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HAAKE流變儀進(jìn)行壓裂液粘度測試

閱讀:1810        發(fā)布時(shí)間:2020-4-9

Stephen.Sun Thermo Fisher Scientific, 材料表征部,中國上海

簡介

       壓裂液是在利用液體驅(qū)動力進(jìn)行流體礦開采過程中用到的一類液體。在中國的油田中,壓裂技術(shù)作為一種能提高油氣產(chǎn)量的有效方法而得到了廣泛推廣,發(fā)展很快。目前壓裂液是壓裂技術(shù)中重要的組成部分。表征壓裂液的流變性質(zhì)是對其評估的主要方法。世界上,特別是在美國,已有多種測試模式可對壓裂液流變性質(zhì)進(jìn)行測量。根據(jù)中國油田的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在一定的溫度和壓力下,剪切速率為170 s-1時(shí),在1.5 - 2個小時(shí)內(nèi)粘度值不應(yīng)低于某一特定值。油田上使用的大多數(shù)壓裂液是水基壓裂液,而粘度測試的溫度總是高于100℃,如何能在此條件下高精度且不改變初始特性(如蒸發(fā)和剪切效應(yīng))地測量壓裂液粘度,這對測量儀器來說是一個巨大挑戰(zhàn)。多年以來的實(shí)踐證明,配有*的高溫高壓密閉單元的ThermoFisher Scientific HAAKE MARS及RSXXX系列流變儀是壓裂液評估中實(shí)用且可靠的儀器。HAAKE系列產(chǎn)品名錄中有各種型號的高溫高壓密閉單元,例如D100/200, D400/300, D600/250, D70/300和D170/300等,提供壓力可達(dá)600 bar,溫度可達(dá)300℃且耐酸性的高溫高壓密閉單元,可以滿足油田用戶的所有要求。但是目前用戶提出了新需求,要求能進(jìn)行現(xiàn)場測試,在遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室或研究中心的場地進(jìn)行測試。用戶無法將上述提到的流變儀搬至現(xiàn)場,因?yàn)檫@類流變儀需要空氣壓縮機(jī)和循環(huán)器,其運(yùn)輸十分不便。更重要的是,由于現(xiàn)場環(huán)境通常比較差且嘈雜,使用空氣軸承的流變儀非常容易受到影響,導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)質(zhì)量變差。

       為了響應(yīng)這一需求,ThermoFisher Scientific研發(fā)并推出了一款便攜式強(qiáng)勁堅(jiān)固的流變儀,即HAAKE Viscotester iQ流變儀,如圖1所示。此款儀器包括三個主要部分,分別是Viscotester iQ流變儀,圓筒加熱單元和高溫高壓密閉單元(與所有HAAKE 系列儀器兼容)。

圖1:便攜式HAAKE Viscotester iQ流變儀,配有高溫高壓密閉單元,帶電加熱系統(tǒng),溫度可達(dá)300℃.png

圖1:便攜式HAAKE Viscotester iQ流變儀,配有高溫高壓密閉單元,帶電加熱系統(tǒng),溫度可達(dá)300℃

       此便攜式儀器的升降是手動控制的,儀器主要特征之一是其具有直觀的操作。高溫高壓密閉單元可被軟件自動識別。不同型號的高溫高壓密閉單元有固定的測量間隙。擰松升降手柄之后,測量頭可平穩(wěn)地滑到測量位置。測量結(jié)束之后,可通過手柄將測量頭升到高位置,高溫高壓密閉單元可拆下清洗??奢p松拆卸整套設(shè)備,將其裝入運(yùn)輸箱(可選擇購買)內(nèi)。加上所有內(nèi)容物,每個箱子的重量也不超過20 kg,通過飛機(jī)運(yùn)輸*沒有問題(圖2)。到達(dá)現(xiàn)場之后,幾分鐘內(nèi)就可完成開箱組裝,測試之前無需任何調(diào)試。

圖2:便攜式HAAKE Viscotester iQ流變儀的運(yùn)輸箱.png

圖2:便攜式HAAKE Viscotester iQ流變儀的運(yùn)輸箱

實(shí)驗(yàn)

       如上所述,使用此儀器進(jìn)行測試時(shí)無需任何調(diào)試,因此操作者只需要準(zhǔn)備好樣品,然后對其加壓即可。高溫高壓密閉單元上蓋密封之后,將其放入加熱系統(tǒng)中,調(diào)低測量頭就位。操作者可以使用 HAAKE RheoWin 軟件,根據(jù)他們編輯的測試作業(yè)流程來控制儀器。圖3是溫度為90℃,剪切速率為170 s-1時(shí)一種壓裂液基液的測量數(shù)據(jù)。

圖3:利用便攜式HAAKE Viscotester iQ流變儀進(jìn)行的典型的壓裂液粘度測試.png

圖3:利用便攜式HAAKE Viscotester iQ流變儀進(jìn)行的典型的壓裂液粘度測試

       本次實(shí)驗(yàn)用的是中國油田行業(yè)內(nèi)一種典型的測試方法,用于評估壓裂液的耐熱性和抗剪能力。在圖3中可以看出,在整個測試過程中,剪切速率始終十分穩(wěn)定地保持在170 s-1,這對后測試結(jié)果非常重要。因?yàn)闃悠分袥]有交聯(lián)和結(jié)構(gòu),這種基礎(chǔ)壓裂液的粘度大約為40 mpa.s。在開始的幾分鐘內(nèi)粘度值不斷變小,這主要是因?yàn)闇囟刃枰欢〞r(shí)間來達(dá)到穩(wěn)定值。如果在基礎(chǔ)樣品里加入交聯(lián)劑,結(jié)果就會立即發(fā)生變化(圖4)。

圖4 利用便攜式 HAAKE Viscotester iQ和MARS60 流變儀對交聯(lián)壓裂液進(jìn)行的典型粘度測試.png

圖4 利用便攜式 HAAKE Viscotester iQ和MARS60 流變儀對交聯(lián)壓裂液進(jìn)行的典型粘度測試

       很顯然在加入交聯(lián)劑之后,粘度增加了好幾倍,耐熱性也變得更強(qiáng)。在近一個小時(shí)內(nèi)溫度保持在110℃,樣品粘度仍然保持在200 mpa.s 以上,這符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外既使用HAAKE Viscotester iQ流變儀,也使用了MARS60 流變儀對樣品進(jìn)行了測試,兩者結(jié)果相近且具有可比性,只是 MARS60 流變儀得到的數(shù)據(jù)值比Viscotester iQ流變儀的值略高。

總結(jié)

       所有結(jié)果都證明ThermoFisher Scientific HAAKE Viscotester iQ流變儀是評估壓裂液流變性能實(shí)用且可靠的儀器。HAAKE Viscotester iQ 流變儀具有便攜式配置,可輕松將其搬至遠(yuǎn)離用戶實(shí)驗(yàn)室的作業(yè)現(xiàn)場,進(jìn)行組裝和操作。HAAKE Viscotester iQ 流變儀的某些指標(biāo)可與大型流變儀相媲美,其性能非常優(yōu)異,與大型流變儀接近,為用戶的研究工作提供了更豐富的選擇和更多的可能性。

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