As 3 principais funções da hidroxietilcelulose na perfuração de petróleo

A hidroxietilcelulose (HEC), um éter de celulose não iónico solúvel em água, tornou-se um produto químico essencial indispensável na indústria de perfuração de petróleo devido às suas excelentes propriedades de espessamento, controlo de perdas e estabilização de suspensões. Nas operações principais, como perfuração, conclusão e fracturação, o HEC regula as propriedades do fluido de trabalho para garantir a perfuração segura em formações complexas. Ao mesmo tempo, com a intensificação das políticas ambientais e o desenvolvimento acelerado de petróleo e gás não convencionais, o seu potencial de mercado continua a expandir-se, criando novas oportunidades de desenvolvimento para os segmentos a montante e a jusante da cadeia industrial.

I. O papel fundamental da hidroxietilcelulose na perfuração de petróleo

A hidroxietilcelulose desempenha um papel multifacetado na perfuração de petróleo, sendo a sua principal função melhorar a eficiência da perfuração e proteger os reservatórios, optimizando as propriedades do fluido de perfuração. Isto é conseguido através de três aplicações principais:

(1) Modificadores de desempenho para sistemas de fluidos de perfuração

Hidroxietilcelulose serve como aditivo principal em fluidos de perfuração à base de água. As suas cadeias moleculares contêm numerosos grupos hidroxilo que formam estruturas de rede tridimensionais através de ligações de hidrogénio na água. Isto aumenta significativamente a viscosidade do fluido de perfuração e a capacidade de transporte de rochas, impedindo eficazmente que os detritos se depositem e bloqueiem o furo do poço.

É particularmente adequado para poços verticais, poços de alto ângulo e operações de perfuração de grandes furos. Simultaneamente, o HEC é adsorvido na interface entre o fluido de perfuração e a rocha de formação, formando um bolo de filtro denso que reduz substancialmente a perda de fluido. Isto evita que as partículas sólidas no fluido de perfuração obstruam os poros do reservatório, salvaguardando a integridade das vias de hidrocarbonetos e preservando o fluxo desobstruído para a produção subsequente. Além disso, a sua excelente lubrificação reduz a resistência à fricção entre as ferramentas de perfuração e as paredes do poço, minimiza a perda de pressão de bombagem e possui capacidades de inibição da dispersão de argila que atrasam o risco de colapso do poço.

(2) Componentes principais dos fluidos de completação e de acabamento

Durante as operações de completação, os fluidos de completação com baixo teor de sólidos formulados com HEC evitam a contaminação dos reservatórios com partículas do solo. O seu controlo superior da perda de fluido impede a entrada excessiva de água nos reservatórios, salvaguardando a capacidade de produção. Para poços com grande perda de fluido ou reservatórios de petróleo pesado, os fluidos de workover HEC oferecem vantagens como danos de baixa permeabilidade do núcleo e reciclabilidade. Demonstram uma eficácia significativa em operações de controlo de areias, testes de ácido e outras aplicações. A Liaoning Oilfield utilizou os fluidos de workover HEC sem sólidos para otimizar várias métricas operacionais.

(3) Intensificadores auxiliares para fluidos de fracturação

Em operações de fracturação para reservatórios de baixa permeabilidade, como o gás de xisto e o petróleo de baixa resistência, a Hidroxietilcelulose serve como um melhorador de viscosidade para fluidos de fracturação. Aumenta a viscosidade do fluido para transportar os propantes até às fracturas, deixando um resíduo mínimo após a quebra do gel, minimizando o bloqueio da fratura. Isto torna-o particularmente adequado para formações com baixa permeabilidade e com um difícil refluxo de resíduos. Em comparação com as gomas naturais tradicionais, os fluidos de fracturação à base de HEC resistem à deterioração e oferecem períodos de armazenamento mais longos. O campo petrolífero de Daqing demonstrou vantagens significativas na proteção do reservatório e na estabilidade operacional após a adoção de fluidos de fracturação HEC com uma concentração de 0,6%.

HEC

II. Dosagem óptima de hidroxietilcelulose

A dosagem de Hidroxietilcelulose deve ser ajustada com precisão com base nas condições de perfuração, caraterísticas da formação e tipo de fluido. Quantidades excessivas podem fazer com que a viscosidade do fluido exceda as especificações e levar a dificuldades de bombagem. A gama de dosagem padrão da indústria e os factores que a influenciam são os seguintes:

(1) Gama de dosagem padrão

Nos fluidos de perfuração à base de água, a dosagem de hidroxietilcelulose varia normalmente entre 0,2% e 0,8% da massa total do fluido.

