BJ 公司压裂技术思路分析*

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羟乙基纤维素HEC在油田中的应用      压裂液稠化剂    刘皓 18982708894   18982708894@163.con
        羟乙基纤维素具有增稠、悬浮、分散、保失水等杰出性能，在众多的工业部门被广泛应用。尤其在油田，HEC在钻井、完井、修井及压裂等工艺中表现十分出色，主要被用作盐水中的增稠剂。此外还有许多特殊的应用。
1. 钻井液
        加有HEC 的钻井液通常用于硬岩钻井以及循环水漏失控制、过量失水、压力反常、高低不平的页岩层等特殊情况钻井。在开钻和大井眼钻井工艺中，应用效果也很好。
        由于HEC 具有增稠、悬浮、润滑等性质，用在钻井泥浆中，它能冷却铁屑及钻屑，将切割物带至地表，提高了泥浆的携岩能力。胜利油田曾用它作为井洞扩携沙液，效果显著，并投入实用。在井下，当遇到非常高的剪切率时，由于HEC具有奇特的流变行为，使钻液粘度在局部可接近至水的粘度，一方面提高了钻速，且使钻头不易发热，延长钻头使用寿命；另一方面，所钻井洞清洁，具有较高的渗透率。尤其是在硬岩层结构中使用，这种效果十分明显，可节约大量的材料。
        一般认为，在特定速率下的钻液循环，其所需动力在很大程度上取决于钻液流体的粘度，而采用 HEC的钻液能够明显降低水动力摩擦，从而降低对泵压的需求。这样，也就使发生井漏的敏感度亦随之下降。此外，在停机之后恢复循环时，还可减少起动转矩。
        HEC 的氯化钾溶液配成的钻井液能提高井眼的稳定性。使不平的岩层处于一个稳定状态，以放宽对套管的要求。这种钻井液还进一步改善了携岩能力，限制钻屑的扩散。
        即使在电解质溶液中HEC仍能提粘。在敏感层的钻井液中常会碰到一些含钠离子、钙离子及氯离子、溴离子的盐水，这种钻液用HEC进行增稠，可使其在全部的盐浓度及加重范围内，保持无凝胶溶解性及良好的提粘能力。可以防止对生产层的损伤，提高钻速和产油量。
        使用HEC后还可大大改善泥浆的滤失性能。大幅度提高泥浆的稳定性。HEC可作为一种添加剂，加到非分散的盐水膨润土泥浆中，可以降低失水，且在不提高凝胶强度的情况下，提高粘度。同时，应用HEC于钻井泥浆可以抑制井内粘土的分散，防止井塌。降失水效能使井壁上泥页岩的水化速度减缓，加上HEC的长链在井壁岩石上的覆盖作用，使岩石结构加强，使其不易水化剥落以致坍塌。在高渗透率的岩层，用失水添加剂象碳酸钙、筛选的碳氢化物树脂或水溶性盐粒均有良效，但在极端状态时，可以用高浓度的失水补救液(即每桶溶液中含 HEC  1.3-3.2kg)，以防止失水深入采油层。
        HEC在钻井泥浆中还可以作为不会发酵的保护胶，进行油井处理，并且进行在高压 (200 大气压) 和温度方面的测定工作。
        使用HEC的优点，还在于可以使钻井与完井工艺用相同的泥浆，减少对其他分散剂、稀释剂及 PH 调节剂的依赖，液体处理及储运等均十分方便。
2. 压裂液
        在压裂液中，HEC能提粘，而且 HEC 本身对油层无影响，不会堵塞裂缝，可压裂油井。它同时具有水基压裂液的一般特性，如悬沙能力强、摩阻小等。由 HEC  等增稠的钾、钠、铅等的高碘盐的 0.1-2% 水─醇混合液，用高压注入油井，进行压裂，于48小时内恢复了流动性。用 HEC 制成的水基压裂液，液化之后基本无残渣，尤其适用于渗透率低，无法反排残渣的地层。在碱性条件下，与氯化锰、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜以及重铬酸盐等溶液形成络合物,专用于携带支撑剂的压裂液。使用 HEC 可以避免因井下高温而造成的粘度损失，破裂石油层，在高于 371 ℃的井下仍然收到较好的效果。 HEC 在井下条件不易腐败变质，残渣低，基本不会堵塞油路，造成井下污染，从性能上讲，要比压裂中常用的植物胶如田菁等好得多。 Phillips 石油公司亦对比研究了羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素等纤维素醚类压裂液成份，认为还是以 HEC 为最佳。
        我国大庆油田用基液 HEC 浓度为 0.6% 、交链剂为硫酸铜的压裂液后，总结道，在压裂液中使用 HEC 同其他天然植物胶相比，具有基液配制好后，不容易腐败变质，可放置时间长些，残渣低等优势，而后者正是 HEC 在国外广泛被应用于油井压裂的关键所在。
3. 完井和修井
        HEC 配成的低固相完井液，在接近油层时，可避免泥土颗粒堵塞油层空隙。 降失水性质还会防止大量水份从泥浆进入油层，以保证油层的生产能力。
        HEC 降低了泥浆的摩阻，从而可降低泵压，减少动力消耗。其优异的溶盐性能也保证了在对油井酸化处理时，不析出沉淀。
        在完井和修井作业中，主要是利用 HEC 的粘性来转移砂砾。在每桶工作液里加 0.5-1kg 的HEC ，可以携带起井眼里的岩沙和碎石，使得井下的径向和纵向沙砾颁状态较好。接下来破除去聚合物也很方便，极大地简化了清除修井液和完井液的过程，只是偶尔井下条件特殊，有必要采取矫正措施，防止在钻井和修井时泥浆不返出井口，使循环液漏失。这种情况下，可以试用以高浓度HEC配成的失水补救液，即在每桶水中迅速加入 1.3-3.2kg的 HEC 注入井下。此外，在极端情况下，可在每桶柴油中放约 23 公斤左右的 HEC ，泵入井下，使之在洞内与岩层水混合时慢慢水合。
        在渗透率为500 毫达西，用浓度为每桶约 0.68kgHEC 的溶液饱和过的砂芯里，用盐酸酸化，其渗透率可恢复到原来的百分之九十以上。另外用含 136ppm 固相成份的未经滤过的海水制成的、含有碳酸钙的 HEC 完井液，其滤饼用酸从滤芯表面去除之后，原回渗率的 98% 得以恢复。
        辽河油田采用 HEC 做的无固相修井液，在防砂修井、酸化、试井、蒸气吞吐、压井诸方面均收到显著效果。他们认为这种修井液具有清洁，不会与油层接触引起粘土膨胀迁移，对岩芯的渗透率伤害很小 (<10%) 等特点，可用于重质油井和漏失严重的井，还可回收使用。
        在固井注水泥工艺中， HEC 具有双重功能：一是可以通过降低水力磨擦，降低泵压，提高速率；而更为重要的是HEC 具有优异的保失水功效，可以有效地阻止水份流向岩层，致使固井不死，同时亦保护了水泥的机械性能。我国的大庆油田、胜利油田使用 HEC 顺利完成 4000-5000 米以上深井固井作业。在固井工艺中一般使用低粘的 HEC 。
        HEC 能很好地同杀虫剂、除氧剂、泥浆失水控制剂及消泡剂等常用的油田化学品添加剂稳定共存。
4. 使用方法
a、配制:
        HEC 有个显著的特点，就是当它加入微酸性的水中去时，具有延时粘度产生效应。从开始到增稠所需要的这一段时间有助于 HEC 颗粒分散均匀、透彻而不再结块，以获得无凝胶溶液。当 HEC 分散完全之后，可采用不断搅拌溶液的方式，等待粘度产生；也可将 PH 调高至9-10 的碱性点，15 分钟内即可增稠；或者，也可以加热溶液、提高温度、促进HEC 的溶解。

