复配交联剂对阳离子聚合物压裂液性能的影响

为进一步提高阳离子聚合物压裂液的耐温抗剪切性能,以阳离子聚合物PAAD为稠化剂,采用间苯二酚(FA)、乌洛托品(FB)与有机钛(TCMH)复配物为交联剂配制压裂液,研究了复配交联剂在改善聚合物压裂液耐温抗剪切性能方面的作用效果。结果表明,FA和FB的混合物在高温条件下能与PAAD稠化剂发生交联反应,提高交联体系的稳定性;PADD压裂液的性能与FA、FB的配比和加量有关,FA与FB的质量比为1∶2、加量为0.15%~0.3%的压裂液具有较好的耐温抗剪切性能;与单独使用TCMH有机钛交联剂的PAAD压裂液相比,采用TCMH-FA-FB复配交联剂配制的PADD压裂液具有更好的耐温抗剪切性能;组成为0.6%PAAD+1.0%TCMH+0.3%FA-FB(FA∶FB=1∶2)、p H=3~4的压裂液经160℃、170 s-1连续剪切90 min后的黏度仍保持在60 m Pa·s左右,满足160℃高温油气井压裂施工需要。     

改性聚乙烯醇压裂液的制备与性能研究

为提高聚乙烯醇压裂液耐温抗剪切性能,采用改性纤维素与聚乙烯醇的共混物作为稠化剂、有机钛为交联剂制备改性聚乙烯醇压裂液,研究了共混改性聚乙烯醇稠化剂的组成、压裂液中稠化剂与交联剂浓度、温度、pH值对压裂液性能的影响,对比了聚乙烯醇压裂液与改性聚乙烯醇压裂液的耐温抗剪切性能。结果表明:采用改性纤维素对聚乙烯醇稠化剂进行共混改性,可提高稠化剂的增黏能力和所配制的压裂液耐温抗剪切性能,稠化剂中改性纤维素含量以40%为宜;改性聚乙烯醇压裂液的组成和pH值对压裂液性能影响显著,适宜的改性聚乙烯醇压裂液配方为:稠化剂加量1.8%~2%、交联剂加量0.9%~1%、pH值7~9,该改性聚乙烯醇压裂液在120℃、剪切速率170 s~(-1)下连续剪切90 min后的黏度仍可保持在50 mPa·s以上,能满足油藏温度低于120℃油层的应用要求。     

一种聚合物压裂液稠化剂的性能研究及应用

以分子间的静电作用为理论基础,研制出一种适用于中高温地层的阳离子型中高分子量的压裂液用聚合物稠化剂,通过红外光谱谱图以及核磁共振谱图分析聚合物结构,利用扫描电镜观察加入电吸引诱导剂后聚合物溶液空间结构的变化,并对该聚合物压裂液稠化剂进行性能测试,发现该压裂液聚合物稠化剂在加入电吸引诱导剂后可形成较强的空间网状结构,增黏效果很好,并且在110℃、130℃、170 s-1下剪切1 h后黏度保持在40~55 m Pa s,在90℃条件下破胶时间为71.5 min,破胶后无残渣,岩心伤害率低,为12.07%。该压裂液表现出较强的黏弹性,携砂性能好,沉砂速率为1.96×10-4 m/min,且在砂比为60%时,常温下1 h后悬砂状态良好。该聚合物压裂液稠化剂满足现场压裂施工的要求,加之合成原料易得、价格较低,其现场应用前景广泛,通过在苏里格气田苏20-23-X井盒8下段的现场压裂施工测试中可以看出,其施工效果显著。     

PAC阳离子聚合物压裂液体系的研究

研制了一种新型的PAC阳离子聚合物压裂液体系,对其配方与性能进行了研究。确定了PAC阳离子聚合物压裂液体系最佳配方：(0．30％～0．80％)PAC (0．05％．0．10％)HPAM (1．0HD％～2．0HD％)KCl 0．10％AE169 (0．05％～0．10％)TA—1,破胶剂可选用0．30％～0．50％的过硫酸铵溶液。该体系流变性能好,携砂能力强,粘土稳定性好,防乳破乳效果明显,具有很好的破胶性,破胶后水不溶性残渣含量低,对地层渗透率损害值很小,适应于粘土含量较高即存在水敏或低渗透油藏的油层压裂改造,取得了很好的现场应用效果。     

