胍胶基压裂体系研究进展及其在长庆油田的应用.pdf

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。胍胶

原粉的分子直链上不含任何非极性基团，分子中糖原上的大部分羟基裸露在外，由

半乳糖苷形成的分子支链在空间结构上不影响醇羟基的活性。在水溶液中，羟基可

与硼酸根离子发生化学交联，形成黏弹性较好的凝胶[4-7]。但胍胶原粉在水中溶

胀速度慢、不溶物含量较高、易分解、不易控制黏度，这些缺点影响其配制的压裂

液性能。未经化学、物理方法改性的胍胶使用时破胶不充分，未完全破胶的胶体颗

粒伤害油气储层，降低油气产量[8]。分析原因：胍胶原粉中杂多糖大分子形成卷

曲的球形结构，其主链上大量的羟基被包裹在分子内部，降低其在水溶液中溶胀平

衡时间[9]。此外，未改性的胍胶胶液易被生物降解，不能满足长期施工的需要。

近几年，受国际价格因素影响，胍胶原粉的成本增加，配制的压裂液经济效益大大

降低，胍胶类压裂液在油气田勘探中应用受到限制。除此之外，田菁胶、魔芋胶、

香豆胶、刺槐豆胶等植物胶也可用于配制压裂工作液。常见植物胶的水溶胶液在室

温下测定的流变参数见表1。

表1植物种实杂聚糖及其衍生物在室温下水溶胶液的流变参数名称胶液浓度

/(g·-1)L漏斗黏度/s表观黏度/(mPa·s)塑性黏度/(mPa·s)pH胍胶54515.011.07.0
魔芋胶5208.57.59.5田菁胶5236.54.010.0改性槐豆胶5206.04.510.0

2胍胶制品及其相应压裂液体系的研究

2.1胍胶基压裂液及其辅助剂

用于水基压裂液的增稠剂种类众多[9]，常见增稠剂包括天然植物胶及其衍生物、

纤维素衍生物、合成聚合物，还有改性淀粉和生物多糖。在油气开发过程中，胍胶

及其衍生物是压裂液用稠化剂的主要产品。

我国自20世纪60年代初使用胍胶作为压裂液增稠剂[10]，80年代初开发了羟丙

基胍胶(HPG)，而后羧甲基羟丙基双衍生胍胶(CMHPG)等产品陆续出现。但我国

胍胶产量较低，原料受国际市场影响，因此，开发了国产植物杂聚糖作为压裂液增

稠剂，主要包括田菁胶及衍生物、皂仁胶及衍生物、决明子胶衍生物和香豆胶等。

目前国内用于压裂的稠化剂主要有进口的胍胶原粉、国内改性的羟丙基胍胶和国产

香豆胶。

胍胶胶液需通过加入交联剂进一步提高其黏度，交联剂在线型分子间起架桥作用，

使多个线型分子相互键合交联成网状结构。交联剂促使分子间形成共价键或离子键，

使聚合物相对分子质量大大增加，胶液黏度增加形成具有一定黏弹性的凝胶。常用

的胍胶交联剂包括硼酸盐、焦锑酸盐、锆酸酯、重铬酸盐等。国外20世纪60年

代末使用的交联剂主要成分是锑或硼离子[11-13]，锑酸盐常用于pH较低的压裂

液，硼酸盐压裂液