页岩储层压裂减阻剂减阻机理研究

选择6种不同类型的减阻剂,通过研究不同浓度减阻剂的黏度和减阻效果,分析了减阻剂类型、分子量、分子结构、离子性能和浓度对其减阻性能的影响,并对减阻剂减阻机理进行了探索性研究。结果表明,减阻剂水溶液属于幂率流体,在一定流量范围内减阻率随着浓度的提高而提高;其水溶液黏度、离子特征和减阻率没有明显的联系,分子量在100万以上的减阻率在相同浓度下,减阻率趋于一致;影响减阻剂减阻性能的主要因素是减阻剂的分子结构。得出低分子量的长链结构的减阻剂和具有支链的长链结构的减阻剂以及具有柔顺、螺旋型分子链结构的减阻剂减阻性能更稳定;带支链的长链结构的减阻剂,在水中速溶,在较广泛的雷诺数范围内可得到理想的减阻率,具有较小的分子量,容易分解,对储层伤害小,此类减阻剂适合作页岩气储层大规模滑溜水压裂液的添加剂。     

高聚物型减阻剂减阻性能的研究

对高聚物减阻剂的减阻性能进行研究,考察了高聚物减阻剂的相对分子质量、起始点的管壁切应力τw*、减阻剂添加量、雷诺数及高聚物减阻剂的降解对减阻效果的影响。根据高聚物减阻剂的摩阻系数与雷诺数关系曲线,拟合得到高聚物减阻剂的斜率增量δ。结果表明,减阻剂的减阻率随相对分子质量的增大而提高;减阻剂的均方回转半径Rg越大,减阻起始点要求的管壁切应力τw*值越小,减阻效果越好;减阻剂的减阻率随添加量的增加而增大;减阻剂的斜率增量δ越大,减阻效果越好;高聚物减阻剂在一定剪切力下都会发生一定程度的降解,使减阻率下降。     

聚合物减阻剂微观减阻机理研究北大核心CSCD

配制了不同浓度的减阻剂溶液,利用TEM技术对减阻剂溶液的微观结构进行了表征,采用高精度环路摩阻测试系统对不同微观结构特征的减阻剂溶液进行了减阻性能测试。表征结果显示,减阻剂溶液的主要微观结构为:分散颗粒结构、半连续/非连续棒状结构、连续网眼状结构和堆叠网眼状结构。低流速下,分散颗粒结构特征的减阻剂表现出较好的减阻性能;高流速下,连续网眼状结构特征的减阻剂具有更好的减阻性能;过度堆叠网眼状结构特征的减阻剂虽具有良好的抗剪切性能,但在低速与高速下均不能发挥良好的减阻性能。现场施工中井深较浅、施工排量小的井,适合选用分散颗粒结构的减阻剂;而井深较深、排量较大的井,则适合选用连续网眼状结构的减阻剂。利用减阻剂微观结构与减阻性能之间的关系可进行减阻剂的选型及结构优化。     

聚合物减阻剂微观减阻机理研究

配制了不同浓度的减阻剂溶液,利用TEM技术对减阻剂溶液的微观结构进行了表征,采用高精度环路摩阻测试系统对不同微观结构特征的减阻剂溶液进行了减阻性能测试。表征结果显示,减阻剂溶液的主要微观结构为:分散颗粒结构、半连续/非连续棒状结构、连续网眼状结构和堆叠网眼状结构。低流速下,分散颗粒结构特征的减阻剂表现出较好的减阻性能;高流速下,连续网眼状结构特征的减阻剂具有更好的减阻性能;过度堆叠网眼状结构特征的减阻剂虽具有良好的抗剪切性能,但在低速与高速下均不能发挥良好的减阻性能。现场施工中井深较浅、施工排量小的井,适合选用分散颗粒结构的减阻剂;而井深较深、排量较大的井,则适合选用连续网眼状结构的减阻剂。利用减阻剂微观结构与减阻性能之间的关系可进行减阻剂的选型及结构优化。     

聚合物减阻剂性能优化方法的研究进展

聚合物减阻剂具有少量高效的优点,但其抗剪切性不足。分析了聚合物减阻剂的减阻机理及影响因素,综述了近年来聚合物减阻剂的减阻性能及储存稳定性的改进方法,包括嫁接法、改变分子结构、加入表面活性剂、引入缔合型键等,其中,加入表面活性剂可扩宽有效减阻范围、抗剪切性好、减阻更加稳定。对聚合物减阻剂的发展进行了展望。     

