支撐劑酸溶解度檢測過程的質(zhì)量控制

宋愛莉，張宸，陳維余，孟科全，陳慶棟，高雙，張薇

中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司 （天津 300452）

壓裂工藝過程中常用到的支撐劑，是保持裂縫高導(dǎo)流能力的重要載體，因此支撐劑自身的物理特性至關(guān)重要[1]。評價支撐劑的性能采用石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5108—2014《水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測試方法》進行評價。酸溶解度作為支撐劑評價指標(biāo)之一，參照標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5108—2014中的第8項實驗方法對其進行檢測[2]，實驗的目的是用以確定支撐劑在遇到酸時的適宜性[3]，同時測定支撐劑本身含有的可溶物質(zhì)數(shù)量[4]，可溶物質(zhì)包括碳酸鹽、長石、氧化鐵、泥質(zhì)等。因此這項指標(biāo)對于加砂酸壓工藝技術(shù)的實施尤為重要[5-6]。

1 實驗方法

通過對實驗方法的解讀[7]，認(rèn)識到測試過程主要包括以下5個步驟。

1）稱量在105℃烘箱中烘干至恒重的支撐劑 5 g，作為實驗樣品備用（稱量精度為0.001 g）。

2）將濾紙、漏斗在105℃烘箱中烘干，至少1 h，或者至恒重，稱量備用。

3）配置1 000 mL酸液，其組成是鹽酸：氫氟酸=12:3（361 mL的鹽酸：46.23 g的氟化氫銨），鹽酸的質(zhì)量濃度為37%。

4）將5 g支撐劑樣品與100 mL酸液在66℃的水浴中反應(yīng)30 min；并采用真空過濾技術(shù)在1 min內(nèi)將酸液和支撐劑分離；用20 mL蒸餾水清洗3次支撐劑，至清洗液的pH值為中性。

5）將反應(yīng)后的支撐劑樣品與濾紙一起在105℃烘箱中烘干至恒重，并稱量計算，酸溶解度數(shù)值表示為百分?jǐn)?shù)，保留小數(shù)點后一位。

以上實驗可以測定出支撐劑在酸液中被溶解的物質(zhì)質(zhì)量，從而計算出支撐劑的酸溶解度。在實驗的質(zhì)量控制中，稱量、恒重、反應(yīng)時間3個方面的操作是控制誤差、提高實驗結(jié)果質(zhì)量、保證數(shù)據(jù)真實性、有效性的關(guān)鍵點，下面對3個方面進行簡要分析。

2 稱量的質(zhì)量控制

實驗方法中，稱量包括支撐劑樣品反應(yīng)前后的質(zhì)量稱量、濾紙恒重后的質(zhì)量稱量。全程實驗要求稱量精確值為0.001 g。表1中實驗序號1、2、3、4是實驗標(biāo)準(zhǔn)稱量所得的實驗數(shù)據(jù)，實驗序號1'、2'、3'、4'是將實驗數(shù)據(jù)人為設(shè)定誤差所得的實驗數(shù)據(jù)。

從表1可以看出：稱量誤差在標(biāo)準(zhǔn)稱量基礎(chǔ)上增加（或減少）0.002 g時，酸溶解度變化0.04%；稱量誤差范圍在0.04%～0.10%時，結(jié)果誤差范圍為1.45%～1.59%，誤差造成結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)生數(shù)量級的跳躍。因此，前端數(shù)據(jù)的小誤差將對實驗結(jié)果產(chǎn)生巨大的影響。

表2對比不同人為誤差對結(jié)果的影響程度。從表2可以看出，在1號樣品實驗標(biāo)準(zhǔn)稱量基礎(chǔ)上，隨著人為誤差增加，實驗結(jié)果誤差也隨之增加，并且增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人為誤差的增加幅度。

表1 支撐劑樣品稱量誤差對比

表2 不同人為誤差對實驗結(jié)果的影響

3 恒重的質(zhì)量控制

實驗方法中，恒重包括支撐劑樣品反應(yīng)前后的恒重、濾紙使用前后的恒重。這個步驟的目的是去除支撐劑樣品以及濾紙中所含有的水分，保證酸液真正與支撐劑內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這部分實驗誤差也間接地反映在稱量質(zhì)量的變化上，因此實驗誤差的影響程度與第1種稱量的質(zhì)量控制誤差相似，不再累述。

4 反應(yīng)時間的質(zhì)量控制

實驗方法中，支撐劑樣品與酸液反應(yīng)較快，因此要嚴(yán)格控制30 min的反應(yīng)時間?？刂品磻?yīng)時間目的是讓平行樣之間的實驗條件一致，保證結(jié)果的真實有效。表3中實驗數(shù)據(jù)可以說明，反應(yīng)時間越長，支撐劑的酸溶解度越高，在實驗過程中人為的延長反應(yīng)時間，會導(dǎo)致實驗結(jié)果偏高。

實驗方法中還要求：反應(yīng)結(jié)束后，在1 min內(nèi)將支撐劑樣品與酸液分離。即盡快按時結(jié)束支撐劑與酸的反應(yīng)過程，避免反應(yīng)時間延長引起誤差。

表3 不同反應(yīng)時間對酸溶解度的影響

5 實驗注意事項

通過以上分析，得出支撐劑酸溶解度實驗過程中需要注意以下幾點。

1）實驗中涉及稱量的過程，需要選擇標(biāo)準(zhǔn)要求精度的天平（標(biāo)準(zhǔn)要求精度為0.001 g），稱量過程中,保證天平放置水平，不受震動、風(fēng)等因素的影響，保證稱量的結(jié)果數(shù)據(jù)平穩(wěn)不波動，真實有效。

2）樣品及濾紙漏斗的恒重時間需要在1 h以上，但是時間不能過長，否則濾紙會變脆，在后續(xù)過濾樣品的時候容易破碎，恒重是前提條件。

3）嚴(yán)格控制反應(yīng)時間30 min，在反應(yīng)結(jié)束后，在1 min內(nèi)將樣品與酸分離，避免因延長反應(yīng)時間造成酸溶解度結(jié)果偏高。

6 結(jié)論

通過對支撐劑酸溶解度檢測過程的分析，得出了影響實驗結(jié)果的因素，并針對每個因素變化進行實驗數(shù)據(jù)的驗證。對結(jié)果質(zhì)量控制進行注意事項分析，為該實驗方法提供更加嚴(yán)格的質(zhì)量把控，保證了數(shù)據(jù)真實有效。