(1. Instituto de Investigación de Tecnología e Ingeniería Petroquímica de China, Beijing 100101;
2. Escuela de Ingeniería del Petróleo, Universidad China Youshi (Beijing), Beijing 102249)
La investigación actual sobre el mecanismo de los reductores de pérdida de fluidos de cemento en pozos petroleros es principalmente especulación sin respaldo de datos detallados. Con base en los datos experimentales de la tasa de pérdida de agua, la viscosidad del filtrado y la estructura de la torta de filtración, se explicó el mecanismo de acción del reductor de pérdida de fluido de alcohol polivinílico. Los resultados muestran que el principal factor que influye el alcohol polivinílico en la reducción de la pérdida de agua no es su efecto de aumento de la viscosidad en la lechada de cemento, sino su reducción en la permeabilidad de la torta de filtración, es decir, la formación de una película densa de polímero en la superficie del filtro. torta y medios filtrantes.
El mecanismo de acción del alcohol polivinílico; agente reductor de la pérdida de fluidos para el cemento de pozos petroleros
El mecanismo de reducción de la pérdida de fluidos en los pozos petroleros
Lechada de cemento con alcohol polivinílico
Liu Xuepeng1, 2 Zhang Mingchang1, Zhang Linhai1, Ding Shidong1, Liu Wei1
(1. Instituto de Investigación de Ingeniería del Petróleo de Sinopec, Beijing 100101;
2. Escuela de Ingeniería del Petróleo PetroChina, Universidad (Beijing),
Beijing 102249, China)
Actualmente, la comprensión del mecanismo de acción de los aditivos de pérdida de fluidos es principalmente especulación y carece de apoyo experimental. datos. Este artículo explora sistemáticamente el mecanismo de acción del alcohol polivinílico (PVA) por primera vez midiendo la pérdida de filtración, la viscosidad del filtrado y la movilidad electroforética de la torta de filtración. Los resultados muestran que el factor principal para que el PVA reduzca la pérdida de filtración no es el aumento de la viscosidad, sino la reducción de la permeabilidad de la torta de filtración: se forma una membrana polimérica resistente, completa y densa en la superficie de la membrana del filtro debajo de la torta de filtración. y la pérdida por filtración disminuye. No hubo un aumento significativo y, al mismo tiempo, la membrana formada por PVA comenzó a dañarse, lo que resultó en un fuerte aumento en la pérdida por filtración.
Palabras clave cemento para pozos petroleros; aditivo para pérdida de fluidos; alcohol polivinílico; mecanismo operativo
El aditivo para pérdida de fluidos para pozos petroleros es un tipo de formación que puede controlar la permeabilidad de la fase líquida de la lechada de cemento. Los materiales que reducen la pérdida de fluido y, por lo tanto, mantienen una proporción adecuada de agua y cemento en la lechada de cemento, desempeñan un papel importante para garantizar la calidad de la cementación y proteger las capas de petróleo y gas [1, 2]. El aditivo de pérdida de fluido de alcohol polivinílico para cemento de pozos petroleros tiene un precio moderado, tiene poco impacto en el tiempo de retardo y la resistencia a la compresión de la lechada de cemento, tiene ciertos efectos de prevención de formación de película y canalización de gas, y tiene buenas perspectivas de aplicación [3, 4].
Este artículo toma como objeto el alcohol polivinílico PVA-120, agente de pérdida de fluido de polímero no iónico autosintetizado con una resistencia a la temperatura de 120 °C, y aniónico (AMPS/AM/AA) con una resistencia a la temperatura de 160°C [3] ***El aditivo polimérico de pérdida de fluido JHW-160 se utiliza como referencia.
1 Parte experimental
1.1 Instrumentos
1) Concentrador de presión atmosférica, producido por el Instituto de Investigación de la Industria Aeroespacial de Shenyang.
2) Agente de pérdida de fluidos a alta temperatura y alta presión, producido por el Instituto de Investigación de la Industria Aeroespacial de Shenyang.
3) Potenciómetro Zeta, tipo JS94H, producido por Shanghai Chenzhong Company.
