快速增粘滑溜水降阻剂的性能研究

快速增粘滑溜水降阻剂的性能研究

王海燕;霍丙夏;郭丽梅;管保山;刘萍;梁利

【摘要】以快速增粘和提高携砂性能为核心,采用氧化还原体系引发丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)水溶液进

行三元共聚,得到降阻剂AAD-1,用于滑溜水体系的速溶型快速增粘降阻剂.结果表明,AAD-1水溶性好,增粘速度快,清水中加入0.1％(质量分数)AAD-1,2 min内快速溶解增粘,粘度达到6.194 6 mPa·s;携砂性能好,优于其他降阻剂溶液,具备低浓度高携砂性;AAD-1具有低黏高弹性;摩阻低,降阻率可达60％以上,可满足常规配液方式及连续混配工艺,有助于非常规低渗储层的开采.

【期刊名称】《应用化工》

【年(卷),期】2016(045)012

【总页数】6页(P2229-2233,2237)

【关键词】降阻剂;速溶;携砂;滑溜水;压裂

【作者】王海燕;霍丙夏;郭丽梅;管保山;刘萍;梁利

【作者单位】中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊065007;天津科技大学

化工与材料学院,天津300457;天津科技大学化工与材料学院,天津300457;中国石

油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊065007;中国石油勘探开发研究院廊坊分院,

河北廊坊065007;中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊065007

【正文语种】中文

【中图分类】TQ047.1

页岩气是一种优质、清洁、高效的低碳能源，近年来受到世界各国的重视，同时也是我国“十二五”所关注的重点[1]。页岩储层具有低孔、低渗的特点，勘探开发

难度大，大多数致密页岩气储层需经过体积改造，才能获得比较理想的产量[2-4]。美国、加拿大等国页岩气开采技术较为成熟，主要采用滑溜水压裂液体系，该体系聚合物含量低、易反排、成本低，且对储层损害小，在许多地区，已经开始了大规模的推广，并且取得了不错的经济效益[5]。但常规滑溜水降阻剂快速增粘性差，

不能提高液体的结构粘度，通常在1～2 mPa·s，并且携砂能力低[6-7] ，因此需

要从改变分子结构及流体流变性上下手[8]。

本文根据高分子聚合物降阻原理，采用水溶液聚合法，研制出一种适用于滑溜水压裂液中的水溶性降阻剂，通过自主研制的管道环路摩阻测试系统对降阻剂的减阻效果进行评价，为降阻剂在滑溜水压裂液中的应用提供可靠依据[9]。

1.1 试剂与仪器

氯化钠、硫酸钠、氯化钙、氯化镁、无水乙醇均为分析纯；羟丙基瓜胶HPG及

YS108、H3-1、FA30减阻剂均为工业品；去离子水。

BS2202S电子天平；1833-56玻璃管毛细黏度计；1833-65稀释型乌氏黏度计；ZNN-D68六速旋转黏度计；VAA2000B吴茵混调器；HAAKE-MARS流变仪；

C-PTD180便携式流变仪；K100光化学表面测量系统；NP-03微电脑页岩膨胀测试仪；可加热型静态沉降装置、管道环路摩阻测试系统、可视化压裂支撑剂裂缝刨面大型物模均为自制。

1.2 降阻剂聚合物的制备

采用水溶液聚合法，将单体丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和

二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)，按一定配比加入混合均匀，调节反应体系pH 值至8，采用氧化还原体系引发，通入氮气，在45 ℃下反应一段时间，体系成胶状，恒温一段时间，取出，造粒、干燥、粉碎，即得降阻剂AAD-1。

1.3 滑溜水降阻剂性能评价

1.3.1 降阻剂增粘性

1.3.1.1 粘度-浓度关系配制不同浓度降阻剂溶液，在溶解3 min后，用六速旋转

粘度计测试在1 000 r/min下的粘度。

1.3.1.2 快速增粘性配制浓度0.1%的不同降阻剂溶液，用毛细管粘度计测试在1 000 r/min时不同配液时间的溶液体系粘度和4 h完全溶解的体系粘度。

1.3.2 携砂性

1.3.

