CN109307640A - 一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法 - Google Patents

一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法 Download PDF

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赵志宏
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Abstract

本发明公开了一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法，属于石油工程领域。该方法包括：配制多个含有不同量第一降阻剂的滑溜水标样，分别测定多个滑溜水标样的粘度，获取第一降阻剂的含量与滑溜水标样的粘度的关系曲线图，取含有第二降阻剂的待测滑溜水样品，测定待测滑溜水样品的粘度。基于待测滑溜水样品的粘度，根据关系曲线图，获取待测滑溜水中第二降阻剂的含量，其中多个滑溜水标样中第一降阻剂的质量百分含量范围为0.1‰‑2‰。该方法省时简单，结果直观，且能够实现对滑溜水中降阻剂含量的准确测定。

Description

一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法
技术领域
本发明涉及石油工程领域，特别涉及一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法。
背景技术
滑溜水是对页岩油气储层进行水力压裂的一种压裂液体系。为了实现压裂改造效果，滑溜水中需添加降阻剂和添加剂。其中，添加剂主要包括杀菌剂、粘土稳定剂以及助排剂等。而加入降阻剂可以降低滑溜水在储层之间流动的摩擦阻力，从而促使滑溜水更容易进入储层以形成更多压裂缝，有利于提高油气产量。常见的可以用作降阻剂的物质有：丙烯酰胺类聚合物、聚氧化乙烯、纤维素衍生物等。降阻剂的含量直接决定了滑溜水的降阻性能，因此有必要提供一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法。
目前，通常利用配制滑溜水时使用的比例泵对降阻剂抽吸的计量值来间接推算滑溜水中降阻剂的含量。或者，通过人工清点降阻剂加入量的方法得到滑溜水中降阻剂的含量。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
采用现有技术测定滑溜水中降阻剂的含量时常常存在测定结果不准确的问题。以比例泵计量方法举例来说，由于降阻剂的粘度较大以致无法抽吸完全并且抽吸管道中常混有空气，导致比例泵实际抽吸的降阻剂的含量低于计量值。所以用比例泵计量方法不能对其进行准确测定。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法。具体技术方案如下：
本发明实施例提供了一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法，所述方法包括：
配制多个含有不同量第一降阻剂的滑溜水标样，分别测定多个所述滑溜水标样的粘度；
获取所述第一降阻剂的含量与所述滑溜水标样的粘度的关系曲线图；
取含有第二降阻剂的待测滑溜水样品，测定所述待测滑溜水样品的粘度；
基于所述待测滑溜水样品的粘度，根据所述关系曲线图，获取所述待测滑溜水中所述第二降阻剂的含量；
多个所述滑溜水标样中，第一降阻剂的质量百分含量范围为0.1‰-2‰。
具体地，作为优选，采用毛细管粘度计测定所述滑溜水标样、以及所述待测滑溜水样品的动力粘度。
具体地，作为优选，所述毛细管粘度计包括：主管、宽管、弯管，所述主管、所述宽管、以及所述弯管配合构成U形管体；
所述主管中部间隔设置有缓冲球和测定球，所述缓冲球和所述测定球的下端分别对应有标线a和标线b；
所述宽管的下部设置有储器，上部设置有位于所述缓冲球上方的支管。
