耐温抗盐压裂液稠化剂的研制

摘要

压裂施工是油气田增产的重要措施。目前，压裂施工中最常用的为水基压裂液，而稠化剂作为水基压裂液中最主要的成分，在压裂液配制中起着关键作用。随着施工井地层温度升高、矿化度增大，制备经济适用且耐温抗盐性能好的压裂液稠化剂具有重要意义。 本文根据稠化剂分子设计原理，并考虑到原料成本、来源等因素，合成了两种稠化剂。稠化剂1采用聚甘油与环氧氯丙烷反应的产物(F)与丙烯酰胺(AM)聚合得到，稠化剂2为丙烯酰胺(AM)，F和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)反应的产物。 实验中首先合成聚甘油，将其与环氧氯丙烷按照摩尔比1∶1，1∶2，1∶3反应得到不同的产物，分别标记为F1，F2，F3。在稠化剂的合成中，采用正交试验进行工艺条件优化，并考察相关因素对产物耐温抗盐性能的影响。通过比较两种稠化剂的性能，选出性能较好的稠化剂，并对该稠化剂进行综合性能评价。 实验结果表明: (1)以甘油为原料，采用碱催化法合成聚合甘油，性质分析表明，其羟值为940～950mg KOH/g，羟基数为9，聚合度为7，开口闪点为193.9℃。 (2)以AM与F为原料合成稠化剂1，正交试验表明，反应条件对反应的重要性依次为反应温度＞引发剂浓度＞不同F液。当反应温度45℃;引发剂的浓度为225mg/L;AM的质量分数为25％;尿素浓度为2.5％; AM与F2质量比为12∶1时，稠化剂1的耐温抗盐性能最佳且分子量可达362万。 (3)以AM，F和AMPS为原料合成稠化剂2，正交试验表明，反应条件对反应的重要性依次为引发剂浓度＞反应温度＞AM与F质量比＞AM质量浓度。当反应温度45℃;AM的质量分数为25％;尿素浓度为2.5％;引发剂的浓度为225mg/L; AM与AMPS质量比20∶1;AM与F2质量比12∶1时，稠化剂2的耐温抗盐性能最佳且分子量可达486万。 (4)比较两种稠化剂发现，稠化剂2的耐温抗盐性能较好，且分子量比稠化剂1高出120万。对稠化剂2的性能评价表明，该稠化剂的粘度随着聚合物浓度以及矿化度的增加呈现递增的趋势;90℃时，有效浓度1％的淡水基与盐水基稠化剂体系的粘度均在1100mPa·s之上;且矿化度100000mg/L的聚合物溶液粘度为1460mPa·s。此外，该聚合物稠化剂溶液随着剪切速率的增加和老化时间的延长，粘度有所下降，但是总体降幅较小，表现出良好的抗剪切性能与抗老化性能。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 压裂液简介

1．1．1 水基压裂液

1．1．2 油基压裂液

1．1．3 泡沫压裂液

1．1．4 乳化压裂液

1．1．5 清洁压裂液

1．2 稠化剂的增稠机理

1．3 稠化剂的国内外研究状况与发展趋势

1．3．1 天然植物胶及其衍生物

1．3．2 纤维素类稠化剂

1．3．3 合成聚合物

1．3．4 几种稠化剂比较

1．4 耐温抗盐稠化剂的制备方法

1．4．1 稠化剂分子设计

1．4．2 聚合甘油的制备方法

1．5 课题研究内容

第二章 稠化剂1的合成与表征

2．1 自由基聚合机理

2．1．1 链引发

2．1．2 链增长

2．1．3 链终止

2．1．4 链转移

2．1．5 引发体系的选择

2．2 实验原料与仪器

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．3 F液的制备

2．3．1 聚甘油的合成与表征

2．3．2 F液的合成

2．4 稠化剂1的合成

2．4．1 实验部分

2．4．2 聚合物的表征

2．5 稠化剂1合成条件的优化

2．5．1 初始实验条件的确定

2．5．2 正交试验

2．5．3 影响因素分析

2．6 红外光谱分析与分子量测定

2．6．1 稠化剂1的红外光谱

2．6．2 稠化剂1的分子量测定

2．7 本章小结

第三章 稠化剂2的合成与表征

3．1 实验部分

3．1．1 合成步骤

3．1．2 聚合物后处理方法

3．1．3 聚合物的表征

3．2 稠化剂2合成条件的优化

3．2．1 初始实验条件的确定

3．2．2 正交试验

3．2．3 影响因素分析

3．3 红外光谱分析与分子量测定

3．3．1 稠化剂2的红外光谱

3．3．2 稠化剂2分子量的测定

3．4 本章小结

第四章 稠化剂2的综合性能评价

4．1 增粘性能

4．2 抗剪切性能

4．3 抗盐性能

4．4 耐温性能

4．5 抗老化性能

4．6 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

致谢