【摘 要】
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针对常规减阻压裂液携砂能力弱,易伤害储层以及渗吸驱油效果较差等问题,提出的纳米磁流体压裂液不仅具有流变和减阻的磁响应性,而且对于提高渗吸驱油效果具有潜在应用价值。因此,本文研制一种纳米磁流体压裂液,研究其零场与磁场下的流变与减阻性能,为纳米磁流体压裂液矿场应用提供理论依据与技术支持。首先以三氯化铁与油酸钠等为原料,采用水热法制备了纳米Fe3O4颗粒,结合扫描电镜、X射线衍射等手段对产物进行表征;在
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51874334）； 山东省自然科学基金（ZR2018MEE010）；
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针对常规减阻压裂液携砂能力弱,易伤害储层以及渗吸驱油效果较差等问题,提出的纳米磁流体压裂液不仅具有流变和减阻的磁响应性,而且对于提高渗吸驱油效果具有潜在应用价值。因此,本文研制一种纳米磁流体压裂液,研究其零场与磁场下的流变与减阻性能,为纳米磁流体压裂液矿场应用提供理论依据与技术支持。首先以三氯化铁与油酸钠等为原料,采用水热法制备了纳米Fe3O4颗粒,结合扫描电镜、X射线衍射等手段对产物进行表征;在此基础上,设计了一种纳米磁流体压裂液,采用正交实验法优选压裂液组分及配比,并用Zeta电位测试了压裂液稳定性。结果表明,优选的制备工艺参数为:水热温度为160℃,反应时间为10h,Fe2+/Fe3+比例为0.7,反应压力为1.5MPa,制得产物为纯相纳米Fe3O4颗粒,粒径为62.5nm,比饱和磁化强度为78.3emu·g-1。优选的压裂液组分及配比为:0.025-0.035mol·L-1油酸钠+0.05-0.07mol·L-1十六烷基三甲基溴化铵+1%-5%的纳米Fe3O4+0.006mol·L-1KCl+0.5%DT-882D+0.2%JUN-1。其次,应用流变学方法研究了有无磁场作用下纳米磁流体压裂液的流变性,并通过Giesekus模型构建了零场下压裂液剪切粘度和纳米Fe3O4体积分数的实验关联模型。结果表明,零场下,纳米Fe3O4增强了胶束网状结构强度和密度,关联模型拟合程度为0.989。磁场下,磁场强度、纳米颗粒浓度、纳米颗粒粒径增加,压裂液粘度增强,当磁场强度为0.73T时,压裂液剪切粘度最大增量为70%;纳米Fe3O4体积分数为5%时,压裂液零剪切粘度达到18Pa·s。应用管式减阻仪考察了纳米磁流体压裂减阻行为。通过清水阻力系数与雷诺数的关系式,率定实验管径为4.985mm,检验减阻仪精度满足实验要求。零场下,随表面活性剂浓度增大、温度降低以及纳米Fe3O4浓度的减小,压裂液减阻率逐渐增大,最大约为60%,温度低于50℃时,压裂液最大减阻率50%以上。水平磁场下,磁场强度增加,雷诺数低于10000时压裂液减阻率基本不变,高于10000后压裂液减阻率降低,当磁场强度为0.4T时,压裂液最大减阻率约为55%。垂直磁场下,纳米颗粒边界层变薄,雷诺剪切应力减小,压裂液减阻率增加,当磁场强度为0.4T时,压裂液最大减阻率约为65%。对纳米磁流体压裂液携砂、破胶、滤失和裂缝伤害等性能进行评价,结果表明压裂液携砂性能强,遇油水自动破胶,破胶液无残渣,滤失系数为1.23×10-4 m·min-1/2,无滤饼,裂缝伤害率为12.4%,压裂液各项性能均满足施工要求。
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