油酸酰胺丙基二甲基叔胺改性羥丙基胍膠耐高溫壓裂液的交聯(lián)流變性能*

韋 萍，方 波，吳本芳，盧擁軍，邱曉惠，翟 文

（1.華東理工大學(xué)化工學(xué)院流變學(xué)研究室，上海 200237；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007）

0 前言

未來(lái)石油開采的趨勢(shì)向深井、超深井方向發(fā)展，為了適應(yīng)高溫開采需求，提高壓裂液的耐溫耐剪切性能至關(guān)重要［1］。胍膠及其衍生物由于具有較好的交聯(lián)性以及水溶性，是壓裂液廣泛使用的稠化劑［2-3］，但是胍膠本生具有一些局限性，包括溶液的透明度差和耐溫耐剪切性差等缺點(diǎn)，胍膠及其衍生物降解溫度在177°C 左右，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高溫壓裂液的180°C 甚至更高溫度的要求，這限制了胍膠及其衍生物在壓裂液稠化劑上的應(yīng)用發(fā)展［4-5］。為了提高胍膠壓裂液的流變性質(zhì)以及耐溫耐剪切性能以適應(yīng)高溫壓裂的要求，根據(jù)胍膠及其衍生物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)改性［6-7］，主要改性方法有:官能團(tuán)衍生、接枝聚合、酶法與金屬交聯(lián)法等［8］。官能團(tuán)衍生法是常用的改性方法之一，利用胍膠糖單元上羥基在胍膠及其衍生物分子中接入剛性基團(tuán)、陰離子或陽(yáng)離子基等，接入的基團(tuán)可通過(guò)氫鍵形成梯形結(jié)構(gòu)，提高胍膠及其衍生物的熱穩(wěn)定性。根據(jù)官能團(tuán)與胍膠的成鍵方式可將改性后的胍膠分為:酯化反應(yīng)胍膠和氧化反應(yīng)胍膠等［9］。靳劍霞等［5］將2-吡咯烷酮分子接到羥丙基胍膠上對(duì)其改性，改性后胍膠的熱降解溫度提高到220°C。萬(wàn)鵬等［10］對(duì)胍膠進(jìn)行醚化反應(yīng)改性，接入1，3-二氯丙醇以及四丁基溴化銨等鹵代烴，利用有機(jī)鋯交聯(lián)劑TMP-8A 交聯(lián)形成的凝膠具有良好的抗溫抗剪切性，在溫度140°C、剪切速率170 s-1下剪切作用2 h，黏度保持在50 mPa·s 以上，能滿足壓裂液要求。劉通義等［11］在胍膠分子上接入十二烷基二甲基叔胺，疏水改性獲得的改性胍膠耐溫耐剪切性能好，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%的改性胍膠溶液交聯(lián)后的凝膠在溫度120℃、剪切速率170 s-1條件下剪切作用120 min 后黏度能夠維持在67.4 mPa·s 以上，該改性胍膠具有良好的溶解性能和增稠性能，有利于降低對(duì)儲(chǔ)層導(dǎo)流能力的傷害。

考慮到油酸酰胺丙基二甲基叔胺含有18 個(gè)碳疏水長(zhǎng)鏈，本文利用官能團(tuán)衍生法中的醚化反應(yīng)采用油酸酰胺丙基二甲基叔胺疏水改性羥丙基胍膠，以期通過(guò)聚合物中引入的疏水長(zhǎng)鏈間的疏水締合作用形成更強(qiáng)大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，研究了改性羥丙基胍膠（改性O(shè)-HPG）的穩(wěn)定性以及交聯(lián)凝膠的流變性和耐溫性能耐剪切性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

羥丙基胍膠（HPG），工業(yè)級(jí)，北京寶豐春石油技術(shù)有限公司；油酸酰胺丙基二甲基叔胺，分析純，上海銀聰新材料科技有限公司；冰醋酸、環(huán)氧氯丙烷、氫氧化鈉，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水乙醇，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201，有效含量0.5%，工業(yè)級(jí)，中國(guó)石油天然氣總公司石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；配液用水為去離子水。

