聚合物溶液流变性
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第9章聚合物的流变性流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。
聚合物液体流动时,以粘性形变为主,兼有弹性形变,故称之为粘弹体,它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。
9.1牛顿流体与非牛顿流体9.1.1非牛顿流体描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体,称为牛顿流体。
牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关,与切应力和切变速率无关。
式中:——剪切应力,单位:牛顿/米2(N/㎡);——剪切速率,单位:s-1;——剪切粘度,单位:牛顿•秒/米2(N•s/㎡),即帕斯卡•秒(Pa•s)。
非牛顿流体:不符合牛顿定律的液体,即η是或时间t的函数。
包括:1、假塑性流体(切力变稀体)η随的↗而↙例:大多数聚合物熔体2、膨胀性流体(切力变稠体)η随的↗而↗例:泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。
3、宾汉流体。
τ<τy,不流动;τ>τy,发生流动。
按η与时间的关系,非牛顿流体还可分为:(1)触变体:维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。
(2)流凝体:维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。
牛顿流体,假塑性流体与膨胀性流体的应力-应变速率关系可用幂律方程来描述:式中:K为稠度系数n:流动指数或非牛顿指数n=1时,牛顿流体 k=η; n>1 时,假塑性流体; n<1 时,膨胀性流体。
定义表观粘度9.2聚合物的粘性流动9.2.1聚合物流动曲线聚合物的流动曲线可分为三个主要区域:图9-1 聚合物流动曲线1、第一牛顿区低切变速率,曲线的斜率n=1,符合牛顿流动定律。
该区的粘度通常称为零切粘度,即的粘度。
2、假塑性区(非牛顿区)流动曲线的斜率n<1,该区的粘度为表观粘度ηa,随着切变速率的增加,ηa值变小。
通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。
3、第二牛顿区在高切变速率区,流动曲线的斜率n=1,符合牛顿流动定律。
聚合物溶液流变曲线-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分:聚合物溶液流变曲线是研究聚合物溶液在流动状态下的流变特性的重要曲线之一。
通过对聚合物溶液在不同条件下的流变曲线进行研究和分析,可以更好地了解聚合物溶液的流动行为、流变特性和变形规律,为工程应用和科研研究提供重要参考。
在本文中,我们将对聚合物溶液流变曲线进行全面的介绍和分析,包括其概念、特点、影响因素以及实际应用。
同时,我们也将对聚合物溶液流变曲线的研究现状和未来发展进行展望和总结,以期为相关领域的学者和工程技术人员提供一定的参考和借鉴。
1.2 文章结构文章结构部分:本文将首先对聚合物溶液流变曲线进行概述,介绍其基本概念和特点。
随后将探讨影响聚合物溶液流变曲线的因素,包括溶剂、浓度、温度等。
最后将阐述流变曲线的实际应用,包括在材料工程、医药制备等领域的具体应用案例。
通过对这三个方面的深入探讨,将为读者提供全面的了解和认识,从而更好地理解和应用聚合物溶液流变曲线。
1.3 目的:本文旨在深入探讨聚合物溶液的流变性质,并重点分析聚合物溶液流变曲线的特点、影响因素及实际应用。
通过对聚合物溶液流变曲线的研究,可以更好地了解聚合物在溶液中的流动行为,为工程应用和科研实验提供理论支持和参考依据。
同时,本文旨在为相关领域的研究人员和工程师提供有益的信息和思路,促进聚合物溶液流变曲线研究的进一步发展和应用。
2.正文2.1 聚合物溶液流变曲线概述聚合物溶液的流变性质是指在外加剪切力作用下,其流动行为随时间而变化的性质。