Para fluidos de perfuração padrão de água doce em formações pouco profundas e soltas, uma dosagem de 0,2% a 0,5% é suficiente para o transporte de aparas e estabilidade da parede.

Para poços profundos, formações altamente permeáveis ou lamas especiais de alta precisão, a dosagem pode ser aumentada para 0,4%-0,8% para melhorar o controlo de perdas e a estabilidade.

A dosagem de hidroxietilcelulose é tipicamente 0,3%-1% em sistemas de fluido de fracturação, exigindo um ajuste com base no tipo de propante e na profundidade de fracturação. Em formações profundas de alta temperatura, o pessoal da construção pode aumentar adequadamente o rácio de adição para compensar a perda de viscosidade causada por temperaturas elevadas.
Nos fluidos de completação e workover, a taxa de adição varia tipicamente entre 0,3% e 0,6%, podendo ser reduzida para 0,2% a 0,4% em sistemas com baixo teor de sólidos, conforme considerado necessário.

(2) Principais factores de influência

O ambiente de formação é o principal fator: Em formações de alta temperatura (>100°C) e alta salinidade, as cadeias moleculares de hidroxietilcelulose são propensas à degradação. Devem ser selecionados produtos de hidroxietilcelulose modificados, com uma dosagem aumentada em 0,1%-0,2%. Para fluidos de perfuração em água do mar altamente salina ou salmoura, a dosagem deve ser adequadamente aumentada para contrariar a interferência iónica nas estruturas de ligação de hidrogénio. A compatibilidade com outros fluidos de perfuração também deve ser considerada. Quando misturado com aditivos como a bentonite ou a barita, são necessários ajustes experimentais ao rácio de HEC para evitar efeitos sinérgicos insuficientes ou ligações cruzadas excessivas. Para além disso, os requisitos do processo de perfuração influenciam significativamente a dosagem. Por exemplo, a perfuração de poços horizontais exige uma viscosidade mais elevada para o transporte de detritos, necessitando normalmente de mais 0,1%-0,3% de HEC do que os poços verticais.

III. A hidroxietilcelulose resolve problemas centrais na perfuração de petróleo

A perfuração de petróleo enfrenta vários desafios, incluindo o colapso do poço, a contaminação do reservatório e propriedades instáveis do fluido de perfuração. A hidroxietilcelulose aborda estes pontos críticos com as suas propriedades únicas, garantindo a segurança e a eficiência operacional:

(1) Travar o colapso do poço e estabilizar as condições de perfuração

Em formações instáveis, como arenito solto e xisto, a hidroxietilcelulose engrossa os fluidos de perfuração para formar bolos de filtro densos. Esta dupla ação aumenta a estabilidade mecânica da rocha circundante, reduzindo a erosão causada pela limpeza do fluido, ao mesmo tempo que suprime o inchaço e a dispersão de minerais de argila para evitar incidentes de alargamento ou colapso do furo. Durante as operações de alargamento de furos no campo petrolífero de Shengli, os fluidos de transporte de areia à base de HEC controlaram eficazmente o assentamento de aparas e a instabilidade do poço, aumentando a eficiência operacional em mais de 30%.

(2) Preservação das propriedades dos reservatórios e aumento das taxas de recuperação

A perda excessiva de fluido de perfuração pode fazer com que os poros do reservatório fiquem obstruídos por partículas sólidas. A torta de filtro formada pela Hidroxietilcelulose controla rigorosamente a perda de fluido, evitando declínios na permeabilidade do reservatório. Além disso, os fluidos de trabalho baseados em HEC apresentam baixo teor de resíduos e excelente biocompatibilidade. Após a conclusão, a quebra completa do gel e a drenagem resultam em danos mínimos ao reservatório. Após a adoção de fluidos de trabalho de hidroxietilcelulose no campo petrolífero de Liaohé, as taxas de danos de permeabilidade do núcleo caíram abaixo de 10%, aumentando significativamente a produtividade do reservatório. Na recuperação terciária de petróleo, a Hidroxietilcelulose também serve como agente de inundação para aumentar a viscosidade do fluido de deslocamento e melhorar a taxa de fluxo, alcançando uma taxa de recuperação adicional de até 7.38% - superando os polímeros de poliacrilamida tradicionais.

