SPE07558 翻译

SPE87558缓蚀剂和表面酸之间的配伍性和相特征研究
摘要
性能优良的表面酸具有以下特征：耐热性，阳离子配伍性，在活性酸中具有低粘度但在废酸中具有高粘度，容易通过内部或者外部破坏被移动，对环境无害。

缓蚀剂必须加到酸液中以保护油井套管和使的铁的污染降到最低。

缓蚀剂通常是由可以明显影响表面酸特性的短链醇基（比如异丙醇）组成。

而且，缓蚀剂在评估酸液系统中扮演了相当重要的角色。

两种胺基氧化物表面活性剂（S和SW）在这项试验中被验证。

两种表面活性剂的组成是相似的，但是在表面活性剂SW中多了1,2个丙二醇。

三种含有一定量的丙炔醇的缓蚀剂（A,B和C）被测试。

然而，在缓蚀剂A中含有大量的异丙醇，在B中含有更多的丁醇。

高温高压井水下工具被用来测量表面水系统流变性（粘度，G’和G’’），活性酸和废酸从华氏75到300摄氏度在300psi.
结果显示缓蚀剂的加入到废酸中明显降低了弹性模量（G’）和粘性模量（G’’）.这两种表面活性剂使用的最高温度可达华氏220摄氏度。

和使用缓蚀剂B和C的表面酸对比，使用缓蚀剂A的表面酸具有更高的粘度，但是在华氏300
摄氏度很容易出现相分离。

虽然缓蚀剂B与表面活性剂具有配伍性，但会少量影响酸的流变性。

如果使用缓蚀剂C,含有表活剂SW的系统可以在高于华氏150摄氏度有效发挥效应，而混有S1的酸可以在低于华氏150摄氏度使用，Cryo-TEM研究表面缓蚀剂影响可以降低表观粘度的棒状胶体网络。

这个实验的结果可以运用到酸液添加物使氨基氧化酸发挥最大效应。

介绍
在过去几十年的时间里，表面酸被用来克服聚合物的潜在不理因素,z（Chang 等人2001；2002，Qu等人2002；Nasr-El-Din等人2003b, Fu and Chang 2005）.这些系统在基质酸化（Taylor 等人 2003; Al-Mutawa 等人2005; Nasr-El-Din 等人 2006; Lungwitz 等人 2007）和压裂酸化(Al-Muhareb 等人 2003;
Nasr-El-Din 等人 2003a)中被成功利用。

