檢測羥丙基瓜爾膠表觀粘度影響因素的研究討論

王江濤，烏永兵，營虎虎

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檢測羥丙基瓜爾膠表觀粘度影響因素的研究討論

王江濤，烏永兵，營虎虎

（延長油田股份有限公司，陜西 延安 717208）

通過數(shù)次實(shí)驗(yàn)，主要從含水率、攪拌速率、水浴時(shí)間、溶劑的選擇等方面，研究了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測羥丙基瓜爾膠表觀粘度的影響因素。

羥丙基瓜爾膠；表觀粘度；含水率；攪拌速率；混調(diào)

羥丙基瓜爾膠，英文名：Hydroxypropyl Guar，簡稱HPG。其外觀無臭、無味、淡黃色粉末，不溶于醇、醚、酮等有機(jī)溶劑，易溶于水。是一種高級非離子增稠劑，在水中具有良好的分散溶解性能。主要用于油田壓裂液和鉆井液中。將羥丙基瓜爾膠配制成溶液加入交聯(lián)劑、支撐劑混合在一起，制成壓裂液，用于油田壓裂，提高油井的產(chǎn)量。

壓裂液（fracturing fluid）, 在石油開采中為了獲得高產(chǎn)而借用液體傳導(dǎo)力（如水力等）壓裂措施時(shí)所用的液體。壓裂液的性能要求，粘度高、潤滑性好，濾失量小等。壓裂液粘度低，則耐溫耐剪切能力下降，影響壓裂液的懸砂效果；壓裂液粘度低，造壁性能差，則壓裂液的濾失量大，嚴(yán)重影響裂縫的形成及延伸[1]。目前壓裂液粘度的大小主要來源于羥丙基瓜爾膠。為此，表觀粘度就作為判定羥丙基瓜爾膠合格與否的主要參數(shù)之一。

1 理論知識

1.1 表觀粘度的定義及檢測意義

表觀粘度，又稱為有效粘度或視粘度，是指在某一剪切速率下，剪切應(yīng)力與剪切速率的比值[2]。表觀粘度只是對流動性好壞作一個(gè)相對的大致比較。真正的粘度應(yīng)當(dāng)是不可逆的粘性流動的一部分，表觀粘度包括了可逆的高彈性變形那一部分，所以表觀粘度一般小于真正粘度。表觀粘度又可分為剪切粘度和拉伸粘度。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟[3]

1.2.1 含水率測定

設(shè)置加熱溫度為105 ℃，加熱時(shí)間為30 min，預(yù)熱儀器30 min，用藥匙移取羥丙基瓜爾膠，使其平鋪于樣品盤內(nèi)，準(zhǔn)確稱取5.000 g羥丙基瓜爾膠粉，30 min后直接讀出該膠粉的含水率。

1.2.2 稱取羥丙基瓜爾膠

將上述測得的含水率值，代入公式=3.000/（1-）中，計(jì)算出需稱量的羥丙基瓜爾膠質(zhì)量；取一張稱量紙，用天平準(zhǔn)確稱取克羥丙基瓜爾膠。

1.2.3 攪拌

量取500 mL純水，倒入混調(diào)器攪拌杯中，按混調(diào)器低速檔按鈕，儀器低速轉(zhuǎn)動，緩慢加入克羥丙基瓜爾膠，蓋上蓋子；按混調(diào)器高速檔按鈕，高速攪拌，調(diào)節(jié)電壓為50～55 V，攪拌5 min。

1.2.4 恒溫水浴

將攪拌好的膠液倒入燒杯中，加蓋，置于30 ℃水浴鍋中，恒溫4 h以上。

1.2.5 表觀粘度測定

將恒溫水浴后的膠粉溶液拿出，用玻璃棒攪拌均勻，倒入六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測量杯中，至標(biāo)準(zhǔn)刻度線處。將測量杯安裝在六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)升降臺上，調(diào)節(jié)高度，使杯內(nèi)液面至外轉(zhuǎn)筒刻度線。打開開關(guān)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為100 r/min，讀取數(shù)值，記為值。

1.2.6 計(jì)算

將上述所得值代入公式μ=5.077/1.704，得出表觀粘度μ值。

1.3 主要儀器設(shè)備

表1 實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備

2 影響因素

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測羥丙基瓜爾膠表觀粘度的影響因素主要有含水率的大小、攪拌速率的大小、水浴時(shí)間的長短、溶劑的選擇、環(huán)境濕度、人為因素等。作者將逐一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

