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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，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 ，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
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ＨＥＣ |
视粘度
(AV) |
塑性粘度
(PV) |
屈 服 点
(YP) |
幂 律 常 数 |
50S-1
有效粘度 |
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200-100 |
rpm |
30-15│rpm │(n'和k')┃ |
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0.454k/桶 |
CP |
CP |
4.89×10-2kg/M2 |
n |
k |
n' │ k' │ CP ┃ |
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淡水 ┃ |
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1.0 15.5 0.5 12 0.58 0.74 0.41 1.46 71
1.5 29 15 28 0.49 2.73 0.46 1.60 186
2.0 46.5 20 53 0.40 7.46 0.48 5.37 343 |
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3.0 92.5 31 123 0.30 27.42 0.25 31.05 807
4.0 160 52 216 0.26 60.82 0.20 70.17 1512 |
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NaCl 溶液 |
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1.0 17 11 12 0.58 0.81 0.58 0.82 77
1.5 31.5 16 31 0.48 3.10 0.45 3.27 181
2.0 49 21 56 0.41 7.90 0.51 5.21 374 |
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3.0 94.5 33 123 0.30 28.55 0.39 20.17 888
4.0 164 48 232 0.26 65.49 0.26 60.48 1596 |
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( 三 ) 其它性能：
1) 、 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
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ＨＥＣ(Wt%) |
失水量(ml) |
时间(分钟) |
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0
0.3 |
350
30-100 |
2
20 |
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% 。
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 )
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