在油田中应用表面酸是很积极的(Samuel 等人 2003; Nasr-El-Din 和 Samuel 2007)。

在酸与碳酸盐岩反应后，在废酸中PH增加二价集中的阳离子（Ca (II) 和Mg (II)）增加。

两种因素影响表活剂分子组成长链棒状胶体以明显增加粘度和溶解性。

有必要把棒状胶体转化为球状胶体以破坏稠化酸。

这些可以在注水井中通过
注水降低盐和/或表活剂含量成功。

在水井和油井中碳水化合物相可以用来破坏表活剂冻胶。

外部的（互溶剂）和内部破坏也可以成功破坏棒状胶体(Nelson等人2005; Crews 2005; Crews 和Huang 2007)。

缓蚀剂加到表面酸中以保护油管和放置铁的污染。

Nasr-El-Din等人(2008) 和Li 等人(2010)报道了加入到表面酸中的缓蚀剂的添加物可以明显降低体系的粘度。

而且，还会影响表活剂和酸液添加物的配伍性。

缓蚀剂是由可以明显影响表面酸流变性的短链醇基组成的。

本文的研究对象是测试缓蚀剂是如何影响表活剂性能和介绍针对某一特定表活剂如何选择缓蚀剂。

Cryo-TEM研究被用来检测缓蚀剂对棒状胶体地层的影响。

实验部分
药品：在本文中两种粘弹性的表活剂（氨基氧化物）系统被用来研究：表活剂S和表活剂SW。

对于其中每一个表活剂系统，都是两性表活剂和溶液。

两种表活剂S和SW的活性分别是50%和40%。

盐酸和已电离水被用来制作酸液溶质。

酸液含量由1N的NaOH来滴定。

用到三种缓蚀剂（A，B和C）。

表活剂和缓蚀剂的组成在表一中查到。

应该说表活剂SW比表活剂S多了1,2个丙羟基。

针对以上组成，我们可以推测那些缓蚀剂含有丙炔醇，然而，在缓蚀剂A中有更多的短链醇基（比如异丙醇），缓蚀剂B中含有更多的丁醇。

流体系统：本文中的大多数试验是用20 wt% HCl，4-6vol 粘弹性表活剂（含量根据不同的添加剂）和1vol% 缓蚀剂。

酸溶质和多种添加剂是现成的，比如说最终酸含量是20 wt%。

活性表面酸。

活性酸（200g）是由4-6 vol%粘弹性表活剂和HCl混合得到的，接下来最终溶质是由稀释的电离水和1 vol%的缓蚀剂混合得到的。

用了各种办法来保证没有铁的污染。

废酸。

碳酸钙被小心加入到20 wt% HCl中和直到pH在4-5.接下来缓蚀剂加到废酸中。

搅拌机用来混合各种溶质。

最后一种添加剂被加入后要开苏加入粘弹性的表活剂。

整个混合物在高速剪切速（~4000rpm）下搅拌1~2分钟。

除去气泡。

混合后的粘弹性的活性酸和废酸中出现了不可忽视的气泡。

这些气泡通过2500 rpm离心分离三十分钟去除。

仪器：格雷斯仪器M5600高温高压流变仪是用来测量在不同条件下活性酸和废酸的流变性。

耐酸的湿材料是镍基合金 C-276.流变仪可以在温度高达华氏500摄氏度，剪切速率高达 0.00004到1870s-1测量粘弹性。

AB5摆锤用来保证样
品体积52 cm3。

300psi的压力用来使样品的蒸发量达到最小，尤其是在高温。

猎星950分析滴定仪用来测量HCl的含量。

离心机使用国际通用的Z206A。

结果讨论：
在水中氨基氧化物表活剂的表观粘度
表一显示在溶质中含有4-5 vol%粘弹性表活剂剪切速率10sec–1压力300psi 下表观粘度是温度的函数。

也就是说系统中的活性成分和4 vol%表活剂S等于5 vol%表活剂SW酸中的。

很明显，表活剂S的水系统比表活剂SW溶质具有更高的粘度。

原因可能是表活剂SW中含有多的1,2个丙二醇基。

对于两种水系统，表观粘度增加并且达到最大。

最大值接近达到室温下最大值的两倍。

在温度升到华氏195摄氏度后表观粘度迅速降低。

在该温度下，溶质的表观粘度跟水差不多。

报道说在一定温度下表观粘度的降低和溶质粘弹性的表活剂有关
(Nasr-El-Din 等人2008)，更可能发生在一定温度下胶体形状的改变。

在活性酸中氨基氧化物表活剂的表观粘度
不同含量的HCl可以导致在活性酸中表活剂具有显著不同的表观粘度(Nasr-El-Din等人2008; Li 等人2010)。

