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新型高性能轉(zhuǎn)向酸的制備及性能評(píng)價(jià)

文檔作者：王艷麗文檔來源：中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月26日
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第33卷第6期
2016牟11月
鉆井液與完井液
DRILLING FLUID&amp;amp;COMPLETIoN FLUID
V引．33 NO．6
Nov．2016
doi：10．3696／j．issn．1001—5620．2016．06．020
新型高性能轉(zhuǎn)向酸的制備及性能評(píng)價(jià)
王艷麗
(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院，山東東營257061)
：i三穩(wěn)籬，彰i繅離z睫徽轉(zhuǎn)搦黲納糊備囊簦§瑟譜凳【_{_：|．鋸垮鞭姆兜鴦潦。20{巷，§3《6)：111。115。
撼鬟袋黲燕密鏞攥鎂群縫發(fā)胃。畿斃蓮凌葭遺趲露中酸毫甏孳努霆避。臻巍鑲基囊效勰纓溝瀚弼麓，戳銫援袋緩：篷鏝
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藩乏髫丐蔑愛舔劫姆姣憊．糖關(guān)憔糍譯債驀磅究裘銹．該體系：甓漂、蕊舅諉鰉舒、轉(zhuǎn)內(nèi)；鏊l!能優(yōu)越。鰒竣疆譬蓑盾窘心滲轆
字甥釜肇表，焉旦滲透警煮：哮j≮幺姆2鰓豢，§漶滲逸事極差：鎏奄潰驗(yàn)．；；竣襄載地援l露緩竣靛巖糍屢黢瑤緩：鎏效率．兩量
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贅鍵掌盤轉(zhuǎn)渤酸；cO，鬣薅：psGu渤。Gem讞型；荔彈牲i
滲鍪努糞號(hào)：‘r毪357。12 交懿糠浚鸛：A 文滾縫謦：}積}l。5鯉n f20{6)Of；．《)lll啦S
Preparat!ion and Evaluation of a New High Performance Diverting Acid
ⅥANG Yanli
∞epnrlmem《oil＆Gns Enginee『in備Sheng|i CoHege，Chtnn unive強(qiáng)時(shí)巧Petml“m．Don∥ing．Shn帕ong 251％n
Abstract Carbonate mck reservoirs have plen妙of micro行actIlres．Unidirectional fiIlgering of acid solution in acidiziIlg caIbonate
reservoirs always rcsu】ts jn di佑culties in colIllnunicating劬ctures and low emciency ofacidizing疔∞tIlringjob．Tb呻mve mejdb
e伍ciency，a new high perfo邶aIlce divening acid，which is sensmve to CO，，h船been developed．The divertiIlg acid has a formulation
as f01lows：3．96％SDS+1．09％MPDA十24％HCl+O．5％Z-l(a cormsion inhibitor)．111is acid，although not viscoelastic，c鋤acquire
Viscoel髂ticitythroughthe rcactionofTMPDAwim SDS atthe presence ofCo，，becausethe reaction ofTMPDAwitll SDS pmduces
a su噸lctant Gemini which had superior viscoel勰tici夠T1le diVening acid resumed its orjginal state船soon as CO，dis印peared．
Laboratory stIldy has shown t11at this diverting acid had good high tempemturc stabiIi毗good she州ng perfo咖ance，and superior
