耐高温VES-GY3清洁压裂液的室内研究

室内以N,N-二甲基乙醇胺和溴代十六烷为原料合成了一种黏弹性表面活性剂,通过正交实验得到适宜的合成条件为:n(溴代烷)∶n(叔胺)=1∶1.1,反应温度为95℃,反应时间为8 h,溶剂加量为40%。得到的产品的产率高达93.21%。通过优选助剂,优化清洁压裂液VES-GY3体系配方为:2%黏弹性表面活性剂+1%水杨酸钠,其黏度值高达450 mPa·s。红外光谱分析结果表明合成反应生成了目标产物。性能考察实验结果表明,当温度稳定在144℃时,黏度稳定在25 mPa·s,表明压裂液具有良好的耐高温性能。     

新型低聚表面活性剂的合成及表面活性

实验以乙二胺、环氧氯丙烷、十二叔胺为原料,无水乙醇为溶剂经开环和季铵化反应合成新型结构季铵盐型低聚表面活性剂。讨论了反应温度和反应时间对低聚表面活性剂中间体及其产物的影响,考察了产物水溶液的表面活性。实验结果表明:反应时间4 h、反应温度70℃、乙二胺和环氧氯丙烷摩尔比为1:5时中间体收率为98.8%;反应时间1 h、反应温度80℃、中间体和十二叔胺摩尔比为1:5时低聚表面活性剂收率为80.5%。低聚表面活性剂具有较好的表面活性,于25℃临界胶束浓度为0.38 mmol/L、表面张力为21.6 mN/m。     

阳离子VES转向酸体系的研制及性能评价

针对非均质储层均匀布酸难题,采用芥酸酰胺丙基二甲基叔胺和环氧氯丙烷合成一种依靠酸浓度变黏的黏弹性表面活性剂,并以其为转向剂构建了VES转向酸体系,研究了酸浓度、温度、剪切速率对其流变性能的影响。通过并联岩心驱替实验模拟了VES转向酸在地层中的转向性能。结果表明,在酸液质量分数为3%时,VES转向酸的表观黏度达到峰值,为217 mPa·s。VES残酸体系在120℃、170 s~(-1)下剪切30 min后,黏度仍可以保持100 mPa·s,具有良好的耐温耐剪切性能。与常规酸相比,VES转向酸能使低渗透岩心的渗透率提高2.35倍,具有良好的转向性能,可同时改造高渗透岩心和低渗透岩心。     

芥酸甜菜碱的合成及性能

以西普芥酸和二甲氨基丙胺以原料进行缩合反应生成叔胺,产物叔胺进而与氯乙酸钠进行季胺化反应合成芥酸酰胺丙基甜菜碱(EAPB-30)。考察了反应的优化条件,并对合成产品进行了性能测试。结果表明:酰胺反应的最佳反应件为反应温度180℃、反应时间8h、催化剂用量0.5%、二甲氨基丙胺与芥酸摩尔比为1.1;季胺化的最佳反应条件是芥酸酰胺丙基二甲胺与氯乙酸钠的摩尔比1.1.5、反应温度90℃、反应时间8h,红外普图证明为目标产物,最终产品的活性物含量为30.8%。在变黏酸体系中黏弹性很强,破胶容易,易返排。     

抗高温聚合物压裂液复合交联剂的研制

根据高温聚合物压裂液对交联剂的要求,采用四氯化钛、氯氧化锆、乙酰丙酮(AAT)、马来酸(MA)、异丙醇(IPA)为主要原料,制备出一种高温压裂液用复合交联剂JL-1。利用单因素实验法对各物质配比、反应温度等交联剂的合成方案和条件进行了研究,确定了最佳合成方案;运用红外光谱、核磁共振等现代分析手段,对交联剂的结构进行了表征;评价了交联剂的综合应用性能。交联剂的最佳合成方案为:n(ZrOCl_2)∶n(TiCl_4)∶n(MA)∶n(AAT)∶n(IPA)=0.120∶0.080∶0.220∶0.180∶0.440,络合剂滴加反应温度为5℃,反应时间为1.5h,60℃回流反应时间为5h。在交联液与交联剂质量比为100∶0.7时,0.80%~1.0%(w)增稠剂XSS296压裂液交联黏度为0.80~1.49Pa·s;180℃、170s-1剪切1.5h后黏度为50mPa·s以上,交联压裂液具有良好的悬砂性和耐温耐剪切能力。     

