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。

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。

中高密度粘弹性表面活性剂压裂液的研制与应用

青海涩北气藏地层压力系数在1.3左右,盐敏性强,临界矿化度为8×104mg/L.针对该气藏及类似油气藏研制了中高密度(1.05～1.70 g/cm3)VES压裂液.讨论了VES压裂液的形成及破胶机理.压裂液密度由盐水提供,给出了盐水密度与无机盐种类、浓度关系式.所用表面活性剂是专门研制的,代号CFP-Ⅲ,在基本配方中用量15～40 g/L.密度1.30 g/cm3、CFP-Ⅲ浓度30 g/L的VES压裂液的性能如下:20℃下的流变性显示剪切变稀特性;在20～45℃粘度基本恒定,在45～90℃粘度随温度上升而增大,＞90℃后粘度下降,在110℃时为53 mPa·s,因此该VES压裂液可用于120℃地层;在20℃、170 s-1下剪切60分钟使粘度降低25%,继续剪切时粘度不变;加入0.5%多烃类处理剂时彻底破胶,破胶液粘度与盐水相当;对储层岩心渗透率的伤害率仅为6.08%～11.14%.使用该VES压裂液在涩北13口气井进行压裂防砂先导性试验,气井不出砂日产气量增加75%～180%;给出了一口井的施工参数曲线图.图7表1参6.

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。

压裂返排过程中油嘴的冲蚀研究

本文以流线型油嘴射流为研究基础,从颗粒运动的角度分析了不同的工况参数下油嘴内壁的磨损情况。以油嘴内壁颗粒的撞击速度和数量为依据,采用离散相颗粒模型(DPM)模拟方法,对收缩角度为10°、长径比为10的流线型固体颗粒射流油嘴进行冲蚀磨损研究,分析了颗粒粒径、颗粒浓度、流体速度对油嘴内壁面磨损的影响。结果表明,随着颗粒粒径增大,油嘴的磨损速率逐渐减小;流体速度和颗粒浓度增加时,油嘴的磨损速率增大。综合各影响因素的分析,确定选择粒径为0.6~0.8mm的颗粒,可避免油嘴堵塞,同时,颗粒浓度与油嘴的入口速度应适当减小。实验结果可为油嘴的冲蚀磨损研究提供参考。

变粘酸用转向稠化剂VCA的研制

由长链脂肪酸衍生物合成了分子量～480、易溶于水和酸的阳离子表面活性剂VCA,实验考察了VCA作为自变粘盐酸液稠化剂的性能.VCA为50%水溶液,呈棕红色,粘度～10 mPa·s,在22%盐酸中当温度＜40℃时可稳定存在7天以上.在25℃模拟酸岩反应中,含VCA的22%盐酸液逐步被Ca(OH)2中和,当酸浓度降至17%以下时,在Ca2+作用下VCA球形胶束变为蠕虫状胶束并形成网状结构,酸液变为粘弹性凝胶,20和40 g/L VCA酸液粘度最高达～450和接近900mPa·s(乏酸浓度3%时),酸岩反应完成、pH值升至4以上时凝胶完全破解.VCA酸液耐温性良好,浓度由22%被中和至16%的含40 g/L VCA的盐酸液,在90℃、170 s-1粘温性测定中,初始粘度～82 mPa·s(～25℃),最高粘度～95 mPa·s(90℃),1J时后粘度≥19 mPa·s(90℃).含20 g/L VCA的22%盐酸液与大理石在90℃、常压、静态反应100min,大理石剩余质量＞50%,表明该酸液缓速性良好.含40 g/L VCA的22%盐酸液在相同条件下与大理石完全反应后,乏酸液粘度＜5.0 mPa·s,无沉淀,与水完全混溶.图3参5.

中高温粘弹性压裂液体系性能研究

由长链脂肪酸合成了甜菜碱类的表面活性剂CFN(有效物≥50%),对用该种表面活性剂及其他辅剂配制的新型压裂液体系性能进行了研究。结果表明:该体系具有良好的粘弹性、悬砂性能、低温溶解性能以及抗温稳定性能;该体系在特种催化剂作用下可降解破胶,破胶液粘度与盐水相近,具有良好的市场应用前景。