【摘 要】
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水力压裂技术在油气田增产中不可或缺。其中,压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液,其性能决定了压裂施工的成败。传统水基压裂液,存在残渣含量高、抗剪切性差、对地层伤害大等缺点。而环境友好型清洁压裂液耐剪切、破胶残滞低,逐渐在新型水基压裂液中崭露头角。目前,已对清洁压裂液进行了大量改良实验。研究发现在粘弹性流体中添加纳米颗粒,能增强流体中胶束的交联成网结构,一定程度上能改善压裂液在中高温时粘度下降过
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水力压裂技术在油气田增产中不可或缺。其中,压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液,其性能决定了压裂施工的成败。传统水基压裂液,存在残渣含量高、抗剪切性差、对地层伤害大等缺点。而环境友好型清洁压裂液耐剪切、破胶残滞低,逐渐在新型水基压裂液中崭露头角。目前,已对清洁压裂液进行了大量改良实验。研究发现在粘弹性流体中添加纳米颗粒,能增强流体中胶束的交联成网结构,一定程度上能改善压裂液在中高温时粘度下降过快、滤失严重等问题。开发新型纳米改性清洁压裂液,拓宽清洁压裂液的应用范围,以期使环保、高效、经济的清洁压裂液在应用和推广上更具优势。本文从压裂液主剂的分子设计角度出发,以叔胺、盐酸二乙胺、环氧氯丙烷为主要原料,乙醇为溶剂,经开环和季铵化反应合成了一类三头基Gemini型表面活性剂（Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3）。对产物双[2-羟基-3-（N,N-二甲基-N-十二烷基）丙基]二丙基氯化铵（Ⅲ1）的合成条件采用正交实验进行优化。对该类Gemini表面活性剂活性物含量的分析表明,三种产物有效阳离子含量均大于84%。Ⅲ1,Ⅲ2和Ⅲ3的CMC值分别为1.7×10-4mol/L、1.3×10-4 mol/L 和 8.3×10-5 mol/L,相应的表面张力分别为 38.74 mN/m、36.95 mN/m、34.73 mN/m。三者的Krafft低,且热分解温度分别为162℃、187℃、194℃。合成的产物具有良好的表面活性、低温溶解性以及良好的热稳定性,能满足清洁压裂液主剂需要的性能要求。通过对压裂液体系的流变学研究,优选出纳米改性压裂液体系配方。筛选出体系VES-N,配方为:2.0 wt%Ⅲ3+0.8 wt%NaSal+0.6 wt%KCl+0.025 wt%Si02,溶液 pH=7。结合SY/T 6376-2008《压裂液通用技术条件》与SY/T 5107-2016《水基压裂液性能评价方法》,对VES-N体系综合性能进行评价。结果表明,在25℃、恒定剪切速率170 s-1条件下,体系耐温耐剪切温度为86℃。在86℃、定剪切速率170 s-1下剪切1 h,体系粘度维持在35.8 mPa·s。用煤油作破胶剂,体系破胶性能良好。80℃时,体系支撑剂沉降速率为0.126 mm/s。物理模拟实验表明,体系的滤失系数为4.247×10-4 m/min1/2,岩心基质损害参数为14.83%。体系的耐温耐剪切性能、粘弹性、携砂性、破胶性各项参数均满足行业标准。且将加入了 SiO2的体系VES-N与不加纳米粒子的空白体系作对比,结果表明,纳米粒子的加入能对胶束网络结构起到很好的增强作用,在适用温度下对系VES-N的长期热稳定性、粘弹性、携砂性的提升效果明显。
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