聚长链α-烯烃减阻性能的影响因素研究

利用室内环道评价装置考察了聚长链α-烯烃减阻剂的溶解时间、雷诺数、加剂浓度、黏均相对分子质量和高聚物的抗剪切能力对减阻性能的影响。结果表明：聚合物的减阻率随溶解时间的延长而增大,达到一定值后趋于稳定;聚合物的凝聚状态以及颗粒的分散程度对减阻剂的溶解能力影响较大;加剂浓度在15 mg/L时减阻率达到最大值,加剂浓度与减阻率的关系基本符合Virk经验公式;存在最佳雷诺数,雷诺数大于或小于最佳雷诺数时,减阻能力减弱,直至无效;在一定的相对分子质量范围内,黏均相对分子质量与减阻率呈线性关系,相对分子质量越大,减阻率越好;聚合物经过齿轮泵剪切后会使减阻率急剧下降,经过管壁的初次剪切也会使减阻率下降40%左右。     

减阻剂的减阻机理及减阻性能评价

通过对影响减阻剂减阻性能的各种因素的对比试验分析,根据减阻剂减阻机理推导减阻率表达式,用室内环道测试装置实验,以对减阻剂减阻性能进行评价。     

滑溜水用减阻剂室内性能测试与现场摩阻预测

经验预估滑溜水压裂现场的减阻效果具有差异较大的不足,而以往的减阻剂减阻性能评价实验多侧重于相关产品的对比优选,对其测试结果如何应用于现场实际的说明并不多见。针对以上问题,搭建了室内环路摩阻测试系统,依据Prandtl-Karman定律,通过清水湍流率定出测试用的3条直管管径分别为10.46,7.59和5.86 mm。对不同管径,在一定泵送排量梯度下对5种不同浓度的DR-800减阻剂溶液的摩阻压降进行了测定。对于0.07%和0.10%浓度的减阻剂溶液,将测试压降换算成摩阻系数,与考虑黏度项计算出的雷诺数相对应,可以很好地拟合于Virk渐近线,证明了DR-800减阻剂的优良减阻性能。在定量测试减阻性能后,采用摩阻放大法中的阻力速度法,将室内实验测得的降阻比与阻力速度进行回归得出表达式,确定出各阻力速度所对应的具体减阻率大小。运用该式,通过迭代计算,可以得到每种工况下相对确定的减阻率,比起经验预测,精度明显提高。因此,上述的室内研究方法对减阻剂的现场应用具有指导意义。      

疏水两性黄原胶的制备及流变性能评价

为提高黄原胶的基本性能并拓宽其在石油开采领域的应用,采用环氧氯丙烷和十六叔胺合成了疏水阳离子醚化试剂(3-氯-2-羟丙基二甲基十六烷基醋酸铵),以此醚化试剂对黄原胶(XG)改性制备了疏水两性黄原胶(HAXG),研究了HAXG溶液的流变性能(表观黏度、触变性、流动曲线、黏弹性能)以及携砂性能、减阻性能、耐温耐剪切性能。结果表明,改性后HAXG溶液的表观黏度显著增强,0.4%HAXG溶液黏度(172.38 m Pa·s)是0.4%XG溶液黏度(42.54 m Pa·s)的4.05倍。XG和HAXG溶液具有假塑性流体的剪切变稀特性,其流动曲线均可用Cross模型进行描述。相较于XG,HAXG溶液具有更好的触变性能、黏弹性能和网络结构,从而表现出更加优良的携砂性能和耐温耐剪切性能。HAXG溶液的减阻性能好于XG,0.12%XG和HAXG溶液在光滑管中的最大减阻率分别为57.80%和65.01%。HAXG可作为减阻剂用于滑溜水压裂液。     

水包水乳液减阻剂的减阻机理研究

将采用分散聚合法制备的水包水乳液减阻剂直接溶解于纯水中,配制成滑溜水;通过环境扫描电子显微镜与室内管道摩阻仪对减阻剂进行微观结构表征与减阻性能测试。实验结果表明,该减阻剂具有良好的速溶性,能在98 s内溶解完全;减阻剂浓度和高价离子浓度影响滑溜水的减阻性能,其中,Ca~(2+),Fe~(3+),SO_4~(2-)质量浓度分别超过75,20,100 g/L时,才会影响减阻效率;在滑溜水实际应用时应侧重非结构黏度的减阻作用。     

