有机锆复合交联剂的制备及其交联性能研究

论文摘要

水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要措施。本文针对低渗透、碱敏性储层在压裂施工过程中压裂液及其破胶液对储层伤害大等问题,以氧氯化锆、柠檬酸、二乙醇胺、三乙醇胺和丙三醇等为原料,合成了有机锆交联剂,比较了以不同原料合成的有机锆交联剂在pH值为3,交联比为100：1.6的条件下对交联羧甲基羟丙基瓜胶的性能,最终以三乙醇胺、柠檬酸和氧氯化锆为原料制备了一种能在酸性条件下对羧甲基羟丙基瓜胶进行交联的复合交联剂,并确定了制备该有机锆交联剂的反应条件。实验结果表明：当氧氯化锆：柠檬酸：三乙醇胺的摩尔比为2：1：7,反应温度为80℃～90℃,反应时间控制在4.0～6.0h时,合成的有机锆对羧甲基羟丙基瓜胶具有较好的交联性能,形成冻胶的时间较短、凝胶状态良好,耐温性较好。以羧甲基羟丙基瓜胶为增稠剂、合成的有机锆作为交联剂,研究稠化剂用量、温度、交联比、酸度、破胶剂等对羧甲基羟丙基瓜胶形成凝胶和破胶性能的影响,得到了酸性条件下羧甲基羟丙基瓜胶冻胶形成的条件。在此基础上,通过向体系中加入了助排剂、缓蚀剂、铁离子稳定剂、粘土稳定剂等压裂液添加剂,得到了羧甲基羟丙基瓜胶酸性压裂液体系配方：羧甲基羟丙基瓜胶质量分数为0.4%-0.6%,粘土稳定剂加量DC-1为1.0%,缓蚀剂DSH-1加量为0.5%,助排剂DCZ-1加量为0.6%,铁离子稳定剂DCTW-3加量为0.2%,pH值为3.0,交联比为100：1.6-100：2,破胶剂过硫酸铵加量为1.0%。为改善压裂性能,将合成的有机锆交联剂与乙二醛和氧氯化锆进行复配得到复合有机锆交联剂。并以羧甲基羟丙基瓜胶和部分水解聚丙烯酰胺复配物为压裂液的稠化剂,复合有机锆为交联剂,研究了稠化剂用量、交联比、酸度、破胶剂等对交联和破胶性能的影响,得到酸性条件下以羧甲基羟丙基瓜胶和部分水解聚丙烯酰胺复配物为压裂液的稠化剂、复合有机锆为交联剂的压裂液体系的基本配方：稠化剂浓度为0.4%羧甲基羟丙基瓜胶+0.2%部分水解聚丙烯酰胺,粘土稳定剂加量DC-1为1.0%,缓蚀剂DSH-1加量为0.5%,助排剂DCZ-1加量为0.5%,铁离子稳定剂DCTW-3加量为0.2%,pH值为3.0,交联比为100：1.8～100：2.2,破胶剂过硫酸铵加量为1.0%。参照水基压裂液性能评价方法SY/T5107-2005和压裂液通用技术条件SY/T6376-2008对两种酸性压裂液体系进行综合性能评价。实验结果表明：两种酸性压裂液流变性能较好,剪切稳定性能和悬砂性能良好,滤失系数小,破胶液残渣少,对岩心基质渗透率伤害小于行业标准要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 压裂液的作用及性能要求
• 1.2 压裂液种类及发展现状
• 1.2.1 水基压裂液
• 1.2.2 油基压裂液
• 1.2.3 泡沫压裂液
• 1.2.4 乳化压裂液
• 1.2.5 酸基压裂液
• 1.2.6 醇基压裂液
• 1.2.7 清洁压裂液
• 1.3 水基压裂液添加剂应用现状
• 1.3.1 稠化剂
• 1.3.2 交联剂
• 1.3.3 破胶剂
• 1.4 压裂液发展趋势
• 1.5 本文研究的目的和主要内容
• 第二章 有机锆交联剂的合成
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.2 有机锆交联剂的合成
• 2.2.1 柠檬酸二乙醇胺合锆的合成
• 2.2.2 柠檬酸三乙醇胺合锆的合成
• 2.2.3 柠檬酸丙三醇合锆的合成
• 2.3 影响有机锆交联性能的因素
• 2.3.1 配体的影响
• 2.3.2 原料配比的影响
• 2.3.3 反应温度的影响
• 2.3.4 反应时问的影响
• 2.4 有机锆的结构表征
• 2.5 本章小结
• 第三章 羧甲基羟丙基瓜胶凝胶及压裂液体系研究
• 3.1 羧甲基羟丙基瓜胶
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 水凝胶的制备
• 3.3.2 压裂液的制备
• 3.4 压裂液的性能评价方法
• 3.4.1 抗温抗剪切性能测定方法
• 3.4.2 高温高压滤失性能测定方法
• 3.4.3 悬砂性能测定方法
• 3.4.4 破胶性能测定方法
• 3.4.5 残渣含量测定方法
• 3.4.6 岩心基质渗透率损害率测定方法
• 3.5 影响羧甲基羟丙基瓜胶凝胶性能的因素
• 3.5.1 羧甲基羟丙基瓜胶用量对凝胶性能的影响
• 3.5.2 交联剂用量对凝胶性能的影响
• 3.5.3 pH值对凝胶性能的影响
• 3.5.4 温度对凝胶性能的影响
• 3.6 压裂液助剂筛选及加量确定
• 3.6.1 缓蚀剂的加量确定
• 3.6.2 铁离子稳定剂的筛选
• 3.6.3 助排剂的筛选及加量确定
• 3.6.4 粘土稳定剂的筛选及加量确定
• 3.7 压裂液的配制及性能测试结果
• 3.7.1 压裂液的配制
• 3.7.2 抗温抗剪切性能
• 3.7.3 压裂液的滤失性能
• 3.7.4 压裂液的破胶性能
• 3.7.5 残渣含量测定
• 3.7.6 悬砂性能测定
• 3.7.7 岩心伤害评价结果
• 3.8 本章小结
• 第四章 CMHPG/HPAM复合压裂液体系研究
• 4.1 实验仪器
• 4.2 复合交联剂的制备
• 4.2.1 乙二醛加量的确定
• 4.2.2 氧氯化锆加量的确定
• 4.3 影响水凝胶性能的因素
• 4.3.1 稠化剂用量对凝胶性能的影响
• 4.3.2 交联剂用量对凝胶性能的影响
• 4.3.3 pH值对凝胶性能的影响
• 4.4 压裂液助剂的确定
• 4.4.1 缓蚀剂加量的确定
• 4.4.2 助排剂加量的确定
• 4.4.3 粘土稳定剂加量的确定
• 4.5 压裂液的配制及性能测试结果
• 4.5.1 压裂液的配制
• 4.5.2 抗温抗剪切性能
• 4.5.3 压裂液的滤失性能
• 4.5.4 压裂液的破胶性能
• 4.5.5 残渣含量测定
• 4.5.6 悬砂性能测定
• 4.5.7 岩心伤害评价结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要