黏弹性表面活性剂压裂液的合成与性能
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Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｃｅ ｒ ｒｃｕ ｉｇｆ ｉ ｙ ｒ ｓ ｌａ ａ ｔｒ ｕｄ；ｖｓ ｏ ｌｓ ｃｔ ； ｓ ｅ ｒ ｅ ｉ ａ ｃ ； ｇ ｌ ｒａ ｉｇ ｆ ｎ ｌ ｉｃ ｅａｔ ｉ ｉｙ ｈ ａ ｓｓ ｎ ｅ ｅ ｅｋｎ ｒ ｔ ｂ
压 裂作 为油 气 藏增 产 增 注 的主 要 措施 已得 到迅
得 到淡黄色 产 品．
１３ Ｖ Ｓ 裂液体 系的制备 ． Ｅ 压
后 降低 ， 质量 分数 ０８ Ｅ 压裂 液在 ８ ． ％Ｖ Ｓ ０℃下 黏度 仍 大于 １ ｍＰ・， １ ａ 压裂 液可 正常使 用 ． 同深度 地层 Ｓ 不
温度 不 同 ， 弹性 表 面活性 剂使用 浓度 由储层 温度确 黏
（ ０ ａ ） 能对 支撑剂 起到悬 浮稳定 作用 ［＿ ≤２ ・ 也 ｍＰ Ｓ ５ Ｊ
２２ 黏温性 能 ＿
经 纬 化工 有 限公 司 ； 水 乙醇 ， 析纯 ， 津市 赢 达 无 分 天
稀 化 学试 剂 厂 ； 胶 剂 （ 合有 机 盐 ， 成 复 主要 成 分 为 水 杨 酸钠） 实验 室 自制 ； ， 胍胶 ， 工业级 ， 辽河油 田提供 ；
破 胶 剂 ＡＳ 阴离 子 表 面活性 剂 ） 工 业级 ， （ ， 广州 晨 易 化工 有限公 司． Ｎ — 型旋转 黏 度计 ， 都 仪器 厂 ； Ｒ１ ０ ＸＳ ｌＡ １ 成 Ａ ０ ０
在 剪 切 速 率 为 １０ 下 ， 定 不 同质 量 分 数 ８ Ｓ 测
Ｖ Ｓ Ｅ 压裂液 在２ ５～８ ５℃下 的黏度 ， 结果 如 图 １ 示． 所
裂 液体 系 ， 标号 为 ％ＶＥ ％为 压裂 液体 系 中指 黏 Ｓ，
黏 弹 性 是 评 价 压 裂 液体 系 的重 要 指 标 之一 ． 利 用 美 国 Ｔ 公 司 的 ＡＲ１０ 高 级 拓 展 流 变 仪 ， Ａ ００ 在 ２ ５℃ 、 恒定频 率 １ Ｈｚ下 ， ０５ ＶＥ 对 ． ％ Ｓ成胶体 系进行
黏 弹 性 表 面活 性 剂压 裂 液 的合成 与 性 能
郭 丽梅 ，郭 燕
（ 天津科技大学材料科学 与化学］ 程学院 ，天津 ３０ ５） 一 ０４７
摘
要 ：合成 了黏弹性 阳离子表 面活性剂 ， 以此为主剂配制 出不 同浓度的黏弹性表 面活性剂 （ Ｓ 压裂液体 系， ＶＥ ） 考察
其 主要 性 能 ． 果 表 明 ： Ｅ 压 裂 液 体 系具 有很 好 的低 黏 度 特性 、 剪切 性 和 黏 弹 性 ． 室 温 下 ， 速 率 ｌ０Ｓ 黏 度 结 Ｖ Ｓ 耐 在 剪切 ８ ， 均 小 于 ２ ｍＰ ・， 不 随 时 间 变化 ； ０ ａＳ且 高速 剪 切 （９ ） 体 系 的黏 度 能 得 到 快速 恢 复 ； 应 力 扫描 范 围 内 ， 性 模 量 一 直 ９６ ０后 Ｓ 在 弹
后， 迅速 得到推 广 ｊ ．
１ 材 料 与方 法
１１ 试剂 与仪器 ．
高效 、 伤 害 、 成 本 是 压 裂液 发 展 的 主题 ．黏 低 低
收稿 日期 ：２ １ － ２ ０ ；修 回 日期 ：２ １－ １ ２ ０ Ｏ １— ７ ０ Ｉ０ － ８
１４ 二 溴 丁烷 ， ，一 分析 纯 ， 上海 锐谷生 物科 技有 限
