HEC za vrtanje nafte

Hidroksietilceluloza (HEC) se pogosto uporablja v številnih industrijskih sektorjih zaradi svojih odličnih lastnosti zgoščevanja, suspenzije, disperzije in zadrževanja vode. Zlasti na naftnem polju se je HEC uporabljal pri postopkih vrtanja, dokončanja, remonta in lomljenja, predvsem kot zgoščevalec v slanici, in v mnogih drugih posebnih aplikacijah.

HEClastnosti za uporabo naftnih polj

(1) Toleranca na sol:

HEC odlično prenaša sol za elektrolite. Ker je HEC neionski material, ne bo ioniziran v vodnem mediju in ne bo proizvedel ostankov padavin zaradi prisotnosti visoke koncentracije soli v sistemu, kar povzroči spremembo njegove viskoznosti.

HEC zgosti številne raztopine monovalentnih in dvovalentnih elektrolitov z visoko koncentracijo, medtem ko povezovalci anionskih vlaken, kot je CMC, povzročijo izsoljevanje nekaterih kovinskih ionov. Pri aplikacijah na naftnih poljih trdota vode in koncentracija soli popolnoma ne vplivata na HEC in lahko celo zgosti težke tekočine, ki vsebujejo visoke koncentracije cinkovih in kalcijevih ionov. Samo aluminijev sulfat ga lahko obori. Učinek zgoščevanja HEC v sladki vodi in nasičenem težkem elektrolitu NaCl, CaCl2 in ZnBr2CaBr2.

Ta toleranca na sol daje HEC-u priložnost, da igra pomembno vlogo tako pri razvoju te vrtine kot pri razvoju polja na morju.

(2) Viskoznost in strižna hitrost:

Vodotopni HEC se topi v vroči in hladni vodi, povzroča viskoznost in tvori lažno plastiko. Njegova vodna raztopina je površinsko aktivna in se nagiba k tvorbi pene. Raztopina HEC srednje in visoke viskoznosti, ki se uporablja na splošnem naftnem polju, je ne-newtonska, kaže visoko stopnjo psevdoplastičnosti, na viskoznost pa vpliva strižna hitrost. Pri nizki strižni hitrosti so molekule HEC naključno razporejene, kar ima za posledico verižne pentlje z visoko viskoznostjo, ki izboljša viskoznost: pri visoki strižni hitrosti postanejo molekule usmerjene v smer toka, kar zmanjša upor proti toku, viskoznost pa se zmanjša s povečanjem strižne hitrosti.

Z velikim številom poskusov je Union Carbide (UCC) ugotovil, da je reološko obnašanje vrtalne tekočine nelinearno in ga je mogoče izraziti s potenčnim zakonom:

Strižna napetost = K (strižna hitrost)n

Kjer je n efektivna viskoznost raztopine pri nizki strižni hitrosti (1s-1).

N je obratno sorazmeren s strižno razredčitvijo. .

V inženirstvu blata sta k in n uporabna pri izračunu efektivne viskoznosti tekočine v pogojih v vrtini. Podjetje je razvilo nabor vrednosti za k in n, ko je bil HEC (4400 cps) uporabljen kot komponenta vrtalnega blata (tabela 2). Ta tabela velja za vse koncentracije raztopin HEC v sladki in slani vodi (0,92 kg/1 nacL). Iz te tabele je mogoče najti vrednosti, ki ustrezajo srednjim (100-200 vrt/min) in nizkim (15-30 vrt/min) hitrostim striženja.

Uporaba HEC na naftnem polju

(1) Vrtalna tekočina

Vrtalne tekočine z dodatkom HEC se običajno uporabljajo pri vrtanju v trde kamnine in v posebnih situacijah, kot je nadzor izgube vode v obtoku, prekomerna izguba vode, nenormalni tlak in neenakomerne formacije skrilavca. Rezultati uporabe so dobri tudi pri vrtanju in vrtanju velikih lukenj.

