羧酸盐双子表面活性剂耐温清洁压裂液——以在塔里木盆地致密砂岩气藏应用为例

为构筑新型低伤害耐温性清洁压裂液,在合成表征系列羧酸盐双子表面活性剂、测试其水溶性的基础上,采用MR301界面流变仪考察了分子结构(疏水链长度及联接基碳数)、浓度、纳米粒子含量对羧酸盐双子表面活性剂增稠清洁压裂液效果的影响,并按行业标准SY/T 5107—2005评价了羧酸盐双子表面活性剂—纳米粒子清洁压裂液性能,用FT—IR和1H—NMR谱图确认了产物为所需的合成结构,水溶性实验确立系列羧酸盐双子表面活性剂溶解温度为34~65℃。黏度测试结果表明:1疏水链碳数越多,羧酸盐双子表面活性剂增稠能力越强,溶液黏度突变升高对应活性剂浓度越小;2疏水链碳数相同,联结基碳数增加,其增稠能力越强,耐温性越好;3 0.04%纳米ZnO可使3%DC16-4-16溶液高温(100℃)黏度由10 m Pa·s升至30 m Pa·s;4最优羧酸盐双子表面活性剂耐温清洁压裂液配方是3%DC16-4-16+0.04%纳米ZnO,其具有良好的耐高温剪切稳定性、携砂稳定性及快速破胶性。该清洁压裂液应用于塔里木盆地致密砂岩气藏效果良好。     

羧酸盐双子表面活性剂DC16-4-16溶液黏度行为

实验合成了羧酸盐双子表面活性剂DC16-4-16,用FT-IR和1H-NMR谱图确认产物结构;水溶性实验确立DC16-4-16溶解温度为63℃。黏度测试结果表明,DC16-4-16质量分数越高,其增黏能力越强,溶液黏度突变升高对应质量分数为3%;温度越高,溶液黏度越低;纳米Zn O可大幅度提高DC16-4-16溶液黏度及耐温性。增黏机理研究发现,DC16-4-16在溶液中自组装形成蠕虫状胶束,且蠕虫状胶束相互缠结形成空间网络结构,故溶液表现出高黏度。     

低界面张力阴离子双子表面活性剂黏弹流体的 构筑与性能评价*

为了有效提高我国低渗、特低渗油藏采收率,提出了构筑低界面张力阴离子双子表面活性剂黏弹流体的思路,以满足驱油剂同时提高波及效率及洗油效率、注入性好、无色谱分离的要求。本文以阴离子双子表面活性剂分子结构对其溶液黏度、黏弹性、界面活性影响为研究基础,构筑了GCET黏弹流体,并评价了其主要性能及油藏环境适应性。研究表明,羧酸盐双子表面活性剂溶液流变性及界面活性优于磺酸盐双子表面活性剂的;疏水链碳数较大(m=18),间隔基团碳数适中(s=3)的羧酸盐双子表面活性剂溶液流变性能较好;疏水链碳数较大(m=18),间隔基团碳数较小(s=2)的羧酸盐双子表面活性剂溶液界面活性较高。以此,优化分子结构设计并构筑的GCTE流体具有良好的黏度行为、黏弹性、界面活性及油藏温度及矿化度适应性。在模拟矿化度(12000 mg/L)条件下,0.5%的GCTE黏弹流体黏度12.68 mPa·s;溶液黏弹性较好(=0.3661、松弛时间=11.302 s);稳态油水界面张力达到2.93×10~(-3)mN/m。GCTE黏弹流体在非常规油藏提高采收率方面具有良好的应用前景。图17表12参27     

