环境友好型交联酸高温流变性及其酸岩反应动力学研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lieying97023
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碳酸盐岩地层的酸化压裂施工中,交联酸以其粘度高、滤失低、摩阻低、易泵送的优点得到广泛应用。主体酸的性能将影响最终酸化压裂效果。目前常用的主体酸为盐酸和以甲酸、乙酸为主的有机酸,然而盐酸存在酸岩反应速度快、腐蚀性强等问题;部分有机酸存在溶蚀能力较差、二次沉淀较多等问题。针对现有酸压液体体系存在的不足,研制了一种环境友好型交联酸,能够提高对岩石的溶蚀能力,并减少二次伤害、降低腐蚀性,降低酸化压裂施工风险,提高酸化压裂增产效果。基于可降解有机酸A与有机酸B溶蚀碳酸盐岩的协同效应,将两种酸复配,利用单因素法考察混合摩尔比、酸浓度、温度对溶蚀率和溶蚀速率的影响,优选出主体酸的配方:有机酸A与有机酸B的摩尔比为1:1、酸浓度为17%,并命名为EF酸;选用与主体酸适配的稠化剂、交联剂与添加剂,按照标准优选其加量,确定环境友好型交联酸配方为:17%EF酸+1.0%TP0509+0.12%PEI-A+1.5%HLS-1+1.0%CA-1+2.0%COP-1,并命名为EFJL酸。采用流变测试的方法,研究了不同交联比对EFJL酸耐温能力、流变参数以及粘弹性的影响。并通过旋转岩盘实验,建立了盐酸交联酸、EF酸、EFJL酸与碳酸盐岩的反应动力学方程,并在50、70、90、110℃下确定了三种酸的反应活化能。实验结果表明,交联剂的加入能够显著提高体系的耐温能力,EFJL酸的耐温可达110℃;随着交联比的增大,体系的稠度系数K增大,流变参数n减小,耐剪切能力略微提高;60℃下,随着交联比的增大,弹性模量逐渐大于粘性模量并占据主导地位。90℃下三种酸液的反应速率常数K分别为1.80×10-6、3.37×10-7、1.87×10-7(mol/L)-m/(cm~2·s),反应级数m分别为0.76、0.70、0.34。说明EFJL酸的缓速性优良;三种酸的反应活化能分别为1.97×10~4、1.44×10~4、1.25×10~4 J/mol,说明EFJL酸更易于发生酸岩反应。EFJL酸的综合性能评价显示:EFJL酸体系的腐蚀速率仅为0.9455 g/(m~2·h),缓蚀率高达99.15%;与盐酸交联酸相比,该交联酸体系酸岩反应速度较慢,且最终溶蚀率为73.62%;同时具有良好的降滤失能力及携砂能力,滤失系数为1.64×10-4 m/(min)0.5,初滤失量为3.79×10-2 m~3/m~2,支撑剂沉降速度为0.75 cm/min;该交联酸体系90℃下与碳酸盐岩反应后可自动破胶,破胶液粘度为4.2 m Pa·s,易于返排,有助于减少对油气层的污染和伤害;90℃下降解时间为49 h,各项评价结果均满足行业要求。
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