超分子活性聚合物型清洁压裂液的研制与评价

蒲阳峰，罗立锦，张明，王帅，于永

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司，陕西延安716000；2.四川安东油气工程技术服务有限公司，四川遂宁629000）

超分子活性聚合物型清洁压裂液的研制与评价

蒲阳峰1，罗立锦1，张明1，王帅1，于永2

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司油气勘探公司，陕西延安716000；2.四川安东油气工程技术服务有限公司，四川遂宁629000）

本研究开发了一种超分子活性聚合物增稠剂，采用特殊合成工艺在其分子链上引入疏水基和亲水基团，同时引入活性基团，使得该稠化剂在水中更易溶解、分布更均匀，其能够达到耐温抗盐，并具有表面活性。在压裂液应用时，加入特殊的助剂，能使低分子增稠剂在水溶液中形成的小球状或长棒状胶束结构变成具有一定抗扭曲能力的网状结构，从而赋予液体较高的黏度、较好的耐温能力和较强的抗剪切能力。测试表明，该稠化剂压裂液，具有增稠效果好、悬砂能力强，能耐150℃高温，伤害率低的特点。

超分子；聚合物；清洁压裂液

水力压裂作为油气藏改造增产的重要措施，在世界范围内广泛应用。通过聚合物增稠或交联的水基压裂液都有残渣，这些残渣对地层及充填层造成严重堵塞使其渗透率大幅度下降，从而降低压裂效果[1]。自1997年斯伦贝谢公司研究成功清洁压裂以来[2]，低伤害清洁压裂液体系成为研究的热点。本文在总结了大量有关国内外清洁压裂液的基础上，成功开发了超分子活性聚合物清洁压裂液体系。以丙烯酰胺为主链，引入了疏水长链非离子单体、亲水阳离子单体和阴离子活性单体进行四元共聚，合成了一种多官能团的共聚物，相对分子质量相对较小，具有表面活性。同时在交联技术方面也进行了创新，形成了ADQY-2超分子清洁压裂液。

1 超分子活性聚合物的研制

超分子活性聚合物清洁压裂液通过开发一种相对分子质量比传统羟丙基（HPG）要小20~30倍的低分子增稠剂，采用特殊合成工艺在分子链上引入疏水基和亲水基团，同时引入活性基团，使得增稠剂在水中更易溶解、分布均匀，能耐温抗盐，具有表面活性。在压裂液体系中使用特殊的助剂，能使低分子增稠剂在水溶液中形成的小球状或长棒状胶束结构变成具有一定抗扭曲能力的网络结构，从而赋予液体较高的黏度、较好的耐温能力和较强的抗剪切能力而作为压裂液使用[3-5]。

1.1 超分子活性聚合物分子结构设计

设计丙烯酰胺为主链，引入了疏水长链非离子单体、亲水阳离子单体和阴离子活性单体进行四元共聚，合成了一种多官能团的共聚物，相对分子质量相对较小，具有表面活性。其结构式如下：

1.2 超分子活性聚合物的合成

目前采用的共聚合方法可分为三种：（1）溶液聚合，即均相共聚合，单体溶解在混合溶液中；（2）分散聚合，即非均相共聚，疏水单体直接分散在水中；（3）胶束共聚合，疏水单体增溶在表面活性剂形成的胶束中。本研究的超分子活性聚合物的制备采用胶束共聚法，合成步骤如下：

（1）准确称取一定量的丙烯酰胺、N-乙烯吡咯烷酮、丙烯酸十六烷基酯等加入200 g蒸馏水中，备用；

（2）准确称取一定量的过硫酸铵引发剂，加入25 g蒸馏水中，备用；

（3）将步骤1中配好的溶液加入三口烧瓶，通氮气除氧，水浴锅中保温60℃，并搅拌；

（4）将步骤2中配好的引发剂溶液加入滴液漏斗中，插入三口烧瓶，慢慢滴加到三口烧瓶中，滴加完毕后，保温80℃反应6 h~8 h；

（5）将制备好的产物进行多次洗涤，干燥后得到白色粉末，即为ADQY-2超分子活性聚合物干粉。

2 超分子活性聚合物型清洁压裂液性能评价

2.1 增稠性能评价

增稠剂ADQY-2A在水溶液中，表现出很好的水溶性，其黏度随浓度的增加增稠效果越好，黏度随浓度的变化曲线（见图1）。从图1中可以看出，在0.7%的浓度下，其黏度达到225 mPa·s。为了进一步增加其黏度，通过加入助剂ADQY-2B的方法，其黏度进一步增加，复配以后的黏度，较单一稠化剂的黏度增加更多，更加符合压裂液高黏度的携砂需要。