耐盐型悬浮分散聚合物体系的制备及在盐水基变黏滑溜水体系中的应用

通过水溶液聚合体系研制出含双尾疏水单体的两性离子型聚合物分子P-DHZ,黏均分子量达到1000万以上,其具有极佳的耐盐型、减阻性与成胶性,可作为页岩气水力压裂液减阻剂或稠化剂利用高矿化返排液直接配液,耐盐能力可达6×104 mg/L。为满足页岩气压裂现场连续混配的工艺需求,将研制出的P-DHZ制成粉剂,分散于烃类连续相中形成稳定的悬浮体系,并优选出最佳的粉剂粒径、分散剂、转向剂及烃类连续相,制备出可用于现场连续混配的悬浮体系,粉剂比例占体系的45%,在高矿化度返排液中的溶解时间低于30 s,其最高减阻率达到75%以上,并可通过调整浓度实现实时变黏,迅速由滑溜水体系转变为胶液体系。      

国内变黏滑溜水研究进展及在川渝非常规气藏的应用

综述了国内变黏滑溜水技术的最新进展,举例分析了变黏滑溜水在川渝非常规气藏的应用情况,提出了变黏滑溜水的发展方向。变黏滑溜水通过调节降阻剂含量和/或引入交联剂的方式实现低、中、高黏液体实时切换;关键的降阻剂研究主要是含AMPS或SSS等耐盐基团的聚丙烯酰胺或疏水缔合聚合物的合成与性能评价等,满足压裂返排液配液和变黏的需要;变黏滑溜水性能研究主要是黏度对携砂性能、裂缝形态、降阻性能等的影响规律,但究竟何种黏度适合何种储层还未有定论;变黏滑溜水在川渝非常规气藏应用获得成功,在致密气应用的整体黏度较页岩气高,在深层页岩气的携砂能力还需进一步增强;疏水缔合聚合物类降阻剂、固体型降阻剂是变黏滑溜水的发展方向,有望解决高黏液体摩阻高、乳液降阻剂潜在环保风险等问题,对变黏滑溜水的研究和应用有一定的指导意义。      

一种新型弱酸性减阻降黏剂

合成聚合物由于抗高温、耐盐、功能多样化等特点,成为固井外加剂的主导材料,但由于其分子量大易导致体系黏稠度大,流变性难以调节,采用传统减阻剂作用较弱。针对此问题,根据微观结构设计,通过研选和合理复配,开发出了一种新型弱酸性减阻降黏剂,并对其进行了实验评价。评价结果表明,该减阻降黏剂可明显降低以合成聚合物为主剂的水泥浆体系的黏度,表观黏度降低率可达40%以上,显著改善水泥浆的流变性能,且对水泥浆稠化、强度等性能无不良影响,稠化时间之比为1.0～2.0,抗压强度之比不小于0.9,综合性能良好。      

纳米聚（二乙烯苯-甲基丙烯酸十八酯）降黏剂的合成及其降黏效果

采用乳液聚合及酯交换方法合成了纳米聚(二乙烯苯-甲基丙烯酸十八酯)油溶性降黏剂。采用傅里叶变换红外光谱和透射电子显微镜对其进行表征,并测定其对大庆稠油和胜利稠油的降黏效果。结果表明,该合成聚合物为粒径165 nm左右的纳米小球。在温度40℃、最佳加入量条件下,该降黏剂对大庆稠油的表观降黏率为72.92%,净降黏率为49.91%;对胜利稠油的表观降黏率为80.29%,净降黏率为48.54%,均优于市售乙烯-乙酸乙烯酯共聚物降黏剂。该降黏剂是一种降黏效果较好的通用型降黏剂。     

水性低伤害悬浮降阻剂体系的研究与应用

为了解决聚合物降阻剂粉末在现场应用中存在的水化时间长、溶解效果差等问题,同时避免现有现场用油性悬浮体系环保性差的缺陷,研发了一种以有机醇为溶剂的新型水性低伤害悬浮降阻剂体系,并对滑溜水体系的综合性能进行了室内和现场应用评价。结果表明,聚乙二醇200为最佳悬浮溶剂,当触变剂PR与CQ2720用量分别为1.5%时,体系具有最好的悬浮稳定性,在悬浮体系稳定中两者存在协同增效作用。增加0.5%助分散剂MR312后悬浮降阻剂体系常温静置30 d无沉降,体系黏度稳定在177 mPa·s。悬浮降阻剂体系遇水均匀分散,所配制滑溜水澄清透明,表观黏度可控,降阻率大于70%。在阳101H1-1井的压裂施工中降阻剂分散均匀无结块、起黏迅速,返排液易处理,环境伤害小,环保效果显著。      

