Исследование реологии сшитого полисахаридного геля

Проведение опыта

Водные полисахаридные гели являются неньютоновскими системами. Это свойство позволяет жидкостям для ГРП эффективно удерживать проппант за счет высокой вязкости при низких скоростях сдвига, с одной стороны, и создавать минимальные гидравлические сопротивления за счет снижения вязкости жидкости при повышении скорости сдвига, например, при течении ее по трубам, с другой.

Высокая пескоудерживающая способность в сочетании с низкими потерями давления на трение в трубах и низкой фильтрацией жидкости в пласт позволяет эффективно, с низкими затратами жидкости и при более низких давлениях на устье скважины, порвать пласт. Следующим необходимым качеством жидкости для ГРП является ее деструкция в пласте после обработки, а также минимальное отрицательное воздействие на пласт при контакте с пластовыми жидкостями и породой.

Зная физико-химические характеристики жидкости ГРП, а также характеристики пласта и конкретной скважины: пластовые давление и температуру, проницаемость и тип коллектора, глубину скважины и диаметр НКТ и т.д., можно проектировать процесс ГРП и, в частности, определять количество жидкости и проппанта, необходимые для ГРП в данной скважине.

Для проведения испытания на вискозиметре «Rheotest 2.1» 25 мл исследуемой жидкости помещаем в специальный стакан, который одевается на цилиндр, сверху на стакан с жидкостью одевается рубашка, подключаемая к термостату, и перед измерением жидкость выдерживается при заданной температуре не менее 15 мин. Определения проводят как при температуре +20°С или температуре окружающего воздуха, так и при заданной пластовой температуре, в нашем случае + 90^оС.

Перед проведением серии исследований вискозиметр типа «Rheotest 2.1» требуется откалибровать, то есть определить постоянную прибора для двух диапазонов измерения (1 и 2) и двух положений переключателя («а» и «в») на всех положениях переключателя скоростей (12 положений). Калибровка проводится специальной калибровочной жидкостью ньютоновского типа с известной вязкостью при заданной температуре. В качестве калибровочной жидкости рекомендуется использовать глицерин. Вязкость глицерина при температуре 20°С составляет 1450 сП.

Вязкость жидкости в сП равна напряжению сдвигав Па, умноженному на 1000 и деленному на скорость сдвигав с^-1:

. (1.1)

Зная, что напряжение сдвига , Па, равно произведению угла поворота пружины, град., на постоянную пружины, Па/град.

, (1.2)

находим постоянную пружины - для 1 диапазона, Па/град., как среднее арифметическое полученных значений для всех положений переключателя «а» и «в» и для всех положений переключателя скоростей, аналогично находится постоянная пружины, Па/град., для второго диапазона.

Зная постоянные пружины ии определив показания приборадля каждой скорости сдвига, пользуясь формулой (1.2), находим напряжения сдвига для каждой скорости сдвига, используя при этом первый диапазон, и, если стрелка прибора зашкаливает, - второй.

По полученным данным в логарифмических координатах строится график зависимости напряжения сдвига от скорости сдвига.

Полисахаридные гели для ГРП подчиняются степенному закону изменения напряжения сдвига от скорости сдвига:

, (1.3)

поэтому в логарифмических координатах реологическая зависимость (1.3) будет представлять собой прямую линию или на практике приближаться к прямой.

Задачей следующего этапа обработки данных является нахождение реологических коэффициентов ,и вязкостипри скоростях сдвига 40 с^-1, 511 с^-1 и 170 с^-1, которые соответствуют значениям скоростей сдвига, возникающим при течении жидкости по трещине, по трубам и усредненной скорости сдвига при течении жидкости по трубам, перфорационным отверстиям и по трещине, соответственно.

Коэффициент консистенции жидкости , Пас, определяется длиной отрезка, отсекаемого графиком зависимости (1.3) в логарифмических координатах на оси ординат, он характеризует консистентность, загущенность жидкости; чем выше коэффициент консистенции, тем более густой гель, большая дисперсность эмульсии или пены.

Показатель неньютоновского поведения определяется как тангенс угла наклона графика зависимости (1.3) к оси абсцисс, он определяет меру отклонения жидкости от ньютоновской; для ньютоновской жидкостиравен 1, чем ближе к нулю этот коэффициент, тем более структурирована система: более сшит гель, большая дисперсность у эмульсии или пены (Рисунок 1.).

Рисунок 1. – Зависимость вязкости от напряжения сдвига (τ) 

1 – псевдопластик; 2 – ньютоновская жидкость; 3 – дилатантное тело

Для проведения расчетов была создана компьютерная программа, по которой, подставляя снятые в результате исследований показания вискозиметра при соответствующих скоростях сдвига или скоростях вращения ротора, а также постоянные прибора, определяются динамические вязкости исследуемой жидкости: , , сП, при скоростях сдвига 40, 170 и 511с^-1, соответственно, коэффициент консистенции , Пас, коэффициент неньютоновского поведения жидкости .