HEC per l'estrazione petrolifera

L'idrossietilcellulosa (HEC) è ampiamente utilizzata in molti settori industriali per le sue eccellenti proprietà di addensante, sospensione, dispersione e ritenzione idrica. Soprattutto nel settore petrolifero, l'HEC è stato utilizzato nei processi di perforazione, completamento, lavorazione e fratturazione, principalmente come addensante nella salamoia e in molte altre applicazioni specifiche.

HECproprietà allo sfruttamento dei giacimenti petroliferi

(1) Tolleranza al sale:

HEC ha un'eccellente tolleranza al sale per gli elettroliti. Poiché l'HEC è un materiale non ionico, non verrà ionizzato nell'acqua e non produrrà residui di precipitazione a causa della presenza di un'elevata concentrazione di sali nel sistema, con conseguente variazione della sua viscosità.

L'HEC addensa molte soluzioni elettrolitiche monovalenti e bivalenti ad alta concentrazione, mentre i linker di fibre anioniche come CMC producono la salatura di alcuni ioni metallici. Nelle applicazioni petrolifere, l'HEC non è assolutamente influenzato dalla durezza dell'acqua e dalla concentrazione di sale e può persino addensare fluidi pesanti contenenti alte concentrazioni di ioni zinco e calcio. Solo il solfato di alluminio può farlo precipitare. Effetto addensante dell'HEC in acqua dolce ed elettrolita pesante saturo di NaCl, CaCl2 e ZnBr2CaBr2.

Questa tolleranza al sale offre a HEC l’opportunità di svolgere un ruolo importante sia nello sviluppo di questo pozzo che in quello offshore.

(2) Viscosità e velocità di taglio:

L'HEC solubile in acqua si dissolve sia in acqua calda che fredda, producendo viscosità e formando finte plastiche. La sua soluzione acquosa è tensioattiva e tende a formare schiume. La soluzione di HEC a media e alta viscosità utilizzata nei giacimenti petroliferi generali non è newtoniana, mostra un alto grado di pseudoplasticità e la viscosità è influenzata dalla velocità di taglio. A bassa velocità di taglio, le molecole HEC sono disposte in modo casuale, risultando in grovigli di catena con elevata viscosità, che migliora la viscosità: a velocità di taglio elevata, le molecole si orientano con la direzione del flusso, riducendo la resistenza al flusso e la viscosità diminuisce con l'aumento della velocità di taglio.

Attraverso un gran numero di esperimenti, la Union Carbide (UCC) ha concluso che il comportamento reologico del fluido di perforazione non è lineare e può essere espresso dalla legge di potenza:

Sollecitazione di taglio = K (velocità di taglio)n

Dove n è la viscosità effettiva della soluzione a un basso tasso di taglio (1s-1).

N è inversamente proporzionale alla diluizione del taglio. .

Nell'ingegneria dei fanghi, k e n sono utili per calcolare la viscosità effettiva del fluido in condizioni di fondo pozzo. L'azienda ha sviluppato una serie di valori per k e n quando HEC (4400 cps) è stato utilizzato come componente del fango di perforazione (tabella 2). Questa tabella si applica a tutte le concentrazioni di soluzioni HEC in acqua dolce e salata (0,92 kg/1 nacL). Da questa tabella si possono ricavare i valori corrispondenti alle velocità di taglio medie (100-200 giri/min) e basse (15-30 giri/min).

Applicazione di HEC nel campo petrolifero

(1) Fluido di perforazione

I fluidi di perforazione aggiunti con HEC sono comunemente utilizzati nella perforazione di rocce dure e in situazioni speciali come il controllo della perdita d'acqua circolante, un'eccessiva perdita d'acqua, una pressione anomala e formazioni di scisto irregolari. I risultati applicativi sono buoni anche nella foratura e nella realizzazione di fori di grandi dimensioni.