MCR 302 型流變儀，奧地利Anton Paar 公司；MARS60 型流變儀，德國(guó)Haake 公司；Q500 型熱重分析儀，美國(guó)TA 公司；Nicolet 16700 型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)ThermoFisher公司；NMI20-015V-I型核磁共振成像分析儀，上海紐邁電子科技有限公司。

1.2 改性O(shè)-HPG的合成

油酸酰胺中間改性劑合成:將28.0 g 油酸酰胺丙基二甲基叔胺加至裝有50 g 的60%的乙醇溶液的500毫升三口燒瓶中，攪拌下加入冰醋酸，調(diào)節(jié)溶液pH 至5數(shù)6；將三口燒瓶置于溫度為60℃水浴鍋中，在1 h 內(nèi)分四批間隔20 min 加入9.8 g 環(huán)氧氯丙烷，繼續(xù)反應(yīng)3 h結(jié)束，得到油酸酰胺中間改性劑。

反應(yīng)方程式如下:

將2 g的羥丙基胍膠粉分散在20 g的乙醇/水溶液中，加入適量的2% NaOH 溶液，在25℃下堿化45 min；調(diào)節(jié)水浴溫度至80℃，向反應(yīng)體系中緩慢逐滴加一定量上述自制油酸酰胺中間改性劑，在80°C下反應(yīng)3 h結(jié)束。分別用無(wú)水乙醇、80%乙醇和無(wú)水乙醇洗滌反應(yīng)產(chǎn)物3遍，抽濾，置于50℃的烘箱中烘干24 h，得到最終產(chǎn)物——白色粉末O-HPG。

反應(yīng)方程式如下:

1.3 改性O(shè)-HPG的結(jié)構(gòu)表征

1.3.1 FTIR表征

將改性O(shè)-HPG與KBr混合壓片制樣，采用紅外光譜儀對(duì)試樣進(jìn)行紅外掃描。

1.3.2 LF-NMR低核磁共振表征

將改性前后羥丙基胍膠溶液放入核磁共振成像分析儀的色譜瓶中，然后在35℃恒溫槽中放置15 min，取出放入核磁儀器中放置5 min中后進(jìn)行采樣，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采樣3次，取平均值。

將恒溫后的基液快速交聯(lián)后轉(zhuǎn)移入核磁儀器中，隔5 min 測(cè)試一個(gè)點(diǎn)，然后取該測(cè)試點(diǎn)的平均值。一共取8個(gè)點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間55 min。

1.3.3 TGA分析

采用熱重分析儀在氮?dú)夥諊聦?duì)改性O(shè)-HPG進(jìn)行熱重分析，升溫速率為10℃/min，溫度由30℃升至250℃。

1.4 流變性測(cè)試

1.4.1 小振幅振蕩流場(chǎng)凝膠交聯(lián)過(guò)程測(cè)試

采用MCR 302型流變儀，在小振幅振蕩流場(chǎng)中研究油酸酰胺改性羥丙基胍膠交聯(lián)凝膠流變性。單因素法考察交聯(lián)劑、調(diào)節(jié)劑用量對(duì)交聯(lián)凝膠黏彈性的影響，從而確定最佳交聯(lián)條件。并利用4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)方程描述交聯(lián)過(guò)程［12］。設(shè)定測(cè)試條件為:在10 rad/s的恒定角頻率下，應(yīng)變掃描范圍為0.1%數(shù)1000%，溫度為30℃，測(cè)試時(shí)間約22 min，基液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%，交聯(lián)劑選有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201，以0.2%NaOH水溶液為堿調(diào)節(jié)劑。

1.4.2 高溫剪切流場(chǎng)凝膠耐溫耐剪切性能測(cè)試

利用HAAKE MARS60流變儀考察油酸酰胺改性前后羥丙基胍膠凝膠的耐溫耐剪切性能。設(shè)定測(cè)試條件為:剪切速率為100 s-1，在30 min內(nèi)溫度由30℃升至200℃，并在200℃下保持剪切1 h?；嘿|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%，交聯(lián)劑選有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201，抗氧化劑選硫代硫酸鈉，以0.2%NaOH溶液為堿調(diào)節(jié)劑0.6%基液、pH 調(diào)節(jié)劑、FAC-201 交聯(lián)劑（鋯離子含量為0.5%）、硫代硫酸鈉的質(zhì)量比為100∶1∶0.25∶1。

