水分测定对羟丙基瓜尔胶质量判定影响因素的探讨与分析

贾克勤

摘 要：羟丙基瓜尔胶[1-2]是油气田在压裂作业中广泛使用的一种稠化剂[2-3]，其含水率是判定产品质量的指标之一，水分测定值还关联到粘度值的测定，粘度值是判定产品等级的重要指标。所以，水分测定在此产品检测中有双重意义！检验人员通过用大量的实验数据，就水分测定的结果对质量判定的影响进行探讨与分析。

关键词：羟丙基瓜尔胶;水分测定;粘度值;质量判定

1.检测依据

目前，羟丙基瓜尔胶采用中国石油化工集团公司企业标准Q/SHCG 64—2013[1]进行检测，标准的名称为《压裂用瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶技术要求》。为了简便起见，下面简称为64—2013标准。

在64—2013标准中规定：产品的含水率≤10%;在0.6%瓜胶蒸馏水溶液、30℃恒温养护4小时、剪切速率170s-1的条件下，一级品的粘度值≥110 mPa·s;在0.6%瓜胶蒸馏水溶液、30℃恒温养护4小时、剪切速率170s-1的条件下，二级品的粘度值≥105 mPa·s。

2.含水率测定

64—2013标准中提供了两种水分测定的方法。方法一：将水分测定仪在105℃±2℃条件下预热预校，称取5.00g样品，平铺在称量盘内，105℃加热0.5h，开启仪器读数开关，观察投影屏，10min内读数变动幅度小于0.2%时，仪器的读数即为样品的含水率。方法二：称取（0.5～1.0）g胶粉（精确至0.0001g），平铺在恒重的称量瓶中，置于105℃±2℃的烘箱内烘制2h，取出放入干燥器中冷却20min后称量，然后再烘1h，再冷却，再称量，直至恒重。

含水率数值的求取：按照公式W=（m1-m2）÷m1×100%[1]的算法计算求得。式中，W：胶粉的含水率;m1：烘干前的胶粉质量g;m2：烘干后的胶粉质量g。

按照64—2013标准中的两种测水方法，检测人员分别做了样品水分测定的实验。为了将实验结果进行比对和分析，实验人员选取了6个不同批次的样品进行检测。水分检测结果如“表一”所示：

3.粘度测定

按照64—2013標准中的规定进行操作。具体步骤：量取500ml蒸馏水倒入吴茵搅拌器中;取〔3÷（1-W）〕g[1]胶粉备用;调节吴茵搅拌器转速，使得液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端为止;将称好的胶粉缓慢加入搅拌器内，控制好加入速度，避免形成鱼眼，在加入过程中时刻调整搅拌器的转速，以保证液体形成的漩涡可以见到搅拌器浆叶中轴顶端;胶粉完全加入后继续搅拌5min，形成均匀的溶液，停止搅拌，将溶液倒入烧杯里，置于30℃的水浴锅中恒温养护4h;用Fann—35型六速粘度计测定养护好的溶液粘度，读取转速100r/min条件下的粘度计指针读数。

粘度值的求取：按照公式 M=5.077×a÷1.704的算法计算求得[1]。式中，M：粘度值 mPa·s;a：粘度计指针读数;5.077：当a为1时的剪切应力值10-1Pa;1.704：当粘度计每分钟转数为1时的剪切速率值s-1。

粘度测定的结果详见“表一”，表中显示了不同批次样品的粘度值和不同水分样品的粘度值。

4.质量判定

从“表一”中的统计结果可以得出以下判断：

①同批次的样品，用不同水分测定方法测得的含水率结果不同，水分测定仪测得的结果和烘箱烘干法测得的结果相比较，前者测得的数值普遍偏大。

②6个不同批次的样品中，水分测定仪测得的水分结果显示：C批次样品，含水率不合格（含水率>10%）;烘箱烘干法测得的水分结果显示：所有批次的样品，含水率都合格（含水率≤10%）。

