完善羥丙基瓜爾膠表觀黏度質(zhì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究

馬志武 門艷萍 郭 蘭 朱海濤 袁亞飛 李 龍

1.延長油田股份有限公司 化驗(yàn)中心 （陜西 延安 717208）

2.延長油田股份有限公司 科技部 （陜西 延安 717208）

羥丙基瓜爾膠是瓜爾膠的一種非離子型改性產(chǎn)物，是一種性能優(yōu)良的水基壓裂液稠化劑，適合于不同改造規(guī)模、不同井深和井溫的低滲透油氣層壓裂作業(yè)。羥丙基瓜爾膠是延長油田目前應(yīng)用比較廣泛的壓裂液稠化劑，主要用于提高水溶液黏度、降低液體濾失、懸浮攜帶支撐劑。羥丙基瓜爾膠質(zhì)量檢測(cè)主要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5764-2007《壓裂用植物膠通用技術(shù)要求》進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)在羥丙基瓜爾膠表觀黏度檢測(cè)方面，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有一定的影響。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不同檢測(cè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)表觀黏度影響因素進(jìn)行了研究分析，旨在提高表觀黏度的檢測(cè)質(zhì)量及準(zhǔn)確性，最終達(dá)到優(yōu)化改進(jìn)羥丙基瓜爾膠表觀黏度檢測(cè)方法的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1.1.1 主要儀器

水分測(cè)定儀、AB204-S型電子天平、HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋、HR2004型攪拌器、ZNN-D6型六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)、燒杯、量筒。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

實(shí)驗(yàn)室自制的蒸餾水，實(shí)驗(yàn)原料為壓裂用羥丙基瓜爾膠（4份樣品，工業(yè)品）。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 含水率測(cè)試

經(jīng)105℃預(yù)熱、校正水分測(cè)試儀，稱取待測(cè)樣品膠粉5.00g，平鋪在稱盤內(nèi)，105℃加熱 0.5h，開啟儀器讀數(shù)開關(guān)，觀察投影屏，10min內(nèi)讀數(shù)變動(dòng)幅度小于0.2%時(shí)，儀器讀數(shù)即為膠粉的含水率W。

1.2.2 表觀黏度測(cè)試

（1）稱取膠粉質(zhì)量3/(1-W)g，量取500mL蒸餾水于攪拌器中，低速啟動(dòng)，緩慢往攪拌器內(nèi)加入膠粉，啟動(dòng)高速檔。

（2）攪拌5min，將膠粉溶液倒入燒杯中，加蓋，放入30℃水浴中，恒溫4h。

膠粉溶液表觀黏度計(jì)算公式為:

式中 μ—表觀黏度，mPa·s；

α—黏度計(jì)指針讀數(shù)；

5.077 —α為1時(shí)的剪切應(yīng)力值，10-1Pa；

1.704 —黏度計(jì)轉(zhuǎn)數(shù)為1r/min的剪切速率，s-1。

試驗(yàn)1:讀數(shù)時(shí)間的確定

選取樣品 1，按步驟（1）操作，進(jìn)行步驟（2）。 用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定上述溶液，轉(zhuǎn)速為100r/min，按照試驗(yàn)設(shè)定讀數(shù)時(shí)間讀取黏度計(jì)讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)間為0～2.5min（每 30s一個(gè)間隔），按照公式（1）計(jì)算表觀黏度。

試驗(yàn)2:攪拌速度的對(duì)比試驗(yàn)

選取樣品 2、3、4，稱取膠粉質(zhì)量 3/(1-W)g，量取500mL蒸餾水于攪拌器中，低速啟動(dòng)，緩慢往攪拌器內(nèi)加入膠粉，利用低速檔攪拌，進(jìn)行步驟（2）。用六速旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)定上述溶液，轉(zhuǎn)速為100r/min，2min后讀取黏度計(jì)指針讀數(shù)，按照公式（1）計(jì)算表觀黏度。再測(cè)試高速攪拌時(shí)溶液的表觀黏度。

