水力压裂支撑剂现状及展望

综述了国内外油气井水力压裂用支撑剂的发展状况，对目前现场应用的支撑剂进行了性能对比分析，就适应不同闭合压力地层压裂用支撑剂提高导流能力的途径和选型进行了阐述，重点分析了国内陶粒支撑剂的技术现状，并提出了今后支撑剂技术的发展趋势。     

聚合物-CO2泡沫压裂液性能研究及现场应用

针对目前常用的CO_2泡沫压裂液存在的与CO_2配伍性差、交联不易控制、耐温耐剪切性能差、残渣含量高等问题,采用丙烯酰胺类多元共聚物BCG-8为稠化剂,通过配套添加剂优选及用量优化,形成了的基础配方为0.3%~0.6%稠化剂BCG-8+0.2%~0.45%稠化增效剂(起泡剂)B-55+0.2%~0.3%调节剂B-14+1%KCl的聚合物-CO_2泡沫压裂液体系,研究了该压裂液体系的泡沫流变性、耐温耐剪切性能、携砂性能及破胶性能。研究结果表明,该体系泡沫质量在55%~75%时表观黏度保持在较高值,在140℃、剪切速率170 s~(-1)下剪切120 min后表观黏度保持在30 mPa·s以上,黏弹性的作用使其携砂性能明显优于HPG冻胶体系的,且该体系破胶液的表面张力低于24 mN/m、残渣含量低至0.1 mg/L。该压裂液体系在延长油田页岩气井中施工顺利,措施见效快,增产效果显著,可用于页岩气等非常规油气藏的储层改造。     

缔合型交联剂对多元共聚物流变特性的影响

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、十二烷基二甲基烯丙基氯化铵为原料,以水溶液聚合的方法合成了两亲性高分子聚合物ZW-12。用十八烷基二羟乙基甜菜碱作为缔合型交联剂M-1,通过RS6000型流变仪研究了不同浓度M-1对ZW-12溶液流变性能的影响,用扫描电镜观察了流体的介观结构。结果表明,复配体系的触变性能与蠕变性能均在M-1含量达到ZW-12质量的0.300%后发生较大变化;触变实验表现为应力过冲现象的产生及触变环面积的大幅增加;蠕变实验采用Burger模型进行拟合后发现M-1含量大于0.300%(以溶液中ZW-12的质量为基准,下同)后,Maxwell弹簧模量G0增大至0.51Pa。SEM图验证了该浓度前后流体结构发生变化的推论。通过Cross方程与Jeffery模型对各M-1含量下流体黏切曲线的拟合,确定了M-1对流体黏度与模量的共同影响造成其非牛顿行为的变化。     

纳米交联剂BC-27的制备及性能研究

使用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面进行化学改性和修饰,制备出一种纳米有机硼交联剂BC-27,采用FTIR、SEM、高温流变仪、高温高压失水仪对交联剂BC-27及其配制的压裂液进行了结构表征与性能测试,考察了改性纳米SiO2含量、稠化剂羟丙基胍胶（HPG）质量分数、交联比（压裂液基液与交联剂的质量之比）、pH值对交联剂BC-27交联性能的影响,并测试了交联剂形成羟丙基胍胶压裂液的抗温抗剪切性能、静态滤失性能、破胶与反排性能以及岩芯渗透率伤害性能。研究结果表明：w（改性纳米SiO2）=0.18%时制备得到纳米交联剂BC-27的性能最佳;当压裂液基液中w（HPG）=0.35%,交联比为100:0.3,调节pH值约为11时,形成的压裂液冻胶效果最好,最高抗温温度为130℃,交联时间在89～225s可调;纳米有机硼交联剂BC-27配制的压裂液在130℃下连续剪切120min,其黏度仍保持在440mPa·s以上,而普通有机硼交联剂OS-150配制的压裂液仅为280mPa·s左右;有机硼交联剂OS-150形成的压裂液对储层岩芯伤害率为23.08%,而交联剂BC-27形成的压裂液仅为19.47%。该纳米交联剂性能优异,具有良好的延缓交联性能,可有效降低羟丙基胍胶用量。     

纳米交联剂BC-27的制备及性能

使用硅烷偶联剂KH550对纳米二氧化硅表面进行化学改性,制得Si O2-KH550,将其与含硼有机螯合物进行反应,制备出纳米有机硼交联剂BC-27。采用FTIR、1HNMR和SEM对交联剂BC-27进行了结构表征,采用高温流变仪、高温高压失水仪对BC-27配制的压裂液进行了性能测试,考察了Si O2-KH550质量分数、稠化剂羟丙基胍胶(HPG)质量分数、交联比(压裂液基液与交联剂的质量比)、pH对压裂液交联性能的影响,并测试了交联剂形成羟丙基胍胶压裂液的抗温、抗剪切性能、静态滤失性能、破胶与反排性能,以及岩芯渗透率伤害性能。结果表明,w(Si O2-KH550)=0.18%时,制备得到纳米交联剂BC-27的性能最佳;当压裂液基液中w(HPG)=0.35%,交联比为100∶0.3,调节pH约为11时,形成的压裂液冻胶效果最好,最高抗温温度为130℃,交联时间在89~225 s可调;纳米有机硼交联剂BC-27配制的压裂液在130℃下连续剪切120 min,其黏度仍保持在440m Pa·s以上,而普通有机硼交联剂OS-150配制的压裂液仅为280 m Pa·s左右;有机硼交联剂OS-150形成的压裂液对储层岩芯伤害率为23.08%,而交联剂BC-27形成的压裂液仅为19.47%。该纳米交联剂性能优异,具有良好的延缓交联性能,可有效降低羟丙基胍胶用量。     

