鄭 凱，史璐皎，曹 輝

（北京化工大學生命科學與技術(shù)學院，北京 100029）

隨著我國科學技術(shù)的飛速發(fā)展，國內(nèi)對油氣的需求大大超出了目前的生產(chǎn)供給。對非常規(guī)性油氣資源的開發(fā)和利用，已經(jīng)逐漸成為我國能源儲備工作的戰(zhàn)略重心［1-3］。水力壓裂技術(shù)因作用效果顯著而被廣泛應用于油氣開采［4］。而在壓裂工藝當中，壓裂施工的決定性因素是壓裂液的性能。壓裂液的類型主要有水基壓裂液、油基壓裂液［5］、乳化壓裂液［6］、泡沫壓裂液［7-9］和液態(tài)干氣壓裂液等。其中，水基圧裂液占主導地位。黃原膠具有良好的增黏性、耐鹽性、乳化性和耐剪切性等，被廣泛應用于鉆井、壓裂、完井及三次采油中。但其缺點為用量大，在水溶液中溶解速度慢，熱穩(wěn)定性差等。因此，需對黃原膠進行適當?shù)幕瘜W改性以擴大其應用范圍，主要包括接枝聚合、交聯(lián)、醚化、酯化等。相對于瓜爾膠的市場價格波動大，黃原膠價格低且穩(wěn)定。筆者通過醚化反應，選用陽離子醚化劑（3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨）和環(huán)氧丙烷對黃原膠進行改性，得到陽離子羥丙基黃原膠HCXG，并對HCXG 進行了流變性能以及室內(nèi)綜合性能的評價研究。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

黃原膠（XG），工業(yè)級，山東淄博中軒生化有限公司；3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，分析純，阿拉丁科技（中國）有限公司；1，2-環(huán)氧丙烷，分析純，賽默飛世爾科技有限公司；乙醇，分析純，北京化工廠；羥丙基瓜爾膠，一級，北京瓜爾潤科技股份有限公司；有機鋯交聯(lián)劑GP-YJG101，任丘市程遠油田技術(shù)服務有限公司；茚三酮、濃硫酸、亞硫酸氫鈉、1，2-丙二醇、NaCl、過硫酸銨，分析純，北京化工廠；陶粒（支撐劑），40 目（0.425 mm），鞏義市正達環(huán)保材料有限公司。

Ar2000旋轉(zhuǎn)流變儀，美國TA儀器公司；ST 170恒溫磁力攪拌水浴鍋，中國春蘭（集團）公司；V1600型可見光分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司；傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀（FTIR），美國PerkinElmer公司；AV300核磁共振波譜儀，德國布魯克公司；D8FOCUS X射線衍射儀，德國布魯克AXS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 陽離子黃原膠和陽離子羥丙基黃原膠的制備

（1）陽離子黃原膠（CXG）的制備：稱取20.0 g黃原膠置于250 mL燒杯中，加入50 mL 85%乙醇溶液配制成質(zhì)量分數(shù)為40%的黃原膠乳液，在磁力攪拌下，用 4 mol/L NaOH 將pH 值調(diào)至11，堿化 30數(shù) 45 min后，加入60%的陽離子醚化劑（3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨）0.667 mL，水浴反應3 h，產(chǎn)物脫水后用無水乙醇洗滌，抽濾，重復3 次，在烘箱中烘至質(zhì)量恒定即得到CXG。（2）陽離子羥丙基黃原膠（HCXG）的制備：步驟同上，將加入的醚化劑改為60%的陽離子醚化劑0.667 mL和密度為0.830 g/cm3的環(huán)氧丙烷0.173 mL（二者摩爾比1∶1）。

1.2.2 HCXG的表征

（1）用紅外光譜儀、核磁共振波譜儀、X 射線衍射儀對CXG和HCXG的結(jié)構(gòu)進行表征。

（2）HCXG陽離子取代度的測定

黃原膠的陽離子取代度（DS）是指黃原膠上羥基（—OH）被取代的數(shù)目。因3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨中含有N元素，黃原膠改性后的含氮量會增加，故可通過HCXG中的氮含量來計算DS。HCXG中的氮含量（N%）（HCXG的氮含量減去XG（空白）的氮含量）可通過凱氏定氮法［10］測定，其取代度可按式（1）計算［11-12］：