羟丙基磺基甜菜碱压裂液体系性能研究

考察了羟丙基磺基甜菜碱VESBET-4浓度、pH值和无机盐的加入对体系黏度的影响,并评价了VES压裂液（2.5%表面活性剂+0.5%黏土稳定剂）的耐温抗剪切性能、携砂能力及破胶性能。结果表明:当转速达到250 r/min时,质量分数为2%的VESBET-4溶液的黏度可达到600mPa·s以上;该表面活性剂适于在中性及碱性条件下使用;且该表面活性剂与黏土稳定剂NH₄Cl、KCl具有良好的配伍性,无机盐的加入基本不影响体系的黏度。该压裂液体系具有良好的耐温耐剪切性能,在温度70℃、剪切速率170s^-1下的体系黏度仍高于50 mPa·s,60℃、170s^-1下剪切2h后的体系黏度仍高于85mPa·s。同时,单颗砾石的沉降速率为0.95 cm/h,砂比为30%时的砂子沉降速率为1.11cm/h,说明该体系具有良好的携砂造缝能力。使用模拟地层水可对该压裂液体系进行破胶,破胶时间在1 h内,破胶后体系黏度可降至4.27 mPa·s以下。图5表2参12     

一种新型两性表面活性剂自转向酸体系

常规自转向酸体系在乏酸(2< pH< 4)时变黏,影响转向效率,使转向酸化具有一定的局限性。根据黏弹性表面活性剂的变黏机理,研制了一种新型两性表面活性剂(VES)自转向酸,该转向酸在酸岩反应过程中黏度逐渐升高,乏酸时黏度又降低。考察了表面活性剂、盐酸、钙离子对转向酸黏度的影响;模拟了酸岩反应过程,根据酸岩反应速率拟合了酸岩反应动力学方程;对新型VES体系耐温、流变和破胶性能进行了研究。结果表明:酸岩反应至盐酸浓度为5%时VES黏度最大(144 mPa·s),酸液转向;温度高于90℃时VES黏度下降,因此该转向酸适用于中低温储层;该转向酸体系具有较好的耐剪切性能,剪切黏度恢复率大于90%;VES酸岩反应速率约为普通盐酸酸岩反应速率的1/2,有利于缓释转向;乏酸黏度较低(小于30 mPa·s),遇烃类或地层水容易破胶水化,破胶液具有较低的黏度和表/界面张力,对地层不产生污染。该新型两性表面活性剂自转向酸现场应用后,增油效果明显,具有较好的应用前景。      

疏水缔合聚合物溶液黏度的影响因素研究

研究了疏水缔合聚合物GRF-1加量、放置时间、溶液pH值、温度、盐加量、表面活性剂、过氧化物对聚合物水溶液黏度的影响。结果表明,随着GRF-1浓度的增大,水溶液黏度增加;并随着水溶液静置时间的延长,溶液黏度逐渐上升,静置4 h后的黏度基本稳定。在30℃下静置4 h,pH=7.50时的GRF-1水溶液的黏度最大。温度升高,溶液黏度逐渐降低。二价无机盐对溶液黏度的影响显著大于一价盐。阳离子、非离子和两性表面活性剂使水溶液黏度迅速降低,而阴离子表面活性剂可提高溶液黏度,阴离子表面活性剂加量为0.35%时的溶液黏度值最大,为310 mPa.s。过硫酸铵（APS）可显著降低水溶液黏度。剪切60 min时,聚合物溶液中加入0、0.01%APS后的黏度分别为50、10 mPa.s,降低80%。GRF-1水溶液具有明显的剪切变稀性,但剪切后的溶液黏度恢复率为94.7%。图7参10     

