研究了兩種聚合物溶液的粘彈性，通過分析發現，對于普通聚丙烯 酰胺類聚合物溶液和梳形聚合物溶液來說，在動態力學實驗和穩態剪切實驗結果中都發 現了類似的規律。本節對分子量同為2300萬的兩種聚合物溶液的粘彈性進行了對比， 分析了梳形聚合物獨特的分子結構對溶液的粘彈性帶來的影響，其結果對加深聚合物粘 彈性的認識具有一定意義。
(ed)：§
3.4.2.1動態力學實驗結果對比
圖3-40質量濃度為500mg/L兩種聚合物溶液的動態力學試驗對比 Fig.3-40 The dynamic mechanics test results of two kinds of polymer solutions when the mass concentration is 500mg/L
f(Hz)
圖3-42質量濃度為2500mg/L兩種聚合物溶液的動態力學試驗對比 Fig.3-42 The dynamic mechanics test results of two kinds of polymer solutions when the mass concentration is 2500mg/L
圖3-40?圖3-42分別為不同濃度時，兩種聚合物的動態力學實驗結果對比。兩種 聚合物分子量相同，都為2300萬，從圖中可以看出，在各濃度條件下，梳形聚合物的 儲能模量和耗能模量均高于普通的聚丙烯酰胺溶液，并且溶液的濃度越高，梳形聚合物 的儲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 子聚合物一樣，通過分子間的作用力形成網絡結果，構成具有較高粘彈性的溶液體系。 理論上，梳形聚合物分子的獨特支化結構使其在溶液中更加伸展，不易卷曲，分子間的 作用力及分子鏈的纏結作用更強，這種作用隨著聚合物分子在水溶液中濃度的增加進一 步加強，所以，梳形聚合物溶液可獲得更高的粘度。
上述的對比圖中顯示，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、同濃度的聚丙烯酰胺溶液，這點從下面的圖3-43和圖3-44 1
可以更直觀的觀察到。
圖3-44梳形聚合物與聚丙烯酰胺溶液耗能模量的對比 Fig.3-44 The viscosity modulus of comb polymer solutions and HPAM solutions
在動態力學實驗中可以觀察到這一現象，即高粘度的流體通常同時具有高的儲能模 量和耗能模量，儲能模量和耗能模量的變化規律總是相似的。從儲能模量及耗能模量的 定義可知，它們各自反映了聚合物溶液的彈性特性和粘度特性。上節中對于普通聚丙烯 酰胺類聚合物粘彈性的分析中已經證實，聚合物的分子量和種類一定時，儲能模量可以 反映溶液彈性的相對大小，其變化與第一法向應力差的變化相同。但是，有學者在對黃 原膠溶液進行相似的研究時發現[8°，99]，低彈高粘的黃原膠溶液在動態力學實驗中也表現 出高的儲能模量，并建議通過穩態剪切實驗測得的第一法向應力差對比彈性的大小。所 以，當聚合物的種類不同時，單一的儲能模量對比并不能準確的說明溶液彈性的強弱， 需要通過其他手段進行驗證。
3.4.2.2穩態剪切實驗結果對比
(a)粘度（b)第一法向應力差
(a)viscosity(b)first normal stress difference
圖3-45質量濃度為500mg/L梳形聚合物與聚丙烯酰胺溶液穩態剪切試驗對比 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)第一法向應力差
(a)viscosity(b)first normal stress difference
圖3-46質量濃度為2500mg/L梳形聚合物與聚丙烯酰胺溶液穩態剪切試驗對比 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)第一法向應力差
(a)viscosity(b)first normal stress difference
圖3-47質量濃度為2500mg/L梳形聚合物與聚丙烯酰胺溶液穩態剪切試驗對比 Fig.3-47 The steady state shear test results of comb polymer and HPAM solutions when the mass
concentration is 2500mg/L
