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水力压裂作为低渗透油田储层改造技术之一已取得成功应用。压裂液作为压裂施工的工作介质,一直都是压裂改造的主要研究方向之一。目前使用的瓜胶压裂液体系破胶后固相残渣易污染地层,而研究较多的阳离子型清洁压裂液存在耐温性能较差、滤失量大以及在地层中吸附滞留造成润湿反转等问题,严重制约了清洁压裂液的推广应用。纳米颗粒表面具有大量的活性基团及特异电荷,吸附到胶束表面可增大胶束体积,与胶束自组装形成类似滤饼结构,还可通过静电屏蔽作用提高胶束网状结构的稳定性,从而较大幅度改善清洁压裂液的耐温性和降滤失性;压裂液中纤维可形成网状结构,提高清洁压裂液的携砂性能。因此研究一种纤维基纳米复合清洁压裂液体系,考察其流变行为及综合性能,为清洁压裂液体系的进一步改进与推广应用提供理论基础与技术支撑。
以可生物降解的阴离子型表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸钠(MES)为主要原料,应用流变测试方法考察了各组分浓度变化对胶束聚集形态及转变过程的影响,并用冷冻蚀刻透射电镜(FF-TEM)观察了不同胶束体系的微观结构。结果表明体系粘度随MES浓度增大而增大,随NaCl、助表面活性剂TC以及纳米TiO2浓度的上升而存在一个最佳值,分析了清洁压裂液体系的粘弹特性,获得该体系的弹性模量G、粘性模量G"、线性粘弹性应力区等物理量。以粘度为目标优选得到纳米复合清洁压裂液体系基本配方:/VIES(4.0wt.％)/NaCl(4.0wt.％)TC(0.6wt.％)/纳米TiO2(0.6wt.％)。助表面活性剂TC与纳米TiO2通过吸附以及静电屏蔽作用促进了胶束的形成、生长和聚集并提高了胶束网状结构的稳定性。在30℃时,静态悬砂实验表明在纤维长度10mm、浓度0.6wt.％时清洁压裂液具有良好的悬砂性能。流变性测试表明纤维基纳米复合清洁压裂液体系为假塑性流体。应用Cox-Merz规则和Cole-Cole图,证实了复合体系形成了蠕虫状胶束而且其动态粘弹性符合Maxwell模型。综合性能评价表明纤维基纳米复合清洁压裂液在80℃时粘度仍保持在50mPa·s左右,具有良好的耐温耐剪切、悬砂、配伍、破胶性能,对地层平均伤害率8.5％左右。纤维对裂缝导流能力影响小,显示出良好的应用前景。