检测羟丙基瓜尔胶表观粘度影响因素的研究讨论

王江涛，乌永兵，营虎虎



检测羟丙基瓜尔胶表观粘度影响因素的研究讨论

王江涛，乌永兵，营虎虎

（延长油田股份有限公司，陕西 延安 717208）

通过数次实验，主要从含水率、搅拌速率、水浴时间、溶剂的选择等方面，研究了实验室内检测羟丙基瓜尔胶表观粘度的影响因素。

羟丙基瓜尔胶；表观粘度；含水率；搅拌速率；混调

羟丙基瓜尔胶，英文名：Hydroxypropyl Guar，简称HPG。其外观无臭、无味、淡黄色粉末，不溶于醇、醚、酮等有机溶剂，易溶于水。是一种高级非离子增稠剂，在水中具有良好的分散溶解性能。主要用于油田压裂液和钻井液中。将羟丙基瓜尔胶配制成溶液加入交联剂、支撑剂混合在一起，制成压裂液，用于油田压裂，提高油井的产量。

压裂液（fracturing fluid）, 在石油开采中为了获得高产而借用液体传导力（如水力等）压裂措施时所用的液体。压裂液的性能要求，粘度高、润滑性好，滤失量小等。压裂液粘度低，则耐温耐剪切能力下降，影响压裂液的悬砂效果；压裂液粘度低，造壁性能差，则压裂液的滤失量大，严重影响裂缝的形成及延伸[1]。目前压裂液粘度的大小主要来源于羟丙基瓜尔胶。为此，表观粘度就作为判定羟丙基瓜尔胶合格与否的主要参数之一。

1 理论知识

1.1 表观粘度的定义及检测意义

表观粘度，又称为有效粘度或视粘度，是指在某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值[2]。表观粘度只是对流动性好坏作一个相对的大致比较。真正的粘度应当是不可逆的粘性流动的一部分，表观粘度包括了可逆的高弹性变形那一部分，所以表观粘度一般小于真正粘度。表观粘度又可分为剪切粘度和拉伸粘度。

1.2 实验步骤[3]

1.2.1 含水率测定

设置加热温度为105 ℃，加热时间为30 min，预热仪器30 min，用药匙移取羟丙基瓜尔胶，使其平铺于样品盘内，准确称取5.000 g羟丙基瓜尔胶粉，30 min后直接读出该胶粉的含水率。

1.2.2 称取羟丙基瓜尔胶

将上述测得的含水率值，代入公式=3.000/（1-）中，计算出需称量的羟丙基瓜尔胶质量；取一张称量纸，用天平准确称取克羟丙基瓜尔胶。

1.2.3 搅拌

量取500 mL纯水，倒入混调器搅拌杯中，按混调器低速档按钮，仪器低速转动，缓慢加入克羟丙基瓜尔胶，盖上盖子；按混调器高速档按钮，高速搅拌，调节电压为50～55 V，搅拌5 min。

1.2.4 恒温水浴

将搅拌好的胶液倒入烧杯中，加盖，置于30 ℃水浴锅中，恒温4 h以上。

1.2.5 表观粘度测定

将恒温水浴后的胶粉溶液拿出，用玻璃棒搅拌均匀，倒入六速旋转粘度计测量杯中，至标准刻度线处。将测量杯安装在六速旋转粘度计升降台上，调节高度，使杯内液面至外转筒刻度线。打开开关，调节转速为100 r/min，读取数值，记为值。

1.2.6 计算

将上述所得值代入公式μ=5.077/1.704，得出表观粘度μ值。

1.3 主要仪器设备

表1 实验所用仪器设备

2 影响因素

实验室内检测羟丙基瓜尔胶表观粘度的影响因素主要有含水率的大小、搅拌速率的大小、水浴时间的长短、溶剂的选择、环境湿度、人为因素等。作者将逐一进行实验研究。

3 分析讨论影响因素

3.1 含水率的影响

本实验选择同一个样品做了10次含水率测定，具体如图3-1所示。

图 3-1 含水率测定

由图3-1可以看出，此羟丙基瓜尔胶的含水率最高为9.62%，最低为9.08%，9.40%出现了4次，平均含水率为9.405%。重复实验的再现性不是很好，主要因为人为误差和实验室环境湿度的变化。