1.2 Muestra
El producto industrial JHW-160 está compuesto de ácido acrílico (AA), acrilamida (AM), 2-acrilamido-2-metilpropanosulfonato de sodio (AMPS) es un el terpolímero se polimeriza; el alcohol polivinílico 17-88 se reticula con aldehídos para obtener el producto industrial PVA-120.
2 Resultados y discusión
2.1 La relación entre la pérdida de agua, la dosis y la viscosidad del filtrado
La Tabla 1 muestra el efecto de la dosificación del agente de pérdida de fluido en el agua de la lechada de cemento. pérdida y viscosidad del filtrado Datos medidos sobre los efectos de la viscosidad.
Tabla 1 Efecto de la dosificación del agente de pérdida de fluido sobre la pérdida de agua de la lechada de cemento y la viscosidad del filtrado
Nota: "-" indica que no se realizó ninguna medición de datos.
Como se puede observar en la Tabla 1, la pérdida de agua de JHW-160 disminuye a medida que aumenta la dosis. Sin embargo, cuando la cantidad de PVA-120 es inferior a 0,4 BWOC, la pérdida de agua es grande. Con un mayor aumento de la dosis, la pérdida de agua disminuyó drásticamente de 951 ml 30 min-1 a 34 ml 30 min-1, lo que se conoce como "efecto umbral". Cuando se aumenta aún más la cantidad de agente reductor de la pérdida de agua, la pérdida de agua ya no se reduce significativamente. Se puede observar que PVA-120 y JHW-160 tienen diferentes reglas de pérdida de agua y diferentes mecanismos de reducción de agua.
Los resultados de los datos son consistentes con los informes de la literatura [3].
Como se puede ver en la Tabla 1, la viscosidad del filtrado de PVA-120 no cambia significativamente con la dosis, mientras que la viscosidad del filtrado de JHW-160 aumenta gradualmente con la dosis, mostrando una correlación. Cuando la cantidad de PVA-120 aumentó de BWOC de 0,3 a BWOC de 0,4, la pérdida de agua cayó bruscamente de 951 ml 30 min-1 a 34 ml 30 min-1, mientras que la viscosidad del filtrado apenas cambió, lo que indica que la viscosidad del filtrado fue no PVA-65438. Por el contrario, para el agente de pérdida de fluido de polímero iónico JHW-160, no se puede ignorar la influencia de la viscosidad o concentración del polímero. A medida que aumenta la cantidad agregada, la viscosidad del filtrado de la lechada de cemento JHW-160 aumenta gradualmente y la pérdida de agua disminuye gradualmente.
2.2 La relación entre la pérdida de agua y la capacidad de adsorción
Cuando la dosis de PVA-120 es 0,4 BWOC, la pérdida de agua a 75 ℃ es de 34 ml 30 min-1; dosis Cuando es 0.3BWOC, la pérdida de agua no se puede controlar. Por lo tanto, se seleccionaron estos dos puntos de dosificación para estudiar la diferencia en la capacidad de adsorción en la superficie de las partículas de cemento, y los resultados se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Adsorción de PVA-120 en la superficie de las partículas de cemento
Los resultados experimentales muestran que la cantidad de adsorción de PVA-120 en la superficie de las partículas de cemento es extremadamente baja, mucho menos que la cantidad de agente reductor de agua. Al mismo tiempo, cuando la dosis de PVA-120 es 0,4 BWOC y 0,3 BWOC, las cantidades de adsorción de PVA-1 y PVA-651 en la superficie de las partículas de cemento son similares, mientras que la pérdida de agua de PVA-1 y PVA- 651 es 34 ml respectivamente 30 min-1. Esto muestra que la adsorción de alcohol polivinílico en la superficie de las partículas de cemento no es la razón principal de la pérdida de agua de PVA-120.
2.3 Relación entre la pérdida de agua y las propiedades eléctricas de la torta de filtración
Redispersar la torta de filtración en agua desionizada para medir la movilidad electroforética de las partículas de la torta de filtración, y obtener los resultados. se muestran en los datos de la Tabla 3.
