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            多糖溶液交聯(lián)凝膠化過程微流變學(xué)研究

            多糖溶液交聯(lián)凝膠化過程微流變學(xué)研究
            麥奇克/Microtrac  2021-12-14  |  閱讀:1529

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            引自:馬明, 田萌,方波,等. 多糖溶液交聯(lián)凝膠化過程微流變學(xué)研究[C]. //第十二屆全國流變學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集. 2014:91-94.


            摘要

            壓裂液中稠化劑溶液凝膠化過程決定著壓裂施工的成敗。本文采用光學(xué)微流變的方法研究了交聯(lián)劑用量、溫度、濃度對兩種多糖類稠化劑低濃度胍膠和纖維素溶液的交聯(lián)過程的影響。在交聯(lián)過程中, 溶液的彈性因子 EI(Elasticity Index)和宏觀粘度因子 MVI(Macroscopic Viscosity Index)值隨時間的變化 是先增大,然后逐漸達(dá)到穩(wěn)定;改變交聯(lián)條件可以得到不同的 EI 和 MVI 值隨時間的變化曲線,表明光 學(xué)微流變法能夠較好地表征多糖溶液的靜態(tài)凝膠化過程。


            1 引言

            低滲透儲層物性條件復(fù)雜、敏感性強(qiáng)、易受傷害,對壓裂技術(shù)的要求也越來越高[1-4]。為有效控制和降低壓裂液對油層的傷害,開發(fā)滿足低滲透儲層壓裂需要的低質(zhì)量分?jǐn)?shù)、低殘?jiān)⒌蛡Φ某夒夷z壓裂液和清潔纖維素壓裂液配方體系是十分必要的,該過程可以利用光學(xué)微流變儀研究低濃度瓜膠和纖維素溶液的交聯(lián)凝膠化過程。


            微流變學(xué)是流變學(xué)研究新領(lǐng)域,因其測量過程為靜止、非接觸狀態(tài),不需要使用宏觀應(yīng)力,與常規(guī)旋轉(zhuǎn)流變儀相比,可以保證樣品在測量時不發(fā)生變形和破壞,且不會出現(xiàn)壁面滑移[5-7]。光學(xué)法微流變儀是采用動態(tài)激光光散射為基礎(chǔ)的多散斑擴(kuò)散波光譜學(xué)(MS-DWS)技術(shù)[8],通過持續(xù)不斷地追蹤檢測嵌入在流體中的顆粒熱運(yùn)動,計(jì)算得到流體中顆粒熱運(yùn)動造成的納米級均方位移,并與樣品的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián),在無擾動和破壞的情況下獲得樣品微流變學(xué)性質(zhì)(包括宏觀粘度因子 MVI 和彈性因子 EI),可以表征多糖類聚合物凝膠過程。

             

            2 實(shí)驗(yàn)

            2.1 試劑和儀器

            試劑:低濃度胍膠(本文中簡稱胍膠);交聯(lián)劑 FAL-120、 pH 調(diào)節(jié)劑 FAL-121;2μm SiO2,阿拉丁試劑、改性纖維素 FAG-500;調(diào)節(jié)劑、 有機(jī)鋯交聯(lián)劑。儀器:光學(xué)法微流變儀 RHEOLASER MASTER。

             

            2.2 實(shí)驗(yàn)方法

            低濃度胍膠微流變測試:在一定測試溫度下,取20ml 不同濃度的低濃度胍膠溶液分別加入 0.3%pH 調(diào)節(jié)劑FAL-121和 2% 的2μm SiO2 示蹤顆粒,混合均勻,然后加入0.5%交聯(lián)劑FAL-120,迅速放入微流變儀內(nèi),設(shè)定測試模式為 full characterisation,頻率范圍為10Hz 到10-4Hz。纖維素溶液微流變測試:配制 0.2%FAG-500 水溶液,向其中加入 0.1%增粘劑,待溶液徹底溶解后加入1%SiO2(2μm)作為示蹤劑;每次取20ml 上述溶液,加入 0.9%的交聯(lián)調(diào)節(jié)劑待測。

