黏弹性表面活性剂复配性能研究及应用

研制清洁压裂液已成为油气田增产发展的趋势,本文对耐90℃的黏弹性表面活性剂复配体系进行研究,筛选出合适的添加剂,复配出最佳比例体系,并测试其耐温、耐剪切性能,对黏弹性表面活性剂的未来趋势进行展望。

表面活性剂流体的空化-冲蚀耦合射流试验研究

为了研究赫姆霍兹空化喷嘴的射流机理,依据空化射流理论,以低黏度黏弹性表面活性剂(VES)溶液为介质,基于Schnerr-Sauer空化模型与DPM模型对赫姆霍兹自激振荡空化喷嘴进行流场仿真,对添加颗粒后的VES空化-冲蚀耦合射流近壁面流场特性与颗粒撞击壁面的运动特性进行了数值模拟,并通过淹没射流试验台开展空化-冲蚀耦合射流试验,探讨了VES溶液空化-冲蚀耦合射流对靶材的冲击特性。结果表明:相比于清水,VES射流能够提供更高的冲蚀速率,为清水冲蚀速率的1.37倍,达到3.29×10^(-3)kg/kg;同等条件下,空化喷嘴的冲蚀速率为7.47×10^(-4) kg/kg,略小于流线型喷嘴,但空化喷嘴对靶材的冲蚀凹坑直径为10.5 mm,大于流线型喷嘴的7.5 mm,并且空化喷嘴对靶材的的冲击形貌为V形,相比于流线型喷嘴的W形,更有利于钻井破岩。通过分析空化作用及流体性质对靶材冲蚀特性的差异,阐述了VES溶液空化-冲蚀耦合的射流机理,研究成果为基于VES的空化-冲蚀耦合射流辅助钻井以及提高井下破岩效率提供了新的思路。

缓蚀剂和无机盐对黏弹性表面活性剂流变性能的影响

针对黏弹性表面活性剂转向酸化和压裂液体系,研究了新型双聚喹啉季胺盐缓蚀剂与其相互作用,和不同盐溶液对其黏温性能的影响和机理。结果表明,作为转向酸液体系的黏弹性表面活性剂对缓蚀剂的缓蚀效率无影响,双聚喹啉季胺盐缓蚀剂降低黏弹性表面活性剂耐高温性。低浓度无机盐溶液对黏弹性表面活性剂黏度无影响,而高浓度二价盐盐溶液CaCl_(2)和MgCl_(2)可显著提高黏弹性表面活性剂溶液的耐高温性能。在高浓度CaCl_(2)的存在下,含季胺盐酸化缓蚀剂的黏弹性表面活性剂耐高温性提高。

黏弹性表面活性剂压裂液的研究与应用进展

黏弹性表面活性剂压裂液是以黏弹性表面活性剂为主剂的清洁压裂液。黏弹性表面活性剂压裂液体系具有破胶后无残渣、携砂性好、滤失控制性能好等特点,但随着对环保问题的日益重视及钻井深度的不断增加,丰富黏弹性表面活性剂压裂液体系迫在眉睫。本文介绍了黏弹性表面活性剂压裂液的发展和应用。根据压裂液配方不同,将其分为常规黏弹性表面活性剂压裂液和非常规新型黏弹性表面活性剂压裂液,总结了不同种类的黏弹性表面活性剂压裂液的组成、耐温耐剪切等性能及应用情况。分析表明,降低成本、研制简单的配制工艺是常规黏弹性表面活性剂压裂液的主要发展方向;在油田进行大规模实际应用及得到更完善的体系是非常规新型黏弹性表面活性剂压裂液的主要发展方向。

