耐温耐盐低伤害压裂液聚合物稠化剂
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｕｓｅｄ ａｓ ｍｏｎｏｍｅｒｓ ｔｏ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ ＪＡＳ－ ３ ｗｉｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ， ｓａｌｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ
ｄａｍａｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｄｏｓａｇｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ｐｏｌｙｍｅｒ
聚合物改性，聚合物压裂液可适用于 １８０ ℃ 以上地
评价。
上，但其耐盐性较差，对储层的伤害较大。 通过对
层，且对储层伤害较小，但在聚合物压裂液中加入
大量无机盐制备加重压裂液的研究鲜有报道。 针
对塔里木库车山前区块地质特点和压裂施工要求，
需要研制一种耐温性能及携砂性能好，低伤害，耐
盐性好 （ 能通过加入无机盐 ＮａＢｒ 形成 加 重 压 裂
作者简介：张伟（１９８６—） ，男，高级工程师，２０１０ 年毕业于中国石油大学（ 北京） 石油工程专业，２０１３ 年毕业于该校油气井工程专业，获硕士学位，现从事试
油完井工具工艺方面的研究工作。
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
１６０
第 ２９ 卷
特种油气藏
ＤＯＩ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １００６－６５３５ ２０２２ ０６ ０２０
耐温耐盐低伤害压裂液聚合物稠化剂
的研制及应用
张 伟，任登峰，周 进，刘 爽，王 艳，王 桥
（ 中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 ８４１０００）
摘要：塔里木库车山前区块属于超深高温高压区块，具有埋藏深、温度高、地层压力高的特点，
ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ： Ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＪＡＳ－３ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｔｅｍｐｅｒａ⁃
ｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ， ｓａｎｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ． Ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ＮａＢｒ ｗｉｔｈ ａ
井，取得了良好的增产效果。 ＪＡＳ－３ 稠化剂的研制对于超深高温高压区块的压裂具有重要的
借鉴意义。
关键词：压裂液；聚合物稠化剂；耐温；耐盐；低伤害；塔里木
中图分类号：ＴＥ３５７ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号： １００６－６５３５（２０２２）０６－０１５９－０６
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ ｆｏｒ
ａｎｄ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ． Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｌｏｃｋｓ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｋｕｑａ Ｐｉｅｄｍｏｎｔ Ｂｌｏｃｋ ｉｎ Ｔａｒｉｍ ｉｓ ａｎ ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｌｏｃｋ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｅｅｐ ｂｕｒｉａｌ， ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ｓｏ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄｓ ａｒｅ
品，邹平铭兴化工有限公司；有机硼、有机锆交联
剂，广东翁江化学试剂有限公司；２０ ～ ４０ 目陶粒，美
国卡博公司。
ＨＡＡＫＥ 流变仪，赛默飞世尔科技；ＨＪ － Ｍ６ 磁
力搅拌水浴锅，上海赫田科学仪器有限公司；ＤＶ２Ｔ
黏度计，美国博勒飞公司。
７５ ００
６５ ００
５ ００
１５ ００
２５ ００
ＡＥＭＳ
