快速增粘滑溜水降阻剂的研制

摘要

随着常规能源的不断开发，其储量逐年减少，世界各国能源均出现紧张状况，甚至出现面临着枯竭的危险，而且加上常规油气田的开采难度不断增加，因此世界各国开始把目光投向煤层气、页岩气等一类非常规能源的开采，而且页岩气在将来将会成为主要的使用能源之一，甚至可以替代石油的使用。页岩气开采主要依靠滑溜水压裂液，因其有效降低管内摩阻，且对地层伤害小而在非常规油气田开发中得到广泛应用。与此同时由于压裂过程当中压裂液与地层接触，导致返排液含有较高量的氯根、有机质和金属离子Ca2+、Mg2+等污染物，如果返排液处置不当，则必然会带来不可忽略的环境污染问题。
　　降阻剂是滑溜水体系中最重要的添加剂，主要以高分子聚合物为主，其性能决定了整个体系的应用范围。但一些高聚物的耐盐性能较差，特别是矿化度比较高的地层水中，由于二价金属离子的作用，会影响聚合物的溶解和其他性能。如何提高聚合物耐盐性能，利用返排液进行配液，减少淡水资源消耗，合理恰当的处置压裂后产生的大量返排液成为亟需解决的主要问题之一。
　　本文以快速增粘、抗高矿化度为核心，达到连续混配的施工工艺和高矿化度返排水重复利用的目的，采用过硫酸铵和亚硫酸氢钠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AM/AMPS/DADMAC共聚物，可应用于滑溜水体系的速溶型快速增粘降阻剂。最佳合成条件为:pH=8，单体浓度27.5％，单体配比n AM∶n AMPS∶nDADMAC=1∶1∶0.2，引发剂占单体浓度0.2％,反应温度45℃。
　　通过流变仪、光化学表面测量系统、微电脑页岩膨胀测试仪、自主研制的管道环路摩阻测试系统、静态携砂沉降系统和可视化压裂支撑剂裂缝刨面大型物模对降阻剂的降阻效果和携砂能力进行评价，在快速增黏性及携砂性能方面同常规降阻剂进行了对比，表明AM/AMPS/DADMAC共聚物具有良好的快速增黏性、降阻性和携砂性，并且性能优于常规降阻剂。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 滑溜水压裂液技术简介

1．2 降阻及降阻剂概念

1．3 滑溜水压裂液降阻剂分类

1．4 国内外滑溜水降阻剂研究现状及分析

1．4．1 国内滑溜水降阻剂研究现状

1．4．2 国外滑溜水降阻剂研究现状

1．4．3 国内外滑溜水降阻剂研究存在的问题

1．5．1 高分子聚合物降阻机理

1．5．2 影响高分子聚合物降阻因素

1．6 课题研究意义及主要内容

1．6．1 课题的研究意义

1．6．2 课题的研究内容

2 降阻剂聚合物P(AM-AMPS-DADMAC)合成及因素讨论

2．1 前言

2．2 分子设计思路

2．3 单体的选择

2．3．1 阳离子单体的选择

2．3．2 阴离子单体的选择

2．4 聚合方法

2．4．1 水溶液聚合法

2．4．2 反相乳液聚合法

2．4．3 反相微乳聚合法

2．4．4 水分散聚合法

2．4．5 辐射聚合法

2．5．1 实验原料与主要仪器

2．5．2 实验方法

2．5．3 分子量测定

2．5．4 查考耐温性

2．5．5 傅立叶变换红外谱图分析

2．6．1 聚合物合成单因素实验

2．6．2 聚合物合成正交实验

2．6．3 傅立叶变换红外谱图分析

2．7 小结

3 降阻剂聚合物P(AM-AMPS-DADMAC)性能评价

3．1 前言

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．3 聚合物P(AM-AMPS-DADMAC)性能评价

3．3．1 聚合物增黏性能评价

3．3．2 聚合物溶液稳定性能评价

3．3．3 聚合物流变性能评价

3．3．4 聚合物降阻性能评价

3．3．5 聚合物携砂性能评价

3．3．6 表活性能评价

3．3．7 页岩防膨性能评价

3．3．8 岩心伤害评价

3．3．9 配伍性

3．4．1 增黏性

3．4．2 聚合物溶液稳定性

3．4．3 聚合物流变性能评价

3．4．4 聚合物降阻性

3．4．5 携砂性

3．4．6 表活性

3．4．7 页岩防膨性

3．4．8 岩心伤害

3．5 小结

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