一种低用量胍胶交联剂的合成及性能研究

沈燕宾，王 佳，李俊华，冯虎强

（1.陕西省石油化工研究设计院，陕西省石油精细化学品重点实验室，陕西西安 710054；2.陕西延长石油（集团）有限公司油气勘探公司，陕西延安 716000）

一种低用量胍胶交联剂的合成及性能研究

沈燕宾1，王 佳1，李俊华1，冯虎强2

（1.陕西省石油化工研究设计院，陕西省石油精细化学品重点实验室，陕西西安 710054；2.陕西延长石油（集团）有限公司油气勘探公司，陕西延安 716000）

本文介绍了一种低用量胍胶交联剂，能够降低胍胶用量30%以上。0.2%胍胶浓度，交联比100:0.3的条件下耐温可达到80℃，0.25%胍胶浓度，交联比为100:0.2的条件下，耐温可达到130℃。低用量胍胶交联剂压裂液体系破胶彻底，破胶后残渣含量低，仅为49 mg/L和78 mg/L。对地层伤害低，较常规压裂液体系降低50%以上。低用量胍胶交联剂的研制对于提升低渗透油藏的压裂效率，防止油层伤害，节能降耗有积极意义。

压裂液；低用量胍胶交联剂；抗温性能

目前世界上约有65%的压裂液都是水基压裂液，国内各大油田90%使用水基压裂液，其体系都是用胍胶及其衍生物交联的压裂液[1]。基于上述原因广大科学家积极寻找解决胍胶水不溶物高、压裂液残渣含量高的办法，实现油气井压裂的高效生产，研发能够降低胍胶用量的交联剂成为一个重要的研究方向[2，3]。

在压裂施工中，交联剂起着举足轻重的作用，它通过交联稠化剂形成高黏度的冻胶[4]。常用的交联剂有：硼盐-硼砂、有机硼；铝盐-氯化铝、硫酸铝钾；铬盐-三氯化铬、钛盐-有机钛、锆盐-有机锆，其中硼盐用量最广最多，硼砂交联剂延缓交联差、耐温差，但成本低；有机硼交联剂延缓性好，成本高，耐温好；钛、锆交联剂成本高、耐温好、残渣多，破胶差；目前常用的交联剂没能解决胍胶用量高及综合成本高的问题[5，6]。常规压裂液体系胍胶用量在0.3%～0.4%，近几年国内有人开发了一些针对降低胍胶浓度的交联剂，但交联剂用量仍偏大，成本较高，而且没有把胍胶浓度降到更低[7]。本文介绍了一种耐高温的低用量胍胶交联剂，较常规交联剂能够降低胍胶用量30%以上[8，9]。

1 材料与仪器

1.1 主要材料

羟丙基胍胶，硼酸、过硫酸铵、乙二醇、果糖、氢氧化钠、四氯化锆、有机硼交联剂、黏土稳定剂HK104、杀菌剂HK103、破乳剂助排HK105均为自制，配液用水为自来水。

1.2 主要仪器

FA 2004电子天平；TDL-40B离心机；98-1-C型数字控温电热套；101-2AB型电热鼓风干燥箱；恒温水浴；吴茵搅拌器；ZNN-D6六速旋转黏度计；品氏黏度计；NDJ-8S旋转黏度计；XZD-5旋转滴界面张力仪；哈克流变仪；岩心流动实验评价装置；高温高压滤失仪。

2 实验部分

2.1 交联剂合成

（1）在干净的烧瓶中加入90 g的水、300 g的三乙醇胺、25 g的乙二醇加热至60℃完全溶解，得到一种混合物，反应90 min。

（2）在上述得到的混合物中加入45 g的果糖、50 g的硼酸和30 g的四氯化锆，升温至90℃，恒温反应4 h。

（3）用氢氧化钠调节pH至10，反应2 h，得到低用量胍胶交联剂。

2.2 交联剂红外表征

对合成的低用量胍胶交联剂进行红外表征（见图1）。

2.3 性能评价

2.3.1 压裂液的配制 配制0.2%、0.25%、0.4%不同浓度的羟丙基胍胶，依次加入0.1%杀菌剂HK103、0.3%破乳助排剂HK105、0.3%黏土稳定剂HK104，搅拌均匀后在30℃水浴中溶胀4 h备用。

2.3.2 性能评价方法 配制压裂液性能评价方法参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5107-2005《水基压裂液性能评价方法》和SY/T6376-2005《压裂液通用技术条件》进行。

2.3.3 不同交联比下压裂体系交联性能 常规有机硼交联剂用量为0.3%～0.4%，中温地层（60℃～120℃）胍胶浓度为0.4%，（20℃～60℃）低温地层胍胶浓度为0.3%。通过低用量胍胶交联剂对0.2%、0.25%两种浓度的羟丙基胍胶的交联性能，确定最佳交联比，实验结果（见表1）。

图1 低用量胍胶交联剂红外图谱

表1 不同交联比的交联性能评价

上述实验表明，0.2%浓度的胍胶最佳交联比为100:0.3，0.25%浓度的胍胶最佳交联比为100:0.2。

2.3.4 不同交联比下压裂体系抗温抗剪切性能 对两个体系的抗温性能进行研究，实验结果（见图2、图3）。

从图2、图3中可以看出0.2%浓度胍胶压裂液体系抗温可达到100℃，0.25%浓度胍胶压裂液体系抗温可达到130℃。考虑现场使用情况，并分别对两个体系进行了耐温耐剪切实验，实验结果（见图4、图5）。