降阻剂聚集形态与降阻性能研究

为明确滑溜水压裂液降阻剂宏观降阻性能的微观控制机制,利用环境扫描电镜对不同类型的聚合物降阻剂形成的聚集体结构进行大量微观表征,结合体系降阻性能测试,从聚合物分子聚集态层次揭示浓度对不同降阻剂体系降阻性能作用的微观机理。研究发现,滑溜水降阻剂在极低浓度下聚集形成丝状结构,随着降阻剂浓度的不断提高,这些丝线状结构逐渐缠结连接形成骨架,最终围成多层次的“蛛网状”聚集体网络结构。同时不同类型的滑溜水降阻剂所形成的网络结构又具有各自的特点,其中以乳液型和悬浮液型降阻剂网络结构最为完整,而粉剂型降阻剂由于溶解速度较慢,形成聚集体网络结构分布不均,网络强度普遍不高。降阻剂浓度对降阻剂聚集状态影响极大,在低浓度条件下,3种降阻剂形成的网络结构平均骨架厚度约为0.1～0.3μm。随着降阻剂浓度的增大,体系网眼形状由不规则逐渐转变为多边形,部分降阻剂可形成强度较高、稳定性较好的圆形网络支撑结构,网眼尺寸减小,骨架厚度增加。当降阻剂浓度增加为0.05%时,骨架厚度可达0.3～0.9μm,网络结构强度显著提高。滑溜水降阻剂形成的聚集体网络结构会对体系降阻性能产生重要影响,降阻剂加量与体系降阻性能之间并非表现出...     

Effect of dispersing time on the prediction equation of drag reduction rate and its application in the short distance oil pipeline

The effect of the drag reducer, which is a kind of effective chemical additive for the pipelines, is closely related to its dissolution dispersity in the oil product. In this paper, the effects of oil viscosity, temperature and concentration of the drag reducer on the dispersion rules of drag reducer in crude oil and refined oil are analyzed and the modified Equation for prediction of the drag reduction rate was proposed. For short distance pipeline, a method of drag reducer dispersed beforehand was developed and proved in diesel pipeline, which effectively promotes the application effect of drag reducer in short distance pipeline.     

两亲性降黏剂合成及性能评价

稠油降黏冷采是一种重要的稠油开采方式,研究合成了两亲性聚合物降黏剂L–A,并利用乌氏黏度仪、电导率仪等对L–A剂进行性能评价,与非离子型降黏剂烷基酚聚氧乙烯醚OP–10和吐温–80、阴离子型降黏剂石油磺酸盐(WPS)和烷基硫酸钠(SDS)相比,L–A剂耐温降黏效果良好,耐温120℃.室内物模驱油实验结果表明,相比单一水...     

适用于致密气藏的可变黏压裂液体系性能评价及现场应用

目的 针对川渝地区致密气藏储层改造,主要采用体积压裂造长缝。高强度加砂对压裂液携砂与降阻性能提出更高的要求,需要研发一种疏水缔合聚合物作为降阻剂。方法 利用疏水缔合聚合物疏水基分子内缔合达到优异的增黏效果。同时,该降阻剂与金属交联剂可形成稳定的交联体系,进一步提高压裂液黏度,从而形成适合于致密气藏开发用变黏压裂液体系。结果 该压裂液体系在秋林、金华、中台等地区致密气储层使用12井次。加砂强度5～6 t/m,最高砂浓度480 kg/m³,变黏压裂液黏度3～30 mPa·s,降阻率>70%,满足施工设计要求。结论 该压裂液体系在可在2～100 mPa·s黏度范围内实时调整,在低-中黏度范围内降阻率均大于70%;在交联情况下,降阻率为55%～60%,岩心伤害率小于15%,悬砂性能良好,现场使用方便。     

稠油油溶性降黏剂结构与性能的关系

研究了塔河稠油沥青质含量与稠油粘度的关系。根据稠油中沥青质含量较高且极性较强,粘度主要是由沥青质聚集体引起的研究结果,针对超稠油特性研制了极性聚合物作为油溶性降黏剂主剂,表面活性剂作为助剂的复合配方。通过调控主剂分子结构中极性基团的比例来改变其极性的强弱,通过选择助剂适合的烷基碳链长度、芳香环数以及支化甲基数,达到协同增效的目的。结果表明:当主剂极性大小适当,助剂结构适当时具有协同增效作用。复合降粘剂对塔河十区、十二区稠油降黏效果显著,加剂量质量分数0.5%时,降黏率大于30%,节约稀油率约35%。