The Synthesis and Evaluation of Hydrophobic Association Thickener

The paper provides a new hydrophobic association polymer fracturing fluid gelatinizer. The hydrophobic association which is the synthesis of three component copolymer complexes, is compounded by micellar copolymerization method. The hydrophobic association is got together through hydrophilic monomer acrylamide monomer N,N-vinyl pyrrolidone monomer with a rigid group N, and hydrophobic monomer N,N-2 dodecyl acrylamide etc. three monomers with sodium dodecyl sulfate as the emulsifier in micellar solution.

用于薄层油气藏的聚丙烯酰胺全悬浮压裂液

基于薄层油气资源开发中控制缝高和低排量的需求,以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、2-丙烯酰胺基乙基溴化铵(DAMAB)、烷基酚聚氧乙烯醚(NP-10)等为原料,通过水溶液自由基胶束聚合法合成聚丙烯酰胺嵌段共聚物(PMASD)。采用荧光分光光度计、流变仪和扫描电子显微镜研究了PMASD的临界缔合浓度、黏弹性和微观结构;同时,研究了PMASD压裂液的静态、动态携砂性能,并与聚丙烯酰胺滑溜水进行对比;最后,将PMASD压裂液进行了现场应用。结果表明,PMASD压裂液存在胶束结构,临界缔合浓度为0.127%。PMASD压裂液体系表现出较好的黏弹性,线性黏弹区范围为0.01~1.00 Pa,疏水缔合后强度大,抗剪切能力强。在低排量(20 L/min)的注入过程中,PMASD压裂液形成的网络结构呈无规则分布,具有很高的结构强度,可以有效携带支撑剂。PMASD压裂液的静态和动态携砂性能均较好。在砂液体积比为12%的实验条件下,PMASD质量分数≥0.25%(黏度为147 m Pa·s)时,在常温及80℃下均表现出较好的悬浮及携砂能力。相较于聚丙烯酰胺滑溜水,PMASD压裂液的携砂效果同比提高160%。在江苏油田X5-X井现场应用中,以2 m3/min的排量泵入PMASD压裂液,日产液由1.4 t增至6.5 t,日产油由0.6 t增至4.2 t,增产效果明显。全悬浮压裂液PMASD体系能满足薄层油气资源在低施工排量下有效携砂的压裂改造需求。

疏水缔合聚合物压裂液的制备及性能评价

随着非常规油气资源开发的迅速发展,水力压裂技术的压裂液性能成为提高油气产量的关键因素。通过合成阳离子型疏水缔合聚合物PDAH,并将其应用于压裂液体系中,系统评价了其在不同条件下的黏弹性、携砂性和静态滤失性能。研究结果表明,新压裂液体系在室温下剪切速率为0.1s^(-1)时黏度达到503 mPa·s,而在100℃、剪切速率为1 000 s^(-1)时黏度仍保持在262 mPa·s,显示出良好的黏弹性能。携砂性实验表明,该体系在低流速条件下能有效携带和分布支撑剂。静态滤失性实验结果显示,30 min内滤失量稳定在18.7 mL,形成的滤饼厚度约为2.1 mm,表明该压裂液体系具有优秀的滤失控制能力。成本效益分析表明,随着压裂液成本增加,油气产量提升,但成本效益比逐渐降低,需要平衡成本和效益以实现最佳组合。该研究为非常规油气藏水力压裂技术提供了新型压裂液体系,具有重要的研究意义和应用价值。

