留支撑剂填充层渗透率的 30% 45% ，并且其返排 能力明显低于硼交联羟丙基瓜胶［6］。美国在 20 世 纪 90 年代初又率先研制了有机硼高温交联剂，其与 羟丙基瓜胶交联后可耐 150℃ 高温［7，8］，且破胶后对 支撑剂填充层的伤害明显低于有机钛和有机锆交联
的羟丙基瓜胶。这些单纯改变交联剂的压裂液目前
影响施工摩阻的主要因素是压裂液性能、施工 排量、注入方式和管径，后 3 个因素都受到压裂条件 的限制，降低施工摩阻要从改进压裂液的性能入手。 研究的超高温压裂液体系主要采用延迟交联技术来 降低施工过程的摩阻。成冻时间主要是由温度和 pH 控制。温度越高，配体越易与金属离子分离，金 属离子也就越易与瓜胶分子链上的羟基交联，成胶 速度越快； 随体系的 pH 增 加，游 离 的 羟 基 数 量 增 多，这些游离的羟基与瓜胶糖链上的羟基形成竞争， 延缓冻胶的形成。不同温度、pH 下，超高温压裂液 的成冻时间见表 1。随着温度的升高，交联时间缩 短； 但随着 pH 的增加，形成冻胶的时间延长。因 此，在井温确定的情况下，通过调控体系的 pH 可以 有效控制成冻时间。通过调控超高温压裂液的 pH 可以将成冻时间控制在 3 15 min 的范围内。
3． 7
4． 3
4． 5 5． 6
在酸岩反应环流仪上测试超高温压裂液的降阻 率。在不同温度（ 40℃ 和 80℃ ） 、不同管径（ 62 mm 和 76 mm） 、不同排量下，超高温压裂液的降阻率见 表 2。从表 2 可知，在相同温度、低排量下，大管径 的降阻率较高； 排量越大，小管径的降阻优势越明
对于中高温压裂液体系来说，温度稳定剂是必 不可少的，主要是由于瓜胶分子中含有缩醛基，有氧
第 28 卷第 2 期
郭建春，王世彬，伍林： 超高温改性瓜胶压裂液性能研究与应用
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存在情况下很容易被氧化降解，使得体系黏度大大 降低［9］。所使 用 的 温 度 稳 定 剂 的 有 效 成 分 是 一 种 双铵盐，该铵盐在高温下能有效地释放自由基，消耗 液体中的氧，减小对瓜胶热降解的催化作用； 此外， 通过其与聚合物自由基反应，提高交联离子与聚合 物羟基官能团的亲和性，从而提高压裂液体系在高 温下的稳定性，最大程度地使压裂体系的耐温性达 到植物胶的耐温极限。研制的温度稳定剂加量在 1% 时，可以提高压裂液体系使用温度 20℃ 左右。
基于以上研究，得到压裂液的配方为： 0． 55% 超 高温改性瓜胶 + 1% 温度稳定剂 BA1-26 + 0． 5% 助 排剂 BA1-5 + 0． 5% 黏土稳定剂 BA1-13 + 0． 02% 杀 菌剂 BA2-3 + 2% KCl + 0． 6% 交联剂。 2． 2 压裂液性能研究 2． 2． 1 黏度与剪切时间关系
将交联剂 A 剂和 B 剂按体积比 10 ∶ 1 混合，放 置 10 min 后，按照一定比例加入到前述配制的压裂 液基液中，形成冻胶。 1． 2． 4 破胶液配制
称取一定量破胶剂，搅拌下，加入到配制的压裂液 冻胶中，在一定温度下，间隔一定时间测试液体黏度。
1． 3 实验方法
1． 3． 1 扫描探针显微镜分析 采用扫描探针显微镜（ AFM） 观察压裂液相貌。
利用压裂酸化裂缝导流能力测试分析系统，考 察压裂液对支撑剂导流能力影响。实验仪采用 API 标准导流室，铺砂浓度为 10 kg / m2 ，陶粒为圣戈班 产品。具体步骤为： 先测得不同压力下的支撑剂带 通过清水的导流能力，然后测得不同压力下支撑剂
