防止粘土膨胀的阳离子表面活性剂的性能研究

国际石油工程师协会 17026

防止粘土膨胀的阳离子表面活性剂的性能研究

作者：LU YIZHEN

长庆油田

摘要

本文介绍的是一种新的在水基交联压裂液中用作抑制粘土膨胀的阳离子表面活性剂SQ-8。他相比于其他的粘土膨胀抑制剂具有更好的性能。此外，它还起到了一定的体系粘度的增加，缓蚀，杀菌和破乳等作用。

在压裂液的制作过程中加入该添加剂。它的优点是：低添加量、无需特殊的设备和技术、具有很好的相容性和地层流体压裂、不伤害地层。

大量的室内模拟试验和现场试验证明，新的添加剂具有很好的性能。目前，它已广泛应用于现场操作，并取得了良好的效果。

引言

在过去的十年，水力压裂已成为在低渗透油藏开发的重要增产措施。然而，由于该压裂液侵入地层，随着地层坍塌和微粒运移堵塞孔隙带来的一些严重的地层伤害，水敏性粘土将会发生膨胀。

长庆油田侏罗系延安组和三叠系延长组砂岩储层的是异质的低孔隙度，低渗透特征的小喉道半径和粘土含量的非均质砂岩。粘土成分的确定主要是通过x射线衍射分析技术借助电子显微镜扫描、差热分析、红外分

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析技术等。

相关的粘土含量见表1。一个好的粘土防膨剂在延长组储层压裂含高水敏性粘土矿物中具有重要意义。在过去，氯化钾（KCL）经常被用来作为粘土稳定剂。尽管对粘土的膨胀有着一定的抑制，但是它并不是一个理想的药剂。氯化钾的缺点在于它会低压裂液粘度低盐抗性属性,腐蚀设备并且寿命很低。本文推荐的SQ-8膨胀抑制剂，是一种不同于常用无机盐的阳离子表面活性剂。这种抑制剂不仅具有良好的抑制粘土膨胀能力,又能提高压裂液的粘度,以及理想的属性的腐蚀抑制、杀菌、界面张力降低和破乳等。在现场操作中使用起来很方便,只有少量用于每个工作。其成本比氯化钾降低了45%。

这项研究启动与1981年1月。通过初步筛选以及实验室人造岩心和大量模拟实验，确定SQ-8为一个新的膨胀抑制剂。书面报告是在1982年年底发布的，从那时起，SQ-8已用于现场实践，其应用领域的实践已经拓宽了。它不仅可以作为压裂液添加剂，也可作为前置液和冲洗液。最近，它还在酸化的天然气井中作为添加剂被利用，并取得了较好的结果。

机理

蒙脱石和蒙脱石-伊利石混合强水敏性粘土矿物。由于裸露水的交联的压裂液在压裂作业使用, 可以将与水泄漏的流动通道的形成以及与井接触溶胀. 一些粘土颗粒秉承孔壁，当他们接触与压裂液中，将被释放和迁移随着他们的清水将桥接在所述流动通道上的狭窄的缩颈，导致地层损

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害.

水敏感的粘土矿物中的溶胀的原因是，阳离子水敏感的粘土在水中的氢离子被取代,肿胀的程度主要取决于阳离子容量交换.表2-1中列出的几种粘土矿物的交换容量. 其次，膨润度也取决于阳离子的化学价数。对于为例的一价离子容易被取代的二价离子. 此外，它也依赖于矿物质和离子在水中的浓度.

蒙脱石作为一个例子，在水敏感的溶胀现象可以证明粘土矿物. 如下：蒙脱石的分子式是: (Al,Mg)2[Si4O10](OH)2·nH2O, 结晶性的粘土是一种用片材结构体，它是由铝氧八面体的一个阵列在两个阵列的硅给氧四面体, 蒙脱石是通过叠加这形成

表结构的分子力. 替代液晶光栅理学结晶性的蒙脱石的查询结果负责的缺陷. 例如在Al+3在铝氧八面体的取代的Mg+2 ,Fe+2,和Zn+2, 或Si+2中的硅氧四面体被Al+3取代,这将导致误差. 因此，粘土表面带负电荷的，并且容易进行补偿用氢.在水中带正电荷的离子,此外，带负电荷之间的斥力,片结构将导致在分离的片材结构和瓷花瓶。在同一时间，带负电荷的粘土矿物上的电荷中和粘土血小板，一方面需要吸收一定量的阳离子，他们有一种倾向扩散到水中，假设自由离子斯图尔. 有强制把所吸收的阳离子发生扩散双电层在粘土颗粒周围有一定距离的形式，因此，发生在片状粘土的结构会松动并增加在它们的体积. 这就是俗称的粘土膨胀。最大的蒙脱石型粘土矿物的膨胀，体积增大10倍.