０ １０％，链转移剂（ 甲酸钠） 质量分数为 ０ １０％，反
砂性能、耐温性能、耐盐性能等进行了研究。
制 ＡＰＴＡＣ 和 ＡＭ 的用量合成不同性能的稠化剂
烯酰胺（ ＡＭ） 、三甲基 （ ３ － 丙烯酰胺丙基） 氯化铵
（ ＡＥＭＳ） 反应得到聚合物稠化剂 ＪＡＳ － ３，并对其携
１ 实验部分
在 ＡＥＭＳ 质量分数为 １０ ００％，引发剂质量分数为
伤害性能，加入质量分数为 ３０％ ～ ４０％的 ＮａＢｒ 后，在温度为 １８０ ℃ 、转速为 １７０ ｒ ／ ｓ 下，黏度仍
能保持在 ８５ ｍＰａ·ｓ 以上；聚合物压裂液具有较大的弹性模量、较小的黏性模量，刚度更大，携
砂性能好，同时破胶后残渣含量低，对储层伤害小。 该压裂液在塔里木库车山前区块实验 ６ 口
１０ ００
稠化剂溶液黏度 ／
（ ｍＰａ·ｓ）
５３ ２
５６ ６
６０ ８
５８ ４
５７ ３
加，稠 化 剂 溶 液 黏 度 呈 先 增 大 后 减 小 的 趋 势， 当
ＡＭ、ＡＰＴＡＣ、ＡＥＭＳ 质量比为 １５ ∶ ３ ∶ ２ 时，稠化剂
溶液黏度最大，为 ６０ ８ ｍＰａ·ｓ，即确定 ＡＭ 和 ＡＰ⁃
ｌａｒｇｅｒ ｒｉｇｉｄｉｔｙ， ｇｏｏｄ ｓａｎｄ － ｃａｒｒｙｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， ａｎｄ ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｉｔ ｈａｓ ｌｏｗ ｒｅｓｉｄｕｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｇｅｌｏｕｔ， ｃａｕｓｉｎｇ
ｓｍａｌｌ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ． Ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎ ６ ｗｅｌｌｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｋｕｑａ Ｐｉｅｄｍｏｎｔ Ｂｌｏｃｋ ｉｎ Ｔａｒｉｍ，
ｎｏｔ ｆａｖｏｒａｌｏｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｂｌｏｃｋ． Ｔｏ ｔｈｉｓ ｅｎｄ， ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ （ ＡＭ） ， ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ （３－ａｃｒｙｌ⁃
ａｍｉｄｏｐｒｏｐｙｌ） ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ （ ＡＰＴＡＣ） ， ３ － ａｃｒｙｌｏｙｌｅｔｈａｎｏｌ － ３ － ｍｅｔｈｙｌｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ （ ＡＥＭＳ） ｗｅｒｅ
ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ３０％ ｔｏ ４０％， ｉｔｓ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｃａｎ ｓｔｉｌｌ ｂｅ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ａｂｏｖｅ ８５ ｍＰａ·ｓ ａｔ ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ １８０ ℃ ａｎｄ
ａ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｏｆ １７０ ｒ ／ ｓ． Ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ， ａ ｓｍａｌｌ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌｕｓ， ａ
应温度为 ３０ ℃ ，反应时间为 ３ ０ ｈ 条件下，通过控
（ 表 １） 。 由表 １ 可知：随着 ＡＰＴＡＣ 与 ＡＭ 的比例增
表 １ ＡＰＴＡＣ 和 ＡＭ 用量对溶液黏度的影响
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＡＰＴＡＣ ａｎｄ ＡＭ ｄｏｓａｇｅ ｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
溶于水中，采用碳酸钠溶液调节溶液 ｐＨ 至 ６ ５ ～
７ ０，充分搅拌后向反应器皿里通入 ３０ ｍｉｎ 氮气。
ＡＥＭＳ 质量比为 １５ ∶ ３ ∶ ５ 时，稠化剂溶液黏度最
大，因为当 ＡＥＭＳ 用量较小时，耐盐性能较差，聚合
物分子蜷缩，稠化剂溶液黏度降低，当 ＡＥＭＳ 用量
较大时，又会降低聚合物的整体增稠能力，稠化剂
１ ３ 性能评价方法
