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植物胶及其衍生物一直被广泛地应用于国内外的压裂作业中,约占稠化剂市场需求量的90%。其中使用最普遍的是胍胶及其羟丙基或羧甲基改性的衍生物,近年来由于胍胶进口价格上涨,造成压裂成本提高,故需要寻找一种我国自产的植物胶用以替代胍胶。其中以20世纪80年代出现的田菁胶为代表,除此之外,还有魔芋胶、皂仁胶等,但这些植物胶都因为成胶性能不稳定而没有得到大规模的推广。为研究新型的植物胶压裂体系,本文研究了以下四部分内容:(1)针对葫芦巴胶稠化剂合成了有机硼钛交联剂。采用四硼酸钠、钛酸丁酯为主剂,三乙醇胺、甘油为配位剂,制备了有机硼钛交联剂。研究了主剂及配体物料比,反应温度与反应时间对交联剂成胶性能的影响。得到最佳工艺条件如下:m(四硼酸钠):m(钛酸丁酯)=1:4,m(三乙醇胺):m(甘油)=1:2,反应温度70℃,反应时间3 h。(2)测定了葫芦巴胶压裂液的产品性能。配制质量分数为0.4%的葫芦巴胶基液,以交联比m(葫芦巴胶溶液):m(硼钛交联剂)=100:(0.4~0.6),制备葫芦巴胶压裂液,对其进行性能测试。结果表明,该体系交联延时150 s,耐温、耐剪切性能良好,在90℃,170 s-1的条件下连续剪切60 min,压裂液黏度依然保持在50 m Pa·s以上,达到压裂施工的要求;压裂液黏度具备瞬时恢复性,为典型的触变性流体,且具有良好的黏弹性;常温下,携砂比V(压裂液):V(石英砂)=7:3时,沉降速度0.009 mm·s-1,具备优异的携砂性能;体系易破胶,破胶液黏度低于5 m Pa·s,残渣含量为350 mg·L-1,破胶液的表界面张力分别为32.56 m N·m-1和1.07 m N·m-1,较低的表界面张力,有利于破胶液的返排,减小了对地层的伤害。(3)合成了羧甲基葫芦巴胶和表征羧甲基葫芦巴胶的结构。以葫芦巴胶粉体、氯乙酸钠、氢氧化钠、无水乙醇为原料,制备了羧甲基葫芦巴胶。研究了氢氧化钠的用量、氯乙酸钠用量、反应温度、碱化时间、反应时间对改性胶羧甲基取代度和水溶液表观黏度的影响。得到了最佳反应条件如下:葫芦巴胶粉末10 g,无水乙醇50 ml,1.5 mol/L的Na OH 25 m L,0.8 mol/L的Cl CH2COONa 25 m L,碱化时间30 min,反应温度50℃,反应时间5 h。此时得到的羧甲基葫芦巴胶的羧甲基取代度最高,为0.52;质量分数为0.4%的羧甲基葫芦巴胶溶液黏度最高,为80 m Pa·s。通过红外光谱(FT-IR)分析,在1631.49 cm-1波数位置出现明显的-C=O振动吸收峰,表明在葫芦巴胶原粉中成功引入了羧甲基官能团。通过X射线衍射(XRD)分析,表明由于羧甲基的引入,改变了葫芦巴胶分子链上的结构,从而结晶度降低,性能发生改变。通过热重(TG)分析,表明随着温度的升高,在300℃时热分解趋于完全,羧甲基葫芦巴胶最终分解残余量增大,平均失重速率降低,热稳定性提高。(4)研究了羧甲基葫芦巴胶的性能。结果表明羧甲基葫芦巴胶溶液表现出非牛顿流体的性质,黏度随着剪切速率的增大而减小;羧甲基葫芦巴胶与葫芦巴胶原粉相比,溶解时间由2 h缩短到50 min,水不溶物含量由15%降低到4%;动态流变测试中,在温度的影响下,羧甲基葫芦巴胶压裂液的弹性和黏性均大于葫芦巴胶压裂液,且其黏弹性的变化更为明显;破胶残渣测试中,羧甲基葫芦巴胶压裂液破胶液残渣含量为170 mg·L-1,低于葫芦巴胶压裂液的350 mg·L-1;表界面张力测试中,羧甲基葫芦巴胶破胶液的表面张力为25.29 m N·m-1,界面张力为0.71 m N·m-1,均低于葫芦巴胶压裂液的32.56m N·m-1和1.07 m N·m-1。