纳米磁流体压裂液流变及减阻行为研究
针对常规减阻压裂液携砂能力弱，易伤害储层以及渗吸驱油效果较差等问题，提出的纳米磁流体压裂液不仅具有流变和减阻的磁响应性，而且对于提高渗吸驱油效果具有潜在应用价值。因此，本文研制一种纳米磁流体压裂液，研究其零场与磁场下的流变与减阻性能，为纳米磁流体压裂液矿场应用提供理论依据与技术支持。 首先以三氯化铁与油酸钠等为原料，采用水热法制备了纳米Fe3O4颗粒，结合扫描电镜、X射线衍射等手段对产物进行表征；在此基础上，设计了一种纳米磁流体压裂液，采用正交实验法优选压裂液组分及配比，并用Zeta电位测试了压裂液稳定性。结果表明，优选的制备工艺参数为：水热温度为160℃，反应时间为10h，Fe2+/Fe3+比例为0.7，反应压力为1.5MPa，制得产物为纯相纳米Fe3O4颗粒，粒径为62.5nm，比饱和磁化强度为78.3emu·g-1。优选的压裂液组分及配比为：0.025-0.035mol·L-1油酸钠+0.05-0.07mol·L-1十六烷基三甲基溴化铵+1%-5%的纳米Fe3O4+0.006mol·L-1KCl+0.5%DT-882D+0.2%JUN-1。 其次，应用流变学方法研究了有无磁场作用下纳米磁流体压裂液的流变性，并通过Giesekus模型构建了零场下压裂液剪切粘度和纳米Fe3O4体积分数的实验关联模型。结果表明，零场下，纳米Fe3O4增强了胶束网状结构强度和密度，关联模型拟合程度为0.989。磁场下，磁场强度、纳米颗粒浓度、纳米颗粒粒径增加，压裂液粘度增强，当磁场强度为0.73T时，压裂液剪切粘度最大增量为70%；纳米Fe3O4体积分数为5%时，压裂液零剪切粘度达到18Pa·s。 应用管式减阻仪考察了纳米磁流体压裂减阻行为。通过清水阻力系数与雷诺数的关系式，率定实验管径为4.985mm，检验减阻仪精度满足实验要求。零场下，随表面活性剂浓度增大、温度降低以及纳米Fe3O4浓度的减小，压裂液减阻率逐渐增大，最大约为60%，温度低于50℃时，压裂液最大减阻率50%以上。水平磁场下，磁场强度增加，雷诺数低于10000时压裂液减阻率基本不变，高于10000后压裂液减阻率降低，当磁场强度为0.4T时，压裂液最大减阻率约为55%。垂直磁场下，纳米颗粒边界层变薄，雷诺剪切应力减小，压裂液减阻率增加，当磁场强度为0.4T时，压裂液最大减阻率约为65%。 对纳米磁流体压裂液携砂、破胶、滤失和裂缝伤害等性能进行评价，结果表明压裂液携砂性能强，遇油水自动破胶，破胶液无残渣，滤失系数为1.23×10-4m·min-1/2，无滤饼，裂缝伤害率为12.4%，压裂液各项性能均满足施工要求。
油田压裂;纳米磁流体压裂液;流变性;减阻行为
中国石油大学(华东)
硕士
油气田开发工程
罗明良
2020
中文
TE357.12
2022-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）