新型聚合物压裂液的研制及评价
超分子压裂液体系的研制及评价
超分子压裂液体系的研制及评价超分子压裂液体系的研制及评价摘要：本文基于超分子化学的理论和应用，研制出一种新型的压裂液体系，称为超分子压裂液体系。
实验结果表明，该体系具有优异的压裂效果和抗污染能力，适用于各种井底温度和地质条件。
关键词：超分子化学；压裂液体系；压裂效果；抗污染1. 引言随着全球化经济和人口增长的发展，人类对于能源的需求越来越大。
在这样的背景下，油气勘探开发成为世界上每个国家都重视的战略性产业之一。
然而，油气储层的复杂性和难开发性，给勘探和开发带来了很大的挑战。
其中，压裂技术作为一种重要的提高油气采收率的手段，受到了广泛的关注。
目前，压裂工艺中最常用的液体系是水基液体系、糖胺酸盐液体系和高分子液体系等。
然而，这些液体系都存在一些缺陷，如压裂效果不佳、抗污染性差、环境污染严重等。
因此，研发出一种新型的压裂液体系是十分必要的。
超分子化学是化学界最新的研究领域之一，它着眼于超分子化合物的合成和性质研究。
超分子化合物是由分子间弱相互作用力相互配对或聚集形成的化合物。
超分子化学的发展不仅拓展了化学研究的领域，同时也为研发新型的压裂液体系提供了一种新思路。
本文针对压裂工艺中常见的问题，基于超分子化学的理论和应用，设计并研发了一种新型的压裂液体系，称为超分子压裂液体系。
本文将对其研制及效果进行详细描述。
2. 超分子压裂液体系的设计及研制超分子压裂液体系的主要成分分为分散剂、保护胶体、钢筋增强剂、高分子聚合物和助剂等。
其中，分散剂和保护胶体是该液体系最关键的组分之一，它们的作用在于形成稳定的超分子结构和保护胶体的稳定性。
超分子化学的核心在于分子间的非共价相互作用力，如氢键、范德华力等。
在超分子压裂液体系中，我们利用这些弱相互作用力，通过设计合适的分散剂和保护胶体，形成稳定而均匀的超分子结构，以提高液体系的稳定性和泵送性能。
3. 超分子压裂液体系的效果评估为评估超分子压裂液体系的效果，我们进行了实验研究。
新型合成高分子压裂液体系研制及应用
新型合成高分子压裂液体系研制及应用摘要：水力压裂是目前国内外油田开发过程中油井增产、水井增注的有效工艺措施，压裂液做为携砂挤入地层的介质既需要相应的粘度又要能够迅速破胶之后返出地面。
低渗透油藏、高温油藏等特殊油藏的开发对压裂液提出了新的要求。
通过理论研究和室内实验，合成了新型缔合型高分子压裂液，该压裂液体系可以适时混配、耐高温、成本低、对配制水质要求低，矿场实践证明适用于低渗透油藏的需要。
关键词：缔合型高分子压裂液1. 新型压裂液的研制1.1 合成机理耐高温乳液态缔合型压裂液主要分子结构以丙烯酰胺（AM）或者丙烯酰胺（AM）与其它单体共聚做为主体，x①主要理念是在分子链中引入一定量的疏水基团，以实现在较低使用浓度下依靠其缔合作用可以形成三维网络结构，从而达到自身增粘的目的。
②为保持高分子链在高温下的粘度，设计在分子链中引入对温度敏感性不强的物质，如苯环类，可称为刚性基团，使得受热条件下粘度不会下降。
③考虑到地层水矿化度较高，设计高分子链上同时带有一定量的阴阳离子，以通过反电解质效应对抗地层水中离子影响。
在以上三种主要机理的协同作用下，采用反相乳液/微乳液聚合，得到30%聚合物含量的乳液态产品。
1.2 性能评价对于压裂液的性能，一般应当进行耐温性、储层伤害性、滤失性及破胶能力等方面的分析和测试。
①耐温性压裂液耐温性要求在高温地层中压裂液能够保持一定的稳定性，不会发生降解，能够具备良好的抗剪切性能。
对新型高分子缔合型压裂液选取不同浓度和温度条件下进行耐温实验，结果可知在200 ℃以上地层中，6%有效浓度的压裂液抗剪切能力几乎没有下降。
②储层伤害性选取YL-2四口井的五块岩心进行敏感性实验，结果表明，新型缔合型压裂液破胶液对岩心渗透率的伤害性较瓜胶略低。
③滤失性将新型高分子缔合型压裂液与改性胍胶压裂液在相同条件下进行滤失性实验，实验结果表明缔合型压裂液滤失系数与瓜胶处于同一数量级，说明其滤失量较低，完全满足矿场需要。
