高分子量表面活性剂清洁压裂液

【摘要】：水力压裂增产技术是改善油气层的有效方法,是油气井增产、水井增注的一项重要措施。在压裂施工过程中,压裂液的好坏又成为该施工成败的关键因素。压裂液种类繁多,目前,90%的压裂液都是水基压裂液,这类压裂液成本低,性能稳定受到青睐,但目前的水基压裂液其抗高温性差,对地层伤害大。最近新开发的粘弹性表面活性剂作为清洁压裂液,此压裂液对地层伤害较小,但因成本较高与抗高温性差限制了其大规模的应用,因此开发抗高温、低成本清洁压裂液提上了日程。 分析压裂液的发展状况,结合油田所需与高分子表面活性剂的特点,提出高分子表面活性剂及其助剂作为抗高温清洁压裂液的构思。分析了这种体系的性能特点,可以满足抗高温清洁压裂液施工的性能要求。 根据已有的知识设计并合成了高分子表面活性剂,结果证明所合成的高分子表面活性剂具有表面活性,在一定的浓度下就可以发生缔合,到达了设计的初衷。系统地研究了高分子表面活性剂的抗温、抗盐、抗剪切性能,而且与其助剂作为抗高温清洁压裂液的可行性,实验表明:本文合成的高分子表面活性剂与其YZ-1助剂的复合物具有优良的增粘性、明显的抗温性及一定的盐增粘性、剪切稀释性,复合体系可以运用于压裂工艺。 用水基压裂液性能评价标准测定了高分子表面活性剂及其助剂作为抗高温清洁压裂液的性能,结果证明该压裂液能够满足滤失低,压裂液具有显著的粘弹效应;该压裂液的使用温度可达130℃以上;压裂液体系快速、彻底破胶;而且压裂液在粘度较低就可以携砂;压裂液无残渣;压裂液的破胶液对岩心基质渗透率伤害率比粘弹性表面活性剂压裂液的伤害还低,说明使用该体系作为压裂液具有明显的抗高温,而且是清洁压裂液。 因此,本文通过分子设计,理论分析,再到实验验证,最终得到的压裂液满足设计要求,从而成功开发高分子表面活性剂及其助剂作为抗高温清洁压裂液体系。 【关键词】：压裂液 高分子表面活性剂 YZ-1助剂 抗高温 低伤害 流变性 粘弹性
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TE357.1
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 1 绪论8-25
• 1.1 压裂技术的近期发展状况8-10
• 1.2 压裂液的发展概况10-17
• 1.2.1 压裂液的作用10
• 1.2.2 压裂液类型10-11
• 1.2.3 水基压裂液11-16
• 1.2.3.1 植物胶及其衍生物12-13
• 1.2.3.2 纤维素及其衍生物13-14
• 1.2.3.3 改性淀粉14
• 1.2.3.4 微生物多糖14
• 1.2.3.5 合成聚合物14-16
• 1.2.4 粘弹性表面活性剂(VES)压裂液16-17
• 1.3 问题的提出与本文的构思17-18
• 1.3.1 问题的提出17-18
• 1.3.2 本文的构思18
• 1.4 高分子表面活性剂18-22
• 1.4.1 高分子表面活性剂的分类18-19
• 1.4.2 高分子表面活性剂的主要性质19-20
• 1.4.3 高分子表面活性剂的应用20-22
• 1.5 对本文构思的压裂液的可行性分析22-23
• 1.6 本文的研究目的及内容23-25
• 1.6.1 本文的研究目的23
• 1.6.2 本文的研究内容23-25
• 2 高分子表面活性剂的合成与表征25-35
• 2.1 高分子表面活性剂的合成25-27
• 2.1.1 主要单体的选择25-26
• 2.1.2 合成方法的选择26
• 2.1.3 试剂与仪器26-27
• 2.1.4 高分子表面活性剂的合成步骤27
• 2.2 合成的高分子表面活性剂的简单表征27-31
• 2.2.1 特性粘数的基本概念27-28
• 2.2.2 高分子表面活性剂的特性粘数28-29
• 2.2.3 测定方法29
• 2.2.4 高分子表面活性剂的特性粘数[η]测定结果29-30
• 2.2.5 测试结果30-31
• 2.3 溶解性测试31-32
• 2.4 高分子表面活性剂的表面张力测定32-34
• 2.4.1 表面张力32
• 2.4.2 吊环法测量原理32-33
• 2.4.3 仪器和药品及实验方法33
• 2.4.4 合成的高分子表面活性剂表面张力测试33-34
• 2.4.5 吊环法测定γ及cmc的求取34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 高分子表面活性剂流变及其助剂相互影响35-50
• 3.1 高分子表面活性剂的流变性35-40
• 3.1.1 仪器及实验方法35
• 3.1.2 本文合成的高分子表面活性剂的流变特性35-36
• 3.1.3 高分子表面活性剂溶液的粘—浓关系36-37
• 3.1.4 高分子表面活性剂溶液的粘—温关系37-38
• 3.1.5 高分子表面活性剂溶液的粘—盐关系38-39
• 3.1.6 高分子表面活性剂溶液的表观粘度与剪切速率的关系39-40
• 3.2 助剂对压裂液用高分子表面活性剂流变性影响的研究40-48
• 3.2.1 仪器及实验方法40-41
• 3.2.2 主要助剂的选择41-42
• 3.2.3 YZ-1对高分子表面活性剂溶液粘度的影响42-43
• 3.2.4 温度对高分子表面活性剂／YZ-1复合体系粘度的影响43-44
• 3.2.5 盐对复合体系粘度的影响44-47
• 3.2.6 KCl对复合体系溶液性能的影响47-48
• 3.3 本章小结48-50
• 4 压裂液的性能研究50-70
• 4.1 压裂液的热稳定性研究50
• 4.1.1 仪器及实验方法50
• 4.2 热稳定性的测试50-51
• 4.3 压裂液最佳配比的讨论51-52
• 4.4 对压裂液基液的表观粘度的测定52
• 4.5 压裂液的流变性52-55
• 4.5.1 仪器及实验方法52
• 4.5.2 压裂液的流变曲线52-55
• 4.6 压裂液的剪切稀释性55-57
• 4.7 压裂液的粘弹性研究57-59
• 4.7.1 仪器及实验方法57
• 4.7.2 粘弹性57
• 4.7.3 压裂性体系粘弹性研究57-59
• 4.8 悬浮性研究59-61
• 4.8.1 实验部分60
• 4.8.2 实验结果及讨论60-61
• 4.9 滤失性能的研究61-63
• 4.9.1 滤失性机理61
• 4.9.2 压裂液滤失机理分析61-63
• 4.10 破胶性能63-64
• 4.10.1 破胶方法63
• 4.10.2 破胶液的粘度测定及破胶机理初步分析63-64
• 4.11 破胶液表面、界面张力的测定64-65
• 4.12 压裂液残渣含量测定65-66
• 4.13 压裂液与地层流体配伍性测定66
• 4.14 压裂液破胶液对岩心基质渗透率损害率测定66-69
• 4.14.1 实验准备66-67
• 4.14.2 岩心基质渗透率损害率测定67-68
• 4.14.3 实验结果与分析68-69
• 4.15 本章小结69-70
• 5 结论与建议70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 应用展望71
• 5.3 本课题的进一步研究的方向71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76

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