摘要：水力压裂是油气井增产、水井增注、提高油气井产量和采收率的最重要的增产措施之一。压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液，它起着传递压力、形成地层裂缝、携带支撑剂进入裂缝的作用。
压裂液性能的好坏是关系到压裂施工的成败和影响压后增产效果的一个重要因素。所以，在压裂液的研究中，对压裂工艺有影响的压裂液诸多性能中，最为主要的是压裂液的流变性。它涉及到压裂过程中压裂液的稳定性、悬浮能力、摩阻计算等最重要的参数设计是非常有必要的。
关键词：流变性压裂液粘弹性。
流变学（rheology）是研究材料变形与流动的科学。聚合物随其分子结构、分子量的不同，以及所处温度的不同，可以是流体或固体，他们的流动和变形的规律各不相同，也即有着不同的流变性能。
1） 聚合物流变行为与数学模式。
聚合物的变形和流动在不同的环境条件下及随分子结构的不同具有不同的规律，可以用数学式，及应力与应变的关系式或应力与应变速率的关系式来表示，这就是流变学的数学模式。
2） 聚合物的流变行为与环境参数如温度、压力和化学环境的关系。
3） 材料参数如分子量、分子结构、添加剂的浓度等对聚合物流变性能的影响。
4） 聚合物流变性能的表征和测定方法。
1.多样性由于聚合物的分子结构有线性结构、交联结构、网状结构等，其分子链可以呈刚性或柔性，因此，其流变行为为多种多样。固体高聚物的变形在不同环境条件下可呈现线性弹性、橡胶弹性及粘弹性。
聚合物溶液和熔体的流动则可呈现线性粘性，非线性粘性、塑性、触变性等不同的流变行为。
2.高弹性这是聚合物特有的流变行为，轻度交联的聚合物在高于玻璃化温度时，可以发生很大的变形，在拉伸试验中，其伸长可达原来长度的几倍，而且这种变形是能完全恢复的，这就是橡胶弹性。
3.时间依赖性聚合物的变形或流动具有较强的时间依赖性。同一聚合物在短时间应力作用下呈现弹性变形，而在较长时间作用下则呈现粘性变形。
这与聚合物长链分子的结构以及分子链之间互相缠结有关。
1.静态流变断裂：高聚物的弹塑性和黏弹性的断裂破坏。静态是指变形速率很低，经历的应力或应变的时间很长。
1）塑性破坏固态高聚物的屈服点是个重要的参量。它是塑性变形的起始点，屈服特性对温度和载荷速率有依赖性，处于塑性形变的材料密度很小变化或没有改变。而银纹生属于膨胀屈服。
2）蠕变和取向固态高聚物的流变破坏有两个方面特性，一是时间性；而是方向性。①蠕变断裂高聚物是黏弹性材料。蠕变断裂是在应力作用下，随着时间推延过度的应变所引起的材料内不均匀质点和细微裂纹，由于能量积聚使裂纹不断扩展，在常温下产生塑性断裂。
②取向状态高聚物熔体在流动和冷却的成型过程中，如注射、挤塑、压延或纺丝等，甚至在常温的冷拉或冷轧下，都会使高聚物分子取向。众所周知，平性取向方向的材料拉伸模量和屈服点有明显提高。但垂直取向方向的力学性能下降，塑性变差。
取向对高聚物的剪切性能影响不大。平行剪切方向模量和屈服强度稍微增大，而垂直方向略有减小。
2.动态流变断裂：冲击破坏和疲劳断裂时高聚物在动态力学状态下的流变现象，由于高聚物材料对动态力学载荷的敏感性，对动态流变断裂的研究越来越受到重视。
对压裂工艺有影响的压裂液诸多性能中，最为主要的是压裂液的流变性。它涉及到压裂过程中压裂液的稳定性、悬浮能力、摩阻计算等最重要的参数设计。不同类型的压裂液具有不同的流变特性，有些表现为牛顿型流体，有些表现为非牛顿型，在非牛顿型压裂液中，主要表现为幂律形式。
实际上大多数压裂设计局限于幂律流变性，这是因为对于更具有描述性的流变模型如ellis或herschel-bulkley模型，一般得不到模型常数。
在泡沫质量（给定温度及压力下，分散气体体积与全部泡沫体积之比）为0.5，温度为50℃时，调节实验压力和混合物体体积流量，在不同压力和剪切速率下研究了压力对流变特性的影响[1]。
1） 压力对粘度的影响。随着压力的增大，压裂液的粘度有增大的趋势。这是因为随着压力的增加而自由体积减小，由于胍胶溶液的压缩性很小，这种自由体积的减小基本上是由于压裂液中的处于超临界状态的co2受到压缩所引起。
2） 压力对流变参数的影响。压裂液的流变指数n′随着压力的增大而减小，而流变系数k′则随着压力的增大而增大[1]。
控制泡沫质量为0.5，压力为20mpa，调节实验段温度，在不同温度和剪切速率下研究了温度对流变特性影响。