聚合物溶液的流变性质通常通过流变曲线来描述。
流变曲线是描述聚合物溶液剪切应力与剪切速率之间关系的曲线图。
在流变曲线中,通常有剪切应力与剪切速率等参数。
剪切应力是指施加在流体上的力,而剪切速率则是相对于流体内部不同层间的速度差。
当施加的剪切力增加时,剪切应力和剪切速率之间的关系可以呈现出多种不同的形态,如线性、非线性等。
根据流变曲线的形态,可以对聚合物溶液的流变性质进行评估。
纺丝过程中聚合物溶液流变性质的研究随着纺织工业的发展,聚合物纤维材料在纤维制备中扮演着越来越重要的角色。
理解纺丝过程中聚合物溶液的流变性质对于优化纤维制备工艺、提高纺织品品质具有重要意义。
本文将探讨纺丝过程中聚合物溶液流变性质的研究现状和相关应用。
一、纺丝流变性质的背景和重要性纺丝流变性质是指在纺织纤维制备过程中,聚合物溶液在外界剪切力下的流动行为和性质。
纺丝过程中,聚合物溶液需要通过纺丝模板形成纤维,而其流变性质会直接影响纤维的拉伸性能、微观结构和性质。
因此,研究纺丝流变性质对于优化纤维制备工艺、改善纤维品质具有重要意义。
二、纺丝流变性质的研究方法1. 流变仪法流变仪是一种常用的测试纺丝流变性质的工具。
这种仪器可以通过施加旋转、振荡或剪切等不同的外力形式,测量纺织纤维材料的应力-应变关系。
通过流变仪测试可以获得纺丝过程中聚合物溶液的粘度、弹性模量、降解动力学等相关参数。
2. 分子动力学模拟近年来,随着计算机技术的进步,分子动力学模拟成为纺丝流变性质研究的重要方法之一。
通过构建聚合物溶液的分子模型,引入经典力场和水模型进行模拟计算,可以得到溶液混合行为、聚合物链的构形变化和流动行为等信息,从而揭示纺丝过程中的微观机理。
三、纺丝流变性质的影响因素1. 聚合物浓度聚合物溶液浓度是影响纺丝流变性质的关键因素之一。
较高的聚合物浓度可导致溶液的粘度增加,阻力增加,从而降低纺丝的速度和效率。
2. 溶液pH值溶液pH值对于聚合物分子的电荷状态和溶解度有显著影响。
合适的溶液pH 值能够增强聚合物链的间聚力和聚合物与模板的相互作用,改善纺丝效果。
3. 纺丝温度纺丝温度对聚合物溶液的流变性质有重要影响。
较高的温度可以降低溶液的粘度,提高纺丝速度和纤维品质。
四、纺丝流变性质的应用1. 纺织品设计和制造理解纺丝流变性质对于纺织品设计和制造具有重要意义。
通过研究纺丝过程中聚合物溶液的流变行为,可以优化纺丝工艺参数,提高纤维品质和产品性能。
驱油用疏水缔合聚合物溶液的流变性及粘弹性实验研究一、概括本文主要研究了驱油用疏水缔合聚合物溶液的流变性及粘弹性。
论文介绍了研究的背景和目的,然后通过实验手段,对疏水缔合聚合物溶液进行了流变性和粘弹性的测试和分析。
疏水缔合聚合物溶液在受到剪切力作用时,其表观粘度会降低,表现出非牛顿流体的特性。
随着剪切力的减小,溶液的粘度会逐渐恢复,表明疏水缔合聚合物溶液具有显著的粘弹性。
疏水缔合聚合物溶液的粘弹性随温度和盐度的变化而发生变化,但在不同盐度下,溶液的流变性和粘弹性表现相似。
通过对实验结果的分析,本文探讨了疏水缔合聚合物溶液的流变性和粘弹性与其分子结构和浓度之间的关系。
分子结构中疏水基团的含量和分布、水化基团的含量以及聚合物链的长度等因素都会影响溶液的流变性和粘弹性。
溶液的浓度也会对疏水缔合聚合物溶液的流变性产生影响,一定范围内,溶液的表观粘度和粘弹性越大。
本文通过实验研究得到了驱油用疏水缔合聚合物溶液的流变性和粘弹性的关键参数,并对其影响因素进行了探讨。
这些成果为疏水缔合聚合物在驱油领域的应用提供了理论依据和实践参考。
1. 研究背景及意义随着油田开发技术的不断深入,低渗透、高含油地层逐渐成为我国油田开发的主战场。
在低渗透油藏开发过程中,油层堵塞是一个难以避免的问题,它不仅影响油井的产量,还可能最终导致油井的停产,从而严重影响油田的整体开发效益。
油层堵塞的形成涉及到多种复杂因素,包括油层本身的物理化学性质、原油的性质、加入的各种处理剂以及油层中的微生物等。
开展油层堵塞的形成机理及防治措施研究对于油田的高效开发具有重要意义。
疏水缔合聚合物作为一种新型的高分子材料,具有独特的亲水疏油特性,能够在油水界面处发生吸附和聚沉作用,从而有效地调控油、水、岩石等多相体系的界面性质。