耐高温低伤害清洁水性稠化剂的制备及性能

以丙烯酰胺、丙烯酸、十八烷基二甲基烯丙基氯化铵和十八烷基甲基丙烯酸酯为原料制备了一种疏水缔合聚合物(AAOS),再使用低分子醇(乙二醇、丙三醇、正丙醇)、表面活性剂(椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、十二烷基硫酸钠)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和疏水缔合聚合物(AAOS)配制了一种自交联耐高温清洁水性稠化剂(FPM-1)。对FPM-1的形貌、溶解性、表观黏度、耐盐性、流变性进行了测试。结果表明,质量分数为0.30%的FPM-1水溶液能显著增强AAOS聚合物分子间的疏水缔合交联作用,增大聚合物的流体力学体积。FPM-1水溶液为高黏弹性流体,悬砂性能好;质量分数为0.27%的AAOS在水中的溶解时间为7 min,最终表观黏度为90 mPa·s,质量分数为0.60%的FPM-1(具有等效聚合物含量)在水中的溶解时间仅需3 min,且最终表观黏度为165 mPa·s。在90℃、170 s^(-1)条件下剪切1 h后,质量分数为0.27%的AAOS水溶液的表观黏度为51 m Pa·s,质量分数为0.60%的FPM-1水溶液表观黏度为77 m Pa·s;质量分数为1.40%的FPM-1水溶液在180℃、170 s^(-1)条件下剪切1 h,最终表观黏度为53 mPa·s;质量分数为0.60%的FPM-1在5×10^(4)mg/L矿化度盐水中黏度保持率为60%。FPM-1体系能显著提高聚合物的黏度和溶解速度,具有低的表/界面张力,有利于破胶液的返排和回收再利用。FPM-1水溶液具有优异的耐盐、耐高温、耐剪切性能。

疏水缔合两亲共聚物的溶液性质及其在天然气水合物压裂中的应用

本文合成了新型疏水缔合两亲共聚物,并对其在溶液中的聚集行为和流变特性进行探究。结果表明:随着两亲单体含量的增加,共聚物表现出更低的临界缔合浓度(CAC),可形成更大聚集数的聚集体,在25℃,剪切速率170 s^(-1)下,0.5%共聚物HPAE10-1溶液黏度达205 m Pa·s;触变实验表明疏水缔合作用形成了可逆的网状结构,这种网状结构使共聚物溶液具备了优异的黏弹性能,高频时表现出较高的储能模量和损耗模量;探索了HPAE10-1/有机锆组成的压裂液体系在天然气水合物压裂中的应用性能,发现其对不同粒径的支撑剂都具有良好的悬浮效果、有较低的滤失量,加入破胶剂后在125 min内可使压裂液黏度降低到5 m Pa·s。

超分子压裂液体系的构筑及性能研究

为解决聚合物压裂液难以彻底破胶,地层伤害大,和清洁压裂液存在成本高、用量大、耐温性差、滤失严重等问题,结合超分子聚合物化学原理,设计了一种超分子压裂液体系,以疏水聚合物(HAPM)和表面活性剂为基础构筑超分子压裂液体系,其中0.4wt%HAPM与0.3wt%S123构筑的超分子体系(HAPM-S123)增粘效果最佳,并对其进行流变性、携砂性、破胶性、岩心伤害性进行了评价。实验结果表明:在120℃,170s^(-1)下,连续剪切2h,粘度可保持51mPa·s左右,陶粒在HAPM-S123压裂液体系中的沉降速率为0.014cm/min,加入破胶剂后,在2h内完全破胶,破胶液粘度为2.19 mPa·s,表界面张力分别为28.46mN/m和0.08mN/m,残渣含量为159.27mg/L,破胶液对岩心基质伤害率仅为16.67%。

粘弹性表面活性剂压裂液新技术进展

将粘弹性表面活性剂压裂液研究进展分为四个部分:粘弹性表面活性剂压裂液成胶破胶机理研究与认识、粘弹性表面活性剂研制与优选、粘弹性表面活性剂压裂液性能评价与研究、改性疏水(缔合)聚合物与粘弹性表面活性剂复合压裂液。通常粘弹性表面活性剂压裂液不含聚合物,只有几种添加剂,在含盐介质中自动成胶而不需要交联剂,遇地层产出油气和水会自动破胶而不需要破胶剂;该体系配液方便,操作性强,可有效控制缝高,施工摩阻小,在低渗透储层中滤失量小,储层伤害小,压后油气增产效果显著,特别适合渗透率小于5×10-3μm2的油气层压裂,在高渗透层中渗透率又比胍胶压裂液大而有利于采用端部脱砂压裂工艺。加强改性疏水(缔合)聚合物制备与应用研究以降低粘弹性表面活性剂压裂液成本是粘弹性表面活性剂压裂液研究的重要方向。

