油酸酰胺丙基二甲基叔胺改性黄原胶溶液的流变特性

为改善黄原胶的流变性能,以油酸酰胺丙基二甲基叔胺与环氧氯丙烷为主要原料合成了长链疏水阳离子醚化试剂,并以此阳离子醚化试剂对黄原胶(XG)进行改性制得了长链疏水两性黄原胶(OD-XG)。研究并比较了OD-XG和XG溶液的流变特性,包括稳态黏度、流动曲线、触变性及黏弹性,并进一步研究了其耐温耐剪切性和破胶性能。研究结果表明,OD-XG溶液的黏度较XG显著增加,质量分数为0.6%的OD-XG溶液的黏度(237.97 mPa·s)比XG溶液黏度(74.12 m Pa·s)增大了221%;XG和OD-XG溶液的流动曲线可用非线性共转Jefferys本构方程描述;OD-XG溶液的黏弹性及触变性较XG溶液均显著提高;OD-XG溶液的耐温性能提高,80℃恒温剪切90 min后,质量分数0.4%的OD-XG溶液的保留黏度(70.10 mPa·s)约为XG溶液保留黏度(35.14 mPa·s)的2倍。破胶过程流变性研究结果表明,加入破胶剂过硫酸铵后OD-XG溶液的破胶情况良好。     

芥酸酰胺丙基二甲基叔胺改性纤维素溶液的 流变性能与交联性能

为了改善纤维素溶液的增稠能力和交联性能,合成了一种新型疏水醚化改性剂(3-氯-2-羟丙基芥酸酰胺醋酸铵),并采用该改性剂对羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)进行疏水改性,首次制得了芥酸酰胺丙基二甲基叔胺疏水改性纤维素(ED-CMHEC),研究了CMHEC和ED-CMHEC溶液的流变性能(表观黏度、流动曲线、触变性和黏弹性)和交联性能。研究结果表明,改性后ED-CMHEC溶液的表观黏度得到显著提升并表现出更显著的触变性与黏弹性。质量分数0.3%的CMHEC和ED-CMHEC溶液在30℃、170 s~(-1)的表观黏度分别为18 mPa·s和71mPa·s,后者较前者提高了2.94倍。不同质量分数(0.3%数0.5%)的CMHEC和ED-CMHEC溶液均表现出剪切变稀性质,其流动曲线可用Cross模型进行描述。有机锆交联剂FAC-201加量为0.2%时,质量分数0.3%ED-CMHEC溶液交联形成凝胶的黏度是改性前的2.4倍,表现出更强的交联性能。图9表4参22     

油酸酰胺丙基二甲基氧化胺压裂液稠化剂的性能研究

油酸在170℃、Na OH催化剂条件下与二甲氨基丙胺缩合生成中间体,在55℃条件下与30%过氧化氢氧化生成油酸酰胺丙基二甲基氧化胺,总转化率为97%。使用质量分数为1.5%~3%的油酸酰胺丙基二甲基氧化胺及助剂配制的清洁压裂液,在170 s-1、80℃条件下剪切1 h,黏度在50~150 m Pa·s之间;使用质量分数为3%的清洁压裂液在170 s-1、100℃下剪切1 h,黏度达到30 m Pa·s。由于氮氧键之间为配位共价键,具有较大的偶极矩,极性大,增稠能力强。利用裂缝导流实验装置,分别通10 PV 2%油酸酰胺丙基二甲基氧化胺清洁压裂液及羟丙基瓜胶压裂液破胶液,它们对裂缝导流能力的伤害率分别为13%和90%,清洁压裂液对裂缝导流能力伤害小。清洁压裂液与煤油按质量比为10∶1混合,在40℃破胶0.5 h,破胶液黏度为2.71 m Pa·s,破胶彻底。     

硼交联羟丙基瓜尔胶压裂液的综合性能

评价了有机硼交联的羟丙基瓜尔胶压裂液体系的延迟交联特性、耐温性、耐剪切性、流变性、粘弹性、破胶特性、滤失性能、残渣含量及对地层的伤害。该压裂液体系具有可控制的延迟交联作用、良好的耐高温和剪切恢复特性、快速破胶、助排能力和携砂能力强、储层伤害小等特点,可满足低、中、高温油气藏压裂的需要,能取得良好的施工和增产效果。     

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65.31降至58.22 mN/m,由24.79降至18.35 mN/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(≥300 mPa.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(170 s-1)120 min,仍保有较高黏度(~125和~95 mPa.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(412 mPa.s)保持率分别为90.3%、76.2%,加入0.4、0.5、0.6 g/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20 h以上可完全破胶。图2表6参9。     

