2021-12-14
引(yin)自：馬(ma)明, 田萌(meng),方(fang)波,等. 多糖溶液交(jiao)聯(lian)凝(ning)膠(jiao)化過(guo)程微(wei)流(liu)(liu)變(bian)學(xue)研究(jiu)[C]. //第十二屆全國流(liu)(liu)變(bian)學(xue)學(xue)術會議論(lun)文集. 2014:91-94.
摘要
壓(ya)裂(lie)(lie)液(ye)中稠化(hua)劑(ji)溶液(ye)凝(ning)膠化(hua)過程決定(ding)著壓(ya)裂(lie)(lie)施工的(de)(de)(de)成敗。本文采用(yong)光學(xue)(xue)微流變(bian)(bian)的(de)(de)(de)方法研究(jiu)了交(jiao)聯(lian)劑(ji)用(yong)量、溫(wen)度、濃(nong)度對兩種多糖(tang)類(lei)稠化(hua)劑(ji)低濃(nong)度胍膠和(he)(he)纖(xian)維素溶液(ye)的(de)(de)(de)交(jiao)聯(lian)過程的(de)(de)(de)影響。在交(jiao)聯(lian)過程中， 溶液(ye)的(de)(de)(de)彈性因子 EI(Elasticity Index)和(he)(he)宏觀粘度因子 MVI（Macroscopic Viscosity Index）值隨時間(jian)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua) 是(shi)先(xian)增大，然后逐漸(jian)達到穩定(ding)；改(gai)變(bian)(bian)交(jiao)聯(lian)條件可以(yi)得到不同的(de)(de)(de) EI 和(he)(he) MVI 值隨時間(jian)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)曲線，表明(ming)光 學(xue)(xue)微流變(bian)(bian)法能夠較好地表征(zheng)多糖(tang)溶液(ye)的(de)(de)(de)靜態凝(ning)膠化(hua)過程。
1 引言(yan)
低(di)(di)滲(shen)透(tou)儲(chu)層(ceng)物性(xing)條件復雜、敏感(gan)性(xing)強、易受傷害(hai)，對壓裂(lie)技(ji)術(shu)的(de)要求(qiu)也(ye)越來越高[1-4]。為有效控(kong)制(zhi)和(he)降低(di)(di)壓裂(lie)液對油層(ceng)的(de)傷害(hai)，開發滿足低(di)(di)滲(shen)透(tou)儲(chu)層(ceng)壓裂(lie)需要的(de)低(di)(di)質量分(fen)數、低(di)(di)殘渣、低(di)(di)傷害(hai)的(de)超級胍膠(jiao)壓裂(lie)液和(he)清潔纖維素壓裂(lie)液配方體系是十分(fen)必要的(de)，該過(guo)程可以利用(yong)光(guang)學微流變儀研究低(di)(di)濃度瓜膠(jiao)和(he)纖維素溶液的(de)交聯凝膠(jiao)化過(guo)程。
微(wei)流(liu)變(bian)(bian)(bian)學是(shi)(shi)流(liu)變(bian)(bian)(bian)學研(yan)究(jiu)新領域，因其測量過程為(wei)靜止、非接觸狀態，不需要使用(yong)宏觀應力，與常規(gui)旋轉流(liu)變(bian)(bian)(bian)儀相比(bi)，可以保證樣品在(zai)測量時不發生變(bian)(bian)(bian)形(xing)和(he)(he)破壞，且不會出現壁面(mian)滑移(yi)[5-7]。光(guang)學法微(wei)流(liu)變(bian)(bian)(bian)儀是(shi)(shi)采用(yong)動態激光(guang)光(guang)散射為(wei)基礎的(de)(de)多(duo)散斑擴散波光(guang)譜學（MS-DWS）技術[8]，通(tong)過持(chi)續不斷地追蹤檢測嵌入在(zai)流(liu)體中(zhong)的(de)(de)顆(ke)粒熱(re)運動，計算得(de)(de)到流(liu)體中(zhong)顆(ke)粒熱(re)運動造成的(de)(de)納米級均(jun)方位移(yi)，并與樣品的(de)(de)網(wang)絡(luo)結構相關(guan)聯，在(zai)無擾動和(he)(he)破壞的(de)(de)情況下獲得(de)(de)樣品微(wei)流(liu)變(bian)(bian)(bian)學性質（包括宏觀粘(zhan)度因子(zi) MVI 和(he)(he)彈性因子(zi) EI），可以表征(zheng)多(duo)糖類(lei)聚合物(wu)凝(ning)膠過程。
2 實驗
2.1 試劑(ji)和儀器
試(shi)劑(ji)(ji)：低濃度胍(gua)膠（本文中簡(jian)稱胍(gua)膠）；交(jiao)聯劑(ji)(ji) FAL-120、 pH 調節劑(ji)(ji) FAL-121；2μm SiO2，阿(a)拉丁試(shi)劑(ji)(ji)、改(gai)性纖維素(su) FAG-500；調節劑(ji)(ji)、 有機鋯交(jiao)聯劑(ji)(ji)。儀器：光(guang)學法微流變儀 RHEOLASER MASTER。
2.2 實(shi)驗(yan)方法
