石油掘削用 HEC

ヒドロキシエチルセルロース (HEC) は、増粘、懸濁、分散、保水の優れた特性により、多くの産業分野で広く使用されています。特に油田では、HEC は掘削、完成、修復、破砕プロセスで主に塩水の増粘剤として、またその他多くの特定の用途で使用されています。

HEC油田の利用に対する特性

(1)耐塩性：

HEC は電解質に対する優れた耐塩性を備えています。 HEC は非イオン性材料であるため、水媒体中でイオン化されず、系内に高濃度の塩が存在しても粘度の変化を引き起こす沈殿残留物が生成されません。

HEC は多くの高濃度の一価および二価の電解質溶液を増粘させますが、CMC などのアニオン性ファイバーリンカーは一部の金属イオンの塩析を生成します。油田用途では、HEC は水の硬度や塩分濃度の影響をまったく受けず、高濃度の亜鉛イオンやカルシウムイオンを含む重液を濃くすることもできます。硫酸アルミニウムのみがそれを沈殿させることができます。淡水および飽和NaCl、CaCl2およびZnBr2CaBr2重電解質におけるHECの増粘効果。

この耐塩性により、HEC はこの井戸と沖合の油田開発の両方で重要な役割を果たす機会が得られます。

(2) 粘度とせん断速度:

水溶性 HEC は熱水と冷水の両方に溶解し、粘度を生み出し、偽のプラスチックを形成します。その水溶液は界面活性があり、泡を形成する傾向があります。一般油田で使用される中高粘度HECの溶液は非ニュートン性であり、高度の擬塑性を示し、粘度はせん断速度の影響を受けます。低せん断速度では、HEC 分子がランダムに配置され、高粘度の鎖が絡み合い、粘度が向上します。高せん断速度では、分子が流れの方向に配向し、流れに対する抵抗が減少し、せん断速度の増加とともに粘度が低下します。

ユニオン カーバイド (UCC) は、数多くの実験を行った結果、掘削液のレオロジー挙動は非線形であり、べき乗則で表現できると結論付けました。

せん断応力 = K (せん断速度)n

ここで、n は低せん断速度 (1s-1) における溶液の有効粘度です。

N はせん断希釈に反比例します。 。

泥土工学では、k と n は、ダウンホール条件下での有効流体粘度を計算するときに役立ちます。同社は、HEC(4400cps)を掘削泥水成分として使用した場合のkとnの値のセットを開発しました(表2)。この表は、淡水および海水中の HEC 溶液のすべての濃度 (0.92kg/1 nacL) に適用されます。この表から、中せん断速度 (100 ～ 200rpm) および低せん断速度 (15 ～ 30rpm) に対応する値を見つけることができます。

油田における HEC の応用

(1) 掘削液

HEC を添加した掘削液は、一般に硬岩掘削や、循環水損失の制御、過剰な水損失、異常な圧力、不均一な頁岩形成などの特殊な状況で使用されます。穴あけ加工や大穴加工でも使用実績が良好です。

HEC は、その増粘性、懸濁性、潤滑性の特性により、泥の掘削に使用して鉄や掘削材を冷却し、切削害虫を表面に浮き上がらせ、泥の岩石支持能力を向上させることができます。勝利油田でボーリング孔の散布および流体の輸送として使用され、顕著な効果を発揮し、実用化されています。ダウンホール内で非常に高いせん断速度に遭遇すると、HEC の独特のレオロジー挙動により、掘削液の粘度が局所的に水の粘度に近くなることがあります。一方で、穴あけ速度が向上し、ビットが熱くなりにくくなり、ビットの寿命が長くなります。一方、開けられた穴はきれいで、浸透性が高いです。特に硬い岩石構造では、この効果は非常に明白であり、多くの材料を節約できます。 。

一般に、掘削液を一定の速度で循環させるために必要な動力は、掘削液の粘度に大きく依存すると考えられており、HEC 掘削液を使用すると流体摩擦が大幅に低減され、ポンプ圧力の必要性が軽減されます。したがって、循環喪失に対する感受性も低下します。また、シャットダウン後のサイクル再開時の始動トルクも低減できます。

HEC の塩化カリウム溶液は、坑井の安定性を向上させるための掘削液として使用されました。不均一な地層が安定した状態に保たれるため、ケーシングの要件が緩和されます。掘削液は岩石の運搬能力をさらに向上させ、切削片の拡散を制限します。

HEC は電解液中でも密着性を向上させることができます。ナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩化物イオン、臭素イオンを含む塩水は、敏感な掘削液に含まれることがよくあります。この掘削液は HEC で増粘されており、塩分濃度と人間の腕の体重の範囲内でゲルの溶解性と良好な粘度上昇能力を維持できます。生産地帯への損傷を防ぎ、掘削率と石油生産量を増加させることができます。