③测粘度用的胶粉量按〔3÷（1-W）〕g称取，含水率数值越大，胶粉称取量越多，溶液粘度就越高;相反，含水率数值越小，胶粉称取量越少，溶液粘度就越低。同批次的样品，测水方法不同，所测定的粘度值不同。

④6个不同批次的样品中，用水分测定仪测定水分后，只有E批次样品的粘度值符合二级品（≥105 mPa·s）等级的指标，其它5个批次的样品符合一级品（≥110 mPa·s）等级的指标;用烘箱烘干法测定水分后，B、E两个批次的样品符合二级品等级的指标，其它4个批次的样品符合一级品等级的指标。

5.观点和建议

水分测定方法不同，测得的含水率数值也不同。这种数据的不一致性，使得同一种样品会有两种不同结果的判定。比如实验中的C批次样品，用水分测定仪测得的含水率是不合格的，而用烘箱烘干法测得的含水率是合格的;同理，同一种样品在粘度判定时，会有一级和二级的两个结果同时存在的现象。比如实验中的B批次样品，用水分测定仪测定水分时，粘度等级符合一级品的指标要求，而用烘箱烘干法测定水分时，粘度等级只符合二级品的指标要求。

这种对样品品质的不同判定结果，会在样品检测指标接近标准指标限值边缘的时候出现。此时此刻，检测人员对产品的质量判定是难以下结论的。产品供应商跟用户对产品质量判定结果的争议也会由此产生。比如，某批次羟丙基瓜尔胶产品的样品在检测时，用水分测定仪测得的含水率刚刚超过指标线，产品自然判定为含水率不合格。但是，产品供应商会依照检测标准（64—2013）的规定，要求含水率的测定按烘箱烘干法测定，此法测得的样品含水率可能又是合格的。对于粘度等级的判定，也会出现如此分歧的状况。比如，某批次羟丙基瓜尔胶产品的样品在检测时，用烘箱烘干法测测定含水率，以此为依据配制的溶液粘度达不到一级品等级指标时，产品自然判定为二级或以下等级。但是，产品供应商会参照检测标准的规定，要求含水率的测定按水分测定仪测定，依此配制的溶液粘度可能会达到一级品的粘度指标。

华北油气分公司在压裂工程施工中，每年的羟丙基瓜尔胶使用量高达几百吨。用量大，质量把控的力度就要大。严苛的招投标制度、供应商的优中选优、产品出入库检验、产品入井前抽检、等等手段，都是在为产品质量层层把关。在具体施工中，如何充分发挥羟丙基瓜尔胶的高粘度、低失水、低磨阻等特点，如何做到稠化剂加量小、胶体携砂能力强、返排效果好等施工质量，压裂作业工艺设计中要求，压裂液使用的羟丙基瓜尔胶，其粘度值等各项指标要大于等于一级[4]品的质量等级标准。尽管如此，某些产品供应商还是在不断地从检测标准中寻找打擦边球的机会。

按照64—2013标准检测羟丙基瓜尔胶时，水分测定的两种方法原理是相似的，但结果有明显的差异，所以，产品的质量判定可能有两个结果。为了使产品的质量判定独立精准，为了避免各个检测部门之间的意见分歧，为了杜绝产品供应商的侥幸行为，建议检测标准里只保留一种水分测定的方法。实验人员经过长期的实践检验，从难易度、习惯性、灵活性、机动性、安全性、稳定性、可靠性等各个方面考虑并体验，认为，采用烘箱烘干法检测羟丙基瓜尔胶的含水率指标是首选的检测方法。

参考文献：

[1]刘红霞，张娜. 压裂用瓜尔胶和羟丙基瓜尔胶技术要求，中国石油化工集团公司，2013.10

[2]王军利，陈夫山.瓜尔胶的应用研究[J]，天津造纸，2002.（3）：11～12

[3]荣国斌，苏克曼.大学有机化学基础[M]， 华东理工大学出版社，化学工业出版社，2000：518

[4]刘威.D66-P2井太2层可溶桥塞分段压裂投产工程设计，华北油气分公司，2018年9月13日