1.4.3 破膠流變學(xué)實(shí)驗(yàn)

使用MCR 302 Anton Paar 流變儀在剪切流場(chǎng)（剪切速率為100 s-1）中測(cè)定破膠后體系的黏度。單因素法考察不同溫度以及不同破膠劑硫酸銨用量下凝膠破膠后黏度隨著時(shí)間的變化情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性O(shè)-HPG的結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 FTIR分析

圖1 為改性O(shè)-HPG 和HPG 的紅外光譜圖。由圖1 可知，改性O(shè)-HPG 與HPG 均在2930 cm-1處出現(xiàn)C?H的伸縮振動(dòng)峰，在1650 cm-1出現(xiàn)了C—O的伸縮振動(dòng)峰；在1000數(shù)1160 cm-1處出現(xiàn)C—O—C的伸縮振動(dòng)峰。不同之處在于:改性O(shè)-HPG與HPG紅外光譜曲線在3430 cm-1都出現(xiàn)了—OH的伸縮振蕩峰，但是改性O(shè)-HPG的峰比HPG的窄，油酸酰胺利用環(huán)氧氯丙烷為中介接入HPG 分子中，消耗了HPG分子結(jié)構(gòu)中—OH，從而使改性O(shè)-HPG的—OH的伸縮振蕩峰變窄；改性O(shè)-HPG 在1579 cm-1處出現(xiàn)酰胺中C=O 特征峰，在1400數(shù)1420 cm-1處出現(xiàn)了酰胺中C—N 特征峰［12］。由此可見，羥丙基胍膠分子上成功接上了油酸酰胺丙基二甲基叔胺疏水長(zhǎng)鏈。

圖1 O-HPG與HPG的紅外光譜圖

2.1.2 LF-NMR低核磁共振分析

弛豫時(shí)間T2與凝膠結(jié)構(gòu)孔隙半徑rc的關(guān)系可用式（3）表示［13］:

式中:ρ2—橫向表面弛豫強(qiáng)度；FS—孔隙形狀因子；n—冪指數(shù)。

由式（1）可知，弛豫時(shí)間越短則凝膠結(jié)構(gòu)孔隙半徑越小，表明凝膠結(jié)構(gòu)越緊密。質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%的HPG 溶液和改性O(shè)-HPG 溶液的弛豫時(shí)間分別為2685 ms和2553 ms，改性O(shè)-HPG溶液的弛豫時(shí)間比HPG 溶液的短130 ms，即改性O(shè)-HPG 溶液比HPG溶液弛豫更快，改性O(shè)-HPG 溶液的結(jié)構(gòu)更為緊密。這是由于改性O(shè)-HPG 分子中油酸酰胺疏水長(zhǎng)鏈在水溶液發(fā)生了疏水締合作用相互纏繞在一起，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)更緊密，弛豫時(shí)間更短。這也證明了羥丙基胍膠成功接上了油酸酰胺丙基二甲基叔胺疏水長(zhǎng)鏈。

2.1.3 熱重分析

圖2 O-HPG與HPG的熱重分析曲線

植物胍膠及其衍生物在高溫下容易分解，但由于接入不同官能團(tuán)，結(jié)構(gòu)不一樣，因此分解溫度不一致，可以通過(guò)測(cè)其熱重?fù)p失溫度來(lái)證明其結(jié)構(gòu)區(qū)別。改性O(shè)-HPG 與HPG 的熱重曲線如圖2 所示。為了方便研究，取溫度升高質(zhì)量損失1%時(shí)的溫度T1%及3%時(shí)的溫度T3%作對(duì)比。由圖2 可知，溫度低于100℃的失重的原因?yàn)樽杂伤舭l(fā)導(dǎo)致的質(zhì)量損失。隨著溫度升高，改性O(shè)-HPG 及HPG 中C—H鍵、C—C 鍵、C—O 鍵逐漸開始斷裂。改性O(shè)-HPG的T1%、T3%分別為230.6℃和249.0℃，而HPG 的T1%、T3%分別為207.7℃和225.8℃，可見改性O(shè)-HPG的分解溫度明顯高于HPG的，接入油酸酰胺長(zhǎng)鏈后胍膠分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，也證明了羥丙基胍膠成功接上油酸酰胺疏水長(zhǎng)鏈。