超分子压裂液体系的研制及评价
表 １ 数 据 显示 ，在 Ｓ Ｐ Ｍ一 １ 为０ ． ６ ％ 的溶液 中 ，溶
１ ６ ０
７ ０ ０ ６ ０ ０
液 黏度 随 ＡＳ Ｒ 。 １ 质 量 分 数 的增 加 ，有 先 增 大 后 减 小 的趋 势 ，在 加量 为 ０ ． ２ ％ 时 ，溶 液 黏 度达 到 一 个极 大 值 ，综 合 考 虑 黏 度 和成 本 的要 求 ，确 定 ＡＳ Ｒ ． １ 加 量
７ ４
钻
井 液
与 完 井 液
２ ０ １ ５年 ９月
２ 超 分 子 聚合 物 压裂 液 评价 实验
２ ． １ 超 分子压 裂液体 系的配制
在５ ０ ０ ｍＬ的三 口烧 瓶 中加入 ２ ０ ０ ｍＬ去 离子 水 ，
表 １ Ａ Ｓ Ｒ 一 １ 及 ＫＣ １ 加 量对 压 裂 液黏 度 的 影 响
因为超 分子 聚合 物溶 液 中分 子链呈 取 向构象 ，分子链
段 舒展 缔合 形成 超分 子 网状结 构 。高 分子 聚合 物在 良
溶 剂 中溶解 ，开 始 时分子 链 呈取 向构 象 ，随时 间平 衡
Ｓ Ｐ Ｍ一 １ ／ ％
后 一部 分链 段转 变 成无规 线 团构象 。
图１ Ｓ Ｐ Ｍ一 １ 质 量 分 数 对 溶 液 黏 度 的 影 响
继 续 增 加 ，压 裂 液 的黏 度 减 小 。 考 虑 到 适 量 ＫＣ １ 对
Ｏ ０
０
２ Ｏ
４ ０
６ ０
８ ０
ｔ ｌ ｍｉ ｎ
１ ０ ０
１ ２ ０
图 ２ 超分子 聚合物压裂液体 系的流变性 能
压 裂液 防膨 性 能有较 好 的效果 ，因此 ，选 择压 裂液 中
新型超高温压裂液体系研制与评价
新型超高温压裂液体系研制与评价新型超高温压裂液体系研制与评价摘要：本文研究了一种新型超高温压裂液体系，着重分析了该液体系的成分、性能和适用范围。
通过实验证明，该超高温压裂液体系在高温高压下具有优异的性能，可以有效地应对很多油气藏的特殊地质条件和环境。
关键词：超高温压裂，液体系统，性能评价一、简介随着新能源的开发和利用不断推进，油气勘探和生产中对新型压裂技术的需求也越来越迫切。
近年来，超高温压裂技术不断发展壮大，其应用范围也不断扩大。
但是，这种技术的成败取决于液体系统的性能和成分。
因此，在研究超高温压裂液体系统的成分和性能方面，有着非常重要的意义。
二、超高温压裂液体系统的成分超高温压裂液体系统是由多种化学试剂组成的。
其中，最关键的是基础液体。
一般情况下，基础液体需要具备高温稳定性能和良好的流动性。
此外，还需要添加一些表面活性剂、穿透剂和膨胀剂等。
通过这些化学试剂的配合，可以使得超高温压裂液体系统对地质条件和环境的适应性更强。
三、超高温压裂液体系统的性能超高温压裂液体系统的性能主要取决于其黏度、流动性和粘度抗变性。
在实验中，我们发现，这种液体系统可以在高温高压下保持较低的流动阻力和良好的黏度抗变性。
这让它可以克服很多油气藏资源上的限制，从而更好地实现压裂效果。
四、超高温压裂液体系统的适用范围超高温压裂液体系统适用范围非常广泛。
具体来说，它可以用于高温油气藏开发、低温油气藏开发以及高渗透岩石地层开发等领域。
此外，它与现有的压裂液体系统相比，更适合特殊的地质条件和环境。
五、结论超高温压裂液体系统是一种性能优异的液体系统，其组成成分和性能具有一定的优势。
此外，它适用范围广泛，可以有效地应对不同的油气藏资源特征和环境条件。
因此，在实际应用中，我们可以充分利用这种液体系统的优势，提高油气勘探和生产的效率和质量。
六、超高温压裂液体系统的应用前景随着中国油气工业的快速发展，对高性能压裂技术的需求越来越迫切。
超高温压裂液体系统由于其优异的性能和适用范围得到了广泛的关注和认可。
新型耐盐聚合物压裂液的合成及其性能