（3）HCXG羥丙基化程度的測定

1，2-丙二醇與茚三酮溶液反應生成紫色絡(luò)合產(chǎn)物，因此可以通過反應前后的吸光度，計算得到HCXG 羥丙基化的程度。①空白對照樣品的制備：移取1.00 mL 去離子水于25 mL 具塞刻度試管中，緩慢加入8 mL濃硫酸，邊加邊搖晃散熱。混合均勻后，在100℃水浴中加熱3 min，立即取出放入冰水浴中冷卻5 min，然后加入0.6 mL 3%茚三酮溶液（3 g 茚三酮溶于100 mL 15%亞硫酸氫鈉溶液中），置于25℃水浴中100 min，再用濃硫酸稀釋至25 mL，傾倒至均勻（注意不要振蕩），在590 nm處測定吸光度。②1，2-丙二醇標準曲線的繪制：將1，2-丙二醇和去離子水混合，配制質(zhì)量濃度分別為10、20、30、40和50 μg/mL的1，2-丙二醇標準液。分別移取這5種標準溶液各1.00 mL 于25 mL 具塞刻度試管中，重復空白對照樣的制備步驟，在590 nm處測定吸光度，繪制吸光度和濃度標準曲線。③樣品測定：分別準確稱量XG、HCXG 樣品0.05數(shù)0.1 g，溶于25 mL 0.5mol/L稀硫酸中，在100℃水浴中加熱至試樣完全溶解后，冷卻至室溫并在100 mL容量瓶中定容移取樣品溶液1.00 mL，重復空白對照樣的制備步驟，在590 nm 處測定吸光度，并在標準曲線上查得對應的丙二醇的濃度。HCXG 中羥丙基化程度用羥丙基質(zhì)量分數(shù)H表示，按式（2）計算［15］：

其中：c1—HCXG樣品對應的丙二醇的質(zhì)量濃度，μg/mL；m1—HCXG 樣品的質(zhì)量，g；c2—XG 樣品對應的丙二醇質(zhì)量濃度，μg/mL；m2—陽離子羥丙基黃原膠樣品的質(zhì)量，g；58—羥丙基基團的摩爾質(zhì)量；76—丙二醇的摩爾質(zhì)量。

（4）HCXG流變性能評價

將XG、CXG 和HCXG 與去離子水混合配制成20 mL 質(zhì)量分數(shù)為0.4%的溶液，待充分溶脹后，用流變儀對黃原膠體系進行流變學測試。①流動曲線：在0.01數(shù)1000 s-1的剪切速率范圍內(nèi)測量XG、CXG和HCXG溶液剪切應力隨剪切速率的變化，并分別用Ostwald—de-Waele 模型和Herschel-Bulkley模型對得到的流動曲線進行擬合，同時得到不同樣品黏度隨剪切速率的變化（剪切變稀性）。②黏彈性：在振蕩模式下，先對相同濃度的XG、CXG 和HCXG 溶液進行應變掃描（頻率f=l Hz，應變strain=10-3%數(shù)1%，得到三個樣品共同的線性黏彈區(qū)；然后再在線性黏彈區(qū)內(nèi)選擇一個合適的值進行頻率掃描（strain=0.1%，f＝0.01數(shù) 100 Hz）。③溫度-黏彈性：在動態(tài)模式下，固定f為l Hz、strain為0.1%、溫度為25數(shù)100℃的測試條件下，分別對XG、CXG 和HCXG溶液進行溫度掃描。④觸變性：采用振蕩-旋轉(zhuǎn)-振蕩模式。首先在應變0.1%、頻率1 Hz 的條件下測試1 min，然后在剪切速率1000 s-1下剪切1 min，最后恢復應變0.1%、頻率1 Hz 的條件測試1 min。⑤溶液強度：在適宜的應變和頻率下對溶液樣品進行振蕩時間掃描（strain=0.1%，f=1 Hz），掃描時間為5 min，考察樣品儲能模量和耗能模量隨時間的變化。

