壓裂液在壓裂增產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。壓裂液領(lǐng)域 研究的焦點是壓裂液的主成分稠化劑的增黏能力及耐溫、抗剪 切性能目前油田使用的壓裂液稠化劑主要有天然植物 膠及其衍生物、纖維素衍生物和合成水溶性聚合物等3類。將 稠化劑進行復合或復配使用，可以優(yōu)勢互補，提高二者的增黏 效果，為開發(fā)優(yōu)質(zhì)價廉的壓裂液稠化劑提供了一個新的研究方 向。何東保等W利用魔芋膠與黃原膠的協(xié)同增黏效應,對其凝 膠化進行了研究。李蔚萍等~研究了瓜爾豆膠與改性淀粉的 協(xié)同增稠效果。吳紹艷等[6]研究了魔芋葡甘聚糖與瓜爾豆膠 協(xié)同增稠作用，并研究了它們相互作用的機理。淡宜等17]用羥 丙基瓜爾膠(HPG)與聚丙烯酰胺(PAM)復配，研制了 一種新 型的復合型壓裂液增稠劑。楊鴻劍等W研制了 PAM/有機鉻 的復合凝膠，可用于油田的深度調(diào)剖。周亞軍等W研究了玉米 變性淀粉/HPG復合型水基壓裂液增稠劑體系,并對其性能進 行了評價。侯曉暉™對改性共聚物、改性沙蒿膠組成的復合 型增稠劑體系進行了研究。
魔芋葡甘聚糖(KGM)是魔芋中存在的一種水溶性較好 的非離子型多糖,具有分子量大、增稠能力強、不帶電荷等特 性,具有優(yōu)良的凝膠性能，但也有耐溫性較差、易生物降解的 缺陷。PAM與天然聚合物相比，具有增稠能力強、破膠性能 好、殘渣少等特點，但抗剪切能力較差。筆者以KGM和PAM 為主要原料，通過KGM與PAM分子間的相互作用,制備了 KGM/PAM復合型稠化劑，以期研制出一種使用效果好，性 價比高的壓裂液，為進一步研究增稠劑或壓裂液體系提供理 論參考。
1材料與方法
1.1試劑與儀器魔芋精粉（陜西省勉縣錦泰實業(yè)有限公司）；聚丙烯酰胺(山東億港化工有限公司）;其他試劑均為化 學試劑或分析試劑。Haake Rv30型旋轉(zhuǎn)黏度計;GGS71-A型 溫高壓靜態(tài)濾失儀;毛細管黏度計。
1.2稠化劑的制備原理KGM溶液與PAM溶液混合后，在 一定的濃度下會產(chǎn)生協(xié)同稠化作用。這是由于PAM分子中 的活潑氫和羰基氧能分別與KGM分子中的醚基氧和羥基氫 形成氫鍵,導致聚合物分子線團的流體力學體積增大，從而 增加體系黏度。筆者基于該原理，以PAM/KGM混合溶液為 稠化劑，加入交聯(lián)劑、殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑、抗氧化劑等添加 劑，研制了一種新型復合型水基壓裂液。
1.3壓裂液的配制通過對稠化劑、交聯(lián)劑以及殺菌劑、抗 氧化劑、黏土穩(wěn)定劑、破膠劑等添加劑濃度的優(yōu)化，最終確定 PAM/KGM壓裂液的組分及含量(表1)。
表1 PAM/KGM壓裂液的組分及含置 Table 1 Composition and content of PAM/KGM fracturing fluid
試劑種類 Reagent types名稱
Name質(zhì)量分數(shù)//% Mass fraction
稠化劑ThickenerKGM/PAM(質(zhì)量比 1:1)0.5-1.0
交聯(lián)劑 Crosslinker有機硼溶液3.0-6.0
殺菌劑Fungicide甲醛0.1
抗氧化劑Antioxidant硫代硫酸鈉0.1
黏土穩(wěn)定劑 Clay stabilizer氯化鉀1.0
破膠劑⑶breaker過硫酸銨0.2
2結(jié)果與分析
2.1 pH值對PAM/KGM壓裂液黏度的影響改變PAM/ KGM凍膠的pH值，測定其表觀黏度。由圖1可知，隨著pH 值的升高,PAM/KGM凍膠的黏度先增加后降低，在PH值為 8 ~ 10時,PAM/KGM凍膠黏度高，穩(wěn)定性好。這是因為:① PAM分子鏈形態(tài)受PH值影響，隨著pH值增加,PAM分子鏈 中的羧基(C00H)逐漸離解為羧酸根（C(KT ),由于靜電斥 力的影響,PAM分子鏈伸展程度增大，導致體系黏度增加;② KGM在堿性條件下能發(fā)生脫乙?；磻ㄟ^分子間氫鍵