随着分子设计技术的不断进步,疏水缔合聚合物的合成与应用研究得到了广泛的关注。
其良好的耐温抗盐性、增粘效果和较低的腐败速率等特性使其在提高油藏采收率、改善油水流动条件等方面展现出巨大的应用潜力。
第9章聚合物的流变性流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。
聚合物液体流动时,以粘性形变为主,兼有弹性形变,故称之为粘弹体,它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。
牛顿流体与非牛顿流体9.1.1非牛顿流体描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体,称为牛顿流体。
牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关,与切应力和切变速率无关。
式中:——剪切应力,单位:牛顿/米2(N/㎡);——剪切速率,单位:s-1;——剪切粘度,单位:牛顿•秒/米2(N•s/㎡),即帕斯卡•秒(Pa•s)。
非牛顿流体:不符合牛顿定律的液体,即η是或时间t的函数。
包括:1、假塑性流体(切力变稀体)η随的↗而↙例:大多数聚合物熔体2、膨胀性流体(切力变稠体)η随的↗而↗例:泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。
3、宾汉流体。
τ<τy,不流动;τ>τy,发生流动。
按η与时间的关系,非牛顿流体还可分为:(1)触变体:维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。
(2)流凝体:维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。
牛顿流体,假塑性流体与膨胀性流体的应力-应变速率关系可用幂律方程来描述:式中:K为稠度系数n:流动指数或非牛顿指数n=1时,牛顿流体 k=η; n>1 时,假塑性流体; n<1 时,膨胀性流体。
定义表观粘度聚合物的粘性流动9.2.1聚合物流动曲线聚合物的流动曲线可分为三个主要区域:图9-1 聚合物流动曲线1、第一牛顿区低切变速率,曲线的斜率n=1,符合牛顿流动定律。
该区的粘度通常称为零切粘度,即的粘度。
2、假塑性区(非牛顿区)流动曲线的斜率n<1,该区的粘度为表观粘度ηa,随着切变速率的增加,ηa值变小。
通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。
3、第二牛顿区在高切变速率区,流动曲线的斜率n=1,符合牛顿流动定律。
聚合物流变性能测试一、实验目的1、熟悉和了解RHEOGRAPH25型流变仪的工作原理及操作方法。
2、掌握将计算机输出流动曲线(σ-γ曲线)转换为其他形式流动曲线(lg σ-lgγ)、(lg η-lgγ)的方法。
3、掌握非牛顿指数n的计算方法。
4、掌握利用Arrhenius方程计算粘流活化能Eη的方法。
二、RHEOGRAPH25型流变仪工作原理毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一,其主要优点在于操作简单,测量准确,测量范围宽(剪切速率γ:10-2~105s-1 )。
毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理:在一个无限长的圆形毛细管中,聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动,毛细管两端分压力差为△P,由于流体具有粘性,它必然受到自管体与流动方向相反的作用力,根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导,可得到毛细管管壁处的剪切应力σ和剪切速率γ与压力、熔体流率的关系。
仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度,并得到相应的剪切速率和剪切应力,表观粘度的关系曲线图。
