改性瓜胶压裂液的制备及性能研究

分别以十二烷基和磺酸盐甜菜碱为修饰基团,以瓜胶原粉为主剂,制备了2种改性瓜胶增稠剂:疏水改性羟丙基瓜胶和磺酸盐甜菜碱型瓜胶。模拟现场配方,对其配制的压裂液的抗剪切性能和耐温性能进行评价。通过对比发现磺酸盐甜菜碱型胍胶比油田提供CJ2-6胍胶耐温抗剪切能力有所下降,疏水改性羟丙基胍胶比油田提供CJ2-6胍胶耐温抗剪切能力有明显改善。其中,疏水改性羟丙基瓜胶80℃下剪切60 min后,表观粘度为93.4 m Pa·s,比油田提供CJ2-6瓜胶耐温抗剪切能力有明显改善。可以考虑疏水改性羟丙基瓜胶在压裂液体系的进一步应用。     

制备接枝共聚羟丙基瓜胶的新工艺

以可聚合的甜菜碱功能单体和羟丙基瓜胶为主要原料,分别使用均相反应法(原工艺)和非均相反应法(新工艺)制备了接枝共聚羟丙基瓜胶。探讨了新工艺的操作条件对反应过程和目标物性能的影响。结果表明,新工艺中m(功能单体)∶m(羟丙基瓜胶)=1∶1,引发剂用量0.12%,溶剂中m(乙醇)∶m(水)=4∶1时,新工艺反应过程较平稳,所得目标物的耐盐性能最好。新工艺目标物符合SY/T 5764—2007《压裂用植物胶通用技术要求》。与原工艺相比,新工艺在不改变目标物主要性能的前提下,能够大幅提高产量、降低生产成本,为实现大规模工业化生产积累了一定经验。     

制备接枝共聚羟丙基瓜胶的新工艺

以可聚合的甜菜碱功能单体和羟丙基瓜胶为主要原料,分别使用均相反应法(原工艺)和非均相反应法(新工艺)制备了接枝共聚羟丙基瓜胶。探讨了新工艺的操作条件对反应过程和目标物性能的影响。结果表明,新工艺中m(功能单体)∶m(羟丙基瓜胶)=1∶1,引发剂用量0.12%,溶剂中m(乙醇)∶m(水)=4∶1时,新工艺反应过程较平稳,所得目标物的耐盐性能最好。新工艺目标物符合SY/T 5764—2007《压裂用植物胶通用技术要求》。与原工艺相比,新工艺在不改变目标物主要性能的前提下,能够大幅提高产量、降低生产成本,为实现大规模工业化生产积累了一定经验。     

改性瓜胶压裂液的合成与性能评价

针对目前水力压裂液耐温性不足的缺点,基于最常用瓜胶为原材料,对瓜胶经行醚化改性,先用Na OH碱化,再进行卤代烃取代,筛选出最佳合成条件。以改性瓜胶为稠化剂,优选出交联剂TMP-8A作为改性瓜胶的稠化剂,流变测试表明该体系在170 s~(-1)剪切和140℃的条件下测试2h后,能满足压裂液要求。体系中粘土稳定剂DF-21的防膨率达到了90.34%,胶囊破胶剂GC07在114 min完成破胶,助排剂DV-04返排液表面张力达到18.5 m N/m。表明该体系具有很好配伍性,满足现场施工要求。     

甜菜碱接枝共聚羟丙基瓜胶的制备

以羟丙基瓜胶和甜菜碱单体为原料,硝酸铈铵为引发剂,采用溶液聚合法制备甜菜碱接枝羟丙基瓜胶,对目标物结构进行了IR、质谱表征。考察了接枝反应温度、接枝反应时间、引发剂浓度、原料配比对目标产物增稠性能的影响,结果表明,当反应温度为20℃,引发剂浓度为5 mmol/L,反应时间为24 h,m(甜菜碱单体)∶m(羟丙基瓜胶)=1∶1时,单体转化率为36.5%,相对分子质量为1.28×10~6;常温下,配制目标产物质量分数0.5%的水溶液,20 min内充分溶解,初始黏度为75 m Pa·s;目标产物耐盐性优于羟丙基瓜胶,水溶性和增稠性良好。     

瓜胶的疏水化改性研究

应用大分子反应法,用溴代十六烷作为疏水改性单体对天然瓜胶进行疏水化改性,制备疏水缔合瓜胶.研究了合成工艺条件对疏水缔合瓜胶粘度的影响.结果表明,用无水乙醇作分散剂,n(NaOH):n(C16H33Br):n(Guar)=0.506:0.05:1,反应温度60℃、反应时间8h制得疏水瓜胶综合性能较佳;疏水瓜胶与瓜胶水溶液的稳定性的比较结果表明疏水改性后样品溶液的稳定性大大提高.     

