20世纪80年代，继黄原胶之后，美国Kelco公司陆续发现了一组新型的威生物多糖即结冷胶类多糖[1]，主要以农副产品玉米淀粉作为威兰胶发酵的碳源，其结构骨架由D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-葡萄糖和L-鼠李糖组成，溶液具有优良的流变特性，在增稠、热稳定性、耐高温及剪切恢复性等性能方面优于黄原胶[1-2]。
新型威生物多糖威兰胶适合于地质条件复杂的油藏，主要应用于三次采油工业中[3]，在国外已得到很好的应用，但在国内相关研究较少。本实验主要考察不同助剂对威兰胶压裂液流变性影响，为低渗-特低渗透油田油气藏增产增注提供一种新的研究方向。
威兰胶，河北鑫合生物化工有限公司生产；杀菌剂CJSJ-2、助排剂CF-5D、黏土稳定剂COP-1(聚胺盐阳离子小分子聚合物)，由中国石油长庆井下化学助剂厂研制；助排剂PRZP自制；交联剂，自制；KCl为化学试剂，由北京昊迪精细化工制品有限责任公司生产。
Haake RS6000旋转流变仪，美国热电公司；高速搅拌机，中国青岛海通达。
原胶液制备：将质量分数为0.3%WLJ+0.3%COP-1黏土稳定剂+0.3%CF-5D破乳助排剂+0.1%杀菌剂加入水中，搅拌10 min后即可形成原胶液。
交联液制备：按质量分数为1.0%硼砂配制交联液。
压裂液制备：将原胶液和交联液按体积比100:(5~10)混合，搅拌1~5 min后即可形成威兰胶压裂液。
按SY/T 6376-2008《水基压裂液性能评价方法》进行威兰胶压裂液的基本性能评价、威兰胶抗剪切实验(170 s-1)以及压裂液中用添加剂对威兰胶压裂液黏度影响实验。
威兰胶是一种新型的阴离子威生物多糖稠化剂。如图 1所示，威兰胶主链骨架由D-葡萄糖、D-葡萄醛酸和L-鼠李糖复合单元构成，侧链由单一的L-甘露糖或L-鼠李糖构成。在与葡萄糖醛酸及鼠李糖相连的葡萄糖残基C3位上连接有a-L-鼠李糖或a-L-甘露糖支链，此外，约有单数的四糖片段上带有乙酰基以及甘油基团。其中，乙酰基含量2.8%~7.5%(w)，葡萄糖醛酸含量11.6%~14.9%(w)，甘露糖、葡萄糖和葡萄糖醛酸之间的摩尔比为1:2:2[3]。
本实验使用的交联剂为水基胍胶压裂液常用的交联剂十水四硼酸钠(Na2B4O7.10H2O), 交联剂与威兰胶中的甘露糖单元中的顺式邻羟基发生反应而生成具有三维网状结构的2, 3-双二醇基团络合物，使溶液转变为凝胶，黏度大幅度升高。图 2是以硼酸盐为例的威兰胶交联作用示意图。
威兰胶加量是影响压裂液黏度的主要因素之一。在70 ℃、170 s-1下，考察了不同威兰胶加量对剪切稳定性和热稳定性的影响，结果见图 3。
威兰胶加量对其溶液黏度有很大影响，随着威兰胶加量的增加，溶液黏度明显增大。这是因为在高浓度时，多糖分子间的间距越小，链间或链内相互无序缠绕以及链之间的相互作用加强，表现为体系的黏度增加即假塑性增强。因此，可以通过调整威兰胶加量来满足溶液黏度的要求。剪切稳定性是衡量胶体在井底温度和高速搅拌及泵速的机械剪切作用下是否容易产生分子链断裂降解减黏的性质，通过实验发现，威兰胶在剪切10 min后，黏度并未有明显变化，具有良好的抗剪切性能。
