一种可降解半互穿网络暂堵剂的制备及性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240007

摘要/Abstract

摘要：

非均质性是油气储层的基本特征，酸化施工采用暂堵剂封堵高渗、促使酸液作用于低渗层，是提高非均质储层酸化改造效果的关键措施。为了解决现有高分子暂堵剂成胶时间不可控、残渣伤害严重等问题，采用生物材料海藻酸钠（SA）和黄原胶（XG）通过半互穿方式形成具有高强度可降解的新型暂堵剂SAXG。以变形量和成胶时间为目标优化了体系的最优质量百分比0.7% SA+0.3% XG，采用流变仪测试了凝胶的流变性以及延迟成胶效果，以残渣含量描述体系的可降解性，通过扫描电子显微镜（SEM）明确了SAXG半互穿网络与SA凝胶的区别，最后采用岩心流动实验验证了体系的转向酸化效果。研究结果表明，SAXG成胶时间范围为14~456 min； SAXG在盐水和酸液中可完全降解；暂堵酸化后岩心渗透率比常规酸化后提高了2.85倍；降解后岩心渗透率恢复率达98.6%。 SAXG可有效促使酸液转向，从而提高酸化改造效果。

关键词: 可降解, 半互穿网络, 暂堵剂, 转向, 酸化

Abstract:

Heterogeneity is a fundamental characteristic of oil and gas reservoirs. The key measure improving the acidizing effect of heterogeneous reservoirs is diversion methods， which diverting agents are used to plug the high permeability layer and promote acid acting on the low permeability layer. In order to solve the problems of uncontrollable gelation time and serious damage of synthetic polymer diverting agents. A novel diverting agent SAXG with high strength and biodegradability was formed through semi-interpenetration using biomaterials sodium alginate （SA） and xanthan gum （XG）. The optimal mass percentage of the system was optimized to 0.7% SA+0.3% XG with the goal of deformation and gelation time. The rheological properties and delayed gelation characteristics of this diverting agent were tested by rheometer； The degradability of the system was described with the content of residue； The difference between SAXG semi-interpenetrating network and SA gel was confirmed through scanning electron microscope（SEM）； Finally， the core flow experiment was used to verify the divert acidizing effect of SAXG. The results showed that the gelation time range of SAXG is 14 to 456 min； The SAXG can be completely degraded in saline and acid solutions； The permeability of the core after diversion acidizing increased by 2.85 times compared to conventional acidification； The recovery rate of core permeability after degradation reached 98.6%. The SAXG can effectively promote the diversion of acid solution， thereby improving the effectiveness of acid stimulation.

Key words: Degradable, Semi-interpenetrating network, Temporary plugging system, Diversion, Acidizing

中图分类号:

O648.17

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图/表 22

图1 SAXG形变测试方法示意图

Fig.1 Schematic diagram of SAXG deformation testing method

表1 暂堵剂的配方优化

Table 1 Optimization of formula for divergent

No.	w（SA）/%	w（XG）/%	?h/mm	Gelation time/min
1	0.5	0.1	10	38
2	0.5	0.2	6	29
3	0.5	0.3	4.5	21
4	0.5	0.4	3.5	8
5	0.6	0.1	8	33
6	0.6	0.2	5.5	26
7	0.6	0.3	4	20
8	0.6	0.4	2.5	6
9	0.7	0.1	6	31
10	0.7	0.2	3.5	21
11	0.7	0.3	2	13
12	0.7	0.4	2	5
13	0.8	0.1	5	21
14	0.8	0.2	2.5	13
15	0.8	0.3	2	6
16	0.8	0.4	2	3

图2 不同质量分数组合SAXG的成胶时间

Fig.2 The gelation time of SAXG with different mass fraction combinations

图3 不同质量分数组合SAXG凝胶的变形量

Fig.3 Deformation of SAXG gel with different mass fractions

图4 SA、XG和SAXG的FT-IR谱图

Fig.4 FT-IR spectra of SA， XG and SAXG

图5 SA凝胶（A）和SAXG凝胶（B）的SEM图

Fig.5 SEM image of SA gel （A） and SAXG gel （B）

图6 凝胶过程中SAXG的粘度变化

Fig.6 Viscosity change of SAXG gelation

图7 SA凝胶（a）与SAXG凝胶（b）模量对比

Fig.7 Modulus comparison of SA gel （a） and SAXG gel （b）

图8 不同温度下SG质量分数对SAXG成胶时间的影响

Fig.8 Effect of SG mass fraction on the gelation time of SAXG at different temperatures

图9 初始状态（A）和降解8（B）、32（C）、60（D）、72 h（E）的SAXG凝胶形貌

Fig.9 Morphological changes of SAXG gel degraded for 0 （A）， 8 （B）， 32 （C）， 60 （D） and 72 h （E）

表2 60 ℃下SG质量分数对SAXG降解性能的影响

Table 2 Effect of SG mass fraction on the degradation time of SAXG at 60 ℃

No.	w（SA）/%	w（XG）/%	w（SG）/%	Degradation time/h
1	0.7	0.3	0.0	132
2	0.7	0.3	0.1	124
3	0.7	0.3	0.2	132
4	0.7	0.3	0.3	132
5	0.7	0.3	0.4	132

图10 60 ℃下XG质量分数对SAXG凝胶降解速率的影响w（XG）/%： a.0； b.0.1； c.0.2； d.0.3； e.0.4

Fig.10 Effect of XG mass fraction on the degradation rate of SAXG gel at 60℃

图11 XG的分子结构图

Fig.11 The molecular structure of XG

图12 酸溶液中SAXG凝胶降解示意图

Fig.12 Schematic diagram of SAXG degradation in acid solution

图13 60 ℃下HCl质量分数对SAXG凝胶降解速率的影响w（HCl）/%： a.20； b.15； c.10； d.5； e.0

Fig.13 Effect of hydrochloric acid mass fraction on the degradation rate of SAXG gel at 60 ℃

图14 不同温度下质量分数20%的HCl环境对SAXG降解性能的影响

Fig.14 Effect of 20%（mass percent） hydrochloric acid on the degradation rate of SAXG gel at different temperatures

图15 60 ℃下NaCl质量分数对SA凝胶和SAXG凝胶降解速率的影响

Fig.15 Effect of NaCl mass fraction on the degradation rate of SA gel and SAXG gel at 60 ℃

图16 岩心暂堵酸化实验过程

Fig.16 Temporary plugging and acidification process of core

图17 岩心端面形貌（A、B为入口端，A1、B1为出口端）

Fig.17 Core morphology，entrance （A， B） and export （A1， B1）

图18 SAXG暂堵（C）和降解后岩心形貌（C1）

Fig.18 Core morphology，SAXG pluged （C） and degraded （C1）

图19 SAXG的成胶示意图

Fig.19 Schematic diagram of SAXG gelation

图20 SAXG溶液（A）和SAXG凝胶（B）

Fig.20 SAXG solution （A） and SAXG gel （B）

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