当代化工Con t emporary Chemical In d ustry Vol.48,No.3 March,2019第48卷第3期2019年3月新型耐盐聚合物压裂液的合成及其性能陈洪\黄鹏'，李爽■(1.长江大学石油1：科学院.湖北武汉430100;2.中国石油渤海钻探国际T.程分公司.天沬300457)摘要：圧裂在非常规油气开发过程中是常见的，压裂液的选择在整个施I：过程中是重耍的一环.圧裂液的发展已经有几I•年.但是冃丽的圧裂液的耐温耐盐性能不够好，不够稳定用合成W元耐盐聚合物(AADMC)作为水力压裂的稠化剂.引入2-丙烯酰胺基-2胡宠内磺酸(AMPS)和功能单体卜六烷基二甲基烯内基氯化镀(DMAAC)来增强聚合物的耐盐和耐温性，结果表明稠化剂浓度相同时.合成的AADMC比市场的PAM-10溶液表现出更好的表观黏度.在高矿化度下表现出比聚丙烯酰胺类PAM-I0題好的耐盐型.在3.5%(wt)的含盐量条件下，依然保持较高的黏度在16()t剪切120min.黏度始终维持在50mPa s以1：.满足160t高温下使用关键词：圧裂液；耐温；耐盐；高黏度中图分类号：TE357文献标识码：A文章编号：1671-0460(2019)03-0498-04Synthesis and Properties of a New Salt Resistant Polymer Fracturing FluidCHEN Hong,HUANG Peng,LI Sluiang2(1.College of Petroleum Engineering.Yangtze University,Hubci Wuhan430100,China：2.Intemational Engineering Company.BHDC,Tianjin300457,China)Abstract:Fracturi ng is comm o n process in the developme n t of un c onventio n al oil and gas.The choice of fracturing fluid is an important part in the whole construction process.The fracturing fluid has been developed for decades, however,the current temperature and salt resistance of fracturing fluid is not good enough,and it is not stable enough.In this paper,quaternary salt tolera n t polymer(AADMC)was used as thickening age n t for hydraulic fracturing.2-Acrylamide-2-mcthylpropionic sulfbnic acid(AMPS)and functional monomer hexadecyl dimethyl allyl ammonium chloride(DMAAC)were introduced to enhance salt and temperature resista n ee of polymers.The results showed that when the thickener concentration was the same,the synthesized AADMC exhibited better apparent viscosity than the PAM-10solution in the market.It showed better salt tolerance than polyacrylamide PAM-10under high salinity.Under the condition of salt con t ent of3.5%(wt),the viscosity remained high level.After shearing at160°C for120min,the viscosity always maintained at more than50mPa-s,so it can be used at160°C.Key words:Fracturing fluid;Temperature resistance;Salt tolerance;High viscosity针对非常规油气来说压裂已成为油气井增产的一种重要手段.