Rheological properties of novel viscoelastic micelle systems containing anionic-nonionic dimeric surfactant

The viscoelastic micelle systems formed by novel anionic-nonionic dimeric surfactant and conventional cationic surfactant cetyltrimethylammonium(1631) were studied.The viscoelasticity,thixotropy,flow curves and constitutive equation for the novel viscoelastic micelle systems were investigated.The results show that the micelle systems possess viscoelasticity,thixotropy,and shear thinning property.Some micelle systems possess hysteresis loops showing both viscoelasticity and thixotropy.It is proved that the flow curves are characterized by the co-rotational Jeffreys constitutive equation correctly.

基于假四子表面活性剂的pH响应型清洁压裂液的研制与性能评价

黏弹性表面活性剂压裂液又被称为清洁压裂液,由于其破胶完全、无残渣、地层伤害小等优点,已在水力压裂领域受到广泛关注。但合成工艺复杂、成本高以及无法重复利用等问题限制了清洁压裂液的实际应用。基于油酸酰胺丙基二甲基叔胺与丁烷四羧酸在特定pH条件下相互作用形成“假”四子表面活性剂,进而自组装形成蠕虫状胶束的特性,构建了表观相态和流变学行为受pH调控的pH响应型清洁压裂液,系统研究了这种清洁压裂液的pH响应行为,包括表观相态、黏度、流变学行为、pH响应循环性以及微观结构等,并评价了其耐温耐剪切以及破胶性能。研究结果表明,通过调节pH,压裂液的零剪切黏度可达240 Pa·s以上,并能够在高黏凝胶状态与低黏水溶液状态间循环切换4次以上。所构建的清洁压裂液在90℃、170 s^(-1)条件下剪切60 min后,黏度仍保持在200 mPa·s以上,具有良好的耐剪切性能。此外,该压裂液可在1 h内实现完全破胶,且破胶液黏度低、无残渣。

粘弹性表面活性剂胶束体系及其流变特性

综述了粘弹性表面活性剂胶束体系及其流变特性 ,论题如下。①组成与微观结构 ,包括粘弹性表面活性剂压裂液简介。②流变学特性 :胶束链长及其影响因素 ;胶束粘弹性动态特征 ;粘弹性胶束的松弛时间 ;粘弹性胶束的零剪切粘度 ;胶束压裂液的剪切流变行为。③微观结构和物化性能研究方法。图 2表 1参 13。

耐温VES压裂液SCF的性能

长链脂肪酸在酸存在下与胺缩合再经季铵化,得到季铵盐型表面活性剂,引入无机和有机阴离子,得到粘弹性表面活性剂,溶于水中制成VES压裂液SCF。测定了体积分数4.0%的SCF压裂液170s-1下40～150℃的粘温曲线,温度升至150℃时粘度为68mPa·s,降温至90℃并维持130min后粘度为88mPa·s;在130℃剪切95min时粘度>80mPa·s,在150℃剪切45min时粘度～70mPa·s。在60℃、100～500s-1区间,上行和下行粘度～剪切速率曲线几乎重叠。少量水和互溶剂、少量原油、大量水可使SCF压裂液完全破胶。残渣率为176mg/L。砂比为10%时,粒径0.5～0.8mm石英砂在SCF压裂液中的悬浮率>90%。SCF压裂液对粘土的防膨率为80.5%。在原油与SCF体积比为1∶4和1∶1时,原油30℃粘度由1832mPa·s分别降至100和48.7mPa·s。图4表2参1。

粘弹性胶束压裂液的形成与流变性质

由C16、C18烷基三甲基季铵盐和助剂配制了压裂用表面活性剂VES 60。考察了VES 60/水及其他体系形成胶束凝胶的能力。得到了一种蠕虫状胶束和一种片状胶束的环境扫描电镜照片。测定了体积分数(下同)为5%的CTAC与NaSal、NaSal+KNO3水溶液形成的胶束凝胶的粘度(70℃)随剪切速率的变化,讨论了两种盐之间的协同作用。在不同温度(10～40℃)和10s-1下,4%VES 60水溶液形成胶束的动力学包括三个阶段:链分散,低粘度;链缔合,粘度快速增大;链动态平衡,粘度基本稳定。在170s-1下4%VES 60的胶束溶液的粘度随温度升高而下降,在50～80℃区间下降幅度很小,粘度约在60mPa·s上下,在80℃以上急剧降低。20℃时4%VES 60胶束溶液的流变性符合H B模型,k′=8.664Pa·sn′,n′=0.2678,τy=5.4Pa。随表面活性剂体积分数增大(2.0%～5.0%),30℃时VES 60胶束溶液的粘弹性参数G′,G″和η 增大,tanδ减小,即弹性增强而粘性相对减弱。图5表2参6。

