MES胶束/纳米TiO2自组装体系流变动力学研究

阳离子型粘弹性表面活性剂溶液（VES）在高温高压、低渗特低渗等复杂油气田应用过程中存在滤失量大、热稳定性较差、吸附严重及污染环境等问题,制约了它的进一步推广应用。本项目以可生物降解的阴离子表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸钠（MES）胶束为基础，通过胶束表面纳米二氧化钛（TiO2）自组装，制备一种能在岩石孔隙表面形成类似滤饼结构的纳米复合VES溶液，提高VES溶液的降滤失性和耐温性；借助近现代测试方法从微观与分子水平研究胶束表面纳米颗粒的自组装行为对VES溶液滤失性、耐温性及流变特性影响机制，考察剪切速率、温度、压力、矿化度及pＨ等条件变化对纳米复合VES溶液流变性能的影响规律；结合化学反应动力学与流变学原理，建立能反映纳米复合VES溶液形成过程的流变动力学模型。研究成果对于降低VES溶液现场使用风险、减少环境污染具有十分重要的理论与实践意义。

水力压裂作为低渗透油田储层改造技术之一已取得成功应用。压裂液作为压裂施工的工作介质，一直都是压裂改造的主要研究方向之一。目前使用的瓜胶压裂液体系破胶后固相残渣易污染地层，而研究较多的阳离子型清洁压裂液存在耐温性能较差、滤失量大以及在地层中吸附滞留造成润湿反转等问题，严重制约了清洁压裂液的推广应用。纳米颗粒表面具有大量的活性基团及特异电荷，吸附到胶束表面可增大胶束体积，与胶束自组装形成类似滤饼结构，还可通过静电屏蔽作用提高胶束网状结构的稳定性，从而较大幅度改善清洁压裂液的耐温性和降滤失性，为清洁压裂液体系的进一步改进与推广应用提供理论基础与技术支撑。. 项目以可生物降解的阴离子型表面活性剂MES与纳米颗粒为主要原料，应用流变测试方法考察了各组分浓度变化对胶束聚集形态及转变过程的影响，并用冷冻蚀刻透射电镜(FF-TEM)观察了不同胶束体系的微观结构。结果表明体系粘度随MES浓度增大而增大，随NaCl、助表面活性剂TC以及纳米TiO2浓度的上升而存在一个最佳值，分析了MES胶束/纳米颗粒自组装体系的粘弹特性，获得该体系的弹性模量G′、粘性模量G″、线性粘弹性应力区等物理量。以粘度为目标优选得到粘弹体系基本配方。机理研究表明助表面活性剂TC与纳米TiO2通过吸附以及静电屏蔽作用促进了胶束的形成、生长和聚集并提高了胶束网状结构的稳定性。在此基础上，考察了纤维对该粘弹性胶束体系悬砂性能的影响。流变性测试表明该体系为假塑性流体。应用Cox-Merz规则和Cole-Cole图，证实了自组装体系形成了蠕虫状胶束而且其动态粘弹性符合Maxwell模型。综合性能评价表明该体系在80℃时粘度仍保持在50mPa•s左右，具有良好的耐温耐剪切、悬砂、配伍、破胶性能，对地层平均伤害率8.5%左右，显示出良好的应用前景