Zaradi svojih lastnosti zgoščevanja, suspenzije in mazanja se HEC lahko uporablja v vrtalnem blatu za hlajenje železa in vrtalnih odpadkov ter na površje dvigne škodljivce rezanja, kar izboljša nosilnost kamnin v blatu. Uporabljali so ga na naftnem polju Shengli kot tekočino za širjenje in prenašanje vrtin z izjemnim učinkom in so ga uporabili v praksi. V vrtini, ko naletimo na zelo visoko strižno hitrost, je zaradi edinstvenega reološkega obnašanja HEC lahko viskoznost vrtalne tekočine lokalno blizu viskoznosti vode. Po eni strani se izboljša hitrost vrtanja, svedra ni enostavno segreti, življenjska doba svedra pa se podaljša. Po drugi strani pa so izvrtane luknje čiste in imajo visoko prepustnost. Zlasti v strukturi trde kamnine je ta učinek zelo očiten, lahko prihrani veliko materialov. .

Na splošno velja, da je moč, potrebna za kroženje vrtalne tekočine pri dani hitrosti, v veliki meri odvisna od viskoznosti vrtalne tekočine, uporaba HEC vrtalne tekočine pa lahko znatno zmanjša hidrodinamično trenje in tako zmanjša potrebo po tlaku črpalke. Tako se zmanjša tudi občutljivost na izgubo cirkulacije. Poleg tega se lahko začetni navor zmanjša, ko se cikel nadaljuje po zaustavitvi.

HEC-ova raztopina kalijevega klorida je bila uporabljena kot vrtalna tekočina za izboljšanje stabilnosti vrtine. Neenakomerna tvorba se ohranja v stabilnem stanju, da se olajšajo zahteve glede ohišja. Vrtalna tekočina dodatno izboljša nosilnost kamnin in omejuje difuzijo odrezkov.

HEC lahko izboljša oprijem tudi v raztopini elektrolita. V občutljivi vrtalni tekočini pogosto naletimo na slano vodo, ki vsebuje natrijeve ione, kalcijeve ione, kloridne ione in bromove ione. Ta vrtalna tekočina je zgoščena s HEC, ki lahko ohranja topnost gela in dobro sposobnost dvigovanja viskoznosti v območju koncentracije soli in teže človeških rok. Lahko prepreči poškodbe proizvodne cone in poveča hitrost vrtanja in proizvodnjo nafte.

Uporaba HEC lahko tudi močno izboljša učinkovitost izgube tekočine pri splošnem blatu. Močno izboljša stabilnost blata. HEC se lahko doda kot dodatek nedisperzibilni slani bentonitni kaši za zmanjšanje izgube vode in povečanje viskoznosti brez povečanja trdnosti gela. Hkrati lahko nanašanje HEC na vrtalno blato odstrani disperzijo gline in prepreči zrušitev vrtine. Učinkovitost dehidracije upočasni stopnjo hidracije blatnega skrilavca na steni vrtine, pokrivni učinek dolge verige HEC na kamnino stene vrtine pa okrepi strukturo kamnine in oteži hidracijo in lomljenje, kar povzroči propad. V formacijah z visoko prepustnostjo so lahko učinkoviti dodatki za zmanjšanje izgube vode, kot so kalcijev karbonat, izbrane ogljikovodikove smole ali zrnca soli, topna v vodi, toda v ekstremnih pogojih je visoka koncentracija raztopine za sanacijo izgube vode (tj. v vsakem sodu raztopine) se lahko uporablja

HEC 1,3-3,2 kg), da se prepreči izguba vode globoko v proizvodnem območju.

HEC se lahko uporablja tudi kot nefermentirajoči zaščitni gel v vrtalnem blatu za obdelavo vrtin ter za merjenje visokega tlaka (200 atmosferskega tlaka) in temperature.

Prednost uporabe HEC je, da lahko postopki vrtanja in zaključevanja uporabljajo isto blato, zmanjšajo odvisnost od drugih disperzij, razredčil in regulatorjev PH, ravnanje s tekočino in shranjevanje sta zelo priročna.

