陕西师范大学 化学化工 学院 化学 专业 2014 届本科生
毕业论文（设计）开题报告
姓名 邓明涛 学号 41007063 论文(设计)题目 新型改性聚丙烯酰胺的制备及其在压裂液中的应用研究 选题的意义： 压裂作业是目前提高低渗透油气藏生产能力的主要措施之一。通过地面高压泵组(压裂车)及辅助设备，以远远高于地层吸收能力的速度向地层注入流体(压裂液)，从而使井筒压力升高，当压力高于井底地应力与岩石的抗张强度之和，就会压开地层形成裂缝。由于流体具有一定粘度，流体在向地层滤失的过程中会逐渐延伸新生裂缝,以致产生一条高渗流的液体流动通道，达到油气井增产和注水井增注的目的。 自从1947年7月在堪萨斯州大县胡果顿气田的凯利普(Kelppe)1井专门设计了第一次水力压裂以来，水力压裂被国内外各大油田纷纷采用，取得了良好的经济效益。压裂液作为水力压裂的工作介质，在整个压裂过程中起到了传递压力、悬浮支撑剂和延伸新生裂缝的作用，对压裂施工作业的成功率以及压裂施工作业完毕后油气井增产幅度和增产周期起着至关重要的作用，因此，一直以来备受关注。水力压裂的历史实质上是压裂液的一部发展史，每一次压裂技术的革新都是围绕着压裂液展开的。从压裂早期所使用的活性水压裂，到植物胶的加砂压裂，再到后面的由泡沫压裂液、乳化压裂液、聚合物压裂液和清洁压裂液派生出来的各种压裂作业方式都充分的说明了这一问题[1-2]。 随着对常规油气藏的勘探和开采的深入，常规油气的资源蕴藏量逐年减少，为了保证对国内油气的供给，油气田工作人员将目光转向于对非常规油气藏的勘探和开采。低渗透油气藏是最常见的一类非常规油气藏，其油气蕴藏量占油气资源的比重很大。目前对低渗透油气藏开发己经成为油气田开发的一个热点话题，特别是对低渗透气藏的开发。由于我国气藏的成藏条件比较差，一般孔隙度在5%左右，有效渗透率低于5*10μｍ，近年来鄂尔多斯盆地新发现的陕中大气田，储集层孔隙度为0.2%,有效渗透率仅为1.46*10-3μｍ2，埋藏深。据资料表明：我国已探明的气田其埋藏深度在3000-6000m[3-4]。因此在开发这类气藏时，储层保护是第一位的。对于这类气藏的开采国外普遍采用伤害小的聚合物压裂液、泡沫压裂和无伤害的清洁压裂液，而国内大多还是沿用交联羟丙基瓜胶压裂液，这必将严重影响压裂后的产能恢复和后期增产效果。清洁压裂液由于对地层伤害小，而备受关注，已经成为压裂液研究的热点问题，是解决该类气田压裂伤害问题的有效手段。 -32研究综述（前人的研究现状及进展情况）： 压裂液在油气田开发、开采过程中已应用了近60年，从早期的规模很小的单口井压裂到现在的大排量、高砂比的大型压裂和整体压裂。压裂技术已经得到了广泛的应用和发展。水力压裂的工作介质是压裂液，压裂的整个过程都依靠压裂液来传递压力、悬浮支撑剂和延伸新生裂缝。压裂液对整个压裂施工的成功率以及压裂施工完成后油气井增产幅度和增产周期都起着至关重要的作用。因此，压裂液体系一直以来都是压裂研究的主要对象。通过几代压裂工作者的不懈努力，目前己经形成了几种较为完备的体系，即油基压裂液、水基压裂液、泡沫压裂液和乳化压裂液。 油基压裂液是最先发展起来的一种压裂液体系。在上世纪50年代和60年代初期的压裂施工中扮演了重要的角色。它是以油为溶剂或分散介质，加入各种添加剂形成的压裂液。油基压裂液主要是由原油(柴油)、胶凝剂、交联剂、破胶剂等组成。油基压裂液与油藏配伍性好，易返排，有利于避免对水敏性储层的伤害，适用于低压、偏油润湿、强水敏性储层。但缺点是易燃，添加剂用量大，成本较高，耐温能力较弱，滤失量大，而且施工安全性差，现场配制及质量控制困难，现在仅是对某些强水敏和低压复杂地层中有见其应用的报道，在压裂作业中所占比重较小。 水基压裂液是由早期的活性水压裂液发展起来的。上世纪60年代，从生长在印度、巴基斯坦的瓜尔豆的胚乳中提炼出的瓜尔胶在水中能有效的水化伸展，得到的稠化液对支撑剂具有一定的悬浮稳定作用，通过对其进行改性处理(羟丙基化和甲基羟丙基化)所得到的改性产品能大大降低水不溶物，同时通过交联处理得到的冻胶具有很大的粘度和稳定性，从70年代至今占据了压裂中的很大比重，得到了广泛的推广，后来几十年的压裂历史实质上是对其性能进一步提高的研究过程，同时其它类型的植物胶也得到了发展。