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羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應用

發布日期:2015-02-06 21:45:40
羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應用和羧甲基瓜爾膠
羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應用
羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應用,針對低滲透儲層壓裂增產改造的需要,開發應用了一種新型羧甲基瓜爾膠壓裂液。利用紅外光譜、滴定 和黏度等實驗法表征r羧甲基瓜爾膠的結構、羧甲基的取代度和相對分子質量,研究了羧甲基瓜爾膠的水溶性 以及羧甲基瓜爾膠壓裂液的性能,并和羥內基瓜爾膠壓裂液進行了對比分析。實驗結果表明:羧甲基基團的引 人導致瓜爾膠髙分子鏈構象更加伸展,因此羧平基瓜爾膠的水溶性更好,與羥丙基瓜爾膠相比較,水不溶物含 量降低了一個數量級;羧甲基瓜爾膠的增稠效率吏高,相同溫度條件下羧甲基瓜爾膠壓裂液增稠劑的含置比傳 統的羥丙基瓜爾膠壓裂液增稠劑含量降低一半以上,破膠后殘渣含量降低了 70%以t。在海拉爾油田低滲透儲 層現場應用44 口井丨11層,施工成功率98.9%,平均單井初期日產液5.61 t,日產油2.72 t,取得了良好的增 產效果。
大慶油田海拉爾盆地含油儲層巖性復雜,主要 體現在布達特群儲層裂縫發育、興安嶺群儲層和南 屯組儲層凝灰質、泥質含量高等。由于巖性復雜、 物性條件差、泥質含童高、儲層滲透率低,利用常 規水基壓裂液如瓜爾膠、或者羥丙基瓜爾膠壓裂液 對儲層進行改造,存在著增稠劑用童高、水不溶物 多、破膠液殘渣含量高,對儲層及裂縫導流能力損 害較大等缺點,嚴重影響了壓裂改造效果為 進一步提高儲層壓裂改造效果,開發應用了羧甲基 瓜爾膠壓裂液技術。與常規的瓜爾膠或者羥丙基瓜 爾膠壓裂液相比較,竣甲基瓜爾膠增稠劑具有使用 的質最分數更低、壓裂液殘渣含tt更少和對儲層滲 透率傷害更低等諸多優點。
1羧甲基瓜爾膠的紅外光譜表征及取 代度的測定
根據文獻報道[8],竣甲基瓜爾膠可以通過瓜 爾膠原粉與氣乙酸鈉反應得到。由于空間位阻效 應,氯乙酸鈉與瓜爾膠中羥基的反應幾率是不相同 的,考慮到反應活性的不同,羧甲基瓜爾膠的結構 式可以用圖1來表示。
圖2是實驗所用瓜爾膠樣品的紅外光譜圖,其 中3 413 cnT1處的吸收峰是一0H的振動峰, 1 746 cnT1處為C=0的吸收峰,C=0吸收峰 的存在說明了分子結構中含有羧基18)。羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應用,圖2的紅外 光譜與Parvathy K S等人給出的羧甲基瓜爾膠的紅 外光譜非常接近,說明所用樣品確實為羧甲基瓜爾 膠[8]。羧甲基的引入使瓜爾膠帶有部分負電荷, 電荷之間的相互排斥作用使得高分子鏈構象更加伸 展,因此與瓜爾膠原粉或者羥丙基瓜爾膠相比較, 羧甲基瓜爾膠的水溶性更好,增稠效率更高。由此 可見,竣甲基的取代度坎是決定羧甲基瓜爾膠性 質最重要的參量之一。由于C=0的吸收峰較弱, 用紅外光譜定最確定羧甲基瓜爾膠的取代度比較困 難,為此用滴定法來測定取代度,具體做法是用過 量的鹽酸一甲醇溶液洗滌竣甲基瓜爾膠,將竣甲基 瓜爾膠中的一CH2C00Na基團全部轉化為 一CH2C00H基團,再用過量的NaOH標準溶液中 和羧甲基瓜爾膠溶液,最后用鹽酸標準溶液滴定過 量的NaOH,記錄消耗的鹽酸體積再用鹽酸標 準溶液滴定空白樣,記錄消耗的鹽酸體積S。根據 國標GB 12029.4—1989,竣甲基取代度按照式 (1)、式(2)進行計算
其中K=~(2)
式中y_中和i g羧甲基瓜爾膠所消耗的氫氧
化鈉最,mmol; W一羧甲基瓜爾膠的質量,g; N——鹽酸濃度,mol/L; /!——滴定過量NaOH所 消耗的鹽酸的體積,mL; B—-滴定空白樣所消耗 鹽酸的體積,mL。
嚴格地說,利用公式(i)計筲得到的應該是 聚合物的醚化度,由于在測a過程中聚合物并沒打 發生明M的降解,所以在此用醚化度代荇取代度
2羧甲基瓜爾膠結構和相對分子質量 的表征
根據Mark-Hmiwink方枵的特性黏數來if•箅聚 合物的相對分子質《<。
:”]=尺似‘(3)
式中 [W——聚合物溶液的特忡黏數.丨/g; K——^分子ft無關的常數,l/g; .W —扣對分子 質ffl; «——4分子世無關的常數。
特件黏數可以)n高分丫•溶液的比濃黏度對濃度 u)做圖外推到濃度等丁_岑時捋到:由于梭屮基 瓜爾膠是聚電解質,K比濃黏度對濃度做闬不丨v滿 足線性關系,為此需要作溶液屮加人鹽閣3是仵 濃度為0. 1 nwl NaCl水溶液中羧甲苺瓜爾膠水溶液 的比濃粘度7^八和對數黏度In (T//C)對濃度做 m特忭黏數可以爪高分f•溶液的比濃黏度對濃度 做閣外推到濃度等丁•零時得到.