具体地，作为优选，所述采用毛细管粘度计测定所述滑溜水标样、以及所述待测滑溜水样品的动力粘度，包括：
使所述滑溜水标样和所述待测滑溜水样品分别顺次流经所述标线a和所述标线b，并分别记下所述滑溜水标样和所述待测滑溜水样品自所述标线a到达所述标线b的流出时间；
获取所述毛细管粘度计的粘度计常数；
根据所述流出时间、所述粘度计常数，获取所述动力粘度；
所述动力粘度等于所述流出时间乘以所述粘度计常数。
具体地，作为优选，所述流出时间通过如下方法获取得到：
在所述支管管口接上一根橡皮管，用软木塞塞住所述宽管的管口，倒转所述毛细管粘度计，使所述主管的管口插入到盛有所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品的烧杯中；
使洗耳球接到所述橡皮管管口处，将所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品由所述主管的管口吸至所述标线b处，捏紧所述橡皮管，取出所述毛细管粘度计并倒转，擦干所述毛细管粘度计的管壁，并取下所述橡皮管和所述软木塞；
使所述洗耳球接到所述主管的管口，将所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品吸至所述标线a以上，停止抽吸，使所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品自由流下，观察液面，当所述液面到达所述标线a时，启动秒表，当所述液面到达所述标线b时，按停所述秒表；
记下所述液面自所述标线a到达所述标线b的时间作为所述流出时间。
具体地，作为优选，在获取所述流出时间时，对每个所述滑溜水标样和所述待测滑溜水样品重复测定3-6次，并取平均值。
具体地，作为优选，采用所述毛细管粘度计测定所述动力粘度之前，先用去离子水洗涤所述毛细管粘度计，再用轻质汽油或石油醚洗涤所述毛细管粘度计。
具体地，作为优选，在配制所述滑溜水标样的过程中，使用搅拌器将所述滑溜水标样搅至均匀，调节所述搅拌器的转速至从所述滑溜水标样形成的漩涡中能够看到所述搅拌器的浆叶中轴顶端为止。
具体地，作为优选，多个所述滑溜水标样中的所述第一降阻剂的质量浓度梯度为0.05‰-0.1‰。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
基于滑溜水的粘度主要由滑溜水中降阻剂的含量确定，而滑溜水中的杀菌剂、粘土稳定剂等添加剂对滑溜水的粘度不会产生影响，因此，本发明实施例通过获取第一降阻剂含量与滑溜水标样粘度的关系曲线图，以及测定含有第二降阻剂的待测滑溜水样品的粘度，利用该关系曲线图，来获取待测滑溜水样品中第二降阻剂的含量。可见，本发明实施例提供的方法，操作省时简单，结果直观，且能够实现对滑溜水中降阻剂含量的准确测定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的毛细管粘度计的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第一降阻剂含量与滑溜水标样的粘度的关系曲线图。
其中，附图标记分别表示：
1 主管，
101 缓冲球，
102 测定球，
2 宽管，
201 储器，
202 支管，
3 弯管。
具体实施方式
除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是，在本发明实施例中，第一降阻剂和第二降阻剂为同种降阻剂，将它们分别以第一和第二进行限定，仅仅是为了便于对滑溜水标样和待测滑溜水样品中的降阻剂进行区分，在本发明实施例中，两种降阻剂在成分上没有任何区别。
本发明实施例提供了一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法，该方法包括以下步骤：
步骤101、配制多个含有不同量第一降阻剂的滑溜水标样，分别测定多个滑溜水标样的粘度。
步骤102、获取第一降阻剂的含量与滑溜水标样的粘度的关系曲线图。