2.2 改性O(shè)-HPG的交聯(lián)過(guò)程流變學(xué)分析

在小振幅振蕩流場(chǎng)中探索改性O(shè)-HPG 交聯(lián)情況，可以很好地避免在剪切流場(chǎng)中由于凝膠黏度大而在測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的爬桿及滑移等現(xiàn)象導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)異常等問(wèn)題。在小振幅振蕩流場(chǎng)可以直觀表現(xiàn)溶液交聯(lián)形成凝膠后的彈性模量。4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)方程模型如下:

式中:G'（t）—t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的彈性模量，s；G'c—稠化劑的初始彈性模量，Pa；G'max—交聯(lián)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的彈性模量，Pa；k—交聯(lián)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)速率常數(shù)，Pa/s；p—交聯(lián)反應(yīng)的依時(shí)性參數(shù)［12］。

有機(jī)鋯交聯(lián)劑在適宜堿性pH 環(huán)境下釋放作用生成羥橋絡(luò)離子［15］，羥橋絡(luò)離子與胍膠及其衍生物分子上活潑羥基發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，逐漸形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。為了獲得O-HPG溶液交聯(lián)的最佳交聯(lián)條件，以下分別探索pH 調(diào)節(jié)劑用量、交聯(lián)劑用量等主要因素對(duì)交聯(lián)過(guò)程的影響。

2.2.1 pH調(diào)節(jié)劑對(duì)改性O(shè)-HPG體系交聯(lián)效果的影響

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%的改性O(shè)-HPG 基液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的NaOH 溶液分別按體積比100∶0.75、100∶0.875、100∶1、100∶1.125混合，再加入鋯離子含量為0.5%有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201（基液與有機(jī)鋯交聯(lián)劑體積比100∶0.25），研究pH 調(diào)節(jié)劑用量對(duì)交聯(lián)過(guò)程的影響，并采用4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)方程擬合不同pH調(diào)節(jié)劑用量下體系凝膠彈性模量曲線，結(jié)果如圖3 所示，擬合得到模型參數(shù)如表1 所示。可知4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)方程能很好擬合O-HPG 在小振幅振蕩流場(chǎng)交聯(lián)過(guò)程凝膠彈性變化曲線，擬合相關(guān)參數(shù)均大于0.99，可為改性羥丙基胍膠在壓裂液中應(yīng)用提供流變基礎(chǔ)及指導(dǎo)。

由表1 可知，交聯(lián)過(guò)程凝膠的彈性模量以及交聯(lián)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)速率常數(shù)k隨著NaOH（pH調(diào)節(jié)劑）用量的增加先增大后減小，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%的改性O(shè)-HPG 基液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的NaOH 溶液的體積比為100∶1 時(shí)，k 最大，為0.00094 s-1，且改性O(shè)-HPG凝膠的彈性模量最大，此時(shí)有機(jī)鋯交聯(lián)劑釋放羥橋離子活性最大，有利于交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)NaOH用量過(guò)高時(shí)，過(guò)多的堿會(huì)破壞凝膠形成結(jié)構(gòu)使其降解從而影響交聯(lián)反應(yīng)，k與G'max減小。因此質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%的改性O(shè)-HPG 基液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的NaOH 溶液的最佳體積比為100∶1，此時(shí)溶液的pH值為10.8。

圖3 不同pH調(diào)節(jié)劑用量下改性O(shè)-HPG體系4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)曲線

表1 不同pH調(diào)節(jié)劑用量下改性O(shè)-HPG體系4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)的模型參數(shù)