從ra 3可以荇出.比濃黏度和濃度之間滿足線 性關系,外推到濃度為芩.即可得到特件黏數來計算 聚合物的扣對分子®«對羧甲堪瓜爾膠來說,由 于該取代度條件下對應的Mark-Hmmink "程的# 數A:和a值尤法査到.所以采取代度為0.3的屮 基瓜爾膠的參數人'和a值來代替m .由此得到的羧 甲基瓜爾膠的相對分子質坫為2. 9 x |〇6,比文獻報 道的羥丙基瓜爾膠的相對分/•質M要高"
3羧甲基瓜爾膠水溶性和水不溶物含 量的測定
川高速離心分離方法檢測羧屮基瓜爾股水+溶 物^最,羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應用,并且與相同濃度的羥內基瓜爾膠進行了對 比,由實驗結果(表1) ||丨以看出,羧屮堪瓜爾膠 的水小溶物含M:少,與羥內S瓜爾膠相比較,水不 溶物含M降低5.8%. Jt•且溶解速度快,易于現場 配制,祛液不產生魚眼,分敗件和溶脹性好-
表1羧甲基瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠水溶性對比 Table 1 Comparison of the water solubility of cart)〇xy methyl guar and hydroxy I propyl guar
項 n羧甲*瓜爾狡”內級瓜爾膠
外雙淡w色粉未攸色粉木
含水7.58.6
i.ii76-7
水小溶物含»/守1. 38. 1
濃解性能20 min fnftdM 60 min fTi
黏度貝人鈷氓圾大
4羧甲基瓜爾膠壓裂液的性能
參照標準SY/T 5107—2005水基H(裂液件能評 價方法.SY/’丨’ 6376—2008壓裂液通用技術條件等 制濟羧甲基瓜爾膠裂液甚液,對只:件能進ff測定
丨冬丨4是100 TC:條件下羧平堪瓜爾膠丨1::裂液黏度 隨剪切時間的變化,«中羧屮埔瓜爾膠的質ft分數 分別為0.25%和0.2%,相比較而言,在相同溫度 條件卜,羥內'基瓜兒膠的川tt •般為〇.55%:|2:。 從圖中n丨以看出.剪切6〇min后.羧屮拈瓜爾膠 壓裂液的剪切黏度分別在250 mPa • s和 350 mPa • s以上,遠大于壓裂施n的要求質M分
數為0.55%的羥丙基瓜爾膠在剪切60 min后的黏 度為150 mPa • S,說明竣甲基瓜爾膠的增稠效率 更加顯著。
表2是幾種不同壓裂液綜合性能的對比,從中 可以看出,羧甲基瓜爾膠水不溶物含量比羥丙基瓜 爾膠降低了近一個數雖級,此外,銨甲基瓜爾膠壓 裂液的殘瘡含量也遠小于羥丙基和超級瓜爾膠壓裂
液,因此更加適合在低滲透儲層使用。
5現場應用
在海拉爾油田低滲透儲層現場應用44 口井 111層,施工成功率98. 9%,平均砂比21. 6% ,平均 加砂強度2. 15 m3/m,平均單井初期日產液5.61 I, 日產油Z 72 t,取得了較好壓裂增產效果(表3)。
結論
(1)利用紅外光譜、滴定和黏度法表征了羧甲 基瓜爾膠的結構、取代度和相對分子質量,結果表 明,竣甲基瓜爾膠的取代度為0.05,相對分子質量 為2.9 xlO6,比文獻報道的羥丙基瓜爾膠相對分子
質量高。
(2)在相同溫度條件下,羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應用,與羥丙基瓜爾膠相比 較,羧甲基瓜爾膠使用的質ft分數降低了一半以 上,水不溶物含M降低了一個數M級,殘渣含量不 到羥丙基瓜爾膠壓裂液殘渣含最的四分之一。
(3)在海拉爾油田現場應用44 口井丨11層, 施T.成功率98.9%,日產液5.611,日產油2.72t, 取得了良好的增產效果。
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