减阻剂减阻机理探索

减阻剂减阻机理探索侯利华王海燕1，新疆利华绿原新能源有限责任公司新疆库尔勒841000；2，中石油廊坊分院河北廊坊065000【摘要】本文选择6种不同类型减阻剂，重点研究了不同浓度减阻剂的粘度曲线和光滑管减阻效果，并比较了同浓度体系在光滑管中的减阻性能。分析了减阻剂类型、分子量、分子结构、离子性能和浓度对其减阻性能的影响，对减阻剂减阻机理进行了探索。【关键词】减阻剂减阻性能减阻机理减阻率中图分类号：TE869文献标识码：A文章编号：1009—4067(2013)24—280一叭一、试剂和仪器试剂：A剂、B剂、C剂、D剂、H剂、OP一10，CTAC。按照一定浓度配制成B剂、C剂、D剂、H剂、CTAC+D剂、OP一10+A水溶液；实验中所用水均为自来水。A剂为非离子聚丙烯酰胺，B剂为阴离子聚丙烯酰胺，c剂为速溶瓜胶，D剂为阳离子聚丙烯酰胺，H剂为两性聚丙烯酰胺。B剂、c剂和H剂在水中速溶，D剂在水中溶解性能一般，A剂只有在加入OP一10条件下，才能较好在水中溶解，0．18％0P一10+0．3％A剂的配比下，A剂可得到最佳的水溶解性能，携砂能力。仪器：FA2004型电子天平；减阻剂评价装置，包括离心泵，涡轮流量计，循环水箱，阀门，光滑直管，管件、差压变送器、温度计。2．流变性，粘弹性测定采用AntonPaar流变仪，锥板系统对减阻液进行粘度测定。采用MARS流变仪，对减阻液进行粘弹性测定。3．减阻实验方法测试管段包括光滑管和粗糙管，均为不锈钢管，实验管段长度1=2．0m，光滑管直径d=20．5mm，粗糙管直径d=22ram(相对粗糙度为O．001)，采用涡轮流量传感器测定流体流量，压差变送器测量压差。二、减阻溶液性能分类研究了6种减阻液的流变性能，压差与流量对比关系，减阻率与剪切速率和雷诺数的关系。1．减阻溶液粘弹性对比采用AntonPaar流变仪，进行了减阻体系粘度测定。在相同浓度下，减阻剂粘度曲线比较如图2所示。其中：0．04％CTAC+0．1％D剂粘度最大，0．1％C剂次之，0．1％H剂粘度最小。说明H剂分子量最低。图3表示0．1％H剂溶液的粘弹性，图4表示0．1％D剂溶液的粘弹性。比较图3和图4，D剂的粘性模量G略高于H剂粘性模量，而H剂的弹性模量G高于D剂的弹性模量。也就是说，H剂粘度略低于D剂时，却可以获得较D剂高的弹性性能。o20040060080010001200Shearrate(i／s)图2光滑管流动的不同种类减阻体系粘度曲图30．1％H剂溶液粘弹性实验280中国电子商务．_2013·240O30025002001500100050嘲‘⋯1．h◆．入◆◆．√012345图40．I％D剂溶液粘弹性实验三、减阻剂减阻机理探索结合减阻剂类型，分子量，分子结构，离子性能等特征，对减阻液性能进行归纳总结于表1。经过分析表1实验数据，对影响减阻剂减阻陛能的因素进行了初步探索并优选出适合页岩气储层大规模压裂施工用减阻剂。表1减阻剂性能对比类型减阻剂溶解性粘度mPa．分子量(万)分子结构离子特性最高减阻率％瓜胶C速溶1OO一200分子主链带支链非离子B速溶478001000长链结构阴离子聚台物一般35400—600螺旋型阳离子73H(FA30)速溶2480一l40线状结构，带长支链阴离子70CTAC+D般412400—600螺旋!胶束阳离于75表面活性剂op1【l'A般35—55007o0睃柬非离予70如表1所示，六种减阻剂分别配制成水溶液，减阻剂呈连续相分散在流体中。c剂，B剂和H剂都属于长链性分子结构，较D剂螺旋型结构和表面活性剂胶束结构更容易在水中溶解。B剂为单纯的长链结构，较c剂和H剂带有支链的长链结构更容易断裂，不能形成持久良好的减阻效果。D剂分子链柔顺，呈螺旋结构，具有较高的弹性，在水中可以得到充分伸展，所以D剂具有高减阻率。以往有关于分子量越高，减阻剂性能越好的实验结论。但从表1可以看出，只要减阻剂分子量高于100万，不同减阻剂减阻效果趋于接近。就表1来看，减阻剂的离子特性和粘度大小与其减阻效果没有明显联系。在一定流量范嗣内，减阻剂的减阻率随着浓度的提高而提高，也不是减阻剂的决定性因素。所以，认为决定减阻剂减阻性能的主要因素是减阻剂的分子结构。四、结论经过6种减阻剂的流变实验和减阻实验，得到减阻剂的流变性能，压差与流量对比关系，减阻率与剪切速率和雷诺数的关系。综合流变实验和减阻实验结果，结合减阻剂类型，分子量，分子结构，离子性能等特征，对减阻液性能进行归纳总结。得到以下几点结论。1．减阻液水溶液属于幂率流体，在一定流量范围内，减阻率随着浓度的提高。2．减阻剂的水溶液粘度，离子特征和减阻率没有明显的联系，分子量在100万以上的减阻率在相同浓度下，减阻率趋于一致。3．减阻剂减阻性能的主要因素是减阻剂的分子结构。单纯的长