GTA-GG改性胍胶应用于压裂液及相关性能研究

针对常规胍胶压裂液悬砂性差、水中不溶物含量高污染地层等难题,采用GTA(C_6H_(14)ClNO)对胍胶(GG)进行醚化改性,通过环氧化合物的双分子亲核取代反应引入疏水碳链,得到GTA-GG,将其作为压裂液的主剂,研究GTA-GG与体系悬砂性之间的关联。结果表明,压裂体系悬砂性受主剂粘度与水中不溶物含量的影响,而GTA-GG可利用其长分子链与高相对分子质量优化此两种性能,从而提升支撑剂铺置效率,减小沉降速度,增大体系悬砂性能;测量GTA-GG压裂液在变温条件下的应用特性,其实验数据显示,0.3%GTA-GG与0.3%XJL-2交联所得冻胶的粘度为203.6 mPa·s,水中不溶物含量为6.8%,支撑剂沉降速度为0.071 mm/s;100℃条件下,初始滤失量、滤失系数、滤失速度分别为3.810×10^(-4)m(-4)m³/m3/m²,0.141×102,0.141×10^(-4)m(-4)m³/m3/m^(1/2),0.685×10(1/2),0.685×10^(-4)m(-4)m³/(m3/(m²·min);添加0.02%的DQPJ破胶剂,2 h破胶后溶液粘度为1.7 mPa·s,表面张力为23.91 mN/m。GTA-GG体系悬砂性得到提升,各项性能良好,适用于中高温低渗储层压裂作业。     

C-GG型改性瓜胶的制备

天然瓜尔胶粉与醚化剂在乙醇溶液中反应,制备C-GG改性瓜尔胶,考察了反应物料比、反应时间、反应温度等对产品性能的影响。结果表明,合成C-GG改性瓜尔胶的最佳制备条件为:瓜尔胶粉:氢氧化钠:3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为1:0.2:0.06,反应温度为70℃,反应时间为3 h。在最佳反应条件下,得到产品的性能符合标准,粘度达到3 650 mPa.s,取代度为0.224。     

羟丙基瓜胶压裂液盐酸破胶过程探讨

本文研究了有机硼交联羟丙基瓜胶(HPG)的冻胶与盐酸接触后,发生破胶的过程,并分析了影响破胶的因素。最后提出适合评价盐酸破胶过程的新方法。     

新型疏水缔合聚合物压裂液破胶性能研究

性能良好的压裂液不仅要求具有良好的流变性能和悬砂性能等,还必须具有良好的破胶水化性能,以提高压裂液的返排率,减少对储层的伤害。该研究以过硫酸铵(APS)作为破胶剂,探讨了疏水缔合聚合物压裂液(SRFG)破胶液粘度随破胶温度、破胶时间和破胶剂浓度的变化规律;研究了破胶液的表面张力随破胶温度和破胶剂浓度的变化规律;最后比较了三种不同聚合物压裂液的破胶性能。结果表明:单一使用过硫酸铵,保持其浓度0.05%和破胶时间0.5~2h不变,SRFG压裂液最低破胶温度为60℃;随着过硫酸铵浓度和破胶温度增加,破胶变得更加彻底,更有利于降低破胶液表面张力;SRFG压裂液与市售A和B聚合物压裂液的破胶性能相当,SRFG压裂液返排效果优于A、B聚合物压裂液。     

Thermal stability enhancement of guar-based hydraulic fracturing fluids by phosphate treatment

Guar gum (GG), along with its derivatives [e.g., hydroxypropyl guar (HPG)], is an important thickening agent in the hydraulic fracturing fluid system. However, as the oil reservoir gets deeper, GG is unable to tolerate the elevated temperature. In this study, the thermal stability of GG and HPG can be increased up to 95% and 80%, respectively, when phosphates are used as thermal stabilizer. The thermal stability is highest when the usage of phosphate is 1.84 mmol L⁻¹ KH₂PO₄ for GG and 2.27 mmol L⁻¹ K₂HPO₄ for HPG and the pH is 6.25–6.90 for GG and 6.25–8.75 for HPG. Furthermore, the heated GG with phosphate treatment demonstrates excellent crosslinking ability, which suggests that phosphate can be a good alternative for current thermal stabilizers and has potential application in the high-temperature formation oil or gas production. © 2018 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 47119.     

