarquable et a été mis en pratique. En fond de trou, lorsque l'on rencontre un taux de cisaillement très élevé, en raison du comportement rhéologique unique du HEC, la viscosité du fluide de forage peut être localement proche de la viscosité de l'eau. D'une part, la vitesse de perçage est améliorée, le foret n'est pas facile à chauffer et la durée de vie du foret est prolongée. En revanche, les trous forés sont propres et présentent une grande perméabilité. Surtout dans les structures en roche dure, cet effet est très évident et peut économiser beaucoup de matériaux. .

On pense généralement que la puissance requise pour la circulation du fluide de forage à un débit donné dépend largement de la viscosité du fluide de forage, et l'utilisation de fluide de forage HEC peut réduire considérablement la friction hydrodynamique, réduisant ainsi le besoin de pression de pompe. Ainsi, la sensibilité à la perte de circulation est également réduite. De plus, le couple de démarrage peut être réduit lors de la reprise du cycle après l'arrêt.

La solution de chlorure de potassium de HEC a été utilisée comme fluide de forage pour améliorer la stabilité du puits de forage. La formation inégale est maintenue dans un état stable pour alléger les exigences du tubage. Le fluide de forage améliore encore la capacité de transport des roches et limite la diffusion des déblais.

HEC peut améliorer l’adhérence même dans une solution électrolytique. De l'eau saline contenant des ions sodium, des ions calcium, des ions chlorure et des ions brome est souvent rencontrée dans le fluide de forage sensible. Ce fluide de forage est épaissi avec HEC, ce qui permet de conserver la solubilité du gel et une bonne capacité d'élévation de la viscosité dans la plage de concentration en sel et de poids des bras humains. Cela peut éviter d’endommager la zone de production et augmenter le taux de forage et la production pétrolière.

L'utilisation de HEC peut également améliorer considérablement les performances de perte de fluide de la boue générale. Améliore considérablement la stabilité de la boue. HEC peut être ajouté comme additif à une suspension de bentonite saline non dispersable pour réduire la perte d'eau et augmenter la viscosité sans augmenter la force du gel. Dans le même temps, l’application de HEC sur la boue de forage peut éliminer la dispersion de l’argile et empêcher l’effondrement du puits. L'efficacité de la déshydratation ralentit le taux d'hydratation des schistes vaseux sur la paroi du trou de forage, et l'effet couvrant de la longue chaîne de HEC sur la roche de la paroi du trou de forage renforce la structure rocheuse et rend difficile son hydratation et son effritement, entraînant un effondrement. Dans les formations à haute perméabilité, des additifs anti-perte d'eau tels que le carbonate de calcium, des résines d'hydrocarbures sélectionnées ou des grains de sel solubles dans l'eau peuvent être efficaces, mais dans des conditions extrêmes, une concentration élevée de solution anti-perte d'eau (c'est-à-dire dans chaque baril de solution) peut être utilisé

HEC 1,3-3,2 kg) pour éviter la perte d'eau en profondeur dans la zone de production.

HEC peut également être utilisé comme gel protecteur non fermentescible dans la boue de forage pour le traitement des puits et pour la mesure de haute pression (pression atmosphérique de 200) et de température.

L'avantage de l'utilisation de HEC est que les processus de forage et de complétion peuvent utiliser la même boue, réduire la dépendance à l'égard d'autres dispersants, diluants et régulateurs de pH, et que la manipulation et le stockage des liquides sont très pratiques.

