1.1.3   疏水締合聚合物含量優(yōu)化

疏水締合聚合物含量對攜砂液的黏度和攜砂性能有較大的影響。實驗選取 0.3%、0.6%、0.9%、1.2%和1.5% 五個質(zhì)量分數(shù)梯度，研究其對攜砂液黏度及攜砂能力的作用效果。實驗過程中，控制攜砂液的pH為9，實驗結(jié)果見圖3。

圖 3 疏水締合聚合物質(zhì)量分數(shù)對黏度及攜砂能力影響

從圖3可看出：隨著疏水締合聚合物含量的增加，疏水締合聚合物黏度逐漸增大，支撐劑沉降速度降低；當聚合物質(zhì)量分數(shù)（下同）超過0.6%之后，攜砂液黏度增加和沉降速度下降都變緩，考慮到經(jīng)濟性、攜砂性能以及現(xiàn)場泵注，建議現(xiàn)場疏水締合聚合物質(zhì)量分數(shù)取0.6%。此時，疏水締合聚合物黏度為90 mPa·s，支撐劑沉降速度為1.32 mm/s。

1.2   黏彈性表面活性劑

黏彈性表面活性劑在新型攜砂液中主要發(fā)揮兩個作用：①黏彈性表面活性劑的疏水基團與疏水締合聚合物的疏水基團之間相互作用形成混合締合結(jié)構，交織成致密三維網(wǎng)絡，實現(xiàn)協(xié)同增稠；②通過自身黏彈性增強體系的黏彈性以提升攜砂能力。在疏水締合聚合物質(zhì)量分數(shù)固定為 0.6%、黏彈性表面活性劑質(zhì)量分數(shù)（下同）為1.5% 的條件下，控制體系的pH為9，對芥酸酰胺丙基羥磺基甜菜堿、油酸酰胺丙基甜菜堿、芥酸酰胺丙基甜菜堿的協(xié)同增稠性能進行考查，實驗結(jié)果見表1。

表  1  黏彈性表面活性劑對體系黏度和攜砂性能的影響

由表1可看出，添加1.5%黏彈性表面活性劑后，體系黏度增加明顯，攜砂性能變好，且芥酸酰胺丙基甜菜堿與疏水締合聚合物之間的協(xié)同增稠效果最優(yōu)，其復配體系黏度達 231 mPa·s，粒徑為0.425~0.850 mm的石英砂沉降速度為0.77 mm/s，優(yōu)于芥酸酰胺丙基羥磺基甜菜堿和油酸酰胺丙基甜菜堿。因此，優(yōu)選芥酸酰胺丙基甜菜堿作為新型攜砂液用黏彈性表面活性劑。

固定疏水締合聚合物的質(zhì)量分數(shù)為0.6%，考查不同質(zhì)量分數(shù)黏彈性表面活性劑芥酸酰胺丙基甜菜堿與其協(xié)同增稠效果，結(jié)果見圖4。

圖 4 芥酸酰胺丙基甜菜堿質(zhì)量分數(shù)對攜砂液黏度的影響

由圖4可看出，芥酸酰胺丙基甜菜堿含量增大時，體系黏度呈遞增趨勢。質(zhì)量分數(shù)超過1.5% 后，黏度增長速率變緩，且質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增加會導致施工費用大幅上升。綜合考慮性能增益與經(jīng)濟成本，建議現(xiàn)場采用質(zhì)量分數(shù)為1.5%的芥酸酰胺丙基甜菜堿。

1.3   pH調(diào)節(jié)劑

新型攜砂液主要是依靠疏水締合聚合物的疏水基團與黏彈性表面活性劑的疏水基團間的締合作用增黏，而這種協(xié)同作用受pH影響較大。pH調(diào)節(jié)劑主要作用是將液體pH調(diào)整至合適的值，確保聚合物與黏彈性表面活性劑能夠達到最佳的協(xié)同效果。

選用碳酸鈉為pH調(diào)節(jié)劑，考察了疏水締合聚合物質(zhì)量分數(shù)為0.6%，黏彈性表面活性劑質(zhì)量分數(shù)為1.5%的情況下，pH調(diào)節(jié)劑對體系黏度和體系狀態(tài)的影響，結(jié)果見表2。

表  2  pH調(diào)節(jié)劑濃度優(yōu)化

表2 表明，隨著碳酸鈉用量增加，體系的pH和黏度均呈上升趨勢。當碳酸鈉質(zhì)量分數(shù)超過0.08%時，黏度增幅顯著變緩。綜合考慮性能提升與經(jīng)濟成本，建議將碳酸鈉質(zhì)量分數(shù)控制為0.08%。

綜上所述，新型攜砂液最佳配方為0.6%疏水締合聚合物+1.5%芥酸酰胺丙基甜菜堿+0.08%碳酸鈉，調(diào)節(jié)pH至9。

2.   新型攜砂液性能

2.1   實驗方法

2.1.1   新型攜砂液制備

將1 000 mL蒸餾水加至吳茵攪拌器中，開啟攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為1 500~3 000 r/min，將 6.0 g疏水締合聚合物在攪拌條件下加入體系中，攪拌 30 min 至充分溶解后，繼續(xù)攪拌，并依次加入 15.0 g芥酸酰胺丙基甜菜堿、0.8 g pH調(diào)節(jié)劑碳酸鈉，即得新型攜砂液體系。

2.1.2   新型攜砂液黏度測試

將配好的新型攜砂液按SY/T 5185—2024《礫石充填防砂水基攜砂液性能測定方法》規(guī)定執(zhí)行。

2.1.3   新型攜砂液耐溫耐剪切性能測試

將哈克 RS6000 型流變儀升溫至90 ℃，在 90 ℃、170 s?1 剪切速率條件下對體系進行持續(xù)剪切，測試其耐剪切性能。

2.1.4   新型攜砂液攜砂性能測試

提高攜砂液的攜砂性能是提高充填防砂施工的砂比、避免施工中出現(xiàn)砂堵和改善布砂剖面的重要措施。在100 mL具塞量筒中加入100 mL攜砂液，然后將其置于90 ℃中恒溫60 min，將粒徑為0.425~0.850 mm的石英砂置于攜砂液表面，記錄石英砂沉降至量筒底部所用的時間，計算石英砂沉降速率。