Cationic Polymer cho nhũ tương bẻ gãy axit: Muối và nhiệt
Một nhũ tương bẻ gãy axit (thường được nhũ hóa HCl trong pha hydrocacbon bên ngoài) thường được chọn để làm chậm phản ứng axit-đá, cải thiện sự phân bố ăn mòn và kéo dài chiều dài vết nứt hiệu quả. Tuy nhiên, ở các hồ chứa có độ mặn cao và nhiệt độ cao, hai dạng hư hỏng thường chiếm ưu thế trong đánh giá sau công việc: sưng đất sét và di chuyển hạt (mịn) .
Những rủi ro này tăng lên khi tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong nước muối hình thành nằm trong 150.000–250.000 mg/L phạm vi và nhiệt độ tĩnh đáy lỗ là 140–180°C , bởi vì nhũ tương và chất phụ gia phải đối mặt với ứng suất nhiệt cao hơn và đất sét/hạt mịn có thể bị di chuyển do sự thay đổi nhanh chóng về cường độ ion và độ pH trong quá trình tiếp xúc và rò rỉ axit.
Các vấn đề điển hình gặp sau khi điều trị
- Sàng lọc sớm hoặc áp suất xử lý tăng mặc dù tốc độ ổn định (dấu hiệu của việc bắc cầu tiền phạt hoặc bịt kín gần giếng).
- Năng suất sau cắt đứt thấp hơn mong đợi ở các dải chứa đất sét (sự trương nở và phân tán làm giảm tính thấm hiệu quả).
- Suy giảm nhanh chóng sau lần làm sạch ban đầu (các hạt mịn được huy động lại phân phối lại và bịt kín các lỗ chân lông ở hạ lưu).
Một cách tiếp cận giảm thiểu thực tế là kết hợp một polyme cation được thiết kế cho khả năng chịu mặn và chịu nhiệt , đặc biệt để ngăn đất sét trương nở và hạn chế sự di chuyển của các hạt trong và sau khi tiếp xúc với axit.
▶ Cách polyme cation ổn định đất sét và kiểm soát hạt mịn
Đất sét (đặc biệt là các lớp hỗn hợp smectite/illite) và nhiều hạt mịn mang điện tích bề mặt âm. Trong môi trường axit, sự trao đổi và hòa tan ion có thể làm xáo trộn hóa học bề mặt, làm tăng nguy cơ phân tán. Một polyme cation được lựa chọn phù hợp sẽ hấp phụ trên các bề mặt tích điện âm và mang lại sự ổn định bằng lực hút tĩnh điện và biến đổi điện tích bề mặt.
Các cơ chế chính liên quan đến nhũ tương bẻ gãy axit
- Ức chế trương nở đất sét: các nhóm cation chiếm vị trí trao đổi và làm giảm sự hấp thụ/giãn nở của nước trong các cú sốc ion do rò rỉ axit và dòng nước muối chảy ngược sau đó.
- Ấn định mức phạt: sự hấp phụ tạo thành một lớp polymer mỏng làm tăng độ bám dính của hạt-hạt, làm giảm khả năng tách ra dưới độ dốc áp suất và vận tốc cao.
- Kiểm soát phân tán: lực đẩy giảm (thường được quan sát dưới dạng thế zeta có cường độ thấp hơn) hạn chế sự kết tụ của các tiểu cầu đất sét.
Trong thực tế, các ứng cử viên tốt nhất duy trì khả năng hấp phụ và hiệu suất ngay cả khi tiếp xúc với axit đậm đặc (thường 15–28% HCl tính theo trọng lượng trong nhiều thiết kế kích thích) và nước muối giàu hóa trị hai (Ca 2 /Mg 2 ) có thể vô hiệu hóa các chất hóa học yếu hơn.
“Khả năng chịu muối và khả năng chịu nhiệt” có nghĩa là gì trong thông số kỹ thuật
Đối với ứng dụng này, “khả năng chịu muối và chịu nhiệt” không được coi là ngôn ngữ tiếp thị; nó cần ánh xạ tới các tiêu chí chấp nhận có thể đo lường được trong điều kiện nước muối và nhiệt độ phù hợp với thực tế của công việc.
Mục tiêu hiệu suất thực tế để yêu cầu từ nhà cung cấp hoặc xác nhận nội bộ
| Thuộc tính | Phạm vi mục tiêu được đề xuất | Tại sao nó quan trọng | Kiểm tra xác minh điển hình |
|---|---|---|---|
| Khả năng tương thích nước muối | Không có mưa trong 150.000–250.000 mg/L TDS với hóa trị hai | Kết tủa có thể làm bít lỗ chân lông và làm mất ổn định nhũ tương | Kiểm tra chai (24 giờ) ở nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cao |
| Độ ổn định nhiệt | ≥80% hoạt động được duy trì sau 2–4 giờ ở 150–180°C | Sự cắt thời gian cư trú ở lỗ khoan có thể làm suy giảm polyme | Kiểm tra lão hóa trong điều kiện tĩnh hoặc lăn |
| Khả năng tương thích axit | Ổn định trong 15–28% HCl với chất ức chế/kiểm soát sắt | Hỗn hợp không tương thích có thể tạo gel, tách rời hoặc mất khả năng hấp phụ | Hỗn hợp quan sát độ ổn định độ nhớt theo thời gian |
| Hiệu quả ổn định đất sét | ≥70% giảm sưng so với đường cơ sở không được điều trị | Liên quan trực tiếp đến bảo tồn tính thấm | Kiểm tra chỉ số trương nở/phân tán tuyến tính |
Nếu sản phẩm không thể đáp ứng đồng thời các mục tiêu này, nó có thể hoạt động trong màn hình phòng thí nghiệm nước ngọt nhưng không đạt được độ mặn hoặc nhiệt độ ở hiện trường. Đối với công việc tạo nhũ tương bằng phương pháp bẻ gãy axit, giao điểm của nhiệt nước muối axit là không gian trình độ chuyên môn quan trọng.
