שיטה לקביעת חוזק הג'ל של אתר תאית

כדי למדוד את החוזק שלג'ל אתר תאית, המאמר מציג כי למרות שלג'ל אתר תאית ולחומרי בקרת פרופיל דמוי ג'לי יש מנגנוני ג'ל שונים, הם יכולים להשתמש בדמיון במראה, כלומר, הם לא יכולים לזרום לאחר הג'ל במצב מוצק למחצה, שיטת התצפית הנפוצה בשימוש, שיטת סיבוב ושיטת פריצת דרך ואקום להערכת חוזק הג'לי משמשות להערכת החוזק של ג'ל אתר תאית, ונוספת שיטת פריצת דרך חדשה בלחץ חיובי. ישימותן של ארבע השיטות הללו לקביעת חוזק ג'ל אתר תאית נותחה באמצעות ניסויים. התוצאות מראות ששיטת התצפית יכולה להעריך רק בצורה איכותית את חוזק אתר תאית, שיטת הסיבוב אינה מתאימה להערכת חוזק אתר תאית, שיטת הוואקום יכולה להעריך רק את חוזק אתר תאית עם חוזק מתחת ל-0.1 MPa, וכן הלחץ החיובי החדש שהתווסף שיטה זו יכולה להעריך כמותית את החוזק של ג'ל אתר תאית.

מילות מפתח: ג'ֵלִי; ג'ל אתר תאית; כּוֹחַ; שִׁיטָה

0.הַקדָמָה

סוכני בקרת פרופיל מבוססי ג'לי פולימרים נמצאים בשימוש הנפוץ ביותר בסתימת מים בשדה נפט ובבקרת פרופילים. עם זאת, בשנים האחרונות, מערכת הסתימה והבקרה של אתר ג'ל תאית הרגישה לטמפרטורה והפיכה תרמית הפכה בהדרגה למוקד מחקר לסתימת מים ובקרת פרופילים במאגרי נפט כבד. . חוזק הג'ל של אתר תאית הוא אחד המדדים החשובים ביותר לסתימת היווצרות, אך אין תקן אחיד לשיטת בדיקת החוזק שלו. שיטות נפוצות להערכת חוזק הג'לי, כגון שיטת תצפית - שיטה ישירה וחסכונית לבדיקת חוזק הג'לי, השתמשו בטבלת קודי חוזק הג'לי כדי לשפוט את רמת חוזק הג'ל שיש למדוד; שיטת סיבוב - מכשירים נפוצים הם ברוקפילד ויסקומטר וריאומטר, הטמפרטורה של דגימת הבדיקה של Brookfield viscometer מוגבלת בתוך 90°ג; שיטת ואקום פורצת דרך – כאשר משתמשים באוויר לפריצת הג'ל, הקריאה המקסימלית של מד הלחץ מייצגת את חוזק הג'ל. מנגנון הג'לי של ג'לי הוא הוספת חומר צולב לתמיסת הפולימר. חומר ההצלבה ושרשרת הפולימר מחוברים בקשרים כימיים ליצירת מבנה רשת מרחבי, והפאזה הנוזלית עטופה בו, כך שהמערכת כולה מאבדת נזילות, ואז הופכת לשינוי עבור ג'לי, תהליך זה אינו הפיך. הוא שינוי כימי. מנגנון הג'ל של אתר תאית הוא שבטמפרטורה נמוכה, המקרומולקולות של אתר תאית מוקפות במולקולות קטנות של מים דרך קשרי מימן ליצירת תמיסה מימית. ככל שהטמפרטורה של התמיסה עולה, קשרי המימן נהרסים, והמולקולות הגדולות של אתר תאית המצב שבו מולקולות מתחברות באמצעות אינטראקציה של קבוצות הידרופוביות ליצירת ג'ל הוא שינוי פיזיקלי. למרות שמנגנון הג'לציה של השניים שונה, למראה יש מצב דומה, כלומר נוצר מצב מוצק למחצה בלתי נייד במרחב התלת מימדי. האם שיטת ההערכה של חוזק הג'לי מתאימה להערכת החוזק של ג'ל אתר תאית זקוקה לחקירה ואימות ניסיוני. במאמר זה נעשה שימוש בשלוש שיטות מסורתיות להערכת חוזקם של ג'לי אתר תאית: שיטת תצפית, שיטת סיבוב ושיטת ואקום פורצת דרך, ועל בסיס זה נוצרת שיטת פריצת דרך בלחץ חיובי.