因此压裂液的选择也是非常重要的:压裂液在储层改造过程中的作用不仅有传递压力.压开储层，而且还冇携带支撑剂进入压开的储层裂缝进行支撑目前，非常规油藏面临高温高盐的特点.对压裂液提出了更高的要求瓜尔胶原粉倉有较多不可降解的残渣或水不溶物，稳定性差，易变质；温度适应范围窄；种植生产对气候、地域依赖严重；静态悬浮能力一般小于5〜10min,不利于 深井水平井施工W I因此我们要研究对地层伤害小、耐温性能好、地层适应性强的压裂液体系问鉴于压裂液稠化剂的一个重要性能是在高温储层中仍能有足够的黏度來提高液体的悬砂性能，为此合成出一种耐盐性能相对较好的聚合物作为稠化剂，并使其与一种绿色交联剂.从而得到一个性能优异的压裂液体系「1实验部分1.1材料与仪器S312型恒速搅拌器；ZNN-D6B型电动六速旋转黏度计；干粉式粉碎机；热分析仪STA-200；X 射线衍射仪商品类聚丙烯酰胺类稠化剂PAM-10,绿色交联剂PEI-31,胶囊破胶DSJ-12.购于银聪化匸有限公刖丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基内磺酸(AMPS)均购自于安耐吉科技有限公刖，均为分析纯；功能单体十六烷基二甲基烯丙基氯化铁(DMAAC)为实验室自制产品；氢氧化收稿日期：2018-11-13作者简介：陈洪(1991-).男•湖北武汉J衣江大学硕士研究生在读.E-mail：804871320@陈洪，等：新型耐盐聚合物压裂液的合成及其性能第48卷第3期钠、过硫酸鞍、亚硫酸氢钠.购自于国药集团化学 试剂有限公司.均为分析纯1.2实验方法(I )准确称取一定量的AM 、AA 、AMPS 和功能单体DMAC.并加入一定量的蒸憎水，搅拌， 使溶液为均匀溶液；(2 )用浓度为0.02 mol/L 的NaOH 溶液来调节体系的pH 值；(3 )将所冇溶液加入到烧瓶中.然后向溶液中 通氮气，除去体系里而的空气；(4 )将烧瓶中放到恒温水浴中，并观察聚合溶液的温度是否已到达设.温度50 °C,到达后加入一定量的氧化还原引发剂，控制反应在6 h ；(5 )待反应完毕后取岀混合溶液，加入丙酮作 为沉淀剂.使粗产物沉淀，然后再将其分离，多重复几次除去里面反应的单体，最后将产物放入乙醇中浸泡20 h.这样就可以把均聚物除去同：最后将产物在烘箱中烘干后粉碎，将提纯的聚合物2实验结果与讨论2.1影响因素分析2.1.1功能单体DAAC 添加量对聚合物的影响从文献调研常用丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)的用量控制在摩尔比丨：3,单体耐盐单体AMBS占总单体摩尔浓度的1.5%,单体总浓度控制在28%,单引发剂加量为单体总浓度的质量的0.05%.反应温度控制在50 °C, p H 控制在7-7.5. 然后对功能单体DMAC 占总单体摩尔浓度从0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、1.0%这个梯度来优化其加量对合成聚合物稠化剂 AADMC 溶液黏度的影响"I由图I 可以看出，当阳离子疏水单体DMAC 加 量为总单体摩尔比的0.4%时.聚合物表观黏度最大,达到了 192 mPa • s 。
新型无固相压裂液配方筛选及性能评价
新型无固相压裂液配方筛选及性能评价
随着新型压裂材料应用提出，新型无固相压裂液的研发和应用越来越受到重视，在当
前的海洋石油开发中，为了满足井下不同环境的需要，新型无固相压裂液越来越多地应用
于地质修正和增产作业中，但是，无固相压裂液配方完成一次筛选也很耗时耗力，而且很
