石油——胍胶的交联与破胶原理
胍胶压裂返排液重复利用新技术研究及应用
胍胶压裂返排液重复利用新技术研究及应用雷炜(中石化西南油气分公司石油工程技术研究院，四川德阳618000)[摘 要]加砂压裂是目前油气田开发增储上产的重要技术手段，压裂后产生的大量压裂返排液为企业和油气田开发带来了巨大的环保和成本压力。
为有效解决压返液处理难题，形成了“去除有害物质而保留有益成分”的重复利用新思路。
研发了扩链处理剂、高鳌合度交联剂，解决了返排液中断链小分子胍胶的二次链接及重构难题；研发了辅助处理剂及撬装地面处理工艺，实现了深度去除影响新配液体性能的有害化学及固相物质，但同时保留了有益化学成分的目的，处理回收液配制的压裂液性能指标与清水配液性能指标相当。
通过216井次、150000 m 3液体的处理和重复利用，证实了该药剂配方及工艺技术的可行性，经济及环保效益明显，推广应用前景广阔。
[关键词]胍胶压裂液；压裂返排液；重复利用；扩链处理剂；交联剂[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)10-0332-04Study and Application of a New Technology for Reuse ofGUAR GUM Fracturing BackflowLei Wei(Petroleum Engineering Technology Research Institute, Sinopec Southwest Oil & Gas Company, Deyang 618000, China)Abstract: Sand fracturing is an important technical means to increase oil and gas reserves and production at present. A large amount of fracturing fluid produced after fracturing has brought great environmental protection and cost pressure to enterprises and oil and gas field development. In order to effectively solve the problem of pressure return liquid treatment, a new idea of reuse is formed, which is to remove harmful substances and retain beneficial components. A chain-extending agent and a high chelating cross-linking agent were developed, which solved the problem of the secondary link and reconstruction of the broken chain of the small molecule Guar Gum in the backflow, the purpose of removing the harmful chemical and solid substances which affect the performance of the newly prepared fluid is realized, but the beneficial chemical composition is kept at the same time. Through 216 wells and the treatment and reuse of 150000 m 3, the feasibility of the formulation and technology of the agent has been confirmed, and its economic and environmental benefits are obvious.Keywords: Guar gum fracturing fluid ；fracturing backflow fluid ；reuse ；chain extension agent ；crosslinker水力压裂是油气井增产的重要技术手段，压裂液完成携砂注入地层后，会随完井测试、生产而返出。
油田洗井废水处理后配制胍胶压裂液实验研究
