粘弹性表面活性剂合成及其作为稠化剂的酸性清洁压裂液性能研究

【摘要】：随着低渗透油气田的不断开发，粘弹性表面活性剂压裂液成已经为研究的热点之一。对于一些具有特殊、复杂岩性的油气藏，使用普通粘弹性表面活性剂压裂液压裂的效果不是很理想。因此，开发一种新型酸性清洁压裂液体系，使其能在地层岩石表面刻蚀出“溶蚀孔道”的同时又可以携带支撑剂来提高酸式裂缝的导流能力、扩大渗流面积，为改造裂缝性复杂岩性油藏提供一种有效手段。 针对这一问题，本文合成了两种粘弹性表面活性剂，并以这两种表面活性剂为稠化剂配制了酸性清洁压裂液，并研究压裂液的基本性能。研究结果表明： （1）最佳合成工艺条件：酰胺化反应：KOH的质量分数0.5%，DMAPA、硬脂酸摩尔比为1.10:1，反应温度140℃，反应时间7-8h；季铵化反应的最佳条件为：异丙醇、水体积比为1.8:1，3-氯-2-羟基丙磺酸钠、叔胺摩尔比为1.10:1，反应温度70℃，反应时间6h左右。 （2）酸性清洁压裂液性能：具有良好的耐温性能，在不同温度下测定一定时间后，不同酸浓度下的压裂液表观黏度均大于30.0mPa·s，仍具有较好的携砂性能；具有较好的耐剪切性能，在不同温度条件下，压裂液的表观粘度随剪切时间的增加变化不是很大，说明在该清洁压裂液具有较好耐剪切能力；剪切稀释恢复性，随着剪切速率的提高，压裂液的粘度逐渐降低，剪切作用消失后，压裂液粘度粘度逐渐升高；携砂能力强，砂粒沉降速度较小；与煤油接触后破胶，破胶液黏度低小于5mPa·s；滤失系数为3.93×10-4，低于常会压裂液和冻胶技术标准；具有良好的缓速性能，60min以后还含有较高残酸的浓度。 （3）微泡沫酸性清洁压裂液：体系配方为SCF-18+缓蚀剂ATMP+H4Cl+冰乙酸+NaHCO_3，其余为水。该体系具有较好耐温性，温度在90℃时，溶液的表观粘度为108mPa·s；具有较好的耐剪切性能，在剪切60min后，压裂液的表观粘度基本在70mPa·s；，携砂能力好，在温度为60℃时，微泡沫压裂液的沉降速度低于普通的压裂液的沉降速度；遇原油可破胶，破胶液的粘度均可达到要求（小于5mPa·s）；微泡沫压裂液的滤失量为0.37mL/min，滤失系数分别为3.17×10-4m/min1/2，低于无泡沫的清洁压裂液；压裂液破胶液具有较低的表界面张力，表面张力为25.6mN/m，油水界面张力为0.92mN/m，较低的表界面张力增加破胶液的返排能力。 （4）酸性清洁压裂液在加砂的同时能够对储层进行酸化，把将酸化和压裂有效的结合在一起，提高了压裂的效率和压裂效果；微泡沫酸性压裂液，有效结合酸性清洁压裂液和CO_2泡沫也裂液的优点，提高清洁压裂液的携砂性，降低清洁压裂液的滤失性，同时有助于破胶液的返排。 【关键词】：粘弹性表面活性剂 清洁压裂液 微泡沫酸性清洁压裂液 酸化
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE357
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-25
• 1.1 压裂液的性能和分类12-14
• 1.2 水基压裂液14-19
• 1.2.1 天然植物胶水基压裂液14-17
• 1.2.2 纤维素衍生物压裂液17-18
• 1.2.3 聚合物压裂液18-19
• 1.3 油基压裂液19
• 1.4 泡沫压裂液19
• 1.5 乳化压裂液19
• 1.6 醇基压裂液19-20
• 1.7 清洁压裂液20
• 1.8 清洁压裂液的国内外发展现状20-23
• 1.9 研究的目的与内容23-25
• 1.9.1 研究目的和意义23-24
• 1.9.2 研究的内容24-25
• 2 粘弹性表面活性剂压裂液体系及酸化25-32
• 2.1 阳离子季铵盐累表面活性剂压裂液体系25-26
• 2.2 甜菜碱型阳离子表面活性剂压裂液体系26
• 2.3 非离子表面活性剂压裂液体系26-27
• 2.4 粘弹性压裂液的基础理论27-28
• 2.4.1 清洁压裂液的交联机理27
• 2.4.2 清洁压裂液的破胶机理27
• 2.4.3 清洁压裂液的特点27-28
• 2.5 清洁压裂液的性能28-29
• 2.5.1 剪切稀释性28
• 2.5.2 粘弹性28-29
• 2.5.3 粘温性29
• 2.5.4 携砂性29
• 2.5.5 滤失控制性29
• 2.5.6 “零伤害”机理29
• 2.6 酸化29-32
• 2.6.1 酸洗30
• 2.6.2 基质酸化30
• 2.6.3 压裂酸化30-32
• 3 酸性压裂液的配制及性能32-52
• 3.1 粘弹性表面活性剂的制备32-33
• 3.1.1 实验药品及仪器32
• 3.1.2 表面活性剂的合成32-33
• 3.2 圆环法表面张力的测定33-34
• 3.3 反应条件的讨论与优化34-40
• 3.3.1 中间产物合成的影响34-37
• 3.3.2 季铵化反应条件的讨论37-40
• 3.4 表面活性剂的表面张力40-41
• 3.5 表面活性剂的红外谱图表征41-42
• 3.6 清洁压裂液的配制及性能评价42-46
• 3.6.1 酸性清洁压裂液的性能评价42-43
• 3.6.2 酸性清洁压裂液的性能评价43-46
• 3.7 结果与讨论46-50
• 3.7.1 酸性清洁压裂液的表观黏度随温度的变化46-47
• 3.7.2 酸性清洁压裂液流表观粘度与剪切时间的关系47
• 3.7.3 酸性清洁压裂液流表观粘度与剪切速率的关系47-48
• 3.7.4 酸性清洁压裂液的携砂性48-49
• 3.7.5 酸性清洁压裂液的破胶性49
• 3.7.6 酸性清洁压裂液的滤失性49-50
• 3.7.7 酸性清洁压裂液的缓速性能评价50
• 3.8 本章小结50-52
• 4 微泡沫酸性压裂液52-61
• 4.1 泡沫压裂液的组成52-54
• 4.1.1 气相52
• 4.1.2 液相52
• 4.1.3 发泡剂52-53
• 4.1.4 泡沫压裂液的性质53-54
• 4.2 粘弹性表面活性剂的合成54-60
• 4.2.1 实验药品及仪器54
• 4.2.2 反应方程式剂反应步骤54-55
• 4.2.3 叔胺的红外图谱表征55
• 4.2.4 泡沫压裂液的配制55-56
• 4.2.5 微泡沫酸性清洁压裂液的性能评价56-60
• 4.3 本章小结60-61
• 5 结论61-63
• 5.1 实验结论61
• 5.2 主要创新点61-62
• 5.3 进一步的工作62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 攻读学位期间发表的学术论文目录69-70

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