清洁压裂液技术研究与应用

从作用原理出发,介绍了清洁压裂液的研究现状和应用情况。从现场应用情况看,清洁压裂液对低渗透储层具有良好的控滤失、无残渣、耐高温、黏度大、返排效果好、易于彻底破胶、流变性好、携砂能力强等优点,施工中能够在目的油气层造成更理想的裂缝长度,保持较高的裂缝导流能力,既可以提高油气井的采收率,又能降低对地层的伤害。清洁压裂液作为一类新型的低伤害压裂液具有良好的发展应用前景,应结合压裂技术进行深入研究。

一种疏水缔合物压裂液稠化剂的室内研究

通过研究疏水基团对稠化剂的影响以及分析稠化剂对压裂液性能影响的机理，研究了一种疏水缔合物压裂液稠化剂。传统的聚合物压裂液具有不抗剪切性，而在稠化剂中引入疏水单体，由它形成的聚合物压裂液能在分子间产生具有一定强度但又可逆的物理缔合，形成三维网状结构，表现出较好的抗剪切性能。本研究利用丙烯酰胺、疏水单体N-烷基丙烯酰胺和N-乙烯吡咯环酮合成一种压裂液稠化剂。丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺和N-乙烯吡咯环酮配比为（5～8）：0.5：2，恒温40℃～60℃，pH值=7，反应6～8h，引发剂配比：过硫酸铵：亚硫酸氢钠为1：2，加量为0.2％（ω），单体总浓度为20％～30％。并对合成的稠化剂进行了综合性能的评价。

一种酸性疏水缔合物压裂液的应用研究

针对新疆油田乌-夏二叠系风城组及夏子街组储层与常规胍胶压裂液不配伍,压裂后出现返胶困难的问题,本文报道了一种可以在酸性条件下交联的疏水缔合物压裂液,该压裂液具有良好的延缓交联性能﹑良好的耐温、抗盐、耐剪切性能。在130℃、170 s-1下剪切75 min后的黏度还可以保持在50 mPa.s以上,交联时间达200 s。此外,该压裂液携砂性能好、易破胶返排、对地层伤害小及低摩阻、低残渣、防膨效果好,突破了缓交联聚合物型压裂液耐温耐剪切性能不能超过100℃的传统观念。该压裂液目前已在新疆油田成功运用9井次,施工成功率100%,均取得良好的应用效果。

新型疏水缔合聚合物压裂液的流变性能研究

以丙烯酰胺、丙烯酸钠等为原料,采用溶液聚合法制备了新型疏水缔合聚合物增稠剂(SRFG-1),进而合成了一种不含金属元素的低分子化合物交联剂(SRFC-1);以自制增稠剂和交联剂为主剂,配制了一种新型疏水缔合压裂液体系。考察了自制增稠剂质量分数、自制交联剂质量分数、KCl质量分数、温度和溶胀时间对表观黏度的影响。结果表明:在120℃,170s-1条件下,自制增稠剂最佳质量分数为0.5%,自制交联剂最佳质量分数为0.1%,KCl质量分数为1%,溶胀时间为0.5h。自制的压裂液流变性能好于市售两种聚合物压裂液。

新型疏水缔合聚合物压裂液综合性能评价

以丙烯酰胺、丙烯酸钠等为单体,按照溶液聚合法制备了新型疏水缔合聚合物增稠剂(SRFG-1),进而合成了一种不含金属元素的低分子化合物交联剂(SRFC-1)。以SRFG-1增稠剂和SRFC-1交联剂为主剂,配制了一种新型疏水缔合压裂液体系(SRFG),评价了该体系的耐温耐剪切性能、静态悬砂性能、破胶性能和静态滤失性能,并考察了该压裂液滤液对岩心基质伤害率及SRFG-1增稠剂的降阻率。结果表明:SRFG压裂液在140℃、170s-1条件下具有良好的流变性能,24h和48h内的沉降速率分别为4.6×10-4 mm/s和6.9×10-4 mm/s;在80℃,破胶剂加入量为0.01%条件下,1h即可破胶,破胶液黏度为3.84mPa·s,破胶液表面张力为26.5mN/m,破胶液基本无残渣;初滤失量为1.289×10-2 m3/m2,滤失系数为8.47×10-4 m/min0.5,滤失速率为2.63×10-4 m/min;压裂液滤液对岩心基质伤害率为10.25%;SRFG-1增稠剂的降阻率为60.15%。

