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過硫酸鉀、K2S2O8對(duì)壓裂液破膠性能與表面張力的影響——實(shí)驗(yàn)部分
來(lái)源:化學(xué)工程師 瀏覽 1132 次 發(fā)布時(shí)間:2024-10-28
針對(duì)過硫酸鹽對(duì)壓裂液破膠性能的問題,通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究K2S2O8對(duì)壓裂液破膠性能的影響??疾爝^硫酸鉀濃度、破膠溫度等影響因素條件下,以破膠液表觀黏度為5.0mPa·s時(shí)所需的時(shí)間為破膠時(shí)間,研究過硫酸鹽的破膠性能。深入分析了水基壓裂常用的稠化劑羥丙基瓜膠的結(jié)構(gòu)和過硫酸鹽破膠的原理,溫度影響K2S2O8的分解速度,K2S2O8的速率常數(shù)與半衰期的關(guān)系。并采用表觀粘度、表面張力及殘?jiān)康缺碚鲗?shí)驗(yàn),探究過硫酸鹽破膠規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:溫度為60℃時(shí),隨著K2S2O8破膠劑濃度增加,破膠時(shí)間縮短,破膠液粘度和表面張力逐漸降低。通過對(duì)比溫度實(shí)驗(yàn),溫度為70℃時(shí),壓裂液越易破膠,破膠時(shí)間越短,粘度和表面張力降低,殘?jiān)肯鄬?duì)降低越明顯。
壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的主要手段之一,而水基壓裂技術(shù)占?jí)毫咽┕さ?0%以上,壓裂液是改造油氣層過程水力壓裂的工作液,其具有形成地層裂縫、傳遞壓力、攜帶支撐劑進(jìn)入地層裂縫的作用。
壓裂液在完成基本造縫和攜砂作用后,是否可以迅速破膠、快速返排和殘?jiān)康褪菦Q定其對(duì)地層傷害的關(guān)鍵。破膠劑是決定壓裂液破膠速度,改善裂液破膠效果,減少壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害的重要途徑。目前,破膠劑一般采用過氧化物,例如K2S2O8、Na2S2O8和(NH4)2S2O8等。
通過激光粒度儀、凝膠滲透色譜儀研究過氧化物對(duì)瓜爾膠破膠的分子尺寸、分子結(jié)構(gòu)和分子量變化進(jìn)行分析。從分子結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行分析瓜膠分解的過程,發(fā)現(xiàn)過氧化物破膠很難讓瓜爾膠完全分解,且使瓜膠的溶解性降低,產(chǎn)生大量殘?jiān)鼡p害地層。通過加入一種激活劑研究低溫過氧化物破膠的情況,由于溫度較低過硫酸鹽破膠速度過慢難以滿足壓裂需求,激活劑起著催化劑的作用,加速過硫酸鹽分解速度,縮短破膠時(shí)間。加入不同助劑對(duì)瓜膠破膠的性能影響,通過破膠實(shí)驗(yàn)對(duì)比,優(yōu)選針對(duì)瓜膠破膠效果好的破膠體系,得出三元符合體系可以很好的滿足低溫地層的條件和現(xiàn)場(chǎng)壓裂作業(yè)要求。研究破膠劑的性能對(duì)壓裂技術(shù)具有重大的意義。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1藥品與儀器
羥丙基瓜膠,交聯(lián)劑,助排劑,氯化鉀,破乳劑,堿NaHCO3,現(xiàn)場(chǎng)壓裂液基液。
電子天平FA2104S(上海越平電子分析天平廠);恒溫干燥箱JX-3(海安金鑫機(jī)械廠);電動(dòng)攪拌器JJ-1A(江蘇金壇恒豐);Haake流變儀RS6000,(德國(guó)HAAKE公司);全自動(dòng)界面張力儀(芬蘭Kibron公司)。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1壓裂液試樣的制備
本實(shí)驗(yàn)參考石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》SY/T5107-2005、《壓裂液通用技術(shù)條件》SY/T6376-2008和現(xiàn)場(chǎng)用的壓裂液配方來(lái)制備壓裂液試樣。
1.2.2壓裂液破膠性能測(cè)定
在恒溫箱中放入壓裂液,調(diào)節(jié)溫度至實(shí)驗(yàn)溫度(儲(chǔ)層溫度)。使壓裂液破膠實(shí)驗(yàn)在恒溫條件下進(jìn)行。在相同的時(shí)間測(cè)定壓裂液的表觀粘度,以時(shí)間為橫坐標(biāo),其表觀粘度為縱坐標(biāo)作圖,在圖中找出表觀黏度為5.0mPa·s時(shí)所需的時(shí)間,就是過硫酸鉀的破膠時(shí)間。
1.2.3表面張力的測(cè)定
(1)測(cè)定液體表面張力
將玻璃杯盛入破膠液,20~25mm的深度,儀器調(diào)零點(diǎn)后,控制儀器使鉑環(huán)進(jìn)入液體5~7mm,開始繪制表面張力曲線。儀器窗口可以顯示出實(shí)測(cè)的最大表面張力值和實(shí)際的平均表面張力值。
(2)測(cè)定液體界面張力
將玻璃杯中盛入高密度液體,深度同表面張力的測(cè)定,儀器調(diào)零,控制儀器使鉑環(huán)深入液體5~7mm,暫停儀器,緩慢加入低密度液體為10mm,繪制界面張力曲線。曲線窗口顯示實(shí)測(cè)最大界面張力值和實(shí)際平均界面張力值。
1.2.4破膠后粘度的測(cè)定
破膠后表觀粘度的測(cè)定:參考石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5764-2007《壓裂用植物膠通用技術(shù)要求》,測(cè)定破膠后放入表觀粘度。粘度的測(cè)定是利用Haake RS6000流變儀進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定溫度選擇實(shí)驗(yàn)溫度。
1.2.5殘?jiān)康臏y(cè)定
在烘干的離心管中裝入破膠后的破膠液,離心30min在(3000±150)r·min-1的轉(zhuǎn)速下,然后將上層清液緩慢倒出,破膠容器再用50mL的水潤(rùn)洗后裝入離心管,雙手搖晃洗滌殘?jiān)鼧悠?,繼續(xù)離心20min,緩慢傾倒上層清液,收集殘?jiān)?,烘干殘?jiān)冢?05±1)℃恒溫箱中至恒重,利用分析天平測(cè)量其質(zhì)量。