油田洗井废水处理后配制胍胶压裂液实验研究*同霄1，2穆谦益1，2李照林1，2蒋继辉1，2赵庆31长庆油田分公司油气工艺研究院2低渗透油气田勘探开发国家工程实验室3中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二钻井工程分公司摘要：长庆油田采用大井组、多井型、工厂化作业方式，为作业产生的洗井废水井场处理、井间回用提供了条件。
在洗井废水水质特征分析的基础上，明确洗井废水配制胍胶压裂液性能的主要影响因素为总铁和悬浮物，从而针对性地开发曝气和PAC/PAM联合作用的洗井废水高效处理工艺，并确定了工艺参数为：气水比1.5∶1，PAC加量100mg/L，PAM加量10mg/L，曝气时间5min，在四种不同加药量下原水的总铁质量浓度由108mg/L分别降低为1.10、0.82、0.68、0.43mg/L，悬浮物质量浓度为12mg/L，满足配制胍胶压裂液的水质要求。
同时对洗井废水处理后配制的压裂液进行评价，其基液黏度、胶联时间、挑挂性能和流变性能满足相关要求，可用于下一段的压裂作业中，实现洗井废水的回用。
关键词：洗井废水；胍胶压裂液；曝气氧化；PAC/PCM；总铁；悬浮物Experimental Study on Preparation of Guanidine Fracturing Fluid by Treated Oilfield Well Flushing WastewaterTONG Xiao1，2，MU Qianyi1，2，LI Zhaolin1，2，JIANG Jihui1，2，ZHAO Qing31Oil and Gas Technology Research Institute of Changqing Oilfield Company2National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-permeability Oil and Gas Field 3No.2Drilling Engineering Company of Bohai Drilling Co.，Ltd.，CNPCAbstract：Changqing Oilfield adopts the operation methods of large well group，multi well type，and industrialization，which provides the basis for in well site treatment and inter-well reuse of well flushing wastewater produced by the operation.Based on the analysis of water quality characteristics of well flushing wastewater，it is determined that the main characteristic pollutants affecting the preparation of guanidine fracturing fluid are total iron and suspended solids，so as to develop a targeted high-effi-ciency treatment process of well flushing wastewater with the combination of aeration and PAC/PAM.The process parameters are determined，namely the gas-water ratio is1.5:1，PAC dosage is100mg/L，PAM dosage is10mg/L，and aeration time is5minutes.The total iron mass concentration under four different dosage levels is reduced from108mg/L of raw water to1.10，0.82，0.68，and0.43mg/L，respectively，and the suspended solids mass concentration is12mg/L，which met the water quality re-quirements for the preparation of guanidine fracturing fluid.Meanwhile，the evaluation of the fracturing fluid prepared after the treatment of the well flushing wastewater shows that the base