根据=3.000 /（1-）可以看出，含水率高，称取的胶粉就多，含水率的高低，最终影响着胶粉加入量的多少。胶粉加入量的多少对表观粘度的影响如图3-2所示。

图3-2 胶粉加入量的多少对表观粘度的影响

由图3-2可以看出随着胶粉加入量的增大，表观粘度也随之增大。含水率高，称取的胶粉就多，表观粘度就大。因此针对同一个羟丙基瓜尔胶，含水率高表观粘度大。

3.2 搅拌速度和水浴时间的影响

本实验选用了三种不同是溶剂来溶解羟丙基瓜尔胶样品，分别为蒸馏水、自来水、油田注入水，在不同的搅拌速率和水浴时间下测定了表观粘度。具体如图3-3，4，5所示。

图3-3 蒸馏水溶解羟丙基瓜尔胶

图3-4 自来水溶解羟丙基瓜尔胶

图3-5 注入水溶解羟丙基瓜尔胶

由图3-3，3-4，3-5可以看出：

（1）搅拌速度低于2 000 r/min，表观粘度比较小，大于3 000 r/min而小于10 000 r/min，表观粘度趋于稳定；图3-5 搅拌速度大于10 000 r/min时，表观粘度反而降低。

（2）水浴时间为0 h，表观粘度较大，水浴时间为4 h，6 h，8 h时，表观粘度比较稳定。

3.3 溶剂的影响

本实验选用蒸馏水、自来水和油田注入水作为溶剂，并且选择500、1 000、2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、8 000、10 000、12 000 r/min转速混调胶液，水浴时间为4 h，测出的表观粘度具体如图3-6所示。

图3-6 三种溶剂不同搅拌速率下的表观粘度

由图3-6可以看出，纯水溶剂情况下的表观粘度较高，油田注入水溶剂情况下的表观粘度小。主要原因是油田注入水中含不同的离子较多，影响了表观粘度。

4 结 论

实验室内检测羟丙基瓜尔胶表观粘度的影响因素比较多，主要结论如下：

（1）环境湿度影响着胶粉的含水率，而含水率高，表观粘度就大。

（2）搅拌速率低于2 000 r/min时，表观粘度较低；搅拌速率大于3 000 r/min时，表观粘度趋于稳定。

（3）水浴时间小于2 h时，表观粘度较高，水浴时间大于4 h时，表观粘度趋于稳定，即水浴胶液时，不能低于4 h。

（4）溶剂含离子少时，表观粘度较高，溶剂含离子多时，表观粘度较小，即实验室内检测的表观粘度大于施工现场检测的表观粘度，原因为实验室内所用的溶剂为纯水。

（5）人为因素是任何实验都避免不了的，操作手法的不一样，读数的主观性等。

本实验只考虑到实验室内检测羟丙基瓜尔胶表观粘度的影响因素，石油工作者可继续深入研究现场羟丙基瓜尔胶表观粘度的影响因素。

［1］杨野，王凤山. 采油设备、井下工具及油田化学剂检验技术手册［M］.北京: 石油工业出版社，2013.

［2］周金葵. 钻井液工艺技术［M］. 北京: 石油工业出版社，2008.

［3］SY/T 5764-2007，压裂用植物胶通用技术要求［S］.

Study on Factors Affecting the Detection Result of Apparent Viscosity of Hydroxypropyl Guar

（Yanchang Oilfield Co.,Ltd., Shaanxi Yan’an 717208, China）

Effect of water content, stirring speed, water bath time, solvent selection on the detection result of apparent viscosity of hydroxypropyl guar in lab was studied by several experiments.

hydroxypropyl guar; apparent viscosity; water content; stirring speed; mixing

2016-04-25

王江涛（1983-），男，工程师，陕西省延安市人，2006年毕业于西安石油大学石油工程专业，从事油田化学技术工作。

TE 357

A

1004-0935（2017）07-0634-03