(3) Otimização da estabilidade do fluido para condições complexas

A perfuração profunda depara-se com ambientes extremos de alta temperatura e alta pressão, onde os aditivos convencionais se degradam facilmente. A hidroxietilcelulose modificada mantém uma viscosidade estável acima dos 120°C e apresenta uma excelente tolerância ao sal, adaptando-se a formações altamente mineralizadas. Para lidar com a diminuição da viscosidade durante a circulação do fluido de perfuração, as propriedades reológicas pseudoplásticas da Hydroxyethyl Cellulose permitem o afinamento por cisalhamento. Isto reduz a pressão de bombagem durante a circulação, ao mesmo tempo que mantém uma viscosidade elevada para suspender os detritos em repouso, equilibrando a eficiência operacional e a estabilidade.

(4) Reduzir os custos operacionais e o impacto ambiental

O HEC requer uma utilização mínima e é reciclável. No campo petrolífero de Liaohe, as taxas de reciclagem de fluido de workover de hidroxietilcelulose excedem 80%, reduzindo significativamente os custos de consumo de químicos. Para além disso, o HEC é facilmente biodegradável com uma taxa de degradação de até 92% - ultrapassando largamente os polímeros sintéticos tradicionais - reduzindo eficazmente as cargas de poluição dos detritos e alinhando-se com as políticas ambientais que exigem práticas de perfuração ecológicas.

HEC

IV. Perspectivas de mercado para a hidroxietilcelulose na perfuração de poços de petróleo

Beneficiando da recuperação global do desenvolvimento do petróleo e do gás, da aceleração da extração não convencional de petróleo e gás e dos factores de política ambiental, o mercado da hidroxietilcelulose para perfuração de petróleo apresenta um crescimento constante com um amplo potencial de desenvolvimento:

(1) Expansão contínua do mercado

De acordo com dados da Grand View Research, o mercado global de hidroxietilcelulose para campos petrolíferos atingiu $125,8 milhões em 2021. Ele está projetado para crescer a um CAGR de 4,9% de 2022 a 2030, ultrapassando $192 milhões em 2030. A região da Ásia-Pacífico é o maior mercado consumidor, com a China a emergir como a nação com o crescimento mais rápido devido à intensificação dos esforços de desenvolvimento do gás de xisto e do petróleo de baixa densidade. Prevê-se que o mercado de hidroxietilcelulose em fase líquida na China cresça a uma taxa de crescimento anual superior a 5%.

(2) Convergência de múltiplos factores determinantes

A procura do desenvolvimento não convencional de petróleo e gás é o principal impulsionador. A extração de gás de xisto e de petróleo de baixa resistência requerem um desempenho superior dos fluidos de perfuração e dos fluidos de fracturação, em que as vantagens de baixo resíduo e de elevada estabilidade da Hydroxyethyl Cellulose se alinham perfeitamente com estas exigências. As políticas ambientais estão a acelerar as actualizações da indústria. A EPA dos EUA exige uma taxa mínima de biodegradabilidade de 75% para fluidos de perfuração em terra até 2025, enquanto a China estabeleceu uma meta de produção doméstica de 50% para materiais de fluidos de perfuração de base biológica até 2030, impulsionando a substituição de aditivos sintéticos tradicionais por hidroxietilcelulose de base biológica. Além disso, a capacidade global de refinação de biomassa está a expandir-se a uma taxa média anual de 15%, fornecendo matérias-primas de baixo custo para a hidroxietilcelulose e acelerando ainda mais a sua adoção generalizada.

(3) Os avanços tecnológicos moldam a trajetória de desenvolvimento

Os futuros produtos de hidroxietilcelulose evoluirão no sentido da multifuncionalidade e de uma maior resistência a temperaturas elevadas e à salinidade. A hidroxietilcelulose modificada com polissacáridos de bactérias halofílicas desenvolvida pela Academia Chinesa de Ciências pode funcionar continuamente durante 120 horas sem falhas em condições de poços ultra-profundos a 210°C. A HEC de base biológica tornou-se um ponto de interesse para a investigação. A hidroxietilcelulose derivada de resíduos agrícolas, como o bagaço e a palha da cana-de-açúcar, entrou na fase de testes à escala-piloto, reduzindo os custos em 17%-23% em comparação com os produtos derivados do petróleo. Prevê-se que a capacidade de produção ao nível das dez mil toneladas seja estabelecida até 2026. Ao mesmo tempo, os produtos multifuncionais estão a penetrar rapidamente no mercado. Os produtos HEC que combinam propriedades espessantes e inibidoras já conquistaram uma quota de mercado de 12%, com um potencial de crescimento futuro significativo.