将合成后的稠化剂配制成溶液 （ 稠化剂质量
分数为 ０ ６％） ，在 ３０ ℃ 下，采用 ＤＶ２Ｔ 黏度计测试
黏 度。 在 压 裂 液 性 能 测 试 时， 主 要 参 照 ＳＹ ／ Ｔ
并提高稠化剂和交联剂用量，耐温可达 １７０ ℃ 以
５１０７—２０１６《 水基压裂液性能评价方法》 ，对压裂
Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ Ｆｌｕｉｄ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓａｌｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｄａｍａｇｅ
Ｚｈａｎｇ Ｗቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｉ， Ｒｅｎ Ｄｅｎｇｆｅｎｇ， Ｚｈｏｕ Ｊｉｎ， Ｌｉｕ Ｓｈｕａｎｇ， Ｗａｎｇ Ｙａｎ， Ｗａｎｇ Ｑｉａｏ
（ ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｔａｒｉｍ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｋｏｒｌａ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８４１０００）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ； ｐｏｌｙｍｅｒ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ； ｓａｌｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ； ｌｏｗ ｄａｍａｇｅ； Ｔａｒｉｍ
收稿日期：２０２１１１０２；改回日期：２０２２０７０７
基金项目：中国石油重点科技攻关项目“ 超深高温高压气井井完整性及储层改造技术研究与应用” （２０１８Ｅ－１８０９）
常规的压裂液不能满足该区块的施工要求。 为此，以丙烯酰胺（ ＡＭ） 、三甲基（ ３－丙烯酰胺丙
基） 氯化铵（ ＡＰＴＡＣ） 、３－丙烯酰乙醇基－３－甲基丙磺酸（ ＡＥＭＳ） 为单体，通过优化添加剂用量
和反应参数，合成了具有耐温、耐盐、低伤害性能的聚合物稠化剂 ＪＡＳ－３，并对其性能进行了评
价。 研究表明：ＪＡＳ－３ 配制的聚合物压裂液具有良好的耐温耐剪切性、携砂性能及对储层的低
常面临砂堵风险，且提高砂比的难度较大。 目前中
国使用的耐高温压裂液主要包括植物胶压裂液和
聚合物压裂液。 植物胶压裂液通过对稠化剂改性，
剂，恒温（３０ ℃ ） 反应一定时间，最后得到粗产物。
将反应的粗产物用乙醇进行清洗提纯，并置于恒温
烘箱（７０ ℃ ） 中烘干，然后研磨、过筛，最后得到聚
合物干粉 ［３］ 。
然后向反应器皿中加入一定量的引发剂和链转移
０ 引 言
塔里木库车山前区块为超深高温高压区块，储
层埋深大于 ６ ０００ ｍ，储层温度在 １５０ ℃ 以上，压裂
施工压力在 １３０ ＭＰａ 以上，储层还具有低孔低渗
特征 ［１－２］ 。 该区块压裂施工压力高，施工难度大，
常规的压裂液由于耐温性差，高温下携砂性较差，
液的黏度、黏弹性、携砂性、破胶性等性能进行测试
２ 稠化剂的合成
２ １ 单体比例优化
ＡＥＭＳ 主要 影 响 稠 化 剂 的 耐 盐 性 能， ＡＭ 和
液，有效降低施工压力） 的压裂液。 为此，通过丙
ＡＰＴＡＣ 的比例是影响稠化剂黏度的主要因素 ［４］ 。
（ ＡＰＴＡＣ） 、 ３ － 丙 烯 酰 乙 醇 基 － ３ － 甲 基 丙 磺 酸
ＡＭ
７５ ００
质量分数 ／ ％
ＡＰＴＡＣ
１５ ００
ＡＥＭＳ
稠化剂溶液黏度 ／
（ ｍＰａ·ｓ）
１５ ００
５１ ６
１０ ００
２０ ００
２５ ００
３０ ００
４７ ４
１ １ 实验试剂及仪器
ＡＭ
质量分数 ／ ％
ＡＰＴＡＣ
丙烯酰胺（ ＡＭ） 、ＮａＢｒ、过硫酸铵、甲酸钠、亚
８５ ００
８０ ００
１０ ００
限公司；３ －丙烯酰乙醇基 － ３ －甲基丙磺酸（ ＡＥＭＳ） 、
７０ ００
２０ ００
硫酸氢钠、无水乙醇、碳酸钠，济宁三石生物科技有
三甲基（３ －丙烯酰胺丙基） 氯化铵（ ＡＰＴＡＣ） ，工业
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第６期
张 伟等：耐温耐盐低伤害压裂液聚合物稠化剂的研制及应用
溶液黏度也较低
［３］
。 因此，ＡＭ、ＡＰＴＡＣ、ＡＥＭＳ 的
最佳质量比为 １５ ∶ ３ ∶ ５。
表 ２ ＡＭＥＳ 用量对溶液黏度的影响
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＡＭＥＳ ｄｏｓａｇｅ ｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
ＴＡＣ 的最佳比例为 １５ ∶ ３。 在确定 ＡＭ 和 ＡＰＴＡＣ