步骤103、取含有第二降阻剂的待测滑溜水样品，测定待测滑溜水样品的粘度。
步骤104、基于待测滑溜水样品的粘度，根据关系曲线图，获取待测滑溜水中第二降阻剂的含量；
其中，多个所述滑溜水标样中，第一降阻剂的质量百分含量范围为0.1‰-2‰。
基于滑溜水的粘度主要由滑溜水中降阻剂的含量确定，而滑溜水中的杀菌剂、粘土稳定剂等添加剂对滑溜水的粘度不会产生影响，因此，本发明实施例通过获取第一降阻剂含量与滑溜水标样粘度的关系曲线图，以及测定含有第二降阻剂的待测滑溜水样品的粘度，利用该关系曲线图，来获取待测滑溜水样品中第二降阻剂的含量。可见，本发明实施例提供的方法，操作省时简单，结果直观，且能够实现对滑溜水中降阻剂含量的准确测定。
发明人研究发现，第一降阻剂的质量含量在0.1‰-2‰范围内时，第一降阻剂的含量与滑溜水标样粘度呈正相关关系(而非一次函数关系)，通过Excel图表功能建立降阻剂比例与滑溜水粘度关系曲线，该曲线建立无公式推导，操作简单，后续通过滑溜水粘度直接查找降阻剂比例，对滑溜水中降阻剂含量的测定快速有效。
可以理解的是，滑溜水标样的数目越多，所获取的关系曲线图越能准确地表达降阻剂与滑溜水粘度的关系。即，为了使获取的关系曲线图严谨准确(关系曲线图中相邻两点越紧密越准确)，同时考虑到测定多个滑溜水标样粘度任务的繁重程度，本发明实施例提供的多个滑溜水标样中的第一降阻剂的质量浓度梯度为0.05‰-0.1‰，例如，可以为0.05‰、0.06‰、0.07‰、0.08‰、0.09‰、0.1‰等。
同时，为了使关系曲线图尽可能涵盖实际施工过程中用到的滑溜水样品中降阻剂的含量范围，以方便根据待测滑溜水样品的粘度从关系曲线图中读取待测滑溜水样品中第二降阻剂的含量，多个滑溜水标样中第一降阻剂的质量百分含量范围可以设置为0.1‰-2‰。
基于上述，以质量浓度梯度为0.05‰举例来说，第一个滑溜水标样中第一降阻剂的质量浓度为0.1‰时，第二个滑溜水标样中第一降阻剂的质量浓度为0.15‰、第三个滑溜水标样中第一降阻剂的质量浓度为0.2‰、……、第N个滑溜水标样中第一降阻剂的质量浓度为(0.1+(N-1)×0.05)‰。
考虑到滑溜水标样、以及实际施工过程中待测滑溜水样品的粘度符合毛细管粘度计的粘度测量范围，因此选用毛细管粘度计测定滑溜水标样、以及待测滑溜水样品的动力粘度，以使动力粘度的测定更为方便和准确。可以理解的是，毛细管粘度计所测量的粘度为动力粘度，该动力粘度即可用来准确表征滑溜水的粘度。
本发明实施例提供的毛细管粘度计为本领域所常见的，包括乌氏粘度计、奥氏粘度计、品氏粘度计等。例如，可以利用构造简单、操作方便的品氏粘度计来测定滑溜水标样、以及待测滑溜水样品的动力粘度。
具体地，当选用品氏粘度计作为毛细管粘度计时，如附图1所示，毛细管粘度计包括：主管1、宽管2、弯管3；
主管1、宽管2、以及弯管3配合构成U形管体。
主管1中部间隔设置有缓冲球101和测定球102，缓冲球101和测定球102的下端分别对应有标线a和标线b。
宽管2的下部设置有储器201，上部设置有位于缓冲球101上方的支管202。
上述毛细管粘度计基于Poiseuille公式所示机理来测定液体粘度，该Poiseuille公式，即
式中，r、L分别为主管1的半径和长度，v为在t秒内液体所流过的主管1的体积，即自标线a至标线b的体积，p为毛细管粘度计两端的压力差。根据此式可以得出液体粘度的绝对值。但由于液体粘度的绝对值不易测定，实际操作时，会用已知粘度的液体作为标准液体(例如，纯水)测出毛细管粘度计的粘度计常数，然后令待测液体在相同条件下流过同一支毛细管粘度计，即上式中的r、L、v保持不变，待测液体在毛细管粘度计中的流动仅受压力差p的影响，而压力差p由密度决定。故可根据下述公式求出待测液体粘度：
其中，η、η0待测液体粘度和标准液体粘度，单位为pa·s；
ρ、ρ0待测液体密度和标准液体密度，单位为g/cm3；
t、t0待测液体和标准液体自标线a到达标线b时所用的时间，即为下述流出时间，单位为s。
