有机硼交联剂作用机理分析.pdf

2009年8月 王佳等．压裂液用硼交联剂作用机理分析 23 压裂液用硼交联剂作用机理分析 王 佳1 怡宝安1 杨 文2 韩飞鹏1 (1．新疆油田公司采油工艺研究院，克拉玛依834000；2．长庆油田公司第一采油厂，延安716000) 摘要对水基压裂液用无机硼交联剂和有机硼交联剂的作用机理进行了综述，简单介绍了 有机硼交联剂的合成机理。分析了有机硼交联剂的延迟交联、耐温耐剪切、自动破胶机理，并通过 对国内3种常用有机硼交联剂BCL一61、YGB、SB一1的室内评价加以说明。 关键词水基压裂液无机硼交联剂有机硼交联剂机理分析 交联剂是水基冻胶压裂液的主要添加剂，它 与高聚物形成高粘度凝胶体，使压裂液具有优良 的造缝和携砂能力。水基压裂液用交联剂经过了 从硼酸盐、金属锑、铝、钛、锆等有机金属交联剂到 一眵小码。 目前广泛使用的有机硼交联剂。有机钛、有机锆 等交联剂耐温耐剪切性能好，但大多有毒，对地层 (b)植物胶量与硼酸盐量相等，单二醇络合 有不同程度的伤害，而硼交联剂对剪切不敏感，且 物进一步反应生成双二醇络合物(2：l结构)： 具有价廉、清洁、无毒等优点。因此，在水基压裂 液中硼交联剂具有广泛的应用前景。 1无杌硼交联剂的交联机理 无机硼在上世纪60年代后期成为植物胶类 。一，]一H+一p 水基压裂液的主要交联剂，它主要是以硼酸盐为 一一I- 主，有硼砂、硼酸和四硼酸钠等，硼砂是最早使用 以上反应中，硼酸盐的水解反应慢，硼酸根离 的交联剂。上世纪90年代初期，国外学者应用核 子与邻位顺式羟基反应快。因此，无机硼与植物 胶交联时间由硼酸盐的水解反应决定。从水解反 磁共振(NMR)能谱技术对无机硼交联机理进行 了分析研究¨。】。大多认为硼交联剂的交联过程 应可知，当pH值增加时，平衡向生成硼酸根离子 包括无机硼水解成硼酸根离子和硼酸根离子与植 的方向移动。硼酸盐水解的OH一有助于交联作 物胶中邻位顺式羟基形成稳定络合物。 用所需的碱性条件；而用硼酸作交联剂，需添加碱 硼酸盐交联剂作用机理”J： 性物质提高溶液的pH值，才能与植物胶中所含 (1)硼酸盐的水解反应： 邻位顺式羟基充分反应。当pH值7时，硼酸盐 水解出硼酸根离子，少量的硼酸根离子同植物胶 Na28407+7H20趣Na．+4B(OH)3+20H— 聚糖分子链上的邻位顺式羟基发生交联作用，形 B(OH)3+H20掣B(OH)4一+H+ (2)硼酸根离子与植物胶中邻位顺式羟基成单二醇络合物(1：l结构)，有较好的稳定性，并 结合： 保持未交联时的粘度特性；随着硼酸根离子增多， 单二醇络合物数量增加，它进一步反应生成双二 H——C——0H 啪 佣J1 醇络合物(2：l结构)，溶液粘度增加，交联形成可 挑挂的压裂液冻胶¨加J。其冻胶结构见图1(『71。 H—c一。H ＼／ ／＼叫【 —．。．．．．．．．．．．L 舯o＼／ (a)植物胶量多，硼酸盐量少，生成单二醇络 收稿日期：2009-03-25。 作者简