图1 稠化剂黏度随浓度变化曲线

图2 ADQY-2清洁压裂液150℃抗剪切实验曲线

2.2 高温流变测试

配制0.8%ADQY-2A+0.8%ADQY-2B溶液，使用德国哈克流变仪测试150℃下的耐温耐剪切性（见图2），测试表明，ADQY-2体系在150℃，170 s-1条件下，剪切120 min黏度100 mPa·s，能够满足压裂施工要求。

2.3 黏弹性能测试

配制不同黏度胍胶压裂液和ADQY-2压裂液进行黏弹性能测试（见表1），从表1可以看出，表观黏度30 mPa·s的ADQY-2清洁压裂液复合模量与胍胶压裂液黏度为105 mPa·s时相当；清洁压裂液在100 mPa·s时复合模量与胍胶压裂液黏度为210 mPa·s时相当，说明ADQY-2有较好的黏弹性能。

2.4 破胶性能测试

取制备好的ADQY-2清洁压裂液和胍胶压裂液各200 g加入0.06 g的过硫酸铵，放入90℃的恒温水浴中恒温，2 h后清洁压裂液完全破胶，液体澄清透明，目测无悬浮物；同样条件下，胍胶压裂液破胶后液体呈黄色，目测有悬浮物存在；采用六速旋转黏度计测其破胶液黏度，采用科诺旋转滴界面张力仪测定清洁压裂液破胶液的界面张力，采用自动表面张力仪测定其表面张力，离心烘干后对其残渣进行测定，测试结果（见表2）。

2.5 岩心伤害实验

利用ADQY-2清洁压裂液和胍胶压裂液的破胶液，开展岩心伤害实验，实验结果（见表3），由实验结果可以看出ADQY-2清洁压裂液具有较低的岩心伤害率。

表1 压裂液黏弹性能测试结果

表2 ADQY-2清洁压裂液与胍胶压裂液破胶性能测试

表3 ADQY-2清洁压裂液岩心伤害

3 结论

（1）研究形成了ADQY-2超分子聚合物型清洁压裂液。以丙烯酰胺为主链，引入了疏水长链非离子单体、亲水阳离子单体和阴离子活性单体进行四元共聚，合成了一种多官能团的共聚物，相对分子质量相对较小，具有表面活性。

（2）开展了ADQY-2超分子聚合物型清洁压裂液高温流变测试，其150℃条件下，170 s-1条件下，剪切120 min黏度100 mPa·s，体系具有较好的黏弹性能，能够满足高温下施工要求。体系破胶后具有低残渣、低伤害的特征。

［1］阎志虎，戴彩丽，赵明伟，等.清洁压裂液的研究与应用进展［J］.油田化学，2015，32（1）：141-144.

［2］Mathew S.Viscoelastic surfactant fracturing fluids，applications in low permeability reservoirs［Z］.SPE 60322.2000.

［3］何春明，陈红军，刘超，等.高温合成聚合物压裂液体系研究［J］.油田化学，2012，29（1）：65-68.

［4］张锁兵，赵梦云，苏晓琳，等.中高温低浓度合成聚合物压裂液性能研究［J］.油田化学，2014，31（3）：343-346.

［5］杜涛，姚奕明，蒋廷学，等.合成聚合物压裂液最新研究及应用进展［J］.精细石油化工进展，2016，（1）：1-4.

The development and evaluation of polymer lean fracturing fluid

PU Yangfeng1，LUO Lijin1，ZHANG Ming1，WANG Shuai1，YU Yong2
（1.Development Department of Oil and Gas Exploration Co.，Yanchang Petroleum Group，Yan'an Shanxi 716000，China；2.Sichuan Anton Oil and Gas Engineering Service Co.，Ltd.，Suining Sichuan 629000，China）

Through a special synthetic process,a kind of supramolecular activity polymer thickener has been developed and investigated.It contains hydrophobic group,hydrophilic group and active groups.These groups give it good solubility,high distribution,heat resistance, salt tolerance and surface activity.Added special additive in applied,the structure of thickener changed from spherical or bar micelles to network structure,which have a certain ability to resist distortion,endowing the fluid with high viscosity,temperature resistance and shearing resistance.Test shows that the thickening fracturing fluid is of good thickening effect,strong sand-suspending ability,high temperature resistance up to 150℃and low damage.

supramolecular；polymer；clean fracturing fluid

TE357.12

A

1673-5285（2017）02-0140-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.034

2016－11-14

蒲阳峰，男（1978-），工程师，主要从事油气藏储层改造技术研究与应用工作。