水解聚丙嫌酰胺被廣泛用于聚合物驅(qū)油及復(fù)合驅(qū)驅(qū)油過程中。水解聚丙烯酰胺松弛時(shí)間溶液在孔隙介質(zhì)中流 動(dòng)的一個(gè)重要特性是，中低流動(dòng)速度下剪切變稀，但在超過某一速度后，聚合物分子在通過一系列巖石 體和孔喉時(shí)，在流動(dòng)領(lǐng)域會(huì)有拉伸和收縮發(fā)生。如果流動(dòng)速度太高，聚合物分子沒有足夠的松她時(shí)間去 伸展，以適應(yīng)流動(dòng)，這種彈性應(yīng)變導(dǎo)致其表觀黏度升高（這種現(xiàn)象通常被稱為剪切增稠）。在給定的剪 切速率下分子量較高的水解聚丙烯酰胺比低分子量的剪切增稠行為更顯著。以往所應(yīng)用的聚合物分子量 較低，這種剪切增稠現(xiàn)象不明顯，隨著所應(yīng)用的聚合物分子量的提高，人們意識(shí)到剪切增稠行為的重要 性。近年來一些學(xué)者建立了新的聚合物驅(qū)油數(shù)學(xué)模型。例如，M〇idehDelshad建立的模型包含了聚合 物溶液在孔隙介質(zhì)中剪切變稀和剪切增稠兩部分。其中，剪切增稠部分由宏觀流變測量得到的聚合物的 分子松弛時(shí)間來量化[1~4]。
表征聚合物分子松弛時(shí)間的方法有很多，M〇jdeh Delshad提出了以下幾種聚合物分子松她時(shí)間模
型：G，與 G"交點(diǎn)（G’and G"'cross-over point)模型、Rouse 模型、珠簧（bead-spring)模型、非線性 彈性啞鈴（the nonelinear elastic dumbell bead)模型、固定頻率松弛時(shí)間（relaxation time at a fixed frequency)模型和爬桿高度（the rod-climbing height)模型[4]。除了 MojdehDelshad提出的這幾種聚
合物分子松弛時(shí)間模型外，Carreau模型和指數(shù)模型也可以被用來計(jì)算松她時(shí)間[5’6]。
文獻(xiàn)報(bào)道松弛時(shí)間（r)與聚合物分子量（M)的關(guān)系為rocM31173。在現(xiàn)有儀器設(shè)備及技術(shù)方法 的基礎(chǔ)上，采用ARES高級(jí)擴(kuò)展流變儀和CaBER毛細(xì)管拉伸斷裂流變儀對(duì)不同分子量及分子量分布的 水解聚丙烯酰胺溶液在穩(wěn)態(tài)剪切、動(dòng)態(tài)剪切及拉伸流動(dòng)試驗(yàn)條件下的黏彈性進(jìn)行研究，并分別采用不同 方法計(jì)算其松弛時(shí)間。考察不同方法計(jì)算的松弛時(shí)間隨分子量以及分子量分布變化規(guī)律，以獲得可應(yīng)用 于油田實(shí)際的表征方法。
1試驗(yàn)方法
1.1剪切流動(dòng)試驗(yàn)
采用ARES高級(jí)擴(kuò)展流變儀測試水解聚丙烯酰胺溶液（分子量為3X 10s?39X 10s)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài) 黏彈性。
1)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)選用C50/0. 04 (rad)測量系統(tǒng)，測試在0.001?1000s—1剪切速率范圍內(nèi)溶液的表 觀黏度和第一法向應(yīng)力差。
2)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)選用C50/0.04 (rad)測量系統(tǒng)，采用振蕩（OSC)模式。在固定頻率為1Hz下進(jìn)
行應(yīng)力掃描，確定溶液的線性黏彈性應(yīng)力區(qū)。選擇在線性區(qū)的應(yīng)力值進(jìn)行頻率掃描，角頻率范圍0.01 ?100 (rad/s)。.
