Cele 3 funcții de bază ale hidroxietilcelulozei în forajul petrolier

Hidroxietilceluloza (HEC), un eter de celuloză neionic solubil în apă, a devenit un produs chimic esențial indispensabil în industria de foraj petrolier datorită proprietăților sale excelente de îngroșare, control al pierderilor și stabilizare a suspensiilor. În operațiunile de bază, cum ar fi forarea, finalizarea și fracturarea, HEC reglează proprietățile fluidului de lucru pentru a asigura forarea în siguranță în formațiuni complexe. Concomitent, odată cu intensificarea politicilor de mediu și dezvoltarea accelerată a petrolului și gazelor neconvenționale, potențialul său de piață continuă să se extindă, creând noi oportunități de dezvoltare atât pentru segmentele din amonte, cât și pentru cele din aval ale lanțului industrial.

I. Rolul principal al hidroxietilcelulozei în forajul petrolier

Hidroxietilceluloza joacă un rol multifațetat în forajul petrolier, funcția sa principală fiind de a spori eficiența forajului și de a proteja rezervoarele prin optimizarea proprietăților fluidului de foraj. Acest lucru este realizat prin trei aplicații principale:

(1) Modificatori de performanță pentru sistemele de fluide de foraj

Hidroxietilceluloză servește drept aditiv de bază în fluidele de foraj pe bază de apă. Lanțurile sale moleculare conțin numeroase grupe hidroxil care formează structuri de rețea tridimensionale prin legături de hidrogen în apă. Acest lucru sporește semnificativ vâscozitatea fluidului de foraj și capacitatea de transport a rocilor, împiedicând în mod eficient sedimentarea resturilor și blocarea puțului de foraj. Este potrivit în special pentru puțuri verticale, puțuri cu unghi înalt și operațiuni de foraj cu găuri mari. În același timp, HEC se adsorbe la interfața dintre fluidul de foraj și roca de formare, formând un tort filtrant dens care reduce substanțial pierderea de fluid. Acest lucru împiedică particulele solide din fluidul de foraj să astupe porii zăcământului, protejând integritatea căilor de transport al hidrocarburilor și menținând un flux fără obstacole pentru producția ulterioară. În plus, lubrifierea sa excelentă reduce rezistența la frecare dintre uneltele de foraj și pereții sondei, minimizează pierderea de presiune de pompare și are capacități de inhibare a dispersiei argilei care întârzie riscul de prăbușire a sondei.

(2) Componente cheie pentru fluidele de finalizare și workover

În timpul operațiunilor de finalizare, fluidele de finalizare cu conținut scăzut de solide, formulate cu HEC, previn contaminarea rezervoarelor cu particule de sol. Controlul superior al pierderilor de fluid previne pătrunderea excesivă a apei în zăcăminte, protejând capacitatea de producție. Pentru puțurile cu pierderi severe de fluid sau pentru rezervoarele de petrol greu, fluidele HEC pentru lucrări de recondiționare oferă avantaje precum permeabilitatea scăzută a miezului și reciclabilitatea. Acestea demonstrează o eficiență semnificativă în lucrările de control al nisipului, testele cu acid și alte aplicații. Liaoning Oilfield a utilizat fluidele HEC cu conținut zero de solide pentru a optimiza mai mulți parametri operaționali.

(3) Îmbunătățitori auxiliari pentru fluidele de fracturare

În cadrul operațiunilor de fracturare a zăcămintelor cu permeabilitate redusă, cum ar fi gazele de șist și petrolul strâns, hidroxietilceluloza servește ca agent de creștere a vâscozității pentru fluidele de fracturare. Aceasta crește vâscozitatea fluidului pentru a transporta proppants adânc în fracturi, lăsând în același timp reziduuri minime după descompunerea gelului, minimizând blocarea fracturilor. Acest lucru îl face deosebit de potrivit pentru formațiunile cu permeabilitate scăzută și reflux de reziduuri dificil. În comparație cu gumele naturale tradiționale, fluidele de fracturare pe bază de HEC rezistă la deteriorare și oferă perioade de depozitare prelungite. Daqing Oilfield a demonstrat avantaje semnificative în ceea ce privește protecția zăcământului și stabilitatea operațională după adoptarea fluidelor de fracturare HEC cu o concentrație de 0,6%.