viscosity，bonding time，hanging performance，and rheological property can meet the relevant requirements，and can be used in the next stage of pressure cracking operation to achieve the reuse of the well flushing wastewater.Keywords：well flushing wastewater；guanidine gum fracturing fluid；aeration oxidation；PAC/PCM；total iron；suspended solidsDOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2021.01.001*基金论文：中国石油重大科技专项“低碳与清洁发展关键技术研究及应用”(1602-2-1)。
胍胶压裂液加重技术的研究应用
胍胶压裂液加重技术的研究应用X唐艳玲(中国石化中原石油勘探局井下特种作业处,河南濮阳 457001) 摘 要:在常规胍胶压裂液基础上,通过优选无机盐类加重剂,对胍胶压裂液进行了加重技术研究,加重密度在1.12- 1.22g /cm 3之间可调,从而增大了液柱压力,有效降低了施工井口压力,确保了压裂施工的顺利实施。
同时对加重后胍胶压裂液高温流变性、破胶性及粘土稳定性和对支撑辅砂层的伤害进行了评价,阐述了加重压裂液的选择应根据储层的压力系数和盐敏程度确定加重压裂液的密度。
该技术现场应用8井次,共用加重压裂液3210m 3,减少井口压力10-30%,施工成功率100%,压后增产效果良好。
关键词:压裂液;加重剂;交联;超深井 中图分类号:T E357.1+3 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)08—0101—02 近几年,随着国内各大油田深井和超深井的勘探开发,油气层钻深到7000m 以下,地层温度高达175℃以上,油气层压裂改造施工泵压超过130MPa,施工规模在不断扩大,利用目前的技术装备已无法实施压裂作业。
国内各大油田应用的压裂液体系90%是改性胍胶,针对这种情况,对胍胶压裂液体系进行了加重技术研究,采用盐类加重的方式,使其具有密度可调、压裂液延迟交联可控、摩阻低、耐温耐剪切,流变性能良好、破胶彻底、对支撑辅砂层伤害低的特点,可满足不同超深井的大型压裂施工[1]。
并在塔合油区现场应用8井次,共使用加重压裂液3210m 3,施工成功率100%,压后增产效果良好。
1 加重压裂液体系研究加重压裂液的应用要根据目的层的压力系数和储层的盐敏程度以确定加重压裂液的密度,根据加重剂的溶解性、溶解能力和市场广泛性选用加重剂。
腐抽油杆6井次,防砂泵专用丝堵6井次。
3.2 实施效果3.2.1 技术指标年累计减少腐蚀躺井16井次。
因腐蚀造成油管报废减少480根,抽油杆减少1200根。
试验后胡七南块平均总铁值为:25.5mg/L,平均总铁值下降了10.6mg /L 。
低温低伤害瓜胶压裂液破胶技术研究
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１９
低温低伤害瓜胶压裂液破胶技术研究
吴磊１，崔伟香２，晏军２，杨江１，李冉１
（１．西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安 ７１００６５；２．中国石油勘探开发研究院，河北 廊坊 ０６５００７）
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｇｅｌｂｒｅａｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｌｏｗ ｄａｍａｇｅ ｇｕｍ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｆｌｕｉｄａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＷＵＬｅｉ１，ＣＵＩＷｅｉｘｉａｎｇ２，ＹＡＮＪｕｎ２，ＹＡＮＧＪｉａｎｇ１，ＬＩＲａｎ１
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ； ２．ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｌａｎｇｆａｎｇ０６５００７，Ｃｈｉｎａ）
第 ４期
吴磊等：低温低伤害瓜胶压裂液破胶技术研究
１ 实验部分
１．１ 试剂与仪器 羟丙基胍胶，工业品；低温交联剂 ＬＦＣＬ，自制；
