胍胶衍生物在油藏典型矿物上的吸附行为研究

来源 :中国石油大学(华东 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuang321
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近年来持续的低油价和日益升级的环保标准,使得油田压裂液的应用条件变得更加苛刻,低成本和环保要求成为现场应用的必要考虑因素。目前使用最多的三种压裂液为胍胶及其衍生物、乳液聚合物和表面活性剂。由于胍胶所特有的廉价及低毒特性,使其成为油田最广泛应用的压裂液。尽管如此,胍胶的使用不可避免的对地层造成伤害。胍胶破胶返排后在地层的吸附是造成地层伤害的重要因素。其它两种常用压裂液均已有相应的定量测定方法,而只有胍胶还缺少准确、全面、简便的定量分析方法。本文在建立胍胶衍生物含量测定方法的基础上,研究了其在不同油藏典型矿物上的吸附行为。选取了三种代表性胍胶衍生物:非离子型的羟丙基胍胶(HPG)、阴离子型的羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG)以及阳离子型的季铵型胍胶(CGG)作为研究对象,用石英砂、蒙脱土和高岭土等油藏典型矿物作为吸附介质。首先利用胍胶衍生物与纤维素化学结构相似的特点,建立了胍胶衍生物的定量分析方法,继而研究HPG、CMHPG和CGG在不同吸附介质上的吸附行为,计算不同条件下的吸附量,并得到吸附等温线、吸附平衡时间等吸附参数。在此基础上进一步考察了p H值、温度、无机离子、醇类、高分子聚合物(部分水解聚丙烯酰胺,HPAM)、小分子有机物(脲)和纳米颗粒对胍胶衍生物在油藏典型矿物上吸附的影响,得到影响胍胶衍生物的吸附规律和主要因素。最后,研究了胍胶衍生物在几种矿物上的吸附机理。通过表面形貌分析(扫描电镜)观察吸附介质表面的形貌变化,通过X射线衍射、傅立叶红外光谱仪、X光电子能谱、29Si SSNMR等手段,研究了吸附过程中胍胶衍生物分子结构和官能团的变化,进一步对吸附机理进行剖析。研究结果表明,所建立的定量分析方法能够准确测定胍胶衍生物含量。胍胶衍生物在油藏典型矿物上的吸附等温线均符合Langmuir单分子吸附。在p H值由3增至13的过程中,HPG、CMHPG和CGG在蒙脱土和高岭土上的吸附量逐渐增大。在石英砂上HPG的吸附量随p H值增大基本保持不变,CMHPG和CGG的吸附量则分别随p H值增大而减小和增大。在实验条件下(20℃-60℃)的温度对吸附量影响不明显。无机离子对降低胍胶衍生物在三种矿物上的吸附有着相似的规律:多价阳离子均能明显降低吸附量。增大纳米颗粒的加量能够使吸附量明显下降,且纳米Si O2对吸附量的影响程度大于纳米Ti O2和Zr O2。一元醇几乎不影响吸附量,而多元醇能够增大吸附量。HPAM可以使吸附量降低,脲使吸附量显著降低。添加多价阳离子、HPAM及脲,均能降低碱性条件下CMHPG以及酸性条件下CGG在石英砂上的吸附量。酸性条件、多价阳离子、HPAM和脲的加入有助于降低胍胶衍生物在蒙脱土上的吸附。多价阳离子以及纳米颗粒能够有效降低酸性条件下胍胶衍生物在高岭土上的吸附。筛选得到了降低胍胶衍生物吸附的优化条件,并在此基础上进行了室内岩心实验,验证了上述优化条件的正确性,为其在油田的应用提供理论基础。最后,研究了胍胶衍生物的吸附机理,证明了胍胶衍生物在油藏典型矿物上的吸附机理包括物理吸附、外表面吸附、Langmuir单分子吸附、静电力作用吸附和氢键作用吸附。
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