Tabla 3 Relación entre pérdida de agua y movilidad electroforética de partículas de cachaza
A través del estudio de las cachas de filtración PVA-120 y JHW-160 se puede observar que cuando PVA-120 puede controlar la pérdida de agua Cuando se filtra la torta de filtración, se forma una película densa de polímero con cierta dureza en la unión de la torta de filtración y el medio filtrante. Al mismo tiempo, hay una capa delgada de torta de filtración en la parte superior de la membrana, y se puede ver una capa intermedia de membrana incompleta obvia dentro de la torta de filtración, mientras que JHW-160 solo forma una torta de filtración, cuanto mayor es la dosis, mayor es la densidad. menor será la pérdida de agua y más fina será la torta de filtración.
Las tortas de filtración obtenidas de pruebas de pérdida de agua de lechadas de cemento que contenían ambos polímeros se redispersaron en agua desionizada para determinar la movilidad electroforética de las partículas de la torta de filtración. Se encontró que la movilidad electroforética de la torta de filtración de cemento adicionada con PVA-120 no cambiaba mucho a medida que aumentaba la dosis, y era básicamente consistente con el valor de la torta de filtración de lechada pura, lo que indica que las propiedades eléctricas de la torta de filtración no cambiaban mucho a medida que aumentaba la dosis. no cambió y su efecto de reducción de la pérdida de agua no tuvo nada que ver. Esto se debe principalmente a que el PVA-120 es un polímero no iónico que no se adsorbe en la superficie de las partículas de cemento por la fuerza electrostática. Para JHW-160, a medida que aumenta la dosis, la movilidad electroforética de la torta de filtración cambiará de positiva a negativa, y el valor absoluto de la movilidad electroforética aumentará a medida que aumenta la dosis. Esto muestra que con la adición de JHW-160, Las propiedades eléctricas superficiales de las partículas de cemento han sufrido cambios esenciales, que inevitablemente afectarán la estructura y la humectabilidad de la torta de filtración, controlando así la pérdida de agua. Los resultados de la investigación son consistentes con la literatura [3].
2.4 La relación entre la pérdida de agua y la membrana filtrante
Los resultados de la investigación muestran que la formación de una membrana polimérica densa en la torta de filtración y la malla del filtro es la clave para controlar la pérdida de agua del filtro. alcohol polivinílico. Mientras se alcance la concentración de polímero requerida para la formación de la película, no habrá cambios significativos en la pérdida de agua. Para reducir aún más la pérdida de agua, es necesario comprender la composición estructural y el proceso de formación de esta membrana.
Desde el microscopio electrónico (Figura 1), podemos ver claramente la estructura general de la membrana filtrante. El aumento parcial muestra que la membrana del filtro está compuesta de muchas partículas con un tamaño de partícula inferior a 100 μm y que existen estructuras de adhesión entre las partículas. Se especula que la formación de la membrana filtrante es un conjunto compuesto de moléculas de PVA y partículas de cemento, en el que las partículas de cemento se amontonan entre sí y se adhieren entre sí con las moléculas de PVA.
Al mismo tiempo, la distribución del tamaño de las partículas de cemento medida con un analizador de tamaño de partículas láser de fase acuosa (D50 = 17,4 micrones) muestra que el tamaño de las partículas de cemento es, de hecho, principalmente por debajo de 100 μm, lo que es básicamente consistente con el tamaño de las partículas. Tamaño observado bajo un microscopio electrónico.
Figura 1 Micrografía SEM de la estructura de la membrana del agente de pérdida de fluido PVA.
Una vez formada la membrana filtrante, la pérdida de agua de la lechada de cemento mejora significativamente. La pérdida de agua se reducirá instantáneamente, pero aún saldrá una pequeña cantidad. Esto puede deberse a que la estructura de la membrana del filtro está compuesta de partículas de cemento. La distribución del diámetro de las partículas de cemento muestra que hay muy pocas partículas con un tamaño de partícula inferior a 1 μm, por lo que la acumulación de partículas en la membrana del filtro tendrá algo. pequeños espacios que no se pueden bloquear eficazmente (microscopio electrónico, agujeros negros), una vez que se coluden, mostrarán una pérdida de agua cada vez mayor. Presumiblemente, si estos huecos se tapan añadiendo sustancias de tamaño de partículas pequeñas, se reducirá la pérdida de agua.
