摘要
压裂作为一项提高储层油气资源产量的重要技术，在非常规油气藏中的应用一直备受关注。交联剂作为压裂液中重要的添加剂之一，对压裂的效果起着十分重要的作用。高性能(耐温性，悬砂性能)、低伤害、低成本的交联剂一直是人们研究的热点。本课题组前期将硼酸修饰到功能化二氧化硅表面，制备了高效的硼交联剂，表现出较好的交联效果。本文在前期研究的基础上，选择硅溶胶为基体对其表面修饰含硼硅烷修饰剂制备了水分散性纳米交联剂(W-NC)；以季戊四醇、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、硼酸、钛酸乙酯为原料，采用表面修饰技术分别制备了低伤害硼交联剂(PB)、耐温性优异的复合硼钛交联剂(PBT)。具体研究内容如下： (1)以硅溶胶为基体，采用表面修饰技术对其修饰含硼硅烷修饰剂，制备了水分散性纳米交联剂(W-NC)。探究了反应因素(反应时间、温度、修饰剂用量、pH)对W-NC交联性能的影响，结果显示制备W-NC最佳反应条件为含硼硅烷修饰剂：硅溶胶为0.6∶10、反应温度80℃、pH为12、反应时间3h。通过透射电子显微镜对W-NC的形貌进行了表征，结果显示该交联剂为球形结构，水分散性较好。流变测试结果显示542ppmW-NC与0.3%胍胶交联形成的冻胶，经过170s-1剪切速率作用，仍保持较高的粘度，且交联体系具有较好粘弹性能。陶粒在W-NC交联体系中的沉降速率为0.012cm/min。W-NC交联体系经过破胶后，破胶液的粘度较低(3 mPa?s)，固体残渣含量较少(162 mg/L)。 (2)利用季戊四醇与γ―氨丙基三乙氧基硅烷反应制备多胺基中间体，然后将硼酸修饰到多胺基中间体表面，制备了低伤害硼交联剂(PB)。探究了反应条件(温度、时间、物料配比)对其交联效果的影响，结果表明制备PB的最佳条件为硼酸：γ―氨丙基三乙氧基硅烷：季戊四醇修饰比为5∶5∶1、反应时间3h、反应温度80℃。通过红外分析和热重分析对PB的结构进行了表征，结果显示硼酸对季戊四醇进行了有效改性。通过扫描电子显微镜对PB交联胍胶体系的微观结构进行表征，结果表明PB交联体系比硼酸交联体系相比，交联网络结构更加致密，有利于提高压裂液的携砂造缝能力。流变性能测试结果显示，PB交联体系与硼酸交联体系相比，表现出优异流变性能(耐温性，粘弹性)。418ppmPB与0.3%胍胶交联形成的冻胶经过170s-1剪切速率作用，70℃粘度保持在90mPa?s左右；且具有较好的粘弹性能。418ppmPB与0.25%胍胶交联形成的冻胶经过170s-1剪切速率作用，70℃体系粘度保持70mPa?s左右，且粘弹性能优异，将胍胶的用量降低了16.7%。PB交联体系经破胶后，体系的粘度和残渣含量较低，破胶液与模拟水配伍性能良好。岩心伤害测试显示PB体系对储层的伤害率为13.7%，相比硼酸交联体系(24.1％)，对储层伤害较小。 (3)硼交联剂普遍存在耐剪切但耐温性差的特点。钛交联剂具有较好的耐温性，但不耐剪切。本章将钛酸乙酯和硼酸同时修饰到多胺基中间体上，制备了复合硼钛交联剂(PBT)。探究了硼酸和钛酸乙酯的不同修饰比对交联性能的影响，硼酸与钛酸乙酯修饰比为1∶4，制备的PBT交联剂交联性能较好。对PBT进行了红外表征，结果显示硼和钛对季戊四醇进行了有效改性。流变测试结果表明PBT交联体系与硼酸交联体系，钛酸乙酯交联体系相比，耐温，耐剪切性能更加优异。418ppmPBT与0.3%的胍胶交联形成的冻胶经过170s-1剪切速率作用，70℃粘度保持在180mPa?s左右；降低16.7%胍胶用量，418ppmPBT与0.25%胍胶交联体系经过剪切作用后，70℃粘度保持在130mPa?s左右，且体系的粘弹性较好，有效地减少了压裂液对储层的损害。SEM对PBT交联胍胶体系的微观结构进行表征，结果显示PBT交联体系具有更加致密的网络结构，有利于提高压裂液的携砂造缝能力。悬砂测试结果显示支撑剂在PBT交联体系具有较低的沉降速率(0.069 cm/min)。PBT破胶体系的粘度及残渣含量均低于国标要求。破胶液与模拟水配伍性能良好，对岩心的伤害为17.4％。
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