葫蘆巴膠油層壓裂液的制備及應(yīng)用條件研究.pdf

1、植物膠及其衍生物一直被廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的壓裂作業(yè)中，約占稠化劑市場(chǎng)需求量的90％。其中使用最普遍的是胍膠及其羥丙基或羧甲基改性的衍生物，近年來由于胍膠進(jìn)口價(jià)格上漲，造成壓裂成本提高，故需要尋找一種我國(guó)自產(chǎn)的植物膠用以替代胍膠。其中以20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的田菁膠為代表，除此之外，還有魔芋膠、皂仁膠等，但這些植物膠都因?yàn)槌赡z性能不穩(wěn)定而沒有得到大規(guī)模的推廣。為研究新型的植物膠壓裂體系，本文研究了以下四部分內(nèi)容：
　　（1）針對(duì)葫蘆巴

2、膠稠化劑合成了有機(jī)硼鈦交聯(lián)劑。采用四硼酸鈉、鈦酸丁酯為主劑，三乙醇胺、甘油為配位劑，制備了有機(jī)硼鈦交聯(lián)劑。研究了主劑及配體物料比，反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間對(duì)交聯(lián)劑成膠性能的影響。得到最佳工藝條件如下：m（四硼酸鈉）：m（鈦酸丁酯）=1:4，m（三乙醇胺）：m（甘油）=1:2，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間3 h。
　?。?）測(cè)定了葫蘆巴膠壓裂液的產(chǎn)品性能。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的葫蘆巴膠基液，以交聯(lián)比m（葫蘆巴膠溶液）：m（硼鈦交聯(lián)劑）=10

3、0:（0.4~0.6），制備葫蘆巴膠壓裂液，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果表明，該體系交聯(lián)延時(shí)150 s，耐溫、耐剪切性能良好，在90℃，170 s-1的條件下連續(xù)剪切60 min，壓裂液黏度依然保持在50 mPa·s以上，達(dá)到壓裂施工的要求；壓裂液黏度具備瞬時(shí)恢復(fù)性，為典型的觸變性流體，且具有良好的黏彈性；常溫下，攜砂比V（壓裂液）：V（石英砂）=7：3時(shí)，沉降速度0.009 mm·s-1，具備優(yōu)異的攜砂性能；體系易破膠，破膠液黏度低于5 m

4、Pa·s，殘?jiān)繛?50 mg·L-1，破膠液的表界面張力分別為32.56 mN·m-1和1.07 mN·m-1，較低的表界面張力，有利于破膠液的返排，減小了對(duì)地層的傷害。
　　（3）合成了羧甲基葫蘆巴膠和表征羧甲基葫蘆巴膠的結(jié)構(gòu)。以葫蘆巴膠粉體、氯乙酸鈉、氫氧化鈉、無水乙醇為原料，制備了羧甲基葫蘆巴膠。研究了氫氧化鈉的用量、氯乙酸鈉用量、反應(yīng)溫度、堿化時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間對(duì)改性膠羧甲基取代度和水溶液表觀黏度的影響。得到了最佳反應(yīng)條件

5、如下：葫蘆巴膠粉末10 g，無水乙醇50 ml，1.5 mol/L的NaOH25 mL，0.8 mol/L的ClCH2COONa25 mL，堿化時(shí)間30 min，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時(shí)間5 h。此時(shí)得到的羧甲基葫蘆巴膠的羧甲基取代度最高，為0.52；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的羧甲基葫蘆巴膠溶液黏度最高，為80 mPa·s。通過紅外光譜（FT-IR）分析， 在1631.49 cm-1波數(shù)位置出現(xiàn)明顯的-C=O振動(dòng)吸收峰，表明在葫蘆巴膠

6、原粉中成功引入了羧甲基官能團(tuán)。通過X射線衍射（XRD）分析，表明由于羧甲基的引入，改變了葫蘆巴膠分子鏈上的結(jié)構(gòu)，從而結(jié)晶度降低，性能發(fā)生改變。通過熱重（TG）分析，表明隨著溫度的升高，在300℃時(shí)熱分解趨于完全，羧甲基葫蘆巴膠最終分解殘余量增大，平均失重速率降低，熱穩(wěn)定性提高。
　?。?）研究了羧甲基葫蘆巴膠的性能。結(jié)果表明羧甲基葫蘆巴膠溶液表現(xiàn)出非牛頓流體的性質(zhì)，黏度隨著剪切速率的增大而減小；羧甲基葫蘆巴膠與葫蘆巴膠原粉相比，溶

7、解時(shí)間由2 h縮短到50 min，水不溶物含量由15%降低到4%；動(dòng)態(tài)流變測(cè)試中，在溫度的影響下，羧甲基葫蘆巴膠壓裂液的彈性和黏性均大于葫蘆巴膠壓裂液，且其黏彈性的變化更為明顯；破膠殘?jiān)鼫y(cè)試中，羧甲基葫蘆巴膠壓裂液破膠液殘?jiān)繛?70 mg·L-1，低于葫蘆巴膠壓裂液的350 mg·L-1；表界面張力測(cè)試中，羧甲基葫蘆巴膠破膠液的表面張力為25.29 mN·m-1，界面張力為0.71 mN·m-1，均低于葫蘆巴膠壓裂液的32.56 m