羟乙基纤维素的性质及其油田应用

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1、羟乙基纤维素的性质及其油田应用   羟乙基纤维素(HEC)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。    一、几个有利于油田使用的性质    (一)容盐性：    HEC对电解质有极好的容盐性。由于HEC是一种非离子型材料，在水介质中不会离子化，不会因体系中出现高浓度盐类而产生沉淀残渣，从而导致其粘度的改变。    HEC对许多一价和二价的高浓度电解质溶液有增稠作用，

2、而CMC等阴离子纤维素衍生物则会对某些金属离子产生盐析。在油田应用中，HEC 完全不受水的硬度及盐浓度的影响，甚至可以增稠含高浓度锌离子和钙离子的加重液。仅硫酸铝对它有沉淀影响。HEC在淡水和饱和NaCl、CaCl2及ZnBr2、CaBr2等加重液强电解质中的增稠效果。    HEC的这种优异的容盐性，使得它有机会在本井和海上油田开发中一展风采。    (二)粘度与剪切率：    水溶性HEC在热水或冷水中均能溶解，产生粘度并形成假塑胶。其水溶液吴表面活性，倾向于形成泡沫。    一般油田用中高粘度的HEC

3、，其溶液呈非牛顿型，显有高度的假塑性， 粘度受剪切率所影响。在低剪切率下，HEC分子排列是无规则的， 结果形成高粘度的链缠结，提高了粘度；在高剪切率下，分子随流动方向变为定向排列，减少了对流动的阻力，粘度则随着剪切率的增加而下降。    美国的联合碳化物公司(UCC)通过大量的实验总结认为， 钻井液的流变行为是非线性的，可用幂律式表示为：        切应力＝k (剪切率)n    式中：n为溶液在低剪切率(1S-1)时的有效粘度。          n与剪切稀释度成反比。    在泥浆工程中，如要计算井

4、下条件的有效流体粘度时，k和n就显得极有用处。该公司总结出一套有关采用HEC(4400cps)作为钻井泥浆成份时的k和n的对应值( 列于表二，供参考)。此表适用于在淡水和盐水(含NaCl0.92kg/l)中的各个浓度的HEC溶液。通过该表，可以查得对应中等(100-200rpm)和较低(15-30rpm)剪切率的值。HEC溶液的流变性能及幂律常数ＨＥＣ视粘度(AV)塑性粘度(PV)屈服点(YP)幂律常数50S-1有效粘度200-100rpm30-15│rpm│(n'和k')┃ 0.454k/桶CPCP4.8

5、9×10-2kg/M2nkn'│k'│CP┃  淡水┃1.015.50.5120.580.740.411.46711.52915280.492.730.461.601862.046.520530.407.460.485.373433.092.5311230.3027.420.2531.058074.0160522160.2660.820.2070.171512NaCl溶液1.01711120.580.810.580.82771.531.516310.483.100.453.2741812.04921560.

6、417.900.515.213743.094.5331230.3028.550.3920.178884.0164482320.2665.490.2660.481596        (三)其它性能：ＨＥＣ(Wt%)失水量(ml)时间(分钟)00.335030-1002201)、HEC具有优异的降失水性能。API试验证明了这种性能。水泥失水试验    根据API RP 10B方法进行。    700g H级水泥，308g水。    事实上，如商品羟乙基纤维素的包装不妥时，其最大含湿量可达25-30%。    

7、2)、HEC的可混用性。水溶性HEC在溶液中能同大多数水溶性树脂混用，并形成清彻、均匀、高粘的溶液。    3)、HEC的温度效应。溶液温度升同时它的粘度就会下降。并且这个过程可逆。    4)、HEC受酶催化降解，会影响溶液粘度(特别是在稀溶液状态下)HEC在油田的应用    (一)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，

8、 它能冷却铁屑及钻屑，将切害虫物带至地表，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，