水包水型疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂的合成及在压裂中的应用

以丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和芥酸酰胺羟丙基磺基甜菜碱为原料,采用水分散聚合方式合成出水包水型疏水缔合聚丙烯酰胺增稠剂,通过FTIR和TG对增稠剂的结构及热解质量进行了测试。分析了OWPAM乳液增稠剂的基本性能及水溶液的微观和宏观性能,结果表明,在单体芥酸CAB用量为4.0%时,乳液的产率、平均粒径、表观黏度和稳定性达到最优,黏均分子量为2.43×10~6g/mol;OWPAM乳液的临界胶束缔合浓度(CAC)值为0.32%,当浓度大于CAC值后水溶液体系内的缔合形式以分子间缔合为主,OWPAM乳液在0.1%、流速10m/s时减阻率为72%。助黏剂TR-1质量分数为1.0%时可将0.5%水溶液黏度增加至160mPa·s,复配成的压裂液具有较好耐温耐剪切性、黏弹性和悬砂性,在APS质量分数为0.05%时,测试时间为2h压裂液可以完全破胶,能够达到压裂液的使用标准。

四元两性疏水聚合物溶液流变和减阻性能

为丰富和发展聚合物减阻体系,以丙烯酰胺(AM)、2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸(AMPS)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)、十六炕基二甲基烯丙基氯化铵(CDAAC)为单体合成出一种四元两性疏水缔合聚合物(PAADC),研究了其溶液的流变和减阻性能考察了不同浓度该聚合物溶液的流变特性,讨论了该聚合物体系的摩擦阻力系数和减阻率随广义雷诺数的变化关系,并对比了PAADC与AM/AMPS/DMAM形成的三元水溶性聚合物(队AD)的流变学和减阻效果。结果表明,聚合物体系具有良好的剪切稀释性,相同浓度PAADC溶液的触变性明显大于PAAD溶液;浓度为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%的PAADC体系,最大减阻率分别为32.29%、62.32%、69.52%和67.35%,证明队ADC溶液浓度显著影响溶液的减阻性能,其中0.3%PAADC体系的减阻效果较优。

耐高温压裂液增稠剂的制备及耐温构效关系

高温稳定性是疏水缔合聚合物压裂液最重要的性能之一。本试验用水溶液聚合制备了带有刚性侧基的疏水缔合聚丙烯酰胺(HACA),并研究了其流变性和耐温性。研究发现,4%(w)HACA水溶液在150℃、170s-1条件下剪切2h,表观粘度为99mPa.s;与普通聚丙烯酰胺(PAM)溶液相比,两者稀溶液特性粘数相近,而HACA半稀溶液表观粘度更高,说明HACA在水溶液中发生了疏水缔合作用;相对于普通PAM以及只含单一疏水基团或者刚性基团的PAM来说,HACA体系有更强的增粘能力、更快的粘度回复速度以及更好的高温稳定性。本试验的研究成果对疏水缔合型聚合物压裂液体系的开发研究工作有一定的指导意义。

AM/AA/SMA疏水缔合压裂液稠化剂的研究

疏水缔合聚合物具有独特的流变性、抗温和抗剪切性能,使其可以应用在油气开采领域。以甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)为疏水单体,以AM、AA为水溶性单体,采用胶束聚合法合成了疏水缔合聚丙烯酰胺(HAPAM)。实验确定了HAPAM的最佳合成条件,引发剂最佳用量为单体质量的0.3%,最佳pH值为6,最佳SMA用量为单体质量的0.4%,SDS的最佳用量为SMA质量的30%,链转移剂甲酸钠的最佳用量为2 mg/L。采用红外、荧光、紫外、旋转黏度计等仪器对产品进行分析,确定该HAPAM中存在疏水缔合基团,临界缔合浓度约为500 mg/L,产品具有较好的水溶性、增黏性和抗剪切性,其耐温性和抗盐性也较相同条件下合成的PAM有所改善。采用不同交联剂与该HAPAM进行交联反应,发现其与有机锆的交联性较好。分析认为该HAPAM存在作为压裂液稠化剂使用而进一步深入研究的重要意义。