用量的情况下，通过改变 ＡＥＭＳ 的用量，可以得到
不同耐盐性能的稠化剂（ 表 ２，稠化剂溶液矿化度
为 ４０ ０００ ｍｇ ／ Ｌ） 。 由 表 ２ 可 知： 当 ＡＭ、 ＡＰＴＡＣ、
１ ２ 合成方法
将 ＡＭ、ＡＥＭＳ、ＡＰＴＡＣ 单体按照一定的质量比
ｄａｍａｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｄｏｓａｇｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ｐｏｌｙｍｅｒ
聚合物改性，聚合物压裂液可适用于 １８０ ℃ 以上地
评价。
上，但其耐盐性较差，对储层的伤害较大。 通过对
层，且对储层伤害较小，但在聚合物压裂液中加入
大量无机盐制备加重压裂液的研究鲜有报道。 针
对塔里木库车山前区块地质特点和压裂施工要求，
需要研制一种耐温性能及携砂性能好，低伤害，耐
盐性好 （ 能通过加入无机盐 ＮａＢｒ 形成 加 重 压 裂
作者简介：张伟（１９８６—） ，男，高级工程师，２０１０ 年毕业于中国石油大学（ 北京） 石油工程专业，２０１３ 年毕业于该校油气井工程专业，获硕士学位，现从事试
油完井工具工艺方面的研究工作。
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
１６０
第 ２９ 卷
特种油气藏
ＤＯＩ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １００６－６５３５ ２０２２ ０６ ０２０
耐温耐盐低伤害压裂液聚合物稠化剂
的研制及应用
张 伟，任登峰，周 进，刘 爽，王 艳，王 桥
（ 中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 ８４１０００）
摘要：塔里木库车山前区块属于超深高温高压区块，具有埋藏深、温度高、地层压力高的特点，
ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｈｏｗｓ： Ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ＪＡＳ－３ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｔｅｍｐｅｒａ⁃
ｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ， ｓａｎｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ． Ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ＮａＢｒ ｗｉｔｈ ａ
井，取得了良好的增产效果。 ＪＡＳ－３ 稠化剂的研制对于超深高温高压区块的压裂具有重要的
借鉴意义。
关键词：压裂液；聚合物稠化剂；耐温；耐盐；低伤害；塔里木
中图分类号：ＴＥ３５７ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号： １００６－６５３５（２０２２）０６－０１５９－０６
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ ｆｏｒ
ａｎｄ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ． Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｌｏｃｋｓ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｋｕｑａ Ｐｉｅｄｍｏｎｔ Ｂｌｏｃｋ ｉｎ Ｔａｒｉｍ ｉｓ ａｎ ｕｌｔｒａ－ｄｅｅｐ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｌｏｃｋ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｅｅｐ ｂｕｒｉａｌ， ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ｓｏ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄｓ ａｒｅ
品，邹平铭兴化工有限公司；有机硼、有机锆交联
剂，广东翁江化学试剂有限公司；２０ ～ ４０ 目陶粒，美
国卡博公司。
ＨＡＡＫＥ 流变仪，赛默飞世尔科技；ＨＪ － Ｍ６ 磁
力搅拌水浴锅，上海赫田科学仪器有限公司；ＤＶ２Ｔ
黏度计，美国博勒飞公司。
７５ ００
６５ ００
５ ００
１５ ００
２５ ００
ＡＥＭＳ
０ １０％，链转移剂（ 甲酸钠） 质量分数为 ０ １０％，反
砂性能、耐温性能、耐盐性能等进行了研究。
制 ＡＰＴＡＣ 和 ＡＭ 的用量合成不同性能的稠化剂
烯酰胺（ ＡＭ） 、三甲基 （ ３ － 丙烯酰胺丙基） 氯化铵
（ ＡＥＭＳ） 反应得到聚合物稠化剂 ＪＡＳ － ３，并对其携