HEC

II. Doza optimă de hidroxietilceluloză

Doza de hidroxietilceluloză trebuie ajustată cu precizie în funcție de condițiile de foraj, caracteristicile formațiunii și tipul de fluid. Cantitățile excesive pot face ca vâscozitatea fluidului să depășească specificațiile și să conducă la dificultăți de pompare, în timp ce cantitățile insuficiente nu îndeplinesc cerințele de performanță. Intervalul de dozare standard al industriei și factorii de influență sunt după cum urmează:

(1) Intervalul de dozare standard

În fluidele de foraj pe bază de apă, doza de hidroxietilceluloză variază de obicei de la 0,2% la 0,8% din masa totală a fluidului: Pentru fluidele standard de foraj cu apă dulce în formațiuni superficiale, libere, o doză de 0,2% până la 0,5% este suficientă pentru transportul resturilor și stabilitatea pereților; pentru puțuri adânci, formațiuni foarte permeabile sau nămoluri specializate de înaltă precizie, doza poate fi mărită la 0,4%-0,8% pentru a îmbunătăți controlul pierderilor și stabilitatea. În sistemele de fluid de fracturare, doza de hidroxietilceluloză este de obicei de 0,3%-1%, necesitând ajustarea în funcție de tipul de agent de sprijin și de adâncimea de fracturare. În formațiunile adânci, cu temperaturi ridicate, proporția poate fi crescută în mod corespunzător pentru a compensa pierderea de vâscozitate datorată temperaturilor ridicate. În fluidele de completare și de workover, rata de adăugare este în general de 0,3%-0,6% și poate fi redusă la 0,2%-0,4% în sistemele cu conținut scăzut de solide, după caz.

(2) Principalii factori de influență

Mediul de formare este factorul principal: În formațiunile cu temperatură ridicată (>100°C) și salinitate ridicată, lanțurile moleculare de hidroxietilceluloză sunt predispuse la degradare. Trebuie selectate produse de hidroxietilceluloză modificată, cu o doză mărită cu 0,1%-0,2%. Pentru fluidele de foraj în apă de mare foarte sărată sau saramură, doza trebuie mărită în mod corespunzător pentru a contracara interferența ionică cu structurile de legătură cu hidrogenul. Compatibilitatea cu alte fluide de foraj trebuie, de asemenea, luată în considerare. Atunci când se amestecă cu aditivi precum bentonita sau barita, sunt necesare ajustări experimentale ale raportului HEC pentru a evita efectele sinergice insuficiente sau reticularea excesivă. În plus, cerințele procesului de foraj influențează semnificativ dozajul. De exemplu, forarea puțurilor orizontale necesită o vâscozitate mai mare pentru transportul detritusurilor, necesitând de obicei 0,1%-0,3% mai mult HEC decât puțurile verticale.

III. Hidroxietilceluloza rezolvă problemele de bază în forajul petrolier

Forajul petrolier se confruntă cu provocări multiple, inclusiv prăbușirea sondei, contaminarea rezervorului și proprietățile instabile ale fluidului de foraj. Hydroxyethyl Cellulose abordează aceste puncte critice cu proprietățile sale unice, asigurând siguranța și eficiența operațională:

(1) Reducerea prăbușirii sondelor și stabilizarea condițiilor de foraj

În formațiunile instabile, cum ar fi gresia și șisturile libere, hidroxietilceluloza îngroașă fluidele de foraj pentru a forma turte filtrante dense. Această acțiune dublă îmbunătățește stabilitatea mecanică a rocii înconjurătoare, reducând eroziunea cauzată de frecarea cu fluide, suprimând în același timp umflarea și dispersia mineralelor argiloase pentru a preveni extinderea găurii de foraj sau incidentele de prăbușire. În timpul operațiunilor de extindere a găurii la câmpul petrolier Shengli, fluidele purtătoare de nisip pe bază de HEC au controlat în mod eficient sedimentarea detritusurilor și instabilitatea sondelor, sporind eficiența operațională cu peste 30%.

(2) Păstrarea proprietăților zăcământului și îmbunătățirea ratelor de recuperare

Pierderile excesive de lichid de foraj pot cauza înfundarea porilor rezervorului cu particule solide. Tortul filtrant format de hidroxietilceluloză controlează strict pierderea de fluid, prevenind scăderea permeabilității zăcământului. În plus, fluidele de lucru pe bază de HEC prezintă reziduuri reduse și o biocompatibilitate excelentă. După finalizare, descompunerea completă a gelului și drenajul duc la deteriorarea minimă a zăcământului. În urma adoptării fluidelor de recuperare Hydroxyethyl Cellulose la Liaohé Oilfield, ratele de deteriorare a permeabilității miezului au scăzut sub 10%, crescând semnificativ productivitatea zăcământului. În recuperarea terțiară a petrolului, hidroxietilceluloza servește, de asemenea, ca agent de inundare pentru a crește vâscozitatea fluidului de deplasare și pentru a îmbunătăți raportul de curgere, obținând o rată suplimentară de recuperare de până la 7,38%, depășind polimerii tradiționali de poliacrilamidă.

