Katjonisk polymer för syrabrytande emulsion: Salt & Värme

ON 26 . Dec . 2025

An syrabrytoche emulsion (vanligtvis emulgerad HCl i en extern kolvätefas) väljs ofta för att bromsa reaktionen mellan syra och berg, förbättra etsfördelningen och förlänga effektiv spricklängd. Men i reservoarer med hög salthalt och hög temperatur dominerar två fellägen rutinmässigt utvärderingen efter jobbet: lersvullnad and partikel(fin) migration .

Dessa risker ökar när formation brine total dissolved solids (TDS) finns i 150 000–250 000 mg/L intervall och bottenhålets statiska temperatur är 140–180°C , eftersom emulsioner och tillsatser utsätts för högre termisk stress, och lera/finmaterial kan mobiliseras genom snabba förändringar i jonstyrka och pH under syrakontakt och läckage.

Typiska problem som ses efter behandlingen

Tidig sållning eller stigande behandlingstryck trots stabil hastighet (indikerande på överbryggning av finmaterial eller igensättning nära borrhålet).
Lägre än förväntat post-frac-produktivitet i lerbärande strimmor (svällning och dispersion minskar effektiv permeabilitet).
Snabb nedgång efter den första saneringen (mobiliserade finmaterial omfördelas och täpper till porhalsarna nedströms).

En praktisk begränsningsstrategi är att införliva en katjonisk polymer konstruerad för salttolerans och värmebeständighet , speciellt för att förhindra lersvällning och begränsa partikelmigrering under och efter syraexponering.

▶ Hur en katjonisk polymer stabiliserar lera och kontrollerar fina partiklar

Leror (särskilt smektit/illit-blandade skikt) och många fina partiklar bär netto negativ ytladdning. I sur miljö kan jonbyte och upplösning störa ytkemin, vilket ökar spridningsrisken. En korrekt vald katjonisk polymer adsorberas på negativt laddade ytor och ger stabilisering genom elektrostatisk attraktion och ytladdningsmodifiering.

Primära mekanismer som är relevanta för sursprickningsemulsion

Hämning av lersvullnad: katjoniska grupper upptar utbytesställen och minskar vattenupptag/expansion under joniska chocker orsakade av syraläckage och efterföljande saltlösningsåterflöde.
Böter fixering: Adsorption bildar ett tunt polymerskikt som ökar partikel-kornvidhäftningen, vilket minskar sannolikheten för lossning under hög hastighet och tryckgradienter.
Spridningskontroll: minskade repulsiva krafter (ofta observerade som en zetapotential av lägre storlek) begränsar deflockulering av lerplättar.

I praktiken bibehåller de bästa kandidaterna adsorption och prestanda även när de utsätts för koncentrerad syra (vanligtvis 15–28 % HCl i vikt i många stimuleringsdesigner) och divalent-rika saltlösningar (Ca ² /Mg ² ) som kan inaktivera svagare kemier.

Vad "salttolerans och värmebeständighet" ska betyda i specifikationerna

För denna applikation bör "salttolerans och värmebeständighet" inte behandlas som marknadsföringsspråk; det måste kartläggas till mätbara acceptanskriterier i saltlösning och temperaturförhållanden som matchar jobbets verklighet i borrhålet.

Praktiska prestationsmål att begära från leverantörer eller validera internt

Rekommenderade kvalificeringsmål för en katjonisk polymer som används med sursprickbildningsemulsion under hög salthalt och temperatur
Attribut	Föreslaget målområde	Varför det spelar roll	Typiskt verifieringstest
Brine kompatibilitet	Ingen nederbörd i 150 000–250 000 mg/L TDS med tvåvärda	Fällningar kan täppa till porer och destabilisera emulsioner	Flasktest (24 timmar) vid omgivningstemperatur och förhöjd temperatur
Termisk stabilitet	≥80 % aktivitet bibehålls efter 2–4 timmar vid 150–180°C	Skjuvning av uppehållstid nere i hålet kan bryta ned polymerer	Åldringstest under statiska eller rullande förhållanden
Syrakompatibilitet	Stabil i 15–28 % HCl med inhibitorer/järnkontroll	Inkompatibla blandningar kan gela, separera eller förlora adsorption	Viskositetsobservation av blandningsstabilitet över tid
Lerstabiliseringseffektivitet	≥70 % svullnadsminskning jämfört med obehandlad baslinje	Direkt kopplad till permeabilitetsbevarande	Linjära sväll-/spridningsindextest

