热电纳米材料与高分子材料对清洁压裂液的协同增效机理研究

Viscoelastic surfactant fluids have been developed as a low-damage alternative. However, poor thermal stability, excessive fluid leak-off, and relatively high in cost have significantly limited their use. The rheology of Gemini viscoelastic surfactant fluids and the thermopiezoelectric behavior were studied systematically to analyze the influence of nanoparticle surface charges change for the structure and theological characteristic of the psendo-crosslinking of VES micelles based on the level of micro molecules.And the relationship of microstructure and macroscopic properties of hydrophobic association polymer /viscoelastic surfactant/ thermoelectric nanoparticles fluid were found to understand deeply their function mechanism of thermal stability and fluid-loss control. And the intelligent low-damage VES fluid was developed，which can achieve high viscosities for a wide rage of reservoir temperatures and permeabilities. The research can solve the key to the question on application of VES fluids, and offer a guidance for the developing of newly surfactant based systems.

粘弹性表面活性剂流体是一种极具发展前景的低伤害压裂液体系，但目前传统清洁压裂液在耐温性、滤失性及成本等方面存在诸多不足，严重制约了该项技术的推广应用。本项目在Gemini粘弹性表面活性剂的流变性和纳米功能材料的热电性能研究基础上，系统研究纳米拟交联胶束流体的流变性和滤失性，并从微观分子相互作用角度深入分析高温高压条件下纳米颗粒表面电性改变对拟交联胶束流体微观结构及宏观性能的影响。进而利用疏水缔合聚合物分子与纳米拟交联胶束的自组装作用，建立由热电纳米材料、高分子材料与粘弹性表面活性剂组成的三元压裂液体系，研究该三元体系微观结构和宏观性能之间的关系，阐释其耐高温、抗滤失作用机制，形成具有高效、低伤害、环保特点的智能型压裂液体系，以实现其普适性和实用性。研究成果将有效解决制约清洁压裂液推广应用的关键问题，为开发出新一代清洁压裂液产品提供理论依据。

本项目针对低渗透储层特点及水力压裂工艺特点，对环保型高效粘弹性表面活性剂(VES)的合成及性能进行了系统的研究，研究表明长链酰胺基磺酸盐型双子表面活性剂合成路线较为简单，可形成pH响应型蠕虫状胶束，与传统单链表面活性剂相比，其临界胶束浓度（Ccmc）较低、表面活性剂高且流变性能优异。项目同时对纳米材料进行了修饰处理，研究了修饰官能团与其分散稳定性的关系，研究表明经过不同的处理方法，纳米材料表面的基团种类及含量都有所不同，当纳米材料表面的极性基团的含量越高时，其在水相中的分散稳定性也越好。. 在此基础上，项目系统研究了不同类型表面活性剂与纳米颗粒之间的相互作用，建立了微观分子结构和宏观流变性能的关系，研究表明纳米材料的种类、极性基团的含量影响纳米材料对阳离子VES的增黏效果，羟基含量高、长径比大的纳米碳管颗粒可以影响蠕虫胶束的自组装过程，共同形成复杂的网络结构，显著改善体系的黏弹性。当两性表面活性剂分子结构上含有-OH、-NH等基团时，纳米碳管和表面活性剂之间会产生氢键吸附和尾基吸附作用，该混合体系的黏弹性、耐温性和抗滤失性明显得到改善。研究显示盐度及pH等条件也会影响阴离子蠕虫胶束-纳米流体的流变性能，低盐度及碱性条件下，纳米材料在VES流体具有更好的分散稳定性，即两者之间的配伍性更好，因而纳米材料能够发挥较好的改性效果。. 为减少表面活性剂用量，进一步研究了VES与疏水缔合高分子协同增粘作用及混合体系的低伤害特征。研究表明与常规表面活性剂增粘相比，VES与疏水缔合高分子可以形成复杂的超分子结构，该复杂流体具有作用范围宽，增粘效果更好的特点。向VES流体中添加少量疏水缔合高分子，也可大大降低流体的滤失量，减少储层伤害。. 本项目研究的结果可指导应用于低渗透油藏水力压裂过程的携砂能力，压裂液体的滤失性，破胶性能等，也可以应用于减阻、传热、导电等领域，为开发出新型VES产品及纳米流体提供机理指导。