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对于可溶性盐，如氯化钾，它们的阳离子可以中和'附近的粘土表面上的负电荷，以减少粘土在用片材结构体的静电电荷的斥力，并抑制其肿胀. 此外，钾离子可切直径为2.3A输入的六面体。包围6个氧原子的表面上的硅氧四面体. 这些钾离子周围的氧原子紧密地联系在一起，由于其他离子的直径是不能令人满意的,从而使K +是很难解离以形成扩散双电层在水溶液中。他们不能进入以上六面体，如果他们进入这个空间与周围的7个氧原子无法紧密相连. 因此，它们不能得到这样的溶胀的抑制效果如钾那样。于table3列出的各种离子的直径.SQ-B是一个具有阳离子表面活性剂的产品。在室温下它是一个橙染色的比重为0.97，PH为5，其粘度是流体10米PA/ S在13°C.可以在其分子中的阳离子上的负电荷中和粘土表面，以减少片材结构之间的斥力. 长期嵌在其分子中烷基形成疏水性粘土表面上的膜，从而防止进一步的渗透水，降低粘土黏度. 二磺酸氰组与其他材料相比,SQ-8已被证明有肿胀的抑制能力更高. 实验结果表明，SQ-8粘度的增加有明显的效果。亚甲基聚丙烯酰胺或CF-5或36号压裂液加入少量的SQ-8很大的改善的粘度和抗剪切性能明显高于水基压裂液. 原因是，甲基二磺酸氰化物在碱性的环境下和磺基氰酸产生甲醛. 给出如下的化学反应:

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分解聚合甲醛与聚丙烯酰胺，得到较高分子量质量。化学反应可写为如下:

粘度增加的另一个原因是，SQ-8包含一种类型的聚合，聚合聚丙烯酰胺在一定PH条件下，十二烷基苄基氯化铵。下面给出的原因公式

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粘度的增加而形成的较大的分子.

实验室测试

水敏性测试

水敏性是指粘土矿物会失去这样的现象，当它们与水接触时，和他们的矿石颗粒也会随着流体一起迁移。以上部分中讨论的现象的机制。在本节中，该问题是否溶胀粘土和迁移， 矿石颗粒会发生与否，是由实验室测试

粒子的迁移性测试

在长庆油田岩心样品的测试选择形成长6以及S-302的核心测试样本选自形成长6以及S-302在长庆油田和相对样品中粘土含量为绿泥石65

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混合蒙脱石10-25％的的岩心样品为2.5cm和4-5厘米的直径。

核心样品首先用酒精提取到所需的程度车检查用荧光检查, 然后，所提取的核心样品进行干燥。

其透气性害羞煤油浸泡计量, 用酒精到所需的程度，可以首先提取核心样本由荧光光检验检查, 然后被干燥提取的核心样本，和度量其渗透性和孔隙率 (由煤油浸泡), 核心 模型被放入 TY 类型核心持有人。疏散之后，它被饱和水在不断形成温度 40 ℃。然后 10OPV （孔隙体积） 0f 形成水通过核心样本，流离失所然后测量了流体渗透性. 稳定形成后水流离失所者在反方向和逆转渗透率被衡量。如果两个渗透速率各不相同，这是对核心抽样中粒子迁移的指示。实际测试结果将列在表 4、 K8 和 Kw 分别表示气体和水渗透率。

粘土膨胀试验

测试中使用的核心样本是相同的, 在同一条件下的长庆地层水纳入核心样品，然后确定稳定的渗透率 K1, 蒸馏水注入核心抽样和渗透性确定。之后，再次注入地层水和渗透性测量.( K1-K2)/K1 *100%被定义为损害的比率。这些测试的结果显示在表 5 中。

当流体的流动通道的核心的关于速度达到给定的临界值或更高，一些细粒子的核心也许冲刷或迁移，和喉道的一些也许桥面积较大的颗粒。当逆转取代是执行，从桥上喉咙的一些这些粒子将被冲刷到下喉咙和留在芯样的毛孔，从逆转渗透率大于正向渗透现象观察到，这是1 号测试的结

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果。在测试 2 号新鲜的样水是到该示例中，粘土膨胀将会出现，这样的渗透示例可以明显减少 (见表 5).以上测试表明张 6 芯样水敏感。 2、溶胀抑制剂筛选