羟丙基胍胶压裂液研究及应用

针对江汉油区存在低渗、低压、低饱和油藏，着重论述了羟丙基胍胶压裂液的基本性能，从配液、施工、排液等方面，分析讨论该压裂液应用情况，表明羟丙基胍胶压裂液耐温、抗剪切、残渣低、易破胶返排，防膨伤害小，增油效果好，适用于深井、低渗透、低饱和油田压裂。     

超临界C02／胍胶泡沫压裂液流变特性研究

泡沫压裂在提高低渗砂岩和碳改盐储层的油气产量方面取得了权其显著的效果,得到了广泛应用。但过去针对C02泡沫压裂液的实验研究大多压力较低,C02处于气体状态,而在实际压裂工艺中对C02泡沫压裂液来说,C02常处于超临界状态。为了更好地预测压裂效果,对处于超临界状态时的C02沫压裂液的流变参数进行研究就显得很有必要。为此,建立了一套大型的高压、高温实验系统,利用管式流变仪来研究实际压裂条件下C02泡沫压裂液的流变特性。结果表明：该压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型处理;通过数据处理得到了该压裂液在不同压力、温度和泡沫质量下的有效粘度、流变指数和流变系数;并详细研究了压力、温度和泡沫质量对泡沫压裂液有效粘度、流变指数和流变系数的影响。     

羧甲基羟丙基胍胶酸性压裂液体系的制备及性能

为了改善羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)酸性压裂液性能,满足高温深井储层压裂改造需求,合成了一种有机交联剂,形成了组成为0.3%数0.6%CMHPG+0.6%数1.0%有机交联剂ZJ-1+0.6%交联调节剂TG-1+0.2%黏土稳定剂NW-1+0.3%高效增效剂G-ZP+0.05%APS的酸性压裂液体系,考察了该压裂液体系的耐温耐剪切性能、黏弹性、滤失性能、破胶性能和岩心基质损害率。研究结果表明,CMHPG加量为0.6%、交联剂ZJ-1加量为0.75%的压裂液体系在130℃、170 s~(-1)连续剪切90 min,冻胶的黏度大于200 mPa·s,150℃、170 s~(-1)连续剪切90 min,冻胶黏度大于100 mPa·s,表现出良好的耐温耐剪切性;CMHPG加量为0.3%的酸性压裂液冻胶的G'/G"值大于4,结构黏度强,携砂性能好;在90℃、破胶剂加量0.05%的情况下可实现1.5 h内破胶,破胶液黏度小于3 mPa·s,破胶液残渣含量为157 mg/L,对钠膨润土的防膨率为93%,表面张力23.9 mN/m,与煤油间的界面张力为0.85 mN/m;压裂液滤失量低,滤液对储层岩心基质渗透率伤害率约16%,对储层的伤害较小。该CMHPG酸性压裂液体系在某盆地页岩油探井进行了现场应用,取得了良好的应用效果。图3表7参10     

纳米二氧化硅交联剂的合成及其交联形成羟丙基胍胶压裂液的性能研究

利用Stber法制备了单分散二氧化硅颗粒,对纳米二氧化硅表面进行化学修饰,合成了新型纳米二氧化硅有机硼交联剂。对合成的纳米交联剂的性能进行了评价,并对其交联的低浓度羟丙基胍胶压裂液的延迟交联性能、耐温耐剪切性能、破胶性能、滤失性能等进行了研究。纳米二氧化硅交联剂交联的0.25%羟丙基胍胶压裂液,随着交联比变化,延迟交联时间在80~130s可调,并且耐温性能最高可达120℃。证明通过简单方法合成的纳米二氧化硅交联剂具有优良的性能,可有效交联低浓度羟丙基胍胶压裂液。     

低浓度羟丙基胍胶压裂液交联剂合成与性能评价

为进一步降低有机硼交联的羟丙基胍胶压裂液对地层和支撑裂缝导流能力的伤害,通过室内实验合成了一种新型树枝状有机硼交联剂。最佳合成条件为:硼酸15%,树枝状大分子G1 6%,配体用量25%,催化剂用量0.4%,反应温度100℃,反应时间4h。该树枝状状有机硼交联剂在0.2%~0.25%的羟丙基胍胶条件下,耐温温度为120~150℃,并且0.2%的羟丙基胍胶压裂液在80℃条件下,剪切120min黏度保持在100mPa·s以上,证明通过新方法合成的树枝状交联剂交联的超低浓度羟丙基胍胶具有良好的耐温耐剪切性能。     