(3) Optimizarea stabilității fluidelor pentru condiții complexe

Forajul la mare adâncime întâlnește medii cu temperaturi și presiuni ridicate extreme în care aditivii convenționali se degradează ușor. Hidroxietilceluloza modificată menține o vâscozitate stabilă peste 120°C și prezintă o toleranță excelentă la sare, adaptându-se formațiunilor puternic mineralizate. În ceea ce privește scăderea vâscozității în timpul circulației fluidului de foraj, proprietățile reologice pseudoplastice ale hidroxietilcelulozei permit subțierea prin forfecare. Acest lucru reduce presiunea de pompare în timpul circulației, menținând în același timp o vâscozitate ridicată pentru a suspenda resturile în repaus, echilibrând eficiența operațională și stabilitatea.

(4) Reducerea costurilor operaționale și a impactului asupra mediului

HEC necesită o utilizare minimă și este reciclabilă. La câmpul petrolier Liaohe, ratele de reciclare a fluidului de lucru cu hidroxietilceluloză depășesc 80%, reducând semnificativ costurile de consum al substanțelor chimice. În plus, HEC este ușor biodegradabilă, cu o rată de degradare de până la 92% - depășind cu mult polimerii sintetici tradiționali - reducând în mod eficient poluarea cu reziduuri de foraj și aliniindu-se la politicile de mediu care impun practici de foraj ecologice.

HEC

IV. Perspective de piață pentru hidroxietilceluloză în forajul petrolier

Beneficiind de redresarea globală a exploatării petrolului și gazelor, de accelerarea extracției neconvenționale de petrol și gaze și de factorii determinanți ai politicii de mediu, piața hidroxietilcelulozei pentru forajul petrolier prezintă o creștere constantă cu un potențial de dezvoltare extins:

(1) Continuarea extinderii pieței

Conform datelor Grand View Research, piața globală a hidroxietilcelulozei pentru câmpurile petrolifere a atins $125,8 milioane în 2021. Se preconizează că va crește cu un CAGR de 4,9% între 2022 și 2030, depășind $192 milioane până în 2030. Regiunea Asia-Pacific este cea mai mare piață de consum, China apărând ca națiunea cu cea mai rapidă creștere datorită intensificării eforturilor de dezvoltare a gazelor de șist și a petrolului închis. Se preconizează că piața hidroxietilcelulozei în fază lichidă din China va crește cu o CAGR anuală de peste 5%.

(2) Convergența mai multor factori determinanți

Cererea de exploatare neconvențională a petrolului și gazelor este principalul motor. Extracția gazelor de șist și a petrolului strâns necesită performanțe mai ridicate din partea fluidelor de foraj și a fluidelor de fracturare, iar avantajele hidroxietilcelulozei privind reziduurile reduse și stabilitatea ridicată se aliniază perfect acestor cerințe. Politicile de mediu accelerează modernizarea industriei. EPA din SUA impune o rată minimă de biodegradabilitate de 75% pentru fluidele de foraj pe uscat până în 2025, în timp ce China a stabilit un obiectiv de producție internă de 50% pentru materialele pentru fluide de foraj pe bază biologică până în 2030, stimulând înlocuirea aditivilor sintetici tradiționali cu hidroxietilceluloză pe bază biologică. În plus, capacitatea globală de rafinare a biomasei se extinde la o rată medie anuală de 15%, furnizând materii prime ieftine pentru hidroxietilceluloză și accelerând în continuare adoptarea pe scară largă a acesteia.

(3) Progresele tehnologice modelează traiectoria dezvoltării

Produsele viitoare din hidroxietilceluloză vor evolua către multifuncționalitate și rezistență sporită la temperaturi ridicate și salinitate. Hidroxietilceluloza modificată cu polizaharide bacteriene halofile, dezvoltată de Academia Chineză de Științe, poate funcționa continuu timp de 120 de ore, fără defecțiuni, în condiții de puțuri foarte adânci la 210°C. HEC pe bază biologică a devenit un punct fierbinte al cercetării. Hidroxietilceluloza derivată din deșeuri agricole, cum ar fi trestia de trestie de zahăr și paie, a intrat în faza de testare la scară pilot, reducând costurile cu 17%-23% în comparație cu produsele pe bază de petrol. Capacitatea de producție la nivelul de zece mii de tone ar urma să fie stabilită până în 2026. Concomitent, produsele multifuncționale pătrund rapid pe piață. Produsele HEC care combină proprietățile de îngroșare și inhibare au câștigat deja o cotă de piață de 12%, având un potențial semnificativ de creștere în viitor.