SQ-8、 氯化钾、 硝铵等一共十三种抑制剂人核心插头流量测试。加上人工核心有 0.6 厘米 * 30 厘米，玻璃管，玻璃管充满金刚砂、 白土 120 目混合物。白色粘土蒙脱石含量是 90%以上。碳化硅与白土之间的比例是 2:1 (按重量计） 耳边混合物以及混合和打包成玻璃管。

测试过程、 厨卫和过程如下所示。起初核心样本饱和地层水，然后在房间受热形成水给定的流体在 1000mm 水压力和 Q 的稳定流动率衡量。后来流体包含抑制膨胀剂是流体在两个小时的条件下之后，工业的水注入和流量 Qz 衡量。人造核心插件的损害比是情商根据计算的。（Q1-Q2）/Q1*100%（事实上，损坏率是流率效率损失）。表 6 概述了测试的结果。

基于上述结果，包括平方米-8，十八甲酯氯化铵五添加剂等已选定供进一步测试。其中氯化钾常规的溶胀抑制剂用作参照比较筛选测试期间的氯化钾浓度是太低了，所以影响是很差。在以下测试中，浓度升高.

与上文相同的条件进行了进一步的测试，但白土代替了膨润土、 膨润土和碳化硅之间的比率是 0.2： （按重量） 1.2.the 7.表中列出了结果显示 SQ-8的肿胀的抑制作用是最好的.

肿胀抑制的有效寿命测试如下： 关于人工核心插件，它由碳化硅下进行测试时相同的条件。和具有相同过程如上。SQ-8使用浓度是l/40 的

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氯化钾. 定期测量的流量。当用作酸钾氯： 溶胀抑制剂，流动率从核心开始采取关闭显然 130 小时后，不过，SQ-8增加时的流量保持不变 200 小时 （见图 1） 后.

基于对人工核心插件测试。可以得出以下结论

a) 毫无疑问，所有的测试代理，SQ-8的影响是优秀。的膨胀氯的抑制效

果可能只在较高的浓度，观察到但 SQ-8的有效浓度很低。 b) SQ-8损害比负表 6 和 7，它指示所示流通渠道核心样本，经过SQ-8

中的有少于以前的抵抗

c) SQ-8在较低的流动阻力所造成的这可能是由于膨润土 (或白色粘土）

的表面属性的更改。因此，流动率远高于先前在相同的压力差，和负值导致

d) 另一个可能的原因可能是颗粒堵塞的影响。相对含量各种大小的颗粒

的 ind 瓷片流体由库尔特计数器和表 8 中列出。它是表明粒子的尺寸在地层水中昌 6 8.0705 ~ 21,936 μm之间的范围内。这种大颗粒堵塞毛孔很容易。这种添加到形成水至清大颗粒变小后颗粒大小是大多数的 1.721~ 2.742μm 之间的范围内. 这种较小的粒子可能冲走和堵效果因此被删除和流动率增加。它也显示在表 8 中当氯化钾添加到张 6 地层水时，颗粒大小的减少是很差错误！未指定书签。错误！未指定书签。

水库核心实验室模拟试验

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测试中使用的所有核心样本是从区长6-7获得Y 13，在相同的物理属性，芯样本的大小2.5 -4cm.

样品固定在一个核心股东，然后是疏散和地层水淋湿, 50℃水库温度，从核心样品的各种测试流体流离失所，K1 和 K2 分别测量位置 K1 / 和 Ka都是连续测试渗透速率流体。损坏的比率是由( K1-K2)/K1 *100%决定的。.实际测试分别，执行下列为驱油体系的四个程序。

步骤一： 1:50 PV （pore 卷) 的煤油注入通过核心样本然后稳定煤油渗透 K1，确定。25 光伏抑制液注入并不断的反应了两个小时。50 光伏 工业水再次注入然后注入核心样品的水被流离失所的煤油。K2 稳定煤油渗透率衡量和测试结果都列在表 9 中。

步骤二：50光伏煤油是流离失所者纳入核心样本，稳定的煤油K1 渗透率被衡量。25PV 抑制不断的反应了两个小时。煤油再次注入，然后是由 50 光伏工业物质水注入核心样本显示是由煤油，显示和 K2稳定煤油渗透率衡量。表 10 中列出的测试结果。

步骤三：50 光伏煤油是通过核心样本和稳定煤油渗透率衡量 K1 流离失所。抑制流离失所者纳入核心样本并不断的反应了两个小时。再次流离失所的煤油和示例煤油渗透 K2衡量。表 11 中列出了测试结果

步骤四：50 光伏煤油是流离失所者的宏亮核心样本，K1衡量稳定煤油渗透。抑制压裂液中，然后是流离失所者通过核心样本。压裂液注入核心样本由煤油再次流离失所和煤油渗透 K2 衡量。测试结果表 12 中列

