Starch microsphere silicon-boron crosslinker for low concentration hydroxypropyl guar gum based fracturing fluid

瓜尔胶 瓜尔 流变学 淀粉 粘度 化学工程 硅烷 粘弹性 化学 水溶液 材料科学 高分子化学 复合材料 有机化学 工程类 生物化学
作者
Lin Zhang,Fu Chen,Heng Wang,Jie He,Mina Luo,Hao Chen,Zhong Cheng
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:264: 130575-130575 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.130575
摘要

Hydroxypropyl guar gum (HPG) is a critical thickener to increase viscosity and lubrication to improve the water-based hydraulic fracturing efficiency. However, current crosslinkers require a large amount of HPG (>0.3 wt%) to form gel with sufficient viscosity, and high concentrations of HPG may cause adverse effects to the production and the environment. In this study, a novel starch microsphere silica‑boron crosslinker (SMSB) was developed using starch microspheres as a carrier and γ-aminopropyl triethoxy silane (KH550) as a modifier with an in-house method. Both the rheology and surface reactions of the SMSB-HPG crosslinking system were studied using multiple laboratory experiments and molecular dynamics simulation. The results showed that SMSB crosslinker caused multi-site cross-linking with low concentration (only 0.2 wt%) of HPG molecules, reducing the twisting of single molecular chain in the crosslinking system, enhancing the cross-linking strength between molecular chains, and making HPG molecular chains stretcher in the aqueous solution. The apparent viscosity and viscoelasticity of the HPG system were substantially higher than the organoboron crosslinker, and the temperature resistance of the SMSB-HPG crosslinking system was up to 140 °C. This study provides an alternative green crosslinker for more sustainable industrial applications and provides theoretical basis for the modification of biomaterials.
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