HEC を使用すると、一般泥の流体損失性能も大幅に向上します。泥の安定性が大幅に向上します。 HEC を添加剤として非分散性食塩水ベントナイト スラリーに添加すると、ゲル強度を増加させることなく水分損失を減らし、粘度を高めることができます。同時に掘削泥水にHECを適用することで粘土の分散を除去し、井戸の崩壊を防ぐことができます。脱水効率により試錐孔壁上の泥頁岩の水和速度が遅くなり、HEC の長鎖による試錐孔壁岩石の被覆効果により岩石構造が強化され、水和や剥離による崩壊が起こりにくくなります。浸透性の高い地層では、炭酸カルシウム、選択された炭化水素樹脂、または水溶性塩粒子などの水分損失添加剤が効果的である可能性がありますが、極端な条件では、高濃度の水分損失修復溶液 (つまり、溶液の各バレル内) が必要になります。使用される可能性があります

HEC 1.3-3.2kg）生産ゾーンの奥深くまで水分が失われるのを防ぎます。

HEC は、井戸処理や高圧 (200 気圧) および温度測定用の掘削泥水中の非発酵性保護ゲルとしても使用できます。

HEC を使用する利点は、掘削と完成のプロセスで同じ泥を使用できること、他の分散剤、希釈剤、PH 調整剤への依存を軽減できること、液体の取り扱いと保管が非常に便利であることです。

(2.) 破砕流体:

破砕流体において、HEC は粘度を高めることができ、HEC 自体は油層に影響を与えず、破砕グルームをブロックせず、良好に破砕することができます。また、砂の懸濁力が強く、摩擦抵抗が小さいなど、水系クラッキング液と同様の特性を持っています。 HEC とカリウム、ナトリウム、鉛などの他のヨウ素化塩で増粘させた 0.1 ～ 2% の水とアルコールの混合物を高圧で油井に注入して破砕し、流れは 48 時間以内に回復しました。 HEC で作られた水ベースの破砕流体は、特に残留物を排出できない浸透性の低い地層では、液化後に実質的に残留物がありません。アルカリ条件下では、塩化マンガン、塩化銅、硝酸銅、硫酸銅、重クロム酸銅の溶液で錯体が形成され、破砕流体を運ぶプロパントに特に使用されます。 HEC を使用すると、ダウンホールの高温による粘度損失やオイルゾーンの破壊を回避でき、371℃を超える坑井でも良好な結果が得られます。ダウンホールの条件下では、HEC は腐ったり劣化したりしにくく、残留物が少なくなります。したがって、基本的には石油の経路を遮断して地下汚染を引き起こすことはありません。性能の点では、フィールドエリートなどの破砕に一般的に使用される接着剤よりもはるかに優れています。フィリップス石油は、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロースなどのセルロースエーテルの組成も比較し、HEC が最適なソリューションであると判断しました。

ベース流体 HEC 濃度 0.6% と硫酸銅架橋剤を含む破砕流体が中国の大慶油田で使用された後、破砕流体での HEC の使用は、他の自然接着剤と比較して、「(1)ベース液は調製後に腐りにくく、長期間保存できます。 (2) 残留物が少ない。そして後者は、HEC が海外の油井破砕に広く使用されるための鍵となります。

(3.) 完了と手直し:

HEC の低固形完成流体は、泥粒子が貯留層に近づくときに貯留層空間をブロックするのを防ぎます。また、水損失特性により、大量の水が泥から貯水池に流入するのが防止され、貯水池の生産能力が確保されます。

HEC は泥の抵抗を軽減し、ポンプ圧力を下げて電力消費を削減します。また、優れた塩溶解性により、油井を酸性化しても沈殿が生じません。

完成および介入作業では、HEC の粘度を利用して砂利を移送します。作動流体のバレルあたり 0.5 ～ 1 kg の HEC を追加すると、ボーリング孔から砂利や砂利を運ぶことができ、その結果、ダウンホールの半径方向および縦方向の砂利の分布が向上します。その後のポリマーの除去により、ワークオーバーおよび完成液を除去するプロセスが大幅に簡素化されます。まれに、ダウンホールの状態によっては、掘削や作業中に泥が坑口に戻り、循環液が失われるのを防ぐための修正措置が必要になります。この場合、高濃度の HEC 溶液を使用して、水ダウンホール 1 バレルあたり 1.3 ～ 3.2 kg の HEC を迅速に注入できます。さらに、極端な場合には、ディーゼルの各バレルに約 23kg の HEC を入れてシャフトにポンプで送り込み、穴内の岩水と混合しながらゆっくりと水和させることもできます。

バレルあたり 0.68 kg HEC の濃度の 500 ミリダルシー溶液で飽和した砂中子の透過性は、塩酸で酸性化することによって 90% 以上に回復することができます。さらに、ろ過されていない固体成人海水 136ppm から作られた炭酸カルシウムを含む HEC 完成液は、酸によってフィルターエレメントの表面からフィルターケーキを除去した後、元の浸透率の 98% を回復しました。