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｃａｉｎｃｖｓ ｏ ｌｓ ｃｓ ｒａ ｔｎ ｓｓ ｎｈ ｓｚ ｄ ａ ｄｐ ｅ ａｅ ｏ ｃｅ ｒｆａ ｔｒｎ ｕ ｄｓ ｓｅ （ Ｓ ａ ｄｆｅｅ ｔ ｔ ｉ ｉｃ ｅａｔ ｕ ｆｃａ ｔｗａ ｙ ｔｅ ｉｅ ｎ ｒｐ ｒｄ ｔ ｌａ ｒｃｕ ｉｇ ｆ ｉ ｙ ｔｍ ＶＥ ） ｔ ｉｆｒｎ ｏ ｉ ｌ
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用．本文合 成 出一 种黏 弹性 阳离 子 表面活 性 剂 ， 复配 出不 同浓 度 的黏弹性 表 面活性 剂压 裂液体 系 ， 并对 其
主要性能 进行研 究 ．
黏 弹 性表 面活 性 剂 （ Ｅ ） 裂 液 也 称 为清 洁压 Ｖ Ｓ压 裂液 ， 主要 由低分 子质 量表 面活 性剂 组成 ． 种 特殊 这 的黏 弹性 表 面 活性 剂 可 以在 某些 情 况 下形 成一 种 特
将长链 混合胺 与 １４ 二溴 丁烷 以 ２１： 的物 质 ，一 ． ｌ
的量 比置 于干 燥 的 反应 器 中 ， 人 一定 量 的无 水 乙 加
图 １ 明， 表 该压 裂液体 系黏度 随温度 变化先 升高
醇， 升温 至 ８ ０℃ ， 维持反 应 ２ ． ４ｈ 反应 结束后 ， 旋 用 转蒸 发仪将 乙醇蒸 出后置 于恒温鼓 风 干燥箱 中干燥 ，
上海亚荣生化仪器厂 ； Ｌ ０ Ｄ １２型电热恒温鼓风干燥 箱， 天津市 实验仪 器厂 ； Ｈ －Ｖ 型循 环水式 真空泵 ， ＳＢ Ｉ 郑州 长城科 工贸有 限公 司．
１２ 黏弹性表 面活性 剂的 合成 Ｉ
图 １ ＶＥＳ压 裂 液 的 黏 温 关 系 曲线
Ｆ ｇ １ Ｖｉｃ ｓｔ —ｅ ｅ ａ ｕ ｅｒ ｌ ｔ ｎ ｈ ｐ ｆ ｉ ． ｓ ｏ ｉ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅａ ｉ ｓ ｉ ｓ ｙ ｏ ｏ ＶＥＳ
应 力扫 描 ， 得 剪切 储 能模 量 （ 性模 量 Ｇ ） 剪切 测 弹 和 耗 能模 量 （ 黏性 模量 Ｇ ） ” 与应力 的关 系 ， 果如 图 ２ 结
作者 简介 ：郭 丽 梅 （ ９ １ ），女 ，吉林 人 ，教 授 ，ｇｍｅ＠ｔｓｅｕｃ １６一 ｌ ｉ ｕ ｔｄ ｎ ．
・
３０ ・
天 津科技 大学 学报 第 ２ 卷 第 ３ ６ 期
公司； 十六 ／ 十八 烷基 二 甲基 叔胺 ， 工业 级 ， 上海 金 山
பைடு நூலகம்
时 在 压裂 施 工 中 ， 即使 压 裂 液体 系在 很 低 的黏 度 下
型 高级 拓展 流变仪 ， 国 Ｔ 公 司 ； ０ 表 面张 力 美 Ａ Ｋ１０
仪 ， 国 Ｋ ｕ ｓ 公 司 ； － ８ １型恒 温水浴 锅 ， 津 德 ｒｅｓ ＤＫ ９ — 天 市 泰斯 特 仪器 有 限公 司 ； 一 ４ １型多 功 能搅 拌 器 ， Ｄ ８０
天 津 市华 兴科 学 仪 器厂 ； Ｅ ５ＡＡ 型 旋转 蒸 发 仪 ， Ｒ ～２
大于黏性模量 ， 于弹性流体 ； 胶后黏度 小于 ３ ａＳ表 面张力小于 ３ ｍＮ ｍ， 属 破 ｍＰ ・， ５ ／ 无残渣 ， 破胶效果好 ， 易返排 ， 对地层
伤 害 小．
关键词 ：清洁压裂液 ；黏弹性 ；耐剪切 ；破胶
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ ７１ Ｅ ５． ２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７—５ ０２ １） ３０２ —３ ６ ２６ １ （０ １０ ０ ９０