粘弹性表面活性剂压裂液的化学和流变学原理

综述。前言讲述了压裂液发展史及粘弹性表面活性剂(VES)压裂液的产生。微观结构原理一节讲述了表面活性剂胶束的各种形态、可形成蠕虫状胶束的各类表面活性剂,尤其是美国Schlumberger公司的ClearFrac压裂液中使用的由芥酸合成的季铵盐类。稠化原理一节给出了蠕虫状胶束数量C(L)和平均长度L表达式,讨论了表面活性剂体积分数、温度、胶束分离能对L的影响,图示了VES压裂液稠化过程。破胶原理一节介绍了烃等油类和亲油物质在蠕虫状胶束内增溶,引起VES压裂液破胶的过程。图3参15。

一种伤害率极低的阴离子型VES压裂液的研制及其应用

以代号D3F-AS05的阴离子型黏弹性表面活性剂（VES）为基础，通过组分用量筛选，制备了阴离子型VES压裂液。其配方如下：3．0％D8F-AS054-0．3％防垢剂EDTA4-6．0％反离子供体／防膨剂KCl＋0．5％KOH。该压裂液室温、1701／s下表观黏度40mPa·s；黏温曲线100～115℃段黏度上升，最佳使用温度为100～120℃；在90℃抗剪切测试中，剪切20min后黏度大体保持稳定；原油、淡水、盐水均可使该压裂液破胶；静态下密度3．31g／cm^3的陶粒在该压裂液中可保持悬浮状态16h以上，悬砂性良好。该压裂液对冀东大牛地低渗气藏岩心的伤害率仅为1．6％。而阳离子型VES压裂液、非交联HPG压裂液、有机硼交联HPG压裂液的伤害率分别为14．6％、33．9％、35．1％。该压裂液的弹性好于阳离子VES和有机硼交联HPG压裂液，这3种压裂液90℃下的G’／G”值分别为39．2、30，4和2．0。该压裂液已在大庆、河南油田和冀东大牛地气田成功应用。图4表3参5。

粘弹性胶束压裂液的流变动力学研究

研究了粘弹性胶束清洁压裂液(VES-60)的流变动力学,首次建立了粘弹性胶束的流变动力学模型和方程,并用于描述粘弹性胶束压裂液的形成过程。结果表明:流变动力学模型能够确切描述粘弹性胶束的形成过程,模型计算值和实验值吻合良好,模型参数物理意义明确、合理。

清洁胶束压裂液延缓形成的性能

阐述了清洁胶束压裂液延缓形成的机理,提出了胶束延缓形成的两种方法,并进行实验研究。结果表明,利用固体水杨酸微溶于水的性质以及尿素分解后所提供的弱碱性环境,能很好地延缓胶束形成;而在水杨酸钠的体系中加入尿素作为氢键阻断剂则在一定程度上可以降低压裂液的初始粘度。

可修复循环利用二氧化碳智能响应清洁压裂液构筑及成胶机制

针对阳离子清洁压裂液吸附严重、成本高等问题,通过合成非离子CO2智能响应黏弹性表面活性剂(C18AKO),研制一种可修复循环利用CO2智能响应清洁压裂液体系(CO^2-VES,中高温体系0.7%C18AKO/1.0%PtsNa/0.12%CO2;高温体系1.30%C18AKO/1.75%PtsNa/0.23%CO2)。利用流变实验和电镜实验揭示CO^2-VES成胶机制。结果表明C18AKO遇CO2发生质子化(C18AKOH+),C18AKO、C18AKOH+、HCO3-和CO32-组装形成蠕虫胶束,蠕虫胶束相互缠绕形成三维空间网状结构,从而宏观上具有优异的黏弹性;该体系有良好的减阻性(减阻率大于76%)、耐温性(温度高于120℃)、界面活性(界面张力为10-2 mN/m数量级)、耐剪切性、防膨性,储层伤害性低(岩心伤害率小于10%),遇油破胶无残渣;CO^2-VES具有良好的修复循环利用性,反排液补充少量药剂通入CO2即可修复,经3次循环修复,其耐温性、减阻性、储层伤害性满足施工需求。

