微纳米级压裂液微胶囊破胶剂制备及性能研究
发布时间：2021-08-04 17:31
压裂液延迟破胶对实现压裂工艺具有重要的意义。压裂技术是否有效,很大程度上取决于压裂液能否在精准的时间内破胶。常用的压裂液破胶剂存在破胶时间难以控制、破胶不彻底的问题,微胶囊技术被引入至压裂技术领域。微胶囊破胶剂具有延迟释放的功能。针对非常规油气田孔喉平均直径过小,而物理法及物理化学法等常规方法制备的微胶囊粒径过大的问题,提出制备纳米级自破胶微球、核壳微球及微胶囊。本文使用三种方法实现压裂液延迟破胶功能。具体研究内容和主要结论如下:（1）采用乳液聚合法制备了具有自破胶作用的压裂液增稠剂——阴离子聚丙烯酰胺微球P（AM-AMPS）,粒径在70nm左右,对该微球自降解过程进行分析,并通过交联程度或过氧化物引发剂的浓度实现破胶剂的缓慢释放。交联剂浓度在0.05%2%之间,过硫酸铵浓度在5%8%之间的微球能延迟破胶1h以上。（2）通过反相微乳液聚合制备了包覆破胶剂的聚（苯乙烯-丙烯酰胺）核壳型微球P（St-AM）与聚（乙酸乙烯酯-丙烯酰胺）核壳型微球P（Vac-AM）,微球粒径在50100nm。结果表明核壳型微球抑制了聚丙烯酰胺的...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
0%P(AM-AMPS)微球电镜扫描照片
燕山大学工程硕士学位论文20图2-6聚合物和微球pH变化P(AM-AMPS)微球溶液pH随降解时间的变化如图2-6所示。微球溶液的pH值在0~4h内维持在2.75左右，4h后pH明显上升。过硫酸铵热解生成SO4，它攻击聚合物链上H而生成H+，使微球溶液呈酸性，见反应式（2-1）和（2-2）。其中，PH代表聚合物，P·代表聚合物链自由基。同时，酰胺基(-CONH2)水解成羧基(-COOH)和NH4+，使溶液pH升高。前4h，水解反应速率接近氧化降解产生H+的速率，pH值基本稳定在2.75左右。4h后，氧化断链反应速率下降，水解反应使溶液的pH值迅速上升。S2O82受热→2SO4(2-1)SO4+PH→P+H++SO42(2-2)我们对比了阴离子聚丙烯酰胺微球与线性聚合物的降解。由于聚丙烯酰胺在酸性条件下的水解过程表现出自加速作用44，微球中丙烯酰胺链节水解产生的羧基加速邻位酰胺基及酯基的水解，使微球pH上升迅速。而线性聚丙烯酰胺没有预置的引发剂，只有微量溶解氧引起其降解，对pH值没有影响。而其酰胺基团的水解使得pH呈弱碱性，且生成的-OH催化酰胺基团(-CONH2)水解生成-COO-。由于-COO-对亲核基团-OH有静电排斥作用，阻碍了-OH催化相邻的酰胺基和酯基，线性聚丙烯酰胺的水解速率较慢，pH上升缓慢45。2.2.7微球粒径随降解时间的变化
第2章自破胶压裂液中微球的降解规律21图2-7P(AM-AMPS)微球粒径变化曲线P(AM-AMPS)微球在水中溶胀后的粒径随降解时间的变化如图2-7所示。微球粒径随降解时间的变化呈下降趋势。初始粒径为774nm，降解4h粒径减小至650nm。对比图2-4中粘度数据，0~4h内溶液粘度的降低远远快于微球有效体积减小造成的粘度降低。这是因为聚合物微球的交联密度从内层到外层逐渐减少（见图2-8a），当微球在水中溶胀时，部分聚合物支链随机突出到水中（见图2-8b）。由于阴离子聚合物链段具有亲水作用，更容易伸展到水中。微球外层交联密度小，因此伸展出的聚合物链段更容易被氧化降解（见图2-8c），从而使这些阴离子聚合物链段的电粘性效应和缠结效应大幅降低，加剧了粘度降低。4h后，微球内核逐渐破碎，粒径快速下降，如图2-8d所示。最终，微球由大分子聚合物降解为小分子链段（见图2-8e），溶液粘度降至几mPa·s。图2-8微球降解过程（a.微球的初始形态;b.溶胀后的微球;c.微球外层降解;d.微球内核破裂；e.微球降解后的链段）聚丙烯酰胺的降解前人多有研究。李金环46通过（LC／MS）质谱仪研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)降解的中间产物，主要有乙酰胺、丙酰胺和乙酸等。Levitt47的研究表明聚丙烯酰胺(PAM)中丙烯酸骨架通过自由基机理裂解，导致分子量下降和粘度降低。Rong48指出光催化剂在光照下产生活性自由基，引发聚丙烯酰胺（PAM）氧化降解，最终将其降解成NO3-、H2O和CO2。张汝生49认为在酸和高温的作用下线性两性离子共聚物酸液稠化剂CXS的降解以主链的断链为主，伴有酯键和酰胺键
