HEC在石油鉆井中的應用

二、HEC在油田中的應用羥乙基纖維素具有增稠、懸浮、分散、保失水等杰出性能，在眾多的工業(yè)部門被廣泛應用。尤其在油田，HEC在鉆井、完井、修井及壓裂等工藝中表現(xiàn)十分出色，主要被用作鹽水中的增稠劑。此外還有許多特殊的應用。鉆井液加有HEC的鉆井液通常用于硬巖鉆井以及循環(huán)水漏失控制、過量失水、壓力反常、高低不平的頁巖層等特殊情況鉆井。在開鉆和大井眼鉆井工藝中，應用效果也很好。由于HEC具有增稠、懸浮、潤滑等性質(zhì)，用在鉆井泥漿中，它能冷卻鐵屑及鉆屑，將切割物帶至地表，提高了泥漿的攜巖能力。勝利油田曾用它作為井洞擴攜沙液，效果顯著，并投入實用。在井下，當遇到非常高的剪切率時，由于HEC具有奇特的流變行為，使鉆液粘度在局部可接近至水的粘度，一方面提高了鉆速，且使鉆頭不易發(fā)熱，延長鉆頭使用壽命；另一方面，所鉆井洞清潔，具有較高的滲透率。尤其是在硬巖層結(jié)構(gòu)中使用，這種效果十分明顯，可節(jié)約大量的材料。一般認為，在特定速率下的鉆液循環(huán)，其所需動力在很大程度上取決于鉆液流體的粘度，而采用HEC的鉆液能夠明顯降低水動力摩擦，從而降低對泵壓的需求。這樣，也就使發(fā)生井漏的敏感度亦隨之下降。此外，在停機之后恢復循環(huán)時，還可減少起動轉(zhuǎn)矩。HEC的氯化鉀溶液配成的鉆井液能提高井眼的穩(wěn)定性。使不平的巖層處于一個穩(wěn)定狀態(tài)，以放寬對套管的要求。這種鉆井液還進一步改善了攜巖能力，限制鉆屑的擴散。即使在電解質(zhì)溶液中HEC仍能提粘。在敏感層的鉆井液中常會碰到一些含鈉離子、鈣離子及氯離子、漠離子的鹽水，這種鉆液用HEC進行增稠，可使其在全部的鹽濃度及加重范圍內(nèi)，保持無凝膠溶解性及良好的提粘能力?？梢苑乐箤ιa(chǎn)層的損傷，提高鉆速和產(chǎn)油量。使用HEC后還可大大改善泥漿的濾失性能。大幅度提高泥漿的穩(wěn)定性。HEC可作為一種添加劑，加到非分散的鹽水膨潤土泥漿中，可以降低失水，且在不提高凝膠強度的情況下，提高粘度。同時，應用HEC于鉆井泥漿可以抑制井內(nèi)粘土的分散，防止井塌。降失水效能使井壁上泥頁巖的水化速度減緩，加上HEC的長鏈在井壁巖石上的覆蓋作用，使巖石結(jié)構(gòu)加強，使其不易水化剝落以致坍塌。在高滲透率的巖層，用失水添加劑象碳酸鈣、篩選的碳氫化物樹脂或水溶性鹽粒均有良效，但在極端狀態(tài)時，可以用高濃度的失水補救液（即每桶溶液中含HEC1.3-3.2kg），以防止失水深入采油層。HEC在鉆井泥漿中還可以作為不會發(fā)酵的保護膠，進行油井處理，并且進行在高壓（200大氣壓）和溫度方面的測定工作。使用HEC的優(yōu)點，還在于可以使鉆井與完井工藝用相同的泥漿，減少對其他分散劑、稀釋劑及PH調(diào)節(jié)劑的依賴，液體處理及儲運等均十分方便。壓裂液在壓裂液中，HEC能提粘，而且HEC本身對油層無影響，不會堵塞裂縫，可壓裂油井。它同時具有水基壓裂液的一般特性，如懸沙能力強、摩阻小等。由HEC等增稠的鉀、鈉、鉛等的高碘鹽的0.1-2%水T醇混合液，用高壓注入油井，進行壓裂，于48小時內(nèi)恢復了流動性。用HEC制成的水基壓裂液，液化之后基本無殘渣，尤其適用于滲透率低，無法反排殘渣的地層。在堿性條件下，與氯化錳、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅以及重鉻酸鹽等溶液形成絡合物專用于攜帶支撐劑的壓裂液。使用HEC可以避免因井下高溫而造成的粘度損失，破裂石油層，在高于371°C的井下仍然收到較好的效果。HEC在井下條件不易腐敗變質(zhì)，殘渣低，基本不會堵塞油路，造成井下污染，從性能上講，要比壓裂中常用的植物膠如田菁等好得多。Phillips石油公司亦對比研究了羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、甲基纖維素等纖維素醚類壓裂液成份，認為還是以HEC為最佳。我國大慶油田用基液HEC濃度為0.6%、交鏈劑為硫酸銅的壓裂液后，總結(jié)道，在壓裂液中使用HEC同其他天然植物膠相比，具有基液配制好后，不容易腐敗變質(zhì)，可放置時間長些，殘渣低等優(yōu)勢，而后者正是HEC在國外廣泛被應用于油井壓裂的關(guān)鍵所在。完井和修井：HEC配成的低固相完井液，在接近油層時，可避免泥土顆粒堵塞油層空隙。降失水性質(zhì)還會防止大量水份從泥漿進入油層，以保證油層的生產(chǎn)能力。