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钻井液黄原胶胶液的流变特性研究（完整版）实用资料
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3本文系陕西省教育厅“21世纪初高等教育教学改革工程”项目(编号:2001。

钻井液黄原胶胶液的流变特性研究3
赵向阳张洁尤源
(西安石油大学化学化工学院
赵向阳等.钻井液黄原胶胶液的流变特性研究.天然气工业,2007,27(3:72274.
摘要以钻井液黄原胶水溶胶液为研究对象,研究了浓度、pH值、温度、剪切速率等因素对低浓度黄原胶水溶胶液流变性的影响,以及黄原胶水溶胶液体系的流变模型。研究表明,在一定剪切速率下,黄原胶水溶胶液浓度越大,黏度越高,非牛顿性越强;温度升高会使体系黏度降低,当温度恢复到初始温度时,黏度恢复到初始黏度的
70%~80%;pH值在6~7时,黏度最大;剪切速率为1~100s-1时,黏度急剧下降,剪切速率为100~500s-1时,黏
度下降缓慢;体系流变模型符合Herschel2Bulkley方程;体系剪切稀释性明显,触变性较小。在石油天然气钻井工程中,低浓度(0.1%~0.7%的XC水溶胶液就能满足钻井、完井液增黏、降滤失、改善流型等方面的需要。主题词钻井黄原胶钻井液水溶胶液浓度流变性
黄原胶(xanthangum,又称黄胞胶、汉生胶,简
称XC,是野油菜黄单胞杆菌以碳水化合物为主要原料,经发酵生产的一种用途广泛的微生物胞外多糖。黄原胶无毒,能溶于水,具有类似纤维素的聚β21,42吡喃型葡萄糖的主链以及含糖的侧链(如甘露糖和葡萄糖醛酸,其平均分子量在2×106~5×107道尔顿之间[1]。黄原胶水溶胶液在较低浓度时即表现出有较高的黏度和良好的流变性。笔者主要讨论低浓度范围内,钻井液用黄原胶水溶胶液的流变特性及其影响因素,旨为拓宽其在油田化学作业中的应用提供实验依据。
一、实验部分
1.材料与仪器
国产工业级黄原胶;ZNN—D6型六速旋转黏度计;RV30型哈克黏度计;pHS—3C酸度计。2.实验内容及方法
(1黄原胶水溶胶液配制。用蒸馏水配制一系列不同质量百分数的黄原胶水溶胶液,搅拌均匀,在室温下放置24h。
(2浓度对黄原胶水溶胶液黏度的影响。分别取浓度为0.1%~1.0%的黄原胶水溶胶液,在室温下,用六速旋转黏度计分别测定黏度,考察黄原胶水溶胶液在不同浓度时的黏度变化以及浓度对体系流
变模型的影响。
(3温度对黄原胶水溶胶液黏度的影响。取0.2%和0.4%的黄原胶水溶胶液分别在20℃、40℃、60℃、80℃、100℃水浴中预热30min,用六速旋转黏度计测定在100r/min时的黏度,讨论温度与黏度的关系。(4在恒温、连续剪切下黄原胶水溶胶液黏度的变化。用哈克黏度计测量0.5%的黄原胶水溶胶液
在室温(20℃
和高温(50℃下连续剪切时黏度的变化。讨论黄原胶水溶胶液的流变方程,并考察剪切速率的影响。
二、实验结果与讨论
1.浓度的影响
非牛顿性是大多数聚合物水溶液的共性,黄原
胶也不例外。图1中的10条曲线分别表示XC浓度为0.1%~1.0%时,黏度与剪切速率的双对数关系图。可看出在相同剪切速率下,黄原胶水溶胶液的黏度随浓度的增大而增大;在相同浓度下,黏度随剪切速率的增大而减小;在低剪切速率范围内(小于10s-1,浓度对黏度影响很显著。图1中,在浓度较小(0.1%~0.2%时,黄原胶水溶胶液呈塑性流体的特点;浓度较大(0.3%~1.0%时,体系呈假塑性流体的特点。可见在不同的低浓度范围,黄原胶水溶
・
27・钻井工程天然气工业2007年3月

图1不同浓度下黏度与剪切速率的关系图
胶液呈不同的流型。以上分析说明浓度不仅会对黄原胶水溶胶液的黏度产生影响,而且会影响其流变模型。所以XC应用于钻井液时要根据实际需要选择合适的浓度,以满足不同条件的作业要求。2.温度的影响图2是浓度为0.2%和0.4%的XC水溶胶液黏

度随温度变化曲线图。可看出不同浓度黄原胶水而
图2黏度随温度的变化趋势图
溶胶液的黏度都是随温度的升高逐渐降低,不同浓度水溶胶液黏度降低的趋势大致相同,但下降幅度各异。水溶胶液温度100℃与20℃相比,0.4%溶液的黏度下降28%,0.2%溶液的黏度下降44%。高分子溶液的黏度随温度升高而降低是十分普遍的现象,其黏度—温度关系可用Andrade方程表示,即:
η=Aexp(ΔEη/RT
(1或
ln
η=lnA+ΔEη
RT
(2
式中:A为给定剪切应力下聚合物分子量特征常数;ΔEη为流动活化能,是正值。其大小反映了物质黏度变化的温度敏感性[2];ΔEη值越大,温度对溶液表观黏度影响越大,从ΔEη值的大小可了解温度对溶液黏度改变的可能性;R为气体常数;T为绝对温度。式(2为黏度与温度关联的直线方程;lnA为截距;ΔEη为斜率。图3、图4分别为浓度4%和2%时黏度与温度的直线关系

,即符合A