（5）HCXG壓裂液基液性能評價

①不同濃度樣品的表觀黏度：在25℃和恒定的剪切速率（170 s-1）下，分別測定不同加量（0.1%數(shù)1%）XG、CXG 和HCXG 溶液樣品的表觀黏度。②耐剪切性：分別配制質(zhì)量分數(shù)為0.4%的XG、CXG和HCXG溶液，在25℃、170 s-1條件下連續(xù)剪切1 h，考察黏度隨時間的變化。③耐溫性：在170 s-1、溫度25數(shù)100℃的條件下，考察0.4%的XG、CXG、HCXG溶液黏度隨溫度的變化。④耐溫耐剪切性：剪切速率170 s-1保持不變，前30 min 溫度從30℃增至70℃，之后70℃溫度保持90 min，考察0.4%的XG、CXG、HCXG 溶液的黏度變化。⑤破膠性：以過硫酸銨為破膠劑，分別配制破膠劑質(zhì)量分數(shù)為0.05%、0.1%、0.2%的HCXG 溶液（質(zhì)量分數(shù)為0.4%），置于80℃水浴中，每隔1 h 取樣（取樣量自定，宜少不宜多），在25℃下測定其黏度，通過考察黏度隨時間的變化來確定其破膠性能。⑥攜砂性能：在300 mL 0.4% XG、CXG 和HCXG 溶液中緩慢加入支撐劑，邊加邊攪拌直至裝砂量為100 g/L 且支撐劑在溶液中分布均勻后靜置，每隔一段時間測量并記錄支撐劑端面下降的距離，按沉降距離/沉降時間計算支撐劑在溶液中的沉降速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 陽離子羥丙基黃原膠的結(jié)構(gòu)

2.1.1 紅外光譜表征

XG 和HCXG 的紅外光譜圖（圖1）中，3000數(shù)3700 cm-1處強而寬的吸收峰為羥基的O—H的伸縮振動峰；2800數(shù)3000 cm-1處為—CH2的不對稱伸縮振動峰；1730 cm-1和1630 cm-1處分別為黃原膠烷基羧基上C=O 的不對稱伸縮振動峰和酯上C=O 的伸縮振動峰。HCXG 的主要吸收峰和XG 保持一致，在1420 cm-1處出現(xiàn)一個相對較強的吸收峰，這是季銨基和羥丙基上甲基C—H 的振動共同引起的，說明季銨基或羥丙基基團成功接在黃原膠上。

圖1 黃原膠和陽離子羥丙基黃原膠的紅外光譜圖

2.1.2 核磁共振表征

XG、CXG、HCXG的核磁譜圖（圖2）中，21 ppm和174 ppm處分別為乙酸基團上甲基和羧基的化學位移；25 ppm 和102 ppm 分別為丙酮酸基團上甲基的化學位移（C-1）和季碳的化學位移（C-2）。74 ppm處的寬峰為主鏈及側(cè)鏈糖環(huán)上的碳原子。上述在XG 核磁譜圖上的特征化學信號在CXG 核磁譜圖中相應的位置均能看到（圖2（b）），說明季銨鹽基團的接入并沒有替換或破壞黃原膠分子本身的特征基團。在圖2（c）的18.20 ppm處出現(xiàn)甲基碳的化學位移，表明季銨鹽基團或者羥丙基基團成功接入黃原膠分子。由于羥丙基的接入導致圖2（c）中的甲基峰明顯高于圖2（b）。

圖2 XG（a）、CXG（b）、HCXG（c）的13C固態(tài)核磁譜圖

2.1.3 X射線衍射分析

由XG和HCXG的X射線衍射圖（圖3）可見，黃原膠改性后在20°、37°處的特征峰均被保留，而在10°和26°附近分別出現(xiàn)一個特征峰，說明黃原膠經(jīng)季銨鹽和環(huán)氧丙烷醚化改性后，其高分子晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了細微的改變。

圖3 XG和HCXG的X射線衍射譜圖

2.1.4 HCXG的陽離子取代度和羥丙基化程度

（1）陽離子取代度

按照1.2.2節(jié)中陽離子取代度的測定方法，測得2 組XG（空白）的含氮量分別為0.385%和0.370%，平均值為0.378%；2 組HCXG 的含氮量分別為0.418%和0.431%。將含氮量代入式（1），計算可得2 組HCXG 的陽離子取代度分別為0.0274 和0.0364。

（2）羥丙基化程度

按照1.2.2 節(jié)中羥丙基化程度的測定方法得到1，2-丙二醇的標準曲線方程為A=0.009+0.01496c。測得2 組XG 的吸光度（A）分別為0.048 和0.054，平均值為 0.051；2 組 HCXG 的吸光度分別為 0.132 和0.166，平均值為0.149。將所測樣品的吸光度帶入標準曲線方程，得到對應的丙二醇濃度（c），按照式（2）計算得到HCXG 的羥丙基質(zhì)量分數(shù)（羥丙基化程度）為0.500%。