黏弹性表面活性剂自转向酸增黏转向的判别标准

黏弹性表面活性剂自转向酸酸液体系是油田酸化领域的研究热点,但在如何评价其是否达到转向效果及转向效果判别标准方面鲜有报道。将酸液在储层中的流动视为达西渗流,采用物理模拟实验和理论推导相结合的方法研究自转向酸增黏转向的原理,推导增黏转向的判别标准,并采用岩心并联实验验证判别标准的准确性。研究表明:必须同时满足pH值和阳离子浓度的要求,体系才能增黏;沿自转向酸液流动剖面上可将其分为高渗透区域、阻力区域、酸液滤液区域和原始地层区域,阻力区是实现自转向的关键;引入阻力孔隙体积倍数和无因次最大压力比推导了自转向酸均匀推进的判别依据;影响自转向酸实现理想转向的关键参数有无因次最大压力比、储层渗透率和孔隙度等参数。自转向酸驱替后,并联岩心的渗透率均显著提高,根据推导的判别标准,判断该酸化处理并没有达到最佳转向效果。该项研究为深入掌握黏弹性表面活性剂自转向酸的作用机理提供了技术指导。

黏弹性表面活性剂压裂返排液的界面性能及驱油效果评价

为实现黏弹性表面活性剂压裂返排液的重新利用,开展了黏弹性表面活性剂压裂破胶液的界面性能和驱油效果评价研究。实验结果表明,在表面活性剂质量分数为0.1%、温度为60℃的条件下,该类返排液与原油的界面张力可达到0.001 9 m N/m。同时提高温度和添加少量醇溶剂可进一步改善体系的界面活性,对Na Cl和Ca Cl2体现出较强的抗盐能力。驱油实验结果表明,对于渗透率在（0.758~1.593）×10^-3μm^2天然岩心,相比单纯水驱,该类返排液平均驱油效率提高8.37%。该类返排液具有较强的界面活性,能够有效降低注入压力,提高驱油效果,可作为驱油剂应用于低渗透油藏。

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。

黏弹性表面活性剂在油田中的应用

以黏弹性表面活性剂(VES)组成结构为基础,详细阐述了胶束的转变机制;通过对黏弹性表面活性剂在国内外油田应用现状的广泛调研,系统介绍了不同类型的VES在清洁压裂液、自转向酸等工艺技术中的作用机理及应用情况,并对实际应用时存在的问题进行了总结分析。VES具有特殊的分子组成和流变性质,在压裂、酸化、三次采油、钻井液以及流体减阻输送等方面有着广阔的应用前景。最后对黏弹性表面活性剂工作重点和研究方向进行了展望。

黏弹性表面活性剂在煤粉上的吸附性能研究

采用紫外分光光度计研究了季铵盐型黏弹性表面活性剂VES-2-16和VES-4-16在沁水盆地煤粉上的吸附规律,并计算了该类表面活性剂在煤粉上的吸附焓。结果表明:季铵盐型黏弹性表面活性剂在煤粉上的吸附曲线符合Langmuir吸附规律;不管是在较高温度还是在较低温度下都基本能达到吸附平衡,此后吸附量的增加趋于平缓;两者在煤粉上的吸附焓变是负值说明吸附是放热的,温度升高不利于吸附的进行。

含纳米颗粒的黏弹性表面活性剂泡沫压裂液性能

为了实现低压、低渗、强水敏等非常规油气资源的高效开发,研究了纳米颗粒在高温条件下对黏弹性表面活性剂(VES)泡沫压裂液的性能影响。压裂液体系中以阳离子表面活性剂作为起泡剂,将亲水型纳米SiO_2颗粒和黏弹性的蠕虫状胶束加入到基液中,从而对泡沫的稳定和压裂液的增黏起到协同作用,最终提高了压裂液的高温抗剪切性、黏弹性、稳定性和悬砂性。实验结果表明,含有纳米SiO_2颗粒的VES泡沫压裂液配制简单、成本较低,抗高温能力达到120℃,能在地层条件下自动破胶,在90℃下的半衰期接近80 min。与常规压裂液相比,含纳米颗粒的VES泡沫压裂液性能提高显著,对于特殊油气藏的开发极具潜力。

压裂用黏弹性表面活性剂VES-J的合成

清洁压裂液(VES)主要是采用季铵盐类表面活性剂,但常规VES存在刺激性大和由于吸附使储集层发生润湿反转带来伤害2大问题。研究表明这2个问题可以通过分子设计来尽量避免。在理论研究和分析的基础上合成了黏弹性表面活性剂VES-J,并通过测定在不同温度和不同水杨酸钠加量下体系水溶液黏度得出了压裂液配方。该压裂液配方在70℃1、70 s-1下表观黏度达到100 mPa.s,具有较好的耐剪切能力和优异的破胶能力,破胶后均无残渣,对地层伤害很小。

