胍膠壓裂液是壓裂過程中主要使用的壓裂液類型,由于胍膠壓裂返排液成分復雜、處理難度較大,目前處理返排液的方法為氧化一絮凝法,但處理后的返排液中的化學成分仍然復雜,直接返排對環(huán)境會造成污染,同時造成了水資源的極大浪費,因此測定返排液中的各組分含量是否滿足壓裂的返排要求和消除返排液中硼、金屬離子對壓裂液重復利用的不利因素,具有非常重要的意義。本文通過大型儀器和化學方法等方法對返排液的物化性質進行定量分析,結合各金屬離子對壓裂液性能的影響分析現(xiàn)場返排液是否能滿足直接重配的要求;通過使用篩選硼絡合劑種類和加量消除硼對于返排液重配基液黏度的影響,然后確定交聯(lián)劑、破膠劑、抑制劑和殺菌劑等藥品的加量,使重配壓裂液各項性能滿足壓裂施工的要求,根據(jù)模擬返排液的藥劑加量,確定現(xiàn)場返排液處理和重復利用工藝,另外研究了硼酸或硼砂和絡合劑的絡合比及絡合產物分析;清潔壓裂返排液的重復利用通過重新加入不同量的原配方中的藥品,以黏度為指標確定重新利用清潔壓裂返排液的方法,最后研究了清潔壓裂返排液直接配制胍膠壓裂液的各項性能。實驗結果表明:以現(xiàn)場返排液為樣品,通過已有方法對返排液中陰、陽離子濃度和不溶物含量進行測定,建立測定返排液中可溶性胍膠含量的方法;另外研究了不同金屬離子對壓裂液黏度的影響,確定了滿足壓裂液性能金屬離子濃度的上限。實驗結果表明,在70℃條件下壓裂液中的下列離子濃度超過一定的值,黏度減低到50 mPa·s以下。Ca2+濃度為2000 mg/L,Mg2+濃度為2000 mg/L,Fe3+濃度為20 mg/L。通過壓裂液黏度、耐溫、破膠液抑制性等確定模擬返排液配方:稠化劑濃度為0.3%;硼砂交聯(lián)劑濃度為0.5%,交聯(lián)比為100:4;破膠劑濃度為0.02%;黏土穩(wěn)定劑KC1濃度為1.0%;殺菌劑六次甲基四胺濃度為1.50%;最佳交聯(lián)pH為8;通過返排液和胍膠混合黏度為指標確定硼絡合劑的種類和加量,加入甘露醇濃度為0.75%,丙三醇濃度為0.65%,混合溶液的黏度和0.3%經丙基胍膠黏度相當,符合壓裂液基液的要求;通過重配清潔壓裂液黏度為指標,向清潔壓裂返排液中再加入1.5%十六烷基三甲基氯化銨和0.2%YC-1,重配壓裂液耐溫極限為70℃,破膠時煤油的用量為5%;清潔壓裂返排液重配胍膠壓裂液混合比為1:1,硼砂交聯(lián)劑濃度為0.5%,交聯(lián)比100:5。
【學位單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TE357.12
【部分圖文】：

在交聯(lián)劑的作用下形成相對分子很大的三維網狀結構，如圖1-3 所示。該網狀結構能夠將水牢牢地所在空隙中，具有黏度大、強度大、彈性好的特點，能夠攜帶固體支撐劑到達裂縫深處。圖 1-3 壓裂液交聯(lián)過程示意圖[19]有機交聯(lián)劑是無機金屬離子與配位體形成的配位化合物，其粒子尺寸比無機交聯(lián)劑大的多，所以可以使稠化劑分子之間的空隙增大，所需的稠化劑濃度降低，這樣既可以降低成本又可以降低破膠殘渣的含量，同時配位體和稠化劑是競爭的關系，所以有機交聯(lián)劑有延緩交聯(lián)的效果，有利于降低泵輸送壓裂液過程中的摩阻。另外，有機交聯(lián)劑和稠化劑交聯(lián)形成配位鍵更加穩(wěn)定，使形成的凍膠具有更好的抗溫抗剪切性能[20]。（3）破膠劑破膠劑是能夠使凍膠水化的試劑，常用的水基壓裂液破膠劑分為以下三類：酶、氧化劑、潛在酸。其中酶包括淀粉酶、纖維素酶等，酶在高溫下會失去活性，酶破膠劑適用于低于 60℃的環(huán)境條件下。氧化劑包括過硫酸銨、過硫酸鉀、過氧化氫、重鉻酸鉀等，破膠機理是該類破膠劑可產生硫酸根自由基，硫酸根自由基具有很強的氧化性，能夠破壞植物膠及其衍生物的縮醛鍵，使其氧化降解。在低于 50 ℃過硫酸鹽的破膠能力很差，加入 Fe2+、Cu+等金屬亞離子或金屬亞離子螯合物，能夠促進過硫酸鹽釋放自由基，反應原理如下：+→++ + +42342228SOFeSOFeSO其中 Fe2+叫做活化過硫酸鹽促進劑，SO4·為硫酸根自由基

圖 1-4 蒙脫石水化膨脹示意圖圖 1-5 鉀離子抑制蒙脫石水化膨脹示意圖濾失劑壓裂液失水過大導致地層黏土水化膨脹，常常在其中加入降粉陶、柴油、輕質原油、改性淀粉、細粒硅粉、0.154 mm 苯氮降濾失劑等[29-30]，這樣可以有效的減少壓裂液中水分的損他添加劑

圖 1-5 鉀離子抑制蒙脫石水化膨脹示意圖濾失劑壓裂液失水過大導致地層黏土水化膨脹，常常在其中加入降粉陶、柴油、輕質原油、改性淀粉、細粒硅粉、0.154 mm 苯氮降濾失劑等[29-30]，這樣可以有效的減少壓裂液中水分的損他添加劑穩(wěn)定劑：文獻中表明會影響凍膠的穩(wěn)定性的因素有 pH 值、加等。對于羥丙基胍膠凍膠而言，離子強度一定，改變 pH羥丙基胍膠凍膠的熱穩(wěn)定性。通常通過加入緩沖劑如胺鹽、酸等調節(jié)壓裂液 pH，一般胍膠壓裂液 pH 值為 9~11，熱穩(wěn)定代硫酸鈉穩(wěn)定劑、甲醇穩(wěn)定劑、乙醇—除氧劑體系等。如硫熱穩(wěn)定性。為降低壓裂液在管道中的摩擦阻力和泵的功率損失，需在壓降阻劑有聚丙烯酰胺及其衍生物、磷酸酯鋁、植物膠等物質

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