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HAAKE流變儀進行壓裂液粘度測試

發布:柜谷科技發展(上海)有限公司
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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,壓裂技術作為一種能提高油氣產量的有效方法而得到了廣泛推廣,發展很快。目前壓裂液是壓裂技術中最重要的組成部分。表征壓裂液的流變性質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進行測量。根據中國油田的行業標準,在一定的溫度和壓力下,剪切速率為170 s-1時,在1.5 - 2個小時內粘度值不應低于某一特定值。油田上使用的大多數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。多年以來的實踐證明,配有獨特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,提供壓力最高可達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場,因為這類流變儀需要空氣壓縮機和循環器,其運輸十分不便。更重要的是,由于現場環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,導致測量數據質量變差。

       為了響應這一需求,ThermoFisher Scientific研發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,溫度可達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,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,測量頭可平穩地滑到測量位置。測量結束之后,可通過手柄將測量頭升到最高位置,高溫高壓密閉單元可拆下清洗。可輕松拆卸整套設備,將其裝入運輸箱(可選擇購買)內。加上所有內容物,每個箱子的重量也不超過20 kg,通過飛機運輸完全沒有問題(圖2)。到達現場之后,幾分鐘內就可完成開箱組裝,測試之前無需任何調試。

圖2:便攜式HAAKE Viscotester iQ流變儀的運輸箱.png

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,將其放入加熱系統中,調低測量頭就位。操作者可以使用 HAAKE RheoWin 軟件,根據他們編輯的測試作業流程來控制儀器。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據。

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.png

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內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定地保持在170 s-1,這對最后測試結果非常重要。因為樣品中沒有交聯和結構,這種基礎壓裂液的粘度大約為40 mpa.s。在開始的幾分鐘內粘度值不斷變小,這主要是因為溫度需要一定時間來達到穩定值。如果在基礎樣品里加入交聯劑,結果就會立即發生變化(圖4)。

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

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

       很顯然在加入交聯劑之后,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,兩者結果相近且具有可比性,只是 MARS60 流變儀得到的數據值比Viscotester iQ流變儀的值略高。

總結

       所有結果都證明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現場,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。


2020-03-30 14:45:50
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