試驗(yàn)3:泡沫對(duì)檢測(cè)影響的試驗(yàn)

選取樣品 2、3、4，按步驟（1）操作,進(jìn)行步驟（2）。去除樣品2、3、4配制的溶液上層泡沫后，用黏度計(jì)測(cè)定表觀黏度。

試驗(yàn)4:轉(zhuǎn)子擦拭對(duì)檢測(cè)影響的試驗(yàn)

選取樣品 2、3、4，按步驟（1）操作，進(jìn)行步驟（2）。每次測(cè)試表觀黏度，黏度計(jì)轉(zhuǎn)子均擦凈，再進(jìn)行下一次表觀黏度的測(cè)試。同一樣品平行樣之間的測(cè)試，轉(zhuǎn)子不擦拭，直接測(cè)試表觀黏度。不同樣品間測(cè)試（檢測(cè)順序?yàn)闃悠?2、樣品 4、樣品 3），轉(zhuǎn)子不擦拭，直接測(cè)試表觀黏度。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)含水率測(cè)定方法，分別測(cè)定樣品1、2、3、4的含水率情況，計(jì)算表觀黏度檢測(cè)時(shí)需要的膠粉質(zhì)量，測(cè)定計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 膠粉含水率及表觀黏度檢測(cè)時(shí)的膠粉質(zhì)量

由表1數(shù)據(jù)可知，含水率檢測(cè)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)表觀黏度檢測(cè)時(shí)膠粉質(zhì)量計(jì)算公式，計(jì)算膠粉質(zhì)量。

2.1 讀數(shù)時(shí)間的確定

選取樣品1，根據(jù)試驗(yàn)一要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀取不同時(shí)刻 0（及時(shí)讀數(shù)）、0.5、1、1.5、2、2.5min 下的黏度計(jì)指針讀數(shù)，計(jì)算表觀黏度，確定表觀黏度檢測(cè)時(shí)的讀數(shù)時(shí)間，如表2所示。

由表2可以看出，黏度計(jì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)間不少于2 min指針讀數(shù)才能逐漸穩(wěn)定，此時(shí)讀數(shù)較為準(zhǔn)確。黏度計(jì)轉(zhuǎn)子在剪切轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，短時(shí)間內(nèi)剪切應(yīng)力不穩(wěn)定，導(dǎo)致黏度計(jì)指針讀數(shù)不穩(wěn)定，若此時(shí)讀數(shù)，不能準(zhǔn)確反映樣品的檢測(cè)值。

表2 確定讀數(shù)時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.2 攪拌速度的對(duì)比試驗(yàn)

選取樣品2、3、4，根據(jù)試驗(yàn)2要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀取黏度計(jì)指針讀數(shù)，計(jì)算相應(yīng)的表觀黏度 （保留整數(shù)，下同），如表3所示。

表3 攪拌速度對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表3看出，低速攪拌和高速攪拌對(duì)表觀黏度的檢測(cè)存在一定差異，高速攪拌測(cè)試值比低速攪拌測(cè)試值大，約 3～4mPa·s，建議低速啟動(dòng)，緩慢加入膠粉后，采用高速攪拌配制膠粉溶液。實(shí)驗(yàn)表明，高速攪拌作用可以使膠粉加速并充分溶解，使得表觀黏度測(cè)試值偏高。

2.3 泡沫對(duì)檢測(cè)的影響

選取樣品2、3、4，根據(jù)試驗(yàn)3要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀取黏度計(jì)指針讀數(shù)，計(jì)算相應(yīng)的表觀黏度，如表4所示。

