纳米颗粒强化泡沫压裂液的构建及其稳泡机理研究

SiO_(2)纳米颗粒(SNP)与表面活性剂的协同作用可为构建适用于恶劣地层条件下的泡沫压裂液提供一种新思路。实验评估了SiO_(2)纳米颗粒与5种表面活性剂协同稳泡能力,基于泡沫综合值筛选了最优泡沫体系。通过对优选出的泡沫压裂液体系进行携砂性、黏弹性、剪切性、稳定性评价,分析纳米颗粒对压裂液性能的改良。同时利用光学显微镜、环境扫描电子显微镜观察揭示SiO_(2)纳米颗粒稳泡机理。体系筛选实验表明:阳离子型表面活性剂TTAB与SiO_(2)纳米颗粒的协同作用最明显,泡沫综合值达15288 mm·s,析液半衰期提升了145%。性能评价实验表明:SiO_(2)纳米颗粒能提升界面液膜的弹性模量,提高液膜对支撑剂的支撑能力,减小沉降速率,有利于泡沫将支撑剂带入更深的裂缝当中;SiO_(2)纳米颗粒还能提高液膜表面的粗糙度,强化泡沫压裂液的抗剪切能力;在体系中加入支撑剂会削弱泡沫的稳定性,陶粒的削弱作用强于石英砂,小粒径的削弱作用强于大粒径的削弱作用。机理研究实验表明:泡沫微观结构中观察到SNP在Plateau边界(3个气泡的交界区)聚集堵塞排液通道,这说明纳米颗粒能够阻止泡沫的粗化和排液,宏观稳定性上表现为气泡数量更多、尺寸更小、分布更均匀。

页岩抗张力学行为各向异性实验与理论研究

开展彭水龙马溪页岩声波波速、巴西劈裂和声发射监测实验,明确页岩模量、抗张强度、声发射、破坏模式各向异性特征,并基于各向异性抗张强度CPA理论,分析页岩抗张强度及破裂角影响因素及变化规律。研究结果表明:1)随着加载角θ(加载方向与页岩层理面的夹角)增加,纵横波波速逐渐降低,抗张强度逐渐增加,破坏模式出现"简单-复杂-简单"的转变;2)随着微观参数Ω0(表征页岩强度空间分布)的增加,抗张强度逐渐增大,破裂角βf(破坏面与基准线的夹角)在θ较小时逐渐增大,在θ较大时逐渐减小;3)径向应力对抗张强度及破裂角也有显著影响,随着径向压应力增加,抗张强度增加、βf逐渐减小,而随着径向拉应力增加,抗张强度降低、βf逐渐增大;4)随着抗张强度各向异性程度增加,抗张强度与βf逐渐增大,并且βf最大值会由较小θ逐渐偏向较大的θ。