超分子活性聚合物型清潔壓裂液的研制與評價

蒲陽峰，羅立錦，張明，王帥，于永

（1.陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司油氣勘探公司，陜西延安716000；2.四川安東油氣工程技術(shù)服務(wù)有限公司，四川遂寧629000）

超分子活性聚合物型清潔壓裂液的研制與評價

蒲陽峰1，羅立錦1，張明1，王帥1，于永2

（1.陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司油氣勘探公司，陜西延安716000；2.四川安東油氣工程技術(shù)服務(wù)有限公司，四川遂寧629000）

本研究開發(fā)了一種超分子活性聚合物增稠劑，采用特殊合成工藝在其分子鏈上引入疏水基和親水基團，同時引入活性基團，使得該稠化劑在水中更易溶解、分布更均勻，其能夠達到耐溫抗鹽，并具有表面活性。在壓裂液應(yīng)用時，加入特殊的助劑，能使低分子增稠劑在水溶液中形成的小球狀或長棒狀膠束結(jié)構(gòu)變成具有一定抗扭曲能力的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而賦予液體較高的黏度、較好的耐溫能力和較強的抗剪切能力。測試表明，該稠化劑壓裂液，具有增稠效果好、懸砂能力強，能耐150℃高溫，傷害率低的特點。

超分子；聚合物；清潔壓裂液

水力壓裂作為油氣藏改造增產(chǎn)的重要措施，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。通過聚合物增稠或交聯(lián)的水基壓裂液都有殘渣，這些殘渣對地層及充填層造成嚴重堵塞使其滲透率大幅度下降，從而降低壓裂效果[1]。自1997年斯倫貝謝公司研究成功清潔壓裂以來[2]，低傷害清潔壓裂液體系成為研究的熱點。本文在總結(jié)了大量有關(guān)國內(nèi)外清潔壓裂液的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)了超分子活性聚合物清潔壓裂液體系。以丙烯酰胺為主鏈，引入了疏水長鏈非離子單體、親水陽離子單體和陰離子活性單體進行四元共聚，合成了一種多官能團的共聚物，相對分子質(zhì)量相對較小，具有表面活性。同時在交聯(lián)技術(shù)方面也進行了創(chuàng)新，形成了ADQY-2超分子清潔壓裂液。

1 超分子活性聚合物的研制

超分子活性聚合物清潔壓裂液通過開發(fā)一種相對分子質(zhì)量比傳統(tǒng)羥丙基（HPG）要小20~30倍的低分子增稠劑，采用特殊合成工藝在分子鏈上引入疏水基和親水基團，同時引入活性基團，使得增稠劑在水中更易溶解、分布均勻，能耐溫抗鹽，具有表面活性。在壓裂液體系中使用特殊的助劑，能使低分子增稠劑在水溶液中形成的小球狀或長棒狀膠束結(jié)構(gòu)變成具有一定抗扭曲能力的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而賦予液體較高的黏度、較好的耐溫能力和較強的抗剪切能力而作為壓裂液使用[3-5]。

1.1 超分子活性聚合物分子結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計丙烯酰胺為主鏈，引入了疏水長鏈非離子單體、親水陽離子單體和陰離子活性單體進行四元共聚，合成了一種多官能團的共聚物，相對分子質(zhì)量相對較小，具有表面活性。其結(jié)構(gòu)式如下：

1.2 超分子活性聚合物的合成

目前采用的共聚合方法可分為三種：（1）溶液聚合，即均相共聚合，單體溶解在混合溶液中；（2）分散聚合，即非均相共聚，疏水單體直接分散在水中；（3）膠束共聚合，疏水單體增溶在表面活性劑形成的膠束中。本研究的超分子活性聚合物的制備采用膠束共聚法，合成步驟如下：

（1）準確稱取一定量的丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、丙烯酸十六烷基酯等加入200 g蒸餾水中，備用；

（2）準確稱取一定量的過硫酸銨引發(fā)劑，加入25 g蒸餾水中，備用；

（3）將步驟1中配好的溶液加入三口燒瓶，通氮氣除氧，水浴鍋中保溫60℃，并攪拌；

（4）將步驟2中配好的引發(fā)劑溶液加入滴液漏斗中，插入三口燒瓶，慢慢滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后，保溫80℃反應(yīng)6 h~8 h；

（5）將制備好的產(chǎn)物進行多次洗滌，干燥后得到白色粉末，即為ADQY-2超分子活性聚合物干粉。

2 超分子活性聚合物型清潔壓裂液性能評價

2.1 增稠性能評價

增稠劑ADQY-2A在水溶液中，表現(xiàn)出很好的水溶性，其黏度隨濃度的增加增稠效果越好，黏度隨濃度的變化曲線（見圖1）。從圖1中可以看出，在0.7%的濃度下，其黏度達到225 mPa·s。為了進一步增加其黏度，通過加入助劑ADQY-2B的方法，其黏度進一步增加，復(fù)配以后的黏度，較單一稠化劑的黏度增加更多，更加符合壓裂液高黏度的攜砂需要。

