1.1.3   疏水缔合聚合物含量优化

疏水缔合聚合物含量对携砂液的黏度和携砂性能有较大的影响。实验选取 0.3%、0.6%、0.9%、1.2%和1.5% 五个质量分数梯度，研究其对携砂液黏度及携砂能力的作用效果。实验过程中，控制携砂液的pH为9，实验结果见图3。

图 3 疏水缔合聚合物质量分数对黏度及携砂能力影响

从图3可看出：随着疏水缔合聚合物含量的增加，疏水缔合聚合物黏度逐渐增大，支撑剂沉降速度降低；当聚合物质量分数（下同）超过0.6%之后，携砂液黏度增加和沉降速度下降都变缓，考虑到经济性、携砂性能以及现场泵注，建议现场疏水缔合聚合物质量分数取0.6%。此时，疏水缔合聚合物黏度为90 mPa·s，支撑剂沉降速度为1.32 mm/s。

1.2   黏弹性表面活性剂

黏弹性表面活性剂在新型携砂液中主要发挥两个作用：①黏弹性表面活性剂的疏水基团与疏水缔合聚合物的疏水基团之间相互作用形成混合缔合结构，交织成致密三维网络，实现协同增稠；②通过自身黏弹性增强体系的黏弹性以提升携砂能力。在疏水缔合聚合物质量分数固定为 0.6%、黏弹性表面活性剂质量分数（下同）为1.5% 的条件下，控制体系的pH为9，对芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱、油酸酰胺丙基甜菜碱、芥酸酰胺丙基甜菜碱的协同增稠性能进行考查，实验结果见表1。

表  1  黏弹性表面活性剂对体系黏度和携砂性能的影响

由表1可看出，添加1.5%黏弹性表面活性剂后，体系黏度增加明显，携砂性能变好，且芥酸酰胺丙基甜菜碱与疏水缔合聚合物之间的协同增稠效果最优，其复配体系黏度达 231 mPa·s，粒径为0.425~0.850 mm的石英砂沉降速度为0.77 mm/s，优于芥酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱和油酸酰胺丙基甜菜碱。因此，优选芥酸酰胺丙基甜菜碱作为新型携砂液用黏弹性表面活性剂。

固定疏水缔合聚合物的质量分数为0.6%，考查不同质量分数黏弹性表面活性剂芥酸酰胺丙基甜菜碱与其协同增稠效果，结果见图4。

图 4 芥酸酰胺丙基甜菜碱质量分数对携砂液黏度的影响

由图4可看出，芥酸酰胺丙基甜菜碱含量增大时，体系黏度呈递增趋势。质量分数超过1.5% 后，黏度增长速率变缓，且质量分数继续增加会导致施工费用大幅上升。综合考虑性能增益与经济成本，建议现场采用质量分数为1.5%的芥酸酰胺丙基甜菜碱。

1.3   pH调节剂

新型携砂液主要是依靠疏水缔合聚合物的疏水基团与黏弹性表面活性剂的疏水基团间的缔合作用增黏，而这种协同作用受pH影响较大。pH调节剂主要作用是将液体pH调整至合适的值，确保聚合物与黏弹性表面活性剂能够达到最佳的协同效果。

选用碳酸钠为pH调节剂，考察了疏水缔合聚合物质量分数为0.6%，黏弹性表面活性剂质量分数为1.5%的情况下，pH调节剂对体系黏度和体系状态的影响，结果见表2。

表  2  pH调节剂浓度优化

表2 表明，随着碳酸钠用量增加，体系的pH和黏度均呈上升趋势。当碳酸钠质量分数超过0.08%时，黏度增幅显著变缓。综合考虑性能提升与经济成本，建议将碳酸钠质量分数控制为0.08%。

综上所述，新型携砂液最佳配方为0.6%疏水缔合聚合物+1.5%芥酸酰胺丙基甜菜碱+0.08%碳酸钠，调节pH至9。

2.   新型携砂液性能

2.1   实验方法

2.1.1   新型携砂液制备

将1 000 mL蒸馏水加至吴茵搅拌器中，开启搅拌，调节转速为1 500~3 000 r/min，将 6.0 g疏水缔合聚合物在搅拌条件下加入体系中，搅拌 30 min 至充分溶解后，继续搅拌，并依次加入 15.0 g芥酸酰胺丙基甜菜碱、0.8 g pH调节剂碳酸钠，即得新型携砂液体系。

2.1.2   新型携砂液黏度测试

将配好的新型携砂液按SY/T 5185—2024《砾石充填防砂水基携砂液性能测定方法》规定执行。

2.1.3   新型携砂液耐温耐剪切性能测试

将哈克 RS6000 型流变仪升温至90 ℃，在 90 ℃、170 s−1 剪切速率条件下对体系进行持续剪切，测试其耐剪切性能。

2.1.4   新型携砂液携砂性能测试

提高携砂液的携砂性能是提高充填防砂施工的砂比、避免施工中出现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携砂液，然后将其置于90 ℃中恒温60 min，将粒径为0.425~0.850 mm的石英砂置于携砂液表面，记录石英砂沉降至量筒底部所用的时间，计算石英砂沉降速率。