十二叔胺改性瓜尔胶交联过程的流变性质

为提高瓜尔胶交联凝胶的强度和流变性能,用十二叔胺和环氧氯丙烷对羟丙基瓜尔胶进行疏水改性,制得羟丙基瓜尔胶衍生物(DA-HPG)。用有机锆交联剂与改性前后的瓜尔胶交联,研究了基液质量分数、p H值、温度、剪切速率对交联过程的影响。结果表明,在实验范围内,剪切交联过程的稳态黏度随基液质量分数增大、温度升高、pH值增大、剪切速率减小而增大;0.3%DA-HPG适宜的交联条件为基液pH=10.8数11.0、温度30℃、0.2%交联剂加量。流变动力学模型可较好地描述交联过程。对改性前后的0.3%的瓜尔胶溶液及交联凝胶进行流变学测试,改性后体系的黏弹性、黏温性均有大幅提升,分子分解温度提高,结构更加稳定。图11表5参19     

三乙醇胺改性羟丙基瓜胶溶液流变性能

以三乙醇胺改性羟丙基瓜胶为稠化剂,三异丙醇胺/乳酸/丙三醇有机锆为交联剂,获得了交联凝胶。研究了交联凝胶流变性能及改性羟丙基瓜胶溶液交联过程流变性能,获得了黏度和黏弹性模量随时间的变化关系,考察了温度对交联过程的影响;并首次应用核磁共振成像分析仪研究了静态交联过程溶液性能,获得了弛豫时间随时间的变化关系。结果表明,交联凝胶具有明显的黏弹性和触变性,携砂性能良好;三乙醇胺改性羟丙基瓜胶溶液交联过程中黏度及黏弹性模量随时间的变化曲线可用4-参数交联过程流变动力学模型描述; 4-参数静态交联过程动力学方程能较好地描述静态交联过程中弛豫时间随时间的变化关系,模型参数具有明确的物理意义。     

三乙醇胺改性羟丙基瓜胶溶液流变性能

以三乙醇胺改性羟丙基瓜胶为稠化剂,三异丙醇胺/乳酸/丙三醇有机锆为交联剂,获得了交联凝胶。研究了交联凝胶流变性能及改性羟丙基瓜胶溶液交联过程流变性能,获得了黏度和黏弹性模量随时间的变化关系,考察了温度对交联过程的影响;并首次应用核磁共振成像分析仪研究了静态交联过程溶液性能,获得了弛豫时间随时间的变化关系。结果表明,交联凝胶具有明显的黏弹性和触变性,携砂性能良好;三乙醇胺改性羟丙基瓜胶溶液交联过程中黏度及黏弹性模量随时间的变化曲线可用4-参数交联过程流变动力学模型描述; 4-参数静态交联过程动力学方程能较好地描述静态交联过程中弛豫时间随时间的变化关系,模型参数具有明确的物理意义。      

羟丙基胍胶压裂返排液的循环利用技术

随着油气储层压裂改造技术的广泛应用,压裂用水短缺和压裂返排液的有效处理已成为油气田亟待解决的问题。为了缓解新疆油田油田压裂用水与降低返排液处理成本,开展了羟丙基胍胶压裂返排液的循环利用技术研究。研究结果表明,电解氧化处理可实现返排液的快速降黏与杀菌,然后利用气浮、沉降等方式即可将返排液中的悬浮物有效去除。通过调节处理后返排液的pH至6.5左右,实现了羟丙基胍胶粉在返排液中的分散起黏,即快速配制羟丙基胍胶基液。通过引入0.05%数0.2%的缓交联剂葡萄糖酸钠,利用缓交联剂与残余交联剂之间的络合作用,有效解决由残余交联剂的引起的交联过快问题,返排液配制的压裂液交联时间可控制在10数120 s之间。通过添加稳定剂亚硫酸钠消除返排液中残余的破胶剂,有效提升了压裂液的耐温能力。利用该方法累计完成2.2万方返排液的处理,配制出的羟丙基胍胶冻胶压裂液应用于新疆油田75口井的压裂改造中,井底温度范围22数97℃,施工成功率100%。     

pH值对羟丙基胍胶压裂液性能的影响

为了弄清压裂液的 pH值在水力压裂施工不同阶段所起的作用, 开展了 pH值对羟丙基胍胶溶胀、 交联、 携砂、 破胶性能的影响研究。结果表明, pH=7～ 10时, 羟丙基胍胶在 20 min内完全溶胀; pH=11～14时, 羟丙基胍胶至少需要 50 min才能完成溶胀。Ostwald-Dewaele方程 能描述冻胶黏度随剪切速率变化关系, pH=7～12时的稠度系数较大, 大于16744 mPa· sn; pH=13～14时的稠度系数明显减小, 小于3130 mPa· sn。静态沉降实验表明, pH=9～12时的静态沉降速度较小, 为 1.31～5.94 mm/h; pH=7、 8、 13时的静态沉降速度较大, 大于 10.64 mm/h; pH=14时, 支撑剂 20 s内完成沉降。破胶实验研究发现, 冻胶在 pH=7～10时的破胶速度大于 pH=1～14时的破胶速度; pH=7～12时, 残渣含量较小, 为 400 mg/L左右。满足各施工阶段的 pH值范围为9～10。图5表2参12     

