GA－16复合清洁压裂液的制备及其性能研究

2015-12-01 07:32雷小洋中石油华北油田分公司采油工程研究院河北任丘062552

长江大学学报(自科版) 2015年31期

雷小洋（中石油华北油田分公司采油工程研究院，河北任丘062552）

唐善法（长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

余吉良，王蕊，王艾（中石油华北油田分公司采油工程研究院，河北任丘062552）

李金奎（中石油华北油田分公司第三采油厂，河北河间062450）

目前压裂施工所用粘弹性表面活性剂主要有阳离子、两性离子和非离子3种类型［1］，其中非离子表面活性剂要在浓度很高的情况下才具有粘弹特性，因而制约了它的广泛应用［2］；两性离子表面活性剂通常要在酸性条件下与盐作用后才具有粘弹性，适用于酸化和酸压［3］；阳离子季铵盐表面活性剂由于在较低浓度下与盐复配后具有较高的粘弹性［4］，使其广泛应用于压裂作业。阳离子型清洁压裂液虽然在一定程度上解决了常规聚合物压裂液破胶后留有残渣伤害储层的问题［5］，但也存在明显的耐温性差、对低渗特低渗地层易造成伤害、成本较高等不足［6，7］。为此，笔者研制了一种以阴离子双子表面活性剂GA－16为主剂的复合清洁压裂液体系，并对其压裂性能进行了评价，旨在为阴离子双子表面活性剂GA－16复合清洁压裂液体系在低渗、特低渗地层的压裂应用提供理论依据。

1 试验部分

1.1 药品及仪器

1）药品阴离子双子表面活性剂GA－16、水杨酸钠AR、十二醇、纳米TiO2、胍胶、煤油。

2）仪器安东帕MCR301流变仪、表面张力仪、电子天平、高速台式离心机、岩心驱替装置、真空干燥箱。

1.2 试验方法

称取适量的实验室自制阴离子双子表面活性剂GA－16、水杨酸钠、十二醇加入蒸馏水均匀搅拌后与配置好的纳米TiO2悬浮液对冲，搅拌后放置一段时间形成GA－16复合清洁压裂液体系。

按照SY－T 5107－2005《水基压裂液性能评价方法》［8］对体系的耐温性能、抗剪切性能、破胶性能、静态滤失岩心损害率进行评价。

2 结果与讨论

2.1 十二醇浓度优选

体系中阴离子双子表面活性剂GA－16、水杨酸钠质量浓度已优化，分别为3.0%、2.0%。为降低表面活性剂形成胶束的浓度，提高体系的黏度，试验选取了十二醇作为助剂，对其浓度进行优选，结果如图1所示。由图1可知，十二醇可以较大幅度地提高体系的黏度，表明在常温下非水溶性十二醇可以有效地降低阴离子双子表面活性剂GA－16的第二临界胶束浓度，其长碳链及醇羟基结构使表面活性剂形成棒状胶束更加容易［9］；当十二醇浓度高于3%后，体系黏度趋于稳定，此后十二醇对体系黏度影响下降。选择十二醇的浓度为3%。

图1 体系黏度随十二醇浓度变化关系（30℃、170s－1）

图2 不同浓度TiO2对体系黏度的影响（30～90℃、170s－1）

2.2 纳米TiO2浓度优选

在优化阴离子双子表面活性剂GA－16、水杨酸钠、十二醇浓度后，加入纳米TiO2，观察其对体系黏度的影响，结果如图2所示。由图2可以看出，在低温（30～45℃）区，纳米TiO2的加入对体系的黏度影响不大，但随着温度的进一步升高纳米TiO2对体系黏度作用逐步凸显，当TiO2浓度在0.15%时，对体系黏度提升作用达到最佳。这是由于纳米TiO2独特的分子间静电作用，分散在表面活性剂胶束间对胶束运动具有一定的束缚作用［10，11］，有助于胶束缠绕形成空间网状结构，具有较强的稳定性。

2.3 耐温抗剪切性能

按照SY－T 5107－2005《水基压裂液性能评价方法》对体系的耐温抗剪切性能进行测试，结果如图3和图4所示。由图3可以看出，随着温度升高，体系黏度逐渐下降，表观黏度下降至50mPa·s对应的温度为80℃，当温度升至90℃时，体系黏度仍高于25mPa·s；由图4可以看出，经过150min剪切后，体系的黏度为39.2mPa·s，黏度保留率达到78.4%。