随着植物胶的不断发展，也暴露出了一些缺点，例如：不溶物含量还是很大、破胶后残渣多。上世纪80年代高分子合成技术有了很大发展，人们开始了大规模的聚合物合成和作为压裂液的可行性研究。随着储层伤害问题的提出和对储层进行保护的呼声越来越高，90年代发展起来了低伤害和无伤害压裂液，出现了一种表面活性剂清洁压裂液。它与常规的聚合物压裂液有很大不同，表面活性剂为小分子，国内基本上都是含长链烷基的阳离子化合物类；配制简单，节省操作；本身无固相、残渣，对地层伤害小，属环保型压裂液；靠表面活性剂胶束结构可自动成胶、破胶；施工后返排速度较快，返排率高，甚至达100%；因属粘弹体而拥有优良的携砂性能；不能形成滤饼，但漏失进储层基质中的速度却很低；可完成常规压裂液不能实现的绕管压裂；用于作业时可获得较佳的裂缝高度与长度。 从80年代开始,泡沫压裂液得到迅速发展，泡沫压裂液它实际是一种气体分散在液体中的多相分散体系,如:N2,CO2或二者一起与水、油或油水混合物相混合,形成一种较为稳定的气液两相物质的压裂液,与地层相接触的流体少,返排很快,适用于水敏性砂岩地层.泡沫压裂液具有良好的携砂性能、滤失量小等优点,因此泡沫压裂液经常应用于高渗透地层中;同时泡沫压裂液的摩阻损失小,助排能力强,泡沫压裂液应用在低渗低压储层时,表现出极好的返排性能。泡沫压裂液一般由气相和液相组成气相主要有空气、氮气及二氧化碳等。考虑压井作业的安全性,气相一般用二氧化碳或氮气，泡沫压裂液缺点是,在压裂施工中需较高的注入压力、特殊的设备,施工难度较大。 乳化压裂液,是应用乳化剂将油相和水相充分混合后得到稳定乳状液,利用乳状液作为携砂介质,将支撑剂输送到新生裂缝中,形成高渗透油气流通道。水相由植物胶稠化剂和含有表面活性剂的淡水或盐水组成,油相可以是原油或柴油。根据乳化剂性质不同,可形成水包油或油包水两种类型的压裂液。乳化压裂液含水量少,增稠剂用量低,同时在地层中由于乳化剂被地层岩石吸附而自动破乳,有低伤害、易返排的特点;缺点是摩阻高于常规压裂液,成本高,热稳定性较差,不适用于高温井。目前应用最广的是聚合物水包油乳化压裂液和上世纪末推出的交联水包油型乳化压裂液。至此,水基压裂液在压裂中占据了相当大的比重,据统计:目前65%的压裂是水基压裂液体系;而泡沫压裂液为30%;油基、乳化压裂液仅占5% 。清洁压裂液又称为粘弹性表面活性剂压裂液(VES)或无聚合物压裂液。1997年，压裂液的研制和开发取得了突破性进展。作为对传统聚合物破胶方法的挑战，1997年Schlumberger公司推出第一个产品(J508w)，此产品从投入到市场以来，就迅速得到了推广。目前己经成功的实施了多井次的压裂施工，取得了良好的经济效益。同时国外的学者通过长期致力于粘弹性研究，极大地丰富了粘弹性理论，为VES的理论研究奠定了基础，得到的粘弹性评价方法为VES压裂液性能评价指明了方向。 1997年，Schlumberger公司的工程师联合ENI-AGIP的流体专家推荐了一种表面活性剂与盐所形成的粘弹性冻胶体用于Govarma的修井作业后，该公司就推出了清洁压裂液(clear-fracturing liquid)或称表面活性剂压裂液，自该产品投入市场以来，就迅速得到了推广，目前用量最大的三个国家和地区分别是：加拿大、墨西哥湾和美国东部。目前己经成功的实施至今应用此压裂液体系己施工约6000井次，取得了良好的经济效益。据资料报道, Schlumberger公司最先使用的表面活性剂为含长链烷基的阳离子化合物，配合使用的盐是某有机钠盐及无机盐(如KCI)。在获得推广与应用该项新技术带来的效益后，Schlumberger公司加强了对表面活性剂压裂液的进一步研究和开发，成立了相应的科研中心，至今己产生较成熟的系列表面活性剂压裂液品种，所用表面活性剂不仅有小分子量的，而且有较高分子量的，不仅有阳离子型的，而且有其它类型的，所用盐也涉及多种有机与无机盐该公司对所取得的每一项研究和技术成果皆申请了专利保护，其专利权属内容细致、覆盖甚广，它方若做表面活性剂压裂液很难避免不侵权。可以说，Schlumberger公司是世界油田开发和应用清洁压裂液或表面活性剂压裂液的鼻祖，并对该项技术取得垄断地位。