Cuando el contenido de PVA-120 se fija en 0,8 BWOC, se utiliza 0,5 retardador DZH-2, la relación agua-cemento es 0,44 y la fórmula básica de la lechada del cemento Jiahua G se pierde a 100°. C. La cantidad de agua es 17,2 ml, consulte la Tabla 4. Dado que el tamaño de partícula del cemento se distribuye principalmente en el rango de 1 ~ 100 micrones, se seleccionaron para investigar el material de tamaño de partícula medio, polvo de sílice ultrafino (d50 = 8,3 micrones) y el material de tamaño de partículas pequeño, polvo de nanomanganeso (d50 = 0,9 micrones). el efecto sobre el efecto de mejora de la pérdida de agua. Los resultados se muestran en la Tabla 4.
La tabla 4 es el promedio de tres pruebas a 100°C. De los resultados de los datos se desprende que a medida que disminuye el tamaño de las partículas del material añadido, la pérdida de agua disminuye gradualmente. Esto también demuestra que mejorar la estructura de los poros de la membrana del filtro puede mejorar su efecto de control de la pérdida de agua.
Tabla 4 Datos de pérdida de agua después de agregar materiales de tamaño de partículas pequeñas
2.5 Mecanismo de acción del agente reductor de pérdida de agua
Como el aditivo de cemento para pozos petroleros más importante El uso La utilización de aditivos y aditivos para la pérdida de fluidos en la lechada de cemento de pozos petroleros está directamente relacionada con el éxito o el fracaso de la construcción de cementación y una serie de cuestiones como la vida útil y la productividad del pozo petrolero. Actualmente, se utilizan ampliamente sistemas de polímeros aniónicos (con AMPS como monómero principal) y sistemas de polímeros no iónicos (incluidos sistemas de látex y sistemas de alcohol polivinílico). A través de la investigación anterior, se demuestra además que los mecanismos de acción de estos dos reductores de pérdida de fluidos son diferentes. Los sistemas de polímeros aniónicos controlan el agua cambiando las propiedades eléctricas de la torta de filtración y aumentando la viscosidad del líquido libre. La formación de una película densa de polímero sobre la torta de filtración y la malla del filtro es la clave para el control del agua en los aditivos de pérdida de fluidos de alcohol polivinílico.
3 Conclusiones
1) El polímero aniónico JHW-160 controla el agua cambiando las propiedades eléctricas de la torta de filtración y aumentando la viscosidad del líquido libre.
2) La formación de una película densa de polímero sobre la torta de filtración y la malla del filtro es la clave para el control del agua del PVA-120.
3) Para mejorar la resistencia a la temperatura y la eficiencia de filtración de la membrana filtrante de alcohol polivinílico, la clave es mejorar la estructura de la membrana filtrante.
Referencias
[1] Plank J, Dugonji? ¿Bi Li? Fei, et al. Mecanismo de acción del reductor de pérdida de fluido del cemento con alcohol polivinílico [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2010, 117(4): 2290~2298.
Zhang Mingchang. Tecnología de cementación[M]. Beijing: Sinopec Press, 2007.
Chen Juan. Investigación sobre la relación entre la estructura y el rendimiento del aditivo de pérdida de fluido del cemento [D]. Tesis doctoral del Instituto de Investigación Petroquímica de China, 2002.
Peng Lei, Fang Enlou, Zhang Jingtao, et al. Mecanismo anticanalización y aplicación de alcohol polivinílico reticulado [J]. .
Xie Huibo. Determinación de alcoholes primarios y secundarios mediante el método de oxidación con dicromato de potasio [J] Sichuan Chemical Industry, 1996, 2: 32 ~ 33.
Chen Juan, Peng Pu, Wang Xieqing. Mecanismo de reducción de la pérdida de fluido del alcohol polivinílico químicamente reticulado [J]. Oilfield Chemistry, 2002, 19 (2), 101 ~ 104.