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(cè)項(xiàng)目之一，其檢測(cè)檢測(cè)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(cè)，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(cè)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(cè)壓裂支撐劑的體積密度采用密度瓶法和體積密度測(cè)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(dòng)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(cè)定儀

3.2 體積密度測(cè)定儀法[2]

本實(shí)驗(yàn)所用的體積密度測(cè)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(cè)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(cè)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(gè)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(cè)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(gè)支撐劑樣品均被檢測(cè)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(cè)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(gè)支撐劑樣品，選擇表4-1中的4號(hào)密度瓶，經(jīng)過檢測(cè)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(cè)定儀檢測(cè)的體積密度相差較大，其原因是石英砂的流動(dòng)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(cè)的體積密度較為接近，且體積密度測(cè)定儀檢測(cè)的體積密度與實(shí)驗(yàn)員檢測(cè)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(cè)定儀法檢測(cè)的體積密度大。

4.2.2 用不同密度瓶檢測(cè)同一支撐劑

文本實(shí)驗(yàn)選擇表2-1中1號(hào)石英砂樣品和3號(hào)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(gè)密度瓶檢測(cè)3次，計(jì)算后取平均值。用體積密度測(cè)定儀分別檢測(cè)1號(hào)樣品和3號(hào)樣品8次。經(jīng)過檢測(cè)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(cè)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(cè)的陶粒體積密度

（1）實(shí)驗(yàn)員甲，檢測(cè)石英砂的體積密度相差較大，而檢測(cè)陶粒的體積密度相差較小，實(shí)驗(yàn)員乙檢測(cè)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(cè)的支撐劑體積密度相差較大，而體積密度測(cè)定儀檢測(cè)的體積密度比較恒定。

4.2.3 用同一密度瓶檢測(cè)同一個(gè)支撐劑樣品

本實(shí)驗(yàn)選擇表2-1中3號(hào)陶粒樣品，用表4-1中的4號(hào)密度瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩名實(shí)驗(yàn)員分別檢測(cè)8次，用體積密度測(cè)定儀檢測(cè)3號(hào)樣品8次。經(jīng)過檢測(cè)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(cè)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(cè)同一個(gè)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(hào)樣品和圖4-2、4-3中的4號(hào)密度瓶檢測(cè)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(cè)是體積密度差別較大，說明實(shí)驗(yàn)員主觀因素對(duì)其檢測(cè)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(cè)石英砂最大相差0.068 2 g/cm3，檢測(cè)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(dòng)性好；

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

5.2 對(duì)檢測(cè)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(cè)的石英砂體積密度最大相差0.068 2 g/cm3，則對(duì)其抗破碎率影響為15.16%，檢測(cè)的陶粒最大相差0.012 3 g/cm3，則對(duì)其抗破碎影響為 2.73%；體積密度測(cè)定儀法檢測(cè)的石英砂對(duì)其抗破碎率影響為0.8%，檢測(cè)的陶粒對(duì)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(cè)支撐劑體積密度，同一實(shí)驗(yàn)員，用不同的密度瓶檢測(cè)同一個(gè)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(cè)同一個(gè)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(cè)定儀檢測(cè)同一個(gè)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(cè)支撐劑密度，運(yùn)用體積密度測(cè)定儀檢測(cè)支撐劑體積密度，因?yàn)轶w積密度測(cè)定儀檢測(cè)的結(jié)果重復(fù)性和精密度較好。

（3）密度瓶法對(duì)石英砂抗破碎率影響為15.16%，對(duì)陶粒抗破碎；率影響為2.73%；體積密度測(cè)定儀法對(duì)石英砂抗破碎率影響為0.8%，對(duì)陶粒抗破碎率影響為0.6%。

（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(cè)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(cè)試方法[S]. 2006，33（4）：37-40.