除Schlumberger外，BJ SERVICES公司开发出AquaClear和ElastraFrac表面活性剂压裂液体系，其中ElastraFrac凝胶是由环境友好的阴离子表面活性剂和各种盐组成的各相异性聚集体(三维网状结构)，耐温性好，最高可达120℃。 据资料报道，国外已有许多现场应用实例，成功进行了超过2400次的压裂作业，取得了很好的压裂效果并达到长期开采的目的。如埃尼-阿吉普石油公司在亚得里亚海的Giovanna油田进行压裂作业时采用了这种新的粘弹性表面活性剂基流体，在EMMAA6、EMMAA8、Giovanna6等油井用含HEC和VES的压裂液进行对比试验，发现这种含VES的压裂液(CFRAC)的性能优于聚合物压裂液。采用含VES的压裂液进行压裂作业的油井不仅大大减少了地层伤害，而且获得了理想的油井产量。对受污染、致密砂岩的Giovanna6井成功进行了端部脱砂压裂，并且产生了达到高产和增加油井寿命的高裂缝导流能力。在SouthTexas一块产气的砂岩地层用绕管作为导管进行了压裂，压裂液的组成为：2%VES、3.60kg/m有机盐(水杨酸钠)、KCI组分用做粘土稳定剂。结果表明，VES压裂液使绕管压裂成为一种可行的作业。Schlumberger公司的清洁压裂液技术问世后，迅速引起国内外油田的关注。国外相继出现多篇文献报道及类似专刊，.国内也有多人发表文章介绍该项技术及其现场应用情况，特别是2000年Schlumberger公司在我国宣传并推销该项技术后，国内掀起了对表面活性剂压裂液的研究和应用的热潮，2001年刘新全等发表了关于粘弹性表面活性剂压裂液的报道，指出具有粘弹性的表面活性剂在盐水存在下形成胶体蠕虫状结构，从而改变溶液的粘弹性；江波等在2003年报道了耐温压裂液SCF的性能,提出SCF压裂液是一种耐温性很好的粘弹性表面活性剂压裂液,短时间可抗150℃。任晓娟等在2004年报道了FRC-1清洁压裂液体系的性能和应用,报道了含粘弹性表面活性剂2.5%特殊稳定剂0.1%、氯化物盐水4.0%的清洁水基压裂液,根据其在长庆油田的现场应用,提出FRC-1清洁压裂液整体性能能满足60℃以下储层压裂施工的需要,现场易于操作,对储层伤害小,易于返排;破胶容易,不留残渣,平均日产增量为1.34倍。王满学等报道了低伤害清洁压裂液VES-1的研制与应用,该压裂液的增稠剂在1-2分钟内即可均匀分散并形成冻胶,抗温能力达80℃,抗剪切性能好,在80℃下剪切60min后,压裂液的粘度仍大于90mPaS,不用3破胶剂,在室温下120min后压裂液粘度小于5mPaS,伤害低,平均岩心恢复率大于90%,平均砂比大于50%。卢拥军等在2004年报道了VES-70粘弹性表面活性剂压裂液的工艺性能,VES-70压裂液的主剂是C16C18烷基三甲基季铵盐、复配以有机酸、异丙醇等助剂,其组成简单、复配容易,具有优良的粘弹性、耐温抗剪切性能、破胶及返排性能。刘伟、刘建权报道了VES-80清洁压裂液的实验研究[31],结果表明,该清洁压裂液抗剪切、携砂、破胶性能良好,几乎无水不溶物,对用于压裂的VES压裂液的缺点是耐温能力差,要求油、气层温度需低于储层无二次伤害,组成简单、配制方便、现场施工便利、可满足现场施工要求。 115.56°C。另外清洁压裂液成本较高,约为常规压裂液的5倍,而且在高渗地层可能会出现压裂液滤失,需选择有效的降滤失剂配合使用。今后清洁压裂液的发展趋势是进一步提高携砂能力和耐温性能,降低成本。 论文（设计）写作提纲（除题目外，具体到三级标题） [摘要] 1.压裂液及聚丙烯酰胺的概述 1.1概述 1.2选题的目的和意义 2.实验部分 2.1 实验试剂 2.2 实验仪器 2.3 实验内容 2.3.1 二茂铁甲酰氯的制备 2.3.1.1 （ 2 - 氯苯甲酰基）二茂铁的制备 2.3.1.2 二茂铁甲酸的制备 2.3.2 5 - 羟基-2 - 乙烯基苯甲醛的制备 2.3.2.1 5 - 氯甲基水杨醛（2）的制备 2.3.2.2 3 - 甲酰基-4 - 羟基苄基（三苯基鏻），氯化（3）的制备 2.3.2.3 5 - 基亚磺酰基水杨醛（4）的制备 2.4 结果与讨论 2.4.1 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析 2.4.2傅立叶数字化核磁共振谱仪 参考文献 致谢