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胍胶是目前油井压裂开采中运用最为广泛的稠化剂,因价廉易得、残渣量小、环保易降解等优点而不断被开发研究。随着深井、超深井的开发,压裂温度不断增高,研发出具有高耐温性能的胍胶压裂液越来越迫切。改性胍胶和交联剂是影响胍胶压裂液耐温性能的主要因素,两者协同作用,可以得到一种具有耐温抗剪切性能较好的网络结构冻胶压裂液,但目前还没有开发出真正意义上的超高耐温性能的改性胍胶交联压裂液。因此,制备出性能良好的改性胍胶及其交联剂,研究其压裂液交联机理及适用性对抗高温压裂液体系的发展具有重要意义。本文通过络合反应制得高耐温性能的有机硼交联剂(BOC)、有机锆交联剂(ZOC-01)以及有机硼锆交联剂(BZC);通过官能团衍生法对胍胶进行改性研究,从而制得耐温性能较好的羧甲基羟丙基胍胶(CMHPG-09);BZC与CMHPG-09协同作用,加入稳定剂、破胶剂、助排剂等添加剂,得到一套高抗温型胍胶压裂液体系。研究表明:(1)BOC交联羟丙基胍胶(HPG)压裂液在160℃、170s-1下剪切30min,最终黏度为80mPa·s左右;ZOC-01交联HPG压裂液最终黏度为200mPa·s左右;BZC交联HPG压裂液在180℃、170s-1下剪切40min,最终黏度为170mPa·s左右。通过对BZC性能测试分析,得出该交联剂具有延迟交联特性;与破胶剂过硫酸铵配伍性良好;与CMHPG-09交联表现出优异的耐温性能,可达180℃。(2)CMHPG-09最佳合成工艺为:丙酮作为分散剂,碱化剂用量为4.2%、碱化时间为15min、通入氮气时间20min、环氧丙烷用量6%、氯乙酸用量为8%、反应时间160min。CMHPG-09交联BZC压裂液在160℃、170s-1下剪切30min,最终黏度为240mPa·s左右;通过对CMHPG-09热重分析,在300℃失重率降低,热分解速度减缓,具有良好的热稳定性;使用浓度为0.2%以上时,水溶液黏度满足压裂需求;不溶物含量低,当浓度为0.8%时,不溶物含量为5%;(3)通过对压裂液体系耐温抗剪切性能的考察研究,得到一套完善的高抗温型胍胶压裂液。配方:0.6CMHPG-09+0.6%BZC(BOC:ZOC-01=0.2)+1%温度稳定剂硫代硫酸钠+0.5%助排剂CF-5A+0.05%杀菌剂甲醛,pH=11。对高抗温型胍胶压裂液体系的综合性能评价表明:该压裂液体系在180℃、170s-1下剪切2h,压裂最终黏度为100m Pa·s左右;滤饼控制滤失系数Cw为3.76×10-4m/(?),符合滤失性能标准,且滤失量小;当过破胶剂用量大于等于0.02%时,破胶时间小于6h,破胶液黏度小于等于3.482mPa·s,残渣小于等于580mg/L,破胶液上层清液表面张力小于等于28.52mN/m;该体系破胶液对低渗透岩心基质渗透率的平均损害程度为20.7%,伤害性较小,破胶液与地层水配伍性良好。(4)通过微观结构、温度、耐温抗剪切性能以及pH与高抗温型胍胶压裂液交联机理的分析得到:微观结构下,高抗温型胍胶压裂液体系呈膜状网络结构,链接点紧密,剪碎的网络结构具有修复能力;该体系对温度比较敏感,发生交联过程中,逐步释放出低温交联因子、高温交联因子和超高温交联因子,从而起到延迟交联和抗剪切的作用;pH过大时,易造成“过交联”现象,压裂液体系交联不均匀,耐温抗剪切性能降低。(5)在应用中,高抗温型胍胶压裂液体系通过川庆钻探井下作业公司测试,该压裂液各性能符合项目要求,适用于180℃的储层压裂改造,并已投入使用。