羟乙基羧甲基纤维素与金属离子交联作用机理

纤维素作为丰富的可再生资源,在储层改造领域具有广阔的应用前景。纤维素压裂液近两年在气井压裂上的先导试验也取得了较好的增产效果。通过实验,对其稠化剂羟乙基羧甲基纤维素与高价金属离子的交联作用机理进行了研究。结果表明,该纤维素交联凝胶点的时间与频率无关,与交联剂浓度关系密切。在优化压裂液配方时,可根据需要调节交联时间;羟乙基羧甲基纤维素与高价金属离子交联即存在化学交联,同时也存在物理交联,纤维素分子链上的羟基同交联剂配位体中的羟基或有机锆中的离子产生强烈的氢键作用,形成物理交联点;纤维素分子链上的羧酸根同交联剂中的金属离子形成化学交联点。

羧甲基羟乙基纤维素的制备

本文以羟乙基纤维素作为原料制备混合醚羟乙基羧甲基纤维素 ,在本实验范围内 ,最佳反应温度为 50℃ ,加入四硼酸钠降低了产物的取代度 ,但有利于提高其溶解速度。该产品在水中速溶 。

芥酸酰胺丙基二甲基叔胺改性纤维素溶液的流变性能与交联性能

为了改善纤维素溶液的增稠能力和交联性能,合成了一种新型疏水醚化改性剂(3-氯-2-羟丙基芥酸酰胺醋酸铵),并采用该改性剂对羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)进行疏水改性,首次制得了芥酸酰胺丙基二甲基叔胺疏水改性纤维素(ED-CMHEC),研究了CMHEC和ED-CMHEC溶液的流变性能(表观黏度、流动曲线、触变性和黏弹性)和交联性能。研究结果表明,改性后ED-CMHEC溶液的表观黏度得到显著提升并表现出更显著的触变性与黏弹性。质量分数0.3%的CMHEC和ED-CMHEC溶液在30℃、170s-1的表观黏度分别为18mPa·s和71mPa·s,后者较前者提高了2.94倍。不同质量分数(0.3%数0.5%)的CMHEC和ED-CMHEC溶液均表现出剪切变稀性质,其流动曲线可用Cross模型进行描述。有机锆交联剂FAC-201加量为0.2%时,质量分数0.3%ED-CMHEC溶液交联形成凝胶的黏度是改性前的2.4倍,表现出更强的交联性能。

环氧氯丙烷改性纤维素溶液的流变与减阻性能

为提高羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)溶液的黏弹性,拓宽其应用范围,以环氧氯丙烷(EPIC)与CMHEC进行反应,首次制备出水溶性改性羧甲基羟乙基纤维素EPIC-CMHEC。研究了EPIC-CMHEC和CMHEC水溶液的流变特性(流动曲线、黏弹性、本构方程、触变性等)以及减阻性能。结果表明,EPIC-CMHEC溶液黏度显著提高,其3 g/L水溶液黏度为56.6 m Pa·s,比3 g/L CMHEC水溶液的黏度(18.3 m Pa·s)提高了2.1倍,且弹性也优于CMHEC溶液。在170 s-1剪切下,温度从20℃升至80℃后,0.3%EPIC-CMHEC溶液的黏度约为19 m Pa·s,仍高于25℃时0.3%的CMHEC溶液的黏度;EPIC-CMHEC溶液的减阻性能也明显提高,0.10%的EPIC-CMHEC和CMHEC溶液最大减阻率分别为72.70%和68.41%。EPIC-CMHEC和CMHEC溶液的流动曲线可用Cross本构方程进行表征,EPIC-CMHEC可望用于油气田开采和减阻领域。