V. Estratégias para os concessionários aproveitarem as oportunidades

Perante as oportunidades de crescimento no mercado de HEC, as entidades de toda a cadeia industrial devem identificar com precisão a procura, otimizar a atribuição de recursos e procurar um desenvolvimento diferenciado:

(1) Compradores: Foco na compatibilidade de desempenho e no controlo de custos

As empresas do sector petrolífero e as empresas de serviços de perfuração devem selecionar produtos personalizados com base nas caraterísticas da formação. A hidroxietilcelulose modificada deve ser priorizada para formações profundas, de alta temperatura e alta salinidade, enquanto os produtos de base biológica devem ser enfatizados em áreas ambientalmente sensíveis. Os testes laboratoriais devem verificar a compatibilidade do produto com os fluidos de trabalho para evitar riscos operacionais causados por um desempenho inferior. Para o controlo dos custos, os acordos a longo prazo com os fornecedores podem fixar os preços das matérias-primas. Simultaneamente, otimizar os protocolos de adição, calibrando com precisão os rácios para reduzir o consumo excessivo. Além disso, explore as oportunidades de substituição a nível nacional. Os principais fabricantes nacionais estabeleceram cadeias de abastecimento de matérias-primas a montante, e a hidroxietilcelulose produzida internamente oferece vantagens significativas em termos de custo-desempenho, reduzindo a dependência das importações (atualmente ainda em 65%).

(2) Distribuidores: Aprofundar o desenvolvimento de canais e serviços de valor acrescentado

A implantação de canais deve concentrar-se nas principais áreas de produção e nos mercados de procura. A nível nacional, dar prioridade às regiões ricas em gás de xisto, como Sichuan e Xinjiang. A nível internacional, concentrar-se em áreas de elevado crescimento na América do Norte e na Ásia-Pacífico.

Estabelecer parcerias estáveis com gigantes mundiais como a Dow e a Ashland,Mikem bem como operadores nacionais como a Shandong TenessyA inovação é a chave para a diferenciação, para diversificar as carteiras de produtos e responder às necessidades de vários níveis. As actualizações de serviços são fundamentais para a diferenciação. Fornecer apoio técnico, como orientação no local para rácios de aditivos e formulações optimizadas de fluidos de perfuração. Simultaneamente, estabelecer sistemas de atribuição de inventário para garantir o fornecimento contínuo para as operações de perfuração. Além disso, desenvolva proactivamente linhas de produtos HEC de base biológica e colabore com empresas de I&D para obter dividendos de atualização ambiental. Para satisfazer as exigências personalizadas dos gigantes dos serviços de campos petrolíferos, desenvolva soluções multifuncionais de hidroxietilcelulose para aumentar as barreiras à cooperação.

(3)Fornecedor superior de hidroxietilcelulose

MikemA empresa, enquanto fornecedor mundial de especialidades químicas, tem vindo a aumentar de forma constante a sua quota de mercado a nível internacional. Melacoll™A empresa, uma das principais marcas da série de éteres de celulose e, em particular, como fornecedor de hidroxietilcelulose, opera uma importante fábrica de hidroxietilcelulose na província de Shandong, China. Após mais de duas décadas de desenvolvimento, o desempenho do produto foi significativamente melhorado, expandindo-se de aplicações de construção de uso único para diversos campos, incluindo perfuração de petróleo, têxteis e detergentes domésticos, ganhando o reconhecimento dos clientes.

Conclusão

A hidroxietilcelulose (HEC), aproveitando a sua multifuncionalidade e vantagens ambientais na perfuração de petróleo, tornou-se um produto químico essencial para o desenvolvimento de petróleo e gás não convencionais. Impulsionado por avanços tecnológicos e incentivos políticos, o mercado está preparado para um crescimento de alta qualidade. Para os participantes da indústria, os compradores devem otimizar as estratégias de aquisição centradas na compatibilidade de desempenho, enquanto os distribuidores devem aprofundar o desenvolvimento de canais e as ofertas de serviços para criar valor. Juntos, eles podem aproveitar as oportunidades do setor e promover a aplicação em larga escala e de alta qualidade da hidroxietilcelulose na perfuração de petróleo.