高溫高壓便攜式 HAAKE ViscotesteriQ 流變儀進(jìn)行壓裂液粘度測(cè)試

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(lèi)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)中最重要的組成部分。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，配有高溫高壓密閉單元的ThermoFisher ScientificHAAKE 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，提供壓力最高可達(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(mǎn)足油田用戶(hù)的所有要求。但是目前用戶(hù)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(hù)無(wú)法將上述提到的流變儀搬至現(xiàn)場(chǎng)，因?yàn)檫@類(lèi)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）。

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)量頭升到最高位置，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(mǎi)）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。

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)有一種壓裂液基液的測(cè)量數(shù)據(jù)。

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)最后測(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）。

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 ViscotesteriQ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 ViscotesteriQ 流變儀具有便攜式配置，可輕松將其搬至遠(yuǎn)離用戶(hù)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(hù)的研究工作提供了更豐富的選擇和更多的可能性。