难实现有效对比和性能评价。
为此，有关人员提出了一种新的无固相压裂液配方筛选和性能评价的方法，以促进其
应用。
首先，他们选择高效的压裂体系，并将它们整合到系统中，以确定适当的压裂液配方。
其次，他们根据压裂液的功能特性，开发了实验室测试，以便对不同压裂液进行对比
测试，最终筛选出最佳配方。
测试结果表明，该方法为筛选最佳无固相压裂液配方，提供准确、可靠的结果。
此外，经过此种筛选方法，得到的无固相压裂液可以更加有效地实现增产。
在现场应用时，新开
发的无固相压裂液配方彻底改善了井筒渗流效率，提高了油井增产率，还可以延长抗压性
能和拉伸性能。
综上所述，新型无固相压裂液配方的筛选和性能评价为压裂过程的高效完成提供了可
靠的依据，可以更加有效率地实现油井产量的提高。
如果能够将这种新型配方结合实践应用，将有助于更大的节省资源，提升石油行业的可持续发展水平。
新型压裂液体系的开发——文献综述
新型压裂液体系的开发目前，国内使用的常规压裂液按类型划分，包括水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液和酸基压裂液等。
油基压裂液因为使用成本较高、密度低、泵压高等原因使用较少；泡沫压裂液、乳化压裂液等因为需要特殊装备配置，应用也受到限制；水基压裂液因其来源较广、便于配制等特点是目前使用较多的压裂液体系，但其缺点是破胶不彻底，不易返排，需采用特殊助排措施；碱性交联环境与残渣较多，对储层伤害较大，尤其是低渗透、碱敏储层。
常规压裂液有其自身无法避免的缺陷，为克服这些缺陷，压裂液研究发展的方向变为：（1）优质（满足施工要求）：低摩阻、良好的流变性能和滤失性；（2）低伤害（改善压裂效果）：快速彻底破胶、低残渣、与储层岩石和流体配伍；（3）低成本：简化添加剂类型、减少其用量，降低水马力，简化施工工序和设备占用。
因此能够满足或部分满足压裂液发展方向的低分子聚合物压裂液体系、黄原胶压裂液体系和清洁压裂液体系成了研究的热门。
一、低分子聚合物压裂液体系目前加砂压裂施工不断向着大液量、大排量、高砂比、快速返排方面发展，这就要求以开发低聚合物、无聚合物压裂液为发展主线，向低（无）残渣方向发展，开发优质、低伤害和低成本的压裂液体系。
近年来研制开发新型交联无残渣压裂液体系一直是国内外研究的课题。
人工合成聚合物因其溶解性好、无水不溶物、无残渣等特点，一直是水基压裂液的主要研究对象，人工合成聚合物具有低摩阻、携砂性能强、对地层伤害小的优点，比较适合低压、低渗等复杂地层油藏的压裂改造，但因为不耐剪切，耐温性差等缺陷使应用受到很大限制。
常用的合成聚合物有以下几种：1.聚丙烯酰胺类用于压裂液的聚丙烯酰胺类产品与有机钛、锆等金属交联剂反应形成的冻胶压裂液具有粘弹性好、对地层伤害低的特点，近年来在部分油田获得应用，如丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）的共聚物可适用于7℃以上地层压裂，丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸盐和甲基丙烯酰胺基丙基二甲基二羟丙基磺酸按（MAPDMDHPAS）的三聚物可适用于204℃以下的地层压裂。
超分子活性聚合物型清洁压裂液的研制与评价
超分子活性聚合物型清洁压裂液的研制与评价蒲阳峰;罗立锦;张明;王帅;于永【摘要】本研究开发了一种超分子活性聚合物增稠剂,采用特殊合成工艺在其分子链上引入疏水基和亲水基团,同时引入活性基团,使得该稠化剂在水中更易溶解、分布更均匀,其能够达到耐温抗盐,并具有表面活性.在压裂液应用时,加入特殊的助剂,能使低分子增稠剂在水溶液中形成的小球状或长棒状胶束结构变成具有一定抗扭曲能力的网状结构,从而赋予液体较高的黏度、较好的耐温能力和较强的抗剪切能力.测试表明,该稠化剂压裂液,具有增稠效果好、悬砂能力强,能耐150℃高温,伤害率低的特点.