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)進行測量,。根據(jù)中國油田的行業(yè)標準，在一定的溫度和壓力下,，剪切速率為170 s-1時,，在1.5 - 2個小時內(nèi)粘度值不應低于某一特定值。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）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600 bar，溫度可達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，要求能進行現(xiàn)場測試,，在遠離實驗室或研究中心的場地進行測試,。用戶無法將上述提到的流變儀搬至現(xiàn)場，因為這類流變儀需要空氣壓縮機和循環(huán)器,，其運輸十分不便,。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,，導致測量數(shù)據(jù)質(zhì)量變差。

       為了響應這一需求,，ThermoFisher Scientific研發(fā)并推出了一款便攜式強勁堅固的流變儀,，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，通過飛機運輸*沒有問題（圖2）,。到達現(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流變儀的運輸箱

實驗

       如上所述,，使用此儀器進行測試時無需任何調(diào)試，因此操作者只需要準備好樣品,，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流變儀進行的典型的壓裂液粘度測試

       本次實驗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,。因為樣品中沒有交聯(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,，這主要是因為溫度需要一定時間來達到穩(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,。在近一個小時內(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)標準,。另外既使用HAAKE Viscotester iQ流變儀，也使用了MARS60 流變儀對樣品進行了測試,，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,，可輕松將其搬至遠離用戶實驗室的作業(yè)現(xiàn)場，進行組裝和操作,。HAAKE Viscotester iQ 流變儀的某些指標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,。