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而產(chǎn)生微晶，有利于凝膠形成[111;③有機硼在堿性條件下易 發(fā)生電離,產(chǎn)生較多硼酸鹽離子B(0H)4'導致體系黏度 增高。
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pH值 pH value
圖1 pH值對PAM/KGM壓裂液表觀黏度的彩響 Fig. 1 Effects of pH value on the apparent viscosity of PAM/ KGM fracturing fluid
2.2溫度對PAM/KGM壓裂液黏度的影響在170 s _1剪
切速率下，測得PAM/KGM壓裂液在不同溫度下的黏度如圖 2所示?？梢?，隨著溫度的升高，表觀黏度逐漸下降，在80丈 后，表觀黏度下降至約50 mPa • s,表明該壓裂液體系能滿足 常規(guī)儲層壓裂要求。這種情況產(chǎn)生的原因是溫度的升高, PAM和KGM分子間的氫鍵逐步被破壞，導致分子之間的作 用力逐漸減小。
5〇304050607080 ,90
溫度 Temperature C
圍2 表觀黏度隨溫度的變化曲線 Fig. 2 Effects of temperature on the apparent viscosity
2.3流變性能評價在70下，不同的剪切速率下測定
PAM/KGM壓裂液的黏度。由圖3可知，壓裂液的黏度隨轉(zhuǎn) 速增加而下降，符合假塑性流體的流動特性。根據(jù)假塑性冪 律流體公式T =尺.ZT，計算出流動行為指數(shù)n =0.544 07。
1 600 r
4080120160200
剪■切速率 Shear rate ff s'1
圖3剪切速率對表觀勘度的彩響
Fig. 3 Effects of shear rate on the apparent viscosity
2.4抗剪切性能評價在70 t下，以170 S M剪切速率剪
切1 h,測定不同時刻的表觀黏度。由圖4可知,PAM/KGM 壓裂液的黏度變化不大，說明該壓裂液具有良好的抗剪切 能力。
140 r
圖4 不同剪切時間下PAM/KGM壓裂液的表觀黏度 Fig. 4 Apparent viscosity of PAM/KGM fracturing fluid at dif¬ferent time
2.5靜態(tài)濾失性能評價在70 1和3.5 MPa壓力下，通過 高溫高壓靜態(tài)濾失儀進行靜態(tài)濾失性能測試，測試時間30 min。濾失曲線斜率為3.815,濾失面積為22.6 cm2，
初濾失量為1. 50xl(T2 mVm2,濾失系數(shù)為8.43 xl〇-4 m/mina5 ,濾失速度為 1.40 x 10-4 m/min?？梢?PAM/KGM 壓裂液的濾失系數(shù)和濾失速度均不大，因此,這種壓裂液在 施工中不會對油層造成大的傷害。
2.6破膠性能評價魔芋葡甘聚糖是水溶性高分子多糖, 在溶液中易受溶解氧、過氧化物和細菌的作用發(fā)生降解，使 溶液黏度下降。以〇. 2%過硫酸銨作破膠劑，用毛細管黏度 計在恒溫水浴中靜態(tài)考察了壓裂液的破膠性能，破膠時間為 5 h,測得破膠后上層清液的表面張力為57.62 mN/m,界面張 力為0.97 mN/m,表明該壓裂液的助排性能較好，有利于壓 后快速返排，可降低壓裂液對地層的傷害。
2.7壓裂液的殘渣試驗破膠液中的殘渣含量對支撐劑 導流能力和濾餅特性有著重要影響。殘渣含量過大，極易對 儲層基質(zhì)或者支撐劑導流能力造成傷害。通過試驗測得 PAM/KGM壓裂液的殘渣含量為217 rag/L，對地層的傷害 較小。
3結(jié)論
PAM/KGM稠化劑有較好的增黏度能力,適合作油田用 壓裂液的稠化劑。PAM/KGM壓裂液體系具有較好的耐溫 抗剪切性、濾失量小、破膠快、殘渣低等特點,對儲層的損害 較小,能滿足油田壓裂技術(shù)要求。