磺化腐植酸/胍胶压裂液的制备及其性能研究

采用亚硫酸钠对腐植酸进行磺化改性,磺化腐植酸（SHA）与羧甲基胍胶（CMGG）混合后,加入有机锆交联形成新型耐温耐盐型压裂液凝胶（SHA/CMGG）,并研究了压裂液的应用性能。结果表明,SHA/CMGG凝胶比CMGG凝胶具有更好的黏弹性和悬砂能力,其中添加量0.3%SHA/CMGG压裂液性能最好,平均沉降速度为0.32 mm/min。由于磺酸根的引入,SHA/CMGG表现了优异的耐盐性,1%外加盐浓度下表观黏度下降率为50%。同时0.3%SHA/CMGG压裂液表现出良好的耐温耐剪切性能,在140 ℃和170 s?1剪切下,黏度为120 mPa·s,可保持60 min基本不变。破胶后,SHA/CMGG破胶液的黏度和岩心伤害性均变大,但增加量并不显著。通过SEM观察了压裂液作用过程的微观结构变化,SHA/CMGG凝胶具有致密的网状结构,对支撑剂的悬浮起着重要作用。      

羧甲基瓜尔胶水溶液流变特性研究

研究了羧甲基瓜尔胶水溶液的流变特性,考察了羧甲基瓜尔胶浓度、温度、pH值及外加NaCl浓度对羧甲基瓜尔胶水溶液表观黏度的影响.结果表明,羧甲基瓜尔胶水溶液表观黏度随浓度的增加而增大,随温度的上升而降低,随NaCl浓度的增加而明显降低,稳定的pH值范围为6～8.羧甲基瓜尔胶水溶液具有剪切变稀特性,溶液表观黏度随剪切速率的变化可用Ostwald-Dewaele方程描述;零切黏度可由Spencer-Dillon经验公式外推得出,其与温度的关系符合Arrhenius公式.羧甲基瓜尔胶水溶液具有一定的触变性和黏弹性,黏弹性随浓度的增加而增强.图10表2参16     

瓜胶压裂液体系示踪剂的筛选

在油气田开发过程中,多数油气井压裂通常是采取分段压裂,各层段一起合排,此过程目前常用总的返排量来判断整体压裂液的返排效果,而无法了解各个层段压裂液的返排情况。为了评价各层段压裂液的返排效果,可在各层段压裂过程中加入一定浓度的不同示踪剂,在返排时对压裂液返排液进行连续取样,检测返排液中各种示踪剂的浓度,从而判断各层段的返排效果,计算压裂液在地层中的残留量。而在压裂中所用示踪剂需要与压裂液配伍,对油田常用的几种示踪剂进行了实验评价。实验研究结果表明,小分子醇类和无机阴离子(SCN-和Br-)不适合作为瓜胶压裂液示踪剂,2种微量物质TA和TB与瓜胶压裂液配伍,不会对压裂液成胶和破胶产生影响,并且由于其在地层环境中有较低的吸附量,不会对定量测量造成影响,可初步选为压裂液示踪剂。     

油田采出水的改性及配制的胍胶压裂液性能

为提高油田采出水配制胍胶压裂液的黏度,用自制聚硅酸盐絮凝剂预处理油田采出水,再采用胺类螯合剂OM-002、含碘稳定剂P-104 和重金属锆化合物HZR-02 对其进行改性处理制备改性水,研究了OM-002、P-104 和HZR-02 对所配制胍胶压裂液黏度的影响。研究结果表明,与清水配制的压裂液相比,用预处理采出水配制压裂液的黏度大幅降低,而用改性采出水可以提高压裂液的黏度;OM-002、P-104 和HZR-02 三种添加剂复配使用的增黏效果好于单一添加剂,在OM-002、P-104、HZR-02 复配质量比为10∶2∶5 和65℃的条件下,复配改性剂可使压裂液黏度由改性前的74 mPa·s 增至306 mPa·s,并提高压裂液耐温耐剪切性能。图1表4 参15