2.2 陽離子羥丙基黃原膠的流變性能

2.2.1 剪切速率對黏度的影響

由圖4可見，XG、CXG 和HCXG 溶液的黏度隨剪切速率的增大而減小，表現(xiàn)出剪切變稀性，說明其均為非牛頓流體，且在測試范圍內(nèi)HCXG溶液的黏度均大于XG 和CXG 溶液。這是由于改性后的HCXG溶液分子間靜電作用和氫鍵作用以及分子內(nèi)的氫鍵作用增強了HCXG鏈的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可見醚化改性有效提高了XG的黏度以及對剪切的阻抗。

圖4 剪切速率對XG、CXG和HCXG溶液黏度的影響

2.2.2 流動曲線

XG、CXG 和HCXG 溶液剪切應力隨剪切速率的變化（流動曲線）見圖5。分別用Ostwald—de-Waele 模型和Herschel-Bulkley 模型對流動曲線進行擬合，得到式（3）和式（4）：

其中，τ—剪切應力；τ0—屈服應力—剪切速率；k或K—稠度系數(shù)；n或N—流動指數(shù)。當n（N）=1 時表示流體為牛頓型流體；當n（N）<1 時流體為非牛頓型流體。3 種樣品的擬合結(jié)果如表1所示。通過回歸系數(shù)（R2）可以看出，相較于Ostwald—de-Waele模型，Herschel-Bulkley模型的擬合度更高。

圖5 XG、CXG和HCXG溶液的流動曲線

由3 種樣品流動曲線的擬合數(shù)據(jù)（表1）可見，XG、CXG、HCXG 的τ0值分別為 5.5640、7.8999 和22.2910 Pa。τ0越大表明流體表現(xiàn)出更多類似凝膠的性質(zhì)。HCXG 的τ0遠大于XG 和CXG，說明經(jīng)過醚化改性后的黃原膠溶液微觀結(jié)構(gòu)強度大大增加。XG 分子上季銨鹽基團的接入，增強了HCXG分子之間的靜電作用；而羥丙基的接入則會使得碳鏈增長，從而增大XG的分子量，同時形成分子間和分子內(nèi)的氫鍵，氫鍵作用增強，溶液不規(guī)整度增加，流體內(nèi)部阻力増大，從而使改性黃原膠的類凝膠結(jié)構(gòu)增強。

2.2.3 線性黏彈區(qū)

25℃下，在振蕩流場中，振蕩頻率為1 Hz、應變在10-3%數(shù)1%范圍內(nèi)，對XG、CXG和HCXG溶液進行應變掃描，得到體系的動態(tài)模量隨應變γ的變化曲線（圖6）。應變掃描后，XG、CXG 和HCXG 溶液有一個共同的線性黏彈區(qū)，即它們的動態(tài)模量不隨γ變化而變化的區(qū)域。且該區(qū)域內(nèi)，它們的儲能模量G'均大于耗能模量G''，表明樣品在線性黏彈區(qū)內(nèi)均能表現(xiàn)出凝膠特性。而超出此應變范圍時，樣品的結(jié)構(gòu)會遭到破壞，因此在線性黏彈區(qū)內(nèi)選擇應變γ=0.1%作為之后測試的應變條件。

圖6 XG、CXG和HCXG溶液的應變掃描曲線

2.2.4 動態(tài)模量

黏彈性流體是指剪切應力同時依賴于剪切速率和變形程度的非牛頓流體，具有依時特性。頻率掃描可被用于研究流體在應變作用下的流變特性。在25℃、應變γ=0.1%、頻率f＝0.01數(shù)100 Hz的條件下，對XG、CXG 和HCXG 溶液進行頻率掃描，結(jié)果如圖7所示。在測試范圍內(nèi)，儲能模量G'大于耗能模量G''，均表現(xiàn)出了凝膠特性。且HCXG溶液的G'和G''均高于 XG 和 CXG 溶液，說明改性后的HCXG 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到了進一步的加強，使得其具有較高的黏彈性。