             

            3 結(jié)果與討論

            3.1 低濃度胍膠溶液交聯(lián)微流變過程

            在30℃下,以2%的 2μm SiO2 為示蹤劑分別測定不同濃度胍膠交聯(lián)過程中 MVI 隨時間的變化,結(jié)果如圖2 所示。交聯(lián)過程中,MVI 值隨時間的變化是先增大,然后逐漸達(dá)到穩(wěn)定;胍膠濃度越大達(dá)到穩(wěn) 定所需要的時間越短,達(dá)到穩(wěn)定時MVI 值越大。

            在不同溫度下,0.2%胍膠交聯(lián)過程中MVI 隨時間的變化結(jié)果如圖3所示。隨著溫度的升高,MVI 值達(dá)到穩(wěn)定所需要的時間縮短,且達(dá)到穩(wěn)定時MVI 值減小。

             

            3.2 纖維素胍膠溶液交聯(lián)微流變過程

            在30℃下,改變交聯(lián)劑的用量,纖維素溶液靜態(tài)交聯(lián)過程中EI 和MVI 隨時間的變化結(jié)果如圖4、圖5 所示。由圖4可知,隨著交聯(lián)劑用量的增加,溶液形成凝膠所用時間減少;當(dāng)交聯(lián)劑用量不超過0.25%時,隨著交聯(lián)劑量的增加,溶液形成凝膠后的彈性逐漸增大,交聯(lián)劑用量超過0.25%溶液后,交聯(lián)凍膠的彈性逐漸減小,凍膠粘壁并且脆。由圖5所示,隨著交聯(lián)劑用量的增加,溶液形成凝膠所用時間減少;溶液的粘度急速增加,當(dāng)交聯(lián)劑用量超過0.3%后,溶液形成凝膠后的粘度幾乎不變。由圖4、圖5可知,最合適的交聯(lián)劑用量在0.2%-0.3%之間。

             

            4 結(jié)論

            在相同溫度下,胍膠溶液交聯(lián)過程中隨濃度增大,由溶液形成凝膠的時間越短,MVI值越大;對相同濃度的胍膠溶液,隨交聯(lián)溫度升高,凝膠化時間越短,MVI值越小。在纖維素 FAG-500 交聯(lián)過程中,溶液的EI和MVI值隨時間的變化先增大,然后逐漸達(dá)到穩(wěn)定;改變交聯(lián)的條件可以得到不同的 EI和MVI,表明光學(xué)微流變法能夠比較地的表征多糖溶液的靜態(tài)凝膠化過程,為研究多糖溶液的靜態(tài)交聯(lián)流變動力學(xué)提供基礎(chǔ)。


            參考文獻(xiàn)

            [1] 朱廣宇.可再生低聚半乳甘露聚糖凝膠體系及流變性研究 [D].華東理工大學(xué)碩士論文.2012

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            [3] Crompton P, Wu Y. Energy consumption in China: past trends and future directions[J]. Energy Economics, 2005, 27(1): 195-208.   

            [4] 何良好. 聚合物稠化劑制備及超高溫壓裂液體系流變性能研究[D]. 華東理工大學(xué)碩士論文.2013.

            [5]Tisserand C, Fleury M, Brunel L, et al. Passive microrheology for measurement of the concentrated

            dispersions stability[M]//UK Colloids 2011. Springer Berlin Heidelberg, 2012: 101-105.

            [6] Tisserand C, Fleury M, Brunel L, et al. Soft matter analysis by means of microrheology [J]. JCT Coatings Tech, 2012, 9(3): 46-51. [7] Chen Y Q, Cheng C Y, Chiang C C, et al. Microrheology of sodium polystyrene sulfonate (NaPSS) solutions with different polymer concentrations and molecular weights studied by diffusing wave pectroscopy[C]//Photonics Asia 2010. International Society for Optics and Photonics, 2010: 78480H-78480H-9.

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