納米顆粒改性粘彈性清潔壓裂液的流變特性研究.pdf

1、將納米顆粒分散于流體可形成納米流體，這種兩相穩(wěn)定的懸浮液有許多特殊的性質(zhì)，本文利用納米顆粒來改性一種粘彈性壓裂液流體。該種粘彈性流體主要由表面活性劑組成，在油氣的開采中可作為壓裂液使用，是一種新型、清潔的壓裂液，并能比高分子聚合物型壓裂液破膠更快、更完全，有望解決現(xiàn)今壓裂液配比復(fù)雜、水不溶殘留物多、巖層滲透性差的問題。然而，該種表面活性劑壓裂液在使用過程中隨溫度上升時表觀粘度下降較快，且價格較高，不如高分子聚合物型壓裂液應(yīng)用廣泛。本文通

2、過對一種粘彈性清潔壓裂液使用納米顆粒進行改性研究，利用高比表面積的納米顆粒來增加表面活性劑溶液中膠束的穩(wěn)定性，有望獲得適合我國頁巖氣埋藏條件的抗高溫抗濾失的清潔壓裂液，在未來頁巖氣開采中具有較高的應(yīng)用價值。
　　本文圍繞納米顆粒改性粘彈性清潔壓裂液的流變特性，對壓裂液的制備方法、穩(wěn)定性、流變特性及工程特性進行研究，初步篩選了對表觀粘度、攜砂特性有一定的改性作用的納米顆粒，主要工作內(nèi)容與結(jié)果如下:
　　1.納米顆粒復(fù)合粘彈性清

3、潔壓裂液的制備方法與穩(wěn)定性研究通過兩步法，并使用高壓微射流分散方法制備了納米復(fù)合粘彈性流體，對其微觀形態(tài)、粒徑分布、顆粒表面特性進行了研究。使用靜置自由沉降與長時間高剪切等手段發(fā)現(xiàn)通過該方法制備的流體具有較好的顆粒粒徑分布、靜置穩(wěn)定性與剪切穩(wěn)定性。
　　2.納米顆粒復(fù)合粘彈性清潔壓裂液的流變特性研究研究了納米顆粒對流體表觀粘度、零剪切粘度、彈性與粘性的特征參數(shù)的影響。對流變特性中的主要參數(shù)，使用非線性粘彈性模型來分析各參數(shù)的影響。

4、流體的表觀粘度主要受剪切率、零剪切粘度、松弛時間的影響，其中零剪切粘度與松弛時間主要受到溫度、納米材料及其添加百分比的影響。
　　通過分析以上影響因素，并進行公式擬合，發(fā)現(xiàn)了一定的規(guī)律與改性效果。在測試范圍內(nèi)，隨百分比增大時，零剪切粘度逐漸降低;30℃時在部分體積分數(shù)添加百分比下鈦酸鋇、二氧化硅、石墨三種材料都對高剪切粘度有所增加;熱釋電性鈦酸鋇材料在30-90℃間可對高剪切粘度有一定的提高，特別是在45℃時效果較明顯;在30℃時

5、存在一個合適的納米顆粒添加比范圍使得三種納米顆粒均可提升零剪切粘度，在30-80℃時，石墨材料對零剪切粘度均有一定的提高;對于納米二氧化硅材料，同添加量下顆粒對于儲能模量與耗能模量增加趨勢是相同的;松弛時間受到溫度的影響較大，受到添加百分比的影響則較小。
　　本文認為在添加有納米顆粒后，表觀粘度的增加與否主要取決于以下兩者的權(quán)衡:1）高比表面積的納米顆粒吸附表面活性劑膠束分子加強膠束間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而使得表觀粘度上升;2）納米顆粒

6、對膠束團的吸附使膠束團緊密重疊，打破了網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，造成表觀粘度的下降。
　　3.納米顆粒復(fù)合粘彈性清潔壓裂液的其他技術(shù)指標(biāo)測試結(jié)合行業(yè)標(biāo)準，本文通過靜置自由沉降實驗來測試納米顆粒改性清潔壓裂液的攜砂特性，并使用不同的破膠劑進行破膠實驗，此外還對表觀粘度與粘彈性進行了工程評價。實驗發(fā)現(xiàn)，攜砂特性受溫度影響較大，二氧化硅、鈦酸鋇納米顆粒的添加可以略減緩沉降速率。相比胍膠壓裂液，在同沉降速率下粘彈性清潔壓裂液所需要的表觀粘度值更低。納米