盐分对减阻剂效果的影响及抗盐减阻剂的研究

 公司新闻    |      2019-05-20

减阻剂


减阻水压裂液对于水的需求量是巨大的,但是在美国,许多州对淡水用于储层压裂是有限制的。为了满足对淡水的需要以及节约成本,人们采用各种水处理技术,利用化学及机械措施将返排水中的固体和杂质去除,以便对其进行重复利用。然而现有技术却难以将返排水中的溶解盐及硬度成分去掉。实际上,通过对现场返排水的研究表明,大部分压裂措施不仅增加了水中的总体矿化度而且增加了多元离子含量。


盐分对减阻剂效果的影响


作为减阻水压裂液中最主要的添加剂,减阻剂减阻效果的好坏对压裂施工而言至关重要。JavadPaktinat等通过将减阻剂在盐水中的减阻效果与在清水中的减阻效果做比较,评价了含盐量对减阻剂的影响。他们通过环流试验以及对油管摩阻变化的观察,证明具有较高盐度和硬度的压裂液将对减阻剂的效果产生伤害。JavadPaktinat认为这是由于水中的离子会跟一些聚合物分子发生反应,并会导致聚合物分子的自身反应,这引起聚合物分子在静态条件下体积减小从而降低了聚合物分子的增黏能力。体现了典型阴离子减阻剂溶液受到氯化钙浓度影响的黏度变化。


当盐水的硬度达到50mg/L时就会导致减阻剂性能降低,且当硬度超过减阻剂所能承受的范围,可能对聚合物产生永久性的破坏。此外,当盐水中含盐成分为1∶1结构(一价盐)时,盐分产生的离子强度也会对聚合物的发挥造成不利影响。一般来说,硬水所含离子(比如钙离子、镁离子)会导致聚合物构造的不可逆变化,然而1∶1结构的一价盐(比如氯化钠、氯化钾)溶液对减阻剂的影响是可逆的。因此一价氯化盐所造成的影响不是永久的,即用某种办法稀释一价氯化盐的盐水,可以使聚合物重新获得它的性能。这说明聚合物的吸引力不是由化学键决定的,而是受到聚合物分子与溶液中离子之间的电磁力影响。


抗盐减阻剂的研究


鉴于盐水中离子对减阻剂效果产生的不利影响而市场上现有减阻剂发挥的效果欠佳,人们便开始关注抗盐减阻剂的研发,这种类型减阻剂的研究及发展开始于2009年。C.W.Aften首先通过实验证明盐分确实给乳液减阻剂的效果造成损害,并提出可以提供一种抗盐减阻剂,在含盐量较高的返排水中其性能不会受到影响或是受影响很小。这类减阻剂应该具备以下特点:①减阻剂乳液在盐溶液中具有很好的分散性,使其内部分子完全释放到外相中;②聚合物分子在盐溶液中仍保持较好溶解性及柔韧性。2011年JavadPaktinat等通过筛选耐盐的聚合单体类型并优化单体配比,研制出了新型抗盐聚合物减阻剂。他们选取了其他3种常规减阻剂与该新型减阻剂作对比,利用摩阻环对减阻剂在不同溶液下的性能进行评价。结果表明4种减阻剂在清水中的性能都相似,但在含有单价及多价离子的高浓度盐水中4种减阻剂的性能就被明显区分开来,该新型减阻剂在盐水中的性能比其他3种要好很多,具有显著的抗盐性。此外,他们还在此基础上优选出了配套的表面活性剂、黏土稳定剂等主要添加剂,并建立了一套新型抗盐减阻水压裂液体系。该体系在加拿大霍恩河盆地以及美国马塞勒斯盆地的页岩气开采中都表现出了更优越的性能,页岩压裂效果得到很大提高。


抗盐减阻剂的出现一方面可以在满足操作需求的条件下减少用量,从而节省压裂成本并且避免了使用大量减阻剂而导致地层损害的风险;另一方面,抗盐减阻剂使返排水代替清水用作压裂液成为可能,从而保护了匮乏的水资源。