耐温缓交联有机锆冻胶压裂液的制备与性能评价

针对目前现场常用的压裂液耐温性差、交联时间短及残渣含量高等诸多问题,以氧氯化锆、多元醇、有机配体、络合交联剂和高温稳定剂等原料成功合成了有机锆交联剂YJ-3,并选用聚丙烯酰胺类稠化剂RG-1和添加剂制备出一种耐温缓交联有机锆冻胶压裂液体系。采用单因素试验对交联剂YJ-3和稠化剂RG-1质量分数进行了优化,进而评价了该压裂液体系的性能指标。实验结果表明:压裂液的较优配方组成为0.50%RG-1+2.0%YJ-3+0.15%Na_(2)S_(2)O_(3)+0.8%助排剂,该体系交联时间在3~45 min之间可调,90℃和150℃时在170 s^(-1)速度下剪切2 h后黏度仍高于50 mPa·s,携砂性能和滤失性明显优于常规瓜胶压裂液体系,在1~3 h内可实现完全破胶,无残渣、易于返排,是一种性能优良的耐温缓交联型低伤害压裂液,具有广阔的现场应用前景。

锆冻胶堵水剂

本文研究了一种新的堵水剂——锆冻胶堵水荆的制备、封堵能力、突破压力、油或水在堵后岩心中的流动情况、耐冲刷性能、热稳定性、处理单元数与渗透率的关系堵堵剂解堵等问题。证实这种堵剂有一定选择性,具有配制简单、堵水率高、耐地层水冲刷、可堵可解、热稳定性好、无毒性和刺激性、成本低廉等特点。此堵剂可用于油井选择性堵水及注水井吸水剖面的调整。

煤层气井用锆冻胶压裂液低温破胶体系

用于煤层压裂的锆冻胶压裂液是由无机锆(ZrOCl2)将聚丙烯酰胺(PAM)交联而成的,其优点是在低温下交联成冻。常规使用不同浓度的氧化体系(如过硫酸铵)破胶速度太慢,难以使压裂液在指定的时间内破胶水化,不利于压裂后返排,易对煤层造成伤害。为此,采用氧化还原体系在低温下破胶,研究了温度、聚合物浓度、交联剂浓度、氧化剂浓度、低温活化剂浓度、pH值、矿化度等因素对氧化还原体系低温破胶的影响。结果表明:在所选实验条件范围内,聚合物、交联剂浓度越高,加入盐的浓度越大,则越难破胶;氧化剂、低温活化剂浓度越高,pH值越高(2～5),越容易破胶。

影响锆冻胶成冻因素的研究

本文研究的锆冻胶是聚丙烯酰胺 (PAM)由氧氯化锆 (ZrOCl2 )形成的锆的多核羟桥络离子交联而成的。研究了PAM溶液的 pH值、ZrOCl2 的质量分数、PAM的质量分数、温度、水解度、相对分子质量、矿化度等因素对锆冻胶的成冻时间和冻胶强度的影响。成冻时间和冻胶强度分别由转子旋转法和突破真空度法测定。研究结果表明 :在实验条件范围内 ,温度越高 ,PAM和ZrOCl2 的质量分数越大 ,水解度越低 ,相对分子质量越高 ,则锆冻胶的成冻时间均越短 ;而对于 pH值及矿化度 ,则存在最佳成冻范围 ,即pH值为 4— 6,矿化度为 8× 1 0 3— 4× 1 0 4mgL- 1时成冻时间最短。研究还证实 ,锆冻胶的成冻时间与冻胶强度的关系符合一般冻胶所遵循的规律 ,即成冻时间越短 ,冻胶的强度越高。锆冻胶在调剖堵水、酸化压裂、防砂等方面有重要的应用。

有机锆冻胶压裂液配方体系研究

鉴于胍胶压裂液破胶不彻底、残渣含量高,活性水压裂液流变性能差的缺点,研制了以非离子聚丙烯酰胺聚合物(A-1)作为稠化剂、有机锆(G-1)作为交联剂的冻胶压裂液,考察了pH值、温度、交联比(交联剂与基液体积比)和矿化度对有机锆冻胶压裂液的影响。优选出了有机锆冻胶的典型配方:0.5%A-1+2.5%G-1,并对该配方进行了性能评价。结果表明,锆冻胶压裂液具有低滤失、易破胶、悬砂性能好的特点,在90℃下,初始滤失量仅为16.41×10-3m3/m2,滤失系数为6.66×10-4m/min1/2,在剪切170 s-1下剪切2 h后的黏度仍保持在50 mPa·s以上,破胶液对岩心的损害仅为14.88%,适于低渗透油气藏的改造。

