水基压裂液添加剂的研究与应用

随着石油工业发展,对压裂液提出了更高的性能要求,水基压裂液添加剂的研究显得尤为重要。开发一种耐高温、抗剪切、低残渣、返排性能好、低滤失量以及适用于低渗高温的地层压裂液添加剂成为当前研究方向。 瓜尔胶作为增稠剂,由于其水不溶物含量高,粘度不易控制,并且易被生物分解而不能长期保存等缺点,在工程应用中已经被淘汰。为了降低瓜尔胶的水不溶物含量,加快水合速度,改善耐盐耐剪切性能,需要对瓜尔胶进行化学改性,使其可广泛应用。本文针对瓜尔胶的以上缺点,对其进行了化学改性研究:以无水乙醇纯化后的瓜尔胶为原料,在环氧丙烷为醚化剂,异丙醇为分散剂,氢氧化钠为催化剂的反应条件下发生亲核取代反应,合成了羟丙基瓜尔胶。通过对瓜尔胶的改性,增加了分子的分支程度,水溶速度加快,水不溶物减少,而且改性后的羟丙基瓜尔胶具有增粘能力强及耐温、抗盐、抗剪切性高,以及残渣量低,对储层的伤害比较小的优点。改性后的羟丙基瓜尔胶的性能达到甚至优于国内羟丙基瓜尔胶的性能,其水不溶物为2.60%,比国内的3.97%要低,表观粘度为87mPa·s,与国内的羟丙基瓜尔胶的表观粘度为90mPa·s基本相当,最高耐温能力达到93℃,抗剪切性能好,可作为一种优良的水基压裂液增稠剂。 由于表面活性剂作为水基压裂液助剂具有杀菌、破乳、助排、稳定粘土、消泡、起泡等作用,在水基压裂液添加剂中有着广泛的应用。本文从马来松香及马来松香辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠盐的合成出发,探寻一条适宜的马来松香衍生物的合成路线,以绿色环保的松香为原料与顺丁烯二酸酐反应得到马来松香,以马来松香与辛基酚聚氧乙烯醚由酯化反应得到马来松香辛基酚聚氧乙烯醚双酯羧酸,最后由马来松香辛酚基聚氧乙烯醚双酯羧酸与氢氧化钠发生中和反应,生成马来松香辛基酚聚氧乙烯醚双酯酸钠盐表面活性剂。结合水基压裂液对表面活性剂作为助剂的性能要求,对合成的表面活性剂进行了表面张力、乳化能力、CMC、HLB、耐酸、耐碱的性能测试,在21.2℃时表面张力比较低为28.79mN/m,起泡比在23℃时为40/19,乳化时间可达到42min。由于马来酸酐双酯钠盐表面活性剂具有低表面张力、泡沫适中、稳定性能良好、无毒、成本低廉等优点,可作为提高水基压裂液性能的助剂,在水基压裂液中可起到乳化、助排、稳定粘土、起泡的作用。 本文最后采用羟丙基瓜尔胶作为水基压裂液的增稠剂,以马来松香辛基酚聚氧乙烯醚羧酸钠盐表面活性剂作为助排剂,再添加一定比例的杀菌剂、粘土稳定剂、交联剂配制成新型水基压裂液。按照水基压裂液的性能要求,对新型水基压裂液进行了配伍性、耐温性性能、流变性能性、破胶性能、静态滤失、破胶表面张力的性能测试。将压裂液基液和交联剂按照100:0.7交联后,按照《水基压裂液性能评价方法》,对交联的羟丙基瓜尔胶压裂液体系进行性能评价:测得破胶残渣为326 mg/L,破胶液的表面张力为26.06mN/m,滤液的表面张力为27.76mN/m,最高耐温能力达到95℃,压裂液性能稳定。通过测试表明:新型的水基压裂液体系具有抗剪切、破胶彻底、返排迅速、溶解速度快、残渣含量低、以及对储层支撑裂缝的伤害小的特点,特别适用于地层温度为95℃以下,不同井深井温的低渗透油气层压裂,在工程应用中具有很好的应用前景。