清洁二氧化碳泡沫压裂液稳定性研究

发布时间：2017-06-08 01:15

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【摘要】：在解决酸性交联技术后,传统的胍胶CO2泡沫压裂液泡沫稳定性大大提高,携砂能力进一步增强,最大程度的满足压裂施工需求,但是,采用交联技术并不能彻底解决残渣造成储层伤害的问题,同时,该体系高的施工摩阻很难进一步降低,抗剪切性也很难提高。VES-CO2泡沫压裂液虽然彻底解决了残渣伤害问题、抗剪切性问题,但是仍存在抗温性严重不足,同时高浓度的VES用量大大的增加了施工成本,最终限制了该体系的使用范围。因而要建立清洁CO2泡沫压裂液,首先,有必要对CO2泡沫压裂液稳定性因素进行研究。本文采用小幅应力响应周期方法测试了C02泡沫压裂液液膜粘弹性,通过微观与宏观相结合,分析了液膜黏弹性(弹性模量G'、黏性模量G"、表观黏度η)和泡沫稳定性关系,结果表明：泡沫稳定性(半衰期)并不随着CO2泡沫压裂液液膜表观黏度(η)增大而变好,液膜表观黏度小的VES-CO2泡沫的稳定性要明显大于液膜表观黏度值大的HPAM-CO2泡沫；液膜的黏弹性的变化对泡沫稳定性影响比表观黏度值更有规律,其中,液膜储能模量G'对泡沫稳定性影响更为直接,G'越大,液膜结构越强,对抗排液越有效,泡沫越稳定。综上结论分析,本文提出了以弹性为主的清洁水基压裂液和CO2泡沫压裂液相结合形成稳定的清洁的C02泡沫压裂液理论构想。按结构流体和超分子化学原理,结合泡沫稳定性对液膜弹性要求和压裂用稠化剂对水溶性、增黏性的要求,设计并合成能使水溶液形成结构的超分子聚合物作为CO2泡沫压裂液的稳泡剂,实验表明：合成的超分子稳泡剂配制的溶液以弹性为主,且新型稳泡剂溶解性好、增黏性好；新型稳泡剂与适合的起泡剂作用能显著增加溶液弹性模量G',使溶液结构大大增强,对应泡沫在高温下也具有非常好的稳定行。通过对其它添加剂的筛选,形成了清洁CO2泡沫压裂液。对其进行室内的综合性能评价表明：抗温性好,破胶性好,且破胶液无残渣。其中,清洁CO2泡沫压裂液室内试验表明可抗温到140-C。用该清洁CO2泡沫压裂液,在延长油田成功的进行了现场试验,实现了它在国内的首次应用。现场施工数据表明该泡沫压裂液性能优良,对页岩储层伤害小,完全满足页岩气压裂施工要求,且施工效果显著,总计排液80m3后即产气,3mm油嘴试压11MPa以上,无阻气量达到10×104m3/d,且含水量小理论与实验研究以及现场应用试验证明：稳定的清洁CO2泡沫压裂液作用原理和技术正确可行,研发的新型稳泡剂能与CO2配伍,以及由它建立的CO2泡沫压裂液抗温稳定性好,且几乎不含残渣。其成果为进一步研发满足条件更为苛刻的储层的清洁CO2泡沫压裂液提供了理论和实践依据。
【关键词】：泡沫稳定性 储能模量G' 清洁CO_2泡沫压裂液 超分子聚合物 页岩气压裂
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE357.12
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 研究目的及意义12-13
• 1.3 二氧化碳泡沫压裂液简介13-16
• 1.3.1 二氧化碳泡沫压裂液组成13-14
• 1.3.2 泡沫稳定性14-15
• 1.3.3 泡沫稳定性影响因素15-16
• 1.3.4 泡沫稳定性测试方法16
• 1.4 研究思路与主要内容16-19
• 1.4.1 研究思路16-17
• 1.4.2 主要内容17-19
• 第2章 影响二氧化碳泡沫压裂液稳定性的因素19-29
• 2.1 二氧化碳泡沫压裂液液膜黏弹性测定19-25
• 2.1.1 理论基础19-21
• 2.1.2 实验仪器及药品21
• 2.1.3 实验步骤21-22
• 2.1.4 应力与频率的确定22-23
• 2.1.5 不同类型稳泡剂溶液黏弹性测试结果23-25
• 2.2 二氧化碳泡沫压裂液泡沫稳定性测试25-27
• 2.2.1 实验方法25
• 2.2.2 实验结果25-27
• 2.3 CO_2泡沫压裂液液膜黏弹性与泡沫稳定性的关系27
• 2.4 结论27-29
• 第3章 新型稳泡剂的合成29-43
• 3.1 稳泡剂性能参数设定29-30
• 3.2 新型稳泡剂的分子结构设计30-32
• 3.2.1 阴离子功能单体的选择30-31
• 3.2.2 阳离子功能单体的选择31-32
• 3.2.3 疏水功能单体的选择32
• 3.3 新型稳泡剂的合成32-40
• 3.3.1 实验药品32
• 3.3.2 实验仪器32
• 3.3.3 聚合方式及引发体系的选择32-33
• 3.3.4 聚合反应步骤33-34
• 3.3.5 影响聚合物合成反应的因素及反应条件的优化34-40
• 3.4 新型稳泡剂溶解性测试40
• 3.5 新型稳泡剂增黏性测试40-41
• 3.6 小结41-43
• 第4章 起泡剂筛选及增强液膜弹性研究43-51
• 4.1 起泡剂筛选43-46
• 4.1.1 实验仪器及药品43-44
• 4.1.2 实验步骤44
• 4.1.3 起泡剂与BC-1稳泡剂协同作用对泡沫稳定性影响44-46
• 4.2 液膜弹性增强研究46-50
• 4.2.1 实验仪器及药品46
• 4.2.2 实验步骤46
• 4.2.3 表面活性剂SDS对BC-1稳泡剂溶液黏弹性的增强46-49
• 4.2.4 非离子表面活性剂对浓度窗口的影响49
• 4.2.5 起泡剂B-66对BC-1稳泡剂溶液微观网络的影响49-50
• 4.3 小结50-51
• 第5章 新型二氧化碳泡沫压裂液配方研究及性能评价51-57
• 5.1 配方研究51-52
• 5.1.1 粘土稳定剂优选51
• 5.1.2 金属离子螯合剂优选51-52
• 5.1.3 破胶剂优选52
• 5.1.4 配方确定52
• 5.2 体系性能评价52-55
• 5.2.1 抗温性能52-54
• 5.2.2 破胶性能与破胶液界面张力54-55
• 5.2.3 残渣含量55
• 5.3 小结55-57
• 第6章 现场应用57-65
• 6.1 施工目的57
• 6.2 施工背景57-59
• 6.3 清洁二氧化碳泡沫压裂方案设计59-63
• 6.3.1 设计思路59
• 6.3.2 射孔参数59
• 6.3.3 压裂工艺参数设计59-62
• 6.3.4 施工概况62-63
• 6.3.5 施工效果63
• 6.4 本章小结63-65
• 第7章 结论与创新点65-67
• 7.1 结论65
• 7.2 论文的创新点65-66
• 7.3 建议66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71

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本文编号：430926