液态 CO2增稠压裂液流变性能分析

针对目前CO_2干法压裂工艺技术存在压裂液黏度低、携砂困难等技术难题,将氟醚羧酸盐类表面活性剂增稠剂(FAL-16)和络合金属离子(铝)有机盐增稠助剂(FAL-31)分别按1%加量加入液态CO_2中制备了液态CO_2增稠压裂液,采用高压管路流变实验模拟了液态CO_2增稠压裂液在管路内的增稠过程,研究了液态CO_2增稠压裂液的流变性能。研究结果表明:在液态CO_2中加入1%的增稠剂FAL-16和1%增稠助剂FAL-31能显著提高液态CO_2压裂液的黏度,液态CO_2增稠压裂液的黏度最高可以达到20 m Pa·s(压力20 MPa、温度0℃、剪切速率393 s-1),增黏倍数在90数498之间,液态CO_2增稠压裂液呈现剪切稀化特性,黏度随着温度的增加呈指数递减;随温度的升高,液态CO_2增稠压裂液体系的流动指数n增大,稠度系数k减小。     

阴离子双子表面活性剂(GA-16)溶液黏度及影响因素研究

为有效降低清洁压裂液药剂用量及对储层潜在的伤害,使用MCR301界面流变仪,系统研究了新型阴离子双子表面活性剂(GA-16)、正十二醇、疏水缔合聚合物(GRF-1H)及纳米二氧化钛对GA-16溶液黏度的影响。结果表明,随着GA-16质量分数增大,其溶液的黏度增大,当GA-16质量分数为3%时具有经济高效性;GRF-1H及正十二醇均能有效提高GA-16溶液黏度,纳米二氧化钛能增强GA-16溶液耐温性。根据试验结果优选出复配体系配方为3%GA-16+3.5%十二醇+0.15%GRF-1H+0.125%纳米二氧化钛(配方中的百分数为质量分数),可满足中低温(≤90℃)油藏清洁压裂液有效携带支撑剂所需的黏度(25mPa·s)要求。     

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。     

阴离子型双子表面活性剂溶液高温下流变性研究

对阴离子型双子表面活性剂GA16-4-16溶液在高温下的流变性进行实验研究,考察了表面活性剂质量分数、无机盐和有机盐加量、温度对表面活性剂溶液黏度的影响.结果表明,GA16-4-16溶液黏度随其质量分数的增加而增加;加入质量分数小于0.04％的NaCl有一定增黏效果,而当加入量超过0.04％的无机盐(NaCl,A1Cl3·6H2O)对GA16-4-16溶液有降黏作用,加入一定浓度CaCl2溶液对GA16-4-16溶液有增黏作用;GA16-4-16与少量有机酸盐(水杨酸钠、十二烷基苯磺酸钠)复合后溶液黏度增大几倍甚至十几倍;GA16-4-16溶液黏度随温度的升高先升高后下降.对阴离子型双子表面活性剂在提高原油采收率方面的应用前景进行了展望.     

国内中高温提高采收率清洁压裂液研究与应用展望

清洁压裂液在纯水介质中形成球形胶束,球形胶束演变进而形成高黏弹性的空间网状结构,实现对支撑剂的携带和造缝;遇地层中的油和水,胶束膨胀而崩解成低黏度的球形胶束,实现清洁压裂液的自动破胶。有６种途径将清洁压裂液耐温性能提高到１００℃以上：提高表面活性剂浓度、采用非离子型表面活性剂与交联剂复 配、在阳离子表面活性剂中加入阴离子表面活性剂、采用高分子表面活性剂与胶束促进剂复配、采用两性表面活性剂卵磷脂与非水溶性有机醇类复配、采用阴离子表面活性剂与非离子表面剂和亲水性表面活性剂及疏水性有机醇复配。清洁压裂液在天然气的破胶中引入疏水缔合聚合物,实现清洁压裂液在天然气中的破胶和降低成本,是清洁压裂液研究发展的方向。     

表面活性剂-聚合物二元复合驱油体系性能研究

表面活性剂DWS与大庆原油形成超低油水界面张力,矿化度对油水界面张力的影响不明显;表面活性剂不影响聚丙烯酰胺的增黏性能,与聚合物配伍性好,但在油砂上的吸附量相对较大。在低渗透天然岩心上,水驱后二元复合驱平均提高采收率12.0%。在近似黏度和界面张力条件下,三元复合体系比二元复合体系多提高采收率3~5个百分点,但三元复合体系比二元体系的化学剂成本高。亲水亲油平衡是无碱表面活性剂形成超低界面张力的机理,疏水碳链长,相对分子质量大是无碱表面活性剂的一个特征。合成无碱表面活性剂的方向包括选用更长的单一疏水碳链,或合成含两个疏水碳链的双子表面活性剂。     