【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩气压裂用环保型降阻剂的制备[J]. 祝纶宇,伊卓,方昭. 南京工业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]诱导聚结法过硫酸铵缓释微胶囊的制备[J]. 黄福芝,周倩. 化工进展. 2018(08)
[3]四苯基卟啉-聚吡咯纳米复合材料的制备及其非线性光学性能研究[J]. 胡文秀,王爱健,王允,杨培友,郭兴楠,张弛. 应用化工. 2018(04)
[4]离子度对丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）共聚物破胶及酸降解的影响研究[J]. 陈奎,张汝生,贺甲元,李洁华,谭鸿. 油田化学. 2017(02)
[5]压裂用胶囊破胶剂在高压液体中的释放研究[J]. 崔伟香,王春鹏. 油田化学. 2016(04)
[6]MCB系列微胶囊破胶剂的性能[J]. 陈挺,周勋,党伟,牛增前,周凤翔,杨冀平. 钻井液与完井液. 2016(04)
[7]两性离子型酸液稠化剂的合成与酸降解[J]. 张汝生,林鑫,陈奎,李洁华,谭鸿. 油田化学. 2016(02)
[8]JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液的性能评价及在吉林油田的应用[J]. 徐占东,代延伟,李丽书. 长江大学学报(自科版). 2016(08)
[9]部分水解聚丙烯酰胺的微流变特性研究[J]. 康万利,路遥,李哲,杨红斌,何羽薇,左金,廖书宇. 石油与天然气化工. 2015(04)
[10]低浓度胍胶压裂液在高温大斜度井中的应用研究[J]. 刘彝,李良川,刘京,吴均,徐建华,黄坚毅,都芳兰. 钻采工艺. 2015(04)
博士论文
[1]可控制释放过硫酸铵微胶囊的制备与性能研究[D]. 左明明.扬州大学 2015
[2]低伤害耐高温压裂液的研制与应用[D]. 娄燕敏.东北石油大学 2013
硕士论文
[1]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[D]. 黄福芝.中国石油大学(北京) 2018
[2]微胶囊缓释破胶及延迟调堵技术研究与应用[D]. 唐直平.中国石油大学(华东) 2014
[3]聚合物稠化剂制备及超高温压裂液体系流变性能研究[D]. 何良好.华东理工大学 2013
[4]生物酶用于压裂液破胶的可行性研究[D]. 赵怡.西安石油大学 2012
[5]优化压裂液及现场应用技术研究[D]. 高玉祥.大庆石油大学 2006
本文编号：3322109
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
0%P(AM-AMPS)微球电镜扫描照片
燕山大学工程硕士学位论文20图2-6聚合物和微球pH变化P(AM-AMPS)微球溶液pH随降解时间的变化如图2-6所示。微球溶液的pH值在0~4h内维持在2.75左右，4h后pH明显上升。过硫酸铵热解生成SO4，它攻击聚合物链上H而生成H+，使微球溶液呈酸性，见反应式（2-1）和（2-2）。其中，PH代表聚合物，P·代表聚合物链自由基。同时，酰胺基(-CONH2)水解成羧基(-COOH)和NH4+，使溶液pH升高。前4h，水解反应速率接近氧化降解产生H+的速率，pH值基本稳定在2.75左右。4h后，氧化断链反应速率下降，水解反应使溶液的pH值迅速上升。S2O82受热→2SO4(2-1)SO4+PH→P+H++SO42(2-2)我们对比了阴离子聚丙烯酰胺微球与线性聚合物的降解。由于聚丙烯酰胺在酸性条件下的水解过程表现出自加速作用44，微球中丙烯酰胺链节水解产生的羧基加速邻位酰胺基及酯基的水解，使微球pH上升迅速。而线性聚丙烯酰胺没有预置的引发剂，只有微量溶解氧引起其降解，对pH值没有影响。而其酰胺基团的水解使得pH呈弱碱性，且生成的-OH催化酰胺基团(-CONH2)水解生成-COO-。由于-COO-对亲核基团-OH有静电排斥作用，阻碍了-OH催化相邻的酰胺基和酯基，线性聚丙烯酰胺的水解速率较慢，pH上升缓慢45。2.2.7微球粒径随降解时间的变化