Grazie alle sue proprietà di addensamento, sospensione e lubrificazione, l'HEC può essere utilizzato nel fango di perforazione per raffreddare il ferro e i detriti di perforazione e portare in superficie i parassiti taglienti, migliorando la capacità di trasporto delle rocce del fango. È stato utilizzato nel giacimento petrolifero di Shengli come diffusione del pozzo e trasporto di fluidi con effetti notevoli ed è stato messo in pratica. Nel pozzo, quando si incontra una velocità di taglio molto elevata, a causa del comportamento reologico unico dell'HEC, la viscosità del fluido di perforazione può essere localmente vicina alla viscosità dell'acqua. Da un lato, la velocità di perforazione è migliorata, la punta non è facile da riscaldare e la durata della punta è prolungata. D'altra parte, i fori praticati sono puliti e hanno un'elevata permeabilità. Soprattutto nella struttura della roccia dura, questo effetto è molto evidente e può far risparmiare molti materiali. .

Si ritiene generalmente che la potenza richiesta per la circolazione del fluido di perforazione a una determinata velocità dipenda in gran parte dalla viscosità del fluido di perforazione e che l'uso del fluido di perforazione HEC possa ridurre significativamente l'attrito idrodinamico, riducendo così la necessità di pressione della pompa. In questo modo si riduce anche la sensibilità alla perdita di circolazione. Inoltre la coppia di spunto può essere ridotta alla ripresa del ciclo dopo lo spegnimento.

La soluzione di cloruro di potassio di HEC è stata utilizzata come fluido di perforazione per migliorare la stabilità del pozzo. La formazione irregolare viene mantenuta in uno stato stabile per facilitare i requisiti dell'involucro. Il fluido di perforazione migliora ulteriormente la capacità di carico della roccia e limita la diffusione dei detriti.

L'HEC può migliorare l'adesione anche nella soluzione elettrolitica. Nel delicato fluido di perforazione si incontra spesso acqua salata contenente ioni sodio, ioni calcio, ioni cloruro e ioni bromo. Questo fluido di perforazione è addensato con HEC, che può mantenere la solubilità del gel e la buona capacità di sollevamento della viscosità entro l'intervallo di concentrazione del sale e di ponderazione delle braccia umane. Può prevenire danni alla zona di produzione e aumentare il tasso di perforazione e la produzione di petrolio.

L'uso dell'HEC può anche migliorare notevolmente le prestazioni di perdita di liquidi del fango generale. Migliorare notevolmente la stabilità del fango. L'HEC può essere aggiunto come additivo a un impasto salino di bentonite non disperdibile per ridurre la perdita di acqua e aumentare la viscosità senza aumentare la forza del gel. Allo stesso tempo, l’applicazione dell’HEC al fango di perforazione può rimuovere la dispersione di argilla e prevenire il collasso del pozzo. L'efficienza di disidratazione rallenta il tasso di idratazione dello scisto fangoso sulla parete del pozzo e l'effetto di copertura della lunga catena di HEC sulla roccia della parete del pozzo rafforza la struttura della roccia e rende difficile l'idratazione e la scheggiatura, con conseguente collasso. Nelle formazioni ad alta permeabilità, gli additivi per la perdita d'acqua come carbonato di calcio, resine idrocarburiche selezionate o granuli di sale idrosolubili possono essere efficaci, ma in condizioni estreme, un'alta concentrazione di soluzione di bonifica della perdita d'acqua (cioè in ciascun barile di soluzione) può essere utilizzato

HEC 1,3-3,2 kg) per prevenire la perdita di acqua in profondità nella zona di produzione.

L'HEC può essere utilizzato anche come gel protettivo non fermentabile nel fango di perforazione per il trattamento dei pozzi e per la misurazione dell'alta pressione (200 pressione atmosferica) e della temperatura.

Il vantaggio dell'utilizzo dell'HEC è che i processi di perforazione e completamento possono utilizzare lo stesso fango, ridurre la dipendenza da altri disperdenti, diluenti e regolatori del PH, la gestione e lo stoccaggio dei liquidi sono molto convenienti.