带通过配制的破胶液的导流能力。
2 结果与讨论
2． 1 压裂液的研发 2． 1． 1 稠化剂
制样方法： 在旋涂仪上放上云母片，往云母片上滴一 滴压裂液，开动旋涂仪，旋转 10 min，压裂液附着在 云母片上。 1． 3． 2 降阻率测定
测试压裂液以不同流量流过酸岩反应环流仪的 3 个不同管径闭合回路的压力降以及清水以相同流 量流过时的压力降，对比两者数据，得到压裂液的降 阻率。 1． 3． 3 支撑剂导流能力测试
主要仪器： HAAKE RS600 流变仪，压裂酸化工 作液动态滤失仪，海安石油科研仪器厂制造； Nano Scope Шa 多功能扫描探针显微镜； Philip 扫描电镜； 压裂酸化裂缝导流能力测试分析系统，海安石油科 研仪器厂制造； 酸岩反应环流仪，美国 CER，环流系 统主要包括三个并联的不同管径闭合回路，设计最 高压力为 10. 5 MPa，体系最高温度可达 150℃ ，剪切 速率 16 16246 1 / s。
适用的最高地层温度是 170℃ 。本文从瓜胶、交联 剂和温度 稳 定 剂 入 手，开 发 了 一 套 能 满 足 180 200℃ 高温井压裂施工的高温压裂液体系。
1 实验部分
1． 1 实验试剂与仪器 羟丙基瓜胶，山东东营鲁源公司提供； 温度稳定
剂 BA1-26、黏土稳定剂 BA1-13、助排剂 BA1-5、杀菌 剂 BA2-3，由广汉华星技术研究所提供； 实验中使用 的其它化学原料均为市购分析纯试剂。
在 180℃ ，剪切速率为 170 1 / s 条件下剪切压裂 液 2 h。压裂液黏度与剪切时间的关系如图 2 所示。 从图 2 看出，压裂液黏度开始达 800 mPa·s，剪切 40 min 后降为 150 mPa·s，此后趋于稳定，剪切 2 h 后仍 大于 80 mPa·s。这表明该压裂液体系具有良好的 抗剪切和耐温性能，可以满足高温井的压裂施工造 缝和携砂要求。
在三 颈 烧 瓶 中，加 入 水 和 硼 砂，氮 气 保 护 下 80℃ 油浴中搅拌回流 1 h 后，往烧瓶中加入四氯化 锆，乳酸，三乙醇胺和醋酸，在相同温度下搅拌回流 6 h，得到淡黄色液体即交联剂 A 剂。 1． 2． 2 压裂液基液配制
称取一定量的超高温改性瓜胶，放入盛有水的 吴茵混调器中，低速搅拌 5 min 左右，然后再在 600 r / min 转速下高速搅拌 10 min 左右，使其成为均匀 的溶液，倒入烧杯中加盖，放入恒温 30℃ 水浴锅中 静止恒温 4 h。 1． 2． 3 冻胶配制
常规瓜胶已经不能满足高温地层的压裂施工要 求。为了提高瓜胶的耐温性能，通过反应在瓜胶的 甘露糖主链上接枝了刚性吡咯烷酮基和酯基，得到 超高温瓜胶（ GHPG） ，该产物为黄色粉末，能快速溶 解在水中，含水率小于 7% 。不同 GHPG 加量（ 相对 于水的量） 基液的黏度如图 1 所示。随着 GHPG 加 量的增 加，黏 度 逐 渐 增 加，加 量 为 0. 54% 时 达 77 mPa·s； 加量为 0. 56% 时达 85 mPa·s，完全达到携砂 要求。