低濃度(du)胍(gua)膠微(wei)流(liu)變測(ce)(ce)(ce)試(shi)：在一定(ding)測(ce)(ce)(ce)試(shi)溫度(du)下，取(qu)20ml 不(bu)同濃度(du)的(de)(de)低濃度(du)胍(gua)膠溶液(ye)分別加(jia)入(ru) 0.3%pH 調節劑(ji)FAL-121和 2% 的(de)(de)2μm SiO2 示蹤顆粒，混合均勻(yun)，然后加(jia)入(ru)0.5%交(jiao)聯劑(ji)FAL-120，迅速放入(ru)微(wei)流(liu)變儀內，設(she)定(ding)測(ce)(ce)(ce)試(shi)模式為(wei) full characterisation，頻率(lv)范圍為(wei)10Hz 到10-4Hz。纖維素溶液(ye)微(wei)流(liu)變測(ce)(ce)(ce)試(shi)：配制 0.2%FAG-500 水溶液(ye)，向(xiang)其中(zhong)加(jia)入(ru) 0.1%增粘劑(ji)，待溶液(ye)*溶解(jie)后加(jia)入(ru)1%SiO2(2μm)作為(wei)示蹤劑(ji)；每(mei)次取(qu)20ml 上述溶液(ye)，加(jia)入(ru) 0.9%的(de)(de)交(jiao)聯調節劑(ji)待測(ce)(ce)(ce)。
3 結果(guo)與(yu)討(tao)論
3.1 低(di)濃度胍(gua)膠溶液交聯微(wei)流變(bian)過程
在(zai)30℃下，以2%的(de) 2μm SiO2 為(wei)示蹤劑分別(bie)測定(ding)(ding)不同濃度胍膠交聯(lian)過(guo)程(cheng)(cheng)中 MVI 隨時間的(de)變化，結果如圖2 所(suo)示。交聯(lian)過(guo)程(cheng)(cheng)中，MVI 值隨時間的(de)變化是先增大(da)(da)，然后逐(zhu)漸達(da)到穩(wen)(wen)定(ding)(ding)；胍膠濃度越(yue)大(da)(da)達(da)到穩(wen)(wen) 定(ding)(ding)所(suo)需(xu)要的(de)時間越(yue)短(duan)，達(da)到穩(wen)(wen)定(ding)(ding)時MVI 值越(yue)大(da)(da)。
在不同溫度下，0.2%胍(gua)膠交聯過(guo)程中MVI 隨時(shi)間的(de)變化結果(guo)如圖3所示(shi)。隨著溫度的(de)升(sheng)高，MVI 值達到穩定所需要的(de)時(shi)間縮短，且(qie)達到穩定時(shi)MVI 值減小。
3.2 纖維素胍膠溶液交聯微流變(bian)過程
在(zai)(zai)30℃下，改變(bian)交(jiao)聯劑(ji)的(de)(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)，纖維素溶液(ye)(ye)靜(jing)態交(jiao)聯過程中(zhong)EI 和MVI 隨時間(jian)的(de)(de)(de)變(bian)化結果如圖(tu)4、圖(tu)5 所示(shi)。由圖(tu)4可知(zhi)(zhi)，隨著(zhu)(zhu)交(jiao)聯劑(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)增加，溶液(ye)(ye)形(xing)成凝(ning)膠(jiao)所用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)時間(jian)減少(shao)；當(dang)交(jiao)聯劑(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)不(bu)超過0.25%時，隨著(zhu)(zhu)交(jiao)聯劑(ji)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)增加，溶液(ye)(ye)形(xing)成凝(ning)膠(jiao)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)彈(dan)性逐(zhu)漸(jian)增大，交(jiao)聯劑(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)超過0.25%溶液(ye)(ye)后(hou)(hou)，交(jiao)聯凍(dong)膠(jiao)的(de)(de)(de)彈(dan)性逐(zhu)漸(jian)減小，凍(dong)膠(jiao)粘(zhan)(zhan)壁(bi)并(bing)且脆(cui)。由圖(tu)5所示(shi)，隨著(zhu)(zhu)交(jiao)聯劑(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)增加，溶液(ye)(ye)形(xing)成凝(ning)膠(jiao)所用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)時間(jian)減少(shao)；溶液(ye)(ye)的(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)度急(ji)速增加，當(dang)交(jiao)聯劑(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)超過0.3%后(hou)(hou)，溶液(ye)(ye)形(xing)成凝(ning)膠(jiao)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)粘(zhan)(zhan)度幾乎不(bu)變(bian)。由圖(tu)4、圖(tu)5可知(zhi)(zhi)，最合(he)適的(de)(de)(de)交(jiao)聯劑(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)(liang)在(zai)(zai)0.2%-0.3%之間(jian)。