若待测液体和标准液体较稀，则ρ＝ρ0，这时 为常数，即为本领域所熟知的粘度计常数。此时待测液体粘度等于流出时间乘以粘度计常数。
用上述毛细管粘度计测定的待测液体粘度称为动力粘度，实际上是一种相对粘度，其测定过程简化为测定流出时间。
采用毛细管粘度计测定滑溜水标样或待测滑溜水样品动力粘度，包括：
使滑溜水标样和待测滑溜水样品分别顺次流经标线a和标线b，并分别记下滑溜水标样和待测滑溜水样品自标线a到达标线b的流出时间。
获取毛细管粘度计的粘度计常数，根据流出时间、粘度计常数，获取动力粘度，动力粘度等于流出时间乘以粘度计常数。
作为一种示例，滑溜水标样或待测滑溜水样品的流出时间通过如下方法获取得到：
在支管202管口接上一根橡皮管，用软木塞塞住宽管2的管口，倒转毛细管粘度计，使主管1的管口插入到盛有滑溜水标样或待测滑溜水样品的烧杯中。
使洗耳球接到橡皮管管口处，将滑溜水标样或待测滑溜水样品由主管1的管口吸至标线b处，捏紧橡皮管，取出毛细管粘度计并倒转，擦干毛细管粘度计的管壁，并取下橡皮管和软木塞。
使洗耳球接到主管1的管口，将滑溜水标样或待测滑溜水样品吸至标线a以上，停止抽吸，使滑溜水标样或待测滑溜水样品自由流下，观察液面，当液面到达标线a时，启动秒表，当液面到达标线b时，按停秒表；
记下液面自标线a到达标线b的时间作为流出时间。
通过如上操作方法能够准确测定滑溜水标样的流出时间，进而将流出时间乘以粘度计常数得到滑溜水标样的动力粘度。
附图2示出了第一降阻剂的质量百分含量与滑溜水标样的粘度的关系曲线图的示例，由图2可以看出，第一降阻剂的质量百分含量在0.1‰-2‰范围内时，第一降阻剂的含量与滑溜水标样粘度呈正相关关系，即随着滑溜水标样中的第一降阻剂的含量越高，滑溜水标样的粘度越大。该关系曲线图涵盖了实际施工过程中用到的滑溜水样品中降阻剂的含量范围，通过测定实际施工过程中的滑溜水样品的粘度并与该关系曲线图进行对照，以准确且快速获取实际施工过程中滑溜水样品中的降阻剂含量，能够实现对滑溜水样品的现场配制提供指导，确保配制质量以及施工质量。
在获取流出时间时，对每个滑溜水标样和待测滑溜水样品重复测定3-6次，例如3次、4次、5次、6次，并取平均值，如此，可以减小误差，从而使测定结果更准确。
采用毛细管粘度计测定动力粘度之前，先用去离子水洗涤毛细管粘度计，再用轻质汽油或石油醚洗涤毛细管粘度计。用去离子水洗涤毛细管粘度计是为了将毛细管粘度计管壁上附着的可溶于水的杂质冲洗下来，再用轻质汽油或石油醚洗涤毛细管粘度计是为了将毛细管粘度计管壁上附着的有机杂质冲洗下来，以清洁毛细管粘度计。轻质汽油或石油醚的沸点低，易挥发，能够在清洗工作做完之后，快速将毛细管粘度计内的轻质汽油或石油醚除去，而不会影响毛细管粘度计的正常使用。
在配制滑溜水标样的过程中，使用搅拌器将滑溜水标样搅至均匀，调节搅拌器的转速至从滑溜水标样形成的漩涡中能够看到搅拌器的浆叶中轴顶端为止。
在配制多个含有不同量第一降阻剂的滑溜水标样时，使用搅拌器将预定量的水和添加剂混合均匀之后再缓慢加入预定量的降阻剂，以避免形成鱼眼，并时刻调整搅拌器的转速以保证漩涡状态。持续搅拌，直至形成均匀稳定的溶液后，停止搅拌。判断溶液是否已均匀稳定的标准是能否从滑溜水标样形成的漩涡中持续看到搅拌器的浆叶中轴顶端。若能够从滑溜水标样形成的漩涡中持续看到搅拌器的浆叶中轴顶端，则表明溶液已达到均匀稳定的状态，可停止搅拌，进行动力粘度的测定。
本发明实施例使用的搅拌器为本领域所常见的桨式搅拌器，其结构较为简单，包括浆叶和搅拌轴，浆叶呈片状，一般有2-4片，通过焊接或螺栓连接均匀固定在搅拌轴的下端。进行搅拌工作时，使搅拌器通过搅拌轴的上端连接到电动机上，搅拌轴旋转带动浆叶旋转从而实现搅拌液体样品，而桨叶中轴顶端指的即是桨叶与搅拌轴的连接点的顶端。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测定滑溜水中降阻剂含量的方法，其特征在于，所述方法包括：
配制多个含有不同量第一降阻剂的滑溜水标样，分别测定多个所述滑溜水标样的粘度；