锆冻胶反应进程、微观结构及成冻影响因素研究

本文研究的锆冻胶由非离子聚合物和有机锆交联形成的。采用流变仪表征了锆冻胶交联过程中的黏度变化特征,其交联过程分为诱导期、快速增长期和稳定期3个阶段。采用环境扫描电镜(ESEM)直接证实了锆冻胶为致密的三维网状结构。研究了聚合物浓度、交联剂浓度、温度、矿化度、p H值对锆冻胶成冻时间和成冻强度的影响。研究结果表明:聚合物和交联剂浓度越大,温度、矿化度越高,锆冻胶成冻时间越短,成冻强度越大。三种无机盐离子对锆冻胶成冻性能的影响顺序为:Ca Cl2】Mg Cl2】Na Cl,当基液p H值在7~8时,成冻效果最好。差示扫描量热分析仪(DSC)测试结果表明锆冻胶适用于温度小于130℃的油气藏。

煤层气井用非离子聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液优选

活性水、瓜胶压裂液是国内煤层气井压裂最常用的压裂液,但活性水压裂液流变性能差,瓜胶压裂液破胶残渣含量高对煤层的伤害大,限制了这两类压裂液在煤层压裂中的应用。为此,针对煤层温度和渗透率低的特点,在分析影响锆冻胶压裂液性能因素的基础上,优选出了适用于煤层气井压裂的非离子型聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液配方(0.400%PAM+0.035%ZrOCl2)。通过室内试验对优选出的非离子型聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液的性能进行了评价,结果表明,该压裂液具有耐剪切、滤失量低、易破胶、携砂性能好、无残渣、对煤层伤害低、易返排的特点,适用于低温煤层压裂。

单液法锆冻胶堵剂

将锆冻胶由双液法堵剂转变为单液法堵剂．研究了它的延迟成冻方法及其各种影响因素，其中包括酸浓度、温度、聚丙烯酰胺浓度、成胶液与交联液的配比、碳酸钙含量、粒度及表面性质等．研究结果表明，ｐＨ值控制法是锆冻胶延迟成冻的一种可取方法．模拟试验证实．这种延迟成冻堵剂可有效地封堵含碳酸钙的砂柱．

锆冻胶分散体调驱剂的制备与性能评价

为减弱地面剪切和吸附与稀释作用等因素对冻胶成冻性能的影响,将已成冻的锆本体冻胶经胶体磨的机械剪切制得锆冻胶分散体,室内研究了本体冻胶强度、剪切时间和剪切间距对锆冻胶分散体黏度和粒径的影响,考察了锆冻胶分散体的封堵调剖性能。结果表明,通过调整聚合物和有机锆交联剂的加量,可以调节锆本体冻胶体系的成冻时间和成冻强度,随着聚合物和交联剂加量的增大,交联越快,强度越大;锆冻胶分散体为粒径5.66数224.87μm的颗粒,黏度在1.8数41.0 m Pa·s内可调;随着本体冻胶强度和剪切间距的增大,锆冻胶分散体黏度和粒径增大;剪切时间越长,锆冻胶分散体黏度越低,粒径越小;驱油实验结果表明,随岩心渗透率增加,冻胶分散体对岩心的封堵率降低,锆冻胶分散体能有效调整渗流剖面,采收率增幅为46%。

锆冻胶压裂液管流特性的实验研究

采用管道流动装置对同一浓度不同温度下锆冻胶压裂液的流动特性进行了实验研究。文章认为,锆冻胶压裂液属粘弹触变性流体。实验结果表明,在实验的切变速率范围内,剪切应力和切变速率的关系曲线可划分为三个区域,每个区域均可用Herschel-Bulkley模式来描述,并分别得到不同情况下的极限动剪切应力、稠度系数和流变指数值。文章还得出了视粘度随温度的变化关系,并就锆冻胶压裂液在油气田开发过程中所涉及的几个问题进行了探讨。

适于煤层气锆冻胶压裂液的聚丙烯酰胺合成

针对煤层气压裂液所用锆交联冻胶对聚丙烯酰胺(PAM)相对分子质量及其分子链上—COO—数目和分布要求严格等问题,分别以丙烯酰胺、过硫酸铵作为聚合单体和引发剂,采用双温度调控水溶液自由基聚合法,制备了链结构可控的PAM。考察了反应温度、单体含量、反应时间、引发剂加入量和加入温度等因素对PAM相对分子质量、水解度等特性参数的影响,初步探讨了合成条件与PAM性能之间的关系。同时,通过正交实验得出了具有较好锆交联效果的PAM合成条件。