4 結論
在相同(tong)溫度(du)下(xia)，胍膠(jiao)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)交(jiao)聯過(guo)程(cheng)(cheng)中隨(sui)濃度(du)增大，由溶(rong)液(ye)(ye)(ye)形成凝(ning)膠(jiao)的(de)時(shi)間(jian)(jian)越短(duan)，MVI值越大；對(dui)相同(tong)濃度(du)的(de)胍膠(jiao)溶(rong)液(ye)(ye)(ye)，隨(sui)交(jiao)聯溫度(du)升高，凝(ning)膠(jiao)化時(shi)間(jian)(jian)越短(duan)，MVI值越小(xiao)。在纖維素 FAG-500 交(jiao)聯過(guo)程(cheng)(cheng)中，溶(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)EI和(he)MVI值隨(sui)時(shi)間(jian)(jian)的(de)變化先增大，然后逐漸達(da)到穩定(ding)；改變交(jiao)聯的(de)條件可以得到不同(tong)的(de) EI和(he)MVI，表(biao)明光學(xue)微流變法能(neng)夠(gou)比(bi)較地的(de)表(biao)征多糖溶(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)靜(jing)態(tai)凝(ning)膠(jiao)化過(guo)程(cheng)(cheng)，為研究多糖溶(rong)液(ye)(ye)(ye)的(de)靜(jing)態(tai)交(jiao)聯流變動力學(xue)提供基(ji)礎。
參考(kao)文獻(xian)
[1] 朱廣宇．可再(zai)生低聚半乳甘露聚糖(tang)凝(ning)膠體系及流變性研(yan)究 [D]．華東理工大(da)學碩士論文．2012
[2] Dong Z, Holditch S, McVay D, et al. Global unconventional gas resource assessment [J]. SPE Economics & Management, 2012, 4(4): 222-234.
[3] Crompton P, Wu Y. Energy consumption in China: past trends and future directions[J]. Energy Economics, 2005, 27(1): 195-208.
[4] 何(he)良好. 聚合物稠化劑制(zhi)備及超(chao)高溫壓(ya)裂液體(ti)系流變性能(neng)研究[D]. 華東理(li)工大學碩士論文．2013.
[5]Tisserand C, Fleury M, Brunel L, et al. Passive microrheology for measurement of the concentrated
dispersions stability[M]//UK Colloids 2011. Springer Berlin Heidelberg, 2012: 101-105.
[6] Tisserand C, Fleury M, Brunel L, et al. Soft matter analysis by means of microrheology [J]. JCT Coatings Tech, 2012, 9(3): 46-51. [7] Chen Y Q, Cheng C Y, Chiang C C, et al. Microrheology of sodium polystyrene sulfonate (NaPSS) solutions with different polymer concentrations and molecular weights studied by diffusing wave pectroscopy[C]//Photonics Asia 2010. International Society for Optics and Photonics, 2010: 78480H-78480H-9.
[8] Chen Y Q, Chou P, Cheng C Y, et al. Microrheology of human synovial fluid of arthritis patients studied by diffusing wave spectroscopy[J]. Journal of biophotonics, 2012, 5(10): 777-784.
[9] Ye J, Qiu T, Wang H, et al. Study of glycidyl ether as a new kind of modifier for urea formaldehyde wood adhesives [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2013, 128(6): 4086-4094.
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