表面活性剂与水溶性防锈剂相互作用的研究

水基金属加工液、水基金属清洗剂中表面活性剂对水溶性防锈剂的防锈作用有一定的影响，利用锈蚀试验，电化学测试技术及现代物理分析方法考察了水溶性表面活性剂对水基金属加工液中防锈剂作用的影响，结果表明，在水溶性表面活性剂存在时，羧酸盐比胡酸盐能更有效地防止锈蚀的发生，且在一定范围内，羧酸盐抗锈蚀的能力随其碳数的增加与增加。     

阴阳离子双子表面活性剂在清洁压裂液中的应用

采用阳离子双子表面活性剂GC-18与阴离子双子表面活性剂GA-12复配,并引入有机阴离子,得到新型清洁压裂液VES-GCA。通过测定不同质量浓度的GA-12与有机阴离子添加剂X对压裂液体系黏度的影响,得到压裂液最优配方为0.10 g/L GC-18＋0.10 g/L GA-12＋0.03 g/L X。研究表明,该压裂液体系在70℃,170 s-1条件下,表观黏度在30 mPa.s以上,能够满足清洁压裂液的携砂要求;抗剪切能力良好,破胶能力强,破胶后无残渣,对地层伤害小,且具有添加量低的优点,在中低温、低渗储层的压裂改造中具有良好的应用前景。     

油气层保护用清洁压裂液的性能评价

清洁压裂液体系是由新型双子表面活性剂与水杨酸钠在无机盐溶液中作用而成.通过对清洁压裂液体系进行综合性能评价发现:该清洁压裂液体系具有组成简单、无固相残渣、携砂性能好、遇水或油自动破胶(破胶时间小于2h)、破胶液的表面张力和界面张力均小于所要求的技术指标、配制及施工简单等特点,在60℃时黏度达624 mPa·s,满足中高...     

新型Gemini表面活性剂复合清洁压裂液体系

为构建新型低伤害复合清洁压裂液体系,在合成阳离子双子表面活性剂的基础上,通过复配非离子表面活性剂以及有机盐助剂,研制出一种新型Gemini表面活性剂复合清洁压裂液体系。室内对压裂液体系进行了性能评价,结果表明120 ℃、170 s-1条件下剪切90 min后体系黏度仍可维持在90 mPa·s左右,具有良好的耐温抗剪切性能;体系在较低的黏度下仍具有较高的弹性,可以满足携砂要求;体系在室温下放置90 d后黏度几乎没有变化,具有良好的稳定性;使用煤油和地层水破胶20 min后的体系黏度均小于5.0 mPa·s,说明体系破胶迅速彻底;破胶液的界面张力分别为0.416 mN/m和0.605 mN/m,有利于压裂破胶液的返排;使用煤油和地层水破胶后的破胶液对天然岩心的伤害率分别为8.71%和12.02%,具有低伤害的特点。现场应用结果分析表明,使用新型Gemini表面活性剂复合清洁压裂液体系的CZ-22井压裂后的日产油量为未压裂邻井CZ-21井的4倍多,压裂增产效果显著。     

CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液研究与试验

目前常用的压裂液存在与非常规油气储层配伍性差、破胶返排困难和容易对储层造成二次伤害等问题,无法满足非常规油气井压裂施工的需求。为此,结合清洁压裂液和泡沫压裂液的特点,研制了新型双子表面活性剂WG-2,形成了一种CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液,并对其综合性能进行了评价。评价结果表明:该压裂液具有较强的泡沫稳定性、良好的耐温抗剪切性能、黏弹性能、携砂性能、破胶性能和低伤害特性。CO2泡沫双子表面活性剂清洁压裂液在X-3井进行了现场试验,该井压裂施工过程顺利,压裂后的日产油量是采用羟丙基胍胶压裂液邻井X-4井的2倍多,增产效果显著。室内与现场试验结果表明,该压裂液能够满足非常规油气储层的压裂施工作业,具有良好的推广应用前景。      