2.2.2 交聯(lián)劑用量對(duì)改性O(shè)-HPG 體系交聯(lián)效果的影響

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%的改性O(shè)-HPG 基液的pH 值調(diào)至10.8，分別按基液與有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201 的體積比100∶0.2、100∶0.25、100∶0.3 加入有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201。同樣采用4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)方程描述不同交聯(lián)劑用量下體系凝膠彈性模量曲線，具體如圖4 所示。擬合相關(guān)參數(shù)均大于0.99，如表2 所示。表明4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)方程能很好地?cái)M合該交聯(lián)過(guò)程，且具有明確意義。當(dāng)基液與有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201 的體積比為100∶0.25 時(shí)，交聯(lián)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)速率常數(shù)k 最大且凝膠的彈性模量最大。這是由于隨著機(jī)鋯交聯(lián)劑用量的增大，交聯(lián)劑釋放羥橋離子增多，交聯(lián)位點(diǎn)增多，k 隨著增大。但有機(jī)鋯交聯(lián)劑用量超過(guò)一定量時(shí)，過(guò)多的交聯(lián)劑產(chǎn)生的空間位阻大，阻礙了胍膠分子間羥基的交聯(lián)反應(yīng)及長(zhǎng)鏈的疏水締合作用，導(dǎo)致k 下降，凝膠彈性模量變小。因此質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%的基液與有機(jī)鋯交聯(lián)劑FAC-201 的最佳體積比為100∶0.25。

圖4 不同交聯(lián)劑用量下改性O(shè)-HPG體系4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)曲線

表2 不同交聯(lián)劑用量下O-HPG體系4-參數(shù)振蕩剪切交聯(lián)流變動(dòng)力學(xué)的模型參數(shù)

2.2.3 改性O(shè)-HPG體系的交聯(lián)性能

在相同最佳交聯(lián)條件（0.6%基液、0.2%pH調(diào)節(jié)劑溶液、FAC-201交聯(lián)劑體積比100∶1∶0.25）下探究改性O(shè)-HPG與HPG體系在小振幅振蕩流場(chǎng)中的交聯(lián)情況，結(jié)果如圖5 所示。在低核磁場(chǎng)中探究?jī)审w系交聯(lián)過(guò)程內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化情況，結(jié)果如圖6 所示。由圖5可知，改性O(shè)-HPG體系在測(cè)試范圍內(nèi)的彈性模量G'始終大于HPG 體系的，改性O(shè)-HPG 體系的彈性模量最大為178.8 Pa，比HPG 體系的（58.3 Pa）增加了2 倍。由圖6 可知，兩體系凝膠隨著交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)均不斷變緊密，弛豫時(shí)間變短。但是改性O(shè)-HPG體系的交聯(lián)速率快，前期弛豫時(shí)間遠(yuǎn)小于HPG 體系的，且在整個(gè)測(cè)試交聯(lián)過(guò)程中，在相同測(cè)試時(shí)間下的弛豫時(shí)間均低于HPG 的。這是因?yàn)楦男設(shè)-HPG 的羥丙基胍膠分子引入的油酸酰胺疏水長(zhǎng)鏈在水溶液中相互纏繞產(chǎn)生疏水締合作用，形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為緊密，弛豫時(shí)間短，凝膠具有更強(qiáng)的彈性。油酸酰胺改性后羥丙基胍膠交聯(lián)效果得到大大改善。

圖5 O-HPG與HPG凝膠在小振幅振蕩流場(chǎng)中交聯(lián)彈性模量對(duì)比曲線

圖6 改性O(shè)-HPG與HPG體系在低核磁場(chǎng)中弛豫時(shí)間

2.3 改性O(shè)-HPG的耐溫耐剪切性能

采用硫代硫酸鈉作為抗氧化劑，在相同最佳交聯(lián)條件（0.6%基液、0.2% pH 調(diào)節(jié)劑、FAC-201 交聯(lián)劑、硫代硫酸鈉體積比為100∶1∶0.25∶1）下探究改性O(shè)-HPG體系與HPG體系的耐高溫耐剪切性能，并用4 參數(shù)非等溫耐剪切流變動(dòng)力學(xué)方程（5）擬合其耐溫曲線。

其中，η—t時(shí)刻的黏度，mPa·s；η0—初始黏度，mPa·s；ηmin—最小黏度，mPa·s；k—耐溫剪切過(guò)程中結(jié)構(gòu)變化速率常數(shù)，s-1；c—黏度隨交聯(lián)過(guò)程結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)系數(shù)。