黏弹性表面活性剂CTAB在钻井液中的应用

实验研究了阳离子型黏弹性表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液的流变性、抗温性、降滤失性及配套破胶剂的破胶性能。实验结果表明:将2%CTAB与3%助剂水杨酸钠NaSal混合的基液在剪切速率170s-1、温度25℃、pH=7的情况下混合均匀后能迅速增黏至160 mPa·s;加入少量复合降滤失剂LA(水解聚丙烯腈铵(NH4-HPAN)和磺化酚醛树脂(SMP-Ⅱ)混合而成的复合体系)可显著降低其常温常压滤失量;高效破胶剂Br的破胶性能良好,破胶液的黏度降至1~3 mPa·s。同时室内研究了以阳离子型黏弹性表活性剂CTAB为主剂的钻井液体系——表面活性剂胶束钻井液DIF-a:1.5%CTAB+2.0%NaSal+1.2%复合降黏剂LA+0.5%黄胞胶XC,结果表明:在钻探碳酸盐岩地层时钻井液体系DIF-a产生的流动摩阻小、降滤失性能较好,且钻完井后利于返排,储层渗透率保留率可以达到91.41%,大大降低外部流体对储层造成的损害。

耐高温高盐黏弹性表面活性剂入井液的性能研究

为满足高温、高盐油气藏生产作业的需要,研究了VES-HD复合型黏弹性表面活性剂在Ca Br2和Ca Cl2高密度盐水条件下的流变性能,并对影响其流变性能的各个因素进行了全面考察。研究结果表明,VES-HD表面活性剂可在1.55 g/cm3Ca Br2和1.30 g/cm3Ca Cl2超高密度盐水中形成黏弹性液体,该体系具有抗高剪切、对地层无伤害、易于降解等性能,150℃时该体系在两种盐水中的黏度仍可保持在60 m Pa·s以上。不同极性溶剂对该体系黏度有不同的影响,油和水可降低黏度,体系也可以兼容缓蚀剂。可作为新型的完井液、井下加重压裂液、作业液及砂控携液在油气田开发中应用。

温度响应的黏弹性表面活性剂研究

基于相反电性表面活性剂之间的协同作用,采用烷基磺酸盐CnSO3Na(n=8,12,14,16)与两性离子型表面活性剂十八烷基羧基甜菜碱(BS-18)合成黏弹性表面活性剂,考察了碳链长度对BS-18表观黏度的影响及温度对合成的黏弹性表面活性剂表观黏度的影响,并研究了BS-18/C12SO3Na体系溶液的稳态流变性能。实验结果表明,碳链增加,增黏范围变窄,其中,C12SO3Na表现出最佳的增黏效果和相对较宽的增黏范围;在C_(12)SO_(3)Na摩尔分数为10%、BS-18/C_(12)SO_(3)Na体系含量为0.5%(w)时,相对BS-18,BS-18/C_(12)SO_(3)Na体系在55℃和85℃的表观黏度增加了5.7和16.3倍,且混合体系胶束呈现温度响应性特征,BS-18/C_(12)SO_(3)Na含量越高表观黏度的温度感应性越显著。

新型非离子黏弹性表面活性剂自转向酸体系研究

研制了一种新型非离子黏弹性表面活性剂变黏酸(SDA-SL)体系.浓度为5%的变黏酸体系初始黏度在20mPa·s左右,在酸液浓度为21%～10%区间出现黏度变化.其变黏特性与盐离子存在无关而仅受酸度影响.配套使用的WWD-2缓蚀剂在5%表面活性剂变黏酸体系中腐蚀速率可达SY/T5405二级标准,缓蚀剂的加入对变黏酸体系的黏度没有明显影响.

