一种压裂液用疏水缔合稠化剂的制备及性能评价

发布时间：2017-08-24 18:08

  本文关键词：一种压裂液用疏水缔合稠化剂的制备及性能评价

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【摘要】：随着油气田勘探开发的不断发展,水力压裂作为一项重要的储层改造技术,在油气增产方面发挥着越来越重要的作用。稠化剂作为压裂体系中的主体添加剂,其性能的优劣直接关乎着压裂施工效果的好坏。本文以研制具有耐温抗剪切、粘弹性好、无残渣、低伤害等优势的压裂液稠化剂为出发点,设计并制备了一种性能优良的压裂液稠化剂PAAD-16。以N,N-二甲基-1,3-丙二胺、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为原料,通过酯交换反应制得了中间体二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA),将该中间体与溴代十六烷反应,得到了一种疏水单体二甲基十六烷基(2-甲基丙烯酰胺基丙基)溴化铵(DHAB),并对中间体和疏水单体进行了IR和1HNMR表征；然后以得到的DHAB、丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,采用水溶液聚合法制备出了一种疏水缔合聚合物PAAD-16,并通过单因素实验确定了其最优合成条件：引发剂加量为0.15%(以单体总质量计算),体系pH=7,单体总浓度为25.0%(质量分数),单体摩尔比n(AM):n(AMPS): n(DHAB)=89.8:10.0:0.2,反应温度为70.0℃,反应时间为6.0h。对聚合反应产物进行了IR表征,验证了合成产物与目标产物的一致性；通过粘浓曲线和荧光光谱法了探究出PAAD-16的缔合浓度(CAC)为0.32%(质量分数1,同时其具有良好的耐温抗盐性,并通过与表面活性剂进行复配,确定了PAAD-16/SDBS复合体系压裂液的最佳配方为：0.5%PAAD-16+0.03%SDBS+2%KCl;对PAAD-16/SDBS复合体系压裂液进行了相关的性能测试,结果表明：PAAD-16/SDBS复合体系压裂液最高使用温度可达120℃,具有良好的抗温性；通过持续高速剪切和交替剪切实验可知,该压裂体系具有良好的剪切稀释性和剪切恢复性；通过流变测试可知,在0.01～10Hz范围内,G'始终高于G",流型指数n值在0.1989～0.2295之间,稠度系数K值在16.39～24.62之间,说明该压裂液属于假塑性流体,且具有良好的粘弹性；通过沉降实验可知该压裂液体系能够满足携砂的要求；同时,该压裂液破胶后无残渣,且破胶液的表观黏度5mPa.s,表面张力27mN/m,界面张力1mN/m,返排容易,对储层伤害小。
【关键词】：疏水缔合 稠化剂 表面活性剂 压裂液
【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
• 1.2 水力压裂发展概述9-10
• 1.3 压裂液的发展现状10
• 1.4 水基压裂液稠化剂10-11
• 1.5 合成聚合物类压裂液稠化剂研究现状11-13
• 1.6 疏水缔合聚合物的研究现状13-17
• 1.6.1 疏水缔合聚合物国内外发展概述13-14
• 1.6.2 疏水缔合聚合物的制备方法14-15
• 1.6.3 疏水缔合聚合物的结构15
• 1.6.4 疏水缔合聚合物与表面活性剂的相互作用15-17
• 1.6.5 疏水缔合聚合物/表面活性剂复合体系在压裂中的应用17
• 1.7 论文的理论依据及研究内容17-19
• 1.7.1 论文的理论依据17
• 1.7.2 研究内容及方法17-19
• 第2章 疏水单体的合成19-31
• 2.1 中间体DMAPMA的制备19-25
• 2.1.1 实验试剂及仪器19-20
• 2.1.2 DMAPMA的合成原理20
• 2.1.3 DMAPMA的制备20
• 2.1.4 DMAPMA的提纯与产率计算20-21
• 2.1.5 DMAPMA的合成条件优化21-23
• 2.1.6 DMAPMA的结构表征23-25
• 2.2 疏水单体DHAB的合成及表征25-30
• 2.2.1 实验试剂及仪器25
• 2.2.2 DHAB的合成原理25-26
• 2.2.3 DHAB的制备26
• 2.2.4 DHAB的提纯与产率计算26-27
• 2.2.5 疏水单体DHAB的合成条件优化27-29
• 2.2.6 疏水单体DHAB的结构表征29-30
• 2.3 本章小节30-31
• 第3章 压裂液用疏水缔合聚合物的合成与表征31-45
• 3.1 聚合单体的选择31-32
• 3.1.1 主链单体的选择31
• 3.1.2 阴离子单体的选择31-32
• 3.2 疏水缔合聚合物PAAD-16的制备32-40
• 3.2.1 实验试剂及仪器32
• 3.2.2 PAAD-16的制备原理32-33
• 3.2.3 PAAD-16的制备过程33
• 3.2.4 PAAD-16的提纯与表观黏度测定33-34
• 3.2.5 PAAD-16的合成条件优化34-40
• 3.3 疏水缔合聚合物PAAD-16的结构表征40-44
• 3.3.1 PAAD-16的红外表征40-41
• 3.3.2 PAAD-16特性粘数测定及粘均分子量41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 PAAD-16的溶液性能研究45-55
• 4.1 实验试剂及仪器45
• 4.2 PAAD-16浓度与溶液表观黏度的关系45-46
• 4.3 温度与PAAD-16溶液表观黏度的关系46-47
• 4.4 盐与PAAD-16溶液表观黏度的关系47-49
• 4.4.1 NaCl对PAAD-16溶液表观黏度的影响47-48
• 4.4.2 CaCl_2对PAAD-16溶液表观黏度的影响48-49
• 4.5 表面活性剂类型与PAAD-16溶液表观黏度的关系49-50
• 4.6 与粘土稳定剂的配伍性研究50-51
• 4.7 PAAD-16的加量与复合体系表观黏度的关系51-52
• 4.8 PAAD-16溶液的微观结构研究52-54
• 4.8.1 荧光光谱法52-53
• 4.8.2 扫描电镜观察PAAD-16溶液的微观结构53-54
• 4.9 本章小结54-55
• 第5章 PAAD-16/SDBS复合体系压裂液的性能评价55-65
• 5.1 耐温抗剪切测试55-56
• 5.1.1 实验方法55-56
• 5.1.2 实验结果与讨论56
• 5.2 剪切对压裂液的影响56-58
• 5.3 流变性及流变参数测定58-59
• 5.3.1 实验方法58
• 5.3.2 实验结果与讨论58-59
• 5.4 压裂液的粘弹性测试59-60
• 5.5 压裂液的携砂性测试60-61
• 5.6 压裂液的破胶性能测试61-63
• 5.6.1 压裂液破胶实验62-63
• 5.6.2 破胶液的表/界面张力63
• 5.7 破胶液残渣含量测定63-64
• 5.8 破胶液与地层水的配伍性64
• 5.9 本章小结64-65
• 第6章 结论与建议65-67
• 6.1 结论65
• 6.2 建议65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果73

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