１ 实验部分
在 ＡＥＭＳ 质量分数为 １０ ００％，引发剂质量分数为
伤害性能，加入质量分数为 ３０％ ～ ４０％的 ＮａＢｒ 后，在温度为 １８０ ℃ 、转速为 １７０ ｒ ／ ｓ 下，黏度仍
能保持在 ８５ ｍＰａ·ｓ 以上；聚合物压裂液具有较大的弹性模量、较小的黏性模量，刚度更大，携
砂性能好，同时破胶后残渣含量低，对储层伤害小。 该压裂液在塔里木库车山前区块实验 ６ 口
１０ ００
稠化剂溶液黏度 ／
（ ｍＰａ·ｓ）
５３ ２
５６ ６
６０ ８
５８ ４
５７ ３
加，稠 化 剂 溶 液 黏 度 呈 先 增 大 后 减 小 的 趋 势， 当
ＡＭ、ＡＰＴＡＣ、ＡＥＭＳ 质量比为 １５ ∶ ３ ∶ ２ 时，稠化剂
溶液黏度最大，为 ６０ ８ ｍＰａ·ｓ，即确定 ＡＭ 和 ＡＰ⁃
ｌａｒｇｅｒ ｒｉｇｉｄｉｔｙ， ｇｏｏｄ ｓａｎｄ － ｃａｒｒｙｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， ａｎｄ ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｉｔ ｈａｓ ｌｏｗ ｒｅｓｉｄｕｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｇｅｌｏｕｔ， ｃａｕｓｉｎｇ
ｓｍａｌｌ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ． Ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎ ６ ｗｅｌｌｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｋｕｑａ Ｐｉｅｄｍｏｎｔ Ｂｌｏｃｋ ｉｎ Ｔａｒｉｍ，
ｎｏｔ ｆａｖｏｒａｌｏｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｂｌｏｃｋ． Ｔｏ ｔｈｉｓ ｅｎｄ， ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ （ ＡＭ） ， ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ （３－ａｃｒｙｌ⁃
ａｍｉｄｏｐｒｏｐｙｌ） ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ （ ＡＰＴＡＣ） ， ３ － ａｃｒｙｌｏｙｌｅｔｈａｎｏｌ － ３ － ｍｅｔｈｙｌｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ （ ＡＥＭＳ） ｗｅｒｅ
ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ３０％ ｔｏ ４０％， ｉｔｓ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｃａｎ ｓｔｉｌｌ ｂｅ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ａｂｏｖｅ ８５ ｍＰａ·ｓ ａｔ ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ １８０ ℃ ａｎｄ
ａ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｏｆ １７０ ｒ ／ ｓ． Ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ， ａ ｓｍａｌｌ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌｕｓ， ａ
应温度为 ３０ ℃ ，反应时间为 ３ ０ ｈ 条件下，通过控
（ 表 １） 。 由表 １ 可知：随着 ＡＰＴＡＣ 与 ＡＭ 的比例增
表 １ ＡＰＴＡＣ 和 ＡＭ 用量对溶液黏度的影响
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＡＰＴＡＣ ａｎｄ ＡＭ ｄｏｓａｇｅ ｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
溶于水中，采用碳酸钠溶液调节溶液 ｐＨ 至 ６ ５ ～
７ ０，充分搅拌后向反应器皿里通入 ３０ ｍｉｎ 氮气。
ＡＥＭＳ 质量比为 １５ ∶ ３ ∶ ５ 时，稠化剂溶液黏度最
大，因为当 ＡＥＭＳ 用量较小时，耐盐性能较差，聚合
物分子蜷缩，稠化剂溶液黏度降低，当 ＡＥＭＳ 用量
较大时，又会降低聚合物的整体增稠能力，稠化剂
１ ３ 性能评价方法
将合成后的稠化剂配制成溶液 （ 稠化剂质量
分数为 ０ ６％） ，在 ３０ ℃ 下，采用 ＤＶ２Ｔ 黏度计测试
黏 度。 在 压 裂 液 性 能 测 试 时， 主 要 参 照 ＳＹ ／ Ｔ
并提高稠化剂和交联剂用量，耐温可达 １７０ ℃ 以
