论文部分内容阅读
我国化石能源供需不平衡,新增非常规油藏储量占比高,而非常规油藏开发投资成本高,施工风险大,投产见效差。为降低我国能源供需矛盾,保障国家能源安全和可持续性发展,“缝网增产+渗吸置换”成为开发非常规致密油藏的有效技术手段。本文基于压裂工艺技术要求和提高油气采收率的原理分析,结合油田降本增效和安全环保的开发思路,构筑了高性能、低伤害、多功能的压裂-驱油型压裂液体系。该体系突破了传统的“压裂液+渗吸剂”的设计思路,通过优选自主合成的稠化剂,结合“水平井+体积压裂”工艺技术,实现储层缝网改造的目的,利用稠化剂降解液,实现在储层中发生渗吸置换,提高油田开采效率的目的。主要研究内容包括:（1）以丙烯酰氯（AC）和硬脂醇聚氧乙烯醚（SG-n,n代表氧乙烯基链段数）为原料,合成了两亲性功能单体十八烷基聚氧乙烯醚丙烯酸酯（SGA-n,n=3,5,10,15,40）。通过结构表征,证明目标产物已合成。SGA-n具有增溶和降低表面张力的作用。SGA-10和SGA-15的临界胶束浓度（CMC）约为0.003 mol/L,说明SGA-n在水中可发生熵驱动的聚集行为。为构建高性能两亲水溶性聚合物稠化剂,以SGA-n作为两亲性功能单体对聚合物进行改性研究。（2）以丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）和SGA-n（n=3,5,10,15）为原料,合成了两亲性功能单体改性的部分水解聚丙烯酰胺（PAMS-n,n=3,5,10,15）。含芘的聚合物溶液荧光光谱测试,证明了溶液中疏水微区的存在。通过对聚合物溶解性、流变学和热力学性能测试,发现随着n的增加,聚合物的热稳定性、溶解性、触变应力和黏弹性逐渐增大。质量分数为0.8%的PAMS-3、PAMS-5、PAMS-10 和 PAMS-15 在 140℃时黏度分别为 41 mPa-s、47 mPa·s、56 mPa·s 和 84 mPa·s,黏度保留率分别为 23.51%、28.23%、35.56%和53.63%,耐温性能逐渐增强。SEM测试观察到PAMS-15的聚合物网络结构比PAMS-10更致密。随着聚合物中n的增加,聚合物由以疏水缔合为主体的空间网络结构逐渐演变为以疏水缔合和线性纠缠相协同的空间网络结构。PAMS-n的宏观性能与微观结构演化机理,为聚合物改性特别是耐高温稠化剂的研究和制备提供了重要的参考价值。（3）以AA、AM、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二十二烷基二甲基烯丙基氯化铵（DDAC）为原料,合成了疏水缔合聚合物（HAP）。以AA、AM、AMPS、DDAC和SGA-n（n=5,10,15,40）为原料,合成了两亲性功能单体改性疏水缔合聚合物（MHAP-n,n=5,10,15,40）。聚合物MHAP-n的应用性能明显优于聚合物HAP。在MHAP-n(n=5,10,15,40,中,随着n的增加,水溶性增强,且XRD图谱没有出现尖锐的峰,而是扩散峰,聚合物为非晶体形态。通过对聚合物溶液增稠性、流变学和耐盐性测试,发现在MHAP-n（n≤15）中,随着n的增加,增稠能力逐渐增强,耐温性、耐盐性、黏弹性、触变应力逐渐增加。MHAP-15在NaCl盐水中出现盐增稠现象,在CaCl2盐水中黏度保持率较高。然而,MHAP-40的增稠、耐温和耐盐性能都有所下降,这与氧乙烯基链段的强亲水性导致的聚合物空间网络结构致密性下降和拓扑滑动行为增加有关。通过探究聚合物间的性能差异,初步证实了 MHAP-15更适合作为油田压裂的稠化剂。（4）以MHAP-15为稠化剂,添加CJSJ-3杀菌剂,KCl黏土稳定剂,CF-5A氟碳表面活性剂助排剂,配制MHAP-15压裂液。通过对压裂液的黏度、减阻率、耐温、耐盐和流变学性能测试,发现MHAP-15压裂液为高黏弹性流体,增稠性能好,减阻率高。通过调节稠化剂的用量,压裂液可适用于高温和超高温井。当模拟地层水矿化度达到8×104 mg/L时,稠化剂质量分数为0.6%和0.8%的MHAP-15压裂液黏度分别为72 mPa·s和94 mPa-s,黏度保留率＞50%。MHAP-15压裂液悬砂性能好,破胶液残渣含量低,与地层水配伍性好,储层伤害低,可满足油田压裂的施工要求。（5）为达到提高致密油气田开采效率的目的,探究SGA-15的引入对聚合物降解液与储层渗吸置换间的作用关系。使用过硫酸铵作为聚合物的氧化降解剂,过硫酸铵可通过热激活生成的羟基自由基攻击长链高分子聚合物,降解部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）、HAP和两亲性功能单体改性的疏水缔合聚合物（MHAP-15a 和 MHAP-15b）,其中 MHAP-15a 与 MHAP-15 为同一种聚合物,MHAP-15b在聚合时含0.04 mol/L的SGA-15单体。通过在不同条件（如温度、pH、盐）下过硫酸铵降解MHAP-15a的过程研究,发现升温、盐离子、酸性和碱性的水环境都有利于聚合物的降解。通过测试聚合物降解液的表/界面张力、岩芯粉固体表面的Zeta电位、润湿力、润湿性改变、毛细管上升高度和自发渗吸效率,发现MHAP-15a和MHAP-15b降解液润湿力更强,可使油湿岩石转变为水湿,毛细管上升高度更高,且MHAP-15b降解液的渗吸置换效率高于MHAP-15a。质量分数为0.6%的HAP、MHAP-15a和MHAP-15b降解液在30℃下浸泡天然岩芯265 h,渗吸置换效率分别为11.69%、34.89%和37.95%;质量分数为0.6%的MHAP-15a和MHAP-15b降解液在60℃浸泡人造岩芯42 h,渗吸置换效率达到59.25%和62.74%。所以在聚合物中引入SGA-15对提高聚合物降解液的渗吸置换效率,构筑压裂-驱油型压裂液体系具有积极影响。本文通过“缝网增产+渗吸置换”的技术手段,利用高性能压裂液提高油气田开采效率,对多功能压裂液的发展与进步具有重要的参考价值。