► Hướng dẫn lập công thức: trong đó polyme cation phù hợp với hệ thống axit nhũ hóa
Trong thiết kế axit nhũ hóa, polyme thường được định vị là chất phụ gia kiểm soát đất sét/mịn và phải duy trì hiệu quả bất chấp chất hoạt động bề mặt, chất ức chế ăn mòn, chất kiểm soát sắt và pha axit bên trong nhũ tương. Mục đích là duy trì sự hấp phụ trên bề mặt khoáng chất mà không phá vỡ nhũ tương hoặc tạo ra chất rắn.
Cửa sổ định lượng điển hình được sử dụng để sàng lọc (điều chỉnh theo hệ thống của bạn)
- Bắt đầu sàng lọc lúc 0,1–0,5% trọng lượng polyme hoạt tính trong pha axit để ổn định đất sét, sau đó tối ưu hóa dựa trên dữ liệu về lũ lõi hoặc trương nở.
- Tăng liều lượng khi hàm lượng smectite, lượng hạt mịn hoặc rò rỉ cao; giảm khi độ nhạy thấm hoặc nguy cơ lưu giữ polyme cao.
Thứ tự trộn giúp giảm nguy cơ không tương thích
- Chuẩn bị gói axit (HCl cộng với chất ức chế ăn mòn và chất tăng cường theo yêu cầu) và kiểm tra độ trong;
- Thêm polyme cation từ từ và khuấy đều để tránh hiện tượng mắt cá hoặc nồng độ quá cao cục bộ;
- Thêm chất kiểm soát sắt và các chất phụ gia đặc biệt khác sau khi quá trình hydrat hóa/phân tán polyme trở nên đồng nhất về mặt thị giác;
- Giới thiệu gói chất nhũ hóa và tạo thành nhũ tương bẻ gãy axit dưới sự cắt có kiểm soát; xác nhận sự ổn định ở nhiệt độ bề mặt dự kiến;
Điểm kiểm soát chất lượng: nếu sương mù, chất tạo bọt hoặc cặn xuất hiện sau khi thêm polyme, thì không tiến hành nhũ hóa cho đến khi giải quyết được khả năng tương thích (điều chỉnh thứ tự trộn, cường độ ion hoặc lựa chọn phụ gia).
▶ Chương trình đánh giá phòng thí nghiệm với các kết quả mẫu mà bạn có thể nhân rộng
Một chương trình phòng thí nghiệm hiệu quả phải chứng minh rằng polyme ngăn ngừa sự trương nở và di chuyển trong các điều kiện nước muối, axit và nhiệt độ đại diện cho phương pháp xử lý. Dưới đây là tập hợp các thử nghiệm thực tế và mẫu kết quả mẫu (minh họa về hiệu suất chất lượng chấp nhận).
Ma trận sàng lọc ví dụ (minh họa)
| kiểm tra | tình trạng | Đường cơ sở chưa được xử lý | Với polyme cation |
|---|---|---|---|
| tuyến tính sưng lên | Nước muối TDS 200.000 mg/L, 24 giờ | sưng lên 75% | sưng lên 12% |
| chỉ số phân tán | Tiếp xúc với HCl 15%, sau đó ngâm nước muối | Độ đục cao | Độ đục thấp |
| Coreflood phạt di cư | 150°C, nước muối chảy ngược tốc độ cao | Duy trì 40% perm | Duy trì 85% perm |
| Độ ổn định nhũ tương (trực quan) | Lão hóa ở 150°C, 2 giờ | Tách pha | Không tách biệt |
Giải thích: polyme có thể được chấp nhận khi nó đồng thời làm giảm độ phồng/phân tán và bảo toàn tính thấm mà không làm mất ổn định nhũ tương bị nứt do axit ở nhiệt độ.
▶ Thực hiện tại hiện trường: các chiến lược bố trí nhằm duy trì khả năng kiểm soát đất sét
Ngay cả một ứng cử viên mạnh mẽ trong phòng thí nghiệm cũng có thể hoạt động kém hiệu quả nếu được đặt không đúng vị trí. Polyme phải tiếp xúc với các bề mặt chứa đất sét trong giai đoạn mà sự chuyển tiếp ion và pH nghiêm trọng nhất (rò rỉ axit và dòng chảy ngược sớm). Trong các công việc chứa axit nhũ hóa, vị trí cũng bị ảnh hưởng bởi hành vi rò rỉ nhũ tương và chiến lược chuyển hướng.