1.2拉伸流動(dòng)試驗(yàn)
采用CaBER毛細(xì)管拉伸斷裂流變儀測試聚合物溶液的直徑隨時(shí)間的變化曲線。樣品直徑為 6.0mm;原始高寬比為1.0;最終高寬比為4.39 ;采用線性模式，進(jìn)行單點(diǎn)拉伸測量。
2結(jié)果與討論
2.1穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)研究結(jié)果
Carreau模型表觀黏度與松弛時(shí)間的關(guān)系為：
^ =^„ X [1+(1)
式中W為表觀黏度，mPa • S;JU。為零剪切黏度，mPa • s;r為松弛時(shí)間，s;wl為轉(zhuǎn)變參數(shù)為曲線斜率；y 為剪切速率，f1。
圖1為采用Carreau模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨分子量變化曲線。采用冪律方程對(duì)曲線進(jìn)行擬合，相關(guān) 系數(shù)記為0.8882,冪律指數(shù)為2. 0533。
爬桿高度模型表觀黏度與松弛時(shí)間的關(guān)系為：
式中：況為第一法向應(yīng)力差，Pa。
圖2為采用爬桿高度模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合相關(guān)系數(shù)圮為 0.9895,冪律指數(shù)為0.8996。
圖1 Carreau模型計(jì)算的松弛時(shí)間圖2爬桿離度模型計(jì)算的松弛時(shí)間
隨分子量變化曲線隨分子量變化曲線
圖3為Carreau模型對(duì)水解聚丙烯酰胺溶液黏度試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線擬合結(jié)果。從圖3可以看出Carreau 模型能很好擬合水解聚丙烯酰胺溶液黏度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合效果較好。
由于爬桿高度模型只能反映在某一固定剪切速率下溶液體系的松弛時(shí)間，其試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)所報(bào)道 的聚合物分子量與松弛時(shí)間關(guān)系（rocAf3)相差較大。與之相比，Carreau模型是對(duì)較寬剪切速率范圍 內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，因此選擇Carreau模型較好。
2.2動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究結(jié)果
圖4為水解聚丙烯酰胺溶液動(dòng)態(tài)試驗(yàn)曲線。儲(chǔ)能模量和損耗模量G〃交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)頻率的倒數(shù)稱為 特征松弛時(shí)間。圖5為和G〃交點(diǎn)模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合相關(guān)系數(shù) J?2為0.9672,冪律指數(shù)為3_2325。由于試驗(yàn)樣品的不同，在某些聚合物體系的試驗(yàn)曲線中看不到儲(chǔ)能 模量G'和損耗模量G〃交點(diǎn)。下式為固定頻率松弛時(shí)間模型用于計(jì)算一個(gè)具有黏性與彈性的流體的表觀 松弛時(shí)間：
_ G'
T = ^ ⑶ 式中:G'為儲(chǔ)能模量，Pa; G"為損耗模量，Pa;w為角頻率，rad/s。
(S •£)/««賽概
0.1
0.001
圖6為采用固定頻率松弛時(shí)間（l〇rad/s)模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合 相關(guān)系數(shù)i?2為0.9829,冪律指數(shù)為0.7493。
圖5 G7和交點(diǎn)模型計(jì)算的松弛時(shí)間圖6固定頻率松弛時(shí)間模型計(jì)算的松弛時(shí)間
隨分子置變化曲線隨分子置變化曲線
