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        檢測壓裂支撐劑體積密度影響因素的研究

        2017-03-18 18:46:12烏永兵王江濤營虎虎楊生輝
        遼寧化工 2017年6期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)檢測

        烏永兵,王江濤,營虎虎,楊生輝

        (延長油田股份有限公司, 陜西 延安 717200 )

        壓裂支撐劑體積密度是單位堆積體積的支撐劑質(zhì)量,包含支撐劑本身和孔隙體積的平均密度,其單位為 g/cm3。體積密度是壓裂支撐劑檢測項(xiàng)目之一,其檢測檢測結(jié)果不需量化判斷,但是體積密度的大小影響著抗破碎率的檢測,直接影響壓裂工藝中支撐劑的用量,乃至壓裂成本的多少。

        1 實(shí)驗(yàn)儀器

        100 mL密度瓶,體積密度測定儀,電子天平等

        2 實(shí)驗(yàn)樣品

        本實(shí)驗(yàn)選擇了石英砂和陶粒兩種不同類型、不同規(guī)格的壓裂支撐劑樣品,具體如表2-1所示。

        表2-1 壓裂支撐劑實(shí)驗(yàn)樣品

        3 實(shí)驗(yàn)方法

        本實(shí)驗(yàn)檢測壓裂支撐劑的體積密度采用密度瓶法和體積密度測定儀法。

        3.1 密度瓶法[1]

        (1)準(zhǔn)備適量的支撐劑樣品,倒入燒杯中;

        (2)使用精度為0.001 g的電子天平稱出密度瓶的質(zhì)量mg;

        (3)實(shí)驗(yàn)員將支撐劑樣品勻速倒入密度瓶彎口處,必須一氣呵成,不要晃動或震實(shí)密度瓶,稱出裝有支撐劑的密度瓶的質(zhì)量mgp;

        (4)計(jì)算

        注:密度瓶的容積體積必須校準(zhǔn)。

        圖3-1 密度瓶和體積密度測定儀

        3.2 體積密度測定儀法[2]

        本實(shí)驗(yàn)所用的體積密度測定儀如圖3-1(b)所示。

        (1)準(zhǔn)備適量的支撐劑樣品,倒入燒杯中;

        (2)稱出干燥的黃銅圓筒質(zhì)量mf;

        (3)用橡皮球閥堵住漏斗的出口,將黃銅圓筒居中,位于漏斗出口的正下方,將備好的樣品倒入漏斗中;

        (4)打開位于漏斗底部的橡皮球閥,令支撐劑流入黃銅圓筒內(nèi);

        (5)漏斗內(nèi)的支撐劑全部流出后,用直尺在圓筒邊緣平滑地推移,使支撐劑于黃銅圓筒口的表面齊平;

        (6)稱出圓筒內(nèi)裝滿支撐劑的質(zhì)量mf+p;

        (7)計(jì)算:

        注:黃銅圓筒容積體積必須校準(zhǔn)。

        4 實(shí)驗(yàn)步驟

        根據(jù)檢測壓裂支撐劑體積密度的操作過程,研究討論其影響因素。

        4.1 校準(zhǔn)體積

        本實(shí)驗(yàn)采用純水作為校準(zhǔn)液體,在室溫 22 ℃下,測量純水密度,經(jīng)過修正,計(jì)算出純水的密度為 0.999 5 g/cm3。

        4.1.1 密度瓶體積校準(zhǔn)

        本實(shí)驗(yàn)選擇了8個密度瓶,具體如表4-1所示。

        表4-1 密度瓶的質(zhì)量和校準(zhǔn)體積表

        4.1.2 黃銅圓筒體積校準(zhǔn)[2]

        經(jīng)過計(jì)算,黃銅圓筒的體積校準(zhǔn)為99.306 mL。

        4.2 檢測支撐劑體積密度

        本實(shí)驗(yàn)中的兩名實(shí)驗(yàn)員,分別按照 3.1和 3.2中的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每個支撐劑樣品均被檢測3次,分別按式3-1和3-2計(jì)算,取平均值作為該樣品的體積密度。

        4.2.1 檢測不同支撐劑樣品的體積密度

        本實(shí)驗(yàn)選擇表2-1中的8個支撐劑樣品,選擇表4-1中的4號密度瓶,經(jīng)過檢測和計(jì)算。其結(jié)果具體如圖4-1所示。

        由圖4-1可以看出:

        (1)支撐劑樣品1和樣品2為石英砂,兩名實(shí)驗(yàn)員和體積密度測定儀檢測的體積密度相差較大,其原因是石英砂的流動性不好;

        (2)支撐劑樣品3、4、5、6、7、8均為陶粒樣品,兩名實(shí)驗(yàn)員檢測的體積密度較為接近,且體積密度測定儀檢測的體積密度與實(shí)驗(yàn)員檢測的體積密度相差不大;

