离子型聚丙烯酰胺减阻性能研究

王雨薇，梅舜豪，焦凯，文守成



离子型聚丙烯酰胺减阻性能研究

王雨薇，梅舜豪，焦凯，文守成

（长江大学 石油工程学院， 湖北 武汉 430100）

聚丙烯酰胺类减阻剂具有成本较低，减阻效果好，溶解速度快，能够适用于现场施工混配要求的特点，因此成为目前压裂液减阻剂的研究和应用的热点和重点。本文从抗温抗盐性测试了离子型聚丙烯酰胺减阻性能。结果表明：温度对阳离子型聚丙烯酰胺溶液减阻性能影响很大，60 ℃条件下减阻率下降至53%；阴离子型聚丙烯酰胺溶液抗盐能力较差，加入钠盐后，减阻率下降至70%；随着钙盐的加量增加，减阻率下降至53%。

阴离子聚丙烯酰胺；阳离子聚丙烯酰胺；抗温性；抗盐性；减阻率

聚丙烯酰胺类减阻剂成本较低、溶解速度快、减阻效果好且可满足现场施工混配的要求，属于压裂液减阻剂研究、应用方向的重点。目前测试方法多为计算法，且性能良好的减阻剂仍处实验阶段；通过模拟现场检验得到的数据及结论很可能并不适用于现场实际应用[1]。

实验中采用将减阻剂直接加入清水，还原现实井场环境减阻性能变化过程的闭式循环减阻系统（对比前后压差）。地层温度与所含的盐离子的影响是实际应用不可忽略的两个关键因素，故在实验设计中进行温度、Na盐、Ca盐对阴、阳聚丙烯酰胺水溶液减阻性能评价，以分析阴、阳聚丙烯酰胺水溶液在现场应用中作为减阻剂所存在的优点和缺点。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

800万、1 200万分子量聚丙烯酰胺（PAM）；使用水：工业水；市售纯NaCl和纯CaCl2。

1.2 实验方法

（1）在储液罐中装入35 L清水，开启装置循环1 min，将管理内全替换为清水，同时确认压差传感器的正常运行，完成流量计的检查工作，并确保获得数据准确、稳定。

（2）使用清水循环3 min时间，同时记录流量变化及当前流量下的压差的变化。

（3）加入减阻剂，并开启实验仪器，开始试验，以秒为单位记录减阻率变化，循环时间30 min。

（4）保温装置可根据实际需要，在温度达到要求值时开启，开启后循环30 min左右，通过记录当前流量下的不同压差、减阻率的变化情况来检测溶液的抗温性能。

（5）清水循环，在测试到的压差满足当前流量所对应压差后将实验停止。

2 结果与讨论

2.1 阴、阳聚丙烯酰胺减阻剂抗温性评价

在温度变化的过程中，高聚物存在一定降解，所以考察降阻剂不同温度下降阻的效果，必须与地层条件相互结合[2]。0.06%浓度下，将1 200万分子量阴、阳聚丙烯酰胺在常温以及60 ℃条件下的减阻性能进行对比。

图1 温度对1 200万分子量阴、阳聚丙烯酰胺的减阻性能影响

在实验过程中前期保持实验在常温下进行，一段时间后将温度迅速提升至60 ℃。由图1可知，在0.06%的浓度下，常温至60 ℃条件下，随着温度的升高，PAM阴溶液的减阻性能呈现上升状态，直至性能平稳；60 ℃条件下，PAM阳溶液减阻性能有明显下降的趋势，至53%。可见在抗温性能上，PAM阳溶液减阻性明显弱，现场条件下适应性差。

2.2 阴、阳聚丙烯酰胺减阻剂抗盐性能评价

高聚物的耐盐性是高聚物的一种重要性能[3]，在地层矿化度条件下，一些高聚物黏度会有所降低。无机盐、尤其是阳离子Ca2+、阳离子Na+等，会影响阴、阳聚丙烯酰胺减阻剂的溶解及性能[4]。

