纳米二氧化硅改性有机硼交联剂的制备与性能评价

为重复利用有机硼交联剂制备的压裂液,将N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷表面改性的纳米二氧化硅与乙二醇丁醇硼酸酯发生硼酰化反应,制得纳米二氧化硅有机硼交联剂(NSOBCL),对制备条件进行了优化,通过红外光谱仪表征了NSOBCL的结构,研究了NSOBCL和破胶液配制压裂液的耐温抗剪切性。结果表明,制备有机硼交联剂中间体时,N,N-二胺乙基丙酸甲酯单体与表面氨基改性二氧化硅的最佳质量比为54∶1;制备NSOBCL时,硼酸脂与交联剂中间体的最佳质量比为1∶2。红外表征结果表明合成产物与预期结构相符。0.25%羟丙基胍胶与0.3%NSOBCL等配制的压裂液耐温抗剪切性能较好,在80℃、170 s^(-1)下剪切60 min的黏度约为178 mPa·s;破胶剂过硫酸铵可使压裂液在80℃、120 min内完全破胶,破胶液黏度为2.68 mPa·s。NSOBCL可用于压裂液破胶液的再次交联。在破胶液中补加0.25%羟丙基胍胶和0.4%NSOBCL,于80℃、170 s(-1)下剪切60 min的黏度约为178 mPa·s;破胶剂过硫酸铵可使压裂液在80℃、120 min内完全破胶,破胶液黏度为2.68 mPa·s。NSOBCL可用于压裂液破胶液的再次交联。在破胶液中补加0.25%羟丙基胍胶和0.4%NSOBCL,于80℃、170 s^(-1)下剪切60 min后的黏度为175 mPa·s;而现场使用的JL-13交联剂无法满足重复使用的要求。     

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。     

用于压裂返排液超支化交联剂的合成及其性能评价

以聚乙烯亚胺、乙二醇、多元醇、硼砂为主要原料合成超支化聚氨基硼和四乙烯五胺硼酸酯交联剂,并对产物进行结构表征及压裂返排液重复配液性能测试。将0.35%羟丙基胍胶溶液与合成的聚超支化氨基硼交联剂以100∶0.4交联比交联,形成的压裂液冻胶体系在7 min左右达到压裂液黏度要求,在80℃、170 s^-1连续剪切70 min时压裂液黏度在100 mPa·s左右,满足行业标准要求(黏度>50 mPa·s)。对此过程进行破胶,破胶液黏度最终为3.2 mPa·s,破胶液中的残渣浓度为198 mg/L。与之相比,四乙烯五胺硼酸酯交联剂体系不能满足返排液的配液要求。用破胶后的压裂返排液再次进行配液,将温度设置到80℃、170 s^-1不间断剪切70 min,将压裂液中的黏度调整至50 mPa·s以上,破胶液黏度为3.4 mPa·s。该交联剂使压裂返排液能重复利用。这对节约水资源、降低环境污染具有广阔的工业化前景。     

抗高温瓜尔胶压裂液复合交联剂的研制及应用

为了满足抗高温压裂液体系的应用要求,针对改性羟丙基瓜尔胶压裂液体系,在常温下用"一锅法",以氧氯化锆与硼酸为主要成分、复合多元醇为配位体合成了有机硼锆交联剂。利用单因素实验法优选了制备交联剂的最佳条件,运用红外光谱和核磁共振对所制备的交联剂结构进行了表征,并评价了该交联剂的性能。结果表明,制备有机硼锆交联剂时硼酸与氧氯化锆的最佳摩尔比为4∶1。在羟丙基胍胶溶液质量分数为0. 5%、耐温增强剂质量分数为0. 6%、基液与所制备的有机硼锆交联剂体积比为100∶0. 6的条件下,交联时间为102 s,冻胶在150℃、170 s~(-1)经连续剪切90 min后的黏度在80 m Pa·s以上,表明合成的有机硼锆交联压裂液具有良好的耐温抗剪切性和延缓交联性。对该压裂液体系进行现场试验,取得良好的压裂效果。     

可逆交联低伤害聚合物压裂液研究与现场应用

以SRFP-1增稠剂、SRFC-1交联剂、SRCS-1黏土稳定剂和SRCU-1助排剂工业品为研究对象,以现场配液用水配制SRFP压裂液。评价了SRFP压裂液的耐温耐剪切性能、静态滤失性能、破胶性能及压裂液滤液对岩心的伤害性能;测定了破胶液的表面张力及残渣含量。结果表明:SRFP压裂液在100℃和120℃条件下具有良好的流变性能;初滤失量为3.29×10-2m3/m2,滤失系数为1.71×10-4m/min0.5,滤失速率为6.53×10-4m/min;压裂液滤液对岩心基质伤害率为14.6%;在60~90℃,破胶剂质量分数为0.005~0.04%条件下,2 h即可破胶,破胶液黏度小于5 m Pa·s,破胶液表面张力小于28 m N/m,破胶液残渣小于100 mg/L;最后将SRFP压裂液成功应用于2口低渗透致密薄互储层压裂作业,最高产油量分别为5.2 m3/d和9.7 m3/d。     