1. חלק ניסיוני

1.1 ציוד ומכשירים ניסיוניים עיקריים

אמבט מים חשמלי בטמפרטורה קבועה, DZKW-S-6, Beijing Yongguangming Medical Instrument Co., Ltd.; ריאומטר טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, MARS-III, חברת HAAKE גרמניה; משאבת ואקום רב תכליתית במחזור מים, SHB-III, Gongyi Red Instrument Equipment Co., Ltd.; חיישן, DP1701-EL1D1G, Baoji Best Control Technology Co., Ltd.; מערכת רכישת לחץ, שאנדונג Zhongshi Dashiyi Technology Co., Ltd.; צינור קולורימטרי, 100 מ"ל, Tianjin Tianke Glass Instrument Manufacturing Co., Ltd.; בקבוק זכוכית עמיד לטמפרטורה גבוהה, 120 מ"ל, Schott Glass Works, גרמניה; חנקן בטוהר גבוה, Tianjin Gaochuang Baolan Gas Co., Ltd.

1.2 דגימות ניסוי והכנה

Hydroxypropyl methylcellulose ether, 60RT400, Taian Ruitai Cellulose Co., Ltd.; ממיסים 2 גרם, 3 גרם ו-4 גרם אתר הידרוקסיפרופיל-מתיל-צלולוזה ב-50 מ"ל מים חמים ב-80℃, מערבבים היטב ומוסיפים 25℃של 50 מ"ל מים קרים, הדגימות הומסו לחלוטין ליצירת תמיסות אתר תאית בריכוזים של 0.02g/mL, 0.03g/mL ו-0.04g/mL בהתאמה.

1.3 שיטה ניסיונית של בדיקת חוזק ג'ל אתר תאית

(1) נבדק בשיטת תצפית. הקיבולת של בקבוקי הזכוכית בעלי הפה הרחב עמידים בטמפרטורה גבוהה המשמשים בניסוי היא 120 מ"ל, ונפח תמיסת האתר תאית הוא 50 מ"ל. הכניסו את תמיסות האתר תאית המוכנות בריכוזים של 0.02g/mL, 0.03g/mL ו-0.04g/mL בבקבוק זכוכית עמיד לטמפרטורה גבוהה, הפכו אותו בטמפרטורות שונות, והשוו את שלושת הריכוזים השונים לעיל בהתאם לקוד חוזק הג'ל. חוזק הג'ל של תמיסה מימית אתר תאית נבדק.

(2) נבדק בשיטת הסיבוב. מכשיר הבדיקה המשמש בניסוי זה הוא ריאומטר בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה. תמיסת אתר תאית בריכוז של 2% נבחרה ומכניסה לתוף לבדיקה. קצב החימום הוא 5℃/10 דקות, קצב הגזירה הוא 50 s-1, וזמן הבדיקה הוא 1 דקה. , טווח החימום הוא 40～110℃.

(3) נבדק בשיטת ואקום פורצת דרך. חבר את הצינורות הקולורימטריים המכילים את הג'ל, הפעל את משאבת הוואקום וקרא את הקריאה המקסימלית של מד הלחץ כאשר האוויר פורץ דרך הג'ל. כל דגימה מופעלת שלוש פעמים כדי לקבל את הערך הממוצע.

(4) בדיקה בשיטת לחץ חיובי. על פי העיקרון של שיטת דרגת ואקום פורצת דרך, שיפרנו שיטה ניסיונית זו ואימצנו את השיטה של ​​פריצת דרך בלחץ חיובי. חבר את הצינורות הקולורימטריים המכילים את הג'ל, והשתמש במערכת רכישת לחץ כדי לבדוק את חוזק הג'ל אתר תאית. כמות הג'ל בשימוש בניסוי היא 50 מ"ל, קיבולת הצינורית הקולורימטרית היא 100 מ"ל, הקוטר הפנימי הוא 3 ס"מ, הקוטר הפנימי של הצינור העגול המוכנס לג'ל הוא 1 ס"מ, ועומק ההחדרה הוא 3 ס"מ. הפעל לאט את המתג של גליל החנקן. כאשר נתוני הלחץ המוצגים יורדים בפתאומיות ובחדות, קח את הנקודה הגבוהה ביותר כערך החוזק הנדרש כדי לפרוץ את הג'ל. כל דגימה מופעלת שלוש פעמים כדי לקבל את הערך הממוצע.