新型合成聚合物超高温压裂液体系

松辽盆地深层火山岩储层埋深大于5000 m,储层温度高达180 ℃,需要开发一种能应用于超高温(180℃以上)储层的新型低伤害压裂液.在室内合成交联剂AC-12的基础上,通过优化压裂液添加剂的用量,研发了新型的合成聚合物压裂液配方.室内实验表明,合成聚合物压裂液在180℃下具有很好的耐温耐剪切性能,在180 ℃、170 s-1剪切120 min后,压裂液黏度在100 mPa·s以上.通过将剪切速率由170 s-1增加到1000 s-1、2000 s-1,再降到170 s-1,模拟压裂液在泵入过程中管路高剪切和裂缝低剪切的黏度变化情况,得到该配方高剪切下的黏度恢复能力强,进入裂缝后有足够的黏度使支撑剂全悬浮,该压裂液具有高剪切下的黏度恢复性能.同时,合成聚合物压裂液容易破胶,破胶液黏度低,残渣含量少,可以在高温深井使用.     

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。     

新型耐温抗盐疏水缔合聚合物的制备及性能

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、两性甜菜碱单体(MADPS)和油溶性双尾疏水单体(DiC₁₂AM)为原料通过自由基聚合制备了一种疏水缔合聚合物HASPAM,通过单因素方法优化了制备条件,采用1H NMR和黏弹性测试等方法考察了HASPAM的性能。实验结果表明,HASPAM的最佳制备条件为:n(AM)∶n(AA)=4∶1,MADPS用量0.6%(x),DiC₁₂AM用量0.2%(x),单体总用量30%(w),引发剂加量为单体总质量的0.15%,pH=7,25℃,4.0 h。在该条件下制备的0.4%(w)HASPAM溶液黏度为148.5 mPa·s,临界缔合浓度约为400 mg/L,在140℃、170 s^-1下剪切120 min后黏度保持在63 mPa·s。HASPAM的抗盐性能较好,当过硫酸铵加量为0.08%(w)时HASPAM溶液可完全破胶,且对岩心伤害最低为14.56%,可作为压裂液对储层进行压裂改造。     

耐高温海水基压裂液稠化剂性能评价

为满足耐温180℃海水基压裂液的需求,以丙烯酰胺、丙烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、N-乙烯基吡咯烷酮、顺丁烯二酸单十二烷基酯钠盐、N-十六烷基丙烯酰胺为原料,以亚硫酸氢钠-过硫酸铵为引发剂,制得缔合型聚合物稠化剂SWF-T180,评价了SWF-T180的增黏、抗盐、溶胀、耐温性能及其配制海水基压裂液的性能。研究结果表明,稠化剂SWF-T180增黏效果显著,加量超过0.6%时溶液黏度快速增加;SWF-T180具有良好的抗盐抗钙镁能力和速溶性能,在海水中溶胀8 min后的溶液黏度达到最终黏度的84.3%,耐温达180℃;由1%SWF-T180和0.6%交联剂配制的海水基压裂液在180℃下剪切90 min的黏度为60数70 mPa·s,具有良好的剪切恢复性能,满足海上180℃储层压裂施工的要求。图9表1参18     

耐高温清洁压裂液的制备与性能研究

为获得耐温性良好的压裂液体系,以硬脂酸、草酸、4-氨基-N,N-二甲基苯胺、N,N'-二氨基乙基乙二胺、1,3-二氯-2-丙醇为原料合成双子表面活性剂,以其作为稠化剂与氯化铵水溶液混合制得清洁压裂液,考察了该压裂液的耐温性、耐剪切性、携砂性和破胶性等。结果表明,与胍胶压裂液相比,该清洁压裂液耐温耐剪切性能好,120℃时的表观黏度为88 mPa·s,满足高温油气田的使用要求;携砂性能好,120℃时石英砂在压裂液中的沉降速度为0.79 mm/s;与地层水的配伍性良好;在压裂液中加入煤油即可自动破胶,无需加入破胶剂,便于使用。     

压裂液用阳离子聚合物稠化剂的合成

针对压裂液稠化剂所存在的杂质含量较高、储层伤害较大、耐温抗盐性较差、耐剪切性不足等问题,以丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为单体,采用水溶液聚合法制备了压裂液用阳离子聚合物稠化剂,考察了反应条件对产物相对值分子量和阳离子度的影响。实验结果表明,优化合成条件为：单体总质量分数为40%,n(AM)∶n(DMDAAC)=3∶1,反应温度45℃,引发剂用量(与单体质量比)0.05%,pH值为7;在聚合物加量为0.8%时,基液黏度为80.1 mPa·s,交联后体系黏度可达335 mPa·s。     