表4 泡沫對(duì)檢測(cè)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

溶液在攪拌過程中會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，即使置于30℃恒溫水浴中4h，泡沫也不能完全消失（樣品2、3溶液上層存在少量泡沫，見圖1），有的樣品甚至存在大量泡沫 （樣品4溶液上層存在大量泡沫，見圖2）。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，膠粉溶液上層氣泡對(duì)表觀黏度檢測(cè)有一定影響，約2～4mPa·s，檢測(cè)時(shí)應(yīng)待溶液在恒溫水浴中，上層泡沫消溶，再對(duì)溶液進(jìn)行表觀黏度檢測(cè)，減少泡沫對(duì)質(zhì)量檢測(cè)產(chǎn)生的影響。部分氣泡分布在溶液中，甚至粘附黏度計(jì)轉(zhuǎn)子上，氣泡在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作用下，進(jìn)行擴(kuò)散比膠粉溶液的擴(kuò)散受到的阻力高，所以存在泡沫時(shí)的測(cè)試值略高。

2.4 轉(zhuǎn)子擦拭對(duì)檢測(cè)的影響

選取樣品2、3、4，根據(jù)試驗(yàn)4要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讀取黏度計(jì)指針讀數(shù)，計(jì)算相應(yīng)的表觀黏度，如表5所示。

平行樣之間檢測(cè)，轉(zhuǎn)子擦拭與不擦拭對(duì)測(cè)試值影響不明顯；不同樣品間測(cè)試，轉(zhuǎn)子擦拭與不擦拭對(duì)測(cè)試值影響較為明顯，測(cè)試值受上一次樣品表觀黏度值影響。本次測(cè)試值比上次測(cè)試值?。ㄈ鐦悠?表觀黏度值118mPa·s小于樣品2表觀黏度值138 mPa·s），則轉(zhuǎn)子不擦拭時(shí)測(cè)試值（122mPa·s）大于轉(zhuǎn)子擦拭時(shí)的測(cè)試值（118mPa·s）；本次測(cè)試值比上一次大 （如樣品3表觀黏度值127mPa·s大于樣品4表觀黏度值118mPa·s），則轉(zhuǎn)子不擦拭測(cè)試值（124 mPa·s）小于擦拭測(cè)試值（127mPa·s）。

3 結(jié)論與建議

（1）羥丙基瓜爾膠表觀黏度測(cè)試時(shí)，黏度計(jì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不少于2min，讀數(shù)比較穩(wěn)定可靠。

（2）高速攪拌溶液時(shí)，測(cè)試值比低速攪拌時(shí)的測(cè)試值大約3～4 mPa·s，應(yīng)合理選取溶液攪拌速度，確保表觀黏度檢測(cè)值更加準(zhǔn)確。

（3）泡沫、黏度計(jì)轉(zhuǎn)子潔凈程度對(duì)溶液表觀黏度檢測(cè)均有影響，檢測(cè)羥丙基瓜爾膠膠粉的表觀黏度指標(biāo)時(shí)，溶液上層泡沫應(yīng)盡量少，并且每次樣品檢測(cè)前，應(yīng)將黏度計(jì)轉(zhuǎn)子擦拭干凈，再對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。

（4）羥丙基瓜爾膠是水基壓裂中重要的稠化劑，膠粉的表觀黏度質(zhì)量的好壞直接影響壓裂液的攜砂效果和濾失性能，對(duì)壓裂效果產(chǎn)生直接影響，合理的檢測(cè)方法對(duì)嚴(yán)格控制壓裂用羥丙基瓜爾膠質(zhì)量有重要的意義。

表5 轉(zhuǎn)子擦拭對(duì)檢測(cè)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

[1]SY/T 5764-2007壓裂用植物膠通用技術(shù)要求[S].

[2]馬志武，門艷萍，朱海濤，等.低滲透油藏壓裂用支撐劑質(zhì)量影響因素分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2012,28(7):6-9.

[3]王香增，高瑞民，吳金橋，等.延長油田上古生界氣藏壓裂改造工藝技術(shù)分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2010,26(6):9-12.

[4]鄒時(shí)英.羥丙基瓜爾膠的制備及表征[D].成都:四川大學(xué)，2003.

[5]張明華，彭樹華，何建平，等.羥丙基瓜爾膠中羥丙基摩爾取代度以及取代位置的表征[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2009,21(7):969-973.

[6]鄒時(shí)英，王克，殷勤儉，等.瓜爾膠的改性研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用,2003,15(3):317-320.