酸化用酸液胶凝剂LY-1的性能

采用水溶液聚合的方法合成了酸化用酸液胶凝剂LY-1,并对其性能进行了评价。结果表明,LY-1具有良好的酸溶性、稳定性、抗盐性和缓速性。其在酸液中的溶解时间为75min;当胶凝剂在酸液中的质量分数大于1.5%时,胶凝酸黏度大于40.0mPa·s;随着温度升高,胶凝酸黏度降低,但在90℃时仍可达到30.2mPa·s;经过120min的剪切后,胶凝酸黏度仅下降4.0mPa·s;添加胶凝剂的体系持续反应80min后,残酸质量分数仍大于11%。     

一种酸性压裂液用交联剂ZOC-1的制备及室内评价

制备了一种针对酸性压裂液体系的高温延缓型有机锆交联剂ZOC-1,考察了合成工艺中不同因素对ZOC-1性能的影响,确定了ZOC-1的最佳合成工艺：氧氯化锆5%,配体20%,水、甘油质量比0.3,pH值2～3,反应温度50～55℃,反应时间4～5 h。将羧甲基瓜尔胶溶液与ZOC-1按质量比100∶0.3交联,交联时间为50～92 s,压裂液耐温性可达100℃。在100℃、170 1/s下连续剪切60 min,冻胶表观黏度可保持在80～90 mPa.s。携砂比为35%时,压裂液的沉降速度为0.285 cm/min。破胶液黏度最大值为4.8 mPa.s,且对储层伤害小,适用于100℃以下超低渗透油气田施工要求。图6表2参11     

一种新型温控变黏酸体系的研究

根据地层温度随深度升高而升高的特点,以聚合物与表面活性剂Biggs三阶段模型为理论基础,由BCG-5稠化剂、HB-2缓蚀剂、NC-1活性剂构成了一种变黏酸体系,该体系低温低黏度,随温度升高表观黏度增大。对比了不同稠化剂浓度的增黏能力,测试了活性剂含量对体系温控变黏性能的影响,优选了缓蚀剂的型号与含量。结果表明,室温下该体系的表观黏度为29 mPa×s,在90℃下加热20 min后表观黏度逐步上升到250 mPa×s,100℃下仍具有变黏能力,缓蚀率可达到90.1%,与岩屑反应后表观黏度下降至5 mPa×s,表面张力为20 mN/m,有利于提高施工的供液能力、降低摩阻、深部酸化及酸压。      

耐高温低伤害VES-HT01压裂液的性能

用具有超分子结构的阴离子型表面活性剂VES-HT01与6% KCl复配,得到新型耐高温低伤害的阴离子VES压裂液。压裂液性能评价结果表明,在100 s^-1剪切速率下,随温度升高,压裂液黏度先增加后降低,在100℃左右达到最高值180 mPa·s,150oC时的黏度为55 mPa·s。在140℃、170 s^-1下剪切60 min,黏度基本保持不变。黏弹性较好。25℃、100℃下陶粒在压裂液中的沉降速率分别为5、33 mm/min,悬砂性较好。在50℃、100℃下分别加入2%、1%柴油静置120 min后,压裂液黏度为3 mPa·s,无残渣,破胶液表面张力为23.5 mN/m。抗菌性良好。成本与常规瓜尔胶压裂液相当。     

高温碳酸盐岩储层清洁变黏酸技术

为提高清洁变黏酸的耐温性,实现在高温碳酸盐岩裂缝性储层中的转向均匀布酸功能,通过分析清洁变黏酸作用机理及高温失效原因,提出了针对性的研究对策及高温助剂分子结构模型,研制出清洁变黏酸周高温稠化剂,优化确定了盐酸、高温稠化剂、缓蚀剂、铁离子稳定剂、无机盐等种类及用量,形成了高温清洁变黏酸技术.实验结果表明:①清洁变黏酸在碳酸盐岩心中具有良好的转向作用及理想的pH值变黏特性;②在120℃,170 s-1条件下,变黏酸鲜酸剪切70 min黏度不超过17 mPa·s,具有良好的可泵性;乏酸剪切70 min仍保持黏度高于90 mPa·s,具有良好的高温变黏能力,验证了分子结构设计的正确性.     

