酸性清洁压裂液的制备及其性能的研究

【摘要】：目前压裂技术和酸化技术是低渗油气田开发的主要手段，但是使用单一的技术手段难以有效的提高油气田的渗透率，达到理想的增产效果，因此制备了一种新型酸性清洁压裂液，将压裂液技术和酸化技术有机结合起来，在压裂的同时对地层进行酸化，同时解除近井地带的伤害，从而提高油气田的增产效果。 本文合成了三种粘弹性非离子表面活性剂，并以此为增稠剂制备了两种酸性清洁压裂液，对酸性清洁压裂液的性能进行了室内评价，结果表明： （1）表面活性剂的合成条件及性能：催化剂KOH的质量分数为0.3%，脂肪酸（硬脂酸、油酸、芥酸）与N，N-二甲基-1,3-丙二胺的摩尔比为1.2:1，反应温度为130~170℃，反应时间为6~8h。三种非离子表活剂（SCF-18、SCF-181、SCF-22）的临界胶束浓度为1.4×10~(-3)、1.0×10~(-3)、4.7×10-4mol/L；表面张力分别为41.02、41.09、38.71mN/m。 （2）以SCF-181：SCF-18为2.5:1的粘弹性表面活性剂为增稠剂VES-1、以NH_4Cl为无机盐反离子、冰乙酸为触发酸、并以NaHCO_3为起泡剂制备了一种微泡沫酸性清洁压裂液，其基本配方为3%VES-1+3%氯化铵+1.5%冰乙酸+0.5%NaHCO_3。研究发现该体系具有与较好的耐温耐剪切性能，当温度升到100℃、微泡沫体系的黏度60mPas以上，恒温剪切60min，体系的黏度变化不大；温度小于66℃时，储能模量大于耗能模量，说明体系的粘弹性较强；60、90℃下，石英砂在该体系的沉降速度分别为0.4016和0.7531mm/s，携砂性能良好且优于普通压裂液；加入5%的原油，60min即可破胶，破胶液黏度为1.35mPas，破胶液表界面张力为27.3mN/m和0.98mN/m，低于普通压裂液，提高破胶液的返排；通过化学反应，形成的CO_2微泡沫可以有效的降低压裂液的滤失量，通过聚集能量进一步提高返排率，降低对底层的伤害，改善压裂效果。 （3）以非离子表面活性剂（SCF-22）为增稠剂制备了一种强酸性清洁压裂液，具有较高的携酸能力，最高携酸量达30%；该酸性清洁压裂液具有较高的耐温耐剪切性能，当增稠剂的量为3%时，在120℃条件下随着剪切时间的增加，体系的黏度仍能保持在70mPas左右；同时该压裂液体系具有剪切稀释性、良好的粘弹性和触变性；酸性清洁压裂液的缓释性能良好，可以有效增加地层酸化的深度。 【关键词】：非离子表面活性剂 酸性清洁压裂液 CO_2微泡沫 流变
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE357;TE39
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 压裂液的概述13-15
• 1.1.1 压裂液的组成13
• 1.1.2 压裂液的性能13-15
• 1.2 压裂液的种类15-17
• 1.2.1 水基压裂液15-17
• 1.2.2 油基压裂液17
• 1.2.3 泡沫压裂液17
• 1.3 酸压技术概述17-20
• 1.3.1 压裂酸化工艺技术18-19
• 1.3.2 缓速酸化技术19-20
• 1.4 研究的目的与内容20-22
• 1.4.1 研究目的和意义20-21
• 1.4.2 研究的内容21-22
• 2 酸性表面活性剂清洁压裂液概述22-32
• 2.1 粘弹性表面活性剂的结构及压裂液种类22-25
• 2.1.1 表面活性剂结构22-23
• 2.1.2 粘弹性表面活性剂的压裂液体系23-25
• 2.2 粘弹性表面活性剂的聚集结构25-26
• 2.3 粘弹性清洁压裂液冻胶成胶及破胶原理26-28
• 2.3.1 粘弹性清洁压裂液成胶原理26-28
• 2.3.2 粘弹性清洁压裂液冻胶破胶机理28
• 2.4 粘弹性表面活性剂压裂液性能28-32
• 2.4.1 剪切稀释性28-29
• 2.4.2 粘弹性29-30
• 2.4.3 粘温特性30
• 2.4.4 携砂性能30
• 2.4.5 破胶性能30
• 2.4.6 滤失性能30-32
• 3 微泡沫酸性压裂液的制备及性能32-54
• 3.1 非离子表面活性剂的制备32-34
• 3.1.1 实验药品及仪器32-33
• 3.1.2 非离子表面活性剂的合成33-34
• 3.2 表面张力的测定34-35
• 3.3 SCF-18和SCF-181的红外表征35-36
• 3.4 非SCF-18和SCF-181的核磁表征36-37
• 3.5 SCF-18和SCF-181的表面活性37-39
• 3.6 微泡沫酸性清洁压裂液的制备及性能评价39-53
• 3.6.1 SCF-18与SCF-18质量比对压裂液表观黏度的影响41-42
• 3.6.2 增稠剂质量分数对压裂液黏度的影响42-43
• 3.6.3 不同的无机盐对体系表观黏度的影响43-44
• 3.6.4 不同质量分数的NH_4Cl对压裂液表观黏度的影响44-45
• 3.6.5 不同类型的酸对压裂液表观黏度的影响45-47
• 3.6.6 微泡沫冻胶与无泡沫冻胶的耐温性能47
• 3.6.7 微泡沫体系与无泡沫体系的耐温耐剪切性能47-49
• 3.6.8 模量与温度的关系49-50
• 3.6.9 粘弹性表面活性剂清洁压裂液的携砂性能50-51
• 3.6.10 酸性清洁压裂液的破胶性51-52
• 3.6.11 酸清洁压裂液的滤失性能52-53
• 3.7 本章小结53-54
• 4 酸性压裂液的制备及其流变性能54-68
• 4.1 SCF-22的合成54-56
• 4.1.1 实验药品及仪器54-55
• 4.1.2 SCF-22的合成55-56
• 4.2 SCF-22的红外及核磁表征56-57
• 4.3 SCF-22的表面活性57
• 4.4 酸性表面活性剂清洁压裂液的制备与流变性能57-65
• 4.4.1 体系的黏度与酸的浓度的关系58
• 4.4.2 SCF-22浓度对体系表观黏度的影响58-59
• 4.4.3 SCF-22浓度对体系耐温性能的影响59-60
• 4.4.4 酸性压裂液耐温耐剪切性60-62
• 4.4.5 剪切速率对表观黏度的影响62-63
• 4.4.6 体系模量与温度的关系63
• 4.4.7 体系模量与应变及频率之间的关系63-64
• 4.4.8 体系触变性能64-65
• 4.5 酸性压裂液的破胶性能及缓蚀性能65-67
• 4.5.1 酸性压裂液的破胶性65-66
• 4.5.2 酸性压裂液的缓释性能66-67
• 4.6 本章小结67-68
• 5 结论68-70
• 5.1 总结68-69
• 5.2 创新点69
• 5.3 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-77
• 攻读学位期间发表的学术论文目录77-78

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