摘要：针对目前压裂井越往深井发展地层温度越高这一问题，研究开发了一种由耐高温改性瓜胶、有机硼锆交联 剂和温度稳定剂等形成了超高温压裂液体系，即 0. 55% 超高温改性瓜胶 + 1% 温度稳定剂 BA1-26 + 0. 5% 助排 剂 BA1-5 + 0. 5% 黏土稳定剂 BA1-13 + 0. 02% 杀菌剂 BA2-3 + 2% KCl + 0. 6% 交联剂。用 AFM、SEM 观察了压裂 液交联前后的微观结构，并考察了压裂液的相关性能。实验结果表明，超高温压裂液具有良好的抗剪切能力， 180℃ 、170 1 / s 下剪切 2 h 后，黏度仍保持在 150 mPa·s以上； 通过调节 pH 可使超高温压裂液的成冻时间控制在 3 15 min 之间，有利于深井施工； 交联前压裂液的线形结构有利于提高降阻性能，交联后压裂液的三维结构有 利于携砂。破胶液外观清澈透明、黏度较低（ ＜ 6 mPa·s） 、表面张力低（ 为 28. 6 mN / m） ，残渣率为 10. 6% 。现场 实施进一步证明研制的超高温压裂液能满足 180℃ 地层的压裂要求。图 4 表 2 参 12 关键词：超高温压裂液； 改性瓜胶； 微结构； 摩阻 中图分类号：TE357． 12 文献标识码：A
表 1 不同温度及 pH 下超高温压裂液的成冻时间
温度
不同 pH 下的成冻时间 / min
/℃
9． 0
10． 0 11． 0 12． 0 13． 0 14． 0
40
7． 2
9． 4 10． 3 12． 6 14． 7 15． 0
70
5． 6
6． 2
6． 9
7． 5
7． 9 8． 4
90
2． 8
3． 1
第 28 卷第 2 期 2011 年 6 月 25 日
文章编号：1000-4092（2011）02-201-05
油田化学 Oilfield Chemistry
Vol.பைடு நூலகம்28 No. 2 25 June，2011
超高温改性瓜胶压裂液性能研究与应用*
郭建春，王世彬，伍 林
（ 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500）
* 收稿日期：2009-10-14； 修改日期：2010-09-14。 基金项目：四川省教育厅自然科学基金“油田高温酸化缓蚀剂的技术开发与机理研究”（ 项目编号 07ZB099） 和国家自然科学基金“油气 层岩矿酸损伤理论研究”（ 项目编号 51074138） 。 作者简介：郭建春（ 1970 － ） ，男，教授，西南石油大学采油工程专业博士（ 1998） ，现从事油气藏开采和增产技术等方面的科研教学工作， 通讯地址： 610500 四川省成都市新都区西南石油大学石油工程学院，E-mail： guojianchun@ vip． 163． com。
图 1 GHPG 加量对基液黏度的影响
2． 1． 2 交联剂 本文研制的有机硼锆交联剂属于复合型，由 A，
B 两种成分组成，A 剂是在严格控制的反应条件下 向有机硼中引进有机锆络合物而制得，B 剂是一种 调节剂，主要成分为强碱性的有机胺。研制的交联 剂与有机硼交联剂相比，其交联的冻胶耐温性有很 大的增强，超过 150℃ ； 且同样具有延缓交联作用， 形成冻胶时间可以控制在 3 15 min； 同时与有机 钛或有机铬交联剂相比，能减少压裂液对地层渗透 率的伤害，该交联剂交联的压裂液对地层伤害率小 于 20% 。该交联剂的锆离子与有机硼胶态粒子之 间的络合键强于硼与羟基间的络合键，锆离子可将 有机硼胶态粒子牢固地结合在一起，其交联密度和 交联强度将进一步提高，生成的冻胶耐温性和耐剪 切性也将得到改善。 2． 1． 3 温度稳定剂