碳纤维材料作为防砂材料的优化研究

皇飞

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

碳纤维材料作为防砂材料的优化研究

皇飞

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

为使得碳纤维复合材料更好地应用于钻井压裂过程中，探索了碳纤维长度、碳纤维添加量和交联温度对交联时间的影响。通过单因素实验，确定了制备碳纤维复合材料的最佳条件：碳纤维长度0.9 cm，碳纤维添加量0.25%，交联温度40℃。压裂液放置时间对表观黏度的影响实验说明此碳纤维复合材料具有较好的稳定性，能够较好地应用于钻井压裂生产中。

纤维；压裂；单因素；黏度；稳定性

支撑剂为具有一定粒度和规格的天然砂或人造高强陶瓷颗粒，在油田钻采压裂过程中由压裂液带入并支撑在压裂地层的裂隙中，从而有效地将油气导入油气井，提高油气产量并延长油井寿命。然而近年来在油田钻采过程中，支撑剂在油井压裂后出现返排现象变得越来越严重[1]，与此同时，生产过程中地层出砂引起的泵卡及砂埋油层等问题也变得越来越突出[2]，这些问题已经严重影响了油井正常的生产作业。传统的防砂技术对储层的渗透率和稳定性等有一定的损害作用[3]，因此寻找一种能够将支撑剂稳定在裂缝中的原始位置的替代品变得异常重要。而纤维复合材料中的纤维因具有耐热、耐水、耐碱且耐携砂液的化学性质，使得其在充填于压开的裂缝中后，能够改善油气的流动条件[4]，放慢流速，降低地层流体对微粒的冲刷和携带作用,从而达到增产与防砂的双重目的[5]102-104。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

试剂：瓜尔胶、四硼酸钠、碳纤维和有机硼交联剂，均为工业品。

仪器：JJ-1精密增力电动搅拌器（深圳超杰实验仪器有限公司）；HH-Z恒温水浴锅（北京科伟永兴仪器有限公司）；ZNN-D6六速旋转黏度计（青岛海通达专用仪器有限公司）。

1.2实验方法

1.2.1配制压裂液基液

以一定量的羟丙基瓜尔胶、交联剂、破胶剂、黏土稳定剂、杀菌剂、pH调节剂和复合表面活性剂配制成压裂液基液。

1.2.2优选长度

在压裂液基液中加入不同长度的碳纤维，进行碳纤维长度优选实验。

1.2.3优选添加量

在压裂液基液中加入不同量的按1.2.2试验得到的最佳长度的碳纤维，进行碳纤维添加量优选实验。

1.2.4优选交联温度

在压裂液基液中加入按1.2.3试验得到最佳长度碳纤维的最佳添加量，在此基础上进行交联温度的优选实验。

1.2.5优选结果的评价

按以上实验步骤得到的最佳条件配制成压裂液进行稳定性能评价。

1.3碳纤维复合材料的评价

参考中国石油天然气行业标准SY/T 5107－2005《水基压裂液性能评价方法》，测试的项目有：

（1）压裂液稳定性的测定：由碳纤维配制成的压裂液,每天测定其交联黏度,连续测7天,观察压裂液表观黏度的变化,以确定压裂液的稳定性；

（2）交联时间的测定：交联时间短，使得压裂液在井筒中的摩阻升高，降低其造缝及携砂性能，因此交联时间应当较长才能满足压裂增产的目的；采用挑挂法测定在配制好的碳纤维压裂液中加入适量有机硼交联剂后的交联时间。

2　结果与讨论

2.1碳纤维长度对交联时间的影响

按1.2.2所述测定不同碳纤维长度对交联时间的影响，结果见图1。

图1　碳纤维长度对交联时间的影响

由图1可知，交联时间随着碳纤维长度的增加呈现出先增大后减小的趋势，且在长度范围内交联时间的变化较大，在0.9 cm处达到最大值。这是因为碳纤维长度较短时，碳纤维总量一定，碳纤维的数量变多，碳纤维之间互相交联用时就会增加，而超过一定长度后，碳纤维之间互相接触机会减小，交联时间变短，因此碳纤维长度选择0.9 cm合适。

2.2碳纤维加量对交联时间的影响

按1.2.3所述测定不同碳纤维添加量对交联时间的影响，结果见图2。

图2　碳纤维添加量对交联时间的影响

由图2可知，交联时间随着碳纤维添加量的增加而增加，且在0.10%～0.15%之间基本无变化，在0.15%后交联时间急剧增大，这是因为随着碳纤维添加量的增加，碳纤维之间互相接触的几率虽然增大，但是时间也会延长。添加量达到0.25%后，交联时间基本保持不变，因此碳纤维添加量选择0.25%比较合适。

2.3交联温度对交联时间的影响

按1.2.4所述测定交联温度对交联时间的影响，结果见图3。

图3　交联温度对交联时间的影响

由图3可知，交联时间随着交联温度的升高而呈现出先增大后减小的趋势，在40℃达到最大值，这是因为随着温度的升高，碳纤维之间接触机会更加大；而超过一定的温度后，碳纤维发生卷曲[5]102-104，导致交联不好，交联时间延长。因此，交联温度选择40℃合适。

