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石油鉆井專用聚陰離子纖維素 

發布時間:2017/08/21
石油鉆井專用聚陰離子纖維素

 “捷克”牌聚陰離子纖維素鈉鹽(PAC)是白色或微黃色的粉末,無毒、無味,它可以溶解于水中,有很好的耐熱穩定性和耐鹽性,抗菌性強,低粘型PAC是一種高品質、低分子量、低粘度的纖維素聚合物,高粘型PAC是一種高品質、高分子量、高粘度的纖維素聚合物。用該產品配制的泥漿流體具有良好的降失水性、抑制性、較高的耐溫性。廣泛應用于石油鉆井,特別是鹽水井和海洋石油鉆井。
  一、在石油、天然氣鉆探、掘井等工程領域的應用
  鉆井液與完井液技術是石油鉆井工程的重要組成部分,它在確保安全、優質及快速鉆井中起著關鍵性的作用。作為一類用來調整鉆井液與完井液性能的處理劑,纖維素衍生物的主要作用是體現降濾失和增粘方面。
  一般認為,聚陰離子纖維素降濾失機理主要是:通過在鉆井液粘土顆粒表面形成吸附溶劑化層提高體系的聚結穩定性;通過對粘土細顆粒的保護作用阻礙粘土細顆粒粘結變大;通過提高濾液的粘度和堵孔作用降低泥餅的滲透性。
  聚陰離子纖維素在所有水基鉆井液中易分散,從淡水直至飽和鹽水鉆井液均可適用。在低固相和無固相鉆井液中,能夠顯著地降低濾失量并減薄泥餅厚度,并對頁巖水化有較強的抑制作用。與常規工藝生產的CMC相比,PAC有以下特點:
  a.取代度高、取代均勻、透明度高、可控制粘度和降失水量;
  b.適合淡水、海水或飽和鹽水的任何水基泥漿;
  c.用該產品配制的泥漿具有良好的降失水性、擬制性和耐高溫的特性;
  d.用該產品配制的泥漿具有流變性,
  e.能在高鹽介質中抑制粘土和頁巖的分散和膨脹,從而使井壁污染得到控制;
  f.穩定軟土結構,防止由于水位上升引起的井壁崩塌;
  g.在井鉆通過巖面時,減緩泥漿中鉆削固體的堆積;
  h.抑制鉆管中的紊流度,使回流系統保持最小的壓力損失;
  i.使泥漿能夠提高造漿量,降低濾失量;
  p.能穩定泥漿泡沫。
  所以說,PAC作為抑制劑和降失水劑較理想,由PAC配置的泥漿流體在高鹽的介質中(一價鹽)抑制黏土和頁巖的分散和膨脹,控制井壁的污染。另外利用PAC配置成泥漿修井液是低固相的,不至于因固體阻止生產層的滲透能力,即不破壞生產層;且濾失水量少,即抗失水能力強,進入生產層的水量少,可以避免水的進入因乳狀液阻塞而形成水鎮現象。可以避免生產層遭永久性毀壞,具有清潔井眼的攜帶能力。
  纖維素羧甲基化后產物取代基—CH2COONa基團在葡萄糖環基上的分布越均勻,整個大分子鏈上有更多的結構單元易于水化,泥漿中的反離子對纖維素羧甲基化后產物的聚離子的電荷中和作用就越少,大分子鏈的擴張程度更大,更有利水化,發揮對泥漿的保護作用。由于聚陰離子纖維素PAC取代均勻、抗溫抗鹽性好,在復雜的環境中粘度穩定,有較高的失水控制力,能夠長期控制鉆井液的流變性,充分發揮其應有的功能。通常產物的取代度越大,分布越均勻,大分子在溶液中能夠更大程度地擴張,更有利于水化,也更有利于提升它對泥漿的保護作用。降失水與降粘劑一般用低粘度PAC。按API失水儀測定降失水量方法,對PAC進行了測定。采用API失水儀,在0.7Mpa壓力下進行測試,見表19。
  二、“捷克”牌聚陰離子纖維素鈉鹽(PAC)的特性
  (1)適合用于從淡水到飽和鹽水的任何泥漿
  (2)低粘型PAC能有效減少濾失量,且不顯著增加體系粘液,尤其是高固含量系統。
  (3)高粘型PAC造漿量高,降濾失作用明顯。尤其適用于低固相泥漿和無固相鹽水泥漿。
  (4)PAC配制的泥漿流體能在高鹽介質中抑制粘土和頁巖的分散和膨脹,從而使井壁污染得到控制。
  (5)優良的泥漿鉆井液和修井液,也是高效的壓裂液。
  三、“捷克”牌聚陰離子纖維素鈉鹽(PAC)的應用
  (1)PAC在鉆井液中的應用
  PAC作為抑制劑和降失水劑是很理想的,PAC配制的泥漿流體能在高鹽介質中抑制粘土和頁巖的分散和膨脹,從而使井壁污染得到控制。由于PAC比CMC具有反應均勻性好、取代度高、透明度好、耐鹽和耐熱性能卓越,所以由OCMA標準測得較高的造漿量(PAC-HV)和較低的濾失水量(PAC-LV)。
  (2)PAC在修井液中的應用
  用PAC配制的修井液是低固相的,不至于因固體而阻塞生產層的滲透能力,不會損害生產層;而且具有低的失水量,使進入生產層的水量減少,而進入的水會因乳狀液阻塞而形成水鎮現象。
  用PAC配制的修井液提供了其它修井液所沒有的優點;
  保護生產層免遭永久性的損害;
  具有清潔井眼的攜帶能力,而且維護井眼的工作量減少;
  具有抵抗水和泥沙滲入的能力,而且很少起泡;
  能儲存或井與井之間轉用,比一般泥漿修井液成本低;
  (3)PAC在壓裂液中的作用
  用PAC配制的壓裂液能耐2%KCL溶液(配制壓裂液時必須加)和溶解性好。使用方便,可以現場配制,而且成膠速度快,攜沙能力強。在低滲透壓的地層中使用,其壓裂效果更為卓越。
  HV—PAC的鉆井液性能指標:

項目
APY濾失量,ml
YP值,Pa
指標
基漿
225±20
0.5—1.0
濃度,5.8g/L
≤20.0
≥2.0
濃度,8.6g/L
≤15.0
≥9.0
濃度,11.5g/L
≤10.0
≥19.0

  LV—PAC的鉆井液性能指標:

項目
APY濾失量,ml
YP值,Pa
指標
基漿
240±20
1.0-2.0
濃度,5.8g/L≤
25.0
0.50
濃度,8.6g/L≤
15.0
1.0
濃度,11.5g/L≤
10.0
1.5

                                  表19. PAC降失水測定結果
 

指標
淡水泥漿
海水泥漿
40%NaCl泥漿
濃度(%)
0.05
0.10
0.15
0.20
0.40
0.60
0.10
0.30
0.50
失水量(mL)
11.6
8.2
7.2
16
11.6
11.6
183.4
28.6
10.6

  如此好的失水量降低結果,是一般CMC根本達不到的。
  抗溫性 通常是通過測試產品在淡水泥漿熱處理前后的失水變化值:抗鹽性
  造漿量 除了適合用作降濾失劑,聚陰離子纖維素還可用作低固相和無固相鉆井液的增粘劑,提高由于缺乏固相(造漿粘土)而降低的懸浮力和攜帶力。與普通工藝生產的CMC相比,PAC在海水或鹽水有較高的粘度。普通CMC由于取代的不均勻, 在外界因素(鹽陽離子)作用, 導致粘度降低明顯。造漿量是指每噸泥漿-羧甲基化產物配成表觀粘度為15cp溶液的體積數。通常只針對HVCMC或 HV-PAC,具體計算式為:造漿量=1000/C(m3/T)
  在蒸餾水、海水、鹽水中的造漿量按照DFCP-7規定的方法進行測定。部分中、外產品在蒸餾水、海水、鹽水中的造漿量見表20。

樣品
蒸餾水(m3/T)
海水(m3/T)
飽和鹽水(m3/T)
PAC-1
527.0
227.8
333.3
PAC- 2
400.0
244.0
294.0
PAC- 3
294.0
212.9
244.1
PAC -4
370.4
256.4
344.8
PAC- 5
500.0
263.1
333.3
DALCel
550.0
300.2
479.1
Bayer
500.0
280.2
360.6
CMC
285.7
166.7
140.8

  以上數據按照OCMA DFCP-7 方法測定。由表可以看出,PAC在海水、飽和鹽水漿液中的造漿量明顯優于CMC。

 

 

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