耐高温交联酸压裂液的研制及其性能评价

针对黏弹性表面活性剂(VES)转向酸使用成本高，耐温性差以及现有胶凝酸破胶不完全的问题，本研究首先通过水溶液聚合法合成稠化剂和有机锆交联剂，然后在质量分数为20%的盐酸水溶液(下同)中将稠化剂通过有机锆交联剂进行交联，得到耐高温交联酸基液，再根据压裂液性能要求添加高温缓蚀剂、助排剂、铁离子稳定剂和黏土稳定剂，研发了一种耐180 ℃高温的交联酸压裂液。采用高温高压流变仪、压裂液摩阻测试仪和表界面张力测定仪等对交联酸压裂液进行性能评价。结果表明，所制备的交联酸压裂液在180 ℃、170 s^-1条件下剪切120 min后，黏度仍可维持为73 mPa·s，加入0.15%过硫酸铵破胶后，黏度降为3.2 mPa·s，高温流变性和破胶性能良好。     

一种新型水基压裂液酸性交联剂的制备

采用无机锆盐为原料,制备了一种酸性压裂液用交联剂。所合成产物具有低伤害、耐温、延缓交联时间等特点。经过实验,得到最佳反应条件为反应介质是异丙醇的水溶液,m(氧氯化锆)∶m(H2O)∶m(异丙醇)=1∶1.25∶2.5,m(葡萄糖酸钠)∶m(氧氯化锆)∶m(丙三醇)=1∶16∶20,反应温度50～55℃,pH=2,反应时间4h。通过实验研究,由所合成交联剂LY-2与羟丙基瓜尔胶交联得到的压裂液具有良好的性质,交联时间120s,冻胶黏度可以达到524mPa.s,耐温温度170℃,加入2%破胶剂(质量分数15%过硫酸铵)1h后,冻胶黏度可降至1.56mPa.s。     

碱热活化改性高温豆粕制备大豆蛋白胶黏剂

为解决高温豆粕因其蛋白变性而导致的交联活性差的问题,提出高温豆粕的碱热活化策略,采用FT-IR、XRD、XPS、热重等方法研究了NaOH用量对活化改性高温豆粕及其胶黏剂的结构与性能影响。研究结果表明:高温豆粕在碱和热共同作用下,大豆蛋白球型结构被打开,释放出被包裹的活性基团,部分大豆蛋白的肽键水解形成可参与交联反应的胺基和羧基离子,从而能与交联改性剂发生有效交联,使活化高温豆粕制备的大豆蛋白胶黏剂形成良好的交联网络结构,并具备与低温豆粕所制备胶黏剂相当的胶接耐水耐热性能。碱热活化改性结果显示:高温豆粕碱热活化的最适宜NaOH用量为2%(质量分数),此时改性高温豆粕的乙醛值为4.28 mg/g,相应胶黏剂的黏度59.8 Pa·s、“热水浸泡”湿态胶合强度1.48 MPa、“煮-干-煮”湿态胶合强度0.96 MPa,相应胶黏剂固化产物的沸水不溶率79.73%、热分解残留率40.87%,最大分解速率温度306.1℃。     

一种酸性压裂液体系的室内研究

常规的羟丙基瓜胶压裂液体系一般在碱性条件下交联,对于碱敏性地层不能达到理想的压裂效果。文章通过室内研究,筛选出一种酸性压裂液体系:0.8%~1.0%低分子稠化剂AAP+1.0%KCl+0.3%助排剂S-203,pH在5左右以交联比为100∶3.0~100∶3.5与交联剂交联。该压裂液体系可耐温达到110℃,在170 s-1连续剪切1.5 h后粘度仍有61.3 mPa s,破胶后破胶液粘度小,易于返排,该压裂液体系对于碱敏性储层有较好应用前景。     