清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响

为研究煤层气井压裂液选择的理论依据,进一步探讨清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响,以IS-100等温吸附解析仪为实验平台,选择不同煤阶的煤样和清洁压裂液,从等温吸附的角度,探讨清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响;并采用煤层气可采系数计算方法,以等温吸附实验的兰氏参数数据为基础,结合与地质条件和煤层密切相关的废弃压力、煤层原始含气量等因素,计算评价并综合分析清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响程度.结果显示:与原始煤层可采系数相比,采用清洁压裂液压裂后的煤层可采系数显著增大.研究认为清洁压裂液对煤层气吸附性能有较大影响,该影响对煤层气开采有利;且影响程度与煤阶有关,焦煤、贫煤与无烟煤中贫煤的影响程度最大.     

含咪唑啉基偕胺肟化共聚物对Cu(Ⅱ)吸附性能

本文以丙烯酰胺（AM）、丙烯腈（AN）、1-(2-N-烯丙基氨乙基)-2-油酸基咪唑啉（NIPA）为原料,制备了咪唑啉基偕胺肟化聚合物AM/AO/NIPA。对其进行了FTIR、SEM和TG表征,通过静态吸附实验考察了pH、吸附时间、溶液初始浓度对聚合物AM/AO/NIPA和吸附剂聚丙烯酰胺（PAM ）吸附低浓度Cu2+过程的影响,并拟合吸附动力学和等温吸附曲线探讨了吸附机理。结果表明：聚合物AM/AO/NIPA的铜吸附容量受溶液pH影响不大;当聚合物AM/AO/NIPA加入量为0.05 g时,在30 ℃,pH=5,吸附3 h后,对铜离子质量浓度为100 mg/L的溶液吸附达到平衡 ,此时吸附容量为37.32 mg/g;整个吸附过程服从准二级动力学模型,以化学吸附为主;对Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好的拟合。通过Langmuir模型拟合计算得到,偕胺肟化聚合物AM/AO/NIPA的Cu2+饱和吸附量为267.38 mg/g,超过相同条件下吸附剂PAM的饱和吸附量3倍以上。AM/AO/NIPA循环使用5次后,其吸附量保留率可高达92.99%。     

含咪唑啉基偕胺肟化聚合物合成及其对Cu(Ⅱ)吸附性能

以丙烯酰胺(AM)、丙烯腈(AN)、1-(2-N-烯丙基氨乙基)-2-油酸基咪唑啉(NIPA)为原料,制备了咪唑啉基偕胺肟化聚合物AM/AO/NIPA。对其进行了FTIR、SEM和TG表征。通过静态吸附实验考察了pH、吸附时间、溶液初始浓度对聚合物AM/AO/NIPA和吸附剂聚丙烯酰胺(PAM)吸附低浓度Cu~(2+)过程的影响,并探讨了吸附机理。结果表明:聚合物AM/AO/NIPA的Cu~(2+)吸附容量受溶液pH影响不大;当聚合物AM/AO/NIPA加入量为0.05 g时,在30℃、pH=5、吸附3 h后,对Cu~(2+)质量浓度为100 mg/L的溶液吸附达到平衡,此时吸附容量为37.32 mg/g;整个吸附过程符合准二级动力学模型,以化学吸附为主;对Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好拟合。通过Langmuir模型拟合计算得到,偕胺肟化聚合物AM/AO/NIPA的Cu~(2+)饱和吸附量为267.38 mg/g,是相同条件下吸附剂PAM饱和吸附量的3倍以上。AM/AO/NIPA循环使用4次后,吸附量保留率高达92.99%。     

缔合型交联剂对多元共聚物流变特性影响

用丙烯酰胺（AM）、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸（AMPS）与十二烷基二甲基烯丙基氯化铵以水溶液聚合的方法合成了两亲性高分子聚合物ZW-12。使用十八烷基二羟乙基甜菜碱作为缔合型交联剂M-1，通过RS6000型流变仪研究了不同浓度M-1对ZW-12溶液流变性能的影响，并采用扫描电镜观察了流体的介观结构。结果表明复配体系的触变性能与蠕变性能均在M-1浓度达到ZW-12质量浓度的0.30%后发生了较大变化，触变实验表现为应力过冲现象的产生以及触变环面积的大幅增加，蠕变实验采用Burger模型进行拟合后也发现M-1相对浓度大于0.30%后，Maxwell弹簧模量G0增大至0.51Pa。SEM图验证了该浓度前后流体结构发生变化的推论。通过Cross方程与Jeffery模型对各M-1浓度下流体黏切曲线的拟合，确定了M-1对流体黏度与模量的共同影响造成其非牛顿行为的变化。     

压裂液在地层裂缝中悬砂特性的模拟试验研究

应用高速摄像技术和计算机图形分析技术,研究了不同粘性非牛顿流体压裂液流动过程中支撑剂颗粒在矩形裂缝中的沉降轨迹和沉降速度,从理论上分析了压裂液的水平流动如何影响颗粒的沉降速度。实验结果和理论分析都表明,颗粒的沉降速度随压裂液水平流速的增大而增大;颗粒在裂缝中流动过程的沉降速度是颗粒静止沉降速度的数倍至数十倍,因而压裂液在裂缝中悬砂特性的评估和压裂工艺的设计,不能简单地以颗粒的静止沉降速度为依据,而应以实际沉降速度为依据。