Stephen.Sun Thermo Fisher Scientific, 材料表征部,，中國(guó)上海

簡(jiǎn)介

       壓裂液是在利用液體驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行流體礦開(kāi)采過(guò)程中用到的一類液體,。在中國(guó)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(duì)其評(píng)估的主要方法,。世界上,，特別是在美國(guó)，已有多種測(cè)試模式可對(duì)壓裂液流變性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量,。根據(jù)中國(guó)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(gè)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(cè)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(cè)量壓裂液粘度,，這對(duì)測(cè)量?jī)x器來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn),。多年以來(lái)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(píng)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(hào)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(chǎng)測(cè)試,，在遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)室或研究中心的場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)試。用戶無(wú)法將上述提到的流變儀搬至現(xiàn)場(chǎng),，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(chǎng)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(cè)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(gè)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℃

       此便攜式儀器的升降是手動(dòng)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(dòng)識(shí)別,。不同型號(hào)的高溫高壓密閉單元有固定的測(cè)量間隙,。擰松升降手柄之后，測(cè)量頭可平穩(wěn)地滑到測(cè)量位置,。測(cè)量結(jié)束之后,，可通過(guò)手柄將測(cè)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(gòu)買）內(nèi),。加上所有內(nèi)容物,，每個(gè)箱子的重量也不超過(guò)20 kg，通過(guò)飛機(jī)運(yùn)輸*沒(méi)有問(wèn)題（圖2）,。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后,，幾分鐘內(nèi)就可完成開(kāi)箱組裝，測(cè)試之前無(wú)需任何調(diào)試,。

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(cè)試時(shí)無(wú)需任何調(diào)試，因此操作者只需要準(zhǔn)備好樣品,，然后對(duì)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(cè)量頭就位,。操作者可以使用 HAAKE RheoWin 軟件，根據(jù)他們編輯的測(cè)試作業(yè)流程來(lái)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(cè)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(cè)試

       本次實(shí)驗(yàn)用的是中國(guó)油田行業(yè)內(nèi)一種典型的測(cè)試方法,，用于評(píng)估壓裂液的耐熱性和抗剪能力,。在圖3中可以看出，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中,，剪切速率始終十分穩(wěn)定地保持在170 s-1,，這對(duì)后測(cè)試結(jié)果非常重要。因?yàn)闃悠分袥](méi)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(kāi)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(lái)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(huì)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(duì)交聯(lián)壓裂液進(jìn)行的典型粘度測(cè)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(gè)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(duì)樣品進(jìn)行了測(cè)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(píng)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(chǎng),，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。