新型疏水缔合聚合物压裂液破胶性能研究

性能良好的压裂液不仅要求具有良好的流变性能和悬砂性能等,还必须具有良好的破胶水化性能,以提高压裂液的返排率,减少对储层的伤害。该研究以过硫酸铵（APS）作为破胶剂,探讨了疏水缔合聚合物压裂液（SRFG）破胶液粘度随破胶温度、破胶时间和破胶剂浓度的变化规律;研究了破胶液的表面张力随破胶温度和破胶剂浓度的变化规律;最后比较了三种不同聚合物压裂液的破胶性能。结果表明：单一使用过硫酸铵,保持其浓度0.05%和破胶时间0.5-2h不变,SRFG压裂液最低破胶温度为60℃;随着过硫酸铵浓度和破胶温度增加,破胶变得更加彻底,更有利于降低破胶液表面张力;SRFG压裂液与市售A和B聚合物压裂液的破胶性能相当,SRFG压裂液返排效果优于A、B聚合物压裂液。

非交联缔合结构压裂液新型增黏辅剂优选与性能评价

研究了以疏水缔合聚合物GRF-1H为稠化剂的非交联缔合结构压裂液基液与疏水尾基碳原子个数分别为6、10、14的新型非离子表面活性剂(GS-1、GS-2、GS-3)复配后体系表观黏度的变化规律,优选出了适用于该压裂液的增黏辅剂GS-3;确定了该辅剂的最佳浓度及适用温度范围;评价了其对压裂液基液黏性及黏弹性的影响。实验结果表明,加入微量(0.03%率0.05%)GS-3即可大幅提升基液表观黏度,其最佳浓度为体系峰值表观黏度对应的浓度,适用温度范围为30率90℃;在测试浓度范围内,随GS-3浓度增加,体系表观黏度先增大后减小,变化趋势符合Biggs三阶段模型;温度从30℃增至120℃时,体系表观黏度先增大后减小,63℃下的增黏率最大(168%);GS-3还可大幅提升基液黏弹性,储能模量可提升1率10倍;使用GS-3作为增黏辅剂,可达到降低压裂液稠化剂用量的目的。

新型疏水缔合聚合物压裂液性能研究与现场应用

以SRFG-1增稠剂和SRFC-1交联剂工业品为研究对象,采用红外光谱法(IR)和核磁共振法(1 H NMR)表征了SRFG-1增稠剂分子结构;评价了SRFG压裂液体系的耐温耐剪切性能、静态悬砂性能和破胶性能;测定了破胶液的表面张力及残渣含量。结果表明:SRFG压裂液在90℃和120℃条件下具有良好的流变性能;24h和48h内的沉降速率分别为1.2×10-4 mm/s和3.7×10-4 mm/s;在60℃,破胶剂加入量为0.04%条件下,2h即可破胶,破胶液黏度为4.87mPa·s,破胶液表面张力为27.28mN/m,破胶液残渣为46mg/L;在80℃,破胶剂加入量为0.01%条件下,1h即可破胶,破胶液黏度为3.84mPa·s,破胶液表面张力为26.5m N/m,破胶液残渣为60.3mg/L。最后将SRFG压裂液成功应用于青海民和盆地红6井和红7井,最高砂比为25%。

新型耐温抗盐疏水缔合聚合物的制备及性能

以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、两性甜菜碱单体(MADPS)和油溶性双尾疏水单体(DiC12AM)为原料通过自由基聚合制备了一种疏水缔合聚合物HASPAM,通过单因素方法优化了制备条件,采用1H NMR和黏弹性测试等方法考察了HASPAM的性能。实验结果表明,HASPAM的最佳制备条件为:n(AM)∶n(AA)=4∶1,MADPS用量0.6%(x),DiC12AM用量0.2%(x),单体总用量30%(w),引发剂加量为单体总质量的0.15%,pH=7,25℃,4.0 h。在该条件下制备的0.4%(w)HASPAM溶液黏度为148.5 mPa·s,临界缔合浓度约为400 mg/L,在140℃、170 s^-1下剪切120 min后黏度保持在63 mPa·s。HASPAM的抗盐性能较好,当过硫酸铵加量为0.08%(w)时HASPAM溶液可完全破胶,且对岩心伤害最低为14.56%,可作为压裂液对储层进行压裂改造。