水分測(cè)定對(duì)羥丙基瓜爾膠質(zhì)量判定影響因素的探討與分析

賈克勤

摘 要：羥丙基瓜爾膠[1-2]是油氣田在壓裂作業(yè)中廣泛使用的一種稠化劑[2-3]，其含水率是判定產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)之一，水分測(cè)定值還關(guān)聯(lián)到粘度值的測(cè)定，粘度值是判定產(chǎn)品等級(jí)的重要指標(biāo)。所以，水分測(cè)定在此產(chǎn)品檢測(cè)中有雙重意義！檢驗(yàn)人員通過用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，就水分測(cè)定的結(jié)果對(duì)質(zhì)量判定的影響進(jìn)行探討與分析。

關(guān)鍵詞：羥丙基瓜爾膠;水分測(cè)定;粘度值;質(zhì)量判定

1.檢測(cè)依據(jù)

目前，羥丙基瓜爾膠采用中國石油化工集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SHCG 64—2013[1]進(jìn)行檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)的名稱為《壓裂用瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠技術(shù)要求》。為了簡(jiǎn)便起見，下面簡(jiǎn)稱為64—2013標(biāo)準(zhǔn)。

在64—2013標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：產(chǎn)品的含水率≤10%;在0.6%瓜膠蒸餾水溶液、30℃恒溫養(yǎng)護(hù)4小時(shí)、剪切速率170s-1的條件下，一級(jí)品的粘度值≥110 mPa·s;在0.6%瓜膠蒸餾水溶液、30℃恒溫養(yǎng)護(hù)4小時(shí)、剪切速率170s-1的條件下，二級(jí)品的粘度值≥105 mPa·s。

2.含水率測(cè)定

64—2013標(biāo)準(zhǔn)中提供了兩種水分測(cè)定的方法。方法一：將水分測(cè)定儀在105℃±2℃條件下預(yù)熱預(yù)校，稱取5.00g樣品，平鋪在稱量盤內(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)，儀器的讀數(shù)即為樣品的含水率。方法二：稱?。?.5～1.0）g膠粉（精確至0.0001g），平鋪在恒重的稱量瓶中，置于105℃±2℃的烘箱內(nèi)烘制2h，取出放入干燥器中冷卻20min后稱量，然后再烘1h，再冷卻，再稱量，直至恒重。

含水率數(shù)值的求取：按照公式W=（m1-m2）÷m1×100%[1]的算法計(jì)算求得。式中，W：膠粉的含水率;m1：烘干前的膠粉質(zhì)量g;m2：烘干后的膠粉質(zhì)量g。

按照64—2013標(biāo)準(zhǔn)中的兩種測(cè)水方法，檢測(cè)人員分別做了樣品水分測(cè)定的實(shí)驗(yàn)。為了將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)和分析，實(shí)驗(yàn)人員選取了6個(gè)不同批次的樣品進(jìn)行檢測(cè)。水分檢測(cè)結(jié)果如“表一”所示：

3.粘度測(cè)定

按照64—2013標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定進(jìn)行操作。具體步驟：量取500ml蒸餾水倒入?yún)且饠嚢杵髦?取〔3÷（1-W）〕g[1]膠粉備用;調(diào)節(jié)吳茵攪拌器轉(zhuǎn)速，使得液體形成的漩渦可以見到攪拌器漿葉中軸頂端為止;將稱好的膠粉緩慢加入攪拌器內(nèi)，控制好加入速度，避免形成魚眼，在加入過程中時(shí)刻調(diào)整攪拌器的轉(zhuǎn)速，以保證液體形成的漩渦可以見到攪拌器漿葉中軸頂端;膠粉完全加入后繼續(xù)攪拌5min，形成均勻的溶液，停止攪拌，將溶液倒入燒杯里，置于30℃的水浴鍋中恒溫養(yǎng)護(hù)4h;用Fann—35型六速粘度計(jì)測(cè)定養(yǎng)護(hù)好的溶液粘度，讀取轉(zhuǎn)速100r/min條件下的粘度計(jì)指針讀數(shù)。

粘度值的求?。喊凑展?M=5.077×a÷1.704的算法計(jì)算求得[1]。式中，M：粘度值 mPa·s;a：粘度計(jì)指針讀數(shù);5.077：當(dāng)a為1時(shí)的剪切應(yīng)力值10-1Pa;1.704：當(dāng)粘度計(jì)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)為1時(shí)的剪切速率值s-1。

粘度測(cè)定的結(jié)果詳見“表一”，表中顯示了不同批次樣品的粘度值和不同水分樣品的粘度值。

4.質(zhì)量判定

從“表一”中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出以下判斷：

①同批次的樣品，用不同水分測(cè)定方法測(cè)得的含水率結(jié)果不同，水分測(cè)定儀測(cè)得的結(jié)果和烘箱烘干法測(cè)得的結(jié)果相比較，前者測(cè)得的數(shù)值普遍偏大。

②6個(gè)不同批次的樣品中，水分測(cè)定儀測(cè)得的水分結(jié)果顯示：C批次樣品，含水率不合格（含水率>10%）;烘箱烘干法測(cè)得的水分結(jié)果顯示：所有批次的樣品，含水率都合格（含水率≤10%）。

③測(cè)粘度用的膠粉量按〔3÷（1-W）〕g稱取，含水率數(shù)值越大，膠粉稱取量越多，溶液粘度就越高;相反，含水率數(shù)值越小，膠粉稱取量越少，溶液粘度就越低。同批次的樣品，測(cè)水方法不同，所測(cè)定的粘度值不同。