胍胶压裂液有机硼交联剂JSA-1的合成与性能评价

以硼酸、正丁醇、乙二醇、二乙烯三胺为反应原料,采用一锅法合成了有机硼交联剂(JSA-1)。考察了胍胶质量分数(即含量,以胍胶占胍胶基液总质量计)、JSA-1用量(即添加量,以胍胶基液质量为基准,下同)、pH对JSA-1交联性能的影响。结果表明,胍胶质量分数越大(0.09%～0.4%),胍胶压裂液的交联状态越好、交联时间越短、表观黏度越高、耐温能力越强;JSA-1用量越大(0.04%～0.4%),胍胶压裂液的交联状态越好、交联时间越短、耐温能力越强;pH(p H=4～14)越高,胍胶压裂液的交联时间越长、耐温能力越强。JSA-1对pH和胍胶质量分数的适用范围较广,在低温配方中,可以使低质量分数的胍胶实现有效交联,胍胶质量分数为0.13%的胍胶基液与JSA-1交联后,在常温、100 s^–1剪切下表观黏度可达到50 mPa·s;在高温配方中,胍胶质量分数为0.4%的胍胶基液与JSA-1交联后制备的压裂液具备较好的耐温耐剪切能力,在120℃、100 s^–1剪切条件下表观黏度可以稳定保持在300 mPa·s左右。     

环氧氯丙烷改性淀粉基胶黏剂的制备及性能研究

以玉米淀粉为原料,经双氧水氧化、环氧氯丙烷交联改性后以碱糊化制得环氧氯丙烷改性淀粉基胶黏剂。通过单因素实验及正交设计实验优化了环氧氯丙烷交联改性的实验条件。最佳工艺条件为:环氧氯丙烷用量为2%(相对于淀粉的质量分数)、反应温度为50℃、反应时间为4 h、交联反应体系的pH值为11。制备的胶黏剂的胶合强度可达4.4 kg/m~2,耐水时间为10 h,交联度为1.2。环氧氯丙烷交联改性淀粉基胶黏剂的性能明显优于氧化淀粉胶黏剂。     

顺-苯(M-S)型自交联乳液胶黏剂的研制

以顺丁烯二酸二丁酯 (马来酸双丁酯 )与苯乙烯为主单体 ,引入交联单体 ,采用核壳乳液聚合研制了自交联乳液胶黏剂 ,讨论了组成对胶黏剂性能的影响。     

长庆油田注水井调剖用弱凝胶的研发

本文通过实验研发出了调剖用星形聚合物CQS-1及延迟交联剂CJL-3,制备出一种聚合物凝胶。该凝胶具有延迟交联性能,其成胶时间为46.5h,成胶后粘度65893mPa·s,成胶后的凝胶置于60℃温度时老化6个月,粘度保留率为88.5%,凝胶代码为D型。研发的延迟交联聚合物凝胶性能满足长庆油田注水井用弱凝胶调剖剂技术要求,可用于油田注水井调剖。     

顺一苯（M-S）型自交联乳液胶黏剂的研制

以顺丁烯二酸二丁酯(马来酸双丁酯)与苯乙烯为主单体，引入交联单体，采用核壳乳液聚合研制了自交联乳液胶黏剂，讨论了组成对胶黏剂性能的影响。     

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。     

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。     

帆布-聚氨酯泡沫粘合用交联型聚丙烯酸酯水溶胶的研究

用半连续法合成了一种帆布-聚氨酯泡沫粘合用交联型聚丙烯酸酯水溶胶,讨论了交联单体用量及配比、外加交联剂的用量及固化温度等因素对胶黏剂性能的影响。研究表明交联单体用量约为4.0%,制得的胶黏剂性能优良,若外加千分之四的交联剂,在110℃下烘干固化,可显著提高该胶黏剂的耐水性。     

有机聚合交联弱凝胶室内实验研究

针对常规丙烯酰胺类弱凝胶堵剂成胶黏度低、不耐高矿化度等问题,研制了一种有机聚合物交联弱凝胶。应用流变法研究了有机聚合物交联弱凝胶的性能,考察了温度、pH、矿化度对弱凝胶性能的影响,并进行了填砂管封堵实验。结果表明,在80℃、碱性条件下,弱凝胶体系成胶黏度可达143×10~3m Pa·s,并具有较好的抗盐性能。该弱凝胶堵剂对高渗层的封堵率达99%以上,且在驱替30 PV后封堵率仍能达到97%以上,封堵性能较好,能够满足调剖堵水作业现场的需求。     

