阳离子黄原胶的合成及性能评价

为提高黄原胶的基本性能并拓宽其应用范围,将阳离子醚化剂(3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵)和黄原胶(XG)在碱性条件下反应制得淡黄色的阳离子黄原胶(CXG),对CXG的流变特性(剪切变稀性、黏弹性、触变性)以及其作为压裂液的基本性能(携砂性、耐温耐剪切性)进行了研究。结果表明,6 g/L CXG溶液的表观黏度比XG溶液增大了1.34倍,且CXG溶液的弹性模量G'、黏性模量G'和触变环面积均比XG溶液有显著的提高;陶粒在CXG溶液的沉降速度远小于在XG溶液的沉降速度,携砂性能得到提高;XG改性后的耐温耐剪切性提高,4 g/L CXG溶液在80℃、170 s~(-1)下剪切90 min后的保留黏度为58.05 mPa·s,与同浓度的XG溶液在30℃的表观黏度(47.53 mPa·s)相当;XG和CXG溶液的流动曲线可用非线性共转Jeffreys本构方程进行表征,且模拟值与实验值吻合良好。XG通过阳离子改性后,基本性能得到了较大幅度的提高。     

油酸酰胺丙基二甲基叔胺改性羟丙基胍胶耐高温压裂液的交联流变性能

为获得耐高温压裂液增稠剂新体系,采用油酸酰胺丙基二甲基叔胺疏水改性羟丙基胍胶（HPG）,获得一种新型疏水改性耐高温耐剪切稠化剂（O-HPG）。利用红外光谱FTIR、低核磁共振LF-NMR、热重TGA等分析方法表征结构。利用4-参数振荡剪切交联流变动力学方程描述交联过程。进一步研究O-HPG与HPG溶液与有机锆交联剂交联形成凝胶的耐高温性耐剪切性能。研究表明,4-参数振荡剪切交联流变动力学方程可以很好拟合交联过程并得到最佳交联条件;向质量分数0.6% O-HPG基液中加入0.25%体积比的有机锆交联剂FAC-201（锆离子含量为0.5%）,在pH 10.8下交联形成高黏弹凝胶,弹性模量达到178.8 Pa,比相同条件下HPG体系的（58.3 Pa）增加了2倍;O-HPG压裂液在200℃、剪切速率100 s-1的条件下剪切1.5 h后保留黏度大于80 mPa·s,可满足高温压裂液黏度要求（大于50 mPa·s）,获得耐温200℃的压裂液体系。改性后O-HPG耐高温耐剪切性能较HPG有显著提高且O-HPG压裂液更易破胶。     

一种新型的CO2响应性凝胶封窜体系

针对低渗透油藏CO₂驱开发后期的气窜问题,利用小分子胺类化合物和一种改性长链烷基阴离子表面活性剂制备了新型CO₂响应性凝胶封窜体系。在不同温度(25 ℃、70 ℃)、不同压力(常压、8 MPa)下对体系接触CO₂前后的流变性进行了测试,利用环境扫描电镜和核磁共振表征了其微观结构,通过岩心物理模拟实验评价了体系的封窜性能。实验结果表明,体系在接触CO₂前为黏度与水相近的溶液,接触CO₂之后则转变为高黏凝胶状态,且表现出黏弹性;接触CO₂后体系内部结构由松散分离的无序排列转变为排列有序紧密连接,形成三维网状聚集结构。核磁共振测试结果证实了体系接触CO₂之后小分子胺类化合物发生质子化的现象,形成“伪双子表面活性剂”,再通过自组装聚集缠绕形成蠕虫状胶束,造成体系接触CO₂后黏度急剧增大。高低渗双管并联岩心实验表明,多孔介质条件下该体系对于高渗岩心的封堵率大于90%。研究结果为低渗储层CO₂驱开发后期的气窜封堵提供了技术指导。     

一种新型超分子复合压裂液的性能研究

开发出一种新型蠕虫状胶束与缔合聚丙烯酰胺共聚物的超分子结构压裂液体系,研究了耐温耐剪切性、剪切回复性、黏弹性、破胶性、悬砂性以及对支撑剂的导流性能。该复合压裂液(1%黏弹性表面活性剂VES-M+0.15%共聚物VES-G)在100 s-1、90℃下剪切120 min后的黏度为60 m Pa·s,流变性较好。剪切速率从40 s-1增至1000 s-1再恢复到40 s-1,压裂液黏度迅速降低并快速恢复,抗剪切性较好。60℃下的频率扫描结果表明,从0.1rad/s的低频到100 rad/s的高频,压裂液储能模量均大于损耗模量,黏弹性较好。80℃时单颗粒陶粒在不同水配制的压裂液中的沉降速率为0.038数0.054 mm/s,悬砂性较好。加入0.3%氧化类破胶剂30 min后的破胶液黏度为4m Pa·s,表面张力为27.6 m N/m,破胶后残渣为10 mg/L。其导流能力保持率为90%,导流性较好。     