获取所述第一降阻剂的含量与所述滑溜水标样的粘度的关系曲线图；
取含有第二降阻剂的待测滑溜水样品，测定所述待测滑溜水样品的粘度；
基于所述待测滑溜水样品的粘度，根据所述关系曲线图，获取所述待测滑溜水中所述第二降阻剂的含量；
多个所述滑溜水标样中，所述第一降阻剂的质量百分含量范围为0.1‰-2‰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用毛细管粘度计测定所述滑溜水标样、以及所述待测滑溜水样品的动力粘度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述毛细管粘度计包括：主管(1)、宽管(2)、弯管(3)；
所述主管(1)、所述宽管(2)、以及所述弯管(3)配合构成U形管体；
所述主管(1)中部间隔设置有缓冲球(101)和测定球(102)，所述缓冲球(101)和所述测定球(102)的下端分别对应有标线a和标线b；
所述宽管(2)的下部设置有储器(201)，上部设置有位于所述缓冲球(101)上方的支管(202)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用毛细管粘度计测定所述滑溜水标样、以及所述待测滑溜水样品的动力粘度，包括：
使所述滑溜水标样和所述待测滑溜水样品分别顺次流经所述标线a和所述标线b，并分别记下所述滑溜水标样和所述待测滑溜水样品自所述标线a到达所述标线b的流出时间；
获取所述毛细管粘度计的粘度计常数；
根据所述流出时间、所述粘度计常数，获取所述动力粘度；
所述动力粘度等于所述流出时间乘以所述粘度计常数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述流出时间通过如下方法获取得到：
在所述支管(202)管口接上一根橡皮管，用软木塞塞住所述宽管(2)的管口，倒转所述毛细管粘度计，使所述主管(1)的管口插入到盛有所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品的烧杯中；
使洗耳球接到所述橡皮管管口处，将所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品由所述主管(1)的管口吸至所述标线b处，捏紧所述橡皮管，取出所述毛细管粘度计并倒转，擦干所述毛细管粘度计的管壁，并取下所述橡皮管和所述软木塞；
使所述洗耳球接到所述主管(1)的管口，将所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品吸至所述标线a以上，停止抽吸，使所述滑溜水标样或所述待测滑溜水样品自由流下，观察液面，当所述液面到达所述标线a时，启动秒表，当所述液面到达所述标线b时，按停所述秒表；
记下所述液面自所述标线a到达所述标线b的时间作为所述流出时间。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取所述流出时间时，对每个所述滑溜水标样和所述待测滑溜水样品重复测定3-6次，并取平均值。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用所述毛细管粘度计测定所述动力粘度之前，先用去离子水洗涤所述毛细管粘度计，再用轻质汽油或石油醚洗涤所述毛细管粘度计。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在配制所述滑溜水标样的过程中，使用搅拌器将所述滑溜水标样搅至均匀，调节所述搅拌器的转速至从所述滑溜水标样形成的漩涡中能够看到所述搅拌器的浆叶中轴顶端为止。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个所述滑溜水标样中的所述第一降阻剂的质量浓度梯度为0.05‰-0.1‰。
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