论文部分内容阅读
为了满足2500~3000 m的深井对于压裂液延时、耐温性、耐剪切性的需求,本研究以丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、N,N-二乙基丙烯酰胺(DEAM)共聚,制备了一种高黏度、耐温的三元聚合物稠化剂HMPAM。考察了各种反应因素对产品性能的影响,表征了化学结构,测定了溶液流变性质。另外,针对该聚合物稠化剂合成了一种延时性能优异有机钛交联剂,考察了不同反应因素对于产品性能的影响。最后,进一步针对有机钛交联剂交联的HMPAM聚合物压裂液进行室内评价,成功获得了延时效果佳、耐温性及耐剪切性优异、低伤害的冻胶压裂液。主要结论如下:(1)将丙烯酰胺、丙烯酸、N,N-二乙基丙烯酰胺通过自由基乳液聚合反应得到聚合物稠化剂HMPAM,讨论了单体含量、乳化剂含量、引发剂含量等合成条件的影响规律,得到最佳合成配方:m(AM):m(Na AA):m(DEAM)=15:4:6,乳化剂SDS用量占单体总量的2%,引发剂K2S208用量占单体总量的0.5%,反应温度60℃,反应时间3 h。(2)采用红外光谱法(FT-IR),核磁氢谱(1H NMR),热失重分析(TGA)表征了HMPAM化学结构,荧光光谱表征了HMPAM溶液的微观结构,表明DEAM成功引入HMPAM。“一点法”测定分子质量在600万左右。另外,利用幂律函数、触变性、耐温性测试测定了HMPAM水溶液的流变性质,由此可知,随着HMPAM的浓度从0.1%增加到0.5%时,稠度系数k也由0.960增大到5.872,黏度增大,且n值均<1,表明为非牛顿流体。HMPAM溶液具有显著的触变性能及优异的耐温性能。(3)以钛酸丁酯为主剂,乙二醇为溶剂,丙三醇与乳酸为配位剂,通过络合反应制备有机钛交联剂,得到最佳合成工艺:溶剂乙二醇的质量分数为60%,主剂钛酸丁酯的质量分数为4%,配位剂m(丙三醇):m(乳酸)=1:3,p H=4~5,反应温度80℃,反应时间2 h。另外,得到最佳有机钛/HMPAM压裂液冻胶,其中HMPAM基液最佳浓度为0.5%,交联比m(HMPAM):m(有机钛)=100:0.4~100:0.6。(4)通过静态悬砂测试、静态流变测试、动态流变测试及破胶实验对0.5%HMPAM基液,交联比m(HMPAM):m(有机钛)=100:0.4~100:0.6的冻胶压裂液分别进行了室内性能评价。测试结果表明压裂液冻胶具备优异的悬砂性能,且温度升高,悬砂性提高。冻胶具备优异的耐温性能及耐剪切性能,在80℃、95℃下连续剪切90 min,黏度依然维持在50 m Pa.s以上。黏弹性测试证明该压裂液是典型的黏弹性体系,弹性优异。在60℃、80℃、100℃下,加入不同质量比的破胶剂过硫酸钾,破胶液的残渣含量远远低于植物胶压裂液,表面张力在30 m N.m-1以下、界面张力在0.8 m N.m-1左右,容易返排,对地层伤害小。