纳米颗粒改性粘弹性清洁压裂液的流变特性研究
本文选题：纳米流体 切入点：粘弹性 出处：《浙江大学》2015年硕士论文
【摘要】：将纳米颗粒分散于流体可形成纳米流体,这种两相稳定的悬浮液有许多特殊的性质,本文利用纳米颗粒来改性一种粘弹性压裂液流体。该种粘弹性流体主要由表面活性剂组成,在油气的开采中可作为压裂液使用,是一种新型、清洁的压裂液,并能比高分子聚合物型压裂液破胶更快、更完全,有望解决现今压裂液配比复杂、水不溶残留物多、岩层渗透性差的问题。然而,该种表面活性剂压裂液在使用过程中随温度上升时表观粘度下降较快,且价格较高,不如高分子聚合物型压裂液应用广泛。本文通过对一种粘弹性清洁压裂液使用纳米颗粒进行改性研究,利用高比表面积的纳米颗粒来增加表面活性剂溶液中胶束的稳定性,有望获得适合我国页岩气埋藏条件的抗高温抗滤失的清洁压裂液,在未来页岩气开采中具有较高的应用价值。 本文围绕纳米颗粒改性粘弹性清洁压裂液的流变特性,对压裂液的制备方法、稳定性、流变特性及工程特性进行研究,初步筛选了对表观粘度、携砂特性有一定的改性作用的纳米颗粒,主要工作内容与结果如下： 1.纳米颗粒复合粘弹性清洁压裂液的制备方法与稳定性研究 通过两步法,并使用高压微射流分散方法制备了纳米复合粘弹性流体,对其微观形态、粒径分布、颗粒表面特性进行了研究。使用静置自由沉降与长时间高剪切等手段发现通过该方法制备的流体具有较好的颗粒粒径分布、静置稳定性与剪切稳定性。 2.纳米颗粒复合粘弹性清洁压裂液的流变特性研究 研究了纳米颗粒对流体表观粘度、零剪切粘度、弹性与粘性的特征参数的影响。对流变特性中的主要参数,使用非线性粘弹性模型来分析各参数的影响。流体的表观粘度主要受剪切率、零剪切粘度、松弛时间的影响,其中零剪切粘度与松弛时间主要受到温度、纳米材料及其添加百分比的影响。 通过分析以上影响因素,并进行公式拟合,发现了一定的规律与改性效果。在测试范围内,随百分比增大时,零剪切粘度逐渐降低；30℃时在部分体积分数添加百分比下钛酸钡、二氧化硅、石墨三种材料都对高剪切粘度有所增加；热释电性钛酸钡材料在30-90℃间可对高剪切粘度有一定的提高,特别是在45℃时效果较明显；在30℃时存在一个合适的纳米颗粒添加比范围使得三种纳米颗粒均可提升零剪切粘度,在30-80℃时,石墨材料对零剪切粘度均有一定的提高；对于纳米二氧化硅材料,同添加量下颗粒对于储能模量与耗能模量增加趋势是相同的；松弛时间受到温度的影响较大,受到添加百分比的影响则较小。 本文认为在添加有纳米颗粒后,表观粘度的增加与否主要取决于以下两者的权衡：1)高比表面积的纳米颗粒吸附表面活性剂胶束分子加强胶束间的交联结构,从而使得表观粘度上升；2)纳米颗粒对胶束团的吸附使胶束团紧密重叠,打破了网状的结构,造成表观粘度的下降。 3.纳米颗粒复合粘弹性清洁压裂液的其他技术指标测试 结合行业标准,本文通过静置自由沉降实验来测试纳米颗粒改性清洁压裂液的携砂特性,并使用不同的破胶剂进行破胶实验,此外还对表观粘度与粘弹性进行了工程评价。实验发现,携砂特性受温度影响较大,二氧化硅、钛酸钡纳米颗粒的添加可以略减缓沉降速率。相比胍胶压裂液,在同沉降速率下粘弹性清洁压裂液所需要的表观粘度值更低。纳米复合清洁压裂液可使用水与乙醇来破胶,测试得到合适的破胶剂添加量使破胶液粘度达行业标准。对表观粘度与粘弹性能进行了工程评价,在测试温度下的表观粘度与粘弹性特性参数均满足行业标准。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE357.12
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