羟丙基瓜尔胶压裂液流变特性与交联剂调控机制：硼酸、有机硼与有机锆体系的对比研究

针对深部油气藏压裂液高温稳定性不足的问题，研究人员系统研究了硼酸、有机硼和有机锆交联剂对羟丙基瓜尔胶（HPG）压裂液流变性能的影响。通过SEM、EDS、FTIR和动态流变测试，发现有机锆交联体系在120?°C/170?s?1条件下粘度保留率达89.7%，且形成亚12?μm致密三维网络结构，为高温压裂液设计提供了理论依据。

　　

随着油气资源开采向深层/超深层低渗透储层拓展，传统压裂技术面临高温下流体性能劣化的挑战。羟丙基瓜尔胶（HPG）因其优异的增粘性和可调控流变特性成为压裂液核心材料，但交联剂选择对其高温性能的调控机制尚不明确。大连理工大学的研究团队通过多尺度表征技术，揭示了硼酸、有机硼和有机锆三类交联剂对HPG压裂液性能的差异化影响，相关成果发表于《Carbohydrate Polymers》。

研究采用扫描电镜（SEM）观察微观形貌，能量色散X射线光谱（EDS）分析元素分布，傅里叶变换红外光谱（FTIR）解析化学键合，结合动态流变测试（170?s^?1剪切速率/120?°C）评估高温稳定性。实验样本采用Een Chemical Technology提供的纯度98.06%、羟丙基摩尔取代度0.5的HPG，交联剂包括常规硼酸及市售有机硼/锆试剂。

流体制备
通过磁力搅拌（600?rpm/30?min）实现HPG在超纯水（18.2?MΩ·cm）中的充分水化，交联剂按0.3?wt%添加。SEM显示锆交联体系形成孔径<12?μm的致密网络，而有机硼体系结构松散。

样品制备
动态振荡频率扫描表明，锆交联储能模量（G'）比损耗模量（G"）高1-2个数量级，证实弹性主导的类固体行为。高温剪切测试中，锆交联体系粘度保留率（89.7%）显著高于硼酸体系（62.3%）。

参考压裂液
未交联HPG在温度每升高20?°C时粘度下降11.43%，而锆交联体系在175?°C仍保持100?mPa·s粘度超过60?分钟。FTIR证实锆离子与HPG羟基形成水解稳定的Zr-O-C配位键。

结论
研究首次阐明有机锆通过多核羟桥配合物增强HPG网络热稳定性的机制，其致密三维结构可有效抑制高温解聚。该发现为设计适应180?°C以上储层的压裂液提供了新思路，推动了中国页岩气/致密油开发的技术革新。讨论指出未来需结合纳米材料（如SiO₂）进一步优化锆交联动力学，但当前成果已解决传统硼体系在酸性环境易降解的行业痛点。