胍膠壓裂液是壓裂過(guò)程中主要使用的壓裂液類型,由于胍膠壓裂返排液成分復(fù)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(xué)成分仍然復(fù)雜,直接返排對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染,同時(shí)造成了水資源的極大浪費(fèi),因此測(cè)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(duì)壓裂液重復(fù)利用的不利因素,具有非常重要的意義。本文通過(guò)大型儀器和化學(xué)方法等方法對(duì)返排液的物化性質(zhì)進(jìn)行定量分析,結(jié)合各金屬離子對(duì)壓裂液性能的影響分析現(xiàn)場(chǎng)返排液是否能滿足直接重配的要求;通過(guò)使用篩選硼絡(luò)合劑種類和加量消除硼對(duì)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(xiàng)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(chǎng)返排液處理和重復(fù)利用工藝,另外研究了硼酸或硼砂和絡(luò)合劑的絡(luò)合比及絡(luò)合產(chǎn)物分析;清潔壓裂返排液的重復(fù)利用通過(guò)重新加入不同量的原配方中的藥品,以黏度為指標(biāo)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(xiàng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以現(xiàn)場(chǎng)返排液為樣品,通過(guò)已有方法對(duì)返排液中陰、陽(yáng)離子濃度和不溶物含量進(jìn)行測(cè)定,建立測(cè)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(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在70℃條件下壓裂液中的下列離子濃度超過(guò)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(guò)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(guò)返排液和胍膠混合黏度為指標(biāo)確定硼絡(luò)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(jīng)丙基胍膠黏度相當(dāng),符合壓裂液基液的要求;通過(guò)重配清潔壓裂液黏度為指標(biāo),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(shí)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(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(duì)分子很大的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖1-3 所示。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑺卫蔚厮诳障吨校哂叙ざ却�、�?qiáng)度大、彈性好的特點(diǎn)，能夠攜帶固體支撐劑到達(dá)裂縫深處。圖 1-3 壓裂液交聯(lián)過(guò)程示意圖[19]有機(jī)交聯(lián)劑是無(wú)機(jī)金屬離子與配位體形成的配位化合物，其粒子尺寸比無(wú)機(jī)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?jiān)暮�，同時(shí)配位體和稠化劑是競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，所以有機(jī)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(guò)程中的摩阻。另外，有機(jī)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(huì)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(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鉀、過(guò)氧化氫、重鉻酸鉀等，破膠機(jī)理是該類破膠劑可產(chǎn)生硫酸根自由基，硫酸根自由基具有很強(qiáng)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(guò)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(jìn)過(guò)硫酸鹽釋放自由基，反應(yīng)原理如下：+→++ + +42342228SOFeSOFeSO其中 Fe2+叫做活化過(guò)硫酸鹽促進(jìn)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(guò)大導(dǎo)致地層黏土水化膨脹，常常在其中加入降粉陶、柴油、輕質(zhì)原油、改性淀粉、細(xì)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(guò)大導(dǎo)致地層黏土水化膨脹，常常在其中加入降粉陶、柴油、輕質(zhì)原油、改性淀粉、細(xì)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(xiàn)中表明會(huì)影響凍膠的穩(wěn)定性的因素有 pH 值、加等。對(duì)于羥丙基胍膠凍膠而言，離子強(qiáng)度一定，改變 pH羥丙基胍膠凍膠的熱穩(wěn)定性。通常通過(guò)加入緩沖劑如胺鹽、酸等調(diào)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(zhì)

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