改性聚硫密封胶的制备及性能研究

为提高聚硫密封胶与金属的粘接性能,以EP(环氧树脂)和PF(酚醛树脂)作为聚硫密封胶的复合增黏树脂,并着重探讨了增黏树脂配比对聚硫密封胶制备工艺、力学性能及粘接性能等影响。研究结果表明:当m(EP)∶m(PF)=10∶10时,聚硫密封胶的综合性能相对较佳,此时其拉伸强度、断裂伸长率和180°剥离强度分别为2.26 MPa、338%和1.95 kN/m。     

改性硅酸盐胶粘剂的制备与性能研究

以丙烯酸丁酯(BA)、聚丙烯酰胺(PAM)和硅烷偶联剂等作为硅酸钠的改性剂,制备改性硅酸盐无机胶粘剂。采用正交试验法和单因素试验法考察了各种改性剂用量、固化温度和固化时间等对胶粘剂力学性能、耐水性等影响,并对胶粘剂的耐热性和耐腐蚀性进行了研究。结果表明:当m(BA)=0.1 g、m(硅酸钠)=50 g、m(PAM)=0.05 g、w(硅烷偶联剂)=0.6%、固化温度120℃和固化时间3 h时,改性胶粘剂的综合性能最佳,其粘接强度超过2.0 MPa、水浸泡24 h后的粘接强度保持率达83%、1 000℃时不分解且对钢材具有良好的防腐保护作用。     

改性木薯淀粉胶粘剂的制备及性能研究

以琥珀酸酐为酯化剂,采用干法酯化法对木薯淀粉进行酯化改性;酯化改性淀粉中的羧基和羟基与橡胶乳液(如羧基丁苯胶乳)中的特定官能团进行化学反应或分子间力的作用,再于热压组坯之前加入少量异氰酸酯交联剂进行改性,制得了改性淀粉胶粘剂。研究结果表明:干法酯化降低了木薯淀粉的结晶度;当w(羧基丁苯胶乳)=12%(相对于改性胶粘剂质量而言)时,羧基丁苯胶乳对淀粉胶粘剂的改性效果良好,既可使淀粉分子间的连接较为密集(致密程度、耐水性提高),又可使淀粉的颗粒几乎消失(分散性提高)。     

改性聚合氯化铝絮凝剂的制备及性能研究

以结晶AlCl3为原料制备聚合氯化铝(PAC),用聚硅酸对其进行改性,获得了改性的聚硅酸氯化铝絮凝剂。考察了pH值、SiO2浓度、温度、Al/Si摩尔比等因素对改性聚硅酸氯化铝制备的影响。结果表明,最佳制备条件为:pH值5~6,SiO2浓度2.5%,温度20~30℃,Al/Si摩尔比1.0。用改性聚硅酸氯化铝絮凝剂处理含油废水,其最佳的处理条件为:投加量125 mg/L,pH值8,搅拌时间20 min,搅拌温度50℃。改性聚硅酸氯化铝絮凝剂具有更好的除油、去除COD的效果。     

改性淀粉木材胶粘剂的制备及性能研究

以玉米淀粉为接枝骨架、聚乙烯醇(PVA)为保护胶体、过硫酸铵(APS)为引发剂、乙酸乙烯酯(VAc)和丙烯酸丁酯(BA)为接枝单体,采用接枝共聚法制备了改性淀粉木材胶粘剂。研究结果表明:当w(淀粉)=20%(相对于胶粘剂质量而言)、m(BA)∶m(VAc)=3∶1、m(引发剂)=0.32 g、V(氧化剂)=0.8 m L和m(PVA)=3.5 g时,改性淀粉木材胶粘剂的综合性能相对较好,其各项性能均达到HG/T 2727—2010标准中的指标要求。     

改性环氧树脂涂料的制备及性能研究

采用马来酸酐单体(MA)对双酚A型环氧树脂(E-51)改性,得到改性环氧树脂(EpM),通过正交实验法确定了改性树脂的制备及固化工艺,并通过红外光谱和热失重分析对产物及固化物进行了表征。结果表明,EpM最佳制备工艺:催化剂N,N-二甲基苯胺添加质量分数2.0%,阻聚剂质量分数0.075%(基于对苯二酚),反应温度80℃,反应时间2.0 h。固化最佳工艺:氧化剂过氧化苯甲酰添加质量分数2%,促进剂N,N-二甲基苯胺质量分数0.6%,交联剂苯乙烯质量分数20%。EpM的合成机理为环氧开环酯化反应;产物中出现了马来酸酐的特征官能团;其热分解温度可提高到418℃;漆膜耐腐蚀性、附着力、冲击强度均有提高。     

海水基压裂液中螯合剂的研究

通过对不同海域离子组成的分析确定,考察了螯合剂对高价阳离子的螯合能力,优化了适用于高碱性、高浓度阳离子水体的螯合剂,确定了能有效稳定Ca⁽²⁺⁾、Mg(2+)、Mg⁽²⁺⁾等金属离子的螯合剂配方L-AH。结果表明,此螯合剂用于海水配制压裂液可满足压裂液的性能要求。     

海水基压裂液中螯合剂的研究

通过对不同海域离子组成的分析确定,考察了螯合剂对高价阳离子的螯合能力,优化了适用于高碱性、高浓度阳离子水体的螯合剂,确定了能有效稳定Ca~(2+)、Mg~(2+)等金属离子的螯合剂配方L-AH。结果表明,此螯合剂用于海水配制压裂液可满足压裂液的性能要求。