三、实验仪器及材料仪器:德国高特福RH25型毛细管流变仪、毛细管口模,长径比30:1,5:0.5,5:0.3;、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。
原料:PE、PP四、实验内容测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能,具体如下第一组:PE,170℃,175℃,180℃,185℃。
第二组:PE,185℃,190℃,195℃,200℃。
第三组:PP,190℃,195℃,200℃,205℃。
第四组:PP,205℃,210℃,215℃,220℃。
五、操作步骤1、开机打开仪器,电脑,等候约一分钟,待初始化结束后,显示屏出现“Reference drive”;2) 点击“Reference drive”进入操作界面。
2、程序设定包括测试温度、熔融时间、活塞速度、毛细管的尺寸选择等参数的设置,3、测试膛升温编辑测试程序后,点击“parameter send”,开始升温,待温度达到测试温度并恒温10-15分钟;4、毛细管安装安装毛细管过程中,毛细管上的销钉必须在上方,安装时四个固定螺丝加抗磨糊后拧紧,再退回2圈,等候5-10分钟后再用扭矩扳手拧紧,扭矩扳手扭矩值设定为60N·m,PVT测试时设定为80 N.m;5、压力传感器安装选择合适的压力传感器,涂抹抗磨糊后小心插入压力传感器孔,用扳手拧紧后再退回2圈,等候5-10分钟待温度均匀后再拧紧,插上连接线;6、校准零点当插接上力传感器连接线时,仪器显示屏会自动弹出校准界面,进行传感器零点校准,或者点击“service”—“calibrate” 进行校准;7、加料加料时尽量捣实,以免出现气泡,加至料桶上方斜面下方1cm处,放上活塞杆,关闭防护门;8、测试点击软件中“start test”,此时仪器显示屏中的“test”键变绿,点击, 测试开始,仪器自动采点并绘出σ-γ曲线,采点完毕重新设定测试程序,进行下一温度点测试。
聚合物溶液的流变模式聚合物流变性是指其在流动过程中发生变形的性质,主要体现在有外力场作用时,溶液粘度与流速或压差之间的变化关系。
高分子的形态变化导致了聚合物溶液宏观性质的变化。
聚合物溶液是非牛顿流体,其流动行为可用Ostwald-Dewael幂律方程[56]来描述:根据流体力学对液体流型的分类,驱油用的部分水解聚丙烯酰胺溶液属于假塑性流型,即表观粘度呈现剪切稀化现象。
在低剪切速率下,溶液的流变曲线斜率n=1,符合牛顿流动定律,称为第一牛顿流动区,该区的粘度通常称为零切粘度η0,即γ&→0的粘度。
随着剪切速率的增大,流动曲线的斜率n<1,称假塑性区,该区的粘度为表观粘度ηa;剪切速率的增大,表观粘度ηa值变小,其表观粘度与剪切速率呈幂指数关系。
在假塑性区,剪切速率与表观粘度的关系可用Ostwald-Dewael幂律模型来描述。
HPAM水溶液的完整的流变曲线如图2-1所示。
流变曲线包括牛顿段、假塑段、极限牛顿段、粘弹段和降解段。
粘度随剪切速率的变化与高分子在溶液中的形态结构有关。
在很小的剪切速率下,大分子构象分布不改变,流动对结构没有影响,聚合物溶液的粘度不随剪切速率的变化而变化,此即牛顿段;当剪切速率较大时,在切应力的作用下高分子构象发生了变化,长链分子偏离平衡态构象,而沿流动方向取向,使聚合物解缠和分子链彼此分离,从而降低了相互运动阻力,这时表观粘度随剪切速率的增加而降低。
当剪切速率增加到一定程度以后,大分子取向达到极限状态,取向程度不再随剪切速率而变化,聚合物溶液遵守牛顿流动定律,表观粘度又成为常数,此即所谓的极限牛顿段。
当剪切速率再增加时,主链的相邻键偏离了正常的键角,从而产生了弹性恢复力,而表现出粘弹性,使表观粘度增加。
当剪切速率增加到足以使高分子链断裂时,发生能了聚合物降解,使聚合物粘度降低。
另外,随着剪切速率的增加,ηa下降,开始时ηa下降很快,随后变得缓慢,逐渐趋于平缓,进一步说明了HPAM属于假塑性流体。
Mooney方程可解释这一现象,体系的表观粘度ηa与粒子的内相体积Vi、堆积系数φ和形态常数ke有如下关系:在剪切力作用下,粒子发生形变,ke变小,φ变大,导致ηa变小。
