羥乙基纖維素 (HEC) 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(yīng)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(yīng)用。
一、幾個有利于油田使用的性質(zhì)
容鹽性：
HEC 對電解質(zhì)有極好的容鹽性。由于 HEC 是一種非離子型材料，在水介質(zhì)中不會離子化，不會因體系中出現(xiàn)高濃度鹽類而產(chǎn)生沉淀殘渣，從而導(dǎo)致其粘度的改變。
HEC 對許多一價和二價的高濃度電解質(zhì)溶液有增稠作用，而 CMC 等陰離子纖維素衍生物則會對某些金屬離子產(chǎn)生鹽析。在油田應(yīng)用中， HEC 完全不受水的硬度及鹽濃度的影響，甚至可以增稠含高濃度鋅離子和鈣離子的加重液。僅硫酸鋁對它有沉淀影響。 HEC 在淡水和飽和 NaCl 、 CaCl2 及 ZnBr2 、 CaBr2 等加重液強電解質(zhì)中的增稠效果。
HEC 的這種優(yōu)異的容鹽性，使得它有機會在本井和海上油田開發(fā)中一展風(fēng)采。
粘度與剪切率：
水溶性 HEC 在熱水或冷水中均能溶解，產(chǎn)生粘度并形成假塑膠。其水溶液吳表面活性，傾向于形成泡沫。
一般油田用中高粘度的 HEC ，其溶液呈非牛頓型，顯有高度的假塑性，粘度受剪切率所影響。在低剪切率下， HEC 分子排列是無規(guī)則的，結(jié)果形成高粘度的鏈纏結(jié)，提高了粘度；在高剪切率下，分子隨流動方向變?yōu)槎ㄏ蚺帕?，減少了對流動的阻力，粘度則隨著剪切率的增加而下降。
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(yīng)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，將切害蟲物帶至地表，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(dāng)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(rèn)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(fù)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、溴離子的鹽水，這種鉆液用 HEC 進行增稠， 可使其在人武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。可以防止對生產(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(yīng)用 HEC 于鉆井泥漿可以掏井內(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?xì)浠飿渲蛩苄喳}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 HEC 1.3-3.2kg) ，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，不會堵塞裂穎，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─醇混合液，用高壓注入油井，進行壓裂，于 48 小時內(nèi)恢復(fù)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(luò)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 ℃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(rèn)為還是以HEC為佳。
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同其他天然膠相比，具有“ (1) 基液配制好后，不容易腐敗變質(zhì)，可放置時間長些； (2) 殘渣低?！钡葍?yōu)勢，而后者正是 HEC 在國外廣泛被應(yīng)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，只要偶爾，井下條件特殊，有必要采取矯措施，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。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(xué)品添加劑穩(wěn)定共存。
使用方法
配制：
HEC有個顯著的特點，就是當(dāng)它加入微酸性的水中去時，具有延時粘度產(chǎn)生效應(yīng)。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，以獲得列凝膠溶液。當(dāng)HEC分散完全之后，可采用不斷攪拌溶液的方式， 德行粘度產(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(yīng)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(yīng)邊加料邊緩緩攪拌，好能在補加HEC之前，先把HEC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(shè)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、溴化鈣等，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。
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(xì)菌酶種產(chǎn)生。如果一旦細(xì)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(xì)菌后，在一段時間內(nèi)細(xì)菌分散到所形成的酶仍會使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。
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。
總之，在油田上，使用 HEC 時，須注意五個要點：
１、在加料時，保持?jǐn)嚢?。并在全部粘度產(chǎn)生之前不斷循環(huán)攪拌。
２、水的性質(zhì)影響到溶解時間。當(dāng)PH或溫度兩者之一有提高，則完全水化時間縮短。在 HEC 未被完全分散之前，不要急于升高水的 PH 。
３、通過泥漿斗慢慢加料 (100kgHEC/15 分鐘 ) 。
４、加進有效防腐劑、殺菌劑以防發(fā)生酶解。
５、為防止 HEC 吸收水分，須將已被拆包但尚未一次用完的HEC密閉貯放。
以上就是特耐斯化工總結(jié)的羥乙基纖維素（HEC）在油田的應(yīng)用。專業(yè)生產(chǎn)羥乙基纖維素
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