V. Strategii pentru ca distribuitorii să profite de oportunități

Având în vedere oportunitățile de creștere pe piața HEC, entitățile din întregul lanț industrial trebuie să identifice cu exactitate cererea, să optimizeze alocarea resurselor și să urmărească o dezvoltare diferențiată:

(1) Cumpărători: Concentrarea pe compatibilitatea performanțelor și controlul costurilor

Întreprinderile din domeniul petrolier și companiile de servicii de foraj ar trebui să selecteze produse personalizate în funcție de caracteristicile formațiunilor. Hidroxietilceluloza modificată ar trebui să fie prioritară pentru formațiunile de mare adâncime, cu temperatură ridicată și salinitate ridicată, în timp ce produsele pe bază biologică ar trebui să fie prioritare în zonele sensibile din punct de vedere ecologic. Testele de laborator ar trebui să verifice compatibilitatea produselor cu fluidele de lucru pentru a evita riscurile operaționale cauzate de performanțe inferioare standardelor. Pentru controlul costurilor, acordurile pe termen lung cu furnizorii pot bloca prețurile materiilor prime. În același timp, optimizați protocoalele de adiție prin calibrarea precisă a ratelor pentru a reduce supraconsumul. În plus, explorați oportunitățile de substituire la nivel național. Principalii producători autohtoni au stabilit lanțuri de aprovizionare cu materii prime în amonte, iar hidroxietilceluloza produsă pe plan intern oferă avantaje semnificative în ceea ce privește raportul cost-performanță, reducând dependența de importuri (în prezent încă 65%).

(2) Distribuitorii: Aprofundarea dezvoltării canalelor și a serviciilor cu valoare adăugată

Desfășurarea canalelor ar trebui să se concentreze pe zonele principale de producție și pe piețele cererii. Pe plan intern, trebuie să se acorde prioritate regiunilor bogate în gaze de șist, precum Sichuan și Xinjiang. Pe plan internațional, concentrați-vă asupra zonelor cu creștere ridicată din America de Nord și Asia-Pacific. Stabiliți parteneriate stabile cu giganți mondiali precum Dow și Ashland,Mikem precum și jucători interni precum Shandong Tenessy, pentru a diversifica portofoliile de produse și pentru a răspunde nevoilor pe mai multe niveluri. Îmbunătățirile serviciilor sunt esențiale pentru diferențiere. Furnizați asistență tehnică, cum ar fi îndrumarea la fața locului pentru ratele de aditivi și formulările optimizate ale fluidelor de foraj. În același timp, stabiliți sisteme de alocare a stocurilor pentru a asigura aprovizionarea continuă pentru operațiunile de foraj. În plus, dezvoltați în mod proactiv linii de produse HEC pe bază biologică și colaborați cu firmele de cercetare și dezvoltare pentru a obține dividende din actualizarea ecologică. Pentru cererile personalizate din partea giganților din domeniul serviciilor petroliere, dezvoltați soluții multifuncționale de hidroxietilceluloză pentru a spori barierele de cooperare.

(3) Furnizor de top de hidroxietilceluloză

Mikem, în calitate de furnizor global de produse chimice speciale, și-a sporit constant cota de piață la nivel internațional. Melacoll™, o marcă cheie în cadrul seriei de eteri de celuloză și în special ca furnizor de hidroxietilceluloză, operează o fabrică de hidroxietilceluloză în provincia Shandong, China. După peste două decenii de dezvoltare, performanța produsului a fost îmbunătățită în mod semnificativ, extinzându-se de la aplicații de construcție de unică folosință la diverse domenii, inclusiv foraj petrolier, textile și detergenți de uz casnic, câștigând recunoașterea clienților.

Concluzie

Hidroxietilceluloza (HEC), valorificându-și multifuncționalitatea și avantajele ecologice în forajul petrolier, a devenit o substanță chimică de bază pentru dezvoltarea petrolului și gazelor neconvenționale. Impulsionată de progresele tehnologice și de stimulentele politice, piața este pregătită pentru o creștere de înaltă calitate. Pentru participanții la industrie, cumpărătorii ar trebui să optimizeze strategiile de achiziție centrate pe compatibilitatea performanțelor, în timp ce distribuitorii trebuie să aprofundeze dezvoltarea canalelor și ofertele de servicii pentru a crea valoare. Împreună, aceștia pot profita de oportunitățile din industrie și pot avansa în aplicarea pe scară largă și la nivel înalt a hidroxietilcelulozei în forajul petrolier.