阳离子聚丙烯酰胺流变性及渗流性能研究:
阳离子聚丙烯酰胺流变性及渗流性能研究,采用Bohlin CVO流变仪和填砂管驱替渗流模型对阳离子聚丙烯酰胺进行测定，结 果表明，阳离子聚丙烯酰胺表现出剪切稀释性能，低剪切应力下，储能模量和损耗模量相近^而在高 剪切应力下，损耗模量将大于储能模量。在频率扫描下，溶液的储能模量随着频率的加快而增加。 在多孔介质中，1600 mg/ L阳离子聚丙烯酰胺阻力系数和残余阻力系数为214和36. 67,而1200 mg/L时为20.33和5.79;后续水采用不同流速进行驱替时，残余阻力系数随流速的减小而降低。
随着油田用聚合物研究的深入，聚合物流变性 能、渗流性能与分子结构关系的研究具有非常重要 的意义[1]。在地层渗流中，聚合物不仅表现出粘性 流体特征而且表现出弹性特征[2]。本试验采用流变 仪及驱替模型对阳离子聚丙烯酰胺的粘弹性能及渗 流性能进行了研究。
1阳离子聚丙烯酰胺流变性及渗流性能研究实验部分
1. 1实验试剂
实验采用阳离子聚丙烯酰胺，该聚丙烯酰胺是 由丙烯酰胺与二甲基二烯丙基氯化铵共聚形成。特 性粘数[叩=12 dL/g，阳离子度15%，用二次蒸馏 水配制评价溶液。
1. 2流变性实验
采用英国M alvern公司生产的Bohlin CVO流
变仪测量聚合物溶液的动态流变性。
测量动态流变性是流变仪在小振幅交变（正弦 变化）的应力(或应变)作用下，溶液表现出的力学响 应规律[1]。
1. 3渗流性能 水的流度与聚合物溶液流度的比值：
(&)/々)
式中：九为水的流度,• 为聚合物溶液的流 度，为水相渗透率;KP为聚合物溶液渗透率；仏 为水的粘度,•斗为聚合物溶液的粘度。
在实验中保持相同的体积流量，阻力系数为：
式中：（孕）P为聚合物驱时岩心两端压力差; (孕）》为水驱时岩心两端压力差。
残余阻力系数为聚合物溶液通过多孔介质前后 的渗透率之比，阳离子聚丙烯酰胺流变性及渗流性能研究,是描述聚合物等降低渗透率程度的 参数：
K wb
K wa
式中：Kwb为聚合物溶液通过岩心前的水相渗 透率,• K,wa为聚合物溶液通过岩心后的水相渗透率。
2实验结果及分析 2. 1流变性实验结果
图1是阳离子聚丙烯酰胺在不同剪切速率下的
采用填砂管来模拟岩心，规格030 mm x L300表观粘度曲线。从图中可以看出，溶液表现出很强
mm，按照驱替流程安装设备[3,4]，测试温度25 °C。的剪切稀释特性，在低剪切速率下粘度与浓度的差
阻力系数和残余阻力系数是描述聚合物溶液流别较大，在高剪切下，溶液粘度降低并与浓度关系的
& o o
0 5 0
u1020JO40
剪切速丰.S
图1阳离子聚丙烯酰胺的流变性
•I
0 5 0 5 0 5 3 2 2 n 1 o
有切应力，Pa
图2剪切应力对聚合物粘弹模量的影响
图4阳离子聚丙烯酰胺洚流曲线
2. 2粘弹性测量结果
在动态振荡剪切测量中，聚合物溶液的粘弹性 如图2和图3所示。图2为不同剪切应力下溶液的 粘弹性能，从图中可以看出，在低剪切应力下溶液储 能模量与损耗模量差不多，高浓度溶液以储能模量 为主；随着剪切应力増加溶液表现出损耗模量、储能 模量的迅速下降。该现象表明阳离子聚丙烯酰胺在 低剪切下结构性能较强，具有较强的空间结构，随着 剪切应力増加，溶液结构破坏，分子趋向趋于一致， 逐渐依靠聚合物分子间的摩擦形成表观流变性，溶 液表现出以损耗模量为主。图3为不同振荡频率下 溶液的粘弹性能，从图中可以看出，低频率下溶液损 耗模量大于储能模量，随着频率的増加聚合物分子 逐渐拉长伸直，溶液储能模量迅速増加，溶液表现出 弹性为主。
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2. 3阳离子聚丙烯酰胺的渗流性能 2. 3. 1阳离子聚丙烯酰胺渗流特征
将浓度为1200 mg/ L和1600 mg/L阳离子聚 丙烯酰胺溶液分别注入渗透率为9466 Um2和7261 Um2的模拟岩心中，研究注入过程及后续注入水的 压力变化（图4)。从图中可以看出，1600 mg/L注 入的稳定时间比较晚，注入压力比较高，因而阻力系 数(RF= 214)远大于 1200 mg/L(RF= 20. 33)的， 阳离子聚丙烯酰胺流变性及渗流性能研究,采用后续水驱1600 mg/L阳离子聚丙烯酰胺的残 余阻力系数(RRF= 36. 67)也比较高，而1200 mg/L 的阳离子聚丙烯酰胺残余阻力系数RRF= 5.79。
2. 3.2注入阳离子聚丙烯酰胺后续水驱特征变化
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第38卷第3期
将浓度为1200 mg/L和1600 mg/L阳离子聚
丙烯酰胺分别注入渗透率为2879 Um2和2400 Um2 模拟岩心1. 8 PV,测量后续水在不同流速下的渗流 特征(从高速到低速)，如图5和图6所示，所得不同 流速下的残余阻力系数如表1。
表1不同流速下的残余阻力系数
残余阻力系数
2mL/ min1m L/ min0. 5m L/ min0. 1mL/ m in
1200m g/ L3. 993.643.312.97
1600m g/ L22.420. 519. 416.3
从图5、图6及表1可以看出，浓度越高，后续 水流动压差越大，说明高浓度阳离子聚丙烯酰胺降 低岩心渗透率能力强，流速越高表现出来的封堵能 力越明显。这是由于阳离子聚丙烯酰胺在石英砂上 的吸附能力强，流速高时，聚合物在多孔介质中主要 表现出的是粘附力，使得后续水在多孔介质中粘附 力増大。
3结论
(1)阳离子聚丙烯酰胺为剪切稀释溶液，在高 剪切应力下，阳离子聚丙烯酰胺流变性及渗流性能研究,溶液的损耗模量远大于储能模量，体系 空间结构被破坏。溶液在高频率时，分子结构被拉
伸，溶液表现为弹性；
(2)阳离子聚丙烯酰胺在渗流过程中阻力系数 和残余阻力系数均随浓度的増加而大幅度増加；
(3)阳离子聚丙烯酰胺残余阻力系数随流速的 减小而减小，流速越大封堵能力强，表现出来的粘滞 效应越明显。
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