Page 225 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 范美玲，等: 耐高温低伤害清洁水性稠化剂的制备及性能 ·681·

time and the final viscosity of AAOS with a mass fraction of 0.27% in water was 7 min and 90 mPa·s,
while that of FPM-1 (with the same effective polymer content) with a mass fraction of 0.60% in water was
–1
only 3 min and 165 mPa·s. After being sheared at 90 ℃ and 170 s for 1 h, AAOS aqueous solution with
a mass fraction of 0.27% exhibited a viscosity of 51 mPa·s, while FPM-1 aqueous solution with a mass
fraction of 0.60% displayed a viscosity of 77 mPa·s. The viscosity of FPM-1 aqueous solution with a mass
–1
fraction of 1.40% was 53 mPa·s after being sheared at 180 ℃ and 170 s for 1 h. The viscosity retention
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rate of FPM-1 with a mass fraction of 0.60% in 5×10 mg/L salinity brine was 60%. The FPM-1 system
could significantly improve the viscosity and dissolution rate of the polymer, and had low surface/
interfacial tension, which was conducive to the flowback and recycling of the glue breaking solution. Moreover,
FPM-1 aqueous solution showed excellent salt resistance, high temperature resistance and shear resistance.
Key words: water-based fracturing fluid; hydrophobically associating polymer; high temperature resistance;
shear resistance; high viscoelasticity; oil field chemicals

随着世界能源的不断开发开采，致密油气资源 的引力随着疏水基团数量和疏水链长度的增加而增
占比逐渐增多，致密油气资源已成为全球一种非常 加，疏水性增强所形成的缔合结构更稳定，在保证
重要的非常规资源，具有巨大的资源开发潜力及勘 聚合物充分溶解的条件下，聚合物的黏度更高 [21] 。
[1]
探价值 。水力压裂是主要的增产措施之一，能有 ODAAC、SMA 具有长碳链（C18）的疏水基团，疏
效打开致密油气储层孔隙，增加油气产量，直接影 水性强，且阳离子疏水单体 ODAAC 和非离子疏水
响油田的环境和经济效益。一般来说，瓜尔胶和合 单体 SMA 在疏水缔合时分子间的静电斥力小，更容
成聚合物是常用的水基压裂液 [2-4] ，然而，瓜尔胶热 易形成稳定的缔合结构。SMA 具有酯基亲水段，溶
稳定性差，破胶液残渣多、对储层伤害大，影响油 解性好，引入 SMA 疏水单体既可增加聚合物的溶解
田生产 [5-6] 。合成聚合物压裂液常作为清洁压裂液广 性，又可作为疏水单体，用于增加聚合物分子链上
泛应用于油田生产中 [7-8] 。 的疏水基团数量。所以，ODAAC 和 SAM 可作为协
疏水缔合聚合物（HAP）是一种含有少量疏水基 同增效的疏水单体引入聚合物主链中 [22] 。
团或链（通常摩尔分数<2%）的水溶性聚合物 [9-10] 。 相比于粉末状合成聚合物 AAOS，FPM-1 水性
在超过临界缔合浓度（CAC）时，可通过氢键或范 稠化剂避免了压裂施工过程中易形成粉尘污染、与
德华作用力形成瞬间物理交联网络 [11] ，这些特性使 水混合不均匀易形成“鱼眼”、溶解速度慢、不能连
HAP 具有广泛的应用，可用于制备涂层 [12] 、提高采 续混注等缺点 [2,23-24] 。与乳液型压裂液相比，FPM-1
收率 [13-14] 、水力压裂 [15] 、酸导流 [16] 、油井钻井 [17] 具有有效含量高、无溶剂油污染地层、清洁环保等
和控水 [18] 等领域。表面活性剂分子具有亲水头基和 特点 [25] 。此外，通过对 AAOS 和 FPM-1 的微观形貌、
疏水链结构，在水溶液中其可增强 HAP 的疏水缔合 溶解性、黏度、流变学性能和支撑剂悬浮性能测试
交联作用，增大聚合物的流体力学体积，形成超分 对比，考察了 FPM-1 的性能优势和在 FPM-1 体系中
子聚合物结构，表面活性剂与 HAP 之间相互作用是 表面活性剂与疏水缔合聚合物（AAOS）的物理“交
超分子聚合物研究的热点 [19-20] 。 联”效果。最后，对 AAOS 和 FPM-1 的破胶性能和
为解决粉末状聚合物现场施工困难、提高疏水 破胶液表/界面张力进行测试，考察 FPM-1 作为清洁
缔合聚合物的溶解性和黏度，以丙烯酰胺（AM）、 压裂液的实用性能，以期在现场大排量泵注的高性
丙烯 酸（ AA）、 十八烷 基二 甲基烯 丙基 氯化铵 能、清洁压裂液中具有良好的应用前景，并成为油
（ODAAC）和十八烷基甲基丙烯酸酯（SMA）为 气资源开发应用的发展趋势。
原料合成了一种疏水缔合聚合物 AAOS，再以 AAOS
1 实验部分
为内相分散质，特定表面活性剂椰子油脂肪酸二乙
醇酰胺（CDEA）和十二烷基硫酸钠（SDS）为物理 1.1 试剂与仪器
交联剂和助溶剂，低分子醇（乙二醇、丙三醇、正 AM（质量分数≥90%）、ODAAC（质量分数
丙醇）为分散剂，聚乙二醇〔PEG，相对分子质量 ≥70%）、SMA（质量分数≥60%），工业级，陕西
（简称分子量）分别为 2000 和 10000〕和聚乙烯醇 润泰化工科技有限公司；AA，分析纯，上海麦克
缩丁醛（PVB）为分散稳定剂，其中低分子醇、PEG、 林生化科技有限公司；PEG（分子量分别为 2000
CDEA、PVB 和 SDS 为外相分散剂，设计制备了一 和 10000）、过硫酸铵〔(NH 4 ) 2 S 2 O 8 〕、亚硫酸氢钠
种水性稠化剂（FPM-1）。在水溶液中疏水基团之间 （NaHSO 3 ）、PVB、SDS、抗坏血酸（V C ）、偶氮