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聚丙烯酰胺溶液微观流变特性的研究

发布日期:2015-07-20 11:34:12

聚合物驱油是一种有效和有发展前途的提高原油采收率方法。大庆油田的矿场试验表明, 聚合物驱能提高采收率10%以上。油藏中孔隙尺寸通常在微米量级,微观结构极不规则,聚 合物溶液则是一种流变性很复杂的非牛顿流体。聚合物驱油机理涉及许多层次、许多方面的问 题,需要从不同的角度用多种方法进行研究,例如微观仿真模型驱油研究,残余阻力系数测定等等。我们用Nucleopore核孔膜作为微孔介质物理模型,从流变学角度研究聚合物在微米量级直孔道中流动的特性,据以了解聚合物溶液在微孔介质中流动的阻力特性。

浓度800ppm的聚丙烯酰胺盐水溶液流过不同孔径核孔膜时表观粘度曲线的变化所有这些曲线都是可以重复的,图3作为示例给出在剪切速率从低到高再到低的四 个单程两个循环过程中,800 ppm的聚丙烯酰胺盐水溶液流过孔径10m核孔膜时表观粘度 曲线的变化这说明所用的这种微孔介质模型中无吸附现象产生,在较低剪切速 率下,在各个孔径的核孔膜中粘度曲线均接近宏观粘度曲线,溶液具有剪切变稀特性总的规 律是:较大孔径核孔膜中的表观粘度高于较小孔径核孔膜中的表观粘度,这是入口压降和“贫化层”的存在造成的。
当剪切速率较高时,表观粘度急剧増大,在此称之为“剪切増稠”现象对此现象有种种解 释,本文认为主要原因为弹性拉伸,理由如下:吸附及杂质堵塞的影响可以排除,而阻力増 大现象是可逆的,发生剪切増稠的特征时间随聚纖度増大、孔径变小而延长油于高剪切速率下盐的屏蔽效应减弱,分子发生扩张,在盐水溶液中剪切增稠现象表现得更为强烈; 具有半刚性链的高分子Xanthan水溶液在各种浓度下均不发生剪切增稠现象。
在恒流量实验中也观测到了流体力学滞留现象在流速较低时,400ppm聚丙烯酰胺溶液 在孔径0. 8Pm核孔膜中的流动压差很快达到平衡值;当流速增大到1. 4< 1CT3cm/s时流动压差出现波动,处于非稳定状态。这反映流体力学滞留效应导致流动阻力动态变化的过程恒 流量条件下的粘度曲线,恒压差条件下的结果十分相似„ 从本实验研究结果还远不能精确预测发生流体力学滞留的规律,但可以总结出与下列各因素 的关系如下。(1)孔径:这是一个敏感的因素,聚丙烯酰胺纯水溶液在小孔径核孔膜中不发生流 体力学滞留,在大孔径核孔膜中滞留比较显著;聚丙烯酰胺盐水溶液仅在孔径1cm左右的核 孔膜中有流体力学滞留,且不随溶液浓度而变,在其它较小和较大)孔径的核孔膜中均不发生 流体力学滞留。(2)剪切速率:流体力学滞留不发生在低剪切速率下范围内较显著,在较高剪切速率下发生的滞留,在较低剪切速率下可逐渐消退,但在 一般测定时间内不能恢复原状态。(3)聚丙烯酰胺浓度:在本实验范围内浓度对流体力学滞留 影响不大,往往在稀溶液中观测到显著滞留,在较高浓度下滞留趋势却较弱(4)矿化度:在纯 水溶液和盐水溶液中都会发生滞留,在盐水溶液中滞留发生时的剪切速率较低,孔径在1cm 左右这与大分子的流体力学半径有关),滞留程度较强流体力学滞留的物理本质还不十分清楚,显然有别于吸附滞留,因为文献发表的实验结果 和理论研究表明,柔性链聚合物的静态吸附大于动态吸附对于聚碳酸酯这样的材料,部分 水解聚丙烯酰胺的滞留不仅发生在管壁处,也发生在入口处这种流体力学滞留的机理是:大 分子在拉伸流场中取向并聚集,形成瞬态微凝胶状物堆积,在微孔道中造成了流动力。
聚丙烯酰胺溶液微观流变特性的研究