在力的作用下粒子保持稳定的形状时,ηa基本不变。
另外,由于HPAM分子链上的-COO-基团会与溶液分子产生溶剂化作用以及氢键作用,在HPAM无规则线团与介质水的两相界面上形成水化层。
剪切速率增大时,这些水化层受到破坏,从而HPAM无规则线团的相对运动变得比较容易,表现出aη下降;剪切速率增大到一定程度后,水化层完全被破坏,ηa不再继续降低。
由以上论述可知,聚合物溶液在地层中的剪切速率γ是十分重要的,知道了γ的值,可估算出聚合物溶液在油层中的工作粘度,下面介绍几中常见的计算剪切速率的方法:2.2影响聚合物溶液流变特性的因素聚合物溶液通常具有高粘性,这是它的主要特征之一。
产生高粘性的原因有三:1)聚合物的分子所占体积较大,阻碍了介质的自由移动;2)大分子的溶剂化作用,束缚了大量的“自由”液体。
大分子链在溶液中呈规则松散线团状存在,线团内充满溶剂,大分子又具有很厚的溶剂化膜,致使水动力学体积庞大,流动阻力大;3)大分子间的相互作用。
当聚合物溶液达到一定质量浓度后,由于分子链很长及分子间的作用力,使分子间发生缔合或相互缠结形成一定的拟网状结构,因而溶液的流动阻力增大。
影响以上三个因素的参数,如质量浓度、含盐质量浓度、聚合物类型、相对分子质量等,均会导致溶液的粘度变化,现分别讨论如下。
(1)聚合物质量浓度对聚合物溶液流变特性的影响随着聚合物溶液质量浓度增加,表观粘度ηa增大,HPAM溶液的非牛顿性越强。
HPAM溶液的质量浓度越大,τ越大,油-HPAM溶液界面作用力越大,越有利于驱动水驱后残余油;(2)相对分子质量对聚合物溶液流变特性的影响由于在HPAM长链大分子上有大量强极性的—CONH2和—COO-Na+侧基,具有很强的氢键作用,在大分子间形成物理交联点,使之具有空间网状结构。
随着聚合物相对分子质量的增大,大分子链越长,分子链越容易缠结,网状结构就不容易被破坏,所以ηa随相对分子质量的增大而增加。
另外,随着相对分子质量增大,ke增加,而n降小,这是因为ηa随相对分子质量的增大而增加,随着ηa增大,ke增加,而n降小,符合非牛顿流体的规律。
因此,在注入能力允许的范围内,聚合物相对分子质量越大对驱油效率越有利。
因为分子质量越小,HPAM溶液的ηa小,则使原油的粘度与HPAM溶液的粘度比值变大,即流度比(M)变大,容易发生粘性指进现象,使驱油效率下降。
反之,相对分子质量越大,τ越大,油-HPAM 溶液界面作用力越大,越有利于驱动水驱后残余油;(3)矿化度对聚合物溶液流变特性的影响表观粘度ηa随着矿化度的增大而降低,原因是在HPAM水溶液中,-COO-Na+基团上的Na+发生电离,使基团呈负电性,-COO-基团间的相斥作用使高分子链的构象比较舒展,线团尺寸较大,因此使流动阻力增大,粘度增大。
当溶液中加入盐后一部分阳离子相对集中在-COO-的周围,遮蔽了有效电荷,使阴离子的排斥作用引起的链的扩展作用减弱,分子链的蜷曲作用增强,使线团尺寸缩小,流动阻力减小,所以ηa随着矿化度的增大而降低。
n随矿化度的增大而增大,是由于盐会削弱大分子之间作用力,减少了大分子之间的网状结构;HPAM溶液在驱油过程中,由于地层水中经常含有一价阳离子(Na+)和二价阳离子(Ca2+)等,它们对HPAM溶液的流变行为影响较大,使得HPAM溶液的ηa急剧下降,因此会使驱油效率大幅度下降。
矿化度的增大,HPAM溶液的τ越小,油-HPAM溶液界面作用力越小,越不利于驱动水驱残余油。
3.1聚合物粘弹性概述粘弹性定义:典型的粘性体服从牛顿流体定律,应力与应变速率dε/dt呈线性关系,即σ=μdε/dt,用积分表示,则ε(t)= tσ/μ,粘性物体受到切应力后,所产生的应变不仅与应力大小有关,而且随时间变化。
典型的弹性体服从虎克定律,即σt=Gε,应力与应变之间存在线性关系,即物体受应力时立即产生应变,应变的大小不随时间改变,只与应力大小成正比。
粘弹性流体与粘性流体主要区别:①粘弹性流体可以“拉动”其后面的流体;粘性流体只能“推”,不能拉。
②去掉外力后,弹性体可以全部恢复其形状;粘弹性流体可以部分恢复;粘性流体不能恢复。
③在外力作用下,流体会产生与外力方向相同的变形(或位移);弹性体和粘弹性流体除产生上述与外力同方向的变形(或位移)外,还会产生一个与外力方向相垂直的力,即法向力,使粘弹性流体各方向上的应力不相等,产生法向应力差。
