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压裂裂缝监测用纳米磁流体制备与性能研究

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微地震法是目前矿场上使用最为常见的裂缝监测方法。针对微地震法不能提供支撑剂分布及有效裂缝形状信息等不足，基于纳米磁流体的裂缝监测方法从原理上可以弥补这些缺点，有着较好应用潜力。因此，制备出一种磁化率高、性能稳定、制备方法简易可应用于裂缝监测的纳米磁流体，对其流体性质和磁学性质进行研究。利用数值模拟方法，对纳米磁流体运用在裂缝监测上的效果进行了研究和分析，为纳米磁流体在裂缝监测中应用的可行性研究提供理论基础。 采用化学共沉淀法制备纳米Fe3O4颗粒，以颗粒粒径和饱和磁化强度为指标，采用正交实验方法优选实验过程中的反应条件：反应pH值为10，Fe2+/Fe3+比例0.8~1.0，Fe3+浓度为 0.2~0.3mol/L，反应期温度 50℃，熟化期为 70℃。X-射线衍射（XRD）以及扫描电镜（SEM）分析可知 Fe3O4颗粒成分纯度高，粒径较小且较为均一，大约 20nm；磁滞回线测试表明纳米Fe3O4颗粒具有超顺磁性，饱和磁化强度在53.6emu/g左右。在此基础上，以聚乙二醇 4000（PEG-4000）为表面稳定剂制备出稳定性良好的系列水基纳米磁流体。性能测试显示：纳米磁流体密度略大于水，密度 1.011~1.080g/mL；粘度2.84~8.20mPa·s；磁化率0.063~0.244。同时，应用数值模拟研究了纳米磁性颗粒在裂缝和地层介质中的对流—扩散过程，模拟结果表明：短期注入纳米磁流体，磁性颗粒主要分布在裂缝及裂缝表面附近地层区域；注入纳米磁流体可明显提高裂缝区域磁化率，大于地层磁化率100倍以上。基于静磁场理论，模拟计算结果表明：裂缝中由于存在纳米磁流体，在地磁场作用下可以明显产生诱导磁场，诱导磁场受注入时间、缝长、缝高、裂缝方位角等裂缝参数影响，分析认为纳米磁流体注入裂缝用于裂缝监测从理论上是可行的，具有较好的应用潜力。

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