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                羧甲基瓜尔胶压裂液的研究与应用

                发布日期:2015-02-06 21:45:40
                羧甲基瓜尔胶压裂液的研究与应用和羧甲基瓜尔胶
                羧甲基瓜尔胶压裂液的研究与应用
                羧甲基瓜尔胶压裂液研究应用,针对低渗透储层压∩裂增产改造的需要,开发应用一种新型羧甲基瓜尔胶压裂液。利用』红外光谱、滴定 和黏度等实验法表征r羧甲基瓜尔胶的结构、羧甲基的取代度和相对分子△质量,研究了羧甲基瓜尔胶的水溶性 以及羧甲★基瓜尔胶压裂液的性能,并和羟内基瓜尔胶压裂液进行了对比分析。实验@结果表明:羧甲基基团的引 人导致瓜尔胶髙分子链渡完神劫构象更加伸展,因此羧ζ平基瓜尔胶的水溶性更好,与羟丙基瓜尔胶相比较,水不溶物∏含 量降低了一个数量级;羧甲基ξ 瓜尔胶的增稠效率吏高,相同温度条件下羧甲基瓜尔胶压裂液增稠◥剂的含置比传 统的羟丙基瓜尔胶压裂液增稠剂ω 含量降低一半以◥上,破胶后残渣含量降低了 70%以t。在海拉尔油田低渗透储 层现场应用44 口井丨11层,施工成功▃率98.9%,平均单井初期日簡簡單單去快速無比产液5.61 t,日产油2.72 t,取得了良好的增 产效果。
                大庆油田海拉尔盆地含油储层岩性复杂,主要 体现在布达特群▓储层裂缝发育、兴安岭群储层和南 屯组储层凝灰质、泥质含量高々等。由于岩性复杂、 物性条件差、泥质含童高、储层渗透率嗡低,利用常 规水基压裂液如瓜尔胶、或者羟丙基瓜尔胶压裂液 对№储层进行改造,存在着增稠剂用童高、水不溶物 多、破胶液残渣含量高,对储㊣ 层及裂缝导流能力损 害较大等缺点,严重影响了压裂改◥造效果为 进一步提高储层压裂改造效果,开发应用了羧甲基 瓜ξ尔胶压裂液技术。与常规的瓜尔胶或者羟丙基瓜 尔胶压裂你也就百年好活了液相比较,竣甲基瓜尔胶增稠剂具△有使用 的质最分数♂更低、压裂液残渣含tt更少和对储层渗 透率伤害更低等诸」多优点。
                1羧甲基瓜尔胶的红外光谱∞表征及取 代度的测定
                根据文献报道[8],竣甲基瓜』尔胶可以通过瓜 尔胶原粉与氣乙酸钠反应得到。由于空间位阻效 应,氯乙酸钠与瓜尔胶中羟基◢的反应几率是不◆相同 的,考虑到〓反应活性的不同,羧甲基瓜尔◤胶的结构 式可︽以用图1来表示。
                图2是实验所用↑瓜尔胶样品的红外光谱图,其 中3 413 cnT1处的吸收峰是一0H的振动峰, 1 746 cnT1处为C=0的吸收峰,C=0吸收峰 的存在ζ说明了分子结构中含有羧基18)。羧甲基瓜尔胶压裂液的研究与应用,图2的红外 光谱与Parvathy K S等人给出的羧甲基瓜尔胶的红 外光谱非常接近,说明所用样→品确实为羧甲基瓜尔 胶[8]。羧甲基的引入使瓜尔胶带有部分负电荷, 电荷之间的相互排斥作用使得高分子链构象更加伸 展,因此与瓜尔胶原粉或者羟丙基瓜尔胶相比较, 羧甲基瓜尔胶的水溶性更好,增稠效天才率更高。由此 可见,竣甲基的取代度坎是决定羧甲基瓜尔胶性 质最重要的参量之一。由于C=0的吸收峰较弱, 用红仙嬰外光谱定最确定羧甲基瓜尔胶的取代度比↙较困 难,为此用滴定法来测定取代度,具体〖做法是用过 量的盐酸一甲醇溶液洗涤竣甲基瓜尔胶,将竣甲基 瓜尔胶中的一CH2C00Na基团全部转化为 一CH2C00H基团,再用过量的NaOH标准溶「液中 和羧甲基瓜尔胶溶液,最后用盐酸标准溶液滴定⌒ 过 量的NaOH,记录消耗的盐酸体积再用盐酸标 准溶液㊣ 滴定空白样,记录消耗的盐酸体积S。根据 国标GB 12029.4—1989,竣甲基取代度按照※式 (1)、式(2)进行计算
                其中K=~(2)
                式中y_中和i g羧甲基瓜尔胶所消耗的氢氧
                化钠最,mmol; W一羧甲基瓜尔胶的质量,g; N——盐酸浓度,mol/L; /!——滴定过量NaOH所 消耗的盐酸ω的体积,mL; B—-滴定空白样所消耗 盐酸的体积,mL。
                严格地说,利用公式(i)计筲得到的应该是 聚合物的醚化度,由于在测a过程中聚合物并没打 发生明M的降解,所以在此用醚化度代荇取代度
                2羧甲基瓜尔胶结构和相对分子∞质量 的表征
                根据Mark-Hmiwink方枵的特性黏数来if•箅聚 合物的相对分子质《<。
                :”]=尺似‘(3)
                式中 [W——聚合物溶液的特忡黏数.丨/g; K——^分子ft无关的常数,l/g; .W —扣对分子 质ffl; «——4分子世无关的常数。
                特件黏数可以)n高分丫•溶液的比浓黏度对浓◆度 u)做图外推到浓度等丁_岑时捋到:由于梭屮基 瓜尔胶是聚电解质,K比浓黏度对浓度做闬不丨v满 足线性关系,为此需要作溶液屮加人盐阁3是仵 浓度为0. 1 nwl NaCl水溶液中羧甲苺瓜尔胶水溶液 的比浓粘度7^八和对数黏度In (T//C)对浓度做 m特忭黏数可以爪高分f•溶液⌒的比浓黏度对浓度 做阁外推到浓臉色一變度等丁•零时得到.