        在油井作业现场， HEC 溶液是在中性到微酸性 PH 条件下，通过泥浆斗 ( 喷射型漏斗 ) 在混合桶中分批制得的，并保持 HEC 处于良好的分散状态。现场使用时，只要加入烧碱即可立即产生粘度。使用泥浆枪作业时，应注意把喷头插到液面下，这样做的目的是为了避免产生泡沫。
        很多情况下，需要补充 HEC 以增加原有溶液的粘度。这时应边加料边缓缓搅拌，最好能在补加 HEC 之前，先把HEC粉用柴油等有机溶剂或中性至微酸性的水润湿一下，这样做效果会更好。一般的通用钻井液可照以下步骤配制：
<1>洗净配制容器 ( 桶、罐等) 。
<2>按设定的浓度要求，在适量的中性或微酸性水中，将 HEC 缓缓加入，速度切勿快于 100kgHEC/15 分钟。
<3>用氢氧化钠把 PH 提到9 。但如所含电解质为氯化钙、溴化钙等，则不宜用此法。
<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。
        失水补救液的配制：先在桶中放好适量的水，然后迅速将 1.3-3.2 公斤/桶的 HEC 投入桶中，并在尽可能短的时间里从液面泵取溶液，勿使粘度产生。
b、防酶：
        由于HEC是从纤维素制得的，不可避免地，它易受酶解，并可能失去粘度。这个性质有利于在完井和修井工艺中，HEC 同破乳剂的配合使用，但在配制钻井液时，必须引起重视，要用生物杀伤剂处理一下，避免细菌酶种产生。如果一旦细菌分散作用已经发生，那么纵然再采取补救措施杀死细菌后，在一段时间内细菌分散所形成的酶仍会使 HEC 降解，从而仍可能造成粘度损失，所以一定要防患于未然。另一个须注意的是，绝对不要用表面溢流水来配制钻井液，这类水体中很可能含酶，在极短的时间里完全破坏 HEC 溶液。

c、灭泡剂：
        在钻井等过程中，工作液易产生泡沫，必须予以除去或尽可能避免发生。聚二醇类物质、 SAG 硅氧烷等均不失为HEC 溶液的有效灭泡良剂，但其用量须视现场情况摸索试验。
        总之，在油田上，使用 HEC 时，须注意五个要点：
<1>在加料时，保持搅拌。并在全部粘度产生之前不断循环搅拌。
<2>水的性质影响到溶解时间。当 PH 或温度两者之一有提高，则完全水化时间缩短。在 HEC 未被完全分散之前，不要急于升高水的 PH 。
<3>通过泥浆斗慢慢加料 (100kgHEC/15 分钟 ) 。
<4>加进有效防腐剂、杀菌剂以防发生酶解。
<5>为防止 HEC 吸收水分，须将已被拆包但尚未一次用完的 HEC 密闭

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