(2.) Tekočina za lomljenje:

V tekočini za lomljenje lahko HEC dvigne viskoznost, sam HEC pa ne vpliva na oljno plast, ne blokira lomne luske, lahko se dobro lomi. Ima tudi enake lastnosti kot kreking tekočina na vodni osnovi, kot sta močna sposobnost suspenzije peska in majhna odpornost proti trenju. Mešanica vode in alkohola z vsebnostjo 0,1–2 %, zgoščena s HEC in drugimi jodiranimi solmi, kot so kalij, natrij in svinec, je bila vbrizgana v oljno vrtino pri visokem tlaku za lomljenje in pretok je bil obnovljen v 48 urah. Tekočine za lomljenje na vodni osnovi, narejene s HEC, praktično nimajo ostankov po utekočinjanju, zlasti v formacijah z nizko prepustnostjo, iz katerih ni mogoče izsušiti ostankov. V alkalnih pogojih se kompleks tvori z raztopinami manganovega klorida, bakrovega klorida, bakrovega nitrata, bakrovega sulfata in dikromata ter se posebej uporablja za tekočine za lomljenje, ki prenašajo propante. Z uporabo HEC se je mogoče izogniti izgubi viskoznosti zaradi visokih temperatur v vrtini, lomljenju naftne cone in še vedno doseči dobre rezultate v vrtinah, višjih od 371 C. V pogojih v vrtini HEC ni enostavno gniti in se poslabšati, ostanek pa je nizek, tako da v bistvu ne bo blokiral poti nafte, kar bi povzročilo onesnaženje pod zemljo. Kar zadeva učinkovitost, je veliko boljše od običajno uporabljenega lepila pri lomljenju, kot je field elite. Phillips Petroleum je primerjal tudi sestavo celuloznih etrov, kot so karboksimetil celuloza, karboksimetil hidroksietil celuloza, hidroksietil celuloza, hidroksipropil celuloza in metil celuloza, in se odločil, da je HEC najboljša rešitev.

Potem ko je bila na naftnem polju Daqing na Kitajskem uporabljena tekočina za lomljenje z 0,6-odstotno koncentracijo osnovne tekočine HEC in sredstvom za zamreženje bakrovega sulfata, je bilo ugotovljeno, da ima uporaba HEC v tekočini za lomljenje v primerjavi z drugimi naravnimi adhezijami prednosti »(1) osnovna tekočina po pripravi ni lahko gnila in jo je mogoče namestiti dlje časa; (2) ostanek je nizek. In slednje je ključno za široko uporabo HEC pri lomljenju naftnih vrtin v tujini.

(3.) Dokončanje in obnova:

HEC-ova zaključna tekočina z nizko vsebnostjo trdnih snovi preprečuje, da bi delci blata blokirali prostor rezervoarja, ko se približajo rezervoarju. Lastnosti izgube vode tudi preprečujejo, da bi velike količine vode vstopile v rezervoar iz blata, da se zagotovi proizvodna zmogljivost rezervoarja.

HEC zmanjša upor blata, kar zniža tlak črpalke in zmanjša porabo energije. Njegova odlična topnost v soli prav tako zagotavlja, da pri zakisljevanju naftnih vrtin ni padavin.

Pri zaključevanju in posegih se viskoznost HEC uporablja za prenos gramoza. Dodajanje 0,5-1 kg HEC na sod delovne tekočine lahko prenese gramoz in gramoz iz vrtine, kar ima za posledico boljšo radialno in vzdolžno porazdelitev gramoza v vrtini. Kasnejša odstranitev polimera močno poenostavi postopek odstranjevanja tekočine za obnovo in dokončanje. V redkih primerih pogoji v vrtini zahtevajo korektivne ukrepe za preprečitev vračanja blata v ust vrtine med vrtanjem in remontom ter izgubo tekočine v obtoku. V tem primeru se lahko uporabi visokokoncentrirana raztopina HEC za hitro vbrizgavanje 1,3-3,2 kg HEC na sod vode v vrtino. Poleg tega lahko v skrajnih primerih približno 23 kg HEC damo v vsak sod dizelskega goriva in ga načrpamo po jašku, pri čemer ga počasi hidriramo, ko se meša s kameno vodo v luknji.

Prepustnost peščenih jeder, nasičenih z raztopino 500 millidarcyjev pri koncentraciji 0,68 kg HEC na sod, je mogoče obnoviti na več kot 90 % z nakisanjem s klorovodikovo kislino. Poleg tega je tekočina za dokončanje HEC, ki vsebuje kalcijev karbonat, ki je bila narejena iz 136 ppm nefiltrirane trdne odrasle morske vode, povrnila 98 % prvotne stopnje pronicanja, potem ko je kislina odstranila filtrsko pogačo s površine filtrskega elementa.