ＮＨ４Ｓ２Ｏ８（ＡＳＰ）、Ｎａ２ＣＯ３ 均为分析纯；壬基酚聚氧乙 烯醚１０（ＮＰ１０）、烷基苯磺酸钠（ＬＡＳ）、油酸咪唑啉 （ＩＭ）、十二 烷 基 硫 酸 钠 （ＳＤＳ）、无 机 还 原 剂 （ＲＡ）、 铁离子盐 Ｆｅ（ＩＩ）、活化剂（ＳＡＣ，ＤＴＡ，ＮＡＣＴ）、防膨 剂 ＢＦ１５、助排剂 ＤＬ１２均为工业品。
（ＹＣＳ１８１１３０４０） 作者 简 介：吴 磊 （１９９１－），男，安 徽 合 肥 人， 油 田 化 学。电 话：
１８６９１８８０６４５，Ｅ－ｍａｉｌ：５８２２５８１６７＠ｑｑ．ｃｏｍ 通讯联系人：杨江，电话：０２９－８８３８２９３８，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｙａｎｇ９８＠１２６．ｃｏｍ
速溶胍胶压裂液体系性能评价
（170s-1，1Hr）
Ș/mPa.s
T/ć
图ഴ2 1đ00с℃ু下㻸⏨压Ⲻ㋎裂ᓜ液ᰬ的䰪ᴨ粘㓵度δ-时V间曲+Uε线
（170s-1，1.5Hr）
Ș/mPa.s
T/ć
图3 120℃下压裂液的粘度-时间曲线 （170s-1，2Hr）
Visicosity,mPa.s
配
方1压.5
裂
液
进
行了耐
t,min
3
120℃
0.5%BFC+0.1%NaOH+1%KCl+0.5t,%m硼in 交联剂
2
3 120ć
0.5%BFC + 0.1%NaOH + 1%KCl + 0.5%⺬Ӕ㚄ࡲ
2 ഴ đсু㻸⏨Ⲻ㋎ᓜᰬ䰪ᴨ㓵δV+Uε
fracturing fluid system. The experimental results show that the swelling speed of instant guaniding gum fracturing fluid system is fast，
this system has a low damage to formation and has broad application prospects in large-scalefracturing operations
Visicosity,mPa.s
工的要求，需要实现压裂液即配即用，速溶胍胶压裂液体
Visicosity,mPa.s
系应运而生。本文开展了速溶胍胶压裂液体系的评价研
石油——胍胶的交联与破胶原理
羟丙基瓜胶（HPG）为淡黄色粉末，无嗅，易吸潮，不溶于大多数有机溶剂，在水中分散溶解形成粘胶液，粘度225~298mPa·s。
在一定的pH值条件下，羟丙基瓜胶水溶液易与由两性金属或两性非金属组成的含氧酸阴离子盐，如硼酸盐交联成水冻胶。
羟丙基瓜胶与四硼酸钠交联反应：
（1）四硼酸钠在水中离解成硼酸和氢氧化钠：
Na2B4O7+7H2O4H3BO3+2NaOH
（2）硼酸进一步水解形成四羟基合硼酸根离子：
H3BO3+2H2O+ H3O+
（3）硼酸根离子与邻位顺式羟基结合：
++ H3O++5 H2O 上述反应都是可逆反应，向交联的羟丙基瓜胶加入破胶剂如过硫酸铵使反应向着反方向进行，从而达到破胶的目的。
若需要延缓交联，在交联过程中加入无机硼盐和多羟基化合物形成配位体，从而将硼酸根屏蔽，加入到压裂液后，由于pH值等的变化，产生水解平衡，又会缓慢释放，从而延缓了交联，另外由于多个硼酸根离子与一个多羟基化合物分子作用，因此交联与胍胶类的邻位顺式羟基化合物交联时交联点增多，从而提高凝胶的强度和韧性。
羟丙基瓜胶是瓜胶用环氧丙烷改性后的产物。
将—O—CH2—CHOH—CH3(HP基)置换于某些—OH位置上。
由于再加工及洗涤除去了聚合物中的植物纤维，因此HPG一般仅含约2%~4%的不溶性残渣，一般认为HPG对地层和支撑剂充填层的伤害较小。
由于HP基的取代，使羟丙基瓜胶具有好的温度稳定性和较强的耐生物降解性能。
羟丙基瓜胶水溶液用作压裂液具有无毒、易交联、价格便宜等优点。
胍胶降阻特性及机理研究
第４９卷第１期２０２０年１月应㊀用㊀化㊀工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ.４９Ｎｏ.１Ｊａｎ.２０２０收稿日期:２０１９￣０３￣０５㊀㊀修改稿日期:２０１９￣０４￣１８基金项目:国家科技重大专项课题(２０１７ＺＸ０５０２３００３)作者简介:张春雨(１９９３－)ꎬ男ꎬ安徽亳州人ꎬ天津科技大学在读硕士ꎬ师从郭丽梅教授ꎬ主要从事油田化学方面的研究ꎮ电话:１３０７２２３０５６１ꎬＥ－ｍａｉｌ:８４２５７６５５０＠ｑｑ.