2.1 静态沉降实验选择40～70目的陶粒，其体密为1.71 g/cm3，在常温下、50 ℃和90 ℃条件下测试降阻剂溶液不同砂比的沉降时间。

1.3.

2.2 黏弹性用HAAKE-MARS型流变仪测试不同浓度降阻剂在相近表观粘度条件下液体的黏弹性。设置频率为1 Hz，通过应力扫描确定各种降阻剂溶液的线性

黏弹区，然后在一定应力下进行10～0.1 Hz下的频率扫描，得频率扫描曲线。

1.3.3 摩阻性能采用流动回路摩阻测试系统对降阻剂进行降阻测试，与清水作对比，向清水中加入一定浓度的降阻剂，记录流体通过管路后的摩阻压降，计算降阻率[10]：

式中η——降阻率，%；ΔP水——清水通过测试管路时的压降，MPa；ΔP——同一流量下聚合物水溶液通过测试管路时的压降，MPa。

测试管段为光滑不锈钢管，实验管段长度l=2.0 m，光滑管直径d=20.5 mm，采用涡轮流量传感器测定流体流量，压差变送器测量压差。测量清水和不同浓度AAD-1在不同流量下的压差。

2.1 降阻剂增粘性

2.1.1 粘度-浓度关系不同浓度降阻剂溶液在1 000 r/min下的粘度见表1。

由表1可知，AAD-1的增粘性能优良，优于其他降阻剂。

2.1.2 快速增粘性浓度0.1%的不同降阻剂溶液在1 000 r/min时不同配液时间的

溶液体系粘度和4 h完全溶解的体系粘度见表2。

由表2可知，AAD-1在2 min时的体系粘度达到4 h完全溶解的体系粘度的

95.12%，优于其它降阻剂，表明AAD-1有较好的快速增粘性能。

2.2 携砂性

2.2.1 静态沉降实验不同降阻剂在不同浓度、不同温度、不同砂比下的携砂性能见表3。

⑨0.20% FA-30；⑩0.30%FA-30。

由表3可知，随着降阻剂溶液浓度的增加，液体的沉降时间增大，携砂性能增强；降阻剂溶液在表观粘度相当下，AAD-1使用浓度低，且携砂性能优于其它降阻剂

溶液；随着砂比的增大，由于砂粒之间的干扰和碰撞更加剧烈，砂粒的沉降引发周围液体向上流动，使周围砂粒受到影响，并且降阻剂溶液与砂粒混合后，导致溶液的密度和粘度增大，使砂粒所受的浮力和沉降时的阻力增大，从而沉降时间增大[11]，AAD-1具备低浓度高携砂性。温度升高，对几种降阻剂均有影响，但

AAD-1在高温下仍可以展现较好的携砂性。对比不同浓度降阻剂溶液的表观粘度

和携砂性能表明，其携砂性能与表观粘度并非正相关，影响降阻剂溶液的携砂性能除表观粘度外还有其它影响因素，因此表观粘度不是评价降阻剂溶液携砂性能的唯一标准[12]。

2.2.2 黏弹性不同浓度降阻剂在相近表观粘度条件下液体的黏弹性见图1～图5。由图1(a)～图5(a)应力扫描曲线可知，0.30% HPG、0.70%YS-108、

0.25%AAD-1、0.30% H3-1、0.30%FA-30的线性黏弹区为0.01～1 Pa，由图

1(b)、图2(b)、图4(b)和图5(b)频率扫描曲线可知，0.30% HPG、0.70% YS-108、0.30%H3-1、0.30% FA-30在应力0.1 Pa下，降阻剂溶液的耗能模量G″

均大于储能模量G′，说明上述几种降阻剂溶液在该浓度下黏性均大于弹性；图

3(b)中0.25%AAD-1溶液则是耗能模量G″小于储能模量G′，材料弹性优于其他