聚合物壓裂液的合成及壓裂關鍵技術研究.pdf

1、目前，根據(jù)分散介質的不同，存在多種不同壓裂液體系，水基壓裂液應用最為廣泛。在水基壓裂液體系中，植物膠壓裂液體系存在不溶物含量較多，耐溫性能較差;纖維素壓裂液體系摩阻偏高，應用受到一定限制等;聚合物壓裂液體系因其良好的應用性能成為近年來發(fā)展的重點。本文用反相乳液聚合法合成油包水聚丙烯酰胺乳液(PAM)，將聚合產物應用于壓裂液領域，室內測試取表明聚丙烯酰胺壓裂液體系具有良好的應用性能;針對聚合物的特點，選擇了氧化還原破膠體系破膠能使壓裂液在

2、規(guī)定時間破膠，殘渣含量較少，對地層傷害小，結果表明壓裂液具有良好的破膠性能。
　　聚合物合成方面，本論文討論了聚合反應中各單項因素的選擇及最佳用量的確定。根據(jù)壓裂液應用對聚合產物的結構要求及合成反應要求，選擇有機相采用液體石蠟，乳化劑采用Span-80與OP-10為復合乳化劑，單體為AM、AMPS與MBA作為復合單體，引發(fā)劑采用過硫酸鉀-亞硫酸鈉氧化還原引發(fā)體系。根據(jù)溶液性能，確定最佳合成條件為油水質量比為1.2∶1，單體溶液濃度

3、為50％，m(AM)∶m(AMPS)∶m(MBA)=35∶5∶0.2，引發(fā)劑用量為單體質量的0.08％，過硫酸鉀與亞硫酸鈉質量比為1∶1。乳化劑用量為有機溶劑質量的10％，m(Span80)∶m(OP-10)=4∶1，反應時間為4h，反應溫度為45℃，攪拌速率為300r/min。采用紅外光譜法(FT-IR)，熱失重分析(TGA)表征了聚合物聚丙烯酰胺(PAM)，表明磺酸基（-SO3-）成功引入到大分子結構中，產物熱穩(wěn)定性良好。用凝膠滲透

4、色譜(GPC)測定了聚合物的分子質量，結果表明產物分子質量為461萬。
　　另外，將聚合產物應用于壓裂液，并對壓裂液進行了室內測試。溶液性質分析表明，壓裂液屬于典型的非牛頓型假塑性流體，濃度為1.0％時，流體稠度系數(shù)K為15.423，流動指數(shù)n為0.175，繼續(xù)增加壓裂液濃度，流體稠度系數(shù)K增加，流動指數(shù)n減小，流體非牛頓性增強;粘彈性測試表明，壓裂液在低剪切條件下表現(xiàn)出明顯的黏性，剪切速率增加時，可形成纏繞網絡結構，表現(xiàn)出彈性行

5、為;耐溫耐剪切測試表明，壓裂液具有良好的耐溫耐剪切性能，濃度為1.0％，剪切速率為170s-1，連續(xù)升溫至60℃，粘度仍可達150mPa.s以上，壓裂液最高耐溫可達80℃，增加濃度，可使壓裂液耐溫耐剪切性能顯著提高;pH性能檢測表明，質量分數(shù)為1.0％的壓裂液合適的pH環(huán)境為6～7，改變壓裂液使用的酸堿環(huán)境會使壓裂液粘度降低，改變幅度越大，粘度降低越快;耐鹽性測試表明，礦化度增加，壓裂液粘度下降，1.0％濃度的壓裂液在2000mg/L礦

6、化度使用條件下，粘度仍可達150mPa·s左右，表現(xiàn)出良好的耐鹽性;靜態(tài)懸砂試驗表明，1.0％濃度的壓裂液懸砂時間可達19min/cm。室內測試表明，聚丙烯酰胺壓裂液具有良好的應用性能，質量分數(shù)為1.0％，壓裂液可滿足壓裂施工要求。
　　最后，對聚丙烯酰胺壓裂液的破膠性能進行了研究，優(yōu)選了性能良好的PJ-1氧化還原破膠劑，可通過用量的改變使壓裂液在規(guī)定時間內破膠，破膠液粘度低，殘渣少，對地層傷害小。結果表明:破膠劑PJ-1用量在0

7、.001％至0.1％范圍內，可使1.0％濃度的壓裂液在42.3s-1，60℃條件下，破膠時間從700s至5000s可控，破膠液粘度小于5mPa.s，分子量數(shù)量級為103;殘渣測試表明，壓裂液殘渣僅為43mg/L;巖心傷害測試表明，PAM壓裂液破膠后對地層傷害低于胍膠壓裂液;濾失性能測試表明，在3.5MPa，溫度為60℃下，濾失系數(shù)為1.7×10-4m/min1/2。試驗表明，PJ-1破膠劑具有良好的破膠效果，可有效減少對地層的傷害。