ｃｏｍ通讯联系人:吴家全(１９７２－)ꎬ男ꎬ天津人ꎬ副研究员ꎮ电话:１３８２０５３８００２ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｗｕｊｉａｑｕａｎ＠ｔｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ胍胶降阻特性及机理研究张春雨ꎬ吴家全ꎬ王桂珠ꎬ郭丽梅(天津科技大学化工与材料学院ꎬ天津㊀３００４５７)摘㊀要:以胍胶为降阻剂ꎬ考察了使用浓度㊁流动状态㊁离子类型及粘度对降阻性能的影响ꎬ采用ＦＥＮＥ￣Ｐ模型模拟及中㊁低雷诺数实验分析降阻机理ꎮ结果表明ꎬ胍胶浓度为１０００~３０００ｍｇ/Ｌ时降阻效果最佳ꎬ溶液粘度是影响胍胶降阻性能的主要因素ꎻ一定浓度范围内符合Ｖｉｒｋ有效滑移假说ꎻ胍胶主要在层流湍流过渡区通过抑制涡流产生与发展过程实现降阻作用ꎻ近壁结构受静电吸附作用影响ꎬ阳离子型胍胶降阻效果优于其他离子类型胍胶ꎮ关键词:胍胶ꎻ降阻ꎻ压裂液ꎻ线性大分子中图分类号:ＴＱ０４１ꎻＴＥ３９㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１６７１－３２０６(２０２０)０１－００６３－０４ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍＺＨＡＮＧＣｈｕｎ￣ｙｕꎬＷＵＪｉａ￣ｑｕａｎꎬＷＡＮＧＧｕｉ￣ｚｈｕꎬＧＵＯＬｉ￣ｍｅｉ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅꎬＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３００４５７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔａｋｉｎｇｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍａｓａｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎꎬｆｌｏｗｓｔａｔｅꎬｉｏｎｔｙｐｅａｎｄｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｎｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ.ＴｈｅＦＥＮＥ￣Ｐｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａ￣ｔｉｏｎａｎｄｍｅｄｉｕｍａｎｄｌｏｗＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｒａｇｒｅ￣ｄｕｃｔｉｏｎ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｔｈｅｂｅｓｔｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇｕａｎｉ￣ｄｉｎｅｇｕｍｗａｓ１０００~３０００ｍｇ/Ｌ.Ｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｒｅｓｉｓｔ￣ａｎｃｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍꎻｔｈｅＶｉｒｋｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｌｉｐｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｗａｓｍａｔｃｈｗｉｔｈｉｎａｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｃｅｎｔｒａ￣ｔｉｏｎｒａｎｇｅꎻｔｈｅｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍｍａｉｎｌｙｅｆｆｅｃｔｉｎｔｈｅｌａｍｉｎａｒｔｕｒｂｕｌｅｎｔｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒｅｓｉｓｔ￣ａｎｃｅｂｙｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｓꎻｔｈｅｎｅａｒ￣ｗａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎꎬａｎｄｔｈｅｃａｔｉｏｎｉｃｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍｓｗａｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｏｔｈｅｒｉｏｎ￣ｔｙｐｅｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍꎻｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎꎻｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｆｌｕｉｄꎻｌｉｎｅａｒｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ㊀㊀页岩气以清洁㊁优质㊁高储量等优点被 