５１０７—２０１６《 水基压裂液性能评价方法》 ，对压裂
Ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ Ｆｌｕｉｄ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓａｌｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｄａｍａｇｅ
Ｚｈａｎｇ Ｗቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｉ， Ｒｅｎ Ｄｅｎｇｆｅｎｇ， Ｚｈｏｕ Ｊｉｎ， Ｌｉｕ Ｓｈｕａｎｇ， Ｗａｎｇ Ｙａｎ， Ｗａｎｇ Ｑｉａｏ
（ ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｔａｒｉｍ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｋｏｒｌａ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８４１０００）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ； ｐｏｌｙｍｅｒ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ； ｓａｌｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ； ｌｏｗ ｄａｍａｇｅ； Ｔａｒｉｍ
收稿日期：２０２１１１０２；改回日期：２０２２０７０７
基金项目：中国石油重点科技攻关项目“ 超深高温高压气井井完整性及储层改造技术研究与应用” （２０１８Ｅ－１８０９）
常规的压裂液不能满足该区块的施工要求。 为此，以丙烯酰胺（ ＡＭ） 、三甲基（ ３－丙烯酰胺丙
基） 氯化铵（ ＡＰＴＡＣ） 、３－丙烯酰乙醇基－３－甲基丙磺酸（ ＡＥＭＳ） 为单体，通过优化添加剂用量
和反应参数，合成了具有耐温、耐盐、低伤害性能的聚合物稠化剂 ＪＡＳ－３，并对其性能进行了评
价。 研究表明：ＪＡＳ－３ 配制的聚合物压裂液具有良好的耐温耐剪切性、携砂性能及对储层的低
常面临砂堵风险，且提高砂比的难度较大。 目前中
国使用的耐高温压裂液主要包括植物胶压裂液和
聚合物压裂液。 植物胶压裂液通过对稠化剂改性，
剂，恒温（３０ ℃ ） 反应一定时间，最后得到粗产物。
将反应的粗产物用乙醇进行清洗提纯，并置于恒温
烘箱（７０ ℃ ） 中烘干，然后研磨、过筛，最后得到聚
合物干粉 ［３］ 。
然后向反应器皿中加入一定量的引发剂和链转移
０ 引 言
塔里木库车山前区块为超深高温高压区块，储
层埋深大于 ６ ０００ ｍ，储层温度在 １５０ ℃ 以上，压裂
施工压力在 １３０ ＭＰａ 以上，储层还具有低孔低渗
特征 ［１－２］ 。 该区块压裂施工压力高，施工难度大，
常规的压裂液由于耐温性差，高温下携砂性较差，
液的黏度、黏弹性、携砂性、破胶性等性能进行测试
２ 稠化剂的合成
２ １ 单体比例优化
ＡＥＭＳ 主要 影 响 稠 化 剂 的 耐 盐 性 能， ＡＭ 和
液，有效降低施工压力） 的压裂液。 为此，通过丙
ＡＰＴＡＣ 的比例是影响稠化剂黏度的主要因素 ［４］ 。
（ ＡＰＴＡＣ） 、 ３ － 丙 烯 酰 乙 醇 基 － ３ － 甲 基 丙 磺 酸
ＡＭ
７５ ００
质量分数 ／ ％
ＡＰＴＡＣ
１５ ００
ＡＥＭＳ
稠化剂溶液黏度 ／
（ ｍＰａ·ｓ）
１５ ００
５１ ６
１０ ００
２０ ００
２５ ００
３０ ００
４７ ４
１ １ 实验试剂及仪器
ＡＭ
质量分数 ／ ％
ＡＰＴＡＣ
丙烯酰胺（ ＡＭ） 、ＮａＢｒ、过硫酸铵、甲酸钠、亚
８５ ００
８０ ００
１０ ００
限公司；３ －丙烯酰乙醇基 － ３ －甲基丙磺酸（ ＡＥＭＳ） 、
７０ ００
２０ ００
硫酸氢钠、无水乙醇、碳酸钠，济宁三石生物科技有
三甲基（３ －丙烯酰胺丙基） 氯化铵（ ＡＰＴＡＣ） ，工业
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
第６期
张 伟等：耐温耐盐低伤害压裂液聚合物稠化剂的研制及应用
溶液黏度也较低
［３］
。 因此，ＡＭ、ＡＰＴＡＣ、ＡＥＭＳ 的
最佳质量比为 １５ ∶ ３ ∶ ５。
表 ２ ＡＭＥＳ 用量对溶液黏度的影响
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＡＭＥＳ ｄｏｓａｇｅ ｏｎ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
ＴＡＣ 的最佳比例为 １５ ∶ ３。 在确定 ＡＭ 和 ＡＰＴＡＣ
用量的情况下，通过改变 ＡＥＭＳ 的用量，可以得到
不同耐盐性能的稠化剂（ 表 ２，稠化剂溶液矿化度
为 ４０ ０００ ｍｇ ／ Ｌ） 。 由 表 ２ 可 知： 当 ＡＭ、 ＡＰＴＡＣ、
１ ２ 合成方法
将 ＡＭ、ＡＥＭＳ、ＡＰＴＡＣ 单体按照一定的质量比