基于温敏稳泡体系的微泡沫压裂液制备与稳定机理研究

摘要

泡沫压裂液作为一种以气体为内相、液体为外相的低伤害压裂液，具有环境友好和用水量少、成本低的优点，其研究与应用已取得长足进展，但是泡沫压裂液的高温稳定性仍然是制约泡沫压裂液规模应用的核心问题之一。针对当前泡沫压裂液高温稳定性较差等问题，研制了一种基于温敏稳泡体系的高温稳定的微泡沫压裂液，对于拓宽泡沫压裂液的现场应用范围具有重要的实践意义。 采用Warning-blender高速搅拌法优选确定十二烷基磺酸钠（SDS）为起泡剂。同时以阴离子表面活性剂FMES、MES、FMEE为主剂，两性离子表面活性剂BS-12和NaCl为助剂，BaTiO3纳米颗粒为热释电材料，借助正交实验，以起泡能力、泡沫排液半衰期以及压裂液粘度保持率为指标，优选出温敏稳泡体系的微泡沫压裂液合理配方和及其制备参数。通过优选实验得到微泡沫压裂液体系（WP-FMFF）基本配方及制备工艺为：0.5wt％SDS+2.0wt％FMES+0.8wt％BS-12+2.7wt％NaCl+0.8wt％BaTiO3，搅拌时间为2min，搅拌速率为6000rpm。利用激光粒度分析仪对微泡沫压裂液体系粒径分布测试，结果表明，泡沫粒径分布集中在30～100μm之间，属于微泡沫压裂液。 采用光学显微镜和流变测试等方法，从微观和宏观角度两方面对WP-FMFF微泡沫压裂液的稳定机理、流变行为、排液行为进行了初步探究。研究表明，WP-FMFF微泡沫压裂液呈现塑性流变模式；排液行为符合“两段论”排液机理；依靠微泡沫特殊结构及温敏稳泡体系的协同作用实现高温稳定性。 WP-FMFF微泡沫压裂液综合性能评价显示：WP-FMFF微泡沫压裂液体系携砂性能优良，静态沉降速度仅为0.083cm/min，满足压裂液行业要求（小于1.08cm/min）；具有良好的耐温性和耐温耐剪切性，当温度达100℃时，体系粘度为50mPa·s；且无需添加破胶剂或消泡剂，破胶彻底，破胶液清澈无残渣，表界面张力均较低，有利于破胶液的返排；同时，该压裂液具有良好的降滤失性能，降低了对地层的伤害，具有良好的应用前景。

目录

声明

第一章 前 言

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 泡沫压裂液技术研究现状

1.2.2 泡沫压裂液稳定技术研究现状

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术方案

1.3.3 技术路线

第二章 温敏微泡沫压裂液制备与工艺优化

2.1 影响泡沫稳定性的因素

2.1.1 泡沫结构演化机制

2.1.2 泡沫稳定性影响因素

2.1.3 泡沫压裂液稳定性影响因素

2.2 实验材料及方法

2.2.1 实验原理

2.2.2 实验仪器与药品

2.2.3 实验方法

2.3 起泡剂优选

2.3.1 起泡剂类型的优选

2.3.2 起泡剂浓度优选

2.3.3 温度对SDS泡沫半衰期的影响

2.3.4 稳泡剂对SDS泡沫的影响

2.4 温敏稳泡体系制备与优选

2.4.1 温敏稳泡体系的制备

2.4.2 温敏稳泡体系优选

2.5 微泡沫压裂液制备工艺优化

2.5.1 搅拌时间的优选

2.5.2 搅拌速率的优选

2.6 微泡沫压裂液粒径分析

2.7 本章小结

第三章 温敏微泡压裂液稳定性评价及稳定机理研究

3.1 实验材料与方法

3.1.1 实验材料

3.1.2 实验方法

3.2 结果与讨论

3.2.1 微泡沫压裂液微观表征

3.2.2 温度对WP-FMFF微泡沫压裂液体系的影响

3.2.3 微泡沫压裂液排液行为测试

3.2.4 微泡沫压裂液流变性

3.3 微泡沫压裂液稳定机理探究

3.3.1 微泡沫稳定机理探究

3.3.2 温敏稳泡材料稳定机理探究

3.3.3 WP-FMFF微泡沫压裂液协同稳泡机理探究

3.4 本章小结

第四章 温敏微泡沫压裂液体系综合性能评价

4.1 实验材料及方法

4.1.1 实验材料

4.1.2 实验方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 携砂性能

4.2.2 耐温性能

4.2.3 耐温耐剪切性能

4.2.4 微泡沫压裂液破胶性能

4.2.5 静态滤失性能

4.2.6 压裂液破胶液表界面张力

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