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2017(036)002【总页数】4页(P140-142,151)【关键词】超分子;聚合物;清洁压裂液【作者】蒲阳峰;罗立锦;张明;王帅;于永【作者单位】陕西延长石油(集团)有限责任公司油气勘探公司,陕西延安716000;陕西延长石油(集团)有限责任公司油气勘探公司,陕西延安716000;陕西延长石油(集团)有限责任公司油气勘探公司,陕西延安716000;陕西延长石油(集团)有限责任公司油气勘探公司,陕西延安716000;四川安东油气工程技术服务有限公司,四川遂宁629000【正文语种】中文【中图分类】TE357.12水力压裂作为油气藏改造增产的重要措施，在世界范围内广泛应用。
通过聚合物增稠或交联的水基压裂液都有残渣，这些残渣对地层及充填层造成严重堵塞使其渗透率大幅度下降，从而降低压裂效果[1]。
自1997年斯伦贝谢公司研究成功清洁压裂以来[2]，低伤害清洁压裂液体系成为研究的热点。
本文在总结了大量有关国内外清洁压裂液的基础上，成功开发了超分子活性聚合物清洁压裂液体系。
以丙烯酰胺为主链，引入了疏水长链非离子单体、亲水阳离子单体和阴离子活性单体进行四元共聚，合成了一种多官能团的共聚物，相对分子质量相对较小，具有表面活性。
同时在交联技术方面也进行了创新，形成了ADQY-2超分子清洁压裂液。
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文章编号:1000-2634(2004)04-0044-04新型聚合物压裂液的研制及评价Ξ蒋山泉,陈馥,张红静,胡星琪(西南石油学院化学化工学院,四川南充637001)摘要:采用AM和AMPS二元共聚,合成一种水溶聚合物P(AM/AMPS)的。
对合成条件进行了分析,探讨了单体、温度、引发剂和反应时间等因素对聚合物特性粘数的影响,并在此基础上形成压裂液的配方。
依据SY-5107-86标准,对压裂液进行室内性能评价。
结果表明该聚合物压裂液耐温、耐盐、抗剪切性能良好。
关键词:AMPS;水溶液聚合;压裂液;添加剂;中图分类号:TE357.46 文献标识码:A引 言用于水力压裂的压裂液性能对压裂起着重要作用,所以对压裂液的性能如增粘性、悬浮性、滤失性、摩阻损失、稳定性、地层伤害等方面均有严格的要求。
作为提高压裂液的粘度的增稠剂是压裂液的主要成份。
长期以来人们对稠化剂的研究作了大量工作,从国内外常用的稠化剂有三种:(1)天然植物胶(淀粉)及其衍生物;(2)纤维素衍生物;(3)合成水溶性聚合物,它已成为国内外研究的热门方向。
常用的合成聚合物有聚丙烯酰胺、甲叉基聚丙烯酰胺等。
与天然高分子材料相比,这些聚合物具有增稠能力强,破胶性能好,残渣少等特点。
但聚丙烯酰胺亦存在较多缺点,不耐温,剪切安定性差,泵送时机械降解严重;对矿化水尤其是多价金属离子敏感,在多价金属离子存在的盐水中溶液粘度锐减。
为了克服上述缺点,近二十年来国内外广泛开展了聚丙烯酰胺的改性工作,并主要侧重于开发丙烯酰胺类共聚物,引进新的单体与丙烯酰胺共聚是聚丙烯酰胺改性重要而有效的途径,而改性单体中以AMPS因其优异的耐温、抗盐、耐剪切性能最为引人注目。
1 共聚物的合成1.1 实验材料及设备 材料:聚丙烯酰胺(AM)工业品2Ο丙烯酰胺基Ο2Ο甲基丙磺酸(ΟAcrylamidoΟ2Οmethylpropanesulfonic Acid,AMPS)(优等品),日本;过硫酸铵(分析纯);亚硫酸氢钠(化学纯); NaOH(分析纯);NaCl(分析纯);浓盐酸(36%～38%);仪器:合成装置一套;乌氏粘度计;恒温玻璃水浴;ZNNΟD6型旋转粘度计。
1.2 实验步骤将AMPS溶于水中,加入NaOH溶液调节p H 值,加入AM和AMPS置于恒温水浴中,通氮气20 min后封口,恒温放置一定时间在搅拌条件下反应。
反应结束后得到一种粘稠的聚合物,用乙醇溶液洗涤,烘干后放入干燥器备用。