含双子表面活性剂酸性清洁压裂液的合成与性能

以N,N-二甲氨基丙胺、硬脂酸和1,3-二氯-2-丙醇为原料,合成了一种黏弹性阳离子双子表面活性剂,并以其作为酸液稠化剂制备了一种酸性清洁压裂液.对该压裂液的相关性能进行了室内评价,结果表明该压裂液具有良好的热稳定性以及抗剪切、缓速、抗盐、破胶性能,用于酸化压裂作业可有效改善压裂效果,提高压裂效率,是一种理想的清洁压裂...     

新型吉米奇(Gemini)季铵盐(NGA)的研制及其在VES清洁压裂液中的应用

本研究合成了一种新型的吉米奇(Gemini)季铵盐阳离子表面活性剂NGA-乙烯撑基双(十八烷基二甲基溴化铵),并对产物的表面活性及由产物配制的VES清洁压裂液的性能进行了测定。结果表明:其CMC为1.2×10~(-1) mol/L,r_(CMC)为30.7 mN/m;添加NGA 2.0%(wt),NaCl 4.0%(wt)配制的VES清洁压裂液体系具有良好的粘弹性及抗温稳定性能,最高抗温可达95℃,解决了传统季铵盐类清洁压裂液体系的添加量高、耐温性能差的缺点,具有良好的市场应用前景。     

100%液态CO2增稠压裂液流变性能

针对液态CO₂干法压裂增稠性能要求,研制了适用于液态CO₂物理化学性能的一种表面活性剂增稠剂。通过高压管路流变实验,在线模拟了液态CO₂增稠过程。实验结果表明,表面活性剂能够在液态CO₂形成棒状或蠕虫状胶束而增加体系粘度,增黏倍数在86~218之间,且混合体系呈现出剪切稀释特性;压力的增大或者稠化剂体积分数的增大对液态CO₂增稠压裂液黏度的影响较小,对流变参数的影响均较小,而液态混合体系的有效黏度随着温度的升高而减小,呈指数规律递减的趋势;液态混合体系的流动指数随温度的升高而增大,稠度系数随温度的升高而减小。      

VDA变黏酸机理

VDA变黏酸是近年来发展起来的一种新型酸化增产作业体系，该体系由盐酸、黏弹性表面活性剂和一些普通酸压助剂组成，目前主要应用在对碳酸盐岩层的选择性酸化、基质酸化时进行的自动转向和酸压时进行的滤失控制。介绍了VDA变黏酸的发展过程及变黏过程，着重分析了变黏酸（VDA）的变黏机理和黏弹性表面活性剂的作用机理。当pH值在2～4时，酸液黏度由30 mＰa·s升高到1 000 mＰa·s，pH值大于4之后体系的黏度下降到5 mＰa·s以下。在整个变黏过程中，黏弹性表面活性剂具有决定性的作用，对于具有亲水基和长链疏水基的甜菜碱类两性离子表面活性剂可以满足VDA变黏酸的要求。该体系具有现场配制简单、无伤害、自动转向、低滤失、缓速等显著优点，在科威特石油公司(KOC)经营的北部油田得到应用，油田增产效果显著。     

阳离子Gemini对固体表面润湿性的影响

研究了阳离子双子表面活性剂对固体表面润湿性的影响,并从机理上进行了探讨,结果表明,与普通表面活性剂相比,阳离子双子表面活性剂在很低浓度时就能将油湿的固体表面转化为强水湿表面,并且不会改变水湿表面的润湿性;另外,对联接基长度相同但是疏水烷基链长度不同的双子表面活性剂对固体表面的润湿性影响进行了考察,结果发现疏水烷基链短的双子表面活性剂较疏水烷基链长度长的双子表面活性剂更能显著影响固体表面的润湿性。