低浓度胍胶压裂液有机硼交联剂YJ-P的合成与应用

该文通过考察压裂液的悬砂时间确定了合成反应中硼砂用量、配位剂组分质量比、溶剂组分质量比对有机硼交联剂YJ-P交联低浓度胍胶压裂液携砂性能的影响,并通过动态流变研究压裂体系的黏弹性。结果表明,硼砂质量分数25%(即硼砂质量占交联剂质量的百分数,下同),配位剂m(葡萄糖):m(乙二醇)=1:1.5,溶剂m(丙三醇):m(水)=6:1,交联剂质量分数为1.2%(即交联剂质量占压裂液质量的百分数,下同)时,悬砂性能最优,悬砂时间达到了27 min/mm。确定反应时间4.0 h,反应温度80℃,改性有机硼交联剂对低浓度胍胶压裂液有良好的悬砂性。当胍胶的质量分数达0.2%时,剪切频率增加,动态模量增加,在角频率达10 rad/s时,G'>G″,且G'>0.1 Pa,压裂液有较好的黏弹性。     

微弱伤害瓜胶清洁压裂液性能评价及应用

常规的瓜胶压裂液体系对油藏伤害的主要因素是残渣大、伤害率高以及由体系配伍性不好造成的伤害。采用低用量瓜胶多核交联剂、多功能阻垢剂、选择性高分子断裂催化剂三种技术集成了微弱伤害瓜胶清洁压裂液体系,对其耐温耐剪切性能、破胶性能、岩心伤害及配伍性进行了研究。结果表明,该体系耐温耐剪切性能良好,破胶残渣为72 mg/L,对岩心的伤害率10%,破胶液与地层水配伍性良好,并在陕北地区进行了现场应用。     

微弱伤害瓜胶清洁压裂液性能评价及应用

常规的瓜胶压裂液体系对油藏伤害的主要因素是残渣大、伤害率高以及由体系配伍性不好造成的伤害。采用低用量瓜胶多核交联剂、多功能阻垢剂、选择性高分子断裂催化剂三种技术集成了微弱伤害瓜胶清洁压裂液体系,对其耐温耐剪切性能、破胶性能、岩心伤害及配伍性进行了研究。结果表明,该体系耐温耐剪切性能良好,破胶残渣为72 mg/L,对岩心的伤害率<10%,破胶液与地层水配伍性良好,并在陕北地区进行了现场应用。     

一种新型有机硼交联剂与硼砂交联剂的对比

从瓜胶压裂液的粘度、交联时间、粘时性、滤失性和破胶性五方面,评价了有机硼ALP-3和硼砂交联剂对压裂液冻胶性能的影响。结果表明,两种交联剂均能满足现场施工要求,但新型有机硼交联剂更适用于温度较高、井深较大的油气井。     

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。     

高温低浓度压裂液研究与应用

针对改性瓜胶高温压裂液增稠剂使用质量分数高、破胶性能低、成本高的问题,制备了可与羟丙基瓜胶交联且使形成的压裂液体系具备良好性能的硼交联剂,得到了适用于深层致密油气藏的高温羟丙基瓜胶压裂液体系。对影响交联剂的主要因素进行了分析和优选,基于优选结果制备了络合硼交联剂,并对其交联形成的羟丙基瓜胶压裂液体系进行了综合性能评价。结果表明:硼酸质量分数20%,交联促进剂质量分数7%,多元醇混合物质量分数25%～30%,可制备出优良的硼交联剂,其性能优于国内通常使用的有机硼交联剂。羟丙基胍胶使用质量分数为0.5%时,形成的高温低质量分数压裂液黏度提高74.5%,残渣质量分数降低48.7%,满足180℃储层改造的需要。     

超低浓度瓜胶强交联压裂液体系在东胜气田的应用研究

为了降低配制压裂液所使用的羟丙基瓜胶数量及压裂液残渣对人工裂缝导流能力的伤害,本文从储层改造需求出发,通过对低浓度瓜胶强交联压裂液的研究及其性能评价,形成了适合于东胜气田储层改造需求的低浓度瓜胶强交联压裂液配方。室内实验表明:当瓜胶质量分数为0.3%时,该低浓度瓜胶强交联压裂液在100℃、170s~(-1)的剪切速率下经过120min耐温剪切,粘度保持在130mPa.s以上。与常规瓜胶压裂液相比,残渣含量明显降低,携砂性能明显提高。截止目前,该低浓度瓜胶强交联压裂液体系在东胜气田累计施工4井次,破胶后返排液粘度小于5mPa.s,取得了较好的增产效果。     

油基压裂液用铁离子交联剂的研究

为解决传统的以Al~(3+)溶液作为交联剂的油基压裂液存在需要二次成胶并且成胶的时间较长的问题,选择以Fe~(3+)溶液作为油基压裂液交联剂替代Al~(3+)离子溶液。通过复配试验对交联剂体系配方进行了优选,得到性能较好的交联剂体系配方(w)为25%硫酸铁+10%乙二醇+15%柠檬酸钠+50%去离子水。采用柴油作为油基压裂液基液,加入(w)0.5%稠化剂AP-1,(w)1%硫酸铁复配溶液交联剂体系,其形成凝胶时间为120 s,凝胶黏度为271.8 mPa·s,符合成胶时间与凝胶黏度的要求。     