拉伸时,与拉伸方向(主应力)相垂直的应力小于主应力。
流体运动时的流体方向就相当于拉伸方向。
根据水力学的原理,粘性流体各方向上的应力相等,因此不会产生法向应力差。
与普通的牛顿流体的层间粘性切应力相比,粘弹性流体则会表现出不同的力学行为。
在流动过程中,粘弹性流体会由于微观结构的原因表现为各向异性,产生非等值的法向应力分量(法向应力差非零)。
法向应力差会引起Weisenberg爬杆效应及Fano无管虹吸现象等。
高分子聚合物溶液的应力-应变关系往往偏离牛顿流体定律和虎克定律。
聚合物溶液的流动行为显示出非牛顿性,并且与时间存在很强的依赖关系,即表观粘度不仅随剪切速率而变化,而且随时间而变化,这是流动过程中兼有弹性形变所致。
聚合物的力学行为显示出非虎克弹性,即应变随时间而发展,这是因为形变过程中残留有永久形变之故。
聚合物分子链的平衡态是一种无规构象[57],因此只要与无规构象不同的任何变形,如在流动着的流体中由于粘性阻尼所发生的形变,都会使分子链的熵减小,从而产生弹性力。
对于溶液中聚合物分子孤立链,无规线团是柔性的。
考虑到聚合物分子链内部运动和聚合物分子形状变化,除改变阻滞力外,还会引起一种弹性力,流动停止时,聚合物分子链还要恢复到它球形无规状态。
高分子聚合物溶液的力学行为总会在不同程度上表现出弹性和粘性的结合。
形变过程中,弹性和粘性两种不同机理的形变总是并存的。
这种由粘性和弹性集于一身的特性,称为粘弹性,它是高分子聚合物溶液的重要特性之一。
与之相关的现象不胜枚举,如聚合物溶液的Weisenberg爬杆现象、挤出胀大、Fano无管虹吸、连滴效应等。
高分子聚合物溶液出现表观粘度与牛顿粘度的偏离本身就是流体弹性的表现。
在很多现象中可以观察到聚合物溶液的弹性行为,如:流体的弹性回缩、出口膨大效应以及爬杆效应等。
3.2聚合物粘弹性对驱油效果的影响众所周知,要想提高岩芯的微观驱油效率,依据牛顿流体岩芯驱替实验所完善建立的毛管数与采收率关系,毛管数的增加值要在数千倍以上才能实现提高采收率的目的。
但聚合物驱与水驱相比,增加幅度通常小于一百倍,多数人由此认为聚合物驱既不能提高微观驱油效率,又不能提高采收率。
而新近的大量研究成果认为聚合物不但能构扩大波及体积,而且还能够提高微观洗油效率,从而驱动不同类型的残余油提高采收率。
通过实验室岩芯驱油实验,对水驱后的不同残余油类型进行了研究,并将残余油的类型[58]划分为:(1)岩石表面的油膜;(2)“盲端”状残余油;(3)毛管力作用下的孔喉残余油;(4)岩芯微观非均质部分未被波及的残余油。
由实验室测得的聚合物溶液的粘弹性表明[43],随着剪切速率和相对分子质量的增加,弹性模量增加。
在高相对分子质量、高注入速度的条件下可以获得较高的采收率。
采收率的提高主要归咎于粘性与弹性的增加。
低渗透率、高注入速度下的岩芯驱也可获得较高的采收率值。
原因是相同注入速度下,低渗透率岩芯具有较高的剪切速率[γ∝(1/kφ)],由此使聚合物溶液表现出较高的弹性。
最新的研究认为,正是由于聚合物溶液的高弹性较大幅度地降低残余油饱和度,因此,聚合物溶液的弹性是使残余油饱和度显著降低的主要因素。
而且其在孔隙中的速度分布与牛顿流体有很大不同,在驱替不同类型的残余油时,表现出很强的“拉、拽”作用[3]。
研究证实了微观驱油效率的提高与聚合物溶液的弹性有关。
不同性质的聚合物溶液具有不同的弹性。
选用不同的聚合物驱油时,其提高采收率幅度的差异可高达6%OOIP以上。
在聚合物驱油过程中,扩大波及体积和弹性对提高驱油效率的作用大约应各占50%。
而在多数矿场聚合物驱方案设计时着重考虑了聚合物溶液的粘性,而忽略了弹性对提高聚合物驱油效率的作用,因此,为提高化学驱的采收率,除了考虑聚合物的粘性作用外,还应该考虑驱替液的弹性的作用,但聚合物的选择和配制应遵循下述原则:(1)尽可能使用低矿化度的清水配制聚合物溶液;(2)尽可能使用高相对分子质量聚合物;(3)尽可能使用高浓度的聚合物(要考虑聚合物注入井的注入能力);(4)研制开发在高矿化度、高温、高剪切条件下,仍具有很高弹性的新型聚合物。