瓜尔胶压裂返排液回用技术在气井中的应用

储层改造规模的加大对水资源的需求逐渐增加,压裂返排液的重复利用越来越受到关注。根据硼酸根离子的水解、络合反应机理,加入配位体PWT-2调节瓜尓胶压裂液返排液处理水(简称处理水)中硼酸根离子的有效含量,保持处理水中瓜尓胶压裂液的基液黏度及交联延迟时间与清水配置的一致,基液黏度约28~32 m Pa·s,交联延迟时间为75~150 s。通过加入缓冲剂HC-J调节瓜尓胶压裂液p H约为10.0,控制体系硼离子的有效浓度,降低多价阳离子的含量;将处理水与现场清水按照体积比2∶1的比例配置瓜尓胶压裂液,提高体系的耐温性能;稀释后配置的瓜尓胶压裂液在110℃剪切120 min,黏度保持250 m Pa·s以上,若加入胶囊破胶剂剪切50 min后黏度可降低至40 m Pa·s以下。     

硼钛复合交联剂的制备及其在葫芦巴胶压裂体系中的应用

以四硼酸钠、钛酸丁酯、三乙醇胺、甘油、乙二醇为原料,合成了有机硼钛交联剂,制备了葫芦巴胶压裂液。研究了主剂及配体物料比,反应温度与反应时间对交联剂成胶性能的影响。结果表明,m(四硼酸钠)∶m(钛酸丁酯)=1∶4,m(三乙醇胺)∶m(甘油)=1∶2,反应温度70℃,反应时间3 h的条件下,合成的交联剂性能最优。考察了w(葫芦巴胶溶液)=0.4%,m(葫芦巴胶溶液)∶m(硼钛交联剂)=100∶(0.4~0.6)时,葫芦巴胶压裂液的性能,交联延时150 s,耐温耐剪切性能良好;常温下,携砂比V(压裂液)∶V(石英砂)=70∶30时,沉降速度0.009mm/s;体系易破胶,破胶液黏度低于5 m Pa·s,对储层伤害小。     

低浓度胍胶压裂液体系的室内研究

采用水溶性好、残渣少的超级胍胶GHPG作低浓度胍胶压裂液的稠化剂,选用自制的有机硼交联剂SQ,低浓度胍胶压裂液体系配方为0.20%GHPG+0.08%有机硼交联剂SQ+0.1%Na2CO3+0.15%助排剂+0.05%破乳剂+0.1%杀菌剂+0.025%破胶剂+1.0%粘土稳定剂。体系在60℃下连续剪切120 min后,黏度仍保持在240 mPa·s以上,单粒石英砂静态悬砂速度<0.25 cm/min,30%砂比的静态悬砂速度<0.51 cm/min,压裂液2 h内彻底破胶,破胶液表面张力29.4 mN/m,静态滤失系数为5.27×10-4m/min1/2,岩心伤害率17.51%。其稠化剂的质量分数仅为0.2%,有效降低对地层伤害及原材料成本,其有机硼交联剂SQ具有一定的自动破胶特性,80℃时36 h彻底破胶,40℃时48 h彻底破胶,与常规破胶剂配合使用,可缩短破胶时间,实现2 h彻底破胶。     

醇胺改性有机硼交联剂研制及适用性评价

以硼砂、多元醇、多元醇胺为原料，合成了醇胺改性有机硼交联剂，采用单因素法考察了各合成因素对耐温性能和交联时间的影响。确定了最佳合成条件为：20%硼砂+5%多元醇+10%多元醇胺，70℃反应2 h。研发的有机硼交联剂配制的海水基压裂液具有良好的流变性和破胶性，交联时间60～120 s可调，在120℃、170 s^-1下剪切120 min后黏度能保持在70 mPa·s以上，破胶液黏度低于3 mPa·s,具有较好的应用性能。     

