研究了两种聚合物溶液的粘弹性，通过分析发现，对于普通聚丙烯 酰胺类聚合物溶液和梳形聚合物溶液来说，在动态力学实验和稳态剪切实验结果中都发 现了类似的规律。本节对分子量同为2300万的两种聚合物溶液的粘弹性进行了对比， 分析了梳形聚合物独特的分子结构对溶液的粘弹性带来的影响，其结果对加深聚合物粘 弹性的认识具有一定意义。
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3.4.2.1动态力学实验结果对比
图3-40质量浓度为500mg/L两种聚合物溶液的动态力学试验对比 Fig.3-40 The dynamic mechanics test results of two kinds of polymer solutions when the mass concentration is 500mg/L
f(Hz)
图3-42质量浓度为2500mg/L两种聚合物溶液的动态力学试验对比 Fig.3-42 The dynamic mechanics test results of two kinds of polymer solutions when the mass concentration is 2500mg/L
图3-40〜图3-42分别为不同浓度时，两种聚合物的动态力学实验结果对比。两种 聚合物分子量相同，都为2300万，从图中可以看出，在各浓度条件下，梳形聚合物的 储能模量和耗能模量均高于普通的聚丙烯酰胺溶液，并且溶液的浓度越高，梳形聚合物 的储能模量和耗能模量高出普通聚丙烯酰胺溶液的幅度就越大。梳形聚合物同普通高分 子聚合物一样，通过分子间的作用力形成网络结果，构成具有较高粘弹性的溶液体系。 理论上，梳形聚合物分子的独特支化结构使其在溶液中更加伸展，不易卷曲，分子间的 作用力及分子链的缠结作用更强，这种作用随着聚合物分子在水溶液中浓度的增加进一 步加强，所以，梳形聚合物溶液可获得更高的粘度。
上述的对比图中显示，梳形聚合物不但具有高的耗能模量（粘性特性），而且其1 能模量也高于同分子量、同浓度的聚丙烯酰胺溶液，这点从下面的图3-43和图3-44 1
可以更直观的观察到。
图3-44梳形聚合物与聚丙烯酰胺溶液耗能模量的对比 Fig.3-44 The viscosity modulus of comb polymer solutions and HPAM solutions
在动态力学实验中可以观察到这一现象，即高粘度的流体通常同时具有高的储能模 量和耗能模量，储能模量和耗能模量的变化规律总是相似的。从储能模量及耗能模量的 定义可知，它们各自反映了聚合物溶液的弹性特性和粘度特性。上节中对于普通聚丙烯 酰胺类聚合物粘弹性的分析中已经证实，聚合物的分子量和种类一定时，储能模量可以 反映溶液弹性的相对大小，其变化与第一法向应力差的变化相同。但是，有学者在对黄 原胶溶液进行相似的研究时发现[8°，99]，低弹高粘的黄原胶溶液在动态力学实验中也表现 出高的储能模量，并建议通过稳态剪切实验测得的第一法向应力差对比弹性的大小。所 以，当聚合物的种类不同时，单一的储能模量对比并不能准确的说明溶液弹性的强弱， 需要通过其他手段进行验证。
3.4.2.2稳态剪切实验结果对比
(a)粘度（b)第一法向应力差
(a)viscosity(b)first normal stress difference
图3-45质量浓度为500mg/L梳形聚合物与聚丙烯酰胺溶液稳态剪切试验对比 Fig.3-45 The steady state shear test results of comb polymer and HPAM solutions when the mass
concentration is 500mg/L
(a)粘度（b)第一法向应力差
(a)viscosity(b)first normal stress difference
图3-46质量浓度为2500mg/L梳形聚合物与聚丙烯酰胺溶液稳态剪切试验对比 Fig.3-46 The steady state shear test results of comb polymer and HPAM solutions when the mass
concentration is 1500mg/L
(a)粘度（b)第一法向应力差
(a)viscosity(b)first normal stress difference
图3-47质量浓度为2500mg/L梳形聚合物与聚丙烯酰胺溶液稳态剪切试验对比 Fig.3-47 The steady state shear test results of comb polymer and HPAM solutions when the mass
concentration is 2500mg/L
