富含二氧化碳混合相压裂液中交联羟丙基瓜胶水凝胶的相行为与界面富集机制研究

《Gels》：Properties and Interfacial Stabilization of a Crosslinked Hydroxypropyl Guar Aqueous Gel in a CO2-Rich Mixed-Phase Fracturing Fluid

　　

摘要

本研究考察了一种交联的羟丙基瓜胶（HPG）水凝胶，作为富含二氧化碳（CO₂）的混合相压裂液中的连续相，用于非常规天然气储层。首先通过流体损失测试筛选了CO₂的比例，随后通过支撑剂沉降测试对比了30%、40%和50%三种配方。虽然30%配方的累积流体损失最低，但40%配方的支撑剂沉降速度最慢，因此被选为后续研究相行为、凝胶相流变性、流动阻力、界面稳定性和真实三轴压裂性能的候选者。在20–80°C和10–20 MPa的条件下，能够维持稳定的混合相结构；然而，在40°C附近，气泡特性、流变性和管道流动阻力发生了显著变化。与先前报道的AM/AA–CO₂混合物的结果对比表明，不同的水溶性聚合物在混合CO₂后形成了不同的结构。新测得的表面张力和粘弹性数据，结合分子动力学模拟结果表明，仅凭凝胶整体的流变性无法解释这种差异。HPG在CO₂-水界面附近表现出明显的富集现象，而AM/AA主要仍留在水相中。结合成分去除和粘弹性实验结果，这些发现表明HPG特有的界面行为有助于分散结构的形成和组织，而交联的凝胶网络则提供了额外的整体粘弹性支撑。