diVerting a_bili啦In core expcriment，sevemI gmups of cores werc displaced with the new diveniIIg acid．It w鶴fo蛐d that the
permeabili哆ofthe acid坩ooded cores increased remark a_bly'eVen afkr removillg the biggest pe舯eability incrc勰es of艄ro groups of
cores．The emciency ofacidizing她曲腳ngjob c孤be impmved winl tlle new divening∞id，跏d recycling ofme divertiIlg acid may
also be realized．
Key words Self．diVerting acid；C0，sensitive；Pseudo—Gemini；viscoel硒ticity
目前廣泛使用的轉(zhuǎn)向酸均以特殊的黏彈性表
面活性劑為稠化劑【l卅，轉(zhuǎn)向酸與儲(chǔ)層中的碳酸鹽
反應(yīng)生成的鈣鎂離子使轉(zhuǎn)向酸稠化劑黏度大幅度上
升，從而迫使酸液轉(zhuǎn)向【5。7】。稠化劑的變黏性是評(píng)
價(jià)轉(zhuǎn)向酸性能的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)向酸變黏幅度越大，其性
能越好，但目前使用的稠化劑黏彈性表面活性劑存
在耐溫性差、用量多、變黏性差和破膠性差等缺點(diǎn)。
在對(duì)大量表面活性劑篩選和研究的基礎(chǔ)上，配制
了一種新型的高性能轉(zhuǎn)向酸稠化劑SDS．TMPDA。
該稠化劑在初始條件下不具有黏彈性，與CO：接
觸后黏度急劇增大，大于4 000 mPa·s，而在消除
c0，后黏度降低到初始狀態(tài)。
基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“液氮輔助頁巖體積壓裂增效機(jī)理研究”(51574270)。
第一作者簡介：王艷麗，1982年生，現(xiàn)在從事石油工程方面的研究及教學(xué)工作。電話13455713890；E蚰ail
395497954@qq．com。
萬方數(shù)據(jù)
¨2 鉆井液與完井液2016年11月
l 新型高性能轉(zhuǎn)向酸的制備
該研究中轉(zhuǎn)向酸稠化劑的制備受Gem!隨型表
面活性劑合成及性能優(yōu)化的啟發(fā)，在c0：存在的
條件下，將普通的十二烷基磺酸鈉(sDs)通過N，
N，Nt，NI-四甲基丙二胺(TMPDA)臨時(shí)轉(zhuǎn)化為
類G唧ini型的表面活性劑，使其具有優(yōu)越的黏彈
性，而在消除CO：后黏彈性完全消失，并具有多
次可逆性【l’21。該稠化酸體系配制簡單，關(guān)鍵在于
控制sDS與TMPDA的物質(zhì)的量比為2：1，具體
配制方法為：稱取一定質(zhì)量純度為99．O％的sDS
和一定體積純度為98．0％的TMPDA，一定體積的
31％鹽酸及一定質(zhì)量的緩蝕劑，在l 000 mL的燒
杯中，用自來水稀釋到500 mL，用磁力攪拌器攪
拌均勻，將其加入到密閉抗壓容器中，再加入一定
量的碳酸鈣來制備殘酸，通過測試黏度來優(yōu)選體系
的配方。
2變黏機(jī)理及性能評(píng)價(jià)
2．1變黏機(jī)理
sDs本身是一種起泡性很強(qiáng)的磺酸鹽表面活
性劑，傳統(tǒng)工業(yè)中多用來作為起泡劑。然而向sDs
與TMPDA的混合溶液中通人CO：后，可以使普
通的sDS轉(zhuǎn)換為類Gemini型的表面活性劑，其黏
度增大，具體的變黏機(jī)理如圖1所示。通入CO：后，
表面活性劑由原來的球狀變?yōu)殒湢钅z束，當(dāng)CO：
由N2驅(qū)替后，鏈狀膠束又轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?，黏度恢?fù)
到初始狀態(tài)∞】。
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圖l sDs．TⅦ，DA體系變黏機(jī)理
2．2黏彈性湃價(jià)
考察了通人C02前后SDs-TMPDA體系的黏
度。結(jié)果見圖2。黏彈性評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。由
圖2可知，通人CO：前體系黏度小于5 mPa·s，
通人C0，后的黏度達(dá)到了4 000 mPa·s以上，而
