【摘要】：植物膠及其衍生物一直被廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)外的壓裂作業(yè)中,約占稠化劑市場需求量的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)口價格上漲,造成壓裂成本提高,故需要尋找一種我國自產(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,但這些植物膠都因為成膠性能不穩(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)針對葫蘆巴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)時間對交聯(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)時間3 h。(2)測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)=100:(0.4~0.6),制備葫蘆巴膠壓裂液,對其進(jìn)行性能測試。結(jié)果表明,該體系交聯(lián)延時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 m Pa·s以上,達(dá)到壓裂施工的要求;壓裂液黏度具備瞬時恢復(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,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 Pa·s,殘渣含量為350 mg·L-1,破膠液的表界面張力分別為32.56 m N·m-1和1.07 m N·m-1,較低的表界面張力,有利于破膠液的返排,減小了對地層的傷害。(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、堿化時間、反應(yīng)時間對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)條件如下:葫蘆巴膠粉末10 g,無水乙醇50 ml,1.5 mol/L的Na OH 25 m L,0.8 mol/L的Cl CH2COONa 25 m L,堿化時間30 min,反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時間5 h。此時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 m Pa·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振動吸收峰,表明在葫蘆巴膠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。(4)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,溶解時間由2 h縮短到50 min,水不溶物含量由15%降低到4%;動態(tài)流變測試中,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;破膠殘渣測試中,羧甲基葫蘆巴膠壓裂液破膠液殘渣含量為170 mg·L-1,低于葫蘆巴膠壓裂液的350 mg·L-1;表界面張力測試中,羧甲基葫蘆巴膠破膠液的表面張力為25.29 m N·m-1,界面張力為0.71 m N·m-1,均低于葫蘆巴膠壓裂液的32.56m N·m-1和1.07 m N·m-1。
【圖文】：

圖 5-6 凍膠挑掛性能Fig 5-6 Gel pick hang performance膠挑掛效果如圖 5-6 所示，羧甲基葫蘆巴具有一定的挑掛性能。用實驗室自制的有明顯，適當(dāng)?shù)难訒r性減少了因過早交聯(lián)而羧甲基葫蘆巴膠具有黏彈性能，懸砂性能裂液的破膠性能.4%的羧甲基葫蘆巴膠溶液，按交聯(lián)比 m（制成壓裂液。向其中分別加入 0.05%、0.條件下進(jìn)行破膠實驗，記錄其破膠時間、破表 5-2 羧甲基葫蘆巴膠壓裂液的破膠性能l breaking property of carboxymethyl fenugreek gu
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE357.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2524535