抗高温低摩阻硼交联加重压裂液的制备与性能

针对高温深井致密油气藏压裂液存在的高摩阻、高施工压力和抗高温能力不足的问题,通过硼交联剂的合成和压裂液添加剂的优选,研究得到了一种密度为1.38 g/cm³的低摩阻耐高温加重压裂液。并对该体系进行了交联性能、耐温耐剪切性、降阻率、静态悬砂和破胶性评价。结果表明,该压裂液体系的交联时间达10 min以上,其延迟交联性能有效地降低了管路摩阻(降阻率68.44%);此外在170℃、170 s3的低摩阻耐高温加重压裂液。并对该体系进行了交联性能、耐温耐剪切性、降阻率、静态悬砂和破胶性评价。结果表明,该压裂液体系的交联时间达10 min以上,其延迟交联性能有效地降低了管路摩阻(降阻率68.44%);此外在170℃、170 s^(-1)下连续剪切90 min后黏度始终保持在60 mPa·s以上,95℃高温下可完全破胶,破胶液残渣含量低于行业标准,且具有优良的悬砂性能,对高压深井油气藏压裂改造具有重要意义。     

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。     

多氨基硼交联剂的制备与性能评价

以多胺化合物和硼酸酯为原料,合成羟丙基胍胶压裂液用有机硼交联剂,通过在交联剂中引入多个含硼交联位点,达到降低压裂液体系中羟丙基胍胶的用量、提升压裂液体系耐温性能的目的。采用FTIR、1HNMR和11BNMR对不同交联剂的结构进行了表征,并分析了反应机理。考察了多胺化合物的种类(二乙烯三胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、聚乙烯亚胺-600)、反应物的配比、反应温度和反应时间对产物交联性能的影响,结果表明,当硼酸酯与多乙烯多胺的质量比为3∶2、反应时间为4h、反应温度为150℃时,可以制备性能最优的交联剂BNX-1。评价了BNX-1配制压裂液的耐温耐剪切性能、破胶性能和静态滤失性能。结果表明,以羟丙基胍胶质量分数0.35%、羟丙基胍胶溶液与BNX-1交联质量比100∶0.4配制的压裂液体系,在140℃、170s–1下剪切,120 min后黏度为122 mPa·s;以工业交联剂TCB-1作为对照(以羟丙基胍胶质量分数为0.5%、羟丙基胍胶溶液与TCB-1交联质量比为100∶0.5配制的压裂液体系),在同等条件下剪切,黏度为98 mPa·s。     

阳离子型双子高粘弹压裂液体系开发

进行了常规植物胶压裂液残渣含量高、地层伤害大/对改造效果产生巨大影响等调查。对表面活性剂压裂液体系、蠕变原理、粘弹性、抗剪切性、破胶性、助排性、岩心伤害等进行了研究,开发了一种低伤害、粘弹性良好的清洁压裂液。结果表明,当清洁压裂液配方为2.5%DS+1.0%NaBr+0.6%YFZ-1时,在90℃、170 s~(-1)条件下剪切1 h时压裂液粘度稳定在80 mPa·s以上;在f<10 rad/s时,G'>G″,且G'>0.1 Pa,压裂液粘弹性较佳。压裂液与原油或凝析油反应时,破胶液粘度均小于3.274 mPa·s,破胶液表面张力、界面张力分别小于24.916,1.904 mN/m,破胶、助排较好。0.35%胍胶压裂液破胶液岩心伤害率为32.85%,而2.5%双子表面活性剂清洁压裂液破胶液岩心伤害率为7.79%,较之胍胶压裂液对储层伤害率小,有益于保持增产改造的效果。     

耐高温清洁压裂液的制备及性能评价

以丙烯腈、二乙醇胺和芥酸为原料合成了芥酸酰胺丙基二羟乙基叔胺(UC_(22)-OH)。通过FTIR、~1HNMR、~(13)CNMR及HPLC-MS对其进行了结构表征。将UC_(22)-OH用作稠化剂,配制清洁压裂液,考察温度对清洁压裂液表观黏度的影响,并探究高温下胶束聚集体的类型和尺寸。通过室内实验,对UC_(22)-OH清洁压裂液的流变性、携砂性、破胶返排性以及地层伤害性进行了评价。结果表明,质量分数为4%的UC_(22)-OH清洁压裂液在120℃、170 s~(–1)下剪切5400 s,表观黏度稳定保持在65 m Pa·s;80℃下其弹性模量G'>4.2 Pa,黏性模量G'>1.7 Pa,在陶粒体积分数为20%的情况下,可稳定携砂8 h;遇煤油后其可在70 min内彻底破胶,破胶液的表界面张力较低;UC_(22)-OH清洁压裂液的基质渗透率损害率最低,仅为9.1%。UC_(22)-OH清洁压裂液具有优异的耐温性和抗剪切性、80℃下的携砂性能和破胶返排性能优异,对地层具有低残渣、低伤害的特性。     

