2结果与讨论

2.1 K2S2O8浓度的影响

过硫酸盐氧化剂破胶，温度只能适用于60～130℃的地层，从过硫化物活性（分解速率常数或半衰期来表示）角度分析，在50℃以下，过硫化物破胶分解太慢，活性下降较快，不能作为压裂液破胶剂。在60～130℃的地层过硫酸盐分解速度才可以满足压裂液完成任务后快速破胶，迅速反排的要求。

因此，选择在实验温度60℃条件下探究过硫酸盐破胶性能，室温下配制好压裂液备用，分别加入不同浓度的过硫酸钾静置，测定其破胶时间、破胶粘度及破胶液的表面张力，实验数据见表1。破胶过程中，发现初始破胶液较澄清，在完全破胶后（表观粘度≤5mPa·s）并继续静置一段时间，破胶液产生大量的絮状沉淀。

表1 60℃时K2S2O8破破胶液在不同破胶时间下的粘度和表面张力

实验结果表明，温度为60℃时，随着K2S2O8破胶剂浓度增加，破胶时间缩短，破胶液粘度和表面张力逐渐降低，当K2S2O8加入量为100mg·L-1时，6h后破胶液粘度为5.236mPa·s，表面张力为9.72mN·m-1。当K2S2O8加入量为400mg·L-1h破胶液粘度为3.784mPa·s，表面张力为9.32mN·m-1。地层中的多孔介质可以形象的比作是相互连通的毛细血管网络，降低其压力作用，破胶液必须具有较低的表面张力，才有助于压裂液的返排。破胶液的表面张力一般要求低于28m N·m-1。

本实验使用的主要压裂液稠化剂是羟丙基胍胶，主要原料天然植物瓜尔胶豆胚乳中提取的一种天然高分子，由甘露糖和半乳糖两种单糖组成的多糖，如图1。分子主链由甘露糖单元通过β-1,4苷键连接，侧基的半乳糖通过α-1,6苷键连接到分子主链上。

而过硫酸盐破胶实质是过硫酸根分解产生游离基，破坏羟丙基胍胶交联结构（主链）使大分子破胶成小分子而破胶。以（NH4）2S2O8化学方程式为例。

2.2破胶温度的影响

为探究破胶温度对过硫酸盐破胶性能的影响，笔者在实验温度为70℃重复上述实验，实验数据见表2。

表2 70℃时过硫酸钾破破胶液在不同破胶时间下的粘度和表面张力

表2结果表明，温度为70℃时，随着破胶时间增加，K2S2O8作为破胶剂的破胶液破胶粘度和表面张力是逐渐降低，当K2S2O8加入量为100mg·L-1时，4h后破胶液粘度为4.9572mPa·s、8.71mN·m-1，当K2S2O8加入量为400mg·L-1，2.3h破胶后破胶液粘度为4.516mPa·s、8.61mN·m-1。

图2温度对破胶时间的影响

图3温度对破胶粘度的影响

由图2,3可知，通过对比温度对破胶液表面张力和粘度测定数据，温度越高压裂液越易破胶，破胶时间越短。分析过硫化物破胶机理，论述了破胶时间快慢主要取决于过硫酸钾的分解速度。温度主要影响过硫酸钾的反应，其反应属于一级反应，半衰期t1/2与速率常数K的关系。

表3温度影响过K2S2O8的反应

室内实验温度为60℃与70℃的对比，70℃时K2S2O8半衰期为495min比60℃的半衰期2310min分解速度更快，破胶时间更短，适用于现场压裂作业。吴锦平得到结论50℃以下，过硫化物破胶能力减弱，不再适合做水基压裂液的破胶剂。

2.3残渣含量的影响

用K2S2O8破胶后，压裂液中残渣含量见图4。

由图4可知，压裂液用K2S2O8破胶后的残渣的含量随着K2S2O8浓度的增加，残渣含量下降的，温度为60℃时，当K2S2O8浓度为100mg·L-1时，压裂液残渣含量为498mg·L-1，破胶时间需要6h。而当K2S2O8浓度为400mg·L-1时，压裂液残渣含量为432mg·L-1，低于行业标准500mg·L-1，但破胶时间需要3h。

图4浓度对残渣含量的影响

通过对比温度对破胶液残渣含量测定实验，温度越高压裂液越易破胶，破胶时间越短，残渣含量相对降低越明显。残渣含量高低直接影响现场压裂效果的好坏，压裂液残渣伤害是对支撑裂缝的导流能力影响的关键因素之一，压裂液残渣伤害可使导流能力降低90%以上，若残渣含量高，会对压裂液产生的充填层造成堵塞，给压裂液反排造成巨大的困难，会给地层造成无法想象的伤害。固研究压裂液中各种化学试剂的性能好坏，对压裂作业及后续地层保护具有重大的意义。

3结论

（1）在实验温度60℃下，通过对比过硫酸盐浓度不同，浓度越高，破胶时间缩短，破胶液粘度和表面张力逐渐降低。

（2）室内实验温度为60℃与70℃的对比，伴随着温度升高，过硫酸盐分解速度增加，压裂液越易破胶，破胶时间越短，破胶液粘度和表面张力降低。

（3）K2S2O8破胶后的残渣的含量随着K2S2O8浓度的增加，残渣含量逐渐下降，温度越高，残渣含量相对降低越明显，对地层损害越小。