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出。

由此得出一系列的结论;

a) 根据这一系列的测试，它是表现出测试结果同意与屏蔽的结果。 b) 所有阳离子表面活性剂可以用于抑制作用，所有选定的SQ- B 的

肿胀液性能最好和明显优于氯化钾，

c) 不是所有的阳离子表面活性剂可以用于肿胀抑制例如，甲酯氯化

铵的溶胀。氯吡啶和 122 阳离子表面活性剂，但其液效果都很差 （见表 9 和 10）

硬度测试

之后的核心含有水敏感粘土矿物，其布氏膨胀硬度将会降低。其中包含大约相同的粘土含量，这些内核的布氏硬度水浸泡后有别于对方。学位粘土的膨胀可以表示其布氏硬度下降。在此基础原则上，硬度测试是用于切缘定的粘土膨胀程度

硬度测试进行如下：

a) 核心机械加工的一种形式的企业与 4x4cm 为基地、 以高度的

2.5-3 厘米。这两个结束曲面被磨光它是的然后撤离，浸泡在水中形成。

b) 在这样的条件来衡量的布氏硬度用作比较的基、 50℃，芯样在抑

制流体与流体中浸入为 15 天，在布氏硬度衡量

c) 再次用直径 5 毫米，在压力下用钢球测量 250 公斤 / 厘米.30

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秒的时间。表 13 列出的ln 的测试结果。SQ-B 的结果是最好的。

谋求高分子量聚合物粘度

作为一个例子，1ts粘度是 3000MPa 相钢采取基于亚甲基交联凝胶SQ-8，其粘度增加到 4000 的精神创伤和痛苦相钢，在加入后的 CF-6 平方米-B 添加之后, 用压裂液，粘度增加 2-3 次 (见表 14)

打破防腐蚀、 优消灵和乳液等的影响。

（1）腐蚀抑制

机械加工的一块钢从断凝胶的悬浮的水，如果没有另外的 SQ-8 50 ℃，比较结果显示蚀的速率会降低由 81.8 x 在这种情况在添加该SQ-8。 （2）破乳

在 100 毫升.破碎亚甲基的凝胶液，原油和所选 50 毫升。破乳剂混合并搅拌在 5000 r.p.m...允许形成乳状液若要解决和定期记录中分离出来的水的体积。结果表 15 中列出。 （3）杀菌

SQ-B 之后添加入水中，2300 株 / ml。 的硫酸盐还原菌会被杀死。 SQ-B 的现场应用

压裂施工期间所需数量的 SQ-8 估计是根据压裂卷和 SQ-8 使用浓度，然后它是添加到准备好的粗凝胶。SQ-8 添加，期间混合物应该不断搅拌。SQ-8 由于其出色的肿胀抑制作用，正在使用方便和增加影响其粘

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度的野外作业中迅速推广。氯化钾压裂作业是逐步取代由 SQ-8。

在投入生产之前，应断开井在长庆油田的紧编队完成。因此，这是紧迫的需求的良好添加剂在压裂液。SQ-8 选项卡研究已经完成后，它进行了从 1984 年 12 月至 1986 年 1 月，并取得了良好的成果。压裂施工的病历表中列出 6，近两年、 被 CF 6 与 36 号压裂液在实地保护浅析，广泛使用了 SQ-8 和 228 作业已运行，如表 7 所示

最近可以油气藏被发现在大球场东翼部分长庆、 SQ8 已被用于压裂、 酸化处理气体很好 (见表 18)。在天然气井压裂、 SQ8 添加到垫液，在此外，SQ8 还用于油田洗井，简而言之，SQ-8 已非常令人满意效果好刺激

结论

SQ-8 所需的浓度是大大低于氯化钾。SQ-8 的费用都低于 45%的氯化钾相同的条件下，它使膨胀的氯化钾抑制那多更好的效果

正确的肿胀的 SQ-8 抑制机制表明，劳顾会和实地测试。实验室还证实中粘度增加、 腐蚀 、杀菌和破乳剂等的效果。测试。按表 16 中列出的案例历史记录，可以看出当 SQ8 用作压裂液中的添加剂，满意结果的油和水的生产速率的增加，可获得，即使在低渗的储备形成作为 1 x 1023 μm。

SQ-8 是与地层水、 注水和破碎的凝胶液兼容压裂液，这样会没有形成损坏。对于任何可能输入形成的水的井下作业。SQ-8可用于作为前置

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液保护免受破坏的形成

参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/efrg.html