温度刺激响应性自生支撑剂压裂液实验研究

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水力压裂作为储层增产改造的有效措施,为我国油气开采作出了重要贡献。自生支撑剂压裂技术是最前沿的水力压裂技术之一,有望解决常规加砂压裂面临的砂堵、有效支撑面积低和支撑剂磨蚀泵注设备等问题,目前该新技术处于起步阶段,相变压裂液体系由于相变温度高、相变行为不可控制等缺陷,无法满足新技术现场应用要求。为此,本文紧紧围绕自生支撑剂压裂技术理念,基于一种相变压裂液体系,通过分子结构设计,结合有机合成、红外光谱分析等实验方法,开发出一种相变可控的温度刺激响应性自生支撑剂压裂液体系,由温度刺激响应自生形成支撑剂的相变液和温度刺激不响应、不相变的非相变液组成,并研究了自生支撑剂的自生固化行为,通过建立评价标准和方法,系统评价了自生支撑剂和自生支撑剂压裂液体系的各项性能。(1)运用高分子化学理论与实践,通过相变液分子结构设计,采用构筑单元、交联单元和功能单元的多元组装紧密交联方法,构筑了实现热致液-固相变的相变液,并确定了最佳配方为:构筑单元BU与交联单元质量比为8:5,功能单元SA-T03用量2%(占构筑单元和交联单元质量总和);基于相似相容原理,构建了与相变液非混相、非互溶的非相变液体系,与相变液配套使用,并确定了最佳配方为:1.5%SA-T04+0.01%SA-T05+4.5%SA-Y-2。从而得到温度刺激响应性自生支撑剂压裂液体系,为自生支撑剂压裂技术提供了液体基础,使用红外光谱和扫描电镜证实了该体系与设计目标一致。(2)基于温度刺激响应性自生支撑剂压裂液配方体系,通过自生支撑剂室内模拟生成实验,研究了自生固化行为,分析出自生支撑剂的形成具有自由基悬浮共聚合机理特征,利用辅助单元SA-T06的协同作用,实现不同温度下自生时间可控,自生支撑剂固化体积保持率91%。(3)通过抗压强度、稳定性、抗外来流体溶解能力和导流能力评价,自生支撑剂具有良好的物理化学性能。当自生支撑剂的交联单元SA-T01与SA-T02质量比为1:1时,55.2MPa下破碎率不超过3.62%,形变率不超过0.2;导流能力与陶粒支撑剂持平,远高于石英砂;地层条件下质量损失不超过1.72%,稳定性好;最大酸溶解度为1.25%。(4)通过对自生支撑剂压裂液体系的综合性能评价,结果表明该体系具有非互溶、低摩阻、低滤失以及低伤害的特点。本文研究为自生支撑剂压裂新技术提供了关键材料及控制方法,为技术现场应用奠定了坚实基础。
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