Gemini型自增稠清洁压裂液流变特性

为提高清洁压裂液的耐温性能、降低压裂液成本,以长碳链烷基酰胺丙基二甲胺、环氧氯丙烷、盐酸等为主要原料合成了Gemini型阳离子表面活性剂GX22,研究了GX22自增稠形成的清洁压裂液体系的流变性和耐温性。结果表明,在不加反离子盐的条件下,GX22溶于水即可形成胶束体系。GX22清洁压裂液具有明显的剪切变稀性,流动曲线可用Cross模型模拟;其触变性随GX22浓度的增加而增强,体系结构强度随浓度增加而增强;随角频率的增加,压裂液弹性模量G'和黏性模量G'均增加,且G'大于G',体系以弹性为主;GX22清洁压裂液耐温性良好,含3%GX22清洁压裂液在110℃、170 s~(-1)下剪切90 min后的黏度为33.53 mPa·s。GX22合成步骤少、原料易得、产物无需后处理,压裂液配制简单,与同类型清洁压裂液相比,成本较低。     

表面活性剂提高致密油藏渗吸采收率研究

为了明确表面活性剂改变岩石润湿性及降低界面张力的特性对致密油藏渗吸采油的作用效果,获得表面活性剂渗吸采油的有利条件,通过测量岩心接触角和表面活性剂溶液与油间的界面张力,研究了3 种常用表面活性剂重烷基苯石油磺酸盐（ZPS）、十二烷基苯磺酸盐（SDBS）和磺基甜菜碱（SB）对致密岩心渗吸采收率的影响,分析了自发渗吸机理。结果表明,阴离子表面活性剂改变岩心润湿性的能力好于非离子表面活性剂,两种阴离子表面活性剂（ZPS、SDBS）将岩心表面由油湿反转为水湿,非离子表面活性剂（SB）降低了岩心表面接触角,但未达到润湿反转的效果;油湿岩心介质在注入水溶液中不发生渗吸,表面活性剂引起的接触角改变可实现油湿岩心渗吸采油;岩心原始润湿性影响渗吸采收率,渗吸采收率增幅从大到小依次为水湿岩心>中性岩心>油湿岩心;三种表面活性剂均可使界面张力降至最佳渗吸界面张力范围10^-1～10^-2mN/m,油水界面张力的降低有利于提高岩心自发渗吸采收率。图1 表1 参12     

耐高温压裂液研究进展

高温低渗油气田的压裂开发对我国油气资源的可持续发展具有重要意义。开发在240℃储层保持良好流变性和携砂能力的压裂液体系已列入"十三五"国家重大科技专项研究内容。本文综述了近年来耐温170℃以上的压裂液体系,分别分析了植物胶压裂液、聚合物压裂液、复配压裂液及耐温交联剂的特点,并对耐温240℃压裂液的开发提出建议。     

超深井压裂液体系研究与应用

针对塔里木DH油田超深井、高温、低渗透储层和注水井特点,提出了对压裂液性能的要求,优选了与超深井压裂相适应的有机硼交联改性瓜尔胶压裂液体系的配方和添加剂。介绍了塔里木高温深井压裂液的应用情况,分析讨论了该压裂液控制延迟交联,降低摩阻,优化配方,改善流变性能,以及低伤害特性等。现场应用表明,有机硼交联改性瓜尔胶压裂液具有低摩阻、流变性能好、携砂能力强、破胶彻底、低伤害等特点,满足了井深5850m以上超深井压裂施工的要求。     

四元两性疏水缔合聚合物的聚合流变动力学与聚合物溶液流变性研究

采用自由基溶液聚合法,以丙烯酰胺（AM）、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸（AMPS）、N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAM）、十六烷基二甲基烯丙基氯化铵（CDAAC）为原料合成了四元两性疏水缔合聚合物（（Poly（AM/AMPS/DMAM/CDAAC）简称PAADC）,考察了聚合反应过程中体系弹性模量和黏性模量随时间的变化关系,首次建立了流变动力学方程来描述聚合反应过程中弹性模量变化。对PAADC和三元水溶性聚合物（Poly（AM/AMPS/DMAM）,PAAD）溶液流变性研究表明,PAADC的临界缔合质量浓度约为2.5 g/L;在温度30℃、剪切速率70 s^-1下,浓度6 g/L 的PAADC溶液黏度是相同浓度PAAD溶液黏度的3 倍多。与PAAD相比,PAADC具有更好的耐温、耐剪切性、显著的黏弹性和触变性;共转Jeffreys 模型可表征两种聚合物溶液的剪切流动曲线。图8 表2 参19     

煤油微乳酸的制备及其性能研究

以煤油、盐酸、表面活性剂和助表面活性剂为主要原料,考察了表面活性剂配比对煤油微乳酸稳定性的影响、不同表面活性剂用量下的最大增溶酸量、微乳液和微乳酸的拟三元相图、煤油微乳酸的粒径分布、耐盐能力及缓释效果。结果表明,采用CTAC与NP-15复配可获得稳定的煤油微乳酸体系;体系中表面活性剂的最佳用量为10.7%（w）,氯化氢含量达到10.9%（w）;当CTAC∶NP-15=3∶2,AS1∶AS2=1∶2,助表面活性剂∶表面活性剂=1∶1时,可以得到较大的微乳酸单相区。该微乳酸体系粒径小、分布均匀,具有良好的稳定性和耐温性,耐CaCl2能力可以达到60000mg/L。与相同浓度的盐酸水溶液相比,煤油微乳酸缓释反应效果显著。