粘弹性表面活性剂用于油气增产压裂液的应用基础研究

粘弹性表面活性剂是一种新型用于油气田增产的低伤害压裂液体系。本项目将通过系统研究表面活性剂体系的宏观相行为，并在分子微观结构层面上研究不同类型表面活性剂与纳米颗粒，高分子等相互作用，得到分子结构与性能相关性，重点研究非阳离子型的表面活性剂以增加其耐高温和降低使用浓度，并研究另其它除蠕虫结构外的具有粘弹性的表面活性剂缔合体系的可应用性质，同时研究与压裂液中常用的有机小分子相互作用，以解释和预测使用过程中其对液体的性能影响，并指导应用于增加油气产量的压裂过程的携沙能力，压裂液体的滤失性，破胶性能，渗透性等，为开发出新一代清洁压裂液产品提供理论基础。

本项目通过系统的研究粘弹性表面活性剂(VES)体系的宏观相行为，并在分子微观结构层面上研究了不同类型表面活性剂与纳米颗粒和高分子等相互作用，得到了分子结构与应用性能相关性。项目研究了两性和阴离子型表面活性剂混合物可耐温的特性，研究表明两性与阴离子表面活性剂具有协同增效作用，可以提高耐高温性，同时还可改变中间液晶相态，从柱状液晶变为层状液晶，进而使其浓缩体系现场稀释使用时可速溶。同时研究了与VES压裂液中常用的有机小分子相互作用，研究显示极性大的有机分子对蠕虫状胶束破坏较小，因此对耐温性影响较小。 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作用增粘， 并且保持低伤害特征。研究表明与常规表面活性剂增粘相比，VES具有作用范围宽，增粘效果更好的特点。项目进一步研究了加入纳米颗粒对表面活性剂的自组装的影响。采用冷冻透射电镜（Cryo-TEM）观察和测定动态流变研究了其复杂流体的微观结构。研究显示纳米氧化锌（ZnO）和纳米碳管对阳离子VES有增粘效果，并且可以进一步提高耐温性， 纳米颗粒的加入还有助于减少VES在地层中的滤失。而纳米SiO2对阴离子表面活性剂有自组装成胶效果。研究表明纳米表面与表面活性剂间的氢键的相互作用对自组装起到了重要作用。.项目还进一步研究了新型纳米乳液作为压裂液前置液返排液添加剂对体系的返排影响。研究表明纳米乳液返排液可以增大润湿角，减少吸附损失，增大返排率。此外，项目还研究了不同油对表面活性剂胶束的微观区域作用，表明极性大的油与胶束作用力强，影响胶束形态，对表面活性剂的稳定性有影响。.本项目研究的结果可指导应用于增加油气产量的压裂过程的携沙能力，压裂液体的滤失性，破胶性能，返排性等，为开发出新型VES产品提供机理指导。本项目通过进一步产学研结合，将本研究成果及时应用于新一代清洁压裂液产品开发，并在苏里格气田开发现场得到了先导试验，并获得了成功验证，增产气量较常规达1倍以上。