定 ， ５℃以 下用 ０ ％ＶＥ 体 系 ， ５～７ ５ ． ３ Ｓ ５ ０℃地 层 用 ０５ Ｅ ． ％Ｖ Ｓ体 系 ，０～８ ７ ０℃可用 ０８ Ｅ ． ％Ｖ Ｓ体 系．
２３ 黏弹性 ．
在多功 能搅拌器 的搅 拌下 ， 向黏 弹性表 面活性 剂
的水 溶液 中加入 一定 质量 的成胶 剂 ， 复配 出 Ｖ Ｓ 压 Ｅ
第２ ６卷
第 ３期
天 津科 技 大 学学报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｎｖｒｉ ｆ ｃｅｃ ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ａ ｊ Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｉｎ ｅ ｏＴ ｎ ｔ Ｓ ｅｈ ｏｏ ｙ
Ｖｌ ．６ Ｎ Ｏ Ｏ ２ １ ．３
Ｊ ｕｎ． ０ｌ ２ ｌ
２ １ 年 ６月 ０１
速发 展和广 泛应用 ， 裂液是 压裂 技术 的重要组 成 部 压
分， 是决定 压裂成 败 的关 键 ｌ． ｌ Ｊ
弹性 表 面活性剂 压裂 液是 当前研究 和应 用的热 点 ， 作
为新 一代 的水基压 裂液 ， 具有无 与伦 比的优 势和广 它 阔 的发 展空 间 ， 目前 的该 类产 品存 在 不耐 温 、 但 成本 高、 合成 工艺 复 杂等 方 面 的缺 陷 ， 重 限制 了它 的应 严
殊 的蠕虫 状胶束 ， 该胶 束 使得溶 液像凝 胶一 样具 有很 好 的黏弹性 ． Ｓ 压裂 液配 制 容易 、 工简单 、 ｊ ＶＥ 施 摩 阻小 、 残渣 、 储 层 的伤 害低 、 洁 、 无 对 清 携砂 能力 强 ， 具 有 良好 的流 变性 能 ， 工效 果 良好 ， 入商业 使 用 施 投
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｃｅ ｒ ｒｃｕ ｉｇｆ ｉ ｙ ｒ ｓ ｌａ ａ ｔｒ ｕｄ；ｖｓ ｏ ｌｓ ｃｔ ； ｓ ｅ ｒ ｅ ｉ ａ ｃ ； ｇ ｌ ｒａ ｉｇ ｆ ｎ ｌ ｉｃ ｅａｔ ｉ ｉｙ ｈ ａ ｓｓ ｎ ｅ ｅ ｅｋｎ ｒ ｔ ｂ
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１３ Ｖ Ｓ 裂液体 系的制备 ． Ｅ 压
后 降低 ， 质量 分数 ０８ Ｅ 压裂 液在 ８ ． ％Ｖ Ｓ ０℃下 黏度 仍 大于 １ ｍＰ・， １ ａ 压裂 液可 正常使 用 ． 同深度 地层 Ｓ 不
温度 不 同 ， 弹性 表 面活性 剂使用 浓度 由储层 温度确 黏
（ ０ ａ ） 能对 支撑剂 起到悬 浮稳定 作用 ［＿ ≤２ ・ 也 ｍＰ Ｓ ５ Ｊ
２２ 黏温性 能 ＿
经 纬 化工 有 限公 司 ； 水 乙醇 ， 析纯 ， 津市 赢 达 无 分 天
稀 化 学试 剂 厂 ； 胶 剂 （ 合有 机 盐 ， 成 复 主要 成 分 为 水 杨 酸钠） 实验 室 自制 ； ， 胍胶 ， 工业级 ， 辽河油 田提供 ；
破 胶 剂 ＡＳ 阴离 子 表 面活性 剂 ） 工 业级 ， （ ， 广州 晨 易 化工 有限公 司． Ｎ — 型旋转 黏 度计 ， 都 仪器 厂 ； Ｒ１ ０ ＸＳ ｌＡ １ 成 Ａ ０ ０
在 剪 切 速 率 为 １０ 下 ， 定 不 同质 量 分 数 ８ Ｓ 测
Ｖ Ｓ Ｅ 压裂液 在２ ５～８ ５℃下 的黏度 ， 结果 如 图 １ 示． 所
裂 液体 系 ， 标号 为 ％ＶＥ ％为 压裂 液体 系 中指 黏 Ｓ，
