改性纤维素压裂液交联流变动力学研究

发布时间：2017-03-25 06:10

  本文关键词：改性纤维素压裂液交联流变动力学研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：压裂液的交联流变性是决定压裂施工成功与否的关键。本文首次利用光学微流变仪研究了速溶无残渣改性纤维素FAG-500本征交联流变动力学,考察了FAG-500溶液稳态剪切和振荡剪切交联流变动力学。研制了一种新型阳离子羧甲基羟乙基纤维素(QACMHEC)稠化剂,研究了稳态剪切流场和振荡剪切流场QACMHEC的交联流变动力学；为了模拟压裂过程,首次研究了体系变温剪切交联流变动力学过程；并利用微流变仪研究了QACMHEC静态交联过程。考察了不同浓度FAG-500和QACMHEC溶液的减阻性能,主要得到以下结论：1)根据弹性因子EI随着时间的变化曲线,证实FAG-500溶液静态交联过程经历了两个阶段：第一阶段是黏性液体转变为弱凝胶的过程,第二阶段是弱凝胶继续交联形成致密网络结构的过程,首次建立了本征交联流变动力学方程可描述体系静态交联过程。2)明确了稳态剪切流场中温度和剪切速率对FAG-500交联过程中黏度的影响；获得了振荡剪切流场中交联剂用量、pH调节剂用量和温度对交联过程中弹性模量的影响。分别建立了相应的剪切交联流变动力学方程表征稳态剪切和振荡剪切交联过程。3)以羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)为原料,合成了纤维素基稠化剂QACMHEC,明确了相关影响因素,获得合适工艺。证明相同浓度下QACMHEC表观黏度和触变性明显高于CMHEC。4)获得了稳态剪切流场和振荡剪切流场中QACMHEC体系交联过程中流变性变化及其影响因素(交联剂浓度、温度、QACMHEC浓度等),建立了相应的剪切交联流变动力学方程。明确了QACMHEC溶液静态交联过程中交联剂用量、pH调节剂用量和温度对弹性因子和固液平衡值的影响。5)首次明确了QACMHEC非等温剪切交联过程中黏度随时间变化及其影响因素,建立了适用不同交联条件的4-参数剪切交联流变动力学方程,模型参数物理意义明确。6)减阻性能研究表明,QACMHEC溶液和FAG-500溶液均具有很好的减阻效果,减阻率随浓度增大而增大,对于浓度大于0.1%的溶液,两种改性纤维素溶液减阻率均大于70%,表明QACMHEC和FAG-500可以作为新的高分子减阻剂。
【关键词】：改性纤维素 交联过程 压裂液 流变动力学 减阻
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE357.12
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论和研究进展12-20
• 1.1 绪论12-13
• 1.2 研究进展13-18
• 1.2.1 水基压裂液的研究进展13-16
• 1.2.2 纤维素阳离子改性的研究进展16-17
• 1.2.3 压裂液交联过程研究进展17-18
• 1.2.4 光学微流变研究18
• 1.3 本课题主要研究内容18-20
• 第二章 速溶改性纤维素FAG-500本征交联流变动力学研究20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 实验部分20-21
• 2.2.1 材料和仪器20-21
• 2.3 研究方法和原理21
• 2.3.1 实验方法21
• 2.3.2 微流变原理研究21
• 2.3.3 4-参数本征交联流变动力学方程的建立21
• 2.4 结果与讨论21-32
• 2.4.1 FAG-500溶液与凝胶的结构分析21-26
• 2.4.2 FAG-500压裂液体系本征交联过程研究26-30
• 2.4.3 4-参数本征交联流变动力学方程描述FAG-500静态交联过程30-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 速溶改性纤维素FAG-500剪切交联流变动力学研究34-55
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34
• 3.2.1 材料和仪器34
• 3.3 研究方法和原理34-37
• 3.3.1 实验方法34-35
• 3.3.2 有机锆交联机理35
• 3.3.3 FAG-500交联流变动力学过程描述35-37
• 3.4 结果与讨论37-53
• 3.4.1 FAG-500溶液和交联凝胶的流变性37-38
• 3.4.2 稳态剪切流场中FAG-500交联流变动力学研究38-45