圖1 稠化劑黏度隨濃度變化曲線

圖2 ADQY-2清潔壓裂液150℃抗剪切實驗曲線

2.2 高溫流變測試

配制0.8%ADQY-2A+0.8%ADQY-2B溶液，使用德國哈克流變儀測試150℃下的耐溫耐剪切性（見圖2），測試表明，ADQY-2體系在150℃，170 s-1條件下，剪切120 min黏度100 mPa·s，能夠滿足壓裂施工要求。

2.3 黏彈性能測試

配制不同黏度胍膠壓裂液和ADQY-2壓裂液進行黏彈性能測試（見表1），從表1可以看出，表觀黏度30 mPa·s的ADQY-2清潔壓裂液復(fù)合模量與胍膠壓裂液黏度為105 mPa·s時相當；清潔壓裂液在100 mPa·s時復(fù)合模量與胍膠壓裂液黏度為210 mPa·s時相當，說明ADQY-2有較好的黏彈性能。

2.4 破膠性能測試

取制備好的ADQY-2清潔壓裂液和胍膠壓裂液各200 g加入0.06 g的過硫酸銨，放入90℃的恒溫水浴中恒溫，2 h后清潔壓裂液完全破膠，液體澄清透明，目測無懸浮物；同樣條件下，胍膠壓裂液破膠后液體呈黃色，目測有懸浮物存在；采用六速旋轉(zhuǎn)黏度計測其破膠液黏度，采用科諾旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀測定清潔壓裂液破膠液的界面張力，采用自動表面張力儀測定其表面張力，離心烘干后對其殘渣進行測定，測試結(jié)果（見表2）。

2.5 巖心傷害實驗

利用ADQY-2清潔壓裂液和胍膠壓裂液的破膠液，開展巖心傷害實驗，實驗結(jié)果（見表3），由實驗結(jié)果可以看出ADQY-2清潔壓裂液具有較低的巖心傷害率。

表1 壓裂液黏彈性能測試結(jié)果

表2 ADQY-2清潔壓裂液與胍膠壓裂液破膠性能測試

表3 ADQY-2清潔壓裂液巖心傷害

3 結(jié)論

（1）研究形成了ADQY-2超分子聚合物型清潔壓裂液。以丙烯酰胺為主鏈，引入了疏水長鏈非離子單體、親水陽離子單體和陰離子活性單體進行四元共聚，合成了一種多官能團的共聚物，相對分子質(zhì)量相對較小，具有表面活性。

（2）開展了ADQY-2超分子聚合物型清潔壓裂液高溫流變測試，其150℃條件下，170 s-1條件下，剪切120 min黏度100 mPa·s，體系具有較好的黏彈性能，能夠滿足高溫下施工要求。體系破膠后具有低殘渣、低傷害的特征。

［1］閻志虎，戴彩麗，趙明偉，等.清潔壓裂液的研究與應(yīng)用進展［J］.油田化學(xué)，2015，32（1）：141-144.

［2］Mathew S.Viscoelastic surfactant fracturing fluids，applications in low permeability reservoirs［Z］.SPE 60322.2000.

［3］何春明，陳紅軍，劉超，等.高溫合成聚合物壓裂液體系研究［J］.油田化學(xué)，2012，29（1）：65-68.

［4］張鎖兵，趙夢云，蘇曉琳，等.中高溫低濃度合成聚合物壓裂液性能研究［J］.油田化學(xué)，2014，31（3）：343-346.

［5］杜濤，姚奕明，蔣廷學(xué)，等.合成聚合物壓裂液最新研究及應(yīng)用進展［J］.精細石油化工進展，2016，（1）：1-4.

The development and evaluation of polymer lean fracturing fluid

PU Yangfeng1，LUO Lijin1，ZHANG Ming1，WANG Shuai1，YU Yong2
（1.Development Department of Oil and Gas Exploration Co.，Yanchang Petroleum Group，Yan'an Shanxi 716000，China；2.Sichuan Anton Oil and Gas Engineering Service Co.，Ltd.，Suining Sichuan 629000，China）

Through a special synthetic process,a kind of supramolecular activity polymer thickener has been developed and investigated.It contains hydrophobic group,hydrophilic group and active groups.These groups give it good solubility,high distribution,heat resistance, salt tolerance and surface activity.Added special additive in applied,the structure of thickener changed from spherical or bar micelles to network structure,which have a certain ability to resist distortion,endowing the fluid with high viscosity,temperature resistance and shearing resistance.Test shows that the thickening fracturing fluid is of good thickening effect,strong sand-suspending ability,high temperature resistance up to 150℃and low damage.

supramolecular；polymer；clean fracturing fluid

TE357.12

A

1673-5285（2017）02-0140-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.034

2016－11-14

蒲陽峰，男（1978-），工程師，主要從事油氣藏儲層改造技術(shù)研究與應(yīng)用工作。