圖7 XG、CXG和HCXG溶液的頻率掃描曲線

2.2.5 溫度對黏彈性的影響

在一些工業(yè)領(lǐng)域中，熱穩(wěn)定性是評估XG、CXG和HCXG實際應用的重要指標。由圖8可以看出，3種樣品的G'和G"均隨著溫度的升高而降低，但G'值始終高于G"，說明在整個測試溫度范圍內(nèi)溶液以彈性性質(zhì)為主導，且HCXG 的黏彈性均明顯優(yōu)于XG和CXG。損耗系數(shù)tanδ是表征溶液黏彈性的一個重要參數(shù)。溫度約 25℃時，XG、CXG 和 HCXG 的tanδ值最小，分別為0.3371、0.2536和0.2301；當溫度升至約 90℃時，XG、CXG 和 HCXG 的tanδ值最大，分別為0.6173、0.4409 和0.3440。從初期到終期，XG、CXG 和 HCXG 的 tanδ的差值分別為 0.2802、0.1873、0.1139，HCXG 的損耗最低。雖然XG、CXG和HCXG均表現(xiàn)出彈性性質(zhì)，但HCXG樣品的彈性程度更高。溫度的升高增強了分子的熱運動，同時削弱了分子間的范德華力和氫鍵作用力。但是HCXG 分子間有靜電作用的存在且HCXG 分子本身的氫鍵作用力也大于XG 和CXG，故其在高溫下的類凝膠結(jié)構(gòu)強于XG。因此在高溫下，HCXG 溶液比XG 溶液具有更高的黏度和彈性，HCXG 的耐溫性優(yōu)于XG和CXG。

圖8 溫度對XG、CXG和HCXG溶液黏彈性的影響

2.2.6 觸變性

在振蕩-旋轉(zhuǎn)-振蕩模式（3段階梯型結(jié)構(gòu)破壞與恢復的觸變性）下，通過剪切前后G'和G"的變化來考察XG、CXG 和HCXG 的觸變性，結(jié)果見圖9。由圖可見，3種樣品均表現(xiàn)出一定時間的延遲恢復，即均具有一定的觸變性，且HCXG的恢復能力明顯強于 XG 和 CXG（HCXG>CXG>XG），說明在同濃度下HCXG體系的結(jié)構(gòu)強度強于XG和CXG體系。

2.3 陽離子羥丙基黃原膠壓裂液基液性能

2.3.1 濃度對樣品表觀黏度的影響

在25℃下，不同濃度的 XG、CXG 和HCXG 溶液樣品的黏度見圖10。同濃度下，HCXG溶液的黏度明顯高于XG 和CXG 溶液。這是由于因為羥丙基反應使得接入的基團碳鏈增長，黃原膠的分子量變大；另外，羥丙基的接入形成了分子間和分子內(nèi)氫鍵，增加了溶液的不規(guī)整度，流體內(nèi)部阻力増大，從而使得表觀黏度增大；而季銨鹽基團的存在增強了分子鏈之間的相互纏繞以及黃原膠結(jié)構(gòu)間的靜電作用，也能使黃原膠黏度增大，故從兩方面同時使得改性后的黃原膠黏度大大增加。XG、CXG 和HCXG 的表觀黏度均隨著溶液濃度的增大而增大。這是由于隨著濃度的增大，分子間及分子內(nèi)氫鍵增多，氫鍵作用增強，且高分子鏈之間的纏繞點增多，陰陽離子的距離拉近，靜電作用更加顯著，導致黏度變大。0.4% HCXG 溶液的表觀黏度為0.3206 Pa·s，是 XG 溶液（0.0511 Pa·s）的 6.27 倍，優(yōu)于0.4%CXG溶液（0.1415 Pa·s）

圖9 XG、CXG和HCXG溶液的觸變性

圖10 不同濃度XG、CXG和HCXG溶液的表觀黏度

2.3.2 溶液強度

石油天然氣行業(yè)標準SY/T 6296—2013《采油用凍膠強度的測定流變參數(shù)法》中，按照G'的數(shù)值可將溶液強度劃分為以下三種：（1）弱溶液（G'＜1 Pa）；（2）中等強度溶液（1 Pa≤G'≤10 Pa）；（3）強溶液（G'＞10 Pa）。從圖11中的數(shù)據(jù)可見，三種溶液樣品的G'和G''基本不隨時間的變化而變化。HCXG和 CXG 的G'均大于 10 Pa，而 XG 的G'則小于 10 Pa而大于1 Pa，故HCXG 和CXG 均為強溶液，而XG則為中等強度溶液，且溶液強度依次為HCXG>CXG>XG。