耐高温FRK-VES清洁压裂液性能评价

针对国内外清洁压裂液耐温性能较差的问题,开发出一种新型的两性离子表面活性剂压裂液体系。该清洁压裂液体系优化配方为4.0%FRK-VES＋0.30%稀盐酸＋4.0%KCl溶液＋1.0%苯甲酸钠。室内实验对FRK-VES压裂液体系性能进行了评价：耐温耐剪切性良好,120℃的表观黏度为83 mPa.s（170 1/s）,30℃连续剪切60 min的黏度为3167 mPa.s;携砂性能良好,摩阻较小,在常温下与原油和地层水混合可迅速破胶,破胶液黏度小于5 mPa.s,并且无残渣,破胶液界面张力为0.75 mN/m,表面张力为24.8 mN/m;该体系滤失系数为1.93×10-4m/min1/2,对渗透率为1μm2和0.2μm2储层的渗透率伤害率分别为19.56%、25.36%,适合不超过120℃的高温低渗砂岩的储层改造。该清洁压裂液在胜利油田、华北分公司现场施工,效果较好。图3表5参11     

耐盐耐高温三元聚合物压裂液稠化剂的制备与性能评价

为获得在超高矿化度及210℃高温条件下使用的压裂液稠化剂,以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰吗啉(ACMO)为原料制备了三元聚合物稠化剂(APC-30),考察了APC-30的增黏性、耐温耐盐性和稳定性;研究了APC-30与有机锆交联剂BPA混合交联后形成的冻胶压裂液的耐温耐剪切性、黏弹性和破胶性能。结果表明,在单体质量比AM/AMPS/ACMO=70∶24∶6、复合引发剂K_2S_2O_7-NaHSO_3加量0.4%、抑制剂HCOONa加量1.2%的条件下制备的APC-30的增黏性、耐温耐盐性及稳定性均优于二元聚合物压裂液稠化剂AP-30。在矿化度450 g/L、温度200℃、剪切速率170 s~(-1)的条件下,APC-30的黏度保留率为35%。具有六元杂环结构的吗啉基团的引入可明显提高压裂液冻胶的耐温抗剪切能力。APC-30压裂液冻胶在210℃、170 s~(-1)下剪切2 h的黏度为175.8 mPa·s。APC-30压裂液冻胶具有高弹低黏的特性和优异的压裂悬砂能力,破胶液残渣含量低、易返排,可用于油田现场压裂施工。     

抗高温微交联聚合物降滤失剂的制备与性能评价

为提高聚合物降滤失剂耐温抗盐性和与高密度高固相深井钻井液体系的配伍性,以自制的六烯基单体TDED为交联剂,与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行自由基共聚反应,制得微交联共聚物降滤失剂PTAPN。通过红外光谱仪表征了产物结构,研究了PTAPN的抗温耐盐性及与不同密度钻井液的配伍性。结果表明,产物分子结构与设计相符。PTAPN在高温、高矿化度环境中具备良好的降滤失性能。加入2%PTAPN后,淡水与复合盐水基浆240℃老化前后的黏度增加,滤失量大幅降低。PTAPN与不同密度水基钻井液的配伍性良好,可有效控制密度为2.30 g/cm3的加重钻井液在高温环境中的流变性与滤失量。当老化温度为240℃时,加重钻井液的API滤失量与高温高压滤失量分别为2.6 mL和12.6 mL,远小于含常规线性聚合物降滤失剂的钻井液。PTAPN适于作为高温高密度钻井液体系的降滤失剂。     

高温乳化压裂液的研制及性能评价

室内研制了一种配制W/O型乳化压裂液所需的乳化剂,并讨论了乳化剂加量、油水比、搅拌强度对乳状液稳定性的影响,得到了不同温度(90℃、120℃和130℃)条件下油包水乳化压裂液配方,并对乳化压裂液配方进行耐温耐剪切性能、流变参数、滤失性能及地层伤害性进行了工程评价。实验证明该配方的流变性能满足压裂液对液体的要求,滤失量较小,针对南堡油田东一段储层岩心,与水基压裂液相比,可降低压裂液对地层的伤害率达20%以上。在130℃条件下,170 s-1的剪切速率下,剪切120min后,表观黏度为88mPa·s,可满足中、高温深井、水敏性储层压裂改造。     