1） 温度对粘度的影响，压裂液的粘度会受到温度的影响，温度增加时压裂液的粘度降低，同时随着剪切速率的增大，粘度也有降低趋势，在高剪切速率下温度对粘度的影响不如在较低剪切速率时显著。这种影响和流体活化能有关，假设粘度以arrhenius形式依赖于温度，即：=**exp[ef/(rt)] 式中；ef为流体活化能；**、r为常数。
当温度增大时，会引起压裂液分子中的氢键热断裂，致使流体活化能减小。提高剪切会降低由分子缠结和氢键而引起的分子间的相互作用。
2） 温度对流变参数的影响。随温度的增大时，压裂液的流变指数n′随之增大，而流变系数k′则减小。
在压力为30mpa，温度为70℃的条件下，改变压裂液泡沫质量，研究了泡沫质量对流变特性的影响。
1） 体积比对粘度的影响。当泡沫质量增大，压裂液的粘度增大。在泡沫质量较低时，球形气泡可能分散良好，相互不接触；泡沫质量增大到某一阶段时，气泡致密，流动期间相互接触，引起气泡相互干扰；当质量达到最佳范围时，气泡必须变形产生流动，此范围内达到最大粘度。
同时在较高压力下，co2处于超临界状态时，随着体积比增大，压裂液中的co2分子相互接触，相互干扰，导致压裂液粘度增大。
2） 泡沫质量对流变参数的影响。压裂液泡沫质量变化会引起流变参数的变化，表现为当泡沫质量增加时，流变指数n′减小，流变系数k′增大。
疏水缔合聚合物压裂液是指在聚合物亲水性大分子链上带上少量疏水基团，聚合物分子内或者分子间形成疏水缔合作用，导致溶液黏度明显上升，表现出良好的增稠、抗温和抗盐性能[2-3]。
对于不同增稠剂质量分数对srfg压裂液表观黏度的影响。在120℃条件下，当增稠剂质量分数大于或者等于0.5%时，表观黏度大于50mpa·s，符合行业标准要求；当增稠剂质量分数小于0.
5%，表观黏度小于50mpa·s，不符合行业标准要求。由于增稠剂质量分数直接决定压裂液的实际应用成本，因此选择压裂液增稠剂的最佳质量分数为0.5%。
固定增稠剂质量分数为0.5%，其他条件不变，不同交联剂质量分数对srfg压裂液表观黏度的影响。当交联剂质量分数为.
15%和0.1%时，表观黏度都大于50mpa·s，符合行业标准；当交联剂质量分数为0.08%时，表观黏度小于50mpa·s，不符合行业标准。
因此，抗120℃的srfg压裂液体系中交联剂最佳质量分数为0.1%。
保持温度120℃，增稠剂质量分数0.5%，交联剂质量分数0.1%不变，不同kcl质量分数对srfg压裂液基液黏度和表观黏度的影响。
当kcl质量分数小于1%时，随着kcl质量分数的增加，srfg压裂液的基液黏度增加；当kcl质量分数大于1%时，随着kcl质量分数的继续增加，sreg压裂液的基液黏度减小。体现srfg压裂液中kcl质量分数对基液黏度影响较大。这是因为疏水缔合聚合物分子结构中带有部分长链烷烃，其在盐水中溶解度比在纯水中的溶解度小，加入一定量的盐后疏水缔合聚合物分子间的缔合作用大于分子内的缔合作用，导致聚合物分子中的长链烷烃会聚集或缠结在一起，起到增稠作用；但是加入盐的量过多，分子内的缔合效应大于分子间的缔合效应，因而黏度呈现下降趋势。
保持增粘剂质量分数0.5%，交联剂质量分散0.1%和kcl质量分散1%不变，不同温度对srfg压裂液表观黏度的影响。
当温度为140℃，表观黏度为62mpa·s；当温度为160℃，表观黏度为45mpa·s。于是srfg压裂液体系耐温性能可以达到140℃。
保持增稠剂质量分数0.5%，交联剂质量分数0.1%和kcl质量分数1%不变，对于基液溶胀时间对表观黏度的影响。
最后发现溶胀时间对srfg压裂液流变性能影响不显著，因此该压裂液现场应用过程中，选择溶胀时间为0.5h。
应用超分子化学和结构流体流变学理论，设计并研制出了具有特殊分子结构的“结构溶液型”压裂液稠化剂 grf-1h。在溶液中，该稠化剂分子链能自动缔合，形成多个分子的结合体（即超分子聚集体），进而形成布满整个溶液空间的超分子空间网状结构，成为典型的结构流体。利用该增稠剂设计了配方简单、不需交联的压裂液，即 grf 清洁压裂液[4]。
使用旋转圆筒测试系统测定在剪切速率为170s-1、grf压裂液温度高达150℃下时，压裂液黏度下降，但最终保持在一定的数值范围，且大于20mpa·s，因此，增稠剂浓度为 0.8% 时就能满足压裂要求；而且在系统温度稳定后，经过180 min的剪切后，压裂液黏度基本保持不变。证明该压裂液的温度稳定性和抗剪切稳定性能良好。
高级技能训练流变学
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