大慶油田海拉爾盆地含油儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，主要 體現(xiàn)在布達(dá)特群儲(chǔ)層裂縫發(fā)育、興安嶺群儲(chǔ)層和南 屯組儲(chǔ)層凝灰質(zhì)、泥質(zhì)含量高等。由于巖性復(fù)雜、 物性條件差、泥質(zhì)含童高、儲(chǔ)層滲透率低，利用常 規(guī)水基壓裂液如瓜爾膠、或者羥丙基瓜爾膠壓裂液 對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造，存在著增稠劑用童高、水不溶物 多、破膠液殘?jiān)扛?，?duì)儲(chǔ)層及裂縫導(dǎo)流能力損 害較大等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了壓裂改造效果為 進(jìn)一步提高儲(chǔ)層壓裂改造效果，開(kāi)發(fā)應(yīng)用了羧甲基 瓜爾膠壓裂液技術(shù)。與常規(guī)的瓜爾膠或者羥丙基瓜 爾膠壓裂液相比較，竣甲基瓜爾膠增稠劑具有使用 的質(zhì)最分?jǐn)?shù)更低、壓裂液殘?jiān)瑃t更少和對(duì)儲(chǔ)層滲 透率傷害更低等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1羧甲基瓜爾膠的紅外光譜表征及取 代度的測(cè)定

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[8]，竣甲基瓜爾膠可以通過(guò)瓜 爾膠原粉與氣乙酸鈉反應(yīng)得到。由于空間位阻效 應(yīng)，氯乙酸鈉與瓜爾膠中羥基的反應(yīng)幾率是不相同 的，考慮到反應(yīng)活性的不同，羧甲基瓜爾膠的結(jié)構(gòu) 式可以用圖1來(lái)表示。

圖2是實(shí)驗(yàn)所用瓜爾膠樣品的紅外光譜圖，其 中3 413 cnT1處的吸收峰是一0H的振動(dòng)峰， 1 746 cnT1處為C=0的吸收峰，C=0吸收峰 的存在說(shuō)明了分子結(jié)構(gòu)中含有羧基18)。羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應(yīng)用，圖2的紅外 光譜與Parvathy K S等人給出的羧甲基瓜爾膠的紅 外光譜非常接近，說(shuō)明所用樣品確實(shí)為羧甲基瓜爾 膠[8]。羧甲基的引入使瓜爾膠帶有部分負(fù)電荷， 電荷之間的相互排斥作用使得高分子鏈構(gòu)象更加伸 展，因此與瓜爾膠原粉或者羥丙基瓜爾膠相比較， 羧甲基瓜爾膠的水溶性更好，增稠效率更高。由此 可見(jiàn)，竣甲基的取代度坎是決定羧甲基瓜爾膠性 質(zhì)最重要的參量之一。由于C=0的吸收峰較弱， 用紅外光譜定最確定羧甲基瓜爾膠的取代度比較困 難，為此用滴定法來(lái)測(cè)定取代度，具體做法是用過(guò) 量的鹽酸一甲醇溶液洗滌竣甲基瓜爾膠，將竣甲基 瓜爾膠中的一CH2C00Na基團(tuán)全部轉(zhuǎn)化為 一CH2C00H基團(tuán)，再用過(guò)量的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液中 和羧甲基瓜爾膠溶液，最后用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定過(guò) 量的NaOH,記錄消耗的鹽酸體積再用鹽酸標(biāo) 準(zhǔn)溶液滴定空白樣，記錄消耗的鹽酸體積S。根據(jù) 國(guó)標(biāo)GB 12029.4—1989,竣甲基取代度按照式 (1)、式（2)進(jìn)行計(jì)算

其中K=~(2)

式中y_中和i g羧甲基瓜爾膠所消耗的氫氧

化鈉最，mmol; W一羧甲基瓜爾膠的質(zhì)量，g; N——鹽酸濃度，mol/L; /!——滴定過(guò)量NaOH所 消耗的鹽酸的體積，mL; B—-滴定空白樣所消耗 鹽酸的體積，mL。

嚴(yán)格地說(shuō)，利用公式（i)計(jì)筲得到的應(yīng)該是 聚合物的醚化度，由于在測(cè)a過(guò)程中聚合物并沒(méi)打 發(fā)生明M的降解，所以在此用醚化度代荇取代度

2羧甲基瓜爾膠結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量 的表征

根據(jù)Mark-Hmiwink方枵的特性黏數(shù)來(lái)if•箅聚 合物的相對(duì)分子質(zhì)《<。

:”]=尺似‘(3)

式中 [W——聚合物溶液的特忡黏數(shù).丨/g; K——^分子ft無(wú)關(guān)的常數(shù)，l/g; .W —扣對(duì)分子 質(zhì)ffl; «——4分子世無(wú)關(guān)的常數(shù)。

特件黏數(shù)可以)n高分丫•溶液的比濃黏度對(duì)濃度 u)做圖外推到濃度等丁_岑時(shí)捋到：由于梭屮基 瓜爾膠是聚電解質(zhì)，K比濃黏度對(duì)濃度做闬不丨v滿 足線性關(guān)系，為此需要作溶液屮加人鹽閣3是仵 濃度為0. 1 nwl NaCl水溶液中羧甲苺瓜爾膠水溶液 的比濃粘度7^八和對(duì)數(shù)黏度In (T//C)對(duì)濃度做 m特忭黏數(shù)可以爪高分f•溶液的比濃黏度對(duì)濃度 做閣外推到濃度等丁•零時(shí)得到.