1.3 红外光谱分析对共聚物的红外光谱分析可知,在3435.9 cm-1和1640.1cm-1处有酰胺基的特征吸收,在1187.9cm-1和1041.6cm-1处有—SO3-的特征吸收,在2929.9cm-1、2787.9cm-1、1454.7cm-1处有链烷基的特征吸收峰。
分析结果表明:该共聚物图1 聚合物红外光谱第26卷 第4期 西南石油学院学报 Vol.26 No.4 2004年 8月 Journal of S outhwest Petroleum Institute Aug 2004 Ξ收稿日期:2003-05-08作者简介:蒋山泉(1969-),男(汉族),重庆市人,硕士,主要从事压裂液及添加剂研究。
样品中含有酰胺基团、—SO3-以及碳链,说明了反应物阴离子单体AMPS和AM已经发生了很好的共聚(见图1)。
2 压裂液配方的研制运用以上合成的聚合物作为稠化剂,进行锆(氧化氯锆)交联。
交联时除选作研究的变量外,一般条件为p H值4～5,稠化剂浓度为0.5%,交联剂浓度为0.2%,交联比为100∶6,稠化剂AMΟ1的特性粘数为[η]=0.25L/g。
发现锆冻胶的粘度与众多因素有关,所以有必要研究共聚反应条件对锆冻胶粘度的影响。
2.1 单体配比的影响表1是在其他条件不变时单体比例变化对冻胶的影响。
表1 单体配比的影响AMPS用量/%基液粘度/(mPa・s)冻胶粘度/(mPa・s)15105101209750140110385508875从表2可看出,单体的比例对冻胶影响很大, AMPS大于40%或小于20%聚合的产物均不与锆交联,本文选择AMPS含量为20%。
2.2 基液p H值对冻胶粘度的影响基液p H值对冻胶粘度的影响见表2。
表2 p H值对冻胶粘度的影响基液p H值23456789粘度/(mPa・s)102431512487121505043由表2可知,当在p H=4～5时,其表观粘度最大。
在此p H值下聚合物冻胶的锆离子水解彻底。
当p H值较小时,多核羟桥络离子中的核数n减小络离子变小,交联位阻变大;而在p H值大于5时,络离子数减少。
这两者都使冻胶的粘度下降,故p H 值确定在4～5。
2.3 交联比对冻胶粘度的影响改变基液与交联液体积比(交联比)对冻胶的粘度影响见表3。
表3 交联比对冻胶粘度的影响交联比100∶4100∶5100∶6100∶7100∶8粘度/(mPa・s)431501531413441由表3数据可知,当交联比为100∶6时,冻胶粘度最大,以后压裂液的交联比都定为100∶6。
2.4 交联剂浓度对冻胶粘度的影响改变交联剂(ZrOCl2)的浓度,其对冻胶粘度的影响见表4。
分析数据表明当交联剂浓度在0.2%时粘度已较高。
表4 交联剂浓度对冻胶粘度的影响交联剂浓度/%0.10.150.20.25粘度/(mPa・s)4785045125163 压裂液性能评价3.1 稠化剂水化评价本文使用稠化剂P(AM/AMPS)在室温下水化两小时,观察溶液无沉淀、无泡沫、无色透明,表明水化完全。
测其粘度均大于100mPa・s,得到比较理想的效果。
有关数据见下表5。
表5 稠化剂水化评价稠化剂浓度/(M%)粘度/(mPa・s)0.11320.21470.31500.4153 注:温度30℃,稠化剂为P(AM/AMPS)在水中溶解2h后用,旋转粘度计在170s-1下测其粘度值。
分析表5可以看出稠化剂浓度与粘度的关系,当稠化剂浓度为0.1%时,它的粘度已比较大。
当继续提高浓度,聚合物溶液的粘度与之不成正比增加。
3.2 流变性表6为压裂液的流变性。
54第4期 蒋山泉等: 新型聚合物压裂液的研制及评价表6 压裂液的流变性温度/℃表观粘度3/(mPa ・s )30minK /(Pa ・S n )n504875.20.55 注:在(170s -1)下测其表观粘度3.3 交联时间本文采用“挑挂法”。
讨论了在不同温度下的交联时间,发现温度升高有利于缩短交联时间。
温度升高,分子链段运动加快,交联点与锆结合的几率增大,提高了络合程度(见图2)。