黏 弹 性 是 评 价 压 裂 液体 系 的重 要 指 标 之一 ． 利 用 美 国 Ｔ 公 司 的 ＡＲ１０ 高 级 拓 展 流 变 仪 ， Ａ ００ 在 ２ ５℃ 、 恒定频 率 １ Ｈｚ下 ， ０５ ＶＥ 对 ． ％ Ｓ成胶体 系进行
黏 弹 性 表 面活 性 剂压 裂 液 的合成 与 性 能
郭 丽梅 ，郭 燕
（ 天津科技大学材料科学 与化学］ 程学院 ，天津 ３０ ５） 一 ０４７
摘
要 ：合成 了黏弹性 阳离子表 面活性剂 ， 以此为主剂配制 出不 同浓度的黏弹性表 面活性剂 （ Ｓ 压裂液体 系， ＶＥ ） 考察
其 主要 性 能 ． 果 表 明 ： Ｅ 压 裂 液 体 系具 有很 好 的低 黏 度 特性 、 剪切 性 和 黏 弹 性 ． 室 温 下 ， 速 率 ｌ０Ｓ 黏 度 结 Ｖ Ｓ 耐 在 剪切 ８ ， 均 小 于 ２ ｍＰ ・， 不 随 时 间 变化 ； ０ ａＳ且 高速 剪 切 （９ ） 体 系 的黏 度 能 得 到 快速 恢 复 ； 应 力 扫描 范 围 内 ， 性 模 量 一 直 ９６ ０后 Ｓ 在 弹
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１ 材 料 与方 法
１１ 试剂 与仪器 ．
高效 、 伤 害 、 成 本 是 压 裂液 发 展 的 主题 ．黏 低 低
收稿 日期 ：２ １ － ２ ０ ；修 回 日期 ：２ １－ １ ２ ０ Ｏ １— ７ ０ Ｉ０ － ８
１４ 二 溴 丁烷 ， ，一 分析 纯 ， 上海 锐谷生 物科 技有 限
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｃａｉｎｃｖｓ ｏ ｌｓ ｃｓ ｒａ ｔｎ ｓｓ ｎｈ ｓｚ ｄ ａ ｄｐ ｅ ａｅ ｏ ｃｅ ｒｆａ ｔｒｎ ｕ ｄｓ ｓｅ （ Ｓ ａ ｄｆｅｅ ｔ ｔ ｉ ｉｃ ｅａｔ ｕ ｆｃａ ｔｗａ ｙ ｔｅ ｉｅ ｎ ｒｐ ｒｄ ｔ ｌａ ｒｃｕ ｉｇ ｆ ｉ ｙ ｔｍ ＶＥ ） ｔ ｉｆｒｎ ｏ ｉ ｌ
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用．本文合 成 出一 种黏 弹性 阳离 子 表面活 性 剂 ， 复配 出不 同浓 度 的黏弹性 表 面活性 剂压 裂液体 系 ， 并对 其
主要性能 进行研 究 ．
黏 弹 性表 面活 性 剂 （ Ｅ ） 裂 液 也 称 为清 洁压 Ｖ Ｓ压 裂液 ， 主要 由低分 子质 量表 面活 性剂 组成 ． 种 特殊 这 的黏 弹性 表 面 活性 剂 可 以在 某些 情 况 下形 成一 种 特
将长链 混合胺 与 １４ 二溴 丁烷 以 ２１： 的物 质 ，一 ． ｌ
的量 比置 于干 燥 的 反应 器 中 ， 人 一定 量 的无 水 乙 加
图 １ 明， 表 该压 裂液体 系黏度 随温度 变化先 升高
醇， 升温 至 ８ ０℃ ， 维持反 应 ２ ． ４ｈ 反应 结束后 ， 旋 用 转蒸 发仪将 乙醇蒸 出后置 于恒温鼓 风 干燥箱 中干燥 ，
上海亚荣生化仪器厂 ； Ｌ ０ Ｄ １２型电热恒温鼓风干燥 箱， 天津市 实验仪 器厂 ； Ｈ －Ｖ 型循 环水式 真空泵 ， ＳＢ Ｉ 郑州 长城科 工贸有 限公 司．
１２ 黏弹性表 面活性 剂的 合成 Ｉ
图 １ ＶＥＳ压 裂 液 的 黏 温 关 系 曲线
Ｆ ｇ １ Ｖｉｃ ｓｔ —ｅ ｅ ａ ｕ ｅｒ ｌ ｔ ｎ ｈ ｐ ｆ ｉ ． ｓ ｏ ｉ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅａ ｉ ｓ ｉ ｓ ｙ ｏ ｏ ＶＥＳ