黏弹性表面活性剂压裂液室内研究

优选了VES压裂液体系,最优配比为黏弹性表面活性剂VES 4%,助剂1.0%,还研究了体系的耐温、抗剪切、抗盐、破胶性能。结果显示,随着温度的升高,VES压裂液的黏度有明显的变化。不同的无机盐对VES压裂液有完全不同的影响,NH4C l具有明显的增黏作用,而KC l则有降黏作用;煤油、柴油都可使VES压裂液破胶,而且破胶后无残渣。

国外黏弹性表面活性剂压裂液研究进展及应用展望

黏弹性表面活性剂压裂液在纯水介质中形成球形胶束,在盐介质中,分子中的电荷被屏蔽,球形胶束演变成蠕虫状或柔性棒状胶束,进而形成高黏弹性的空间网状结构,实现对支撑剂的携带和造缝;遇地层中的油和水,胶束膨胀而崩解成低黏度的球形胶束,实现压裂液的自动破胶。国外黏弹性表面活性剂压裂液研究进展主要表现在4个方面:成胶破胶机理研究与认识、流变性的研究、伤害性的评价、研制新的疏水缔合聚合物与表面活性剂复合型压裂液。黏弹性表面活性剂压裂液具有摩阻低、伤害小、携砂性好和破胶黏度低等优点,在国外获得了广泛的应用。提高表面活性剂压裂液剪切后黏度的恢复能力和加强疏水缔合聚合物与表面活性剂复合压裂液的现场应用是表面活性剂压裂液研究发展的方向。

黏弹性表面活性剂吸附滞留特性研究

通过黏弹性表面活性剂VES静态吸附可知:VES在不同矿物表面均存在吸附损失,在石英砂表面吸附后黏度损失较小,而在蒙脱土和高岭土表面吸附后黏度损失幅度较大;同时,在不同矿物表面吸附前后的界面张力也存在较大的差别,在石英砂表面吸附后,界面张力整体进一步下降或维持同一水平,在蒙脱土和高岭土表面吸附后界面张力增大。由动态滞留研究可知:随温度升高,VES在岩石表面的吸附滞留量呈显著下降趋势;随注入浓度的增大,注入VES达到稳定后吸附滞留量整体呈增大趋势;随配制水矿化度增大,VES在岩心中的平衡吸附量整体呈增加趋势;在较低的注入速度下(小于0.5 cm^(3)/min),VES吸附滞留量随注入速度增加较显著,注入速度进一步增大后吸附滞留量略有下降;不同渗透率岩心中的吸附量表现为在较低渗透率(50 mD)时吸附滞留量较小,后急剧增大并保持平稳状态。

黏弹性表面活性剂在多孔介质中的流变性能研究

黏弹性表面活性剂(VES)在多孔介质中的有效黏度是进行VES驱油藏数值模拟、方案设计和动态预测的重要参数。通过分析不同孔径、不同注入速度下VES溶液在多孔介质中的等效剪切速率-有效黏度关系曲线,观察流变性变化趋势,同时分析不同影响因素下等效剪切速率以及有效黏度的变化差异。结果表明:不同孔径、不同浓度VES溶液在多孔介质中的等效剪切速率-有效黏度曲线均为“U”形,存在一个临界剪切速率;VES溶液在多孔介质中的等效剪切速率随浓度、注入速度、配制水矿化度的增大而增大,随孔喉半径增大而降低;VES溶液在多孔介质中的有效黏度随着浓度增大呈现先增加后平缓的趋势,随着注入速度及孔喉半径的增大呈“U”形,随着配制水矿化度的增大略有下降。

黏弹性表面活性剂在低渗油藏W2区块适应性研究

对室内研发的黏弹性表面活性剂开展低渗油藏W2块适应性研究,从界面张力、剪切流变性、黏弹性、热稳性、乳化能力及岩心室内驱油性能进行系统评价。实验结果表明,黏弹性表面活性剂与W2块油藏原油的界面张力维持在10^(-3)mN/m,耐盐、耐温性较好,对原油具有较强的乳化能力,与W2块注入水配伍性良好。采用质量浓度5 000 mg/L表面活性剂溶液,注入量0.3 PV,针对100×10^(-3)μm^(2)的人造岩心,水驱后提高采收率为19.82%;针对40×10^(-3)μm^(2)的人造岩心,水驱后提高采收率为11.11%,表面活性剂能满足w2块驱油要求。