可降解纤维压裂液性能评价

在瓜胶体系中加入合成的可降解两亲性聚酯类纤维,可以在降低稠化剂浓度的条件下,保证压裂液的携砂能力。研究纤维不同加量、不同长度对体系中支撑剂沉降速度的影响,发现对于给定流体黏度,质量分数为0.2%,长度为6 mm的纤维能使支撑剂沉降速度降为原来的1/3,携砂性能优异。有机硼交联0.3%瓜胶压裂液(HPG),加入过硫酸铵50 mg/L并在80℃放置5 h后,破胶残渣量为315 mg/L,而该体系加入0.2%可降解纤维DF-1后,破胶残渣量可减至160 mg/L;同时岩心伤害率也由17.45%降至12.31%;在70℃、170 s-1下剪切40 min,其黏度仍保持在70 m Pa·s以上,抗剪切性能良好,能够满足现场施工需求。     

酸性有机钛交联剂的合成及在压裂液中的应用

以钛酸丁酯为主剂,多元醇为络合剂合成了一种酸性有机钛交联剂,并以部分水解聚丙烯酰胺作为稠化剂,制备了部分水解聚丙烯酰胺压裂液。研究了交联剂中钛酸丁酯的质量分数,丙三醇与乳酸的质量比以及pH对冻胶交联延时、黏度的影响,得到较佳的合成条件。考察了质量分数为0.5%的部分水解聚丙烯酰胺,m(HPAM)∶m(有机钛)=100∶0.5时,有机钛/部分水解聚丙烯酰胺压裂液的性能,交联延时300 s;在95℃,170s-1的条件下连续剪切90 min,黏度保持在50 mPa·s以上,体系耐温耐剪切性能良好;由线性黏弹性范围内动态频率扫描结果可知,G'>G″,是典型的黏弹性流体;常温下,V(压裂液)∶V(石英砂)=100∶30时,沉降速度0.025mm/s;破胶后,破胶液黏度低于5.0 mPa·s且残渣量较低,对储层伤害小。     

低浓度胍胶压裂液在延安气田本溪组的应用

为降低本溪组压裂液对地层的伤害,研究开发了适合延安气田本溪组储层的低浓度胍胶压裂液体系。实验结果表明:低浓度胍胶压裂液当胍胶质量分数为0.3%时,在100℃,170s的剪切速率下经过120min耐温剪切,粘度保持在200m Pa·s~(-1);残渣含量和岩心伤害率明显低于常规胍胶压裂液体系。该体系在延安气田本溪组试验2井次,表现出携砂能力强、低摩阻、返排效果好等优点。     

一种新型复合压裂液体系的室内研究

针对海拉尔盆地强水敏储层物性特点,对现有的水基压裂液体系进行优化,制得了复合压裂液体系。依照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5107-2005,对复合压裂液体系的流变性能、防膨性能、滤失性能、破胶性能、助排性能、残渣含量和岩心伤害等性能进行评价。结果表明该体系在90℃、170s-1条件下剪切60min后粘度为228mPa·s;流态指数为0.5273,稠度系数为0.8425Pa·sn c;为岩屑分散率均≤10%;初滤失量为2.29×10-2 m3.m-2、滤失系数为3.18×10-4 m.min-1/2、滤失速率为0.53×10-4 m.min-1;破胶液粘度≤5mPa·s;破胶液表面张力为26.4mN/m,界面张力为1.19mN/m;残渣含量为143.8mg/L,岩心伤害率为9.3%。     

适合致密油藏的低伤害清洁压裂液体系研究

为提高致密油藏压裂施工的效率,降低压裂液对储层的损害程度,室内通过低分子稠化剂、交联剂、黏土稳定剂以及助排剂的优选及评价,研究了一套适合致密油藏的低伤害清洁压裂液体系,并评价了其综合性能.结果表明:该压裂液体系具有良好的耐温抗剪切性能,在90℃、170 s-1的实验条件下,剪切100 min后黏度仍能达到70 mPa·s以上;此外,该压裂液体系还具有良好的携砂性能、滤失性能和破胶性能,并且破胶液对致密油藏储层天然岩心的基质渗透率伤害程度较小,岩心渗透率损害率小于15％,具有低伤害的特点,能够满足致密油藏压裂施工对压裂液性能的要求.     

耐剪切低伤害线性胶压裂液性能研究与现场应用

线性胶压裂液是页岩气开采最关键的技术之一。以SRFP-1增稠剂、SRFC-1交联剂、SRCS-1黏土稳定剂和SRCU-1助排剂工业品为研究对象制备SRFP线性胶压裂液;评价了该压裂液体系的变剪切性能及对岩心基质伤害性能;将该压裂液在塔里木盆地某重点页岩气探井进行了现场应用。结果表明:SRFP线性胶压裂液在70~90℃条件下具有良好的抗剪切性能,对岩心基质伤害率小于20%,现场施工平均砂比为11.9%,返排液黏度小于5 m Pa·s。