图3-45〜图3-47为相同分子量，相同质量浓度的梳形聚合物与普通聚丙烯酰胺聚 合物溶液的稳态剪切实验对比。从对比结果可知，稳态剪切条件下两种聚合物的粘弹性 变化规律相似，在趋势上与动态力学实验相同。随着剪切速率的增加，两种聚合物溶液 的粘度均逐渐下降，第一法向应力差逐渐上升，都可以观察到第二牛顿区现象。当浓度 相同时，低剪切时梳形聚合物溶液的粘度高于普通聚丙烯酰胺溶液，随着剪切速率的增 加，梳形聚合物溶液粘度下降的幅度加快，在曲线的后段，普通聚合物溶液具有更高的 粘度；对比第一法向应力差的变化可以发现，相同浓度时，同分子量的普通聚丙烯酰胺 具有更高的弹性。各浓度的粘度和第一法向应力差的综合对比图如下。
1000
1
10000
图3-48梳形聚合物与聚丙烯酰胺溶液的粘度随剪切速率的变化 Fig.3_48 The relation of viscosity of comb polymer and HPAM solutions vs. shear rate
350
300
50 0
050010001500200025003000
聚合物质量浓度(mg/L)
图3-49聚合物驱剪切速率条件下各浓度聚合物溶液的粘度 Fig. 3-49 The viscosity of polymer solutions with different concentrations under the shear rate of polymer flooding
图3-48为两种不同类型聚合物在不同浓度条件下的粘度随剪切速率的变化规律。 从图3-48中可以看出，聚合物溶液的粘度随浓度的增加而增加，随剪切速率的增加I 降低；在浓度相同的情况下，当剪切速率小于100 ^时，梳形聚合物溶液的粘度高于=
通HPAM溶液，体现了更好的增粘效果；当剪切速率较高时，普通HPAM的粘度超过 梳形聚合物，体现出了较好的抗剪切能力，但考虑实际聚合物驱的剪切速率范围一般在 10 s—1数量级，高剪切速率时的粘度已无意义。聚合物驱条件下各浓度梳形聚合物与同 分子量聚丙烯酰胺溶液的粘度如图3-49所示，从图中可以发现，梳形聚合物相对于聚 丙烯酰胺具有更好的增粘效果，各浓度条件下的粘度均高于相同分子量的聚丙烯酰胺溶 液。
两种流体的粘度变化都符合幂律规律，对曲线进行回归可以得到各自的幂律指数 »，浓度相同时，梳形聚合物溶液具有更小的〃值，假塑性更强，所以在本实验条件下， 梳形聚合物具有更好的增粘效果，如表3-7所示。
02004006008001000120014001600
剪切速率(1/s)
图3-50梳形聚合物与聚丙烯酰胺溶液的第一法向应力差随剪切速率的变化 Fig.3-50 The relation of first normal stress difference of comb polymer and HPAM solutions vs. shear rate
图3-50为两种聚合物溶液第一法向应力差的变化规律，对于任一聚合物种类，溶 液的浓度越高、剪切速率越大，体系的弹性越高；在浓度相同的条件下，普通型聚合物 溶液具有更高的弹性。所以，对比图3-43的测试结果可知，单独以储能模量G‘对比不 同聚合物溶液弹性的大小是不准确的，储能模量通常与耗能模量具有相同的变化规律， 高粘度的聚合物溶液在动态力学实验中总能够表现出较高的储能模量，因此储能模量并 不能定量的表示不同种类聚合物溶液的弹性，它只适用于同类聚合物不同浓度间弹性的 定性对比。本实验通过对第一法向应力差的研究，找到了一种表征不同类型聚合物 溶液弹性的方法。
如图3-50所示，在本实验条件下，当剪切速率在低于1500 ^的范围内时，两种聚 合物溶液的第一法向应力差随剪切速率均呈线性规律上升，并且聚合物的质量浓度越 高，溶液弹性越高，第一法向应力差与剪切速率直线的斜率越大，所以，第一法向应力 差7V1与剪切速率直线的斜率（这里用知i表示）可以定量表示不同溶液的弹性大小， 并且该参数本身为无量纲数，与剪切速率的大小无关，更加便于不同聚合物溶液的对比。 不同浓度的两种聚合物溶液的弹性如表3-7所示。
表3-7不同体系的幂律指数及弹性 Table.3-7 The power law index and elasticity of different solutions
质量浓度幂律指数n弹性私1
(mg/L)KYPAMHPAMKYPAMHPAM
5000.630.660.670.84
15000.380.441.702.24
25000.280.362.763.21
通过以上对梳形聚合物及普通聚丙烯酰胺溶液粘弹性的综合对比，可以发现，在室 内驱油条件下，梳形聚合物在相同分子量，相同浓度时具有更高的粘度，其幂律指数》 值更小，假塑性更强，具有更好的增粘效果；聚丙烯酰胺类聚合物具有更强的抗剪切能 力。储能模量G‘可以定性的对比同类聚合物溶液弹性的强弱，但不适合进行不同聚合 物溶液弹性的定量比较，聚合物种类不同时，应采用第一法向应力差进行弹性的对比， 本研究中，采用第一法向应力差随剪切速率变化的直线斜率定量表示聚合物溶液的弹性 大小，可以起到比较准确的对比效果。在分子量和浓度都相同的情况下，普通的聚丙烯 酰胺类聚合物比梳形聚合物具有更高的弹性。