十三五 重点关注[１]ꎬ具有致密㊁低渗特点ꎬ需通过体积改造实现增产目标[２￣３]ꎮ目前ꎬ国内外储层改造主要以聚合物类㊁表面活性剂类㊁生物基多糖类等水基压裂液为主[４]ꎬ加入降阻剂可大幅减小泵入阻力ꎬ提高压裂效率ꎮ胍胶具有良好的水溶性㊁增稠性ꎬ自然降解能力强且来源广泛ꎬ其降阻率可达６０％[５￣７]ꎬ广泛应用于压裂施工ꎬ但对其降阻效率及机理缺乏系统性研究ꎮ本文系统研究了胍胶降阻效率随浓度㊁流动状态㊁离子类型及分子排布形态的变化规律ꎬ分析其降阻机理ꎬ对胍胶类压裂液降阻剂的开发与应用具有一定指导意义ꎮ１㊀实验部分１.１㊀试剂与仪器胍胶原粉(ｇｕａｒ)ꎬ一级品ꎻ羟丙基胍胶(非离子型胍胶ꎬＮ￣ｇｕａｒ)㊁羧甲基羟丙基胍胶(阴离子型胍胶ꎬＡ￣ｇｕａｒ)㊁胍胶羟丙基三甲基氯化铵(阳离子型胍胶ꎬＣ￣ｇｕａｒ)ꎬ９９％ꎬ均由山东优索化工科技有限公司提供ꎻ有机硼交联剂ꎬ自制ꎮＷＹ￣２Ｂ型吴茵混调器ꎻＤＮＪ￣９ＳＮ型旋转粘度计ꎻ管道环路摩阻测试系统ꎬ自制ꎻ１８３５第６８号乌氏粘度计ꎮ１.２㊀降阻剂溶液配制称取一定量胍胶于吴茵混调器中ꎬ２０００ｒ/ｍｉｎ搅拌下迅速分散溶解ꎬ分别配制不同浓度胍胶水溶应用化工第４９卷液ꎬ搅拌２ｈ待用ꎮ以交联剂对胍胶溶液进行交联ꎬ搅拌均匀ꎮ１.３㊀表观粘度及分子量测定采用旋转粘度计测定表观粘度ꎮ采用乌氏粘度计测定粘度ꎬ粘度法计算粘均分子量ꎮ１.４㊀降阻率测定以清水为对照ꎬ采用流动回路摩阻测试系统测定胍胶降阻效果ꎮ测试管路为不锈钢光滑管ꎬ管径２０.５ｍｍꎬ管长２.０ｍꎮ测量胍胶溶液流经管路后的压力降ꎬ计算降阻率[８]:η＝(ΔＰ１－ΔＰ２)/ΔＰ１ˑ１００％式中㊀η 降阻率ꎬ％ꎻΔＰ１ 清水流经管路后的压力降ꎬＭＰａꎻΔＰ２ 同流量下胍胶溶液流经管路后的压力降ꎬＭＰａꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀分子量测定测得几种胍胶粘均分子量见表１ꎮ表１㊀胍胶粘均分子量Ｔａｂｌｅ１㊀Ｖｉｓｃｏｓｅａｖｅｒａｇｅｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｏｆｇｕａｎｉｄｉｎｅｇｕｍ名称粘均分子量ˑ１０６ｇｕａｒ２.０１Ｎ￣ｇｕａｒ２.１４Ａ￣ｇｕａｒ２.０３Ｃ￣ｇｕａｒ１.８８㊀㊀由表１可知ꎬ４种胍胶分子量相近ꎬ均为２ˑ１０６左右ꎮ２.２㊀浓度对降阻性能影响压裂液中胍胶一般使用浓度为３０００ｍｇ/Ｌ左右是通过现场施工效果得出的经验值ꎬ浓度选择仍缺乏理论支撑ꎬ因此需要研究胍胶浓度对降阻效果的影响ꎬ期望找出降阻机理ꎮ采用羟丙基胍胶(Ｎ￣ｇｕａｒ)ꎬ管路流量为３.０Ｌ/ｓꎬ降阻率随浓度变化规律见图１ꎮ㊀㊀由图１可知ꎬＮ￣ｇｕａｒ溶液流经测试管路压降显著小于清水ꎬ表明Ｎ￣ｇｕａｒ具有良好的降阻效果ꎮ随Ｎ￣ｇｕａｒ浓度增大降阻率逐渐增加ꎬ１０００ｍｇ/Ｌ达到最大值后缓慢下降ꎬ当浓度超过３０００ｍｇ/Ｌ时降阻率迅速下降ꎬ一定浓度范围内(<１０００ｍｇ/Ｌ)符合Ｖｉｒｋ有效滑移假说ꎮＶｉｒｋ[９]认为可将管内湍流流动的流体分为三个层次ꎬ从壁面向管轴依次为粘性底层㊁弹性层和湍流核心层ꎬ弹性层是导致流体阻力减小的主要因素ꎮ流动过程中弹性层厚度随Ｎ￣ｇｕａｒ浓度增大而增大ꎬ当弹性层扩展至管轴中心时ꎬ降阻效果达到极限值ꎮＮ￣ｇｕａｒ溶液表观粘度随浓度增大而增大ꎬ当浓度超过３０００ｍｇ/Ｌꎬ溶液粘度的增加成为流体流动阻力的主要来源ꎮ因此ꎬ浓度为１０００~３０００ｍｇ/Ｌ时降阻效果较佳ꎮ图１㊀压力(ａ)㊁降阻率和表观粘度(ｂ)随浓度变化曲线Ｆｉｇ.１㊀Ｐｒｅｓｓｕｒｅ(ａ)ꎬｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄａｐｐａｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙ(ｂ)ｖｅｒｓｕｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅ２.３㊀流动状态对降阻性能影响线性大分子分散于流体中将干扰管路近壁区湍流的形成与发展过程[１０￣１１]ꎮ线性大分子链段通过拉伸㊁转动及与准轴向涡流之间相互作用抑制了涡流的形成㊁发展及扰动过程ꎻ采用ＦＥＮＥ￣Ｐ模型模拟[１２]及中㊁低雷诺数实验ꎬ验证降阻剂分子通过与壁面发生碰撞回弹过程中从近壁区吸收能量而压缩涡流ꎬ湍流状态的形成被进一步抑制ꎬ降低流体流动阻力的机理ꎬ模拟结果见图２ꎮ图２㊀牛顿流体粒子图像测速向量图与瞬时可视化近壁涡结构(ａꎬｃ)及大分子水溶液对应的向量图与近壁涡结构(ｂꎬｄ)Ｆｉｇ.２㊀ＶｅｃｔｏｒｍａｐｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｉｍａｇｅｏｆＮｅｗｔｏｎｉａｎｆｌｕｉｄａｎｄｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｖｉｓｕａｌｉｚｅｄｎｅａｒ￣ｗａｌｌｖｏｒｔｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅ(ａꎬｃ)ａｎｄｖｅｃｔｏｒｍａｐｏｆｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｎｅａｒ￣ｗａｌｌｖｏｒｔｅｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅ(ｂꎬｄ)㊀㊀由图２可知ꎬ平均速度剖面在流体中引入大分４６第１期张春雨等:胍胶降阻特性及机理研究子后发生变化ꎬ从而影响了边界层中剪切力的分布ꎬ改变了涡流的产生与生长过程ꎻ另一方面大分子在管壁上发生吸附过程ꎬ使得近壁区光滑度和柔韧性向低摩阻方向转变ꎬ两种效应通过影响湍流条纹编队共同实现降阻效果ꎮ采用１５００ｍｇ/ＬＮ￣ｇｕａｒ水溶液ꎬ测定降阻率㊁雷诺数随管路流量变化规律ꎬ与模拟结果对照ꎬ测定结果见图３ꎮ图３㊀降阻率㊁雷诺数随管路流量变化曲线Ｆｉｇ.３㊀ＲｅｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄＲｅｙｎｏｌｄｓｎｕｍｂｅｒｃｕｒｖｅｗｉｔｈｆｌｕｉｄｆｌｏｗ㊀㊀由图３可知ꎬ雷诺数随管路流量增大而增大ꎬ当流量为１.８Ｌ/ｓ时雷诺数已超过２０００ꎬ流体流动进入由层流转变为湍流的过渡状态ꎮ雷诺数超过２０００后降阻率迅速增加ꎬ作为线性大分子ꎬ低浓度溶液中胍胶分子的伸缩变形运动可阻碍涡流的形成与发育ꎬ降低涡流猝发周期ꎬ实现湍流降阻效果ꎮ２.４㊀离子类型对降阻性能影响大分子通过在管壁吸附作用形成一定的近壁结构ꎬ近壁区大分子分布形态将影响降阻性能[１３]ꎮ近壁区是涡流发生和成长区域ꎬ速度梯度很高ꎬ强剪切作用使得流体在此阶段内拉伸变形非常强烈ꎮ近壁区大分子通过拉伸变形所产生的抗力能够降低涡流猝发频率ꎬ从而达到降阻作用ꎬ因此能在强剪切下保持相对稳定近壁结构的分子ꎬ能够更好地发挥降阻效果ꎮ测定不同离子类型胍胶降阻率随管路流量变化规律ꎬ浓度均为１５００ｍｇ/Ｌꎬ结果见图４ꎮ㊀㊀由图４可知ꎬ３种离子类型胍胶均有良好的降阻性能ꎬ在分子量相近时阳离子型胍胶降阻效果略优于其他离子类型胍胶ꎮ降阻性能的差异与降阻剂所带电荷种类有关ꎬ管壁带负电ꎬ降阻剂与之吸附主要为物理吸附(静电力)ꎬ阳离子型胍胶与管壁为正负电荷间的吸引力ꎻ非离子型胍胶(羟丙基胍胶)由于羟丙基的引入强化了分子内偶极电荷极端分布ꎬ产生仅次于阳离子型胍胶正负电荷吸引的范德华力ꎻ胍胶原粉也是非离子型分子ꎬ由于分子中电荷极化较弱ꎬ使得与管壁间吸附力也很微弱ꎻ阴离子型胍胶由于同种电荷排斥作用在管壁表面形成一层薄隔离层ꎬ使液体流过时在管壁表面出现类似 彼此飘过 的现象ꎮ由于摩擦力是因为两个物体表面 高点 之间微观电磁力变化引起的[１４]ꎬ阴离子降阻剂在管壁表面形成的隔离层在一定程度削弱了滑动摩擦力ꎬ但这种削弱非常微弱ꎬ因此阴离子型胍胶降阻性能优于胍胶原粉却弱于非离子型胍胶ꎮ综上所述ꎬ４种胍胶降阻性能依次为阳离子型胍胶>非离子型胍胶>阴离子型胍胶>胍胶原粉ꎬ与近壁区静电力作用规律相符合ꎮ图４㊀离子类型对降阻率的影响Ｆｉｇ.４㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｉｏｎｔｙｐｅｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅ２.５㊀粘度对降阻性能影响随粘度升高流体更容易进入湍流状态ꎬ而流体在管道中流动阻力也随溶液粘度增大而增大ꎬ使溶液粘度成为影响降阻性能的因素之一[１５]ꎮ以有机硼为交联剂通过交联改变胍胶溶液粘度ꎮ管路流量为３.０Ｌ/ｓꎬ测定１５００ｍｇ/ＬＮ￣ｇｕａｒ降阻率及表观粘度随交联剂加量变化规律ꎬ结果见图５ꎮ图５㊀交联剂加量对表观粘度㊁降阻率的影响Ｆｉｇ.５㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｒｏｓｓ￣ｌｉｎｋｅｒａｄｄｉｔｉｏｎｏｎａｐｐａｒｅｎｔｖｉｓｃｏｓｉｔｙａｎｄｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅ㊀㊀由图５可知ꎬ交联剂加量较小时ꎬ流体粘弹性的增加有助于抵消因溶液粘稠度增加引起的流动阻力增加ꎮ当交联剂加量继续增大ꎬ溶液粘度迅速增加ꎬ由流动性较好的稀溶液转变为流动性较差的冻胶状ꎬ这种变化极大增加了流体流动阻力ꎮ３㊀结论(１)胍胶溶液浓度为１０００~３０００ｍｇ/Ｌ时具５６应用化工第４９卷有较好的降阻性能ꎮ一定浓度范围内降阻性能变化规律符合Ｖｉｒｋ有效滑移假说ꎬ当浓度超过极限值ꎬ流体流动弹性层厚度不再增加ꎬ溶液粘度的增加成为流动阻力主要来源之一ꎮ(２)由于大分子伸缩变形运动能降低溶液的涡流猝发周期ꎬ胍胶溶液主要在层流湍流过渡状态下发挥降阻作用ꎮ(３)近壁结构是影响胍胶降阻性能的重要因素之一ꎮ阳离子型胍胶能在强剪切力存在的近壁区保持稳定的近壁结构ꎬ因此其降阻性能优于其他离子类型胍胶ꎮ参考文献:[１]㊀杜金虎ꎬ杨涛ꎬ李欣.中国石油天然气股份有限公司 十二五 油气勘探发现与 十三五 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胍胶基压裂体系研究进展及其在长庆油田的应用
胍胶基压裂体系研究进展及其在长庆油田的应用谢璇;张强;陈刚;张洁【摘要】综述了近年来油气田开发压裂需要的胍胶系类产品及相应辅助产品的研究进展.详细介绍了长庆化工生产的胍胶制品及其在长庆油田中的应用,特别是新型胍胶压裂液体系的开发.展望了胍胶制品及其压裂液体系的发展方向.【期刊名称】《精细石油化工进展》【年(卷),期】2014(015)005【总页数】4页(P35-38)【关键词】胍胶;压裂液;长庆油田;研究进展【作者】谢璇;张强;陈刚;张洁【作者单位】中国石油长庆油田化工集团有限公司,西安710021;西安石油大学化学化工学院,西安710065;西安石油大学化学化工学院,西安710065;西安石油大学化学化工学院,西安710065【正文语种】中文植物胶是近年研发的一种天然杂聚糖类添加剂，广泛应用于钻井行业中[1]。
植物胶不溶解于乙醇、甘油、甲酰胺等任何有机溶剂，仅在水中形成一定黏度的胶液。
植物胶配成水溶液后胶粒发生溶胀，水溶胶液具有较高黏度，并随溶胶浓度增加而增加。
大部分植物胶水溶胶液属于非牛顿型流体，具有剪切稀释性。
由于植物胶分子中大多不含离子基团，其水溶胶液一般不受阴、阳离子的影响，具有一定的耐盐性[2-3]。
常见的是植物种实类杂多糖包括胍胶、田菁胶和香豆胶等。
1 压裂用杂聚糖的研究植物杂聚糖属天然高分子聚合物，可用于配制压裂液的杂聚糖主要是半乳甘露聚糖、葡萄甘露聚糖及纤维素衍生物等。
植物杂聚糖溶解后具有较高的黏度,是稠化水压裂液的理想原料，同传统合成聚合物相比，植物杂聚糖具有价格低廉、原料丰富、二次伤害小、环保等优点。
目前，胍胶及其衍生物广泛应用于油田压裂作业中。
胍胶是天然杂聚糖的一类，胍胶及其衍生物具有较好的水溶性，且在低质量分数下具有很高的黏度。
其分子链主要由半乳甘露聚糖组成，甘露糖与半乳糖物质的量比为2∶1。
分子主链中甘露糖单元通过β(1-4)苷键项链，半乳糖通过α(1-6)苷键与主链相连，形成侧链。
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羟丙基瓜胶（HPG）为淡黄色粉末，无嗅，易吸潮，不溶于大多数有机溶剂，在水中分散溶解形成粘胶液，粘度225~298mPa·s。
在一定的pH值条件下，羟丙基瓜胶水溶液易与由两性金属或两性非金属组成的含氧酸阴离子盐，如硼酸盐交联成水冻胶。
羟丙基瓜胶与四硼酸钠交联反应：
（1）四硼酸钠在水中离解成硼酸和氢氧化钠：
Na2B4O7+7H2O4H3BO3+2NaOH
（2）硼酸进一步水解形成四羟基合硼酸根离子：
H3BO3+2H2O+ H3O+
（3）硼酸根离子与邻位顺式羟基结合：
++ H3O++5 H2O 上述反应都是可逆反应，向交联的羟丙基瓜胶加入破胶剂如过硫酸铵使反应向着反方向进行，从而达到破胶的目的。
若需要延缓交联，在交联过程中加入无机硼盐和多羟基化合物形成配位体，从而将硼酸根屏蔽，加入到压裂液后，由于pH值等的变化，产生水解平衡，又会缓慢释放，从而延缓了交联，另外由于多个硼酸根离子与一个多羟基化合物分子作用，因此交联与胍胶类的邻位顺式羟基化合物交联时交联点增多，从而提高凝胶的强度和韧性。
羟丙基瓜胶是瓜胶用环氧丙烷改性后的产物。
将—O—CH2—CHOH—CH3(HP基)置换于某些—OH位置上。
由于再加工及洗涤除去了聚合物中的植物纤维，因此HPG一般仅含约2%~4%的不溶性残渣，一般认为HPG对地层和支撑剂充填层的伤害较小。
由于HP基的取代，使羟丙基瓜胶具有好的温度稳定性和较强的耐生物降解性能。
羟丙基瓜胶水溶液用作压裂液具有无毒、易交联、价格便宜等优点。