羟丙基香豆胶-有机锆交联冻胶压裂液的性能

实验研究了香豆胶与环氧丙烷在碱催化下反应生成的羟丙基香豆胶的表面活性及其与有机锆生成的耐热剪切的冻胶压裂液的应用性能。羟丙基香豆胶具有弱表面活性，水溶液浓度由0．1％增至0．6％时，表面张力和界面张力略为降低，分别由65．3l降至58．22mN／m，由24．79降至18．35mN／m。当交联比在100：0．2～100：0．5时或pH值在9．0～10．0时，形成的羟丙基香豆胶／锆冻胶黏度高（≥300mPa·s），有弹性，热剪切稳定性好。交联比100：0．4的0．7％羟丙基香豆胶／锆冻胶在130～160℃下均为假塑性流体，n值在0．396～0．425范围。在150℃和160℃高温下，该冻胶连续剪切（170s^-1）120min，仍保有较高黏度（～125和～95mPa·s），滤失量和滤失速率较小．控制液体滤失能力较好。该冻胶抗盐钙性能好．加入5．0％、6．0％KCl时，25℃表观黏度（412mPa·s）保持率分别为90．3％、76．2％，加入0．4、0．5．0．6g／L CaCl2时分别为87．9％、75．5％、53．2％。加入过硫酸铵的冻胶在150℃或160℃放置20h以上可完全破胶。图2表6参9。

高温低伤害的有机硼锆CZB-03交联羟丙基瓜尔胶压裂液研究

实验研究了有机硼锆交联剂CZB 0 3(有机锆交联剂OZ 1用一种复合吸附抑制剂处理后与等质量的有机硼交联剂OB 2 0 0的复配物 )与HPG的交联性能、冻胶耐温性和伤害性 ,实验体系为加有 0 .3%复合添加剂CA 0 3的0 .6 %HPG/CZB 0 3压裂液。该体系的最佳pH值为 9～ 11,适宜交联比为 10 0∶0 .3～ 0 .4 ,在温度≤ 4 0℃时延缓交联时间为 2～ 4min。该体系的耐温性高于 16 0℃ ,在 16 0℃、170s-1剪切 12 0min ,粘度保持 10 0mPa·s以上。该体系的滤失控制性能较好 ,加入 1%降滤失剂ZJ 1可使 16 0℃、3.5MPa滤失系数C3 (m/min0 .5)由 9.19× 10 -4降到6 .98× 10 -4。加入 0 .0 4 %专用破胶剂EB 0 3,在 16 0℃放置 2h后破胶液粘度为 5 .2mPa·s。CZB 0 3压裂液对支撑裂缝导流能力的伤害远小于OZ 1压裂液 ,略高于OB 2 0 0压裂液 ,在室温和 4 0～ 70MPa下 ,CZB 0 3,OZ 1,OB 2 0 0交联HPG压裂液的伤害率分别在 13.8%～ 16 .1% ,4 9.8%～ 5 1.2 % ,9.1%～ 11.7% ,平均值分别为 14 .7% ,5 0 .4 % ,10 .6 %。图 3表 3参 2。

阴离子瓜尔胶溶液及其弱酸性冻胶的流变性研究

合成了水溶性好、水不溶物含量低(≤1.6%)、阴离子度为3.0%3.5%的羧甲基羟丙基瓜尔胶。该阴离子瓜尔胶的0.1%1.0%水溶液均显示假塑性,随溶液浓度增大,K值增大而n值减小。0.5%水溶液的表观黏流活化能为12.58kJ/mol,较一般的瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶小。水溶液在酸性条件可与有机锆交联剂WZG形成压裂液冻胶,聚交比10∶1(WZG含Zr4+10%)、pH=4时形成的弱酸性冻胶表观黏度最高。研究了弱酸性冻胶的动态力学性能G′、G″和tgδ,结果表明:在25℃下经过150min后该弱酸性冻胶的性能才达到稳定;在25℃下形成的0.7%和0.5%阴离子瓜尔胶冻胶的性能,好于1.0%和0.35%阴离子瓜尔胶冻胶;0.7%阴离子瓜尔胶冻胶在2560℃温度范围均可形成,最佳温度为55℃,高于或低于55℃形成的冻胶形能变差,表明冻胶三维网络结构完善程度变差。G′、G″和tgδ曲线在较高频率区复杂化,即G′降低,G″和tgδ出峰,这与网络结构缺陷有关,如一端自由的网链。

有机锆交联剂OZ-1应用研究

合成了具有延迟交联特性的有机锆交联剂ＯＺ１；介绍了ＯＺ１交联的已在胜利油田应用的３种压裂液的性能；探讨了ＯＺ１在水基聚合物冻胶堵剂和弱凝胶或胶态分散凝胶中的应用。

氧氯化锆应用研究进展

氧氯化锆是合成锆化学品的重要原料。就其近年来在诸多方面的应用进展进行了归纳,指出了今后的发展趋势。