從ra 3可以荇出.比濃黏度和濃度之間滿足線 性關(guān)系，外推到濃度為芩.即可得到特件黏數(shù)來(lái)計(jì)算 聚合物的扣對(duì)分子®«對(duì)羧甲堪瓜爾膠來(lái)說(shuō)，由 于該取代度條件下對(duì)應(yīng)的Mark-Hmmink "程的# 數(shù)A：和a值尤法査到.所以采取代度為0.3的屮 基瓜爾膠的參數(shù)人'和a值來(lái)代替m .由此得到的羧 甲基瓜爾膠的相對(duì)分子質(zhì)坫為2. 9 x |〇6,比文獻(xiàn)報(bào) 道的羥丙基瓜爾膠的相對(duì)分/•質(zhì)M要高"

3羧甲基瓜爾膠水溶性和水不溶物含 量的測(cè)定

川高速離心分離方法檢測(cè)羧屮基瓜爾股水+溶 物^最，羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應(yīng)用，并且與相同濃度的羥內(nèi)基瓜爾膠進(jìn)行了對(duì) 比，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表1) ||丨以看出，羧屮堪瓜爾膠 的水小溶物含M:少，與羥內(nèi)S瓜爾膠相比較，水不 溶物含M降低5.8%. Jt•且溶解速度快，易于現(xiàn)場(chǎng) 配制，祛液不產(chǎn)生魚(yú)眼，分?jǐn)〖腿苊浶院?

表1羧甲基瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠水溶性對(duì)比 Table 1 Comparison of the water solubility of cart)〇xy methyl guar and hydroxy I propyl guar

項(xiàng) n羧甲*瓜爾狡”內(nèi)級(jí)瓜爾膠

外雙淡w色粉未攸色粉木

含水7.58.6

i.ii76-7

水小溶物含»/守1. 38. 1

濃解性能20 min fnftdM 60 min fTi

黏度貝人鈷氓圾大

4羧甲基瓜爾膠壓裂液的性能

參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107—2005水基H(裂液件能評(píng) 價(jià)方法.SY/’丨’ 6376—2008壓裂液通用技術(shù)條件等 制濟(jì)羧甲基瓜爾膠裂液甚液，對(duì)只:件能進(jìn)ff測(cè)定

丨冬丨4是100 TC:條件下羧平堪瓜爾膠丨1::裂液黏度 隨剪切時(shí)間的變化，«中羧屮埔瓜爾膠的質(zhì)ft分?jǐn)?shù) 分別為0.25%和0.2%,相比較而言，在相同溫度 條件卜，羥內(nèi)'基瓜兒膠的川tt •般為〇.55%:|2:。 從圖中n丨以看出.剪切6〇min后.羧屮拈瓜爾膠 壓裂液的剪切黏度分別在250 mPa • s和 350 mPa • s以上，遠(yuǎn)大于壓裂施n的要求質(zhì)M分

數(shù)為0.55%的羥丙基瓜爾膠在剪切60 min后的黏 度為150 mPa • S,說(shuō)明竣甲基瓜爾膠的增稠效率 更加顯著。

表2是幾種不同壓裂液綜合性能的對(duì)比，從中 可以看出，羧甲基瓜爾膠水不溶物含量比羥丙基瓜 爾膠降低了近一個(gè)數(shù)雖級(jí)，此外，銨甲基瓜爾膠壓 裂液的殘瘡含量也遠(yuǎn)小于羥丙基和超級(jí)瓜爾膠壓裂

液，因此更加適合在低滲透儲(chǔ)層使用。

5現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在海拉爾油田低滲透儲(chǔ)層現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用44 口井 111層，施工成功率98. 9%，平均砂比21. 6% ,平均 加砂強(qiáng)度2. 15 m3/m，平均單井初期日產(chǎn)液5.61 I， 日產(chǎn)油Z 72 t，取得了較好壓裂增產(chǎn)效果（表3)。

結(jié)論

(1)利用紅外光譜、滴定和黏度法表征了羧甲 基瓜爾膠的結(jié)構(gòu)、取代度和相對(duì)分子質(zhì)量，結(jié)果表 明，竣甲基瓜爾膠的取代度為0.05,相對(duì)分子質(zhì)量 為2.9 xlO6,比文獻(xiàn)報(bào)道的羥丙基瓜爾膠相對(duì)分子

質(zhì)量高。

(2)在相同溫度條件下，羧甲基瓜爾膠壓裂液的研究與應(yīng)用，與羥丙基瓜爾膠相比 較，羧甲基瓜爾膠使用的質(zhì)ft分?jǐn)?shù)降低了一半以 上，水不溶物含M降低了一個(gè)數(shù)M級(jí)，殘?jiān)坎?到羥丙基瓜爾膠壓裂液殘?jiān)畹乃姆种弧?/div>

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