Om produkten inte kan uppfylla dessa mål samtidigt, kan den fungera i sötvattenlabbskärmar men misslyckas under salthalt eller temperatur på fältnivå. För sura sprickbildning emulsion arbete, skärningspunkten av sur koksaltvärme är det kritiska kvalificeringsutrymmet.

▶ Formuleringsvägledning: där den katjoniska polymeren passar i ett emulgerat-syrasystem

I en emulgerad syradesign är polymeren vanligtvis placerad som en lera/finmaterialkontrolltillsats som måste förbli effektiv trots ytaktiva ämnen, korrosionsinhibitorer, järnkontrollmedel och emulsionens interna syrafas. Målet är att upprätthålla adsorption på mineralytor utan att bryta emulsionen eller skapa fasta ämnen.

Typiskt doseringsfönster som används för screening (anpassa till ditt system)

Börja visningen kl 0,1–0,5 viktprocent aktiv polymer i sur fas för lerstabilisering, optimera sedan baserat på kärnflödes- eller svälldata.
Öka dosen när smektithalten, finfördelarna laddas eller läckan är hög; minska när permeabilitetskänsligheten eller polymerretentionsrisken är hög.

Blandningsordning som minskar risken för inkompatibilitet

Förbered syrapaketet (HCl plus korrosionsinhibitor och förstärkare efter behov) och verifiera klarheten;
Tillsätt den katjoniska polymeren långsamt med konsekvent omrörning för att undvika fiskögon eller lokal överkoncentration;
Tillsätt järnkontroll och andra specialtillsatser efter att polymerens hydratisering/dispergering är visuellt enhetlig;
Introducera emulgeringsmedelsförpackningen och bilda den sura fraktureringsemulsionen under kontrollerad skjuvning; validera stabilitet vid förväntad yttemperatur;

Kontrollpunkt för kvalitetskontroll: om dis, stringers eller sediment uppstår efter polymertillsats, fortsätt inte till emulgering förrän kompatibiliteten har lösts (justera blandningsordning, jonstyrka eller val av additiv).

▶ Labutvärderingsprogram med exempelresultat som du kan replikera

Ett robust labbprogram bör bevisa att polymeren förhindrar svullnad och migration under saltlösning, syra och temperaturförhållanden som är representativa för behandlingen. Nedan finns en praktisk uppsättning tester och ett exempel på resultatmönster (illustrerande av prestation av acceptanskvalitet).

Exempel på screeningmatris (illustrerande)

Illustrativa före/efter resultat som visar hur en salttolerant, värmebeständig katjonisk polymer kan valideras för syrabrytande emulsionsarbete
Testa	Skick	Obehandlad baslinje	Med katjonisk polymer
Linjär svällning	200 000 mg/L TDS-saltlösning, 24 timmar	75% svullnad	12% svullnad
Spridningsindex	15 % HCl-kontakt, sedan saltlösning	Hög grumlighet	Låg grumlighet
Coreflood bötfäller migration	150°C, höghastighetsbrineåterflöde	40% permanent retention	85% permanent retention
Emulsionsstabilitet (visuell)	150°C åldring, 2 timmar	Fasseparation	Ingen separation

Tolkning: polymeren är acceptabel när den samtidigt minskar svallning/dispersion och bevarar permeabiliteten utan att destabilisera den sura fraktureringsemulsionen vid temperatur.

