聚合物溶液驱油是三次采油技术中最常用的一种 提高原油采收率的方法。在聚合物驱油过程中，聚合 物溶液的地下流变性直接影响其渗流特性及其驱油效 果。聚合物溶液在地层孔隙介质中的流变特性是极为 复杂的，它不但取决于聚合物溶液本身的性质，油层多 孔介质的孔隙结构，还取决于聚合物分子与孔隙介质 之间的相互作用。这是因为多孔介质的孔道结构极其 复杂，不断出现收缩、发散的流道，因而聚合物溶液在 孔隙介质中的流动既有剪切流动，也有拉伸流动。当 聚合物溶液在一定速度范围内通过孔隙介质时，以剪 切流动为主，大分子在剪切力场作用下沿流动方向定 向伸展，粘度随速度的增加而下降，流体呈现拟塑性流 变特性；当流速增加到一定程度后，孔喉处的流速和拉 伸速率都显著增加，此时流体显示出剪切增稠特性。 传统的牛顿流体的渗流力学不能解释上述所说的特殊 现象，因此研究聚合物溶液在多孔介质中的流变性是 正确进行聚合物驱油藏工程计算与分析、并指导矿场 试验的前提和基础[1]。叶仲斌等[〜通过研究表明聚 合物分子通过多孔介质剪切后，在一定程度上破坏了 聚合物的分子链，从而影响了聚合物溶液的性能；夏惠 芬等[58]研究了聚合物溶液的粘弹性，给出了粘弹性聚 合物溶液的表观粘度的表达式和表现出弹性时的临界 剪切速率;陈铁龙[91°]通过研究得出了三元复合体系 在多孔介质中出现粘弹流变特征的临界剪切速率随着 聚合物浓度的升高而减小，随着表面活性剂和碱浓度 的增加而增大;张星[11]等利用岩心驱替装置系统分析 了不同渗透率、不同质量浓度聚合物溶液的剪切流变 性;还有许多学者通过实验研究了聚合物溶液的粘弹 特性[1216]，但是系统地研究不同相对分子质量、不同 质量浓度的聚合物溶液在多孔介质中粘弹性的文章还 少有报道。我们通过岩心渗流实验研究了聚丙烯酰胺 (聚合物)溶液在渗流过程中的流变性，给出了不同渗 流速度条件下的粘度变化规律，分析了聚合物溶液的 质量浓度和相对分子质量对多孔介质中聚合物溶液流 变性的影响。
1实验部分
1.1实验设备及材料
人造岩心:直径2. 5 cm，单根长度10 cm左右，气 测渗透率2 000XKT3pm2。
模拟盐水:矿化度分别为508 mg/L、3 700 mg/L, 用来配制母液、测水，测渗透率和稀释聚合物用。
化学剂：部分水解聚丙烯酰胺，大庆炼化公司生 产，相对分子质量分别为1 200 X 104、1 620 X 104和 2 500X104;用清水（矿化度508 mg/L)配制浓度为 5 000 mg/L的母液，然后用污水(矿化度3 700 mg/L) 稀释为实验浓度。
实验设备:恒温箱、平流泵、岩心夹持器、手摇泵、 管线压力表若干。
实验温度:45 °C。
1.2实验步骤
(1)抽真空，45 °C条件下饱和盐水（3 700 mg/ L)，记录不同流量条件下该岩心的稳定压力，计算岩 心水，测渗透率；
(2)以256 mL/h的流量开始进行渗流实验，记录 该流量条件下的稳定压力；
(3)压力稳定后在出口取样，测量聚合物体系的 流变参数；
(4)上一个流量实验结束后，按照180、128、64、 32、16、8、4、2 mL/h的顺序依次改变注人速度，继续 步骤(2)和(3);
(5)后续水驱，记录各流量下后续水驱的稳定压 力，计算阻力系数和残余阻力系数；
(6)按照实验方案修改实验参数进行影响因素对 比实验。
1.3实验方案
为研究质量浓度和相对分子质量对多孔介质中聚 合物溶液流变性的影响，设计实验方案如表1所示。
表1短岩心渗流实验方案
实验方案岩心编号聚合物相对分子
质量吣Xl〇4聚合物溶液质量 浓度Amg. L-1)
115 〜181 62011600
215 〜161 6202 300
315 〜221 6201 000
415 〜192 5001 600
515 〜271 2001 600
2实验结果
2.1聚合物溶液在多孔介质中的渗流特性
图1给出了直角坐标系和双对数坐标系下水在岩 心15〜18中渗流时的流量和压差的关系曲线。由 图1可以看出，随流量增加，压差呈直线上升的趋势， 完全符合达西定律。
应用Ergun公式[17]计算了水在岩心15〜18中渗 流时的雷诺数Re。在2〜256 mL/h的流速范围内， 在岩心15〜18中，Re的变化范围为4. 05 X 1(T5到
5.18X1(T3之间。说明水在岩心中渗流时是不存在惯 性效应的。因此，粘度高于水的聚合物溶液在以上渗 透率级别的岩心中渗流时，在实验流量范围内不存在 惯性渗流。