改性前后羥丙基胍膠凝膠黏度隨溫度時(shí)間變化曲線以及恒溫過(guò)程的放大如圖7 和圖8 所示，擬合參數(shù)如表3 所示。改性O(shè)-HPG 凝膠的初始黏度遠(yuǎn)高于HPG凝膠的，凝膠可挑掛。兩體系黏度均隨著剪切作用而下降，大約在20 min內(nèi)溫度達(dá)到100°C 左右時(shí)，自由水蒸發(fā)，封閉測(cè)試筒壓力劇增，導(dǎo)致黏度出現(xiàn)波動(dòng)。初始黏度η0、最小黏度ηmin以及結(jié)構(gòu)變化速率常數(shù)k為反映體系在耐溫剪切過(guò)程中的性能參數(shù)指標(biāo)，參數(shù)越大說(shuō)明體系的耐溫耐剪切性能越佳。由表3 可知，改性O(shè)-HPG 體系擬合參數(shù)η0、k均大于HPG 體系的，ηmin（101.1 mPa·s）比HPG 體系的（43.42 mPa·s）大57.7 mPa·s，相關(guān)系數(shù)為0.98，說(shuō)明改性O(shè)-HPG凝膠結(jié)構(gòu)更強(qiáng)，具有更優(yōu)的耐溫耐剪切性能，且4-參數(shù)非等溫耐剪切流變學(xué)動(dòng)力學(xué)方程可以很好擬合O-HPG以及HPG耐溫耐剪切流變過(guò)程。改性O(shè)-HPG凝膠在高溫（200°C）條件下以剪切速率100 s-1剪切1.5 h后保留黏度大于80 mPa·s，可滿足高溫壓裂液的黏度要求（大于50 mPa·s）。然而在相同條件下，HPG 凝膠的黏度逐漸下降，最終保留黏度僅在1 mPa·s左右，由此可見，疏水改性的O-HPG 由于疏水作用顯著提高了羥丙基胍膠的耐高溫耐剪切性能。

圖7 O-HPG與HPG凝膠黏度在100 s-1剪切作用下隨著溫度時(shí)間變化曲線

圖8 O-HPG與HPG凝膠黏度隨著時(shí)間變化局部放大曲線（100 s-1、200°C）

表3 4-參數(shù)非等溫耐剪切流變動(dòng)力學(xué)擬合O-HPG和HPG耐溫耐剪切性能模型參數(shù)

2.4 O-HPG體系的破膠流變性能

施工要求壓裂液交聯(lián)形成的凝膠易破膠成水，利于返排，從而減少殘留物對(duì)地層的傷害。本研究采用過(guò)硫酸銨為破膠劑，使用MCR 302流變儀研究不同破膠劑用量、破膠溫度下凝膠破膠1 h 后的黏度，結(jié)果如表4 所示，剪切速率為100 s-1。由表4 可知，當(dāng)破膠劑用量增多時(shí)，釋放游離氧含量增多，有利于破膠，但是當(dāng)破膠劑用量為0.25%時(shí)已經(jīng)能滿足要求。在破膠劑加量為0.25%時(shí)，改性O(shè)-HPG凝膠在90℃時(shí)能快速破膠且破膠徹底，黏度只有1.24 mPa·s。研究結(jié)果表明改性O(shè)-HPG 凝膠體系易破膠，具有實(shí)際使用意義。

表4 破膠劑用量、破膠溫度對(duì)O-HPG凝膠破膠性能的影響

3 結(jié)論

以環(huán)氧氯丙烷為中間載體把油酸酰胺長(zhǎng)鏈接到羥丙基胍膠分子活性羥基中，獲得新型耐高溫疏水改性羥丙基胍膠O-HPG，改性后O-HPG 交聯(lián)形成的凝膠由于可通過(guò)疏水長(zhǎng)鏈相互締合作用，凝膠具有更強(qiáng)的彈性、更緊密的結(jié)構(gòu)。0.6% O-HPG 基液形成的凝膠在200°C、剪切速率100 s-1條件下剪切1.5 h 后保留黏度大于80 mPa·s，而羥丙基胍膠HPG 在相同條件下剪切保留黏度急劇下降到1 mPa·s。改性O(shè)-HPG 具有更優(yōu)的耐高溫耐剪切性能，且體系容易破膠。