自转向酸酸化体系的室内研究及现场应用

长庆三叠系油藏非均质性强,微裂缝发育,常规酸化时酸液易进入高渗带或微裂缝,进一步扩大出水通道,酸化后含水大幅度上升。针对这一问题,研制出一种新型黏弹性表面活性剂SUA-3—Gemini季铵盐自转向酸液体系,由于SUA-3分子结构中含有两个烷基和两个季铵盐,所以用其配置的胶束流体具有良好的黏弹性。该体系在60℃时与碳酸钙反应过程中黏度能迅速达到460 mPa.s,待体系pH值升高到6时,遇油黏度迅速降低至78 mPa.s,在地层中能够形成自转向,达到均匀布酸,自动破胶的目的。在现场进行了初步的应用,增产效果显著。     

一种压裂液用疏水阳离子改性瓜胶的制备与评价

为解决瓜胶压裂液的高地层伤害等问题,对瓜胶GG进行了改性。用十二烷基二甲基叔胺与环氧氯丙烷合成了长链的疏水阳离子单体CT1,以瓜胶为原料,疏水阳离子单体CT1为醚化剂,甲醇为溶剂,氢氧化钠为催化剂,通过溶剂法制备了改性瓜胶CTGG。对其结构进行了红外光谱分析,评价了其溶解性能、增稠性能、水不溶物含量、残渣含量和耐温耐剪切性能。结果表明,CTGG中成功引入了疏水阳离子基团,可以在60 min内基本溶解,其水不溶物含量和残渣含量均低于瓜胶,残渣含量仅为246.45 mg/L;不同浓度下,CTGG的基液黏度均大于GG和HPG;所形成的冻胶在120℃条件下,质量分数为0.35%的CTGG所配成的压裂液体系在120℃下依然具有良好的抗剪切性能,黏度能够维持在67.4 mPa·s以上;质量分数为0.40%时,冻胶的黏度能稳定在300 mPa·s。因此,CTGG具有良好的溶解性能和增稠性能,有利于降低对储层导流能力的伤害,且耐温耐剪切性能好。      

AM/STD/NaAMPS疏水缔合共聚物溶液性能

实验室自制了疏水单体苯乙烯衍生物,合成了丙烯酰胺/苯乙烯衍生物(STD)/2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠疏水缔合水溶性共聚物(PASA)。研究了该共聚物的溶液性能,包括疏水缔合效应、共聚物中阴离子单体加入量的影响、抗盐性、抗剪切性、温度效应、溶液热稳定性、共聚物与表面活性剂的相互作用等。实验表明,引入STD使共聚物具有较强的疏水缔合效应和优良的增粘能力,溶液质量浓度为0 1g/dl时,表观粘度达208 5mPa·s。0 1g/dl的共聚物溶液于70℃下放置120d,表观粘度为105mPa·s,具有优良的热稳定性。表面活性剂对共聚物溶液表观粘度的影响显著,加入0 8mmol/L十二烷基苯磺酸钠时,0 1g/dl的PASA溶液的表观粘度高达2178mPa·s。     