应 力扫 描 ， 得 剪切 储 能模 量 （ 性模 量 Ｇ ） 剪切 测 弹 和 耗 能模 量 （ 黏性 模量 Ｇ ） ” 与应力 的关 系 ， 果如 图 ２ 结
作者 简介 ：郭 丽 梅 （ ９ １ ），女 ，吉林 人 ，教 授 ，ｇｍｅ＠ｔｓｅｕｃ １６一 ｌ ｉ ｕ ｔｄ ｎ ．
・
３０ ・
天 津科技 大学 学报 第 ２ 卷 第 ３ ６ 期
公司； 十六 ／ 十八 烷基 二 甲基 叔胺 ， 工业 级 ， 上海 金 山
பைடு நூலகம்
时 在 压裂 施 工 中 ， 即使 压 裂 液体 系在 很 低 的黏 度 下
型 高级 拓展 流变仪 ， 国 Ｔ 公 司 ； ０ 表 面张 力 美 Ａ Ｋ１０
仪 ， 国 Ｋ ｕ ｓ 公 司 ； － ８ １型恒 温水浴 锅 ， 津 德 ｒｅｓ ＤＫ ９ — 天 市 泰斯 特 仪器 有 限公 司 ； 一 ４ １型多 功 能搅 拌 器 ， Ｄ ８０
天 津 市华 兴科 学 仪 器厂 ； Ｅ ５ＡＡ 型 旋转 蒸 发 仪 ， Ｒ ～２
大于黏性模量 ， 于弹性流体 ； 胶后黏度 小于 ３ ａＳ表 面张力小于 ３ ｍＮ ｍ， 属 破 ｍＰ ・， ５ ／ 无残渣 ， 破胶效果好 ， 易返排 ， 对地层
伤 害 小．
关键词 ：清洁压裂液 ；黏弹性 ；耐剪切 ；破胶
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ ７１ Ｅ ５． ２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７—５ ０２ １） ３０２ —３ ６ ２６ １ （０ １０ ０ ９０
定 ， ５℃以 下用 ０ ％ＶＥ 体 系 ， ５～７ ５ ． ３ Ｓ ５ ０℃地 层 用 ０５ Ｅ ． ％Ｖ Ｓ体 系 ，０～８ ７ ０℃可用 ０８ Ｅ ． ％Ｖ Ｓ体 系．
２３ 黏弹性 ．
在多功 能搅拌器 的搅 拌下 ， 向黏 弹性表 面活性 剂
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第２ ６卷
第 ３期
天 津科 技 大 学学报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｎｖｒｉ ｆ ｃｅｃ ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ａ ｊ Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｉｎ ｅ ｏＴ ｎ ｔ Ｓ ｅｈ ｏｏ ｙ
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速发 展和广 泛应用 ， 裂液是 压裂 技术 的重要组 成 部 压
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弹性 表 面活性剂 压裂 液是 当前研究 和应 用的热 点 ， 作
为新 一代 的水基压 裂液 ， 具有无 与伦 比的优 势和广 它 阔 的发 展空 间 ， 目前 的该 类产 品存 在 不耐 温 、 但 成本 高、 合成 工艺 复 杂等 方 面 的缺 陷 ， 重 限制 了它 的应 严
殊 的蠕虫 状胶束 ， 该胶 束 使得溶 液像凝 胶一 样具 有很 好 的黏弹性 ． Ｓ 压裂 液配 制 容易 、 工简单 、 ｊ ＶＥ 施 摩 阻小 、 残渣 、 储 层 的伤 害低 、 洁 、 无 对 清 携砂 能力 强 ， 具 有 良好 的流 变性 能 ， 工效 果 良好 ， 入商业 使 用 施 投