        圖4-1 不同支撐劑樣品的體積密度

        (3)8種不同的支撐劑,密度瓶法均比體積密度測定儀法檢測的體積密度大。

        4.2.2 用不同密度瓶檢測同一支撐劑

        文本實(shí)驗(yàn)選擇表2-1中1號石英砂樣品和3號陶粒樣品,分別用表4-1中的密度瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn),同樣用每個密度瓶檢測3次,計(jì)算后取平均值。用體積密度測定儀分別檢測1號樣品和3號樣品8次。經(jīng)過檢測和計(jì)算,其結(jié)果具體如圖4-2和4-3所示。

        圖4-2 不同密度瓶檢測的石英砂體積密度

        圖4-2和4-3可以看出:

        圖4-3 不同密度瓶檢測的陶粒體積密度

        (1)實(shí)驗(yàn)員甲,檢測石英砂的體積密度相差較大,而檢測陶粒的體積密度相差較小,實(shí)驗(yàn)員乙檢測石英砂和陶粒的體積密度均相差較大;

        (2)不同的實(shí)驗(yàn)員,用不同密度瓶檢測的支撐劑體積密度相差較大,而體積密度測定儀檢測的體積密度比較恒定。

        4.2.3 用同一密度瓶檢測同一個支撐劑樣品

        本實(shí)驗(yàn)選擇表2-1中3號陶粒樣品,用表4-1中的4號密度瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn),兩名實(shí)驗(yàn)員分別檢測8次,用體積密度測定儀檢測3號樣品8次。經(jīng)過檢測和計(jì)算,其結(jié)果具體如圖4-4所示。

        圖4-4 同一密度瓶檢測陶粒的體積密度

        由圖4-4可以看出:

        (1)不同的實(shí)驗(yàn)員,檢測同一個支撐劑樣品的體積密度差別較大;

        (2)圖4-4的數(shù)據(jù)與圖4-1中的1、3號樣品和圖4-2、4-3中的4號密度瓶檢測的數(shù)據(jù),同一支撐劑樣品,同一密度瓶,同一實(shí)驗(yàn)員檢測是體積密度差別較大,說明實(shí)驗(yàn)員主觀因素對其檢測結(jié)果影響很大。

        5 數(shù)據(jù)討論

        5.1 結(jié)果誤差討論

        (1)實(shí)驗(yàn)員用同一密度瓶檢測石英砂最大相差0.068 2 g/cm3,檢測陶粒最大相差0.012 3 g/cm3,其主要原因是陶粒的球度圓度比石英砂的好,流動性好;

        (2)用體積密度測定儀檢測的石英砂最大相差0.003 7 g/cm3,檢測陶粒最大相差0.002 7 g/cm3,其主要原因是體積密度測定儀的流速較大,石英砂和陶粒的流動性影響不大。

        5.2 對檢測抗破碎能力的影響

        本實(shí)驗(yàn)設(shè)定抗破碎率為9%,

        密度瓶法檢測的石英砂體積密度最大相差0.068 2 g/cm3,則對其抗破碎率影響為15.16%,檢測的陶粒最大相差0.012 3 g/cm3,則對其抗破碎影響為 2.73%;體積密度測定儀法檢測的石英砂對其抗破碎率影響為0.8%,檢測的陶粒對其抗破碎率影響為0.6%。

        6 結(jié)論與建議

        (1)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測支撐劑體積密度,同一實(shí)驗(yàn)員,用不同的密度瓶檢測同一個支撐劑樣品,其差別較大,極差為0.027 1 g/cm3。同一實(shí)驗(yàn)員,用同一密度瓶檢測同一個支撐劑樣品,差別較大,極差為0.068 3 g/cm3;同一實(shí)驗(yàn)員,用體積密度測定儀檢測同一個支撐劑樣品,差別較小,極差為0.003 7 g/cm3。

        (2)建議取消密度瓶法檢測支撐劑密度,運(yùn)用體積密度測定儀檢測支撐劑體積密度,因?yàn)轶w積密度測定儀檢測的結(jié)果重復(fù)性和精密度較好。

        (3)密度瓶法對石英砂抗破碎率影響為15.16%,對陶??蛊扑?;率影響為2.73%;體積密度測定儀法對石英砂抗破碎率影響為0.8%,對陶??蛊扑槁视绊憺?.6%。

        (4)建議壓裂設(shè)計(jì)人員,應(yīng)考慮支撐劑的體積密度值的真實(shí)性。

        [1]SY/T 5108-2006 壓裂支撐劑性能指標(biāo)及測試推薦方法[S].

        [2]SY/T 5108-2014 水力壓裂和礫石充填作業(yè)用支撐劑性能測試方法[S]. 2006,33(4):37-40.

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