圖3-45?圖3-47為相同分子量，相同質量濃度的梳形聚合物與普通聚丙烯酰胺聚 合物溶液的穩態剪切實驗對比。從對比結果可知，穩態剪切條件下兩種聚合物的粘彈性 變化規律相似，在趨勢上與動態力學實驗相同。隨著剪切速率的增加，兩種聚合物溶液 的粘度均逐漸下降，第一法向應力差逐漸上升，都可以觀察到第二牛頓區現象。當濃度 相同時，低剪切時梳形聚合物溶液的粘度高于普通聚丙烯酰胺溶液，隨著剪切速率的增 加，梳形聚合物溶液粘度下降的幅度加快，在曲線的后段，普通聚合物溶液具有更高的 粘度；對比第一法向應力差的變化可以發現，相同濃度時，同分子量的普通聚丙烯酰胺 具有更高的彈性。各濃度的粘度和第一法向應力差的綜合對比圖如下。
1000
1
10000
圖3-48梳形聚合物與聚丙烯酰胺溶液的粘度隨剪切速率的變化 Fig.3_48 The relation of viscosity of comb polymer and HPAM solutions vs. shear rate
350
300
50 0
050010001500200025003000
聚合物質量濃度(mg/L)
圖3-49聚合物驅剪切速率條件下各濃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
圖3-48為兩種不同類型聚合物在不同濃度條件下的粘度隨剪切速率的變化規律。 從圖3-48中可以看出，聚合物溶液的粘度隨濃度的增加而增加，隨剪切速率的增加I 降低；在濃度相同的情況下，當剪切速率小于100 ^時，梳形聚合物溶液的粘度高于=
通HPAM溶液，體現了更好的增粘效果；當剪切速率較高時，普通HPAM的粘度超過 梳形聚合物，體現出了較好的抗剪切能力，但考慮實際聚合物驅的剪切速率范圍一般在 10 s—1數量級，高剪切速率時的粘度已無意義。聚合物驅條件下各濃度梳形聚合物與同 分子量聚丙烯酰胺溶液的粘度如圖3-49所示，從圖中可以發現，梳形聚合物相對于聚 丙烯酰胺具有更好的增粘效果，各濃度條件下的粘度均高于相同分子量的聚丙烯酰胺溶 液。
兩種流體的粘度變化都符合冪律規律，對曲線進行回歸可以得到各自的冪律指數 »，濃度相同時，梳形聚合物溶液具有更小的〃值，假塑性更強，所以在本實驗條件下， 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)
圖3-50梳形聚合物與聚丙烯酰胺溶液的第一法向應力差隨剪切速率的變化 Fig.3-50 The relation of first normal stress difference of comb polymer and HPAM solutions vs. shear rate
圖3-50為兩種聚合物溶液第一法向應力差的變化規律，對于任一聚合物種類，溶 液的濃度越高、剪切速率越大，體系的彈性越高；在濃度相同的條件下，普通型聚合物 溶液具有更高的彈性。所以，對比圖3-43的測試結果可知，單獨以儲能模量G‘對比不 同聚合物溶液彈性的大小是不準確的，儲能模量通常與耗能模量具有相同的變化規律， 高粘度的聚合物溶液在動態力學實驗中總能夠表現出較高的儲能模量，因此儲能模量并 不能定量的表示不同種類聚合物溶液的彈性，它只適用于同類聚合物不同濃度間彈性的 定性對比。本實驗通過對第一法向應力差的研究，找到了一種表征不同類型聚合物 溶液彈性的方法。
如圖3-50所示，在本實驗條件下，當剪切速率在低于1500 ^的范圍內時，兩種聚 合物溶液的第一法向應力差隨剪切速率均呈線性規律上升，并且聚合物的質量濃度越 高，溶液彈性越高，第一法向應力差與剪切速率直線的斜率越大，所以，第一法向應力 差7V1與剪切速率直線的斜率（這里用知i表示）可以定量表示不同溶液的彈性大小， 并且該參數本身為無量綱數，與剪切速率的大小無關，更加便于不同聚合物溶液的對比。 不同濃度的兩種聚合物溶液的彈性如表3-7所示。
表3-7不同體系的冪律指數及彈性 Table.3-7 The power law index and elasticity of different solutions
質量濃度冪律指數n彈性私1
(mg/L)KYPAMHPAMKYPAMHPAM
5000.630.660.670.84
15000.380.441.702.24
25000.280.362.763.21
通過以上對梳形聚合物及普通聚丙烯酰胺溶液粘彈性的綜合對比，可以發現，在室 內驅油條件下，梳形聚合物在相同分子量，相同濃度時具有更高的粘度，其冪律指數》 值更小，假塑性更強，具有更好的增粘效果；聚丙烯酰胺類聚合物具有更強的抗剪切能 力。儲能模量G‘可以定性的對比同類聚合物溶液彈性的強弱，但不適合進行不同聚合 物溶液彈性的定量比較，聚合物種類不同時，應采用第一法向應力差進行彈性的對比， 本研究中，采用第一法向應力差隨剪切速率變化的直線斜率定量表示聚合物溶液的彈性 大小，可以起到比較準確的對比效果。在分子量和濃度都相同的情況下，普通的聚丙烯 酰胺類聚合物比梳形聚合物具有更高的彈性。