④6個(gè)不同批次的樣品中，用水分測(cè)定儀測(cè)定水分后，只有E批次樣品的粘度值符合二級(jí)品（≥105 mPa·s）等級(jí)的指標(biāo)，其它5個(gè)批次的樣品符合一級(jí)品（≥110 mPa·s）等級(jí)的指標(biāo);用烘箱烘干法測(cè)定水分后，B、E兩個(gè)批次的樣品符合二級(jí)品等級(jí)的指標(biāo)，其它4個(gè)批次的樣品符合一級(jí)品等級(jí)的指標(biāo)。

5.觀點(diǎn)和建議

水分測(cè)定方法不同，測(cè)得的含水率數(shù)值也不同。這種數(shù)據(jù)的不一致性，使得同一種樣品會(huì)有兩種不同結(jié)果的判定。比如實(shí)驗(yàn)中的C批次樣品，用水分測(cè)定儀測(cè)得的含水率是不合格的，而用烘箱烘干法測(cè)得的含水率是合格的;同理，同一種樣品在粘度判定時(shí)，會(huì)有一級(jí)和二級(jí)的兩個(gè)結(jié)果同時(shí)存在的現(xiàn)象。比如實(shí)驗(yàn)中的B批次樣品，用水分測(cè)定儀測(cè)定水分時(shí)，粘度等級(jí)符合一級(jí)品的指標(biāo)要求，而用烘箱烘干法測(cè)定水分時(shí)，粘度等級(jí)只符合二級(jí)品的指標(biāo)要求。

這種對(duì)樣品品質(zhì)的不同判定結(jié)果，會(huì)在樣品檢測(cè)指標(biāo)接近標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)限值邊緣的時(shí)候出現(xiàn)。此時(shí)此刻，檢測(cè)人員對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量判定是難以下結(jié)論的。產(chǎn)品供應(yīng)商跟用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量判定結(jié)果的爭(zhēng)議也會(huì)由此產(chǎn)生。比如，某批次羥丙基瓜爾膠產(chǎn)品的樣品在檢測(cè)時(shí)，用水分測(cè)定儀測(cè)得的含水率剛剛超過指標(biāo)線，產(chǎn)品自然判定為含水率不合格。但是，產(chǎn)品供應(yīng)商會(huì)依照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（64—2013）的規(guī)定，要求含水率的測(cè)定按烘箱烘干法測(cè)定，此法測(cè)得的樣品含水率可能又是合格的。對(duì)于粘度等級(jí)的判定，也會(huì)出現(xiàn)如此分歧的狀況。比如，某批次羥丙基瓜爾膠產(chǎn)品的樣品在檢測(cè)時(shí)，用烘箱烘干法測(cè)測(cè)定含水率，以此為依據(jù)配制的溶液粘度達(dá)不到一級(jí)品等級(jí)指標(biāo)時(shí)，產(chǎn)品自然判定為二級(jí)或以下等級(jí)。但是，產(chǎn)品供應(yīng)商會(huì)參照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，要求含水率的測(cè)定按水分測(cè)定儀測(cè)定，依此配制的溶液粘度可能會(huì)達(dá)到一級(jí)品的粘度指標(biāo)。

華北油氣分公司在壓裂工程施工中，每年的羥丙基瓜爾膠使用量高達(dá)幾百噸。用量大，質(zhì)量把控的力度就要大。嚴(yán)苛的招投標(biāo)制度、供應(yīng)商的優(yōu)中選優(yōu)、產(chǎn)品出入庫檢驗(yàn)、產(chǎn)品入井前抽檢、等等手段，都是在為產(chǎn)品質(zhì)量層層把關(guān)。在具體施工中，如何充分發(fā)揮羥丙基瓜爾膠的高粘度、低失水、低磨阻等特點(diǎn)，如何做到稠化劑加量小、膠體攜砂能力強(qiáng)、返排效果好等施工質(zhì)量，壓裂作業(yè)工藝設(shè)計(jì)中要求，壓裂液使用的羥丙基瓜爾膠，其粘度值等各項(xiàng)指標(biāo)要大于等于一級(jí)[4]品的質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。盡管如此，某些產(chǎn)品供應(yīng)商還是在不斷地從檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中尋找打擦邊球的機(jī)會(huì)。

按照64—2013標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)羥丙基瓜爾膠時(shí)，水分測(cè)定的兩種方法原理是相似的，但結(jié)果有明顯的差異，所以，產(chǎn)品的質(zhì)量判定可能有兩個(gè)結(jié)果。為了使產(chǎn)品的質(zhì)量判定獨(dú)立精準(zhǔn)，為了避免各個(gè)檢測(cè)部門之間的意見分歧，為了杜絕產(chǎn)品供應(yīng)商的僥幸行為，建議檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)里只保留一種水分測(cè)定的方法。實(shí)驗(yàn)人員經(jīng)過長期的實(shí)踐檢驗(yàn)，從難易度、習(xí)慣性、靈活性、機(jī)動(dòng)性、安全性、穩(wěn)定性、可靠性等各個(gè)方面考慮并體驗(yàn)，認(rèn)為，采用烘箱烘干法檢測(cè)羥丙基瓜爾膠的含水率指標(biāo)是首選的檢測(cè)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉紅霞，張娜. 壓裂用瓜爾膠和羥丙基瓜爾膠技術(shù)要求，中國石油化工集團(tuán)公司，2013.10

[2]王軍利，陳夫山.瓜爾膠的應(yīng)用研究[J]，天津造紙，2002.（3）：11～12

[3]榮國斌，蘇克曼.大學(xué)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)[M]， 華東理工大學(xué)出版社，化學(xué)工業(yè)出版社，2000：518

[4]劉威.D66-P2井太2層可溶橋塞分段壓裂投產(chǎn)工程設(shè)計(jì)，華北油氣分公司，2018年9月13日