第2章自破胶压裂液中微球的降解规律21图2-7P(AM-AMPS)微球粒径变化曲线P(AM-AMPS)微球在水中溶胀后的粒径随降解时间的变化如图2-7所示。微球粒径随降解时间的变化呈下降趋势。初始粒径为774nm，降解4h粒径减小至650nm。对比图2-4中粘度数据，0~4h内溶液粘度的降低远远快于微球有效体积减小造成的粘度降低。这是因为聚合物微球的交联密度从内层到外层逐渐减少（见图2-8a），当微球在水中溶胀时，部分聚合物支链随机突出到水中（见图2-8b）。由于阴离子聚合物链段具有亲水作用，更容易伸展到水中。微球外层交联密度小，因此伸展出的聚合物链段更容易被氧化降解（见图2-8c），从而使这些阴离子聚合物链段的电粘性效应和缠结效应大幅降低，加剧了粘度降低。4h后，微球内核逐渐破碎，粒径快速下降，如图2-8d所示。最终，微球由大分子聚合物降解为小分子链段（见图2-8e），溶液粘度降至几mPa·s。图2-8微球降解过程（a.微球的初始形态;b.溶胀后的微球;c.微球外层降解;d.微球内核破裂；e.微球降解后的链段）聚丙烯酰胺的降解前人多有研究。李金环46通过（LC／MS）质谱仪研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)降解的中间产物，主要有乙酰胺、丙酰胺和乙酸等。Levitt47的研究表明聚丙烯酰胺(PAM)中丙烯酸骨架通过自由基机理裂解，导致分子量下降和粘度降低。Rong48指出光催化剂在光照下产生活性自由基，引发聚丙烯酰胺（PAM）氧化降解，最终将其降解成NO3-、H2O和CO2。张汝生49认为在酸和高温的作用下线性两性离子共聚物酸液稠化剂CXS的降解以主链的断链为主，伴有酯键和酰胺键
【参考文献】：
期刊论文
[1]页岩气压裂用环保型降阻剂的制备[J]. 祝纶宇,伊卓,方昭. 南京工业大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]诱导聚结法过硫酸铵缓释微胶囊的制备[J]. 黄福芝,周倩. 化工进展. 2018(08)
[3]四苯基卟啉-聚吡咯纳米复合材料的制备及其非线性光学性能研究[J]. 胡文秀,王爱健,王允,杨培友,郭兴楠,张弛. 应用化工. 2018(04)
[4]离子度对丙烯酰胺（AM）和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）共聚物破胶及酸降解的影响研究[J]. 陈奎,张汝生,贺甲元,李洁华,谭鸿. 油田化学. 2017(02)
[5]压裂用胶囊破胶剂在高压液体中的释放研究[J]. 崔伟香,王春鹏. 油田化学. 2016(04)
[6]MCB系列微胶囊破胶剂的性能[J]. 陈挺,周勋,党伟,牛增前,周凤翔,杨冀平. 钻井液与完井液. 2016(04)
[7]两性离子型酸液稠化剂的合成与酸降解[J]. 张汝生,林鑫,陈奎,李洁华,谭鸿. 油田化学. 2016(02)
[8]JK-1002高温羧甲基胍胶压裂液的性能评价及在吉林油田的应用[J]. 徐占东,代延伟,李丽书. 长江大学学报(自科版). 2016(08)
[9]部分水解聚丙烯酰胺的微流变特性研究[J]. 康万利,路遥,李哲,杨红斌,何羽薇,左金,廖书宇. 石油与天然气化工. 2015(04)
[10]低浓度胍胶压裂液在高温大斜度井中的应用研究[J]. 刘彝,李良川,刘京,吴均,徐建华,黄坚毅,都芳兰. 钻采工艺. 2015(04)
博士论文
[1]可控制释放过硫酸铵微胶囊的制备与性能研究[D]. 左明明.扬州大学 2015
[2]低伤害耐高温压裂液的研制与应用[D]. 娄燕敏.东北石油大学 2013
硕士论文
[1]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[D]. 黄福芝.中国石油大学(北京) 2018
[2]微胶囊缓释破胶及延迟调堵技术研究与应用[D]. 唐直平.中国石油大学(华东) 2014
[3]聚合物稠化剂制备及超高温压裂液体系流变性能研究[D]. 何良好.华东理工大学 2013
[4]生物酶用于压裂液破胶的可行性研究[D]. 赵怡.西安石油大学 2012
[5]优化压裂液及现场应用技术研究[D]. 高玉祥.大庆石油大学 2006
本文编号：3322109
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