聚合物纳米复合压裂体系的优化及其微胶囊破胶剂的制备研究

发布时间：2020-06-21 23:04

【摘要】：目前,我国多数油藏储层致密低渗,因此压裂技术被广泛应用。但压裂所使用的高聚物稠化剂却存在着溶解性较差、剪切稳定性差等缺点。而且,在压裂过程中,水凝胶压裂液的提前快速破胶还会严重影响压裂施工。针对上述问题,本论文在课题组已有的实验基础上,首先,合成了聚丙烯酰胺纳米复合稠化剂,并将其与羧甲基纤维素钠按不同比例调配作为压裂液稠化剂,克服了稠化剂溶解性、剪切性较差的缺点;其次,设计合成了以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)为壁材的微胶囊破胶剂,利用其可控的缓释性能解决了压裂液冻胶提前破胶的问题。通过优化实验得出的压裂液体系配方为(均为质量分数):羧甲基纤维素钠调理剂0.3%,聚丙烯酰胺纳米复合稠化剂0.7%,二者与有机锆交联剂的交联比为100:1.5,基液pH值为6-7,助排剂0.5%、黏土稳定剂0.5%、起泡剂为0.5%。该压裂液体系基液均一且粘度较高,实验表征其特性如下:平均耐盐性为83.42%;交联后挑挂性和悬砂性能较好;压裂冻胶在剪切速率170 s~(-1)下,连续剪切2 h,温度升至113.1℃时,其粘度为63.2 mPa·s;其静态滤失系数、初滤失量分别为5.73×10~-44 m/min~(1/2)、0.62×10~(-3) m~3/m~2;破胶剂加量为0.15%,破胶液粘度低于5 mPa·s,残渣含量68 mg/L;此外,该破胶液可以实现二次交联,交联后挑挂性良好;当Na_2SO_3与过硫酸铵复配或NaHSO_3与过硫酸铵复配作为破胶剂时,破胶液的粒径分布基本在10 nm左右,有利于形成纳米复合胶束。通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)诱导丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)壁材的凝聚,实现了对过硫酸铵(APS)破胶剂的微胶囊化。研究了微胶囊的组成结构、微观形态、粒径分布,并探讨了其缓释性能、破胶性能及其影响因素。实验结果表明,ABS包覆的APS微胶囊(APS/ABS微胶囊)是具有核-壳结构的微米级微球,对水凝胶压裂体系具有良好的缓释破胶性能。其粒径分布、释放性质、微胶囊中过硫酸铵的包埋率都受核/壳比、PDMS粘度和转速的影响。当PDMS粘度大于3000 cSt时,微胶囊中过硫酸铵的包埋率可达70%以上。由于制备过程中的所有有机试剂均可实现回收再利用以降低生产成本。因此将APS/ABS微胶囊作为破胶剂以解决压裂液冻胶提前破胶的问题是一种经济和可行的方法。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE357.12
【图文】：

原理图,压裂液,压裂,原理图

图 1.1 压裂液压裂原理图Fig1.1 Illustrative diagram of hydraulic fracturing水基压裂液的分类前，油田现场提高原油采收率的压裂操作中，可选的压裂液种类比较多置原料及添加剂的不同，可以将压裂液大体分为水基压裂液、油基压裂裂液、清洁压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、乳化压裂液等[10-13]，其缺点如下表 1.1 所示。但是相比使用比较广泛的仍以水基压裂液为主。

微胶囊化,溶剂蒸发

稚⒌浇橹手校噫婧螅嘀臃⑿苑稚⒔橹时豢焖僬舴⒒蜉腿。嚯纬赡铱儁21,43]。如图1.2 所示。该方法中，根据芯材的亲水或疏水性，可选择微胶囊化的分散介质分为水或者挥发性油(如：液体石蜡，豆油等)。可以用于溶解壁材的有机溶剂具有较好的疏水性而且其沸点通常较低，比如：二氯甲烷、氯仿、乙醚等。该方法的优点为不存在剧烈的加热和冷却，不用调节 pH 值及不需要特别的试剂，而且在包裹的过程当中不会引起芯材的物理化学性质的改变。

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