Page 230 - 《精细化工》2023年第3期

·686· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

由图 7a 可知，质量分数 0.60% 的 FPM-1 水溶 由图 8a 可见，在扫描频率为 1 Hz、剪切应力
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液在 90 ℃、170 s 条件下剪切 1 h 最终表观黏度为 <10 Pa 时，储存模量（G′）>损耗模量（G″），共聚
77 mPa·s，具有相同有效含量的 AAOS 在 90 ℃、 物溶液处于弹性纠缠平台区。如图 8b 所示，在剪切
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170 s 条件下剪切 1 h 最终表观黏度为 51 mPa·s。当 应力为 2 Pa 时进行频率扫描，G′>G″，且两者在线
温度稳定时，聚合物分子链之间的疏水缔合基团相互 性黏弹性区均随频率的增加而增大，表现出高黏弹
作用处于可逆动态平衡状态，因此表观黏度基本不随 流体性质。在实际压裂过程中，高黏弹性流体有助
剪切时间的变化而变化。CDEA 和 SDS 表面活性剂 于支撑剂的悬浮。
作为物理“交联剂”，能增加疏水缔合结构强度，在 2.8 支撑剂悬浮能力分析
外力剪切条件下，破坏疏水缔合“胶束”的阻力增大， 压裂液具有良好的悬浮能力有利于提高砂比，
流体力学体积增大，宏观上表现为表观黏度的增大， 压裂形成高渗透裂缝，改善储层渗流特征，高悬浮
所以，FPM-1 溶液的黏度大于 AAOS 溶液。 压裂液作用在油气生产中具有不可替代的作用。以
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如图 7b 和 c 所示，在 170 s 、120 和 140 ℃条 质量分数 0.80% FPM-1 水溶液和具有相同有效含量
件下剪切 1 h，质量分数 0.80% FPM-1 水溶液的表 的质量分数 0.36% AAOS 水溶液作为模拟压裂液，通
观黏度分别为 79 和 54 mPa·s。如图 7d 所示，在 过计算支撑剂的静态悬浮时间和自由沉降速度，来反
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180 ℃、170 s 的条件下，质量分数 1.40%的 FPM-1 映 95 ℃下压裂液的悬浮性能，结果如表 1 所示。
水溶液剪切 1 h 表观黏度为 53 mPa·s。因此，在温
度≤140 ℃时，低浓度压裂液由于分子间的动态物 表 1 压裂液悬浮性能
理交联网络而表现出良好的耐温、耐剪切性能。在 Table 1 Suspension performances of fracturing fluids
高温、剪切条件下，需要增加浓度，以克服温度、 压裂液 温度/℃ 沉降速度/(mm/s) 悬浮时间/h
热降解和剪切降解对压裂液黏度的影响，确保压裂 0.36% AAOS 95 0.062 1.12
过程的顺利进行。总体而言，FPM-1 表现出优异的 0.80% FPM-1 95 0.047 1.47
耐高温和抗剪切性能。
2.7 黏弹性分析 由表 1 可以看出，相同有效含量条件下，FPM-1
质量分数 0.60% FPM-1 水溶液的黏弹性测试结 水溶液的悬浮能力高于 AAOS 水溶液。质量分数
果如图 8 所示。 0.80% FPM-1 水溶液和质量分数 0.36% AAOS 水溶
液在 95 ℃下的悬浮时间分别为 1.47 和 1.12 h，沉降
速度分别为 0.047 和 0.062 mm/s，所以，FPM-1 压
裂液具有良好的支撑剂悬浮能力。在实际应用过程
中，携带支撑剂的流体始终在井筒和裂缝中流动，
支撑剂沉降速度低于室内静态悬浮实验。AAOS 中
疏水基团的分子修饰可以改善空间网络的键合结构
黏度和体系弹性，实现黏弹性“叠加”，增强携载支
撑剂的能力。同时，疏水基团可以与特定的表面活
性剂（CDEA 和 SDS）结合，增强体系缔合强度，
实现高携砂和深层铺砂，最终达到改善储层渗流特
性的目的。
2.9 压裂液破胶性能分析
压裂液的破胶性能影响压裂作业效果，破胶液
的好坏决定了其返排效率和对压裂储层的伤害程
度。衡量压裂液破胶效果的主要指标包括黏度和表/
界面张力，破胶液黏度和表/界面张力越低，破胶液
越容易返排，对后期油气开采起到更好的作用。在
100 g 模拟压裂液中加 0.06 g (NH 4 ) 2 S 2 O 8 配成破胶
液，在流变仪上进行 120 ℃和剪切速率为 170 s –1

的恒温破胶实验，测定破胶过程的表观黏度变化，
a—应力扫描曲线；b—频率扫描曲线
图 8 压裂液的黏弹性分析 结果如图 9 所示。表 2 列出模拟压裂液破胶后的
Fig. 8 Viscoelasticity of fracturing fluids 表/界面张力数据。