(2.) Fluide de fracturation :

Dans le fluide de fracturation, HEC peut augmenter la viscosité, et HEC lui-même n'a aucun effet sur la couche d'huile, ne bloquera pas la glume de fracture, peut bien se fracturer. Il présente également les mêmes caractéristiques que le fluide de craquage à base d'eau, telles qu'une forte capacité de suspension du sable et une faible résistance au frottement. Le mélange eau-alcool à 0,1-2 %, épaissi par HEC et d'autres sels iodés tels que le potassium, le sodium et le plomb, a été injecté dans le puits de pétrole à haute pression pour la fracturation, et le débit a été rétabli dans les 48 heures. Les fluides de fracturation à base d'eau fabriqués avec HEC ne contiennent pratiquement aucun résidu après liquéfaction, en particulier dans les formations à faible perméabilité qui ne peuvent pas être évacuées des résidus. Dans des conditions alcalines, le complexe est formé avec des solutions de chlorure de manganèse, de chlorure de cuivre, de nitrate de cuivre, de sulfate de cuivre et de dichromate, et est spécialement utilisé pour le transport des fluides de fracturation par l'agent de soutènement. L'utilisation de HEC peut éviter la perte de viscosité due aux températures élevées de fond de trou, fracturant la zone pétrolière, tout en obtenant de bons résultats dans les puits à des températures supérieures à 371 °C. Dans des conditions de fond de trou, HEC n'est pas facile à pourrir et à se détériorer, et les résidus sont faibles. il ne bloquera donc pas le passage du pétrole, ce qui entraînerait une pollution souterraine. En termes de performances, elle est bien meilleure que la colle couramment utilisée en fracturation, telle que la Field Elite. Phillips Petroleum a également comparé la composition des éthers de cellulose tels que la carboxyméthylcellulose, la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, l'hydroxypropylcellulose et la méthylcellulose, et a décidé que HEC était la meilleure solution.

Après que le fluide de fracturation avec une concentration de fluide de base de 0,6 % HEC et un agent de réticulation au sulfate de cuivre ait été utilisé dans le champ pétrolifère de Daqing en Chine, il est conclu que par rapport à d'autres adhérences naturelles, l'utilisation de HEC dans le fluide de fracturation présente les avantages de « (1) le le fluide de base ne pourrit pas facilement après avoir été préparé et peut être placé plus longtemps ; (2) le résidu est faible. Et cette dernière est la clé pour que le HEC soit largement utilisé dans la fracturation des puits de pétrole à l’étranger.

(3.) Achèvement et reconditionnement :

Le fluide de complétion à faible teneur en solides de HEC empêche les particules de boue de bloquer l'espace du réservoir lorsqu'elles s'approchent du réservoir. Les propriétés de perte d'eau empêchent également de grandes quantités d'eau de pénétrer dans le réservoir à partir de la boue afin de garantir la capacité productive du réservoir.

HEC réduit la traînée de boue, ce qui abaisse la pression de la pompe et réduit la consommation d'énergie. Son excellente solubilité saline garantit également qu’il n’y a pas de précipitation lors de l’acidification des puits de pétrole.

Dans les opérations de complétion et d'intervention, la viscosité des HEC est utilisée pour transférer les graviers. L'ajout de 0,5 à 1 kg de HEC par baril de fluide de travail peut transporter du gravier et du gravier hors du trou de forage, ce qui entraîne une meilleure répartition radiale et longitudinale du gravier vers le fond. L'élimination ultérieure du polymère simplifie grandement le processus d'élimination du fluide de reconditionnement et de finition. En de rares occasions, les conditions du fond de puits nécessitent des mesures correctives pour empêcher la boue de retourner à la tête de puits pendant le forage et le reconditionnement et la perte de fluide en circulation. Dans ce cas, une solution HEC à haute concentration peut être utilisée pour injecter rapidement 1,3 à 3,2 kg de HEC par baril d’eau au fond du trou. De plus, dans des cas extrêmes, environ 23 kg de HEC peuvent être introduits dans chaque baril de diesel et pompés dans le puits, l'hydratant lentement à mesure qu'il se mélange à l'eau de roche dans le trou.

La perméabilité des carottes de sable saturées d'une solution de 500 millidarcy à une concentration de 0,68 kg HEC par baril peut être restaurée à plus de 90 % par acidification à l'acide chlorhydrique. De plus, le fluide de complétion HEC contenant du carbonate de calcium, fabriqué à partir de 136 ppm d'eau de mer adulte solide non filtrée, a récupéré 98 % du taux d'infiltration d'origine après que le gâteau de filtration ait été retiré de la surface de l'élément filtrant par un acide.