摘要：

瓜尔胶及其衍生物因具有良好的水溶液增粘性而常被用作压裂液稠化剂.两性离子胍胶是胍胶衍生物的一种,同时具备阳离子胍胶和阴离子胍胶的优点.故开展两性瓜胶增稠剂研究,对获得低残渣,低成本和破胶性能优良的冻胶酸压裂液有重要实际意义. 以氯乙酸钠为阴离子化试剂,对阳离子瓜尔胶进行改性制备了两性瓜尔胶.考察了NaOH用量,碱化时间,氯乙酸用量,阴离子化时间及反应温度对两性瓜尔胶羧基含量和产物粘度的影响,结果表明:随着NaOH用量的增加,碱化时间的增长,样品的羧基含量先增大后减小,在NaOH用量为1%wt时,羧基含量达到最高为0.42%wt;随着氯乙酸用量的增加,产物的羧基含量逐渐增大,当氯乙酸与原料的摩尔比为0.3:1时,产物羧基含量最大为0.38%wt,超过这一摩尔比羧基含量增涨趋势明显变缓;随着阴离子化反应时间的增长,产物的羧基含量逐渐升高,当反应时间达到3h,产物羧基含量增大到0.35%wt,继续延长反应时间羧基含量基本保持稳定;随着反应温度的升高,样品羧基含量先增大后下降,当反应温度达到70℃时,羧基含量达到最大为0.35%wt,继续升高反应温度,羧基含量开始下降.综合正交实验和单因素实验的结果,确定最优合成条件为:碱用量1%wt,氯乙酸与原料的摩尔比为0.3:1,碱化时间60min,阴离子化时间3h,反应温度70℃.利用FT-IR和DSC对所得产物进行了分析和表征,初步证实了两性离子胍胶合成产物的生成和羧基的引入. 以氧氯化锆,丙三醇,乳酸为原料,在反应温度为85℃,反应时间为4h的条件下合成了含锆化合物Z-1,然后与戊二醛混合形成复合型交联剂ZDQ.该交联剂可使两性瓜胶的HC1溶液(稠化酸)变成冻胶酸,实验得出:"1%wt两性瓜胶+10%wtHCl溶液"的稠化酸与交联剂ZDQ的最佳质量配比为25:3;在25℃,剪切速率179s-1和1.1%wt两性瓜胶的条件下,冻胶酸的表观粘度随HC1浓度的升高而缓慢增加,HCl浓度超过9%wt后冻胶酸的粘度逐步下降甚至使冻胶破胶. 根据《酸液稠化剂的评价方法》,对两性离子胍胶在HCl溶液中的稠化性能进行了评价,表明:3%wt两性离子胍胶的酸溶时间约60min,酸溶性较好;3%wt两性离子胍胶的增粘能力随盐酸浓度的增大而降低;在稠化酸与交联剂的最佳配比下形成冻胶酸,与岩芯反应30min的溶蚀率为14.6%wt,与石灰石反应60min后的HC1浓度为3%wt;上述冻胶酸的粘度在25℃-50℃范围,保温4h时基本保持稳定,超过50℃时随温度增加而下降较快;该冻胶酸可用于25-70℃温度范围内,加入0.1%wt过硫酸铵可在常温下,2h内使其破胶,破胶液的粘度为5mPa-s,破胶后残渣含量为630mg/L左右,优于阳离子胍胶的相应性能,但冻胶酸的耐酸性,耐温性皆需进一步改善.

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