低粘压裂液体系及低粘压裂液用疏水缔合聚合物的制备与性能研究

发布时间：2017-12-14 18:19

  本文关键词：低粘压裂液体系及低粘压裂液用疏水缔合聚合物的制备与性能研究

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【摘要】：疏水缔合聚合物由于其特殊的分子结构,在一定条件下能够与表面活性剂复配形成疏水缔合聚合物压裂液,疏水缔合聚合物特殊的分子结构使得疏水缔合聚合物压裂液具有高效的增粘,耐温耐剪切等优异性能。本课题主要包括两个方面;一是通过引入一种具有两亲性质的可聚合非离子疏水单体来制备疏水缔合聚合物;二是筛选出一种表面活性剂与所合成的疏水缔合聚合物复配形成低粘压裂液体系。传统疏水缔合共聚物的疏水单体一般为阳离子或阴离子型,较少采用非离子型,非离子型的疏水单体大多水溶性较差,以非离子型疏水单体合成的疏水缔合共聚物在水中完全溶解可能需要数周时间。本课题以亲水性的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为主链单体,通过引入一种具有两亲结构的可聚合非离子疏水单体EDP-10,与功能性抗盐单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行水溶液聚合,制备了新型疏水缔合四元共聚物HPAF。通过单因素实验,分析了反应条件对HPAF产品性能的影响;对HPAF的结构进行了初步的表征和验证,并对其溶解性能、增稠性能及流变性能进行了测试。以聚合物HPAF作为稠化剂,通过对表面活性剂筛选,以NST60作为交联剂制备了低粘压裂液,讨论了低粘压裂液性能的影响因素,并确定了低粘压裂液体系配方。对低粘压裂液进行了流变性能测试与悬砂性能,破胶性能测试。研究结果表明:(1)HPAF最佳合成条件:EDP-10的加量为1.2wt%,采用过硫酸铵/亚硫酸氢钠/水溶性偶氮复合引发体系进行引发,引发剂用量为0.024wt%,引发温度为2℃,尿素添加量为3wt%,单体总浓度为28wt%,反应时间为6h;FTIR结果显示,特征官能基如酰胺基、羟基、羰基、醚键及磺酸基等基团均有各自峰值,与所预期分子结构一致;热重分析所出现峰值结果与红外光谱相对应,表明该聚合物热稳定性良好;XRD分析表明HPAF是非晶态结构,符合分子结构设计要求;流变结果表明由于引入非离子疏水单体EDP-10使得聚合物HPAF水溶液中分子内或分子间通过缔合作用能够形成较强的空间网状结构,从而表现出较好的触变性及粘弹性,同时具有较好的耐温耐剪切性能。(2)以聚合物HPAF和交联剂NST60制备了低粘压裂液,交联剂NST60具有较宽的浓度使用范围,充分的降低了施工难度;确定了HPAF的使用浓度为0.15%-0.3%;提供了两种破胶方案:高温选用VC单剂,低温选用VC/SAT70复合破胶,破胶速度快,且破胶液粘度低;低粘压裂体系具有良好的耐高温、耐剪切的流变特性,静态悬砂效果良好,在规定时间内沉降速度慢,性能优良。疏水缔合聚合物所形成的冻胶体系具有分子内缔合与分子间缔合两种结合方式,相比于普通类压裂稠化剂而言,其性能均占优;低粘压裂液体系经破胶后,破胶液透明,粘度低,达到地层温度后破胶快,其中破胶液表界面张力值均较低,利于返排,为现场增产施工提供了便利。(3)对该低粘压裂液体系在XX井进行了现场试验,采取混合水压裂方式:前期滑溜水主要为0.2%的HPAF;后期携砂液为0.25%的HPAF加0.12%的NST60,现场携砂液最高砂比达到了40%,现场携砂效果良好,药剂加量较低,有效降低了成本。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE357.12

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