(2.) Fluido di fratturazione:

Nel fluido di frattura, l'HEC può aumentare la viscosità e l'HEC stesso non ha alcun effetto sullo strato di olio, non bloccherà la gluma della frattura e può fratturarsi bene. Ha anche le stesse caratteristiche del fluido di cracking a base d'acqua, come una forte capacità di sospensione della sabbia e una piccola resistenza all'attrito. La miscela acqua-alcol allo 0,1-2%, addensata con HEC e altri sali iodati come potassio, sodio e piombo, è stata iniettata nel pozzo petrolifero ad alta pressione per la fratturazione e il flusso è stato ripristinato entro 48 ore. I fluidi di fratturazione a base acqua realizzati con HEC non hanno praticamente alcun residuo dopo la liquefazione, soprattutto nelle formazioni con bassa permeabilità che non possono essere drenate dai residui. In condizioni alcaline, il complesso è formato con soluzioni di cloruro di manganese, cloruro di rame, nitrato di rame, solfato di rame e dicromato ed è utilizzato specialmente per materiali di supporto che trasportano fluidi di fratturazione. L'uso di HEC può evitare la perdita di viscosità dovuta alle elevate temperature del fondo pozzo, fratturando la zona petrolifera, e ottenere comunque buoni risultati in pozzi superiori a 371 C. In condizioni di fondo pozzo, l'HEC non è facile da marcire e deteriorarsi e il residuo è basso, quindi sostanzialmente non bloccherà il percorso del petrolio, con conseguente inquinamento sotterraneo. In termini di prestazioni, è molto migliore della colla comunemente usata nella fratturazione, come l'élite sul campo. Phillips Petroleum ha anche confrontato la composizione degli eteri di cellulosa come carbossimetilcellulosa, carbossimetilidrossietilcellulosa, idrossietilcellulosa, idrossipropilcellulosa e metilcellulosa e ha deciso che l'HEC era la soluzione migliore.

Dopo che il fluido di fratturazione con una concentrazione di HEC del fluido base dello 0,6% e un agente reticolante a base di solfato di rame è stato utilizzato nel giacimento petrolifero di Daqing in Cina, si è concluso che rispetto ad altre adesioni naturali, l'uso di HEC nel fluido di fratturazione presenta i vantaggi di "(1) il il fluido base non è facile da marcire dopo essere stato preparato e può essere posizionato per un tempo più lungo; (2) il residuo è basso. E quest’ultima è la chiave affinché l’HEC venga ampiamente utilizzato nella fratturazione dei pozzi petroliferi all’estero.

(3.) Completamento e workover:

Il fluido di completamento a basso contenuto di solidi di HEC impedisce alle particelle di fango di bloccare lo spazio del serbatoio mentre si avvicina al serbatoio. Le proprietà di perdita d'acqua impediscono inoltre che grandi quantità di acqua entrino nel serbatoio dal fango per garantire la capacità produttiva del serbatoio.

L'HEC riduce la resistenza del fango, abbassando la pressione della pompa e riducendo il consumo energetico. La sua eccellente solubilità del sale garantisce inoltre che non vi siano precipitazioni durante l'acidificazione dei pozzi petroliferi.

Nelle operazioni di completamento e intervento, la viscosità di HEC viene utilizzata per trasferire la ghiaia. L'aggiunta di 0,5-1 kg di HEC per barile di fluido di lavoro può trasportare ghiaia e ghiaia dal pozzo, con conseguente migliore distribuzione radiale e longitudinale della ghiaia nel pozzo. La successiva rimozione del polimero semplifica notevolmente il processo di rimozione del fluido di lavorazione e completamento. In rare occasioni, le condizioni del fondo pozzo richiedono un'azione correttiva per impedire il ritorno del fango alla testa pozzo durante la perforazione e il workover e la perdita di fluido circolante. In questo caso, è possibile utilizzare una soluzione di HEC ad alta concentrazione per iniettare rapidamente 1,3-3,2 kg di HEC per barile d’acqua nel pozzo. Inoltre, in casi estremi, circa 23 kg di HEC possono essere immessi in ciascun barile di diesel e pompati nel pozzo, idratandolo lentamente mentre si mescola con l’acqua di roccia nel foro.

La permeabilità delle carote di sabbia saturate con una soluzione di 500 millidarcy ad una concentrazione di 0,68 kg HEC per barile può essere ripristinata a oltre il 90% mediante acidificazione con acido cloridrico. Inoltre, il fluido di completamento HEC contenente carbonato di calcio, che è stato prodotto da 136 ppm di acqua di mare adulta solida non filtrata, ha recuperato il 98% del tasso di infiltrazione originale dopo che il pannello del filtro è stato rimosso dalla superficie dell'elemento filtrante mediante acido.