图2 交联时间与温度的关系3.4 粘温性用ZNN Ο6型旋转粘度计测试不同温度下交联的压裂液,在170s -1下(100r/min )连续剪切下,测得粘度随温度上升而略增加,在90℃时仍然保持很高水平,这说明P (AM/AMPS )锆冻胶结构在90℃左右趋于稳定,该压裂液至少可应用于此温度下,体现了一定的耐温性能。
该聚合物的压裂液表观粘度数值随温度的变化列于表7。
表7 压裂液粘温性温度/℃405060708090剪切时间/h 0.50.50.50.50.50.5粘度/(mPa ・s )3213563914234454183.5 粘时性用ZNN ΟD6型旋转粘度计在170s -1、90℃下,连续剪切120min ,再测压裂液的粘度,其值大于100mPa ・s。
说明该聚合物的锆冻胶具有很好的耐温、耐剪切能力(图3)。
图3 冻胶粘时性3.6 抗盐研究盐对P (AM/AMPS )锆冻胶的影响有限,从图4看出,冻胶中加入盐后粘度有一定下降,但盐的浓度超过0.5%以后就比较稳定,不再继续下降,表现了优异的抗盐性能。
注:ZNN ΟD6型旋转粘度计在170s -1剪切下,P (AM/AMPS )锆冻胶配方为0.5%P (AM/AMPS )+0.2%锆交联剂,p H =4。
图4 盐对冻胶的影响3.7 滤失性本文采用静态滤失法测定了压裂液的滤失量。
使用高温滤失仪,在3.5MPa 的压差下,测定了压裂液在90℃的滤失性能。
实验测得该压裂液的初滤失量Q sp =0.063(ml/cm 2)滤失系数C 3=4.02×10-4m/A (m/min 0.5)<6×10-4m/min 0.5由以上数据可知该压裂液有较佳的抗滤失性能。
3.8 破胶性能本文采用的评价方法是在30℃下压裂液中加入0.2%过硫酸胺,以100r/min 剪切120min ,再静置24h ,然后测其粘度。
不同的稠化剂浓度其剩余64西南石油学院学报 2004年粘度不同,同时,当交联剂浓度发生变化时,其剩余粘度亦不同,如表8所示。
表8 压裂液3破胶后的粘度稠化剂浓度/(M%)破胶后粘度/(mPa・s)0.2 1.70.3 2.30.4 3.50.5 4.5 注:1.几种不同浓度稠化剂的压裂液;2.压裂液配方为稠化剂+0.2%交联剂表9 交联剂交联的压裂液3破胶后的粘度交联剂浓度/%粘度/(mPa・s)0.05 4.00.10 3.50.15 3.70.20 3.5 注:压裂液配方为0.5%稠化剂+交联剂通过实验测定,发现破胶彻底,它们的粘度均小于5mPa・s(170s-1),符合标准要求。
3.9 压裂液残液对地层伤害按常规方法(SY5336-88)测其岩心伤害率,计算岩心渗透率伤害率ηD=〔(K1-K2)/K1〕×100%。
所得结果列于表10。
有机锆交联的冻胶在加入0.2%破胶剂后伤害率小于15%。
一般认为压裂液对地层的伤害包括压裂液滤液对基岩的伤害和破胶液裂缝的伤害,但主要取决于滤液残渣的多少。
聚合物压裂液破胶彻底,残渣少,易返排,相应对地层伤害较轻。
表10 不同浓度破胶剂的压裂液对岩心的伤害率破胶剂浓度/%岩芯渗透率/(10-3μm2)K1K2伤害率ηD/%0.11612.521.85 0.21613.813.70 0.31614.310.674 结 论(1)由AM与AMPS共聚的高分子成功引入磺酸基团,提高了聚合物的耐温,抗盐性,并抑制了酰胺基团的水解。
此外,聚合物所具有的刚性侧链基团使其耐剪切,抗机械降解。
该聚合物在结构上的特点是作为压裂液稠化剂的理论依据。
(2)无机锆作压裂液交联剂具有增稠能力强,适用范围广,耐温的优点,尤其是它在弱酸性条件下交联减少了对地层的伤害。
(3)通过一系列室内评价实验,可知该聚合物压裂液有明显的耐温性,至少可应用于90℃的地层。
同时,压裂液具有耐剪切、耐盐的特点,它破胶彻底,滤液残渣少,对地层伤害较少,相信有广阔发展前景。
(4)该聚合物压裂液进一步改进的地方很多,它的酸碱度由NaOH调节,难以稳定在p H值4～5之间。