胶凝酸与交联酸一体化耐高温缓速酸研究

胶凝酸和交联酸是高温碳酸盐岩酸压常用的缓速酸体系,该体系存在耐温能力不足、配伍差等问题,同时现场交联酸和胶凝酸为不同酸液体系,存在配制使用流程繁琐的问题。为解决上述问题,优化形成了一体化酸液体系,交联酸基液可作为胶凝酸使用,加入交联剂作为交联酸使用。交联酸配方为:20%盐酸+1%稠化剂SRAP-2+2.5%高温缓蚀剂主剂SRAI-1+0.5%增效剂+1%酸压用铁离子稳定剂SRAF-1+1%酸压用破乳剂SRAD-1+1%交联剂SRAC-2A和延迟交联剂SRAC-2B（2:12）。胶凝酸在160℃、170 s-1下,恒温剪切120 min后黏度为20 mPa·s。交联酸体系交联时间为93 s,具有良好的延迟交联特性;在160℃、170 s-1下恒温剪切90 min后黏度为55 mPa·s,一体化酸液体系室温可放置10 d以上,在140℃动态腐蚀速率为46.1021 g/（m2·h）。研究结果表明,该体系可满足高温储层对缓速酸的要求,实现酸液体系一体化,方便现场施工,具有较好的发展前景。      

聚丙烯酰胺的分子结构对微凝胶体系性能的影响

和聚合物驱技术相比,微凝胶驱技术能够大幅度降低部分水解聚丙稀酰胺(HPAM)的用量,提高HPAM溶液的耐温抗盐能力,解决污水配制HPAM溶液的问题,具有明显的经济效益和社会效益.低水解度、高相对分子质量的HPAM能够提高微凝胶体系的成胶能力,其相对分子质量越高,成胶时间越短,成胶黏度越大,临界成胶浓度越低.HPAM的相对分子质量从5×106提高到20×106时,成胶时间从38d缩短到4d,成胶黏度从23.7mPa·s增加到168mPa·     

磺甲基酚醛树脂的制备

以亚硫酸氢钠/亚硫酸钠为磺化剂、苯酚和甲醛为原料,经苯酚磺甲基化反应和缩聚反应制备了磺甲基酚醛树脂。分别考察了羟甲基磺酸钠的合成反应、苯酚磺甲基化反应和缩聚反应的主要影响因素,羟甲基磺酸钠较佳合成工艺为n(NaHSO_3):n(Na_2SO_3):n(HCHO)=1:1:2:3,反应温度60℃,反应3h;苯酚磺甲基化反应的较佳反应条件为n(羟甲基磺酸钠):n(苯酚)=0.7:1,反应温度90℃,反应1h,pH=9;缩聚反应的较佳反应条件为:n(羟甲基磺酸钠):n(苯酚):n(甲醛)=0.7:1:1.2,pH=9,反应温度100℃,反应时间为3h。产物较佳干燥温度为100℃,较佳条件下磺甲基酚醛树脂产物的平均收率为102.7%,质量分数为10%水溶液的平均粘度为5.84 mPa·s,不溶物质量分数≤3%。对羟甲基磺酸钠和磺甲基酚醛树脂进行了红外光谱表征。     

羧甲基羟丙基黄原胶及其流变特性

为拓宽黄原胶的应用范围,采用环氧丙烷和氯乙酸钠在醇溶剂中与黄原胶（XG）反应制得淡黄色的羧甲基羟丙基黄原胶（CMHPXG）。对羧甲基羟丙基黄原胶的流变特性（剪切变稀性、黏弹性、触变性）以及其作为压裂液的基本性能（携砂性、耐温耐剪切性）进行了研究。结果表明,0.5% CMHPXG溶液的表观黏度比0.5% XG溶液增大了3.35倍,且CMHPXG溶液的弹性模量、黏性模量和触变环面积均比XG溶液有显著的提高。陶粒在CMHPXG溶液的沉降速度远小于在XG溶液的沉降速度,携砂性能得到提高。0.4% XG溶液在30℃的表观黏度为43.1 mPa·s,而0.4% CMHPXG溶液在120℃、170 s-1下剪切90 min后的保留黏度仍有64 mPa·s,CMHPXG溶液的耐温耐剪切性能相对XG有较大程度的提高。XG和CMHPXG溶液的流动曲线可用Cross本构方程进行表征,且模拟值与实验值吻合良好。相较于黄原胶,羧甲基羟丙基黄原胶的基本性能得到了较大幅度的提高。