超分子凝胶压裂液研制与作用机理研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnaylz
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为解决现有粘弹性表面活性剂压裂液(VES)高温稳定性差、使用成本高和瓜尔胶压裂液残渣含量高、储层伤害性大的问题。本文依据超分子化学原理构建了以聚合物稠化剂(SMPT)与物理交联剂(PHCA)为主要成分的超分子凝胶压裂液,该压裂液在160℃、2小时、170s-1黏温实验后,黏度保持73.9m Pa?s。自行合成的聚合物稠化剂SMPT(Mv=200万Da),相比部分水解聚丙烯酰胺HPAM(Mv=1700万Da),具有更优的动态光散射粒径、屈服应力和悬砂能力。水解度为27.5%的SMPT使用浓度0.2wt%时,最佳减阻率为56.7%,并且能在高雷诺数下保持良好的减阻稳定性。SEM形貌显示0.6wt%SMPT溶液结构为聚合物带状网络,TEM微观结构表明0.02wt%的SMPT溶液已经形成“树枝状”的网络结构,SMPT与PHCA通过非共价键(氢键、配位键等)相互作用形成具有三维网状的“蜂巢结构”。通过对粘弹模量、屈服应力与支撑剂沉降速率和凝胶结构转变点的研究,证明了该“蜂巢结构”使超分子凝胶压裂液具有优良粘弹性和结构稳定性。通过对150℃、2小时170s-1黏温实验前后,测试样品的弹性模量(G′)、黏性模量(G″)、弹性因子(G′/G″)和弹性因子保持率((G′/G″)/(G′/G″))的数据分析,表明以SMPT与PHCA为主要成分的超分子凝胶压裂液,在150℃、2小时170s-1黏温实验后弹性因子保持率大于73.7%,说明由PHCA与SMPT相互作用所形成的“蜂巢结构”是该压裂液具有高温抗剪切性能的主要原因。流变与升温核磁研究表明,SMPT可通过长烷基疏水链与物理交联剂PHCA相互作用,使体系的活化能降低,抑制SMPT的高温剪切降解。本文提出的超分子凝胶压裂液体系的成胶机理为:水杨酸钠与表面活性剂EHSB的疏水缔合作用和静电作用促进形成胶束凝胶——物理交联剂PHCA。聚合物SMPT的疏水链通过疏水基的缔合作用嵌入到PHCA蠕虫状胶束内并形成强支化的超分子网络,聚合物链段间、蠕虫状胶束间通过分子间作用力、氢键等非共价键的作用发生物理交联,构建成立体的“蜂窝状结构”。同时分析了不同温度和不同PHCA浓度时的成胶过程。研究发现纤维贯穿“蜂巢结构”内部,可增强压裂液的网络结构强度,提高超分子凝胶压裂液的流变性能,但并不能改变超分子凝胶压裂液本身的剪切稀释行为。基于纤维加量和实验温度,依据幂律模型得到和稠度系数K、流动指数n相关的综合影响因子等式:X=fc0.1/T,可反映添加纤维后的超分子凝胶压裂液流变性随纤维浓度和温度的变化关系。超分子凝胶压裂液渗透率恢复值可达88.02%,支撑剂填充层导流能力伤害率13.09%。TEM微观结构显示SMPT破胶后的溶液不含固相颗粒残渣。
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