图2 0.2%浓度胍胶（交联比为100:0.3）抗温性能

图3 0.25%浓度胍胶（交联比为100:0.2）抗温性能

图4 0.2%浓度胍胶（交联比为100:0.3）80℃耐温耐剪切性能

图5 0.25%浓度胍胶（交联比为100:0.2）120℃耐温耐剪切性能

图6 0.2%、0.25%低用量胍胶压裂液体系破胶实验

表2 伤害性能评价

由图4、图5可以看出，0.2%的低用量胍胶压裂液体系在80℃下170 s-1下恒温剪切2 h后，压裂液黏度保持在120 mPa·s以上，0.25%的低用量胍胶压裂液体系在120℃下170 s-1下恒温剪切2 h后，压裂液黏度保持在100 mPa·s左右，满足SY/T6376-2005《压裂液通用技术条件》的技术要求。

2.3.5 破胶性能 初步选定低温地层配方为0.2%胍胶浓度，中温地层配方为0.25%胍胶浓度。加入50 mg/L的过硫酸铵，分别在50℃和90℃下测试性能考察压裂液的破胶性能。实验结果（见图6）。

实验表明，使用低用量胍胶交联剂的压裂液能够破胶彻底，0.2%、0.25%胍胶浓度体系破胶后残渣含量分别为49 mg/L和78 mg/L，实验室配制0.4%浓度的胍胶，采用常规有机硼交联剂，交联比100:0.3条件下完全破胶后残渣为241 mg/L，使用低用量胍胶交联剂压裂液体系明显较常规压裂液体系低。

2.3.6 岩心伤害评价实验 对上述配方破胶后破胶液过滤后，采用人工岩心进行室内岩心伤害实验，实验结果（见表2）。

采用低用量胍胶交联剂，0.2%浓度胍胶体系岩心伤害率为9.8%，0.25%浓度胍胶体系岩心伤害率为10.2%，明显低于常规体系的27.5%。

3 结论

（1）采用低用量胍胶交联剂，低温地层配方为0.2%胍胶浓度，交联比100:0.3，中温地层配方为0.25%胍胶浓度，交联比为100:0.2。较常规压裂液体系胍胶用量降低30%以上。

（2）低用量胍胶交联剂压裂液体系破胶彻底，破胶后残渣含量低，仅为49 mg/L和78 mg/L，远低于常规体系的241 mg/L。

（3）低用量胍胶交联剂压裂液体系对储层伤害低，渗透率伤害率为10%左右，较常规压裂液降低50%以上。

［1］ 王佳，怡宝安，杨文，韩飞鹏.压裂液用硼交联剂作用机理分析［J］.精细石油化工进展，2009，（8）:23-26.

［2］ 赵秀波，李小瑞，薛小佳，吕海燕.多羟基醇压裂液有机硼交联剂的合成［J］.精细石油化工，2011，（1）:32-36.

［3］ 刘祥，沈燕宾.一种酸性压裂液研制及其性能评价［J］.应用化工，2011，（12）:2186-2188+2196.

［4］ 李景娜，李丽华，张金生，王海荣.有机硼交联剂的合成及性能研究［J］.应用化工，2015，（1）:122-124.

［5］ 李小凡，刘贺，江安，陈民锋.超高温有机硼交联剂的研究与应用［J］.油田化学，2012，（1）:80-82+115.

［6］ 陈静，马政生，田义，王芳，朱瑞龙.延长油田压裂液用有机硼交联剂的研究［J］.油田化学，2012，（3）:267-270.

［7］ 贺智勇.延长油田压裂液用有机硼交联剂的研究［J］.化工管理，2014，（26）:188.

［8］ 谢元，崔国涛，刘鑫，李俊华，周渝.低浓度羟丙基瓜尔胶压裂液体系的研究［J］.石油化工应用，2016，35（7）:9-13.

［9］ 沈燕宾，成城，李俊华，王佳.低浓度瓜胶交联剂（HK-8）在延长油田的应用［J］.化学工程师，2015，（1）:44-46.

The synthesis and performance research of a low dosage of guar gum crosslinking agent

SHEN Yanbin1，WANG Jia1，LI Junhua1，FENG Huqiang2
（1.Shanxi Key Laboratory of Fine Petroleum Chemicals，Shanxi Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry，Xi'an Shanxi 710054，China；2.Shanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.，Ltd.，Oil and Gas Exploration Company，Yan'an Shanxi 716000，China）

This paper introduces a kind of low dosage of guanidine gum crosslinking agent, can reduce the dosage of guanidine gum by more than 30%.0.2%guanidine gum concentration,crosslinking than 100:0.3 conditions of heat resistance can be up to 80℃,0.25% guanidine gum concentration,crosslinking ratio of 100:0.2 under the condition of heat resistance can reach 130℃.Low dosage of guanidine gum crosslinking agent fracturing fluid gel breaking thoroughly,gel breaking after low residue content,is only 49 mg/L and 78 mg/L. For low formation damage,more than 50%lower than conventional fracturing fluid system. The development of low dosage of guanidine gum crosslinking agent to improve efficiency of low permeability reservoir fracturing,put a check reservoir damage,saving energy and reducing consumption has a positive meaning.

fracturing fluid；low dosage of guanidine gum crosslinking agent；temperature resistance

TE357.12

A

1673-5285（2017）05-0034-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.008

2017－04-11

陕西省科技统筹创新工程计划项目，项目编号：2015KTCL01-02。

沈燕宾，男（1988-），安徽省铜陵人，硕士，助理工程师，主要从事油田化学品及油气井增产技术的研究工作，邮箱：syb8811@163.com。