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。     

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。     

无破胶剂聚合物压裂液的研究

在合成了由短链分子聚合和交联的新型无破胶剂压裂液的基础上,考察了增稠剂浓度、交联剂用量对压裂液性能的影响,评价了新型无破胶剂压裂液的综合性能。结果表明,当增稠剂浓度在2.0%以上,交联剂浓度增加,液体的粘度迅速增大;无破胶剂压裂液在170 s-1的剪切速率下120 min后仍具有较好的剪切稀释性;新型无破胶剂压裂液与常规的胍胶相比,同样具有滤失量低的特点,在90℃下,压裂液仍有较好的携砂能力;其还具有表面活性剂清洁压裂液无残渣、易返排的特点。此外,该压裂使用方便,还可再生重复使用。     

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。     

钛修饰纳米二氧化硅交联剂及胍胶压裂液研究

γ-氨丙基三甲氧基硅烷与硅酸钠水解制得表面修饰纳米二氧化硅,四氯化钛与表面修饰纳米二氧化硅反应,制得钛修饰纳米二氧化硅交联剂,粒径主要分布在6～11 nm之间,可有效降低羟丙基胍胶用量及残渣含量。配制了纳米二氧化硅交联剂交联的羟丙基胍胶压裂液,羟丙基胍胶浓度为0.35%～0.4%。室内研究表明,该压裂液体系各项性能良好,在170 s^(-1),150℃下,剪切120 min,粘度102 mPa·s; 120℃下破胶60 min,破胶液粘度2.32 mPa·s;表面张力23.53 mN/m,界面张力0.91 mN/m;防膨率88.56%;残渣含量227 mg/L;岩心基质渗透率损害率为9.63%～15.77%,压裂液耐剪切性能、破胶性能、助排性能、储层保护性能等各项性能良好,满足压裂要求。     

有机硼交联剂的合成及性能研究

以硼砂为原料,在氢氧化钠催化作用下与葡萄糖酸钠进行络合反应,制备了压裂液用有机硼交联剂,对反应物用量和反应条件进行研究。结果表明,性能较好的有机硼交联剂的合成条件为:硼砂15%,配位体葡萄糖酸钠30%,溶剂(丙三醇与水质量比1∶4)55%,反应温度为80℃,合成反应5 h。压裂液的滤失性和破胶性室内评价结果表明,破胶彻底,残渣少,滤失低,对储层伤害小,可以满足油田压裂液对交联剂的需求。     

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。     

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。     

低浓度羟丙基胍胶压裂液体系研究

为有效控制和降低压裂液对储层的伤害,提高压裂液效果,降低压裂成本,针对不同地层温度开发了满足低渗透储层压裂需要的低质量分数、低残渣、低伤害的羟丙基胍胶压裂液体系。压裂液体系分别为:耐温80、90℃的压裂液体系羟丙基胍胶用量为0.30%,交联剂用量为0.35%;耐温100、110℃的压裂液体系羟丙基胍胶用量为0.325%,交联剂用量为0.35%;耐温120℃的压裂液体系羟丙基胍胶用量为0.325%,交联剂用量为0.40%;耐温130℃的压裂液体系羟丙基胍胶用量为0.35%,交联剂用量为0.40%;其他助剂加量分别为:起泡剂0.50%,助排剂0.50%,粘土稳定剂0.50%,温度稳定剂0.08%,杀菌剂0.10%,Na_2CO_30.12%。通过对体系破胶研究,过硫酸铵用量为0.0033%,胶囊破胶剂用量为0.0111%,破胶时间为3h,与常规羟丙基胍胶体系相比破胶残渣下降率大于50%;通过对岩心伤害率与静态滤失进行研究发现伤害率下降均大于50%,故低浓度胍胶压裂液体系有利于降低对储层的伤害。     

粘弹性清洁压裂液的性能评价与应用

采用一种长链脂肪酸季铵盐类阳离子表面活性剂配制成粘弹性清洁压裂液,室内性能评价结果表明,该压裂液的最佳使用浓度为1.5%².0%;60℃时静态滤失系数为3.15×10-4m/min1/2;静态悬砂速度为0.25 mm/s,常温下与原油混合可迅速破胶;具有良好的耐温性能(65℃)、稳定性和抗剪切性能,与地层水配伍性良好;岩心伤害率9.9%2.0%;60℃时静态滤失系数为3.15×10-4m/min1/2;静态悬砂速度为0.25 mm/s,常温下与原油混合可迅速破胶;具有良好的耐温性能(65℃)、稳定性和抗剪切性能,与地层水配伍性良好;岩心伤害率9.9%¹0.3%,比瓜胶压裂液下降了65%。在同类井况条件下,粘弹性清洁压裂液和瓜胶压裂液现场应用对比实验结果表明,该清洁压裂液在增油效果上具有一定优势,推广应用前景良好。     

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3h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150s,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-1;体系易破胶,破胶液黏度低于5mPa•s,对储层伤害小。     

窗膜压敏胶用交联剂的性能研究

对氮丙啶类交联剂、蜜胺树脂类交联剂及有机金属盐交联剂的交联机制进行了分析,并着重探讨了不同交联剂掺量对窗膜PSA(压敏胶)之剥离强度、适用期、溢胶量、胶转移性能及橘皮纹等影响。研究结果表明:当w(氮丙啶类交联剂)=0.2%~0.4%、w(蜜胺树脂类交联剂)=1.0%~1.5%、w(有机金属盐交联剂)=2%~3%(均相当于PSA质量而言)时,窗膜PSA具有较好的综合性能;随着交联剂掺量的增加,交联度均随之增长,含氮丙啶类交联剂或蜜胺树脂类交联剂的窗膜PSA之交联度较高、内聚力增强明显,故胶转移性能良好且溢胶量相对较少。