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我国具有丰富的页岩气资源,然而页岩气储层具有低孔、低渗的特点,需要采用水平井及分段压裂工艺才能有效开采。而且我国页岩气储层大多埋藏较深,开采难度极大,借鉴北美成功的经验,我国目前分段压裂主要采用滑溜水、线性胶及冻胶的混合压裂体系,除了滑溜水之外,还需要大量的线性胶及冻胶压裂液造缝及携砂。然而目前常用的线性胶及冻胶压裂液携砂及耐温性能不够理想,导致现场施工加砂困难,砂比极低,裂缝不能有效的支撑。并且目前所用线性胶及冻胶残渣含量较高,储层伤害较大,导致裂缝导流能力不高。因此,本文针对目前线性胶及冻胶压裂液携砂性能较差以及储层伤害较大的问题,分别开展了线性胶及冻胶压裂液研究。取得的研究成果如下:(1)针对目前线性胶压裂液携砂性能较差的问题,提出了缔合聚合物线性胶压裂液,并分别制备了两种可以在线混配的速溶疏水缔合聚合物稠化剂及其线性胶压裂液。● 以N,N-二甲基十六烷基烯丙基氯化铵(CD16)为疏水单体,采用水分散聚合法制备了速溶疏水缔合聚合物HAPAM。HAPAM聚合物溶液研究表明,HAPAM能够在20s内快速溶解并缔合增稠,可以实现连续混配;HAPAM表现出较好的抗盐及盐增稠效果,可以采用返排水配置;HAPAM是以分子间作用力形成的超分子聚集体,具有较好的剪切稀释性以及动态恢复能力,有利于压裂液的注入及抗剪切。研究表明,HAPAM线性胶压裂液具有较好的粘弹性,是一种弹性为主的流体,携砂性能相比常规的胍胶线性胶提高了一个数量级;HAPAM线性胶破胶后粘度低,几乎无残渣。HAPAM线性胶具有较好的溶解性能、抗盐、携砂性能及清洁性能,可应用于页岩气压裂前置液进行造缝,也可以用于携砂液与滑溜水交替注入。●为了提高疏水单体的缔合能力,并能溶于高浓度盐水中,设计并制备了一种超长碳链双亲水头基的疏水单体,并通过水分散聚合法制备了速溶型疏水缔合聚合物PDH。研究表明,PDH聚合物溶液具有比HAPAM更好的缔合性能和抗盐性能;同时PDH线性胶压裂液也表现出较好的携砂、破胶等优良的性能。(2)针对目前线性胶压裂液残渣含量较高的问题,分别从线性胶压裂液体系及破胶剂出发,构建了一种刺激响应型线性胶体系,并制备了一种纳米延迟破胶剂。●采用刺激响应型表面活性剂与略低于临界缔合浓度的的缔合聚合物溶液构建了一种刺激响应型线性胶压裂液体系。研究表明,刺激响应型表活剂具有温度及pH双重响应;刺激响应型表面活性剂能够促使缔合聚合物形成分子间的缔合,大幅提高聚合物溶液的粘弹性,形成刺激响应型弱冻胶状的线性胶。刺激响应型线性胶在地面管线及井筒具有较好的携砂性能,静态携砂性能相比常规的胍胶线性胶大幅提高;在一定温度或者pH条件下,刺激响应型表面活性剂遭到破坏,缔合聚合物又变成分子内缔合,线性胶压裂液自动破胶,粘度大幅降低,在氧化破胶剂的协同作用下彻底降解,几乎无残渣,表现出较好的刺激响应性及清洁性,从而实现同时具有较好的携砂性能及破胶性能。●针对微裂缝中大量的滑溜水及线性胶,制备了一种新型的纳米延迟破胶剂。首先制备了一种纳米级的多孔材料,然后将常规破胶剂载入到多孔材料的孔道中,制备了一种纳米延迟破胶剂。研究表明,该纳米多孔材料具有规则的孔道结构,比表面积达到1197m2/g;纳米延迟破胶剂的有效含量为5.24%,包埋率达到90%以上。纳米多孔材料的规则孔道是破胶剂储存及扩散释放的通道,破胶剂在多孔介质的孔道中缓慢脱附、扩散并释放,从而实现延迟破胶。纳米延迟破胶剂是一种新型的破胶剂,可以应用于滑溜水和线性胶的延迟破胶。(3)针对常规冻胶压裂液残渣含量较高、耐温抗剪切性能不理想等问题,分别制备一种物理交联的缔合聚合物冻胶及一种化学交联的超支化聚合物冻胶压裂液。●为了提高缔合聚合物冻胶的强度,采用提高疏水单体比例来提高冻胶的强度及抗温。首先制备了一种高活性的疏水单体,并采用水分散聚合法制备了一种疏水缔合聚合物HPDM冻胶压裂液。研究表明,虽然HPDM中疏水单体比例较高,但仍然能够在3分钟内快速溶解,并具有较好的缔合增粘性能;HPDM表现出较好的抗盐性能,在盐水中大幅增稠;HPDM抗温能够达到120℃以上,具有一定的耐温性能;HPDM冻胶压裂液具有比胍胶冻胶压裂液更好的携砂性能,并且破胶后残渣仅为11mg.L-1,表现出较好的抗盐、清洁等性能。●为了进一步提高冻胶压裂液的耐温性能,制备了一种化学交联的超支化聚合物冻胶压裂液。首先制备一种支化单体及刚性单体,并采用水分散聚合法制备了一种超支化聚合物,通过有机锆交联得到冻胶压裂液BPAM。研究表明,超支化聚合物具有比部分水解聚丙烯酰胺更好的抗剪切性能;交联的BPAM冻胶压裂液具有较好的抗温性能,抗温可以达到146℃以上,同时表现出比胍胶冻胶压裂液更好的携砂性能及破胶性能,破胶液残渣含量仅为34 mg.L-1。本文制备的一系列线性胶与冻胶压裂液可以与滑溜水形成一系列低伤害的混合压裂液体系,丰富了我国页岩气储层改造用压裂液及破胶剂种类,尤其对我国中深层页岩气的高效开发提供了必要的理论基础和实验依据。