在pH值为7.5、静置时间1 h、剪切速率170 s-1下，威兰胶在不同矿化度溶液中黏度随剪切时间的变化。由图 4可见，威兰胶压裂液黏度随矿化度的增大而有所降低，但仍然表现出良好的流变特性。这可能与威兰胶侧链和主链之间通过氢键形成的双螺旋和多重螺旋结构变化有关。当KCl加量小于0.2%(w)时，溶液黏度随KCl质量分数的增加变化很小；但当KCl加量大于0.5%(w)时，溶液离子强度增加，水化作用很强的无机离子夺取了大分子链周围的水化水，在中和了所有负电子后其多余电荷会使威兰胶分子再一次缠结。因此，威兰胶原粉的抗盐性有待提高。
威兰胶属于一种威生物多糖，其溶液在适宜的环境温度下，因细菌繁殖也会引起黏稠状溶液腐败变质而变稀。因此，考察了杀菌剂对威兰胶溶液黏度和压裂液黏度的影响。实验发现，0.4%(w)威兰胶溶液在30 ℃恒温下，放置4 h后，黏度未呈现明显下降趋势。图 5是杀菌剂对压裂液剪切性影响。由实验得知，加入杀菌剂后cjsj-2对压裂液黏度的影响不大。
助排剂是用以降低压裂液破胶液的表面张力或油水界面张力，增大与岩石的接触角，降低压裂液返排时遇到的毛管阻力，促进压裂液快速彻底返排，减少对地层污染的化学剂。考察了不同助排剂对威兰胶压裂液黏度的影响。
从图 6可知，加入两种不同的助排剂均使威兰胶压裂液黏度明显降低。剪切60 min后，加入助排剂的与未加的比较，黏度下降78 mPa·s, 降幅为41.49%。由此可见，常规助排剂对威兰胶压裂液抗剪切性能影响很大。针对这一问题，开发一种与此相配伍的助排剂体系是今后研究的重点方向。
在含有黏土矿物的地层进行水力压裂时，压裂液使地层岩石结构表面性质发生变化，水相与黏土矿物接触，或地层水相与压裂液水相的化学位差，引起黏土矿物各种形式的水化、膨胀、分散和运移，对储集层的渗透率造成伤害，甚至堵塞孔隙吼道，对压裂液处理效果产生极大的影响。因此，在压裂含有黏土矿物的地层时，压裂液中必须加入黏土稳定剂，增强压裂液对黏土的抑制性。本实验考察了不同类型黏土稳定剂对压裂液稳定性影响。
从图 7可知，不同黏土稳定剂对压裂液抗剪切性能有不同影响。在剪切60 min后，含0.3%(w)COP-1的压裂液较0.5%(w)KCl压裂液黏度降幅较大；加入COP-1与未加比较压裂液黏度下降近61.82%，这可能是由于COP-1属于阳离子型聚季铵盐类表面活性剂，分子链较长并且产生的多余电荷打破了多糖分子间的缔合度，随着离子强度的增加，黏度明显降低。因此，选择适合威兰胶压裂液体系的黏土稳定剂应尽量避免聚季铵盐阳离子型。
(1) 威兰胶是一种新型的阴离子威生物多糖稠化剂。主链骨架由D-葡萄糖、D-葡萄醛酸和L-鼠李糖复合单元构成，侧链由单一的L-甘露糖或L-鼠李糖构成。表观黏度变化受剪切时间影响不大，有利于降低生物胶压裂液的成本，增加压裂液的抗剪切性能。"
(2) 依据SY/T 6376-2008对威兰胶压裂液进行的基本性能评价表明，采用威兰胶制备压裂液基本满足各种性能要求。
(3) 常规压裂液添加剂中助排剂、黏土稳定剂与威兰胶压裂液配伍性差，应进一步优选适合威兰胶压裂液的助剂。
2015, Vol. 44 Issue (6): 85-88
2015, Vol. 44 Issue (6): 85-88