HEC降低了泥漿的摩阻，從而可降低泵壓，減少動力消耗。其優(yōu)異的溶鹽性能也保證了在對油井酸化處理時，不析出沉淀。在完井和修井作業(yè)中，主要是利用HEC的粘性來轉(zhuǎn)移砂礫。在每桶工作液里加0.5-1kg的HEC，可以攜帶起井眼里的巖沙和碎石，使得井下的徑向和縱向沙礫頒狀態(tài)較好。接下來破除去聚合物也很方便，極大地簡化了清除修井液和完井液的過程，只是偶爾井下條件特殊，有必要采取矯正措施，防止在鉆井和修井時泥漿不返出井口，使循環(huán)液漏失。這種情況下，可以試用以高濃度HEC配成的失水補救液，即在每桶水中迅速加入1.3-3.2kg的HEC注入井下。此外，在極端情況下，可在每桶柴油中放約23公斤左右的HEC，泵入井下，使之在洞內(nèi)與巖層水混合時慢慢水合。在滲透率為500毫達西，用濃度為每桶約0.68kgHEC的溶液飽和過的砂芯里，用鹽酸酸化，其滲透率可恢復到原來的百分之九十以上。另外用含136ppm固相成份的未經(jīng)濾過的海水制成的、含有碳酸鈣的HEC完井液，其濾餅用酸從濾芯表面去除之后，原回滲率的98%得以恢復。遼河油田采用HEC做的無固相修井液，在防砂修井、酸化、試井、蒸氣吞吐、壓井諸方面均收到顯著效果。他們認為這種修井液具有清潔，不會與油層接觸引起粘土膨脹遷移，對巖芯的滲透率傷害很?。ǎ?0%）等特點，可用于重質(zhì)油井和漏失嚴重的井，還可回收使用。在固井注水泥工藝中，HEC具有雙重功能：一是可以通過降低水力磨擦，降低泵壓，提高速率；而更為重要的是HEC具有優(yōu)異的保失水功效，可以有效地阻止水份流向巖層，致使固井不死，同時亦保護了水泥的機械性能。我國的大慶油田、勝利油田使用HEC順利完成4000-5000米以上深井固井作業(yè)。在固井工藝中一般使用低粘的HEC。HEC能很好地同殺蟲劑、除氧劑、泥漿失水控制劑及消泡劑等常用的油田化學品添加劑穩(wěn)定共存。使用方法a、配制：HEC有個顯著的特點，就是當它加入微酸性的水中去時，具有延時粘度產(chǎn)生效應。從開始到增稠所需要的這一段時間有助于HEC顆粒分散均勻、透徹而不再結(jié)塊，以獲得無凝膠溶液。當HEC分散完全之后，可采用不斷攪拌溶液的方式，等待粘度產(chǎn)生；也可將PH調(diào)高至9-10的堿性點，15分鐘內(nèi)即可增稠；或者，也可以加熱溶液、提高溫度、促進HEC的溶解。在油井作業(yè)現(xiàn)場，HEC溶液是在中性到微酸性PH條件下，通過泥漿斗（噴射型漏斗）在混合桶中分批制得的，并保持HEC處于良好的分散狀態(tài)?，F(xiàn)場使用時，只要加入燒堿即可立即產(chǎn)生粘度。使用泥漿槍作業(yè)時，應注意把噴頭插到液面下，這樣做的目的是為了避免產(chǎn)生泡沫。很多情況下，需要補充HEC以增加原有溶液的粘度。這時應邊加料邊緩緩攪拌，最好能在補加HEC之前，先把HEC粉用柴油等有機溶劑或中性至微酸性的水潤濕一下，這樣做效果會更好。一般的通用鉆井液可照以下步驟配制：＜1＞洗凈配制容器（桶、罐等）。＜2＞按設定的濃度要求，在適量的中性或微酸性水中，將HEC緩緩加入，速度切勿快于100kgHEC/15分鐘。＜3＞用氫氧化鈉把PH提到9。但如所含電解質(zhì)為氯化鈣、漠化鈣等，則不宜用此法。<4>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。失水補救液的配制：先在桶中放好適量的水，然后迅速將1.3-3.2公斤/桶的HEC投入桶中，并在盡可能短的時間里從液面泵取溶液，勿使粘度產(chǎn)生。b、 防酶：由于HEC是從纖維素制得的，不可避免地，它易受酶解，并可能失去粘度。這個性質(zhì)有利于在完井和修井工藝中，HEC同破乳劑的配合使用，但在配制鉆井液時，必須引起重視，要用生物殺傷劑處理一下，避免細菌酶種產(chǎn)生。如果一旦細菌分散作用已經(jīng)發(fā)生，那么縱然再采取補救措施殺死細菌后，在一段時間內(nèi)細菌分散所形成的酶仍會使HEC降解，從而仍可能造成粘度損失，所以一定要防患于未然。另一個須注意的是，絕對不要用表面溢流水來配制鉆井液，這類水體中很可能含酶，在極短的時間里完全破壞HEC溶液。c、 滅泡劑：在鉆井等過程中，工作液易產(chǎn)生泡沫，必須予以除去或盡可能避免發(fā)生。聚二醇類物質(zhì)、SAG硅氧烷等均不失為HEC溶液的有效滅泡良劑，但其用量須視現(xiàn)場情況摸索試驗?？傊?，在油田上，使用HEC時，須