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過硫酸鉀、K2S2O8對(duì)壓裂液破膠性能與表面張力的影響——實(shí)驗(yàn)部分
來源：化學(xué)工程師 瀏覽 336 次 發(fā)布時(shí)間:2024-10-28
針對(duì)過硫酸鹽對(duì)壓裂液破膠性能的問題，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究K2S2O8對(duì)壓裂液破膠性能的影響?？疾爝^硫酸鉀濃度、破膠溫度等影響因素條件下，以破膠液表觀黏度為5.0mPa·s時(shí)所需的時(shí)間為破膠時(shí)間，研究過硫酸鹽的破膠性能。深入分析了水基壓裂常用的稠化劑羥丙基瓜膠的結(jié)構(gòu)和過硫酸鹽破膠的原理，溫度影響K2S2O8的分解速度，K2S2O8的速率常數(shù)與半衰期的關(guān)系。并采用表觀粘度、表面張力及殘?jiān)康缺碚鲗?shí)驗(yàn)，探究過硫酸鹽破膠規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：溫度為60℃時(shí)，隨著K2S2O8破膠劑濃度增加，破膠時(shí)間縮短，破膠液粘度和表面張力逐漸降低。通過對(duì)比溫度實(shí)驗(yàn)，溫度為70℃時(shí)，壓裂液越易破膠，破膠時(shí)間越短，粘度和表面張力降低，殘?jiān)肯鄬?duì)降低越明顯。
壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的主要手段之一，而水基壓裂技術(shù)占?jí)毫咽┕さ?0%以上，壓裂液是改造油氣層過程水力壓裂的工作液，其具有形成地層裂縫、傳遞壓力、攜帶支撐劑進(jìn)入地層裂縫的作用。
壓裂液在完成基本造縫和攜砂作用后，是否可以迅速破膠、快速返排和殘?jiān)康褪菦Q定其對(duì)地層傷害的關(guān)鍵。破膠劑是決定壓裂液破膠速度，改善裂液破膠效果，減少壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害的重要途徑。目前，破膠劑一般采用過氧化物，例如K2S2O8、Na2S2O8和（NH4）2S2O8等。
通過激光粒度儀、凝膠滲透色譜儀研究過氧化物對(duì)瓜爾膠破膠的分子尺寸、分子結(jié)構(gòu)和分子量變化進(jìn)行分析。從分子結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行分析瓜膠分解的過程，發(fā)現(xiàn)過氧化物破膠很難讓瓜爾膠完全分解，且使瓜膠的溶解性降低，產(chǎn)生大量殘?jiān)鼡p害地層。通過加入一種激活劑研究低溫過氧化物破膠的情況，由于溫度較低過硫酸鹽破膠速度過慢難以滿足壓裂需求，激活劑起著催化劑的作用，加速過硫酸鹽分解速度，縮短破膠時(shí)間。加入不同助劑對(duì)瓜膠破膠的性能影響，通過破膠實(shí)驗(yàn)對(duì)比，優(yōu)選針對(duì)瓜膠破膠效果好的破膠體系，得出三元符合體系可以很好的滿足低溫地層的條件和現(xiàn)場(chǎng)壓裂作業(yè)要求。研究破膠劑的性能對(duì)壓裂技術(shù)具有重大的意義。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1藥品與儀器
羥丙基瓜膠，交聯(lián)劑，助排劑，氯化鉀，破乳劑，堿NaHCO3，現(xiàn)場(chǎng)壓裂液基液。
電子天平FA2104S（上海越平電子分析天平廠）；恒溫干燥箱JX-3（海安金鑫機(jī)械廠）；電動(dòng)攪拌器JJ-1A（江蘇金壇恒豐）；Haake流變儀RS6000，（德國HAAKE公司）；全自動(dòng)界面張力儀（芬蘭Kibron公司）。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1壓裂液試樣的制備
本實(shí)驗(yàn)參考石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水基壓裂液性能評(píng)價(jià)方法》SY/T5107-2005、《壓裂液通用技術(shù)條件》SY/T6376-2008和現(xiàn)場(chǎng)用的壓裂液配方來制備壓裂液試樣。
1.2.2壓裂液破膠性能測(cè)定
在恒溫箱中放入壓裂液，調(diào)節(jié)溫度至實(shí)驗(yàn)溫度（儲(chǔ)層溫度）。使壓裂液破膠實(shí)驗(yàn)在恒溫條件下進(jìn)行。在相同的時(shí)間測(cè)定壓裂液的表觀粘度，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，其表觀粘度為縱坐標(biāo)作圖，在圖中找出表觀黏度為5.0mPa·s時(shí)所需的時(shí)間，就是過硫酸鉀的破膠時(shí)間。
1.2.3表面張力的測(cè)定
（1）測(cè)定液體表面張力
將玻璃杯盛入破膠液，20～25mm的深度，儀器調(diào)零點(diǎn)后，控制儀器使鉑環(huán)進(jìn)入液體5～7mm，開始繪制表面張力曲線。儀器窗口可以顯示出實(shí)測(cè)的最大表面張力值和實(shí)際的平均表面張力值。
（2）測(cè)定液體界面張力
將玻璃杯中盛入高密度液體，深度同表面張力的測(cè)定，儀器調(diào)零，控制儀器使鉑環(huán)深入液體5～7mm，暫停儀器，緩慢加入低密度液體為10mm，繪制界面張力曲線。曲線窗口顯示實(shí)測(cè)最大界面張力值和實(shí)際平均界面張力值。
1.2.4破膠后粘度的測(cè)定
破膠后表觀粘度的測(cè)定：參考石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5764-2007《壓裂用植物膠通用技術(shù)要求》，測(cè)定破膠后放入表觀粘度。粘度的測(cè)定是利用Haake RS6000流變儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定溫度選擇實(shí)驗(yàn)溫度。
1.2.5殘?jiān)康臏y(cè)定
在烘干的離心管中裝入破膠后的破膠液，離心30min在（3000±150）r·min-1的轉(zhuǎn)速下，然后將上層清液緩慢倒出，破膠容器再用50mL的水潤洗后裝入離心管，雙手搖晃洗滌殘?jiān)鼧悠?，繼續(xù)離心20min，緩慢傾倒上層清液，收集殘?jiān)?，烘干殘?jiān)冢?05±1）℃恒溫箱中至恒重，利用分析天平測(cè)量其質(zhì)量。