圖11 XG、CXG和HCXG溶液儲能模量、損耗模量與時間的關(guān)系

2.3.3 耐溫性和耐剪切性

由圖12可見，隨著溫度的升高，XG、CXG 和HCXG溶液的黏度均降低。HCXG溶液的黏度降幅雖較CXG和XG的大，但在整個溫度測試范圍中黏度仍是最高的（HCXG>CXG>XG）。XG、CXG 和HCXG 溶液的黏度基本不隨剪切時間的增加而變化，且HCXG 溶液的黏度均大于XG 和CXG 溶液，因此耐剪切性從大到小依次為HCXG>CXG>XG。綜上所述，HCXG 溶液具有良好的耐溫性和耐剪切性，且優(yōu)于XG和CXG溶液。

在剪切速率為170 s-1時，XG、CXG和HCXG溶液黏度隨溫度（前30 min 溫度從30℃增至70℃，之后70℃溫度保持90 min）的變化如圖13所示。隨著溫度的升高和剪切時間的延長，XG、CXG和HCXG溶液黏度逐漸降低。隨著溫度的升高，HCXG 溶液黏度降幅大于CXG和XG溶液，說明HCXG溶液黏度受溫度影響較CXG、XG大。在連續(xù)剪切120 min后，XG、CXG 和HCXG 溶液的保留黏度分別為69.53、110.5和241.2 mPa·s，HCXG溶液的耐溫耐剪切性能好于XG與CXG。

圖12 XG、CXG和HCXG溶液黏度隨溫度（a）和剪切時間（b）的變化

圖13 XG、CXG、HCXG溶液耐溫耐剪切曲線

2.3.4 耐鹽性

NaCl 溶液濃度對HCXG 溶液黏度的影響見表2。隨著NaCl的加入，HCXG溶液黏度迅速降低，說明HCXG 的耐鹽性較差；而XG 溶液黏度變化較小。這是由于HCXG 在羥丙基化改性的同時也進行了陽離子改性，而外加鹽會減弱陰陽離子間的靜電作用，導致溶液黏度降低。

表2 NaCl溶液濃度對XG、HCXG溶液黏度的影響

2.3.5 破膠性

在破膠溫度為80℃時，考察破膠劑過硫酸銨加量及破膠時間對破膠液黏度的影響。由表3可見，當破膠劑加量為0.2%時，破膠2 h 后的破膠液黏度均小于標準SY/T 6296—2013 要求的5 mPa·s。在高溫以及強氧化劑的作用下，HCXG 溶液可完全破膠并液化返排。

表3 0.4%HCXG溶液的破膠性能

2.3.6 攜砂性能

加入支撐劑的0.4%XG、CXG和HCXG溶液靜置24 h后，支撐劑在XG溶液中沉降明顯，大部分均已沉入杯底，而在HCXG和CXG溶液中沉降則不明顯，說明HCXG 和CXG 溶液的攜砂能力優(yōu)于XG。以每隔一段時間記錄的支撐劑端面下降的距離作圖，結(jié)果如圖14所示。XG、CXG 和 HCXG 溶液中支撐劑的沉降速率分別為0.2286、0.1406 和0.0760 cm/h，可見HCXG的攜砂性能最優(yōu)。

圖14 支撐劑端面沉降距離與沉降時間的關(guān)系

3 結(jié)論

以黃原膠（XG）為原料，陽離子醚化劑（3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨）和環(huán)氧丙烷醚化劑同時醚化改性制備陽離子羥丙基黃原膠（HCXG），通過紅外、核磁以及XRD 直接或間接證明陽離子醚化劑已成功接入XG。制備的HCXG的陽離子取代度平均值為0.3175%，羥丙基化程度為0.500%，黏度為320 mPa·s。

HCXG 溶液的流變性能及壓裂液基液性能較好。不同濃度XG、CXG 和HCXG 溶液黏度隨濃度的增大而增大，HCXG 黏度增幅最大，相同濃度下HCXG 溶液的黏度高于XG 和CXG溶液；XG、CXG和HCXG均表現(xiàn)出剪切變稀性，可以使用Herschel-Bulkley模型擬合流動曲線結(jié)果，HCXG溶液的屈服應力最大，且遠大于CXG 和XG 溶液，表現(xiàn)出更多類似凝膠的性質(zhì)，在高溫下也能保留較高的黏彈性；HCXG溶液的靜態(tài)攜砂能力、耐溫性和耐剪切性均好于XG和CXG溶液，破膠性良好，在80℃下與過硫酸銨反應2 h 即可完全破膠。相較于XG，HCXG的性能有了明顯的提升，但其耐鹽性有所降低。