2.1.1聚合物溶液质量浓度对渗流特性的影响
图2给出了双对数坐标系下不同质量浓度的聚合 物溶液在岩心中渗流时的流量和压差的关系曲线。由 图2可以看出，聚合物溶液在渗流过程中，在双对数坐 标系下，岩心两端的压差随流量的增加表现出先上升 而后上翘的趋势。这种现象出现的可能原因有两种， 一是聚合物溶液在渗流过程中出现了惯性非达西流动 现象，二是聚合物溶液出现了弹性效应。根据前文计 算的雷诺数，我们排除了惯性渗流的影响，因此，聚合 物溶液渗流曲线上出现的上翘现象是聚丙烯酰胺溶液 的弹性所致。在其它条件相同的情况下，聚合物溶液 的质量浓度越高，粘弹性越强，渗流压差越大，上翘现 象越明显。这是因为随着聚合物溶液质量浓度的增加，聚合物分子之间相互吸引和相互缠结的能力增强， 使得渗流阻力增加。
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2.1.2聚合物溶液相对分子质量对渗流特性的影响 图3给出了双对数坐标系下不同相对分子质量的聚 合物溶液在岩心中渗流时的流量和压差的关系曲线。可 以看出，在其它条件相同的情况下，聚合物溶液的相对分 子质量越高，渗流压差越大。这是因为聚合物溶液的相 对分子质量越大，聚丙烯酰胺分子的回旋半径越大，重复 链节越多，并且由于吸附、滞留，使得岩心的渗透率下降, 从而使渗流阻力增大，渗流特性变差。
2.2聚合物溶液在多孔介质中的弹性效应
2.2.1多孔介质中的等效剪切速率
在聚合物驱油过程中，聚合物溶液的粘度与剪切 速率密切相关。但是在聚合物驱油物理模拟实验中直 接用到的是渗流速度，因而需要将渗流速度换算为对 应的剪切速率。目前还没有精确描述多孔介质中剪切 速率的模型。一方面是由于多孔介质的孔隙结构异常 复杂，目前尚无理论模式可以精确描述;另一方面则是 由于聚合物分子与多孔介质之间的相互作用极为复 杂。许多学者提出了聚合物溶液在多孔介质中剪切速 率的简化模型[18]，本文中采用如下模型 其中A为修正系数，Y为等效剪切速率，为达西 速度，cm/S;K：p为聚合物渗流时岩心的渗透率，pm2;95 为岩心孔隙度。
2.2. 2聚合物溶液在多孔介质中的有效粘度
聚合物溶液在多孔介质中渗流的基本方程是达西
方程
KdAAP
式中Q为流体流过岩心的体积流量，cm3/s;AP为岩 心两端的压差，MPa;A为岩心的横截面积，cm2;L为 岩心的长度，cm;/i为流体的粘度，mPa • S。
对于聚合物溶液，其粘度与流速有关，不再是一常 量，流量与压差之间的线性关系已不成立，但是可根据 聚合物溶液渗流时岩心两端压差和流量的关系用上式 计算聚合物溶液的粘度，所求出的粘度是聚合物溶液通 过孔隙介质时的实际粘度，也称为有效粘度，用;表示
^ ~ ~~QL~⑶
由于聚合物分子在岩心中的吸附滞留，使得岩心 的渗透率降低，因此压降不仅受流量和流体粘度的影 响，同时还受到岩心渗透率的影响，在用上式计算有效 粘度时，应用残余阻力系数对渗透率进行修正。
2.2.3聚合物溶液在多孔介质中流变性的影响因素 根据上述岩心的实验数据,利用式(1)计算不同注 人速度对应的等效剪切速率，利用式(3)计算不同注人 速度时岩心中聚合物溶液的有效粘度，可得到聚合物 溶液在多孔介质中的流变曲线。影响多孔介质中聚合 物溶液流变性的因素主要有以下几种。
拉
(1)质量浓度的影响。图4给出了不同质量浓度 的聚合物溶液在多孔介质中的流变曲线。可以看出， 有效粘度随剪切速率的增加而下降，达到一定值(称为 临界流变流速)后，有效粘度随着剪切速率的增加而升 高。在相同剪切速率条件下，随着质量浓度的升高，聚 合物溶液的有效粘度增加。
6050
(2)相对分子质量的影响。图5给出了不同相对 分子质量的聚合物溶液在多孔介质中的流变曲线。与 质量浓度升高的情况类似，相对分子质量的升高也能 使孔隙介质中的有效粘度增加。
图5不同相对分子质置的聚合物溶液在 多孔介质中的流变曲线
3结论
(1)聚合物溶液在岩心中渗流时，岩心两端压差 随聚合物溶液质量浓度的增加而增大；随聚合物溶液 相对分子质量的增加而增大；
(2)聚合物溶液在多孔介质中的有效粘度可以通 过渗流过程的实验数据利用达西定律来反算求得。随 渗流速度的增加，聚合物溶液在多孔介质中的有效粘 度下降，达到临界流变流速后，有效粘度随着剪切速率 的增加而升高；
(3)聚合物溶液在多孔介质中的有效粘度随溶液 质量浓度的增加、相对分子质量的增大而增大。