表2-3表明在不同HCl含量下表观粘度是如何变化的。

对于用4vol%表活剂S和1vol%缓蚀剂A制成的活性酸（表2），结果表明溶质中有更高HCl（18到28wt%）含有稍微高点的粘度。

更高的粘度改变发生在中等HCl含量（8到15wt%）.可以看出含有12wt%HCl的酸液有最高的表观粘度。

然而，相分离出现在HCl含量减少4-7wt%。

均匀粘弹性溶质在低含量HCl中得到（1到3wt%），然而，在HCl含量低于1wt%时粘度急剧降低。

表三显示表活剂SW制成的活性酸含有相同的趋势，尽管使用不同含量表活剂含量（5-6vol%）和缓蚀剂（B/C）。

HCl含量高于15wt%或者低于1wt%都会出现低粘度。

然而，当HCl含量在3-12wt%时活性酸的表观粘度明显增加。

最高的表观粘度是在HCl含量在5wt%。

和表活剂S和缓蚀剂A制成的系统比较，在盐酸中表活剂SW和缓蚀剂B/C有更好的配伍性：无论使用多少含量的盐酸活性酸都是均匀的。

而且，也可以说更多表活剂AW可以产生更高的表观粘度。

在废酸中的氨基氧化物的流变性
缓蚀剂对基于表面酸的废酸的影响：在剪切速率为10 s-1和300 psi 时废酸的流变性是关于温度的函数。

废酸样品从室温加热到华氏250摄氏度。

表4和表5表面了表面酸废酸有和无缓蚀剂的差别。

可以看出来，系统没有任何缓蚀剂的表观粘度比含有缓蚀剂的表观粘度高很多，尤其是在高温下。

缓蚀剂对G’ and G’’的影响：以下做了对废酸的振荡试验。

在振荡频率为1Hz和300psi条件下G’(弹性模量)和G’’（粘性模量）是关于温度的函数。

表6和表7表面缓蚀剂酸液添加剂对G’和G’’具有显著的影响。

可以看出来，在华氏130-190摄氏度对于没有加入任何缓蚀剂的废酸具有更高的弹性而不是粘性。

然而，对加入缓蚀剂的废酸，粘性模量在任何温度下都比弹性模量更高。

一句话，缓蚀剂的酸液添加剂对它的流变性能具有显著影响，而且，必须在缓蚀剂投入油田使用之前就仔细验证缓蚀剂的影响。

缓蚀剂对胶体结构的影响：Cryo-TEM实验室用含有5vol%表活剂SW 的废酸进行的。

样品在实验之前用液氮冷却。

表8a显示有大量的长达100nm的卷形胶束，然而很少的胶束被观察到来证实缓蚀剂C的酸液添加剂能阻止棒状胶体地层，使表观粘度更小。

配伍性试验：六组用不同表活剂和缓蚀剂的试验。

表9表明六组样品怎么看起来就像加热过的。

结果表明只要使用过缓蚀剂A的表面酸，两种相界面在250F就出现分离。

另一方面，缓蚀剂B和C跟氨基氧化物表活剂（S和SW）具有更好的配伍性。

在蒸发过程中没有发现不互溶的流体出现，但几天过后，使用表活剂S的废酸出现相分离现象。

因此，使用表活剂SW和缓蚀剂B/C的废酸在高温下是最稳定的系统。

缓蚀剂对基于表活剂S的废酸的影响：表11表明缓蚀剂A是如何影响氨基氧化物废酸的表观粘度的，可以看出来，对于使用同等用量缓蚀剂A的废酸，使用4vol%表活剂S的废酸比使用5vol%表活剂SW具有更高的表观粘度，尽管两者的活性成分是相同的。

缓蚀剂对基于表活剂SW的废酸的影响：表12显示了缓蚀剂B和C 对含有6vol%表活剂SW的废酸的流变性的影响。

正像前面表9提到的，这些废酸是最稳定的系统具有最高的配伍性。

结果表明使用缓蚀剂C的的废酸有更好的表现：比使用缓蚀剂B的系统具有更高的表观粘度。

这可以用缓蚀剂B中过量的丁醇的逆向效应来解释。

最高的表观粘度是在735cp温度160F。

缓蚀剂C对氨基氧化物废酸的影响：表13显示1vol%缓蚀剂C是如何影响氨基氧化物废酸的表观粘度的。

上述所有的酸液系统都有表观粘度随温度变化的趋势。

粘度都随温度升高达到最大，然后降低。

不同的是最大值跟系统流变性能的不同有关。

表13表明使用缓蚀剂C,含有5-6vol%表活剂SW的废酸可以在低于150F发挥作用，然而，使用5-6vol%表活剂SW的废酸可以再高于150F下使用。

热力学稳定性：研究表面酸酸液的热力学稳定性是必要的。

在高温下酸液的粘度必须保持一定时间以保证酸化操作。

表14表明在温度150F到190F，剪切速率为10 s-1 and 300 psi下废酸（含有5vol%表活剂SW和1vol%缓蚀剂C）的表观粘度随时间改变。

结果表明，毫无疑问废酸的表观粘度可以保持100分钟。

系统具有热力学稳定性可以在油田使用。

结论：在该章节中讨论了缓蚀剂对氨基氧化物表面酸的流变性的影响。

三种不同的缓蚀剂和两种氨基氧化物表活剂被用来测试。

根据得到的结果，可以得出以下结论：
1、跟使用缓蚀剂B或C的表面酸对比，使用缓蚀剂A制得的酸具有更
高的表观粘度，但是更低的热力学稳定性。

2、尽管缓蚀剂B跟表活剂具有很好的配伍性，但它会少量的影响表
面酸的流变性。

3、Cryo-TEM试验表明缓蚀剂的酸液添加剂阻止棒状胶体地层。

4、如果使用缓蚀剂C制得的表面酸，用表活剂SW的系统可以在大于
150F下有效；然而使用表活剂S的酸液可以再150F下有效。

5、使用5vol%表活剂SW和1vol%缓蚀剂C的废酸在高温下具有热力学
稳定性。

毫无疑问，表观粘度可以再150到190F保持100分钟。

表1 氨基氧化物表活剂表观粘度与温度的关系
表2 HCl含量对含有4vol%表活剂S和1vol%缓蚀剂A的活性酸的影响
表3 HCl含量对含有5vol%表活剂AW的活性酸的影响
表4 HCl含量对含有4vol%表活剂S的废酸的影响
表5 缓蚀剂C对含有5vol%表活剂SW的废酸的影响
表6 缓蚀剂A对含有4vol%表活剂SW的废酸的G’和G’’的影响
表7缓蚀剂C对含有5vol%表活剂SW的废酸的G’和G’’的影响
表8a 只含有5vol%表活剂SW的废酸样品的TEM影像
表8b 只含有5vol%表活剂SW和1vol%缓蚀剂C的废酸样品的TEM影像
表9 缓蚀剂跟表活剂的配伍性
表10 缓蚀剂对表活剂S的废酸的影响
表11 缓蚀剂对氨基氧化物表活剂的废酸的影响
表12 缓蚀剂对表活剂SW的废酸的影响
表13 缓蚀剂C对氨基氧化物表活剂的废酸的影响
表14 含有5vol%的表活剂SW和缓蚀剂C的废酸的热稳定性。