一种新型清洁压裂液体系的研究及应用

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王中泽 等 一种新型清洁压裂液体系的研究及应用 ２０１４
ｅｒｔｙ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｅｎ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓ ｉｎ ａ ｆａｓｔｅｒ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｒａｔｅ，ｉｔｓ ｖｉｓｃｏｓｉ－ ｔｙ ｗｏｕｌｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ，ａｎｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｒａｔｅ ｂｅｃａｍｅ ｓｌｏｗ，ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｗｏｕｌｄ ｒｅｃｏｖｅｒ．Ｔｈｉｓ ｃｈａｒ－ ａｃｔｅｒ ｃｏｕｌｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｗａｓ ｉｎ ｔｕｂｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｂｏｖｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ，ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｒｅｐｌａｃｅ ｇｕａｒ ｇｕｍ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ．Ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ａｃｔｅｄ ｖｅｒｙ ｗｅｌｌ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ Ｇ３４－０Ｘ ｗｅｌｌ，ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｏｐｅｒａ－ ｔｉｏｎ ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｌｅａｎ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ，ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ， ｓｈｅａｒｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
近年，利用超分 子 化 学 和 结 构 流 体 流 变 学 理 论 研 制 出 具 有 “可 逆 结 构 ”的 压 裂 体 系 成 为 了 热 门 研 究 方 向 。 它 是 通 过 溶 液 分 子 间 的 非 共 价 键 （静 电 作 用 、 氢键、疏水缔合效应 等）发 生 相 互 作 用，形 成 分 子 间 的聚集体，从而形成 一 个 可 逆 的 空 间 网 状 结 构 而 达 到增黏的目 的 。 ［１］ 基 于 该 理 论，本 研 究 利 用 分 子 间 静电吸引以及聚合 物 中 疏 水 基 团 的 缔 合 作 用，设 计 合成两种具有相反电荷的聚合物并使其之间发生相 互 作 用 ，不 通 过 化 学 交 联 即 起 到 增 黏 效 果 ，从 而 研 究 出一种新型清洁压裂液体系。
Ｗａｎｇ Ｚｈｏｎｇｚｅ１，Ｈｕａｎｇ Ｊｉｎｇ２，Ｚｅｎｇ Ｈａｏ１，Ｌｉ Ｚｈｉｚｈｅｎ２，Ｘｕ Ｋｅｂｉｎ１，Ｑｕ Ｘｉｎｇｈｕａ１ （１．ＣＮＰＣ Ｂｏｈａｉ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｄｏｗｎｈｏｌｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｂｒａｎｃｈ，Ｒｅｎｑｉｕ０６０５５２，
（１．渤 海 钻 探 井 下 作 业 分 公 司 ２．西 南 石 油 大 学 化 学 化 工 学 院 ）
摘 要 利 用 分 子 间 的 静 电 作 用 以 及 疏 水 基 团 的 缔 合 作 用 ，研 制 出 一 种 新 型 清 洁 压 裂 液 ，从 耐 高 温 性 、抗 剪 切 性 、黏 弹 性 、流 变 参 数 、滤 失 性 、破 胶 性 、抗 盐 性 以 及 对 地 层 伤 害 性 等 方 面 对 该 压 裂 液 体系进行评价，发现该新型压裂液分别在 １３０ ℃ 和 １６０ ℃、１７０ｓ－１下剪切 １ｈ 后，黏度仍保 持 在 ４０ ｍＰａ·ｓ以上，残渣量 为 ０，岩 心 伤 害 率 为 ２１．７２％，沉 砂 速 率 为 １．９６×１０－４ ｍ／ｍｉｎ，滤 失 系 数 Ｃ３＝
作者简介：王中泽（１９６８－），高级工程师，酸化压裂专家。毕业于西南 石 油 学 院 应 用 化 学 专 业 ，现 任 职 于 中 国 石 油 集 团 渤 海 钻 探 井 下 作 业 公 司 酸 化 压 裂 技 术 中 心 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｚｈｏｎｇｚｅ６８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
通讯作者：黄晶（１９９０－ ），女，汉 族，四 川 省 成 都 人，西 南 石 油 大 学 在 读 硕 士 研 究 生 。 主 要 从 事 压 裂 液 的 研 究。 地 址： （６１０５００）四 川 省 成 都 市 新 都 区 西 南 石 油 大 学 研 究 生 学 院 。Ｅ－ｍａｉｌ：３０８２８９８３０＠ｑｑ．ｃｏｍ
关键词 新型清洁压裂液 缔合 抗高温性 抗剪切性 中 图 分 类 号 ：ＴＥ３５７．１２ 文 献 标 志 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－３４２６．２０１４．０６．０１３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｃｌｅａｎ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｓｙｓｔｅｍ
Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ ＰｅБайду номын сангаасｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０５００，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｌｅａｎ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｉｎｔｅｒａｃ－ ｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｇｒｏｕｐｓ．Ｉｔ ｗａｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆａｃｔｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓｈｅａｒｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ，ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ， ｌｏｓｓ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｇｅｌ ｂｒｅａｋ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｓａｌｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｗａｓ ｏｖｅｒ ４０ｍＰａ·ｓ ｂｙ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｆｏｒ １ｈａｔ １３０ ℃，１６０ ℃ ，１７０ｓ－１ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕｅ ｗａｓ ０，ｃｏｒｅ ｄａｍａｇｅ ｒａｔｅ ｗａｓ ２１．７２％ ，ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｖｅ－
黏 ，并 且 具 有 较 好 的 抗 温 抗 盐 性 、较 低 的 伤 害 性 以 及 零残渣。
合成 方 法：在 四 口 烧 瓶 中 加 入 一 定 量 的 去 离 子 水，在搅 拌 下 依 次 加 入 ２５％ （ｗ）的 丙 烯 酰 胺、５％ （ｗ）的丙烯酸 和 １５％ （ｗ）的 疏 水 长 链 单 体，完 全 溶 解后加入 ＮａＯＨ 溶 液 调 节 ｐＨ 值 为 ７，然 后 分 别 加 入５％（ｗ）的 抗 交 联 剂 和 增 溶 剂，完 全 溶 解 后 放 至 ３０ ℃水浴中加热 并 通 入 Ｎ２ 进 行 保 护，加 入 单 体 质 量分数 ０．５％ 的 氧 化 还 原 引 发 体 系 以 及 ０．０５％ 的 ２，２′－偶氮二 异 丁 基 脒 二 盐 酸 盐 进 行 反 应，反 应 ２０ ｍｉｎ左右，待体系温 度 上 升 至 ９６ ℃ 后，再 继 续 反 应 １～１．５ｈ，得 到 透 明 凝 胶 状 聚 合 物 固 体；在 煤 油 与 Ｓｐａｎ－８０的保护下，对聚 合 物 固 体 进 行 初 步 粉 碎，然 后在（６５±１）℃下烘干，最后粉碎 成 ０．３ ｍｍ 粉 末， 即制得压裂液稠化剂的初产物 ＢＨ－１。
１ 新 型 压 裂 液 主 剂 的 制 备
１．１ 主 要 原 料 及 仪 器 丙烯酰胺（ＡＭ）、丙烯酸 （ＡＡ）、疏 水 长 链 单 体、
抗交联 剂、增 溶 剂、过 硫 酸 铵、亚 硫 酸 氢 钠、２，２′－偶 氮二 异 丁 基 脒 二 盐 酸 盐、芥 酸、硬 脂 酸、３－二 甲 基 丙 胺 、氯 乙 醇 、异 丙 醇 、Ｓｐａｎ－８０、煤 油 、ＫＣｌ、蒸 馏 水 、煤 油、储层岩 心、中 密 度 陶 粒。ＨＺＹ－Ｂ３００ 电 子 天 平、 ７８－１ 型 磁 力 加 热 搅 拌 器 、Ｗａｒｉｎｇ 高 速 搅 拌 器 、ＪＹ－０４ 高 速 粉 碎 机 、ＨＡＡＫＥ ＭＡＲＳＩＩＩ 旋 转 流 变 仪 、Ｆａｎｎ－ ３５型六速 旋 转 黏 度 计、高 温 高 压 失 水 仪、ＴＤＬ－４０Ｂ 型离心机、１０１－Ａ 型电热恒温鼓风干燥箱。
ｌｏｃｉｔｙ ｗａｓ １．９６×１０－４ ｍ／ｍｉｎ，ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｃ３ ｗａｓ ７．６２２×１０－４ ｍ／槡ｍｉｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕ－
ｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｗａｓ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓａｌｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｇｕａｒ ｇｕｍ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ，ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｈａｄ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｈｉｇｈ－ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｉｎ ｃｏｒｅ ｄａｍａｇｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｇｅｌ ｂｒｅａｋ ｐｒｏｐ－
在回 流 装 置 中，加 入 一 定 量 的 第 一 步 产 物 和 异 丙醇搅拌并充分混 合，将 异 丙 醇 和 氯 乙 醇 充 分 混 合 后滴加入回流装置 中，加 热 搅 拌 回 流 至 反 应 温 度 为 ８ ℃，反 应 ８ｈ，慢 慢 冷 却，得 红 棕 色 液 体，即 为 阳 离 子增稠剂 ＢＨ－２。
７．６２２×１０－４ ｍ／槡ｍｉｎ，且压裂液性质不 受 水 中 盐 浓 度 的 影 响。 此 外，与 传 统 胍 胶 压 裂 液 进 行 对 比
发现，该新型压裂液在抗高温性与抗剪切性方面与胍胶压裂 液 相 差 甚 微，而 在 伤 害 性、破 胶 性 等 方 面则远远优于胍胶压裂液。该压裂液在高速剪切下黏度 下 降，剪 切 速 率 降 低 时，黏 度 随 之 恢 复，这 一 特 点 可 大 大 降 低 施 工 摩 阻 。 该 新 型 压 裂 液 具 有 的 上 述 特 点 ，使 之 可 望 取 代 胍 胶 压 裂 液 ，成 为 可 满 足油田压裂施工的压裂液体系。 在 Ｇ３４－０Ｘ 井 盒 ８ 段 的 压 裂 施 工 中 应 用 效 果 显 著，可 满 足 现 场 施 工需求。