且在170 s一下體系的穩(wěn)定性極高，剪切60min后，
體系黏度變化較小，表明了該體系具有極強(qiáng)的剪切
穩(wěn)定性和較高的變黏特性。
由圖3可知，彈性模量和黏性模量隨測試頻率
的增大而增大，且彈性模量的增幅大于損耗模量，
當(dāng)頻率達(dá)到8 Hz時(shí)，SDs—TMPDA體系的彈性模
量與黏性模量相當(dāng)，當(dāng)頻率大于8 Hz時(shí)，彈性模
量繼續(xù)增大而黏性模量增幅減小，體系整體表現(xiàn)為
彈性體特征，該稠化劑基本具備了作為轉(zhuǎn)向酸稠化
劑的基本條件。
f弗圳／min
圖2通人c02前后sDs—TMPDA體系的穩(wěn)態(tài)流變性
頻率／Hz
圖3 sDs．TM口DA體系的黏彈性能
3 新型高性能轉(zhuǎn)向酸配方優(yōu)化
3．1稠化劑濃度對(duì)黏度的影響
sDs．TMPDA體系的濃度和黏度關(guān)系見圖4。
由圖4可知，濃度對(duì)體系的黏度及變黏性的影響
很大，當(dāng)體系中sDs的濃度小于12 mm01／L時(shí)
(T枷PDA的濃度是sDs濃度的1／2)，c02對(duì)體系
黏度幾乎無影響，當(dāng)濃度大于12衄。地后，C02
對(duì)體系黏度的影響急劇上升。由此可見，當(dāng)體系濃
詈
3◇o 》：◇ 穩(wěn)移 譬◇奄
萬方數(shù)據(jù)
第33卷第6期王艷麗：新型高性能轉(zhuǎn)向酸的制備及性能評(píng)價(jià)113
度高于臨界濃度后，c0：對(duì)體系黏度的影響隨濃度
的增大而增大，當(dāng)濃度達(dá)到200 mmol后，黏度增
幅有減緩趨勢(shì)；不過當(dāng)濃度在70咖ol／L左右時(shí)，
SDS—n佃DA體系的黏度已超過1 000 mPa·s，所
以選擇SDs的濃度為70 mmol，L，對(duì)應(yīng)TMPDA的
濃度為35 mmol／L。
SDS·’I MPDA／(mmol／L)
圖4 sDs濃度對(duì)通C02前后SDs．TMPDA體系黏度的影響
sDS．TMPDA體系黏度可逆性變化見圖5。由
sDs—TMPDA體系的可逆性研究結(jié)果可知，當(dāng)C02
被N：驅(qū)替之后體系黏度完全恢復(fù)到初始狀態(tài)，而
且重復(fù)4次后體系性能仍然穩(wěn)定，可見用該體系作
為轉(zhuǎn)向酸無需破膠，更不用考慮破膠性的問題。施
工結(jié)束卸壓后，cO：在地層高溫高壓下自動(dòng)釋放，
體系會(huì)徹底破膠，返排液中的sDs所具有的起泡
性可以在一定程度上有助于疏通孔縫，而且該體系
有望實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。
次數(shù)
圖5 sDS．TMPDA體系黏度可逆性變化
3．2酸液對(duì)稠化劑性能的影響
雖然很多表面活性劑在高于其臨界膠束濃度
時(shí)都具有黏彈性，但不是所有的表面涪|生劑在酸陛
條件下仍然具有黏彈性‘6J”，測試了不同酸濃度下
sDS—TMPDA體系的黏度，結(jié)果見圖6。由圖6可知，
sDs—TMPDA體系不含CO：時(shí)，其黏度保持在2
mPa·s左右；當(dāng)通人一定量的c0：后，體系的黏
度達(dá)到1 000mPa·s以上，而且在不同鹽酸濃度條
件下，黏度有所波動(dòng)，最高達(dá)到了l 800IIlPa·s左
右；當(dāng)鹽酸濃度大于11．6％時(shí)體系充分反應(yīng)后黏
度開始緩慢下降；當(dāng)鹽酸濃度大于24．18％時(shí)，體
系充分反應(yīng)后黏度下降明顯，所以確定鹽酸濃度可
以達(dá)到24％。
鹽酸／％
圖6鹽酸濃度對(duì)sDs．TMPDA體系黏度的影響
3．3緩蝕劑對(duì)體系性能的影響考察了不同緩蝕劑對(duì)SDS一姍A體系的影
響，結(jié)果見表1。由表1可知，緩蝕劑m一2對(duì)體
系的影響很大，該體系與碳酸鈣充分反應(yīng)后，黏
度直接下降到138．1 InPa·s，而緩蝕劑MZ．1對(duì)該
體系影響較小，體系與碳酸鈣充分反應(yīng)后黏度為1
691．2 mPa．s，因此選擇Mz．1作為該體系的緩蝕劑。
表l緩蝕劑優(yōu)選
考察了不同濃度緩蝕劑Mz一1下的SDSTMPDA
體系黏度，結(jié)果見圖7。
104
∞103
壹
要102
101
100
圖7緩蝕劑濃度對(duì)SDS．n佃DA體系的影響
萬方數(shù)據(jù)
1 14 鉆井液與完井液2016年11月
