Page 33 - 《精细化工》2020年第4期
P. 33

第 4 期                          潘   一，等:  聚合物稳泡剂耐温性研究进展                                   ·667·


            1.2    人工 PEF                                      剂为主剂制得 1000 mL 起泡液，加入质量分数 0.3%
                 天然 PEF 构成的压裂液泡沫体系破胶不彻底，                       pH 调节剂 B-14、1%  KCl 和 0.5%BCG-8 人工 PEF
            遗留残渣多，易对储层造成伤害。因此，国内外学                             组成 CO 2 泡沫压裂液体系。实验表明，该体系的起
            者开始转向人工合成的新型低伤害 PEF，其不溶物                           泡率为 261%，泡沫质量为 72.3%，泡沫性能良好。
            含量极低，利用超分子化学理论，形成一种可逆的                             高温 140  ℃下，当 PEF 质量分数为 0.6%时，在高
                                                                              –1
            空间网络分子结构，从而提高该物质水溶液的黏度，                            剪切速率（170  s ）下仍能保持较高的表观黏度值
            由此解决天然 PEF 造成的残渣含量过高，耐温性差                          （大于 30  mPa·s）。应用于延长油田进行现场实验
            等问题，实现清洁压裂的目的。                                     表明，地层温度 110  ℃下，增产效果明显。该体系
                 LUO 等 [12] 采用 BCG-1 新型疏水缔合聚合物（以               可耐 140  ℃高温，能够有效增强泡沫性能，携砂能
            丙烯酰胺、丙烯酸单体为原料共聚合成）作稳泡剂，                            力强，破胶彻底，残渣量低利于返排，可用于非
            配制压裂液泡沫体系：以质量分数为 0.3%的 B-55                        常规油气藏以及高温油藏中的泡沫压裂，应用前
            起泡剂为主剂，添加质量分数为 0.5%的 BCG-1 人                       景良好。
            工 PEF、0.3% B-13 高温稳定剂、0.3% B-14PH 调节                   由上例可以看出：一种结构型 PEF 由于功能性
            剂和 1%  KCl，通过 BCG-CO 2 整个体系的对流换热                   单体的引入在空间结构上具有很强的稳定性，其独
            特性实验，结果发现，随着泡沫质量的提高，对流                             特三维网状结构使其表现出优异的耐温抗盐抗剪切
            换热系数随温度的升高而减小，50  ℃时，泡沫质量                          性，但不能减轻对地层的损害；相对来说，羧甲基
            为 79%，体系性能较好。BCG-1 作用机理为：利用                        羟丙基瓜尔胶对储层伤害较小，但其浓度过高易造
            超分子原理共聚得到，其分子结构中功能性单体的                             成孔喉堵塞；而 BCG-1 和 BCG-8 利用超分子原理
            加入提高了聚合物水溶液的黏度，增强了体系耐温                             引入了亲水性功能单体，增强了自身水溶性，解决
            性能以及压裂液的抗剪切性能。该研究结果可用于                             了残渣量过高、耐温性差等问题，达到了清洁压裂
            计算 BCG-CO 2 压裂液在压裂设计中的传热参数，确                       的效果。
            定 BCG-CO 2 压裂液的温度场，对 BCG-CO 2 体系的                      目前，人工合成 PEF 在泡沫压裂液中的应用增
            工程应用有一定实际指导意义。另外，BCG-CO 2 压                        强了体系泡沫性能，提高了耐温性，破胶彻底，残
            裂液系统耗水量小、对地层损害小、恢复速度快、                             渣量低，得到了广泛使用，但对于非常规储层来说，
            效率高，可用于页岩气的增产。郑焰等                   [13] 合成一种      由于这些地层的孔隙度和渗透率较低，加入聚合物
            泡沫压裂用结构型 PEF（由去离子水、增溶剂、含                           和其他交联凝胶等以增大泡沫压裂液体系的黏度和
            有乙烯基团的水溶性单体、结构型单体、阴离子表                             稳定性时，聚合物分子在水相中的浓度可提高 10~
            面活性单体、阴离子表面活性剂、氧化还原体系引                             15 倍，而由于其他增稠剂的存在，最终可能会导致
            发剂、偶氮类引发剂进行多级引发聚合得到），作                             形成滤饼，造成孔隙堵塞和裂缝表面堵塞、地层损
            用机理为：该物质分子链结构上的特殊基团，通过                             害和裂缝导电性降低         [14] 。另外，在高温油藏流体存
            产生缔合行为，可形成稳定的三维网状结构，同时                             在下聚合物分子可能会发生剪切降解，造成泡沫体
            分子链上的阴离子表面活性基团受增溶剂的影响而                             系黏度降低     [15] 。
            稳定排列，使空间网络结构更稳定，携砂能力强，                                 因此，研究人员对某些纳米材料（称为纳米交
            因此，耐温耐剪切效果优异。实验发现，含有质量                             联剂）用于提高交联合成液的热稳定性和降低聚合
            分数 0.3%的稳泡剂水溶液的起泡率≥600%、半衰                         物负载进行了研究        [16] 。NORA 等 [17-18] 选取含胺型纳
            期≥12 h，可耐温 95  ℃。该稳泡剂通过缔合作用，                       米交联剂，以丙烯酰胺基聚合物为稳泡剂，实验发
            形成了稳定的三维网状结构，使空间网络结构更稳                             现，低浓度（质量分数为 0.02%）的 SiO 2 纳米颗粒添
            定，具有较强的携砂能力，耐温耐剪切效果优异，                             加在 PEF 的压裂液中，提高了聚合物高温下的稳定
            且具有优良的增溶增黏效果、成本低，可操作性强。                            性，减小了聚合物负载量。低的聚合物负载量能够维
                     [5]
            高亚罡等 研制了 BCG-8 丙烯酰胺类多元共聚物                          持大于 500 mPa·s 的流体黏度超过 3 h，当表面改性
            （以乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺、直链表面活性剂单                             纳米硼交联剂与水力压裂液交联，聚合物质量分数
            体为原料），BCG-8 的作用机理为：该物质分子链                          为 0.3%时，压裂液热稳定性强。美国学者 EMRANI
            上含有羧酸、磺酸以及疏水基团等，羧酸和磺酸基                             等 [19] 研究了不同温度（75  °F 到 212  °F）和矿化度
            团亲水性强可增大其溶解度，而侧链疏水基团提高                             （1%~10% NaCl）条件下 CO 2 /α-烯烃磺酸盐（AOS）
            了稳泡剂的增黏性，从而增加体系溶液的黏度，增                             溶液与 SiO 2 纳米颗粒、瓜尔胶或黏弹性表面活性剂
            强泡沫的稳定性。该实验以 CO 2 为发泡气体，以质                         （VES）混合体系稳定性，发现添加质量分数为 1%
            量分数为 0.4%的直链阴离子表面活性剂 B-55 起泡                       的 SiO 2 纳米颗粒后，体系泡沫半衰期是 AOS 和瓜
   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38