【摘 要】
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传统清洁压裂液所用的稠化剂存在合成过程复杂且产率较低,在中高温地层用量大、成本高的问题,限制了其大规模的生产应用。利用非共价键构筑的超分子体系避免了复杂的合成过程,且具有用量低、增粘效果好和粘度可调控的优点,具有广阔的应用前景。首先采用阳离子表面活性剂芥酸酰胺丙基叔胺(EA)与芳香酸构筑活性超分子体系,通过比较不同体系的外观和流变性能,对阳离子表面活性剂种类、芳香酸种类及其复配摩尔比进行了优选,然
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传统清洁压裂液所用的稠化剂存在合成过程复杂且产率较低,在中高温地层用量大、成本高的问题,限制了其大规模的生产应用。利用非共价键构筑的超分子体系避免了复杂的合成过程,且具有用量低、增粘效果好和粘度可调控的优点,具有广阔的应用前景。首先采用阳离子表面活性剂芥酸酰胺丙基叔胺(EA)与芳香酸构筑活性超分子体系,通过比较不同体系的外观和流变性能,对阳离子表面活性剂种类、芳香酸种类及其复配摩尔比进行了优选,然后借助冷冻透射电镜、动态光散射和表面张力测定等方法从微观角度揭示了此类活性超分子体系的增粘作用机理。随后,采用流变学方法研究了pH值和温度对优选超分子体系流变行为的影响,结合核磁共振氢谱和光学微流变等方法从微观层面揭示了活性超分子体系粘弹性的pH响应机理和温度影响机制,并优选出适用于清洁压裂液的超分子体系。最后,通过体系浓度优选、无机盐影响以及腐蚀性能评价,确定超分子清洁压裂液配方,并对该配方的耐温抗剪切性、粘弹性、携砂性、破胶性以及岩心伤害性等基本性能进行了系统研究。结果表明:在25℃、pH值为6.17条件下,芥酸酰胺丙基叔胺(EA)与苯二甲酸(PA)以摩尔比2:1复配构筑的o-EAPA、m-EAPA和p-EAPA活性超分子体系均具有极高的零剪切粘度和弹性。该类活性超分子体系中形成了“类双子”表面活性剂结构单元,分子排布更加紧密,从而表现出优异的增粘能力。pH值对三种超分子体系的粘弹性具有灵敏的循环可逆调控能力,这是由PA的电离作用和EA的可逆质子化作用引起的;由于三种体系均在pH值6.17处取得最高的粘弹性,因而确定为体系的最适pH值。温度的调节则对超分子体系的粘弹性能产生不同的影响。其中,o-EAPA中的蠕虫状胶束在高温下转变为低粘囊泡,而p-EAPA体系由于对苯二甲酸盐较差的溶解性在高温下依然具有很好的增粘性能,被优选为清洁压裂液主剂。性能评价结果表明,在170 s-1、90℃下持续剪切100 min后,配方为2%EA+0.391%p-PA的超分子清洁压裂液的粘度稳定在38 m Pa·s,具有良好的耐温抗剪切性、剪切恢复性和携砂性。使用煤油和乙醇均能使其快速彻底破胶,且其破胶液对岩心的伤害率仅为8.01%。该类超分子清洁压裂液的构筑方法简单、用量低且性能满足要求,作为一种理想的中高温地层低成本清洁压裂液,具有广阔的应用前景。
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