«Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина»

Исследование свойств гелей для гидроразрыва пласта на основе поверхностно-активных веществ с применением методов компьютерного моделирования

УДК: 622.276.64
DOI: -

Авторы:

¹ Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, Москва, Российская Федерация

Ключевые слова: компьютерное моделирование, реология, поверхностно-активные вещества, жидкости для гидравлического разрыва пласта

Аннотация:

В статье приведены исследования псевдодимерных поверхностно-активных веществ (ПДПАВ), не содержащих хлорорганических соединений (ХОС) как перспективных гелеобразователей для процесса гидроразрыва пласта (ГРП). В целях изучения свойств жидкостей ГРП на основе ПДПАВ использована совокупность методов: реологические исследования, в частности, ротационная и осцилляционная реометрия, а также методы компьютерного моделирования. С помощью компьютерного моделирования установлены принципы формирования мицеллярных агрегатов ПДПАВ. Выявлены особенности строения мицелл при различных параметрах кислотности среды. Установлены значения рН, соответствующие образованию гелей с максимальными структурно-реологическими свойствами, при которых результаты моделирования демонстрируют образование систем цилиндрических мицелл. Все представленные образцы ПДПАВ показывают способность к формированию гелей и зависимость реологических свойств от значений рН среды, что может обосновывать рассмотрение ПДПАВ в качестве отклонителей для процесса направленных кислотных обработок. Наибольшую эффективность как основа жидкостей для ГРП продемонстрировали ПДПАВ на основе щавелевой и малеиновой кислот. Результаты работы демонстрируют эффективность применения методов компьютерного моделирования при разработке рецептур жидкостей для ГРП.

Список литературы:

1. Structure and Rheology of Wormlike Micelles Formed by Fluorocarbon-Hydrocarbon-Type Hybrid Gemini Surfactant in Aqueous Solution / K. Morishima [et al.] // Langmuir. American Chemical Society. – 2017. – Т. 33, № 24. – P. 6084–6091.
2. Wormlike Micelles of a Cationic Surfactant in Polar Organic Solvents: Extending Surfactant Self-Assembly to New Systems and Subzero Temperatures / N.R. Agrawal [et al.] // Langmuir. American Chemical Society. – 2019. – Т. 35, № 39. – P. 12782–12791.
3. Self-assembly properties of ultra-long-chain gemini surfactant with high performance in a fracturing fluid application / C. Yang [et al.] // J. Appl. Polym. Sci. John Wiley and Sons Inc. – 2017. – Т. 134, № 11.
4. Salinity- and Heat-Tolerant VES (Viscoelastic Surfactant) Clean Fracturing Fluids Strengthened by a Hydrophobic Copolymer with Extremely Low Damage / J. Tian [et al.] // Chemistry Select. John Wiley and Sons Inc. – 2021. – Т. 6, № 9. – P. 2126–2143.
5. Актуальные вопросы определения хлорорганических соединений в химреагентах, применяющихся в процессах добычи и транспортировки нефти. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/aktualnye-voprosy-opredeleniya-hlororganicheskih-soedineniy-v-himreagentah-primenyayuschihsya-v-protsessah-dobychi-i/viewer (дата обращения: 23.07.2025).
6. Chu Z., Feng Y. PH-switchable wormlike micelles // Chemical Communications. Royal Society of Chemistry. – 2010. – Т. 46, № 47. – P. 9028–9030.
7. pH-Responsive clean fracturing fluid based on pseudo-trimeric surfactants / T. Yin [et al.] // Colloid Polym. Sci. Springer Science and Business Media Deutschland GmbH. – 2023. – Т. 301, № 3. – P. 189–197.
8. pH-Switchable wormlike micelles with high viscoelasticity formed by pseudo-oligomeric surfactants / P. Liu [et al.] // J. Mol. Liq. Elsevier B.V. – 2021. – Т. 334.
9. A pH-responsive anionic wormlike micelle based on ion release effect of phosphate / W. Kang [et al.] // J. Mol. Liq. Elsevier B.V. – 2019. – Т. 286.
10. Feng Y., Chu Z. pH-Tunable wormlike micelles based on an ultra-long-chain “pseudo” ge- mini surfactant // Soft Matter. Royal Society of Chemistry. – 2015. – Т. 11, № 23. – P. 4614–4620.
11. Effects of Hydrogen Bonds between Ethoxylated Alcohols and Sodium Oleate on Collecting Performance in Flotation of Quartz / N. Zhang [et al.] // Molecules. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). – 2023. – Т. 28, № 19.
12. Hooked gemini viscoelastic surfactant based on linolenic oil for oil recovery and its various gel-breaking mechanisms / C. Wang [et al.] // J. Pet. Sci. Eng. Elsevier B.V. – 2021. – Т. 204.
13. Critical micelle concentration of an ammonium salt through DPD simulations using COSMO-RS-based interaction parameters / R. Oviedo-Roa [et al.] // AIChE Journal. – 2013. – Т. 59, № 11. – P. 4413–4423.
14. Parameterization of a mesoscopic model for the self-assembly of linear sodium alkyl sulfates / Z. Mai [et al.] // Journal of Chemical Physics. American Institute of Physics Inc. – 2014. – Т. 140, № 20.
15. Comprehensive review of the interfacial behavior of water/oil/surfactant systems using dissipative particle dynamics simulation / M. Ahmadi [et al.] // Advances in Colloid and Interface Science. Elsevier B.V. – 2022. – Т. 309.
16. Dissipative particle dynamics simulation and experimental studies of pseudo-gemini surfactants with different hydrophobic chain lengths / E.E. Hasanov [et al.] // J. Mol. Liq. Elsevier B.V. – 2024. – Т. 411.
17. Dissipative particle dynamics simulation and experimental analysis of effects of Gemini surfactants with different spacer lengths on stability of emulsion systems / D. Han [et al.] // Colloids Surf A Physicochem Eng Asp. Elsevier B.V. – 2022. – Т. 655.
18. Исследование водных растворов гидролизованного полиакриламида с помощью осцилляционного теста: выбор оптимальных параметров / М.А. Силин [и др.] // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. – 2025. – № 2. – С. 148–163.
19. Особенности реологических исследований водных растворов полиакриламида на вискозиметрах ротационного типа / Л.А. Магадова [и др.] // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. – 2021. – № 3 (304). – С. 115–128. – DOI: 10.33285/2073-9028-2021-3(304)-115-128
20. Разработка вязкоупругой композиции на основе поверхностно-активных веществ для гидравлического разрыва пласта / М.А. Силин [и др.] // Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. – 2020. – № 1 (298). – С. 142–154. – DOI: 10.33285/2073-9028-2020-1(298)-142-154