低伤害清洁压裂液VES-1的研制与应用

所报道的VES - 1低伤害清洁压裂液体系 ,是由一种含特殊结构的阳离子表面活性剂增稠剂 4 % (ω)、盐水 2 %～ 4 % (ω)和一种反相离子 0 .35 % (ω)等所组成的。该压裂液的增稠剂具有在水中 1～ 2min以内可均匀分散并形成冻胶 ;抗温能力达 80℃ ;抗剪切性能好 ,在 80℃下剪切 6 0min后 ,压裂液的粘度仍大于 90mPa·s;不用破胶剂 ,在室温下 12 0min后压裂液粘度小于 5mPa·s;伤害低 ,平均岩心恢复率大于 90 % ;平均砂比大于 5 0 %。在现场已成功应用 10井次。

VES-YF清洁压裂液的构筑及适用性研究

采用甜菜碱型两性表面活性剂YF-1与助表面活性剂YF-2复配,并在KCl作用下得到新型清洁压裂液VES-YF,通过测定不同浓度YF-1、YF-2、KCl对体系黏度的影响,优化出VES-YF清洁压裂液最佳配方(质量分数):2.0%YF-1+1.0%YF-2+2.0%KCl,并对体系的构筑机制和适用性能进行评价。结果表明,VES-YF清洁压裂液具有剪切变稀性和良好的黏弹性,流变测量显示体系中存在蠕虫状胶束网络结构,能在剪切破坏后得到恢复。VES-YF压裂液在45℃、170s^-1条件下剪切2h后,表观黏度保持在80mPa·s以上。体系具有携砂能力强、破胶性能良好、岩心伤害率低等优点,在低渗储层压裂改造中具有良好的应用前景。

清洁压裂液的研究与应用

介绍了以粘弹性表面活性剂为主剂的清洁型水基压裂液特点,清洁型水基压裂液包括季铵盐类阳离子表面活性剂体系、甜菜碱型阳离子表面活性剂体系、非离子表面活性剂体系、阴离子和非离子及两性表面活性剂复合体系、疏水缔合物体系。简要介绍了各体系的主要配方、使用的主剂和辅助添加剂及各体系优缺点。清洁型水基压裂液在国内外油田现场应用均取得良好的施工效果,其用量约是聚合物压裂液用量的50%。

CO_2刺激响应型清洁压裂液的室内研究

合成正辛酸酰胺丙基叔胺(DOAPTA)与阴离子表面活性剂油酸钠(NaOA)复配,得到一种能够对CO_2刺激响应的清洁压裂液。当DOAPTA-NaOA以物质的量比为0.8∶1配制成总浓度为100mmol/L的溶液,在CO_2作用下,黏度上升最高达2.92Pa·s。流变性测试表明:体系具有黏弹性流体行为;之后滴加NaOH溶液,体系即可转变至最初的低黏状态,实现彻底破胶。该体系增黏和破胶均容易进行,悬砂能力较强(1.64~1.8cm/h),耐温性能好(60℃),有望用于油田压裂作业中。

可重复利用NaOA/Na_3PO_4黏弹性胶束压裂液微观结构与流变特性研究

采用电解质Na3PO4溶液诱导阴离子表面活性剂油酸钠(Na OA)形成蠕虫状胶束体系。利用冷冻断裂蚀刻透射电子显微镜技术(FF-TEM)和流变学方法,研究了Na3PO4在不同质量分数条件下诱导Na OA形成胶束体系的微观结构、流变特性、破胶行为以及重复利用等性能。通过对体系动态模量、剪切黏度、复合黏度等物理量的测量分析,发现该胶束体系在较宽的频率范围内呈现蠕虫状网状结构和优良的黏弹性能。通过内相破胶剂研究了该体系的破胶行为,并结合流变特性测试,证实了该胶束体系具有重复利用的可行性。与目前已成熟应用的羟丙基瓜胶(HPG)压裂液冻胶及其破胶液微观FF-TEM对比分析显示,Na OA/Na3PO4黏弹性胶束体系具有清晰的网状结构,在温和条件下能够实现和HPG经强氧化破胶后相当的破胶效果。上述结果表明Na OA/Na3PO4黏弹性胶束体系能够作为可重复利用清洁压裂液体系,应用前景广阔。