Thực tiễn hoạt động thường cải thiện kết quả
- Giữ polyme ở cùng một pha một cách nhất quán (thường là pha axit bên trong) để tránh sự dao động nồng độ có thể làm giảm khả năng dự đoán hấp phụ.
- Tránh pha loãng ngoài kế hoạch bằng nước có độ mặn thấp tại chỗ; sự dịch chuyển ion đột ngột có thể làm tăng nguy cơ phân tán đất sét trong quá trình chuyển đổi.
- Xác minh nồng độ phụ gia thông qua hiệu chuẩn trước khi làm việc; định lượng dưới mức là nguyên nhân thường xuyên dẫn đến “thành công trong phòng thí nghiệm, thất bại tại hiện trường”.
- Nếu sử dụng chế độ xả sơ bộ, hãy đảm bảo rằng nó không làm mất đi lớp cation (một số chất đệm anion mạnh có thể làm giảm khả năng lưu giữ).
Khi mục tiêu là kiểm soát đất sét và bụi mịn trong các hồ chứa nước nóng, mặn thì thước đo thành công chính phải là duy trì tính thấm trong quá trình chảy ngược chứ không chỉ là hành vi gây áp lực điều trị ngắn hạn.
▶ Xử lý sự cố: chẩn đoán nhanh khi hiệu suất không đạt thông số kỹ thuật
Bảng dưới đây cung cấp bản đồ chẩn đoán thực tế cho các vấn đề thường gặp khi tích hợp polyme cation vào nhũ tương bẻ gãy axit dưới độ mặn và nhiệt độ khắc nghiệt.
| Vấn đề được quan sát | Có khả năng gây ra | Hành động khắc phục |
|---|---|---|
| Sương mù hoặc trầm tích sau khi trộn | Không tương thích với nước muối hóa trị hai, gói chất ức chế hoặc thứ tự trộn | Thay đổi thứ tự (polymer sớm hơn), giảm sốc ion hoặc thay thế chất phụ gia xung đột |
| Độ ổn định nhũ tương tốt, khả năng làm sạch kém | Polyme không đến được vùng đất sét do phân phối chuyển hướng hoặc rò rỉ | Điều chỉnh thiết kế sân khấu hoặc thêm sân khấu kiểm soát đất sét có mục tiêu ở nơi có độ rò rỉ cao nhất |
| Sản xuất tiền phạt sau công việc | Dùng dưới liều lượng, thời gian tiếp xúc không đủ hoặc suy giảm nhiệt | Tăng liều lượng trong khoảng thời gian đã được phòng thí nghiệm chứng minh; xác nhận lão hóa ở nhiệt độ tối đa |
| Xử lý sự mất ổn định áp suất | Sự mất ổn định nhũ tương ở nhiệt độ hoặc sự hình thành chất rắn | Kiểm tra lại gói nhũ tương; chạy thử nghiệm độ ổn định của tế bào nóng với đá phiến phụ gia đầy đủ |
Quy tắc ngón tay cái: nếu nhũ tương ổn định nhưng tính thấm vẫn giảm, hãy ưu tiên hiệu quả hấp phụ (độ phồng/lõi lõi) hơn các chỉ số nhũ tương và tối ưu hóa lại hóa học polyme hoặc liều lượng cho khoáng vật đất sét.
▶ Danh sách kiểm tra thực hiện về mua sắm và sẵn sàng cho công việc
Sử dụng danh sách kiểm tra này để đảm bảo polyme cation đã chọn thực sự hỗ trợ nhũ tương bẻ gãy axit hiệu suất trong các hồ chứa có nhu cầu khả năng chịu mặn và chịu nhiệt .
- Xác nhận không có kết tủa trong nước muối đại diện (kể cả CaCl 2 /MgCl 2 mức độ) ở bề mặt và nhiệt độ cao.
- Xác nhận độ ổn định trong hỗn hợp axit chính xác và đá phiến phụ gia (chất ức chế, kiểm soát sắt, dung môi tương hỗ, v.v.).
- Tiến hành ít nhất một thử nghiệm duy trì độ thấm (lũ lõi hoặc tương đương) ở nhiệt độ có độ nhạy tốc độ dòng chảy ngược.
- Xác nhận độ ổn định của nhũ tương có chứa polyme (lão hóa nóng, quan sát quá trình tách và hiệu suất sau lão hóa).
- Xác định phương pháp QC hiện trường (xác minh nồng độ, tiêu chí bề ngoài và giới hạn thời gian lưu giữ).
Khi thực hiện các biện pháp kiểm soát này, khả năng chịu mặn, chịu nhiệt polyme cation có thể làm giảm đáng kể tình trạng sưng tấy và di chuyển mịn, giúp việc điều trị mang lại bề mặt vết nứt sạch hơn và độ dẫn điện sau khi làm việc bền hơn.