2.2.1 钠盐对于阴、阳聚丙烯酰胺的减阻性影响

0.06%浓度的800万阴、阳聚丙烯酰胺，对清水、1%浓度以及2%浓度钠离子含量溶液比较实验，研究钠离子浓度对减阻性的影响。实验结果如图2所示。

图2 钠离子含量对阴、阳聚丙烯酰胺减阻性能的影响

在实验过程中前期保持实验在常温下进行，一段时间后将温度迅速提升至60 ℃。如上图，钠离子加入使PAM阴减阻性能降低。常温时加入了1%~2%钠离子浓度溶液的减阻性比较清水条件下降3%；60 ℃条件下，钠离子溶解更充分，但PAM阴由于降解影响，其减阻性能仍有一定下降：相比于清水下降了3%。然而钠离子含量的继续增加并未进一步降低PAM阴的减阻性；1%、2%浓度溶液对于PAM阴的减阻性能的影响差别不大。钠离子对PAM阳减阻性能的影响与PAM阴类似，认为抗钠性能良好。

2.3.2 钙盐对于阴、阳聚丙烯酰胺的减阻性影响

0.06%浓度、800万阴、阳聚丙烯酰胺基础上，比较清水、500、1 000、1 500 mg/L浓度钙离子含量条件下的减阻性，研究钙离子含量对于阴、阳聚丙烯酰胺的减阻性能影响。实验结果如图3所示。

在实验过程中前期保持实验在常温下进行，一段时间后将温度迅速提升至60 ℃。从图可以看出，PAM阴的减阻性能随钙离子含量增加而降低。常温条件下，500~1 500 mg/L浓度钙离子含量的减阻性能相比较清水条件下降了5%~7%；60 ℃条件下，钙离子溶解更充分，PAM阴的减阻性能下降也更为明显，减阻率分别下降至60%、57%、54%。故该溶液的抗钙性能较差。而PAM阳在常温下抗钙性能好，清水条件下的减阻率与500~1 500 mg/L浓度钙离子含量下减阻率无明显区别，但在温度上升至60 ℃后，减阻率有一定下降，500~1 500 mg/L浓度钙离子条件下的减阻率分别下降至71%、65%、63%。可见，PAM阳在常温以及60 ℃条件下，抗钙性能略强于PAM阴。

图3 钙离子含量对阴、阳聚丙烯酰胺减阻性能的影响

3 结束语

通过实验评价可知，在实验范围内，PAM阳虽然抗盐能力略强于PAM阴，但受温度影响明显，不适于现场施工条件。而PAM阴在常温以及高温条件下（60 ℃）稳定性好，适用于现场施工，缺点是抗钙离子能力较弱，所以在0.06%浓度下该类型溶液配制的滑溜水体系适用于温度较高，含钠盐较多，但含钙盐较少的地层。

［1］张亚东, 苏雪霞, 孙举, 等. 国内压裂用减阻剂的研究及应用进展[J]. 精细石油化工进展, 2016 (4): 8-11.

［2］董雯. 新型耐温抗盐聚合物增黏剂的合成及性能评价[J]. 西安石油大学学报（自然科学版）, 2014, 29 (5): 75-79.

［3］李洋, 文守成, 刘文硕. 阴离子型聚丙烯酰胺减阻性能评价及影响因素研究[J]. 化学工程师, 2016, 30 (11): 86-88.

［4］刘洪涛, 解勇珍, 许连洁, 等. 滑溜水压裂液降阻剂的研制与应用[J]. 石油地质与工程, 2014 (5): 126-129.

Study on Drag Reduction Performance of Ionic Polyacrylamide

,,,

（Yangtze University, Hubei Wuhan 430100, China）

The polyacrylamide drag reducing agent has the characteristics of low cost, good drag reducing effect, fast dissolving speed and suitability for the field mixing requirements. Therefore, it has become the focus and hotspot in the research and application of drag reducing agents. In this paper,Drag Reduction Performance of Ionic Polyacrylamide was investigated from the aspects of temperature resistance and salt resistance. The results showed that the temperature had a great influence on the drag reduction performance of the cationic polyacrylamide solution, and the drag reduction rate was reduced to 53% at 60 ℃. The anionic polypropylene amide solution hadpoor salt resistance. After adding sodium salt, the drag reduction rate dropped to 70%. With the increase of calcium salt amount, the drag reduction rate dropped to 53%.

anionic polyacrylamide; cationic polyacrylamide; temperature resistance; salt resistance; drag reduction rate

2017-09-14

王雨薇（1990-），女，硕士研究生在读，湖北省潜江人，从事水力压裂等相关研究。

文守成（1972-），男，副教授，硕士生导师，主要从事钻井液及压裂液等相关研究。

TE 357.12

A

1004-0935（2017）12-1166-03