CSAa黏弹性表面活性剂压裂液的研制

用化学试剂长链烷基季铵盐CSAa制备了两种VES压裂液并研究了相关性能,其组成(CSAa/水杨酸钠/氯化钾/正丁醇,以g/dL为单位)如下:1.0/0.3/1.0/0.2;2.0/0.6/0.5/0.1。在耐温性测定中,1.0 g/dL CSAa压裂液的黏度由30℃时的75.0 mPa.s降至50℃时的37.5 mPa.s;2.0 g/dL CSAa压裂液的黏度由40℃时的225 mPa.s逐渐降至55℃时的110 mPa.s,再降至60℃时的65.0 mPa.s。在170 1/s剪切2 h后,剪切温度为42℃时1.0 g/dLCSAa压裂液的黏度下降26%,剪切温度为53℃时2.0 g/dL CSAa压裂液黏度下降9%。陶粒沉降速度测定结果表明,40℃、42℃时的1.0 g/dL CSAa压裂液(黏度分别为60和54 mPa.s)和50℃、53℃时的2.0 g/dL CSAa压裂液(黏度分别为180和145 mPa.s)携砂性能良好,而45℃、50℃时的1.0 g/dL CSAa压裂液和55℃、60℃时的2.0 g/dL CSAa压裂液,携砂性能则较差或很差。认为VES压裂液的携砂性能来源于棒状胶束网络,并不全由压裂液黏度决定。还考察了VES压裂液的破胶性能。图1表2参5。

无聚合物水力压裂液

实施水力压裂措施后 ,遗留在裂缝中的聚合物残渣降低了压裂效果 ,本文讲述了一种新型、易配制的无聚合物压裂液 ,该压裂液由衍生于长链脂肪酸的季铵盐组成。在盐水中 ,该压裂液可形成高度缠结的螺旋状胶束 ,从而变稠。此类胶束整体结构与聚合物链相似。由于这种压裂液的粘度取决于胶束的性质 ,因此 ,可通过改变其胶束结构进行破胶。该压裂液接触到碳氢化合物、或用地层水稀释后就发生破胶。因此 ,不需要使用常规的破胶剂 ,采出的油或气就可作为该压裂液体系的破胶剂。本文研究了这种无聚合物表面活性剂压裂液的结构特点与其化学物理特性间的关系 ,并介绍了该压裂液的结构、流变性、滤失性、传导性及其增产数据。

CO_2/N_2开关型清洁压裂液的制备及其性能评价

合成芥酸酰胺基丙基叔胺(芥酸PKO),与对甲苯亚磺酸钠(SPTS)相互作用,制备了一种具有CO_2/N_2开关特性的清洁压裂液体系。向芥酸PKO-SPTS溶液中通入CO_2后,体系粘度大幅增加并具有一定的粘弹性;随后通入N2,体系迅速转变至低粘状态,且该过程能够多次重复进行。当芥酸PKO-SPTS以摩尔比1∶1的比例配制成浓度为100 mmol/L的溶液,并以0.1 L/min的速率向溶液中通入CO_2 15 min后,流体粘度高达2.82 Pa·s。对清洁压裂液体系进行室内性能评价,发现体系在通入N_2 30 min内即可彻底破胶,体系浓度高于5 mmol/L时表现为粘弹性流体行为,悬砂能力很强(0.58~0.62 cm/h),耐温性能较好(50℃)。

自组装复合压裂液在水平井压裂中的应用

为了满足低渗透储层水平井改造的需要,开发了一种梳形聚合物与表面活性剂胶束自组装复合压裂液体系。该体系不使用交联剂,不含水不溶物;80℃时,0.3%梳形聚合物CD-1与0.2%表面活性剂组成的自组装压裂液储能模量高达290 Pa,远大于耗能模量,表现出突出的黏弹特性。5 m3/min排量下压裂液的降阻率达到74.05%,具有突出的低摩阻特性。不同配方的自组装压裂液破胶液的表面张力都低于27 m N/m,界面张力低于0.8 m N/m,满足压裂液返排特性的要求。自组装压裂液对储层岩心平均伤害率18.04%,远小于瓜胶压裂液78.75%的水平。室内评价和现场试验施工都表明,自组装压裂液降阻率高,对地层伤害小,增产效果明显,同时证实了利用聚合物与表面活性剂胶束自组装形成结构携砂理论的正确性。该压裂液体系满足特殊结构井压裂改造要求,为特殊低渗透油气藏的开发提供了一种新的方法和手段。

新型复合压裂液体系研究进展

介绍了一种表面活性剂蠕虫状胶束/疏水缔合聚合物复合压裂液体系,并讨论了该体系的协同作用机理和流变性。