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流变参数曲线对CO2泡沫压裂液的流变性能有参考意义

【摘要】:由图9-6可以得出,稠度系数K′=0.737 9,流动行为指数n′=0.301 9。图9-6流变参数曲线本实验得出的泡沫基液的流变参数,可以对泡沫的流变性能提供一个参考。随着泡沫质量的增大,CO2泡沫压裂液的流变指数减小,而稠度系数显著地增加。但是与稠度系数的变化相比,流变行为指数的变化趋势较小,即泡沫质量的变化对稠度系数的影响较大,对流变行为指数的影响要小一些。

目前,大多数研究者采用毛细管黏度计、旋转黏度计、振动式黏度计或中等规模的模拟实验手段来研究泡沫流体的流变性能,因为使用的仪器不同,所以评价的角度也不同,至今已有很多种流变模型来描述泡沫流体的流变性,但是到底哪一种更贴切,还没有一个共识[79,80]。并且泡沫具有可压缩性,它的流变性能受到很多可变因素的影响。

由于本文使用的CVRO200型高温高压流变仪要求所测式样不能含有气泡,实验也证明了泡沫的性能主要取决于基液的性能,所以基液的流变性能对于泡沫液来说具有一定的指导意义。本文首先利用该高温高压流变仪,依据水基压裂液评价标准SY/T5107—2005对泡沫基液进行变剪切试验,之后再利用六速旋转粘度仪对泡沫进行剪切,由公式计算得出流动行为指数和稠度系数,将两者进行比较。

图9-5 流变曲线

该变剪切实验一共进行了4次,图9-5所示是其中一次实验得到的一条曲线。由图可以看出,随着剪切速率的增大,黏度逐渐下降,在剪切速率减小的过程中,黏度的回复过程基本上与之前减小的过程吻合。这充分说明,体系的黏弹性网状结构在高剪切后不再缠结,但是一旦剪切停止或剪切速率减小,它的胶束又重新相互缠结,这是一个可逆的过程。

由CVRO200型高温高压流变仪得出剪切应力与剪切速率的变化关系,最终得出τ-D双对数曲线,该曲线的截距为稠度系数,斜率为流动行为指数。由图9-6可以得出,稠度系数K′=0.737 9,流动行为指数n′=0.301 9。

图9-6 流变参数曲线

本实验得出的泡沫基液的流变参数,可以对泡沫的流变性能提供一个参考。

将泡沫质量为70%的压裂液用六速粘度仪测其不同剪切速率下的黏度,常用的六种转速的转化系数见表9-2,不同试样、不同浓度、不同转速下有

表9-2 将旋转黏度计刻度盘读数换算成表观黏度转换系数

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不同的值,由下面公式计算幂律流体的 n、K值:

式中 n——流动指数,无因次量;

K——稠度系数,Pa·sn

因为转速为100和200下的黏度比较稳定,为了准确比较,该压裂液用 θ200、θ100求n和K值。当 θ200=51,θ100=42时,由公式(9-1)和公式(9-2)可得:

比较基液和泡沫液的流变行为指数和稠度系数可以看出,流变行为指数相近,而稠度系数相差很大。随着泡沫质量的增大,CO2泡沫压裂液的流变指数减小,而稠度系数显著地增加。稠度系数表征了黏度的大小,流变指数表示泡沫液偏离牛顿流体的程度[81]

由实验结果可以看出:稠度系数取决于流体的性质,随着泡沫质量的增大,其黏度增大,稠度系数也随之增大,而流变行为指数减小,所以泡沫流体的非牛顿性也越明显。但是与稠度系数的变化相比,流变行为指数的变化趋势较小,即泡沫质量的变化对稠度系数的影响较大,对流变行为指数的影响要小一些。