由圖7可知，隨著緩蝕劑濃度的增大，SDs．
TMPDA體系與碳酸鈣充分反應(yīng)后黏度先出現(xiàn)緩慢
的上升，隨后在緩蝕劑濃度大于0．5％之后黏度出
現(xiàn)下降趨勢(shì)；而未與碳酸鈣反應(yīng)時(shí)，體系黏度始終
在2 mPa·s左右。初步確定出該體系中緩蝕劑的
最佳加量為0．5％。
4 高溫流變性測試
綜合確定該體系配方為：3．96％sDs(體積分?jǐn)?shù))
+1．09％TMPDA+24％HCl+0．5％緩蝕劑MZ．1。
采用高溫高壓哈克流變儀對(duì)sDs．TMPDA體
系與碳酸鈣充分反應(yīng)后的殘酸，進(jìn)行了高溫流變性
測試，為了確保CO：與稠化劑充分混合，反應(yīng)在
哈克流變儀的容量筒里進(jìn)行。sDs—TMPDA體系通
人CO：后的高溫流變性和高溫耐剪切性能結(jié)果見
圖8和圖9。
刀℃
圖8 sDS．TMPDA體系通人c02后的高溫流變性
104
∞103
b
山
毒
≈102
101
O lO 20 30 40 50 60
”℃
圖9 sDS一喇PDA體系通入C02后的高溫耐剪切性
由圖8和圖9可知，溫度對(duì)該體系黏度影響
較小，溫度從30℃上升到138．9 c|C，體系黏度仍
保持在2 000 mPa·s左右。高溫抗剪切結(jié)果表明，
殘酸在138．9℃下剪切60 min后黏度仍然在l 800
mPa·s以上，高溫抗剪切性極好。測試結(jié)束后將
酸液在常壓下放置一段時(shí)間，黏度逐漸下降，如果
通入氮?dú)馓鎿Q，黏度會(huì)迅速下降。
5轉(zhuǎn)向效率研究
為了進(jìn)一步研究SDS．TMPDA體系的轉(zhuǎn)向效
果，采用并聯(lián)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了該體系的轉(zhuǎn)向性
能，由于實(shí)驗(yàn)條件限制，驅(qū)替壓力較低，驅(qū)替壓力
未達(dá)到巖心的破裂壓力，主要評(píng)價(jià)酸液轉(zhuǎn)向性能
””。實(shí)驗(yàn)用巖心取自塔河中部奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)
層，以深灰色泥晶灰?guī)r和灰黑色鈣質(zhì)泥巖為主。每
組驅(qū)替實(shí)驗(yàn)選取滲透率差異較大的2塊巖心進(jìn)行并
聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2中可知，酸
液驅(qū)替前后巖心滲透率明顯增大，而且2組巖心的
滲透率極差基本消除。反映到地層條件，表明該體
系能夠明顯改善儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。由此可以判斷，
SDS．TMPDA體系具有極好的轉(zhuǎn)向性能。
表2酸液驅(qū)替前后的滲透率
酸液驅(qū)替前滲透率／lO一3岬2 酸液驅(qū)替后滲透率／104岬12
A B A B
321 4l 3 021 2 93l
412 52 3 374 3 199
478 66 2 853 2 867
333 33 3 685 3 72l
51l 83 3 726 3 635
6 結(jié)論
1．通過配方優(yōu)選，得出了一套依靠酸巖反應(yīng)所
生成的c0，來改變黏彈性的新型轉(zhuǎn)向酸體系，該
體系由體積分?jǐn)?shù)為3．96％sDs+1．09％TMPDA+24％
Hcl+O．5％Mz．1緩蝕劑組成。
2．該體系中的SDs和TMPDA在C02存在條
件下實(shí)現(xiàn)普通單子表面活性劑向Gem誠型表面活
性劑的轉(zhuǎn)換，使SDS由單子轉(zhuǎn)變?yōu)殡p子，l|缶界膠
束濃度顯著降低，使其在水溶液中的聚集形態(tài)由球
狀轉(zhuǎn)變?yōu)槿湎x狀，黏彈性大幅度增大。
3．該體系對(duì)Co：敏感，在Co：存在的條件下
黏彈性能夠大幅度提高，具有很好的抗溫、抗剪切
性，在剪切條件下顯示出明顯的彈性特征，巖心并
萬方數(shù)據(jù)
第33卷第6期王艷麗：新型高性能轉(zhuǎn)向酸的制備及性能評(píng)價(jià)115
聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了其優(yōu)越的轉(zhuǎn)向性能。
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