陽離子聚丙烯酰胺流變性及滲流性能研究:
陽離子聚丙烯酰胺流變性及滲流性能研究,采用Bohlin CVO流變儀和填砂管驅替滲流模型對陽離子聚丙烯酰胺進行測定，結 果表明，陽離子聚丙烯酰胺表現出剪切稀釋性能，低剪切應力下，儲能模量和損耗模量相近^而在高 剪切應力下，損耗模量將大于儲能模量。在頻率掃描下，溶液的儲能模量隨著頻率的加快而增加。 在多孔介質中，1600 mg/ L陽離子聚丙烯酰胺阻力系數和殘余阻力系數為214和36. 67,而1200 mg/L時為20.33和5.79;后續水采用不同流速進行驅替時，殘余阻力系數隨流速的減小而降低。
隨著油田用聚合物研究的深入，聚合物流變性 能、滲流性能與分子結構關系的研究具有非常重要 的意義[1]。在地層滲流中，聚合物不僅表現出粘性 流體特征而且表現出彈性特征[2]。本試驗采用流變 儀及驅替模型對陽離子聚丙烯酰胺的粘彈性能及滲 流性能進行了研究。
1陽離子聚丙烯酰胺流變性及滲流性能研究實驗部分
1. 1實驗試劑
實驗采用陽離子聚丙烯酰胺，該聚丙烯酰胺是 由丙烯酰胺與二甲基二烯丙基氯化銨共聚形成。特 性粘數[叩=12 dL/g，陽離子度15%，用二次蒸餾 水配制評價溶液。
1. 2流變性實驗
采用英國M alvern公司生產的Bohlin CVO流
變儀測量聚合物溶液的動態流變性。
測量動態流變性是流變儀在小振幅交變（正弦 變化）的應力(或應變)作用下，溶液表現出的力學響 應規律[1]。
1. 3滲流性能 水的流度與聚合物溶液流度的比值：
(&)/々)
式中：九為水的流度,• 為聚合物溶液的流 度，為水相滲透率;KP為聚合物溶液滲透率；仏 為水的粘度,•斗為聚合物溶液的粘度。
在實驗中保持相同的體積流量，阻力系數為：
式中：（孕）P為聚合物驅時巖心兩端壓力差; (孕）》為水驅時巖心兩端壓力差。
殘余阻力系數為聚合物溶液通過多孔介質前后 的滲透率之比，陽離子聚丙烯酰胺流變性及滲流性能研究,是描述聚合物等降低滲透率程度的 參數：
K wb
K wa
式中：Kwb為聚合物溶液通過巖心前的水相滲 透率,• K,wa為聚合物溶液通過巖心后的水相滲透率。
2實驗結果及分析 2. 1流變性實驗結果
圖1是陽離子聚丙烯酰胺在不同剪切速率下的
采用填砂管來模擬巖心，規格030 mm x L300表觀粘度曲線。從圖中可以看出，溶液表現出很強
mm，按照驅替流程安裝設備[3,4]，測試溫度25 °C。的剪切稀釋特性，在低剪切速率下粘度與濃度的差
阻力系數和殘余阻力系數是描述聚合物溶液流別較大，在高剪切下，溶液粘度降低并與濃度關系的
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剪切速豐.S
圖1陽離子聚丙烯酰胺的流變性
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0 5 0 5 0 5 3 2 2 n 1 o
有切應力，Pa
圖2剪切應力對聚合物粘彈模量的影響
圖4陽離子聚丙烯酰胺洚流曲線
2. 2粘彈性測量結果
在動態振蕩剪切測量中，聚合物溶液的粘彈性 如圖2和圖3所示。圖2為不同剪切應力下溶液的 粘彈性能，從圖中可以看出，在低剪切應力下溶液儲 能模量與損耗模量差不多，高濃度溶液以儲能模量 為主；隨著剪切應力増加溶液表現出損耗模量、儲能 模量的迅速下降。該現象表明陽離子聚丙烯酰胺在 低剪切下結構性能較強，具有較強的空間結構，隨著 剪切應力増加，溶液結構破壞，分子趨向趨于一致， 逐漸依靠聚合物分子間的摩擦形成表觀流變性，溶 液表現出以損耗模量為主。圖3為不同振蕩頻率下 溶液的粘彈性能，從圖中可以看出，低頻率下溶液損 耗模量大于儲能模量，隨著頻率的増加聚合物分子 逐漸拉長伸直，溶液儲能模量迅速増加，溶液表現出 彈性為主。
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2. 3陽離子聚丙烯酰胺的滲流性能 2. 3. 1陽離子聚丙烯酰胺滲流特征
將濃度為1200 mg/ L和1600 mg/L陽離子聚 丙烯酰胺溶液分別注入滲透率為9466 Um2和7261 Um2的模擬巖心中，研究注入過程及后續注入水的 壓力變化（圖4)。從圖中可以看出，1600 mg/L注 入的穩定時間比較晚，注入壓力比較高，因而阻力系 數(RF= 214)遠大于 1200 mg/L(RF= 20. 33)的， 陽離子聚丙烯酰胺流變性及滲流性能研究,采用后續水驅1600 mg/L陽離子聚丙烯酰胺的殘 余阻力系數(RRF= 36. 67)也比較高，而1200 mg/L 的陽離子聚丙烯酰胺殘余阻力系數RRF= 5.79。
2. 3.2注入陽離子聚丙烯酰胺后續水驅特征變化
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第38卷第3期
將濃度為1200 mg/L和1600 mg/L陽離子聚
丙烯酰胺分別注入滲透率為2879 Um2和2400 Um2 模擬巖心1. 8 PV,測量后續水在不同流速下的滲流 特征(從高速到低速)，如圖5和圖6所示，所得不同 流速下的殘余阻力系數如表1。
表1不同流速下的殘余阻力系數
殘余阻力系數
2mL/ min1m L/ min0. 5m L/ min0. 1mL/ m in
1200m g/ L3. 993.643.312.97
1600m g/ L22.420. 519. 416.3
從圖5、圖6及表1可以看出，濃度越高，后續 水流動壓差越大，說明高濃度陽離子聚丙烯酰胺降 低巖心滲透率能力強，流速越高表現出來的封堵能 力越明顯。這是由于陽離子聚丙烯酰胺在石英砂上 的吸附能力強，流速高時，聚合物在多孔介質中主要 表現出的是粘附力，使得后續水在多孔介質中粘附 力増大。
3結論
(1)陽離子聚丙烯酰胺為剪切稀釋溶液，在高 剪切應力下，陽離子聚丙烯酰胺流變性及滲流性能研究,溶液的損耗模量遠大于儲能模量，體系 空間結構被破壞。溶液在高頻率時，分子結構被拉
伸，溶液表現為彈性；
(2)陽離子聚丙烯酰胺在滲流過程中阻力系數 和殘余阻力系數均隨濃度的増加而大幅度増加；
(3)陽離子聚丙烯酰胺殘余阻力系數隨流速的 減小而減小，流速越大封堵能力強，表現出來的粘滯 效應越明顯。
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