• 3.4.3 振荡剪切流场中FAG-500交联流变动力学研究45-52
• 3.4.4 FAG-500非等温剪切交联过程研究52-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第4章 阳离子羧甲基羟乙基纤维素制备与溶液流变性55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-56
• 4.2.1 材料和仪器55-56
• 4.3 实验原理和方法56-57
• 4.3.1 阳离子改性纤维素衍生物反应原理56
• 4.3.2 阳离子羧甲基羟乙基纤维素的制备56-57
• 4.3.3 改性前后纤维素流变性研究方法57
• 4.4 结果与讨论57-66
• 4.4.1 碱化条件对羧甲基羟乙基纤维素相对黏度的影响58-59
• 4.4.2 NaOH与醚化剂摩尔比对QACMHEC相对黏度的影响59
• 4.4.3 温度对QACMHEC相对黏度的影响59-60
• 4.4.4 醚化剂用量对QACMHEC相对黏度的影响60
• 4.4.5 反应时间对QACMHEC相对黏度的影响60-61
• 4.4.6 QACMHEC的表征61-63
• 4.4.7 CMHEC和QACMHEC溶液的流变性63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 阳离子羧甲基羟乙基纤维素稳态剪切交联过程流变性研究67-80
• 5.1 引言67
• 5.2 实验部分67
• 5.2.1 材料和仪器67
• 5.3 研究方法和原理67-68
• 5.3.1 研究方法67-68
• 5.3.2 交联过程流变动力学方程68
• 5.4 结果与讨论68-79
• 5.4.1 交联条件对QACMHEC交联过程的影响68-71
• 5.4.2 一级稳态剪切交联流变动力学方程表征QACMHEC交联过程71-76
• 5.4.3 二级稳态剪切交联流变动力学方程表征QACMHEC交联过程76-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第6章 阳离子羧甲基羟乙基纤维素振荡剪切和静态交联流变学研究80-95
• 6.1 引言80
• 6.2 实验部分80
• 6.2.1 材料和仪器80
• 6.3 实验方法和原理80-81
• 6.3.1 实验方法80-81
• 6.3.2 实验原理81
• 6.4 结果与讨论81-93
• 6.4.1 交联条件对振荡剪切流场中QACMHEC交联过程的影响81-87
• 6.4.2 二级振荡剪切交联流变动力学方程描述QACMHEC交联过程87-90
• 6.4.3 交联条件对QACMHEC溶液静态交联过程的影响90-93
• 6.5 本章小结93-95
• 第7章 阳离子羧甲基羟乙基纤维素非等温剪切交联过程流变学研究95-108
• 7.1 引言95
• 7.2 实验部分95
• 7.2.1 材料和仪器95
• 7.3 研究方法和原理95-96
• 7.3.1 非等温剪切交联过程的研究方法95-96
• 7.3.2 耐温耐剪切性能测试96
• 7.3.3 4-参数剪切交联流变动力学方程建立96
• 7.4 结果与讨论96-107
• 7.4.1 交联条件对QACMHEC非等温剪切交联过程的影响96-99
• 7.4.2 QACMHEC交联过程中的耐温耐剪切性能99-100
• 7.4.3 4-参数剪切交联流变动力学方程表征QACMHEC非等温剪切交联过程100-107
• 7.5 本章小结107-108
• 第八章 纤维素衍生物溶液减阻性能研究108-116
• 8.1 引言108
• 8.2 实验部分108-109
• 8.2.1 材料和仪器108-109
• 8.3 研究方法和原理109-110
• 8.3.1 流体减阻率的测定原理109-110
• 8.3.2 研究方法110
• 8.4 结果与讨论110-115
• 8.4.1 不同浓度FAG-500减阻性能110-112
• 8.4.2 不同浓度QACMHEC减阻性能112-115
• 8.5 本章小结115-116
• 第9章 总结论和建议116-118
• 9.1 总结论116-117
• 9.2 建议与展望117-118
• 参考文献118-126
• 致谢126-127
• 攻读硕士期间研究成果127

【参考文献】

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  本文关键词：改性纤维素压裂液交联流变动力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：266768