通道压裂用自聚性支撑剂研究

摘要

水力压裂技术是开发低渗透油藏的重要增产措施，对于采用支撑剂均匀充填裂缝的常规压裂技术而言，由于支撑剂的破碎、嵌入及回流等原因，致使裂缝的导流能力远低于预期值。为了使裂缝获得更高的导流能力，近几年出现了一种通道压裂技术，为解决低渗透油气藏压后普遍存在的裂缝导流能力低、返排困难等问题提供了一种可行的技术方法。针对通道压裂的技术关键——支撑剂“砂柱”支撑裂缝，合成了可赋予支撑剂“抱团”性能的杂环聚合物，探明了其作用机制，在此基础上构建了适用于通道压裂在线制备改性支撑剂的自聚改性剂体系，为实现“砂柱”支撑裂缝提供了一种新的工艺。 设计合成了带芳香杂环侧链的聚合物（杂环聚合物）。聚砂强度随着杂环聚合物分子量的增大而增大，但考虑到须采用湿涂法制备自聚性支撑剂，确定了最佳分子量范围为5200～5500g/mol。以转化率为指标，确定了合成杂环聚合物的最佳反应条件：反应温度为57.5℃，反应时间为5.5h，引发剂的用量为1.0%，搅拌速度为250r/min。此时产物的分子量为5339g/mol，转化率为89.42%。 针对这类新型杂环聚合物，通过对覆膜颗粒间作用力的测定，明确了覆膜颗粒间存在着使颗粒聚集的自聚力和抑制颗粒分离的内聚力。通过对杂环聚合物与水作用前后的基团变化、晶型变化及微观形貌变化的研究，揭示了水对杂环聚合物软化作用的本质：水可渗入杂环聚合物，并弱化其结晶态，水化层中杂环聚合物分子间作用使水化层黏弹体具有一定的粘接作用。进而探明了杂环聚合物的聚砂机制：通过降低砂粒表面的Zeta电位，有助于改性支撑剂的自聚；在水对覆膜层的作用下，覆膜层由固体凝聚态变为黏弹体态，水化层黏弹体的粘接作用使覆膜支撑剂保持团聚状态。 根据通道压裂现场应用中所提出的在线制备自聚性支撑剂的要求，从增强主剂在水中的分散性、强化主剂在砂粒表面的吸附性及改善覆膜均匀性三个方面出发，构建了适用于一体化压裂施工过程的支撑剂自聚改性剂体系。自聚性支撑剂的再聚性能，能够有效防止因支撑剂颗粒、支撑剂碎屑及储层粉砂发生运移而引起的油气运移通道堵塞。故在通道压裂中，自聚性支撑剂支撑裂缝的导流能力显著优于使用纤维和非固化树脂处理的支撑剂充填层的导流能力。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 通道压裂技术研究现状

1.1.1 通道压裂技术原理与优势

1.1.2 通道压裂技术的实现方法

1.2 支撑剂改性技术研究现状

1.2.1 树脂覆膜支撑剂技术

1.2.2 支撑剂疏水改性技术

1.2.3 ZPAS聚砂技术

1.3 研究目的及主要研究内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 主要研究内容

第二章 杂环聚合物自聚剂的合成与表征

2.1 实验材料与方法

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验试剂

2.1.3 实验方法

2.2 杂环聚合物的合成

2.2.1 优选溶剂

2.2.2 确定分子量

2.2.3 优化反应条件

2.3 杂环聚合物的表征与评价

2.3.1 产物的表征

2.3.2 产物的基本性质

2.3.3 产物的聚砂特性

2.4 本章小结

第三章 杂环聚合物聚砂机制研究

3.1 实验材料与方法

3.1.1 实验仪器

3.1.2 实验试剂

3.1.3 实验方法

3.2 杂环聚合物覆膜颗粒间作用力研究

3.2.1 微量拉力测试原理

3.2.2 颗粒间作用力分析

3.2.3 水对覆膜玻璃球间作用力的影响

3.2.4 树脂覆膜玻璃球粘聚力对比

3.3 水对杂环聚合物的作用机制研究

3.3.1 杂环聚合物颗粒在水中的聚集行为

3.3.2 水对杂环聚合物的软化作用

3.3.3 水对杂环聚合物作用本质研究

3.4 杂环聚合物的聚砂机制

3.4.1 自聚机理

3.4.2 保持团聚机理

3.5 本章小结

第四章 适用于通道压裂的支撑剂自聚改性剂体系研究

4.1 实验材料与方法

4.1.1 实验仪器

4.1.2 实验试剂

4.1.3 实验方法

4.2 支撑剂自聚改性剂体系的构建

4.2.1 增强主剂在水中分散性

4.2.2 强化主剂在砂粒表面吸附能力

4.2.3 改善覆膜均匀性

4.3 自聚改性剂性能评价

4.3.1 聚砂性能

4.3.2 稳定性能

4.3.3 耐冲刷性能

4.3.4 压裂液配伍性

4.4 本章小结

第五章 自聚性支撑剂的再聚性及其提高裂缝导流能力机理研究

5.1 自聚性支撑剂的再聚性能

5.2 通道压裂裂缝导流能力研究

5.2.1 裂缝导流能力研究

5.2.2 导流能力影响因素研究

5.3 自聚性支撑剂改善裂缝导流能力机理研究

5.3.1 对砂粒的重新定位作用

5.3.2 对支撑剂充填层无伤害

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

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