3 分析討論影響因素

3.1 含水率的影響

本實(shí)驗(yàn)選擇同一個(gè)樣品做了10次含水率測定，具體如圖3-1所示。

圖 3-1 含水率測定

由圖3-1可以看出，此羥丙基瓜爾膠的含水率最高為9.62%，最低為9.08%，9.40%出現(xiàn)了4次，平均含水率為9.405%。重復(fù)實(shí)驗(yàn)的再現(xiàn)性不是很好，主要因?yàn)槿藶檎`差和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境濕度的變化。

根據(jù)=3.000 /（1-）可以看出，含水率高，稱取的膠粉就多，含水率的高低，最終影響著膠粉加入量的多少。膠粉加入量的多少對表觀粘度的影響如圖3-2所示。

圖3-2 膠粉加入量的多少對表觀粘度的影響

由圖3-2可以看出隨著膠粉加入量的增大，表觀粘度也隨之增大。含水率高，稱取的膠粉就多，表觀粘度就大。因此針對同一個(gè)羥丙基瓜爾膠，含水率高表觀粘度大。

3.2 攪拌速度和水浴時(shí)間的影響

本實(shí)驗(yàn)選用了三種不同是溶劑來溶解羥丙基瓜爾膠樣品，分別為蒸餾水、自來水、油田注入水，在不同的攪拌速率和水浴時(shí)間下測定了表觀粘度。具體如圖3-3，4，5所示。

圖3-3 蒸餾水溶解羥丙基瓜爾膠

圖3-4 自來水溶解羥丙基瓜爾膠

圖3-5 注入水溶解羥丙基瓜爾膠

由圖3-3，3-4，3-5可以看出：

（1）攪拌速度低于2 000 r/min，表觀粘度比較小，大于3 000 r/min而小于10 000 r/min，表觀粘度趨于穩(wěn)定；圖3-5 攪拌速度大于10 000 r/min時(shí)，表觀粘度反而降低。

（2）水浴時(shí)間為0 h，表觀粘度較大，水浴時(shí)間為4 h，6 h，8 h時(shí)，表觀粘度比較穩(wěn)定。

3.3 溶劑的影響

本實(shí)驗(yàn)選用蒸餾水、自來水和油田注入水作為溶劑，并且選擇500、1 000、2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、8 000、10 000、12 000 r/min轉(zhuǎn)速混調(diào)膠液，水浴時(shí)間為4 h，測出的表觀粘度具體如圖3-6所示。

圖3-6 三種溶劑不同攪拌速率下的表觀粘度

由圖3-6可以看出，純水溶劑情況下的表觀粘度較高，油田注入水溶劑情況下的表觀粘度小。主要原因是油田注入水中含不同的離子較多，影響了表觀粘度。

4 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測羥丙基瓜爾膠表觀粘度的影響因素比較多，主要結(jié)論如下：

（1）環(huán)境濕度影響著膠粉的含水率，而含水率高，表觀粘度就大。

（2）攪拌速率低于2 000 r/min時(shí)，表觀粘度較低；攪拌速率大于3 000 r/min時(shí)，表觀粘度趨于穩(wěn)定。

（3）水浴時(shí)間小于2 h時(shí)，表觀粘度較高，水浴時(shí)間大于4 h時(shí)，表觀粘度趨于穩(wěn)定，即水浴膠液時(shí)，不能低于4 h。

（4）溶劑含離子少時(shí)，表觀粘度較高，溶劑含離子多時(shí)，表觀粘度較小，即實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測的表觀粘度大于施工現(xiàn)場檢測的表觀粘度，原因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室內(nèi)所用的溶劑為純水。

（5）人為因素是任何實(shí)驗(yàn)都避免不了的，操作手法的不一樣，讀數(shù)的主觀性等。

本實(shí)驗(yàn)只考慮到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測羥丙基瓜爾膠表觀粘度的影響因素，石油工作者可繼續(xù)深入研究現(xiàn)場羥丙基瓜爾膠表觀粘度的影響因素。

［1］楊野，王鳳山. 采油設(shè)備、井下工具及油田化學(xué)劑檢驗(yàn)技術(shù)手冊［M］.北京: 石油工業(yè)出版社，2013.

［2］周金葵. 鉆井液工藝技術(shù)［M］. 北京: 石油工業(yè)出版社，2008.

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

Study on Factors Affecting the Detection Result of Apparent Viscosity of Hydroxypropyl Guar

（Yanchang Oilfield Co.,Ltd., Shaanxi Yan’an 717208, China）

Effect of water content, stirring speed, water bath time, solvent selection on the detection result of apparent viscosity of hydroxypropyl guar in lab was studied by several experiments.

hydroxypropyl guar; apparent viscosity; water content; stirring speed; mixing

2016-04-25

王江濤（1983-），男，工程師，陜西省延安市人，2006年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專業(yè)，從事油田化學(xué)技術(shù)工作。

TE 357

A

1004-0935（2017）07-0634-03