2. תוצאות ניסוי ודיון

2.1 ישימות שיטת התצפית לבדיקת חוזק הג'ל של אתר תאית

כתוצאה מהערכת חוזק הג'ל של אתר תאית על ידי תצפית, נטילת תמיסת אתר תאית בריכוז של 0.02 גרם/מ"ל כדוגמה, ניתן לדעת שרמת החוזק היא A כאשר הטמפרטורה היא 65°C, והחוזק מתחיל לעלות ככל שהטמפרטורה עולה, כאשר הטמפרטורה מגיעה ל-75℃, הוא מציג מצב ג'ל, דרגת החוזק משתנה מ-B ל-D, וכאשר הטמפרטורה עולה ל-120℃, דרגת החוזק הופכת ל-F. ניתן לראות שתוצאת ההערכה של שיטת הערכה זו מציגה רק את רמת החוזק של הג'ל, אך אינה יכולה להשתמש בנתונים כדי לבטא את החוזק הספציפי של הג'ל, כלומר, הוא איכותי אך לא כַּמוּתִי. היתרון בשיטה זו הוא שהפעולה פשוטה ואינטואיטיבית וניתן לסנן בזול בשיטה זו את הג'ל בעל החוזק הנדרש.

2.2 ישימות של שיטת הסיבוב לבדיקת חוזק הג'ל של אתר תאית

כאשר התמיסה מחוממת ל-80°C, צמיגות התמיסה היא 61 mPa·s, ואז הצמיגות עולה במהירות, ומגיעה לערך מרבי של 46,790 mPa·s ב-100°C, ואז הכוח פוחת. זה לא עולה בקנה אחד עם התופעה שנצפתה בעבר לפיה הצמיגות של תמיסת אתר מימית הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז מתחילה לעלות ב-65°C, וג'לים מופיעים בסביבות 75°C והחוזק ממשיך לעלות. הסיבה לתופעה היא שהג'ל נשבר עקב סיבוב הרוטור בעת בדיקת חוזק הג'ל של אתר תאית, וכתוצאה מכך נתונים שגויים של חוזק הג'ל בטמפרטורות עוקבות. לכן, שיטה זו אינה מתאימה להערכת חוזקם של ג'לי אתר תאית.

2.3 ישימות של שיטת ואקום פורצת דרך לבדיקת חוזק הג'ל של אתר תאית

תוצאות הניסוי של חוזק ג'ל אתר תאית הוערכו בשיטת הוואקום פורצת הדרך. שיטה זו אינה כרוכה בסיבוב הרוטור, ולכן ניתן למנוע את בעיית הגזירה והשבירה הקולואידית הנגרמת מסיבוב הרוטור. מתוצאות הניסוי לעיל, ניתן לראות כי בשיטה זו ניתן לבדוק כמותית את חוזק הג'ל. כשהטמפרטורה היא 100°C, חוזקו של ג'ל אתר תאית בריכוז של 4% גדול מ-0.1 MPa (דרגת הוואקום המקסימלית), ולא ניתן למדוד את החוזק גדול מ-0.1 MPa. חוזק הג'ל, כלומר הגבול העליון של חוזק הג'ל שנבדק בשיטה זו הוא 0.1 MPa. בניסוי זה, חוזקו של ג'ל אתר תאית גדול מ-0.1 MPa, ולכן שיטה זו אינה מתאימה להערכת חוזק של ג'ל אתר תאית.

2.4 ישימות שיטת הלחץ החיובי לבדיקת חוזק הג'ל של אתר תאית

שיטת הלחץ החיובי שימשה להערכת תוצאות הניסוי של חוזק ג'ל אתר תאית. ניתן לראות כי בשיטה זו ניתן לבדוק באופן כמותי את הג'ל עם חוזק מעל 0.1 MPa. מערכת רכישת הנתונים המשמשת בניסוי הופכת את תוצאות הניסוי למדויק יותר מנתוני הקריאה המלאכותית בשיטת דרגת ואקום.

3. מסקנה

חוזק הג'ל של אתר תאית הראה מגמת עלייה כוללת עם עליית הטמפרטורה. שיטת הסיבוב ושיטת הוואקום פורצת הדרך אינן מתאימות לקביעת חוזקו של ג'ל אתר תאית. שיטת התצפית יכולה למדוד רק באופן איכותי את החוזק של ג'ל אתר תאית, ושיטת הלחץ החיובי החדש שנוספה יכולה לבדוק כמותית את חוזקו של ג'ל אתר תאית.