可回收低分子量香豆胶压裂液室内研究

为解决压裂作业水资源缺乏和返排液难处理的问题,研发了利用pH值控制的酸性破胶技术,研发了可重复交联的可回收低分子量香豆胶压裂液。低分子量香豆胶分子量是常见稠化剂的1/4~1/10,更利于在非降解破胶的前提下返排;可控缓释酸性破胶剂实现酸性破胶剂的可控释放;结合配套使用的交联剂和交联促进剂等添加剂形成了适合不同储层的压裂液体系。根据标准评价该体系的性能:交联冻胶可以调挂、冻胶能在2.5~6小时内破胶、90℃耐温耐剪切性实验后粘度为103.91mPa·s,证明该体系性能符合现场要求;经过破胶后重复交联的压裂液性能与新鲜配置的压裂液性能相似,达到了回收重复利用的目的。该压裂液性能稳定,可重复利用性强,在作业用水缺乏的地区有很好的应用前景。     

瓜尔胶压裂返排液回用技术在气井中的应用

储层改造规模的加大对水资源的需求逐渐增加,压裂返排液的重复利用越来越受到关注。根据硼酸根离子的水解、络合反应机理,加入配位体PWT-2调节瓜尓胶压裂液返排液处理水(简称处理水)中硼酸根离子的有效含量,保持处理水中瓜尓胶压裂液的基液黏度及交联延迟时间与清水配置的一致,基液黏度约28~32 m Pa·s,交联延迟时间为75~150 s。通过加入缓冲剂HC-J调节瓜尓胶压裂液p H约为10.0,控制体系硼离子的有效浓度,降低多价阳离子的含量;将处理水与现场清水按照体积比2∶1的比例配置瓜尓胶压裂液,提高体系的耐温性能;稀释后配置的瓜尓胶压裂液在110℃剪切120 min,黏度保持250 m Pa·s以上,若加入胶囊破胶剂剪切50 min后黏度可降低至40 m Pa·s以下。     

高粘度羧甲基淀粉钠的合成研究

以马铃薯淀粉为原料 ,采用交联、醚化复合变性方法合成高粘度羧甲基淀粉钠。羧甲基淀粉钠取代度达到0.38后 ,其4 %水溶液的粘度可高于15000mPa·s。     

高温致活工业明胶木材胶黏剂的制备及应用

以废弃皮革中提取的工业明胶为原料,甲乙酮肟制备的封闭型水性聚氨酯为交联剂,通过在高温热压条件下解封出活性异氰酸酯基团,使其与明胶产生交联,合成出高温致活封闭型工业明胶木材胶黏剂。FTIR和DSC结果表明,甲乙酮肟分子上的羟基与聚氨酯预聚体上的异氰酸酯基团发生缩聚反应,其最大解封温度约126℃。SEM结果显示,胶黏剂经高温固化后表面更为光滑,说明明胶与封闭型水性聚氨酯组分间的相容性得到了提高。应用测试结果表明,当封闭型水性聚氨酯占明胶水溶液质量的20%时,胶黏剂的湿剪切强度高达0.97MPa,满足国家Ⅱ类胶合板的使用要求,且最佳的热压工艺条件是热压温度150℃、热压时间4min、涂胶量300 g/m2。     

磺化瓜胶的合成及性能研究

本文以瓜胶(GG)为原料,3-氯-2-羟基丙磺酸钠(CHPS)为磺化剂,氢氧化钠为催化剂,乙醇的水溶液为分散剂,合成磺化瓜胶。讨论了影响瓜胶黏度的主要因素,得出较优的合成条件为:反应温度26℃、反应时间2h、磺化剂加量为瓜胶质量的0.5%、氢氧化钠加量为瓜胶质量的1.0%,制得的瓜胶黏度为104.3m Pa·s。将磺化瓜胶配成压裂液进行性能测试,结果表明其具有较好的性能。     

复合薄膜用双组分水性聚氨酯胶黏剂的制备和性能

制备了复合薄膜用双组分水性聚氨酯胶黏剂,初步研究了两种外加型交联剂环氧树脂6360、三聚氰胺-甲醛树脂对胶黏剂性能的影响。红外谱图和差示扫描量热法分析的结果表明在双组分水性聚氨酯胶黏剂中水性聚氨酯和交联剂发生了交联反应。外加交联剂可增加水性聚氨酯胶黏剂的交联度和黏度,从而有效提高胶黏剂的T型剥离强度和耐溶剂性能。环氧树脂较佳加入量在5%左右而三聚氰胺-甲醛树脂约为10%。由双组分水性聚氨酯胶黏剂黏合的PET/PE薄膜在较高温度下适当处理一段时间,其黏合效果更佳。