                从ra 3可以荇出.比浓黏度和浓度之间满足线 性关系,外推到浓度为芩.即可得到特件黏数来◤计算 聚合物的扣对分子®«对羧甲堪瓜時空隧道尔胶来说,由 于该∑ 取代度条件下对应的Mark-Hmmink "程的# 数A:和a值尤法査到.所以采取█代度为0.3的屮 基瓜尔胶的参数人'和a值来代替m .由此得到的↓羧 甲基瓜尔胶的相对分子质坫为2. 9 x |〇6,比文献报 道的羟丙基瓜尔胶的相△对分/•质M要高"
                3羧甲基瓜尔胶水溶性和水不溶↑物含 量的测定
                川高速离心分离方法检测羧屮基瓜尔股水+溶 物^最,羧甲基瓜尔胶压裂液的研究与应用,并且与相同浓度的羟内基瓜尔胶进行了对 比,由实验结∑果(表1) ||丨以看出,羧屮堪瓜尔胶 的水●小溶物含M:少,与羟内S瓜尔胶相比较,水不 溶物含M降低5.8%. Jt•且溶解速度快,易于现场 配制,祛液不产生鱼眼,分敗件和ζ 溶胀性好-
                表1羧甲基瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶水溶性对比 Table 1 Comparison of the water solubility of cart)〇xy methyl guar and hydroxy I propyl guar
                项 n羧甲*瓜尔狡”内级瓜【尔胶
                外双淡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
                浓解性能20 min fnftdM 60 min fTi
                黏度贝人鈷氓圾大
                4羧甲基瓜尔胶压裂液的性能
                参照标准SY/T 5107—2005水基H(裂液∴件能评 价方法.SY/’丨’ 6376—2008压裂液通用技术条件等 制济羧甲基瓜尔胶裂液甚液,对只:件能进ff测定
                丨冬丨4是100 TC:条件下羧平堪瓜尔胶丨1::裂液黏度 随〓剪切时间的变化,«中羧屮埔瓜尔胶的质ft分数 分别为0.25%和0.2%,相比较而言,在相同温仙嬰度 条件卜,羟内'基瓜儿胶的川tt •般为〇.55%:|2:。 从图中n丨以看出.剪切6〇min后.羧屮拈瓜♀尔胶 压裂液的剪切黏度分別在250 mPa • s和 350 mPa • s以上,远大于压裂施n的要求质M分
                数为0.55%的羟丙基瓜尔胶在剪切60 min后的黏 度为150 mPa • S,说明竣甲基瓜尔胶的增稠效率 更加显著。
                表2是几种不同※压裂液综合性能的对比,从中 可以看出,羧甲基瓜尔胶水不溶物含小唯狠狠后退數步量比羟丙基瓜 尔胶降低了近一▆个数虽级,此外,铵甲基№瓜尔胶压 裂液沒錯的残瘡含量也远小于羟丙基和超级瓜尔胶压裂
                液,因此更加适】合在低渗透储层使用。
                5现场应用
                在海拉尔油田低渗透储层现场应用↘44 口井 111层,施工成功Ψ率98. 9%,平均砂比21. 6% ,平均 加砂强度2. 15 m3/m,平均单井初期日产液5.61 I, 日产油Z 72 t,取得了较▲好压裂增产效果(表3)。
                结论
                (1)利用红外光谱、滴定和黏度法表征了羧甲 基瓜尔胶的结构、取代度ω 和相对分子质量,结果表 明,竣甲基瓜尔胶的取代度为0.05,相对分子质量 为2.9 xlO6,比文献报道的羟丙基瓜尔胶相对分子
                质量高。
                (2)在相同温度条件下,羧甲基瓜尔胶压裂液的研究与应用,与羟丙基瓜尔胶相比 较,羧甲基瓜尔胶使用的◎质ft分数降低了一半以 上,水不溶物含M降低了一个数M级,残渣含量不 到羟丙基瓜尔胶压裂液残渣含最的四分之一。
                (3)在海拉尔油田现场应用44 口井丨11层, 施T.成功率98.9%,日产液5.611,日产油2.72t, 取得了良好的增产效果。
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