2.4压裂液放置时间对表观黏度的影响

按1.3中（1）所述测定压裂液放置时间对表观黏度的影响，以确定碳纤维材料的稳定性，结果见图4。

图4　压裂液放置时间对表观黏度的影响

由图4可以看出，黏度随着压裂液放置时间的延长而呈降低的趋势，且在2～3天过程中，黏度的降低尤为明显，其他时间段变化不明显。在到达4天后已经达到较低的值，黏度基本不再变化，最终的黏度值为初始黏度值的69.64%，可说明此碳纤维材料具有较好的稳定性。

3　结论

单因素实验结果表明：制备碳纤维复合材料的最佳条件为碳纤维的长度选取0.9 cm，碳纤维的添加量选取0.25%，交联温度40℃。压裂液的放置时间对表观黏度变化的影响表明，此碳纤维复合材料具有较好的稳定性，由此可说明，此碳纤维复合材料能够较好地应用于石油压裂增产作业中。

[1]吕芬敏,金建国.纤维复合压裂防砂技术研究与应用[J].吐哈油气,2008,13(2):130-133.

[2]李天才,郭建春,赵金洲.压裂气井支撑剂回流及出砂控制研究及其应用[J].西安石油大学学报:自然科学版, 2006,21(3):44-47.

[3]吴月先,张仕强,熊建嘉,等.中国油气井掺纤维携砂压裂工艺技术新进展[J].特种油气藏,2009,16(5):1-4,9.

[4]郝春山,苏月琦.低渗致密砂岩气田压裂改造技术[J].江汉石油学院学报,2003,25(3):101-102.

[5]刘洪,赵金洲,胡永全,等.重复压裂气井造新缝机理研究[J]．天然气工业，2004，24(12)．

我国已制定农药残留限量标准超5 000项

据了解，近年来我国先后制定了《食品中农药残留风险评估指南》、《食品中农药最大残留限量制定指南》和《农药每日允许摄入量制定指南》等技术规范。组织制定了387种农药在284种农产品中的5 450项残留限量标准，使我国农药残留限量标准数量比之前的870项增加了4 580项，为推进农业标准化生产和加强农产品质量安全监管提供了强力支撑。

根据农业部安排，到“十三五”末，我国农药残留限量标准数量将达到1万项，形成基本覆盖主要农产品的完善配套的农药残留标准体系。

石化院研发大型液态化工品容器专用料通过11项国际认证

8月15日，从世界最大的化工品容器生产企业——德国舒驰公司传来喜讯，由中国石油化工研究院自主研发的牌号为DMDB4506的大型液态化工品容器（IBC桶）专用树脂，通过美国FDA、欧盟ROHS指令等11项国际认证，标志着这种专用树脂DMDB4506的产品性能达到世界先进水平。

中国石油将“大型液态化工品容器IBC桶专用树脂的开发”列为“十二五”期间科技部新产品重大专项，是石化院“1号工程”重点项目之一。2013年，石化院大庆化工研究中心树脂研究所在时间短、任务重的情况下主动承担起这项课题。他们通过50 kg/h气相法聚乙烯中试装置反复试验，攻克了气相工艺中产品低聚物含量高、细粉含量大、产品抗熔垂性能和力学性能差等技术难题，完成了聚合工艺和复合助剂体系开发，形成了IBC桶专用料生产技术工艺包，并在大庆石化公司塑料厂全密度装置实现了工业化生产。截至8月中旬，共生产IBC桶专用树脂合格产品1.4万t，并全部推广应用，为企业累计创效2 000万元。

2015年4月，世界最大的IBC桶生产企业——德国上海舒驰塑料制品有限公司，对DMDB4506表现出极大的关注，并在德国进行了全面详细的性能检测，主要包括基础性能、力学性能、耐环境应力开裂性能及行业内最为权威的全切口蠕变性能测试。

目前，DMDB4506专用树脂各方面性能全部满足德国对于IBC桶原料的准入要求，成为舒驰公司国内唯一指定产品，相当于DMDB4506已获得世界顶级IBC桶生产企业的入场券。

IBC，是中型散装容器的英文缩写。这种中型散装容器又称千升桶、吨装方桶或中型散装货物集装箱，是一种装运液体产品的大型塑料容器。

制作IBC桶的专用树脂过去一直由国外垄断。以前国内没有企业生产，国内所需的IBC桶专用树脂料和产品全部依赖进口。

德国企业对DMDB4506专用树脂的高度认可，树立了中国石油聚乙烯产品的品牌形象，标志着石化院具备了开发世界一流产品的实力,对打破国外技术垄断，加快科技创新步伐，引领炼化业务有质量有效益可持续发展具有重要意义。

10．13752／j．issn．1007-2217．2016．03．007

2016-05-16