與爬桿髙度模型相似，固定頻率松弛時(shí)間模型得到的是在某一固定頻率下的松弛時(shí)間，其試驗(yàn)結(jié)果 與文獻(xiàn)報(bào)道聚合物分子量與松弛時(shí)間的關(guān)系（rc^M3)相差也較大。由儲(chǔ)能模量G'和損耗模量G"交點(diǎn) 得到相應(yīng)的特征松弛時(shí)間，該交點(diǎn)可以被用來描述分子相互纏繞現(xiàn)象的開始。因此，G'和G〃交點(diǎn)模型 計(jì)算的結(jié)果較好。
2.3拉伸試驗(yàn)研究結(jié)果
指數(shù)模型彈性模量與松弛時(shí)間的關(guān)系為：
Dmid = Do X (^)1/3e"，/3r(4)
式中：G為彈性模量，Pa;D。為樣品直徑，mm;Dmid為流體絲中間直徑，mm;cr為表面張力，mN/m。
圖7為指數(shù)模型對(duì)拉伸試驗(yàn)曲線擬合結(jié)果。由圖7可以看出指數(shù)模型可以較好地描述水解聚丙稀酰 胺溶液拉伸試驗(yàn)結(jié)果。圖8為采用指數(shù)模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合相關(guān)系數(shù) J?2為0.9898,冪律指數(shù)為1.7445。
10 1.2
•試驗(yàn)數(shù)據(jù)
一擬合曲線1
00.511.522.5
時(shí)間/s
圖8指數(shù)模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨分子置變化曲線
圖7指數(shù)模型對(duì)拉伸試驗(yàn)曲線擬合結(jié)果
2.4模型的篩選
為進(jìn)一步考察G'和G〃交點(diǎn)模型、Carreau模型和指數(shù)模型的應(yīng)用效果，分別采用這3種模型計(jì)算 不同分子量分布聚合物溶液的松弛時(shí)間，結(jié)果列于表1。
表1不同模型計(jì)算的不同分子量分布聚合物溶液松弛時(shí)間
多分散
系數(shù)松弛時(shí)間/s
Carreau 模型G'和G"交點(diǎn)模型指數(shù)模型
1.00010.236.3530. 294
1.38310.917.5760. 422
1.59910. 238. 9370. 571
1.86510.843.2620.670
2. 92410.201. 8400.883
從表1可以看出，Carreau模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨聚合物分子量分布寬度（用多分散系數(shù)表征）的 增加基本沒有變化；C和G"交點(diǎn)模型計(jì)算的松弛時(shí)間隨聚合物分子量分布寬度的增加出現(xiàn)最大值；指 數(shù)模型計(jì)算的松弛時(shí)間則隨分子量分布寬度的增加而增大。因?yàn)榕c剪切流動(dòng)試驗(yàn)相比，采用CaBER毛 細(xì)管單軸拉伸試驗(yàn)方法在檢測分子量分布寬度時(shí)更加敏感，并且CaBER單軸拉伸試驗(yàn)方法操作更加簡 單。因此根據(jù)油田實(shí)際情況，采用指數(shù)模型來表征水解聚丙烯酰胺溶液的松弛時(shí)間較合適。
3結(jié)論
1)所有方法得到的松弛時(shí)間都與分子量成正比。G'和G"交點(diǎn)模型得到的結(jié)果與文獻(xiàn)關(guān)于聚合物 分子量與松弛時(shí)間的關(guān)系（r〇c M3)最接近，其次是Carreau模型和指數(shù)模型。
(下轉(zhuǎn)第139頁）
也減少了試井對(duì)凝析氣井生產(chǎn)的影響。
5結(jié)論
1) 塔河油田凝析氣井與K之間的關(guān)系較好，且區(qū)域范圍越小，規(guī)律性越強(qiáng)^
ripR
2)實(shí)際應(yīng)用表明，該計(jì)算方法在塔河油田凝析氣藏具有一定應(yīng)用性，并隨著系統(tǒng)測試井的增多而 不斷更新改進(jìn)。
3)本文無阻流量計(jì)算方法，可為不同階段氣井配產(chǎn)，也為制定氣井合理生產(chǎn)制度提供參考依據(jù)， 尤其是在新區(qū)塊投人開發(fā)早期，各項(xiàng)資料缺乏的情況下，更便于評(píng)價(jià)區(qū)塊產(chǎn)能。
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