▶ Utförande i fält: placeringsstrategier som bevarar lerkontroll

Även en stark laboratoriekandidat kan underprestera om den placeras fel. Polymeren måste komma i kontakt med de lerbärande ytorna under den period då jon- och pH-transienter är som allvarligast (syraläckage och tidigt återflöde). I emulsifierade syror påverkas placeringen också av emulsionsläckagebeteende och avledningsstrategi.

Operationella rutiner som vanligtvis förbättrar resultaten

Håll polymeren i samma fas konsekvent (vanligen den interna syrafasen) för att undvika koncentrationssvängningar som kan minska adsorptionsförutsägbarheten.
Undvik oplanerad utspädning med vatten med låg salthalt på plats; plötsliga jonskiften kan öka risken för spridning av lera under övergångar.
Verifiera tillsatskoncentrationer via kalibrering före jobbet; underdosering är en vanlig orsak till "labbframgång, fältfel."
Om en förspolning används, se till att den inte tar bort det katjoniska skiktet (vissa starkt anjoniska distanser kan minska retentionen).

När målet är kontroll av lera och fina partiklar i heta, salta reservoarer bör det primära framgångsmåttet vara permeabilitetsretention under återflöde snarare än att bara kortsiktigt behandla tryckbeteende.

▶ Felsökning: snabb diagnos när prestanda är off-spec

Tabellen nedan ger en praktisk diagnostisk karta för vanliga problem som man stöter på när man integrerar en katjonisk polymer i en sur fraktureringsemulsion under extrem salthalt och temperatur.

Felsökningsguide för prestanda för katjonisk polymer i emulsionssystem för sura frakturering
Observerat problem	Trolig orsak	Korrigerande åtgärd
Dis eller sediment efter blandning	Inkompatibilitet med tvåvärd saltlösning, inhibitorpaket eller blandningsordning	Ändra ordning (polymer tidigare), minska jonisk chock eller byt ut motstridiga tillsatser
Bra emulsionsstabilitet, dålig rengöring	Polymer når inte lerzoner på grund av avledning eller läckagefördelning	Justera scendesignen eller lägg till riktad lerkontrollscen där läckan är störst
Produktion av böter efter jobbet	Underdosering, otillräcklig kontakttid eller termisk nedbrytning	Öka doseringen inom labbbeprövad fönster; validera åldrande vid maxtemperatur
Behandlar tryckinstabilitet	Emulsionsinstabilitet vid temperatur eller bildning av fasta ämnen	Kontrollera emulsionsförpackningen igen; kör hot-cell-stabilitetstester med full additiv skiffer

Tumregel: om emulsionen är stabil men permeabiliteten fortfarande kollapsar, prioritera adsorptionseffektiviteten (svällning/kärnflöde) framför emulsionsmått och återoptimera polymerkemin eller doseringen för lermineralogi.

▶ Implementeringschecklista för upphandling och arbetsberedskap

Använd denna checklista för att säkerställa att den valda katjoniska polymeren verkligen stöder syrabrytande emulsion prestanda i reservoarer som efterfrågar salttolerans och värmebeständighet .

Bekräfta att ingen utfällning i representativ saltlösning (inklusive CaCl ₂ /MgCl ₂ nivåer) vid yttemperaturer och förhöjda temperaturer.
Bekräfta stabiliteten i den exakta syrablandningen och tillsatsskiffern (inhibitor, järnkontroll, ömsesidigt lösningsmedel, etc.).
Kör minst ett permeabilitetsretentionstest (kärnflöde eller motsvarande) under temperatur med känslighet för återflödeshastighet.
Validera emulsionsstabilitet med polymer inkluderad (varm åldring, separeringsobservation och prestanda efter åldring).
Definiera en fält-QC-metod (koncentrationsverifiering, utseendekriterier och gränser för hålltid).

När dessa kontroller är på plats, en salttolerant, värmebeständig katjonisk polymer kan avsevärt minska svullnad och migration av fina partiklar, vilket hjälper behandlingen att ge ett renare frakturansikte och mer hållbar konduktivitet efter jobbet.