油基钻井液高温乳化剂的制备与性能评价

为了提高油基钻井液用乳化剂的抗温性,以植物油酸、二乙烯三胺、马来酸酐为主要原料,制备了油基钻井 液高温主乳化剂（PF-EMUL HT）和辅乳化剂（PF-COAT HT）。利用红外光谱和热重分析表征了2 种乳化剂的分 子结构及耐温性。通过测定动态界面张力、乳化效率和乳液电稳定性,分析了2 种乳化剂的乳化能力及抗温能 力,提出了可能的乳化机理。同时,研究了乳化剂加量、油水比、温度和密度对所配制钻井液的影响。结果表明, PF-EMUL HT具有酰胺化基团,PF-COAT HT具有酰胺基、羧基等多官能团结构。2 种乳化剂均能有效降低油水 界面张力,二者复配制得的乳液经232 ℃高温老化后的破乳电压大于370 V,乳化效率为96%。配制的油基钻井 液在150～232 ℃、油水比为60∶40～90∶10 的条件下老化后均具有良好的稳定性,可满足高温高压井、定向井等 的作业需求。     

高温合成聚合物压裂液体系研究

根据高温低渗储层压裂改造对压裂液性能的要求,从聚合物分子结构分析入手,以聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、2-丙烯酰胺基,2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,合成新型耐高温聚合物,并对其性能进行了评价。实验结果表明,剪切3 h后,压裂液黏度降低1.4 mPa.s,剪切稳定性良好,并且剪切恢复性较好。随着温度的增加,压裂液交联时间逐渐缩短。该压裂液耐温可达170℃。在60℃时,聚合物压裂液破胶困难,可以通过提高破胶剂加量以提高压裂液破胶效果。聚合物压裂液的残渣率为0.83%,对岩心的伤害率为16.7%,对支撑裂缝导流能力的伤害小于植物胶压裂液。适合高温低渗储层的压裂改造。     

中低温清洁压裂液BVES-80的性能评价

开发了一种新型甜菜碱表面活性剂压裂液BVES-80。该压裂液优化配方为2.5% 甜菜碱表面活性剂DBA2-12+4.0% KCl+0.5%水杨酸钠+1.0%异丙醇+自来水。对BVES-80 压裂液性能的评价结果表明,NaCl、CaCl₂、MgCl₂加量为3%时,压裂液的黏度分别为337、370、394 mPa·s,耐盐性较好。压裂液静置7 d后的黏度为321 mPa·s,变化较小,稳定性较好。在170 s^-1下连续剪切1 h后的黏度分别大于50（60℃）和30（80℃）mPa·s,在中低温下的耐温抗剪切能力良好。在30℃、0.01~10 Hz条件下,压裂液储能模量G′始终大于耗能模量G″,且G′大于10 Pa,G″大于0.3 Pa,黏弹性较好。60℃下,陶粒在BVES-80清洁压裂液中的沉降速度为0.14 mm/s,远小于0.5%胍胶压裂液的值（1.50 mm/s）,携砂性能较好。在30℃下与煤油混合可在12 h内彻底破胶,破胶液黏度小于5 mPa·s,残渣含量23.46~54.37 mg/L,破胶液表面张力26.3~27.5 mN/m,破胶液与煤油的界面张力0.55~0.62 mN/m。该体系在80℃下的滤失系数为4.75×10-4 m/min^0.5,对岩心的渗透率伤害率仅为7.4%,适合不超过80℃的中低温低渗地层的储层改造。     

耐温耐盐聚合物微球性能评价

为获得悬浮性好、 耐温耐盐性能优良的调剖堵水用聚合物微球, 以丙烯酰胺为聚合单体、 偶氮二异丁腈为引发剂、 二乙烯基苯为交联剂、 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠为乳化剂合成了具有三层结构的纳米/微米聚合物微球DCA, 评价了微球的耐温性、 悬浮性、 膨胀性及调剖堵水效果。结果表明, DCA微球粒径为0.1数 30 μm, 外壳有纳米孔隙, 微球耐温高达 300℃, 可在 115℃放置 90 d。DCA在模拟地层水中静置 28 h的沉降速度为 0.005 mL/min,悬浮性较好。DCA微球膨胀率随着温度的升高而升高, 在 115℃浸泡 24 h的最大膨胀率为 13.83%; 对三层非均质岩心调剖堵水后含水率降低 5%, 采收率增幅为 7%。矿场试验结果表明, 经微球段塞调剖后产液量和综合含水率降低、 日增油效果明显。DCA微球适用于高温高盐油藏的深部调剖堵水。图10表3参20