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                聚丙烯酰胺稀溶液的粘度與剪切速率的關系的研究

                發布日期:2015-04-14 11:44:11
                剪切速率
                  水溶性高聚物聚丙烯酰胺(P AM )和部分水解聚丙烯酰胺(PHP )的水溶液是一種假 塑性流體,其粘度值隨剪切速率(丨)變化。Shamki等采用四球粘度計研究了 PAM水 溶液的變化規律[11.本工作根據同一原理設計了五球粘度計,使剪切速率的范圍擴大為166.5(1) — 1020 (1 ),除對PAM還對PHP進行了研究,把水改為實用性更強ss的1€20 - NaN03, H20 —NaCl和H20 — NaN03-乙醇胺溶劑體系。結果表明,相對 粘度特性粘數h]和i的關系,其基本規律與Shamki的純水體系相近,^、h] 隨y’的增大而降低,當纟增大到某一值后,h]趨于定值。這一結果為粘度法準確測定 PAM和PHP的h]和分子量及粘度計的選擇提供了依據。本工作對油田開發等領域, 如PAM, PHP水溶液在多孔介質中的流動行為的研究有一定的意義。
                  
                  1.試劑和儀器PAM試樣1.為364萬;PHP試樣2,冗為300萬水解度分別為2 - 1,3.9 %, 2-2, 18.6%和2-3, 24.1 %,該PHP試樣由同一 PAM,經溫和水解制得,可認 為其真實分子量相同。NaN03, AR; NaCUAR;乙醇胺,CP.
                  
                  128"/vnpghd*y =4vntR?
                  
                  (2)
                  
                  五球粘度計,見圖1.毛細管直徑為〇。59mm,長度為26 cm,通過計算和測定,由 公式(1)、(2)求出各球對于純水的流經時間,剪切速率纟等參數,如表1所示。
                  
                  式中各項分別表示純水粘度、密度,毛細管長度、直徑、半徑,小球體積,高度及重力加速度。
                  
                  Tab.l Parameters of the Five Balls ViscometerNo.l2345K(ml)4.83.52.51.50.75H (cm)14.79.26.74.42.4t (s)233.4272.0266.8243.8223.4i 0/ s)1020.1638.2464.8305.2166.5* 1993年3月11日收到244Fig.l Five balls viscometerFig.2 Relationship of In"r and y. for H20 一 INNaCI PAM solution2.實驗步驟采用國家標準GB12005.1 _ 89《聚丙烯酰胺特性粘數的測定方法分別測定對應 于每個球的PAM, PHP溶液不同濃度下的流經時間~及溶劑流經時間測定時取待測液20ml,稀釋時依次加人溶劑丨〇、10、20、20ml,使用兩只秒表連續測定•完成一次測定,可以得到對應于每個球的五組數據,分別計算其 ,用外推法求出對應于各球的h].
                  
                  f的確定:將(2)式具體化為(3)式,代人相應小球的體積K(ml)和不同濃度下的流經時間f(s),算得各自的y_值。
                  
                  •4Vv1=; = 4.96 x 1〇4 丄(s-i)(3)
                  
                  3.14 x(+ x 0.59 x 1〇_ 丨)、13.結果與討論以PAM試樣1的H20 -IN NaCI溶液用五球粘度計進行稀釋法測定,根據所測得 的流經時間計算各球的剪切速率y_和ln^,以為橫坐標,以ln^為縱坐標作圖,得圖2.
                  
                  由圖2可見,Ini隨7的_增大緩慢下降,并逐漸趨于定值。以各球的4和-^ (c'CC為相對濃度)為縱坐標,以C '為橫坐標作圖,得圖3.由圖3求得對應于各球的五個特性 粘數[W,以h]為縱坐標,以各球不同濃度下的剪切速率的平均值丨為橫坐標作圖, 得圖4.
                  
                  水解度不同的PHP試樣2—1,2 — 2, 2 — 3, 得圖5.
                  
                  取真實分子量相同(忽略側基的影響)、 采用上述方法進行相同的測定和數據處理,由圖4可見,[»;]隨y的增大而減小,當y在700附近時,h]趨于8.以上結果表明, PAM的H20 - IN NaCl溶液為一典型的假塑性流體,在低剪切速率區+增大粘度下 降,逐漸發生流動取向,丨值在700左右已完成流動取向,之后進入第二牛頓流動區, 粘度已不隨纟變化。
                  
                  由圖5可見,不同水解度的PHP的H20- IN NaCl溶液的規律和PAM相同,也呈 現假塑性流動行為,當纟在700以后曲線變得平直,得到各自的由其水解度決定的h] 值。圖5中的三個樣品2-1、2-2、2-3是用同一個真實分子量為300萬h]為7.02的PAM母體經水解制得的不同水解度的產物,在第二牛頓區其h]值分別為9,12和12.8. 由圖5還可看到,水解度不同的樣品,h]下降的幅度不同,由球5到球1、2-1由 10.1降至9,2-2由13.3降至12,2_3由15降至12.8.在本工作范圍內,水解度越高, 粘度值下降越大。在聚合物三次采油中,PHP水溶液在多孔砂巖的流動中剪切速率很 低,使用水解度25 %左右的PHP會造成比用粘度法測定的h]更高的粘度,這對驅 油是非常有利的。
                  
                  以上結果也說明,在用粘度法測定PAM和PHP的[rj]和分子量時,其剪切速率 必須要落在第二牛頓流動區內,使用流經時間過長,丨值太低的粘度計會造成[卩]過高 的假象,而且結果不易重復。我們在制定PAM的[/?]測定方法的國標時,選用了流經 時間為100 —130s,小球體積為4ml,毛細管直徑為0.55—0.56mm的標準粘度計, 在PAM和PHP溶液的實測中,一方面可以不必進行動能校正,又能使};值在1000左 右,落在了第二牛頓流動區內。
                  
                  用H20 - IN NaCl和H20 - IN NaN03體系對同一 PAM和PHP樣品進行測定, 其結果基本相同,由Rice公式:["卜["]〇〇+ ——T-(4)
                  
                  可以看到,h]僅與外加鹽濃度有關[31,即主要取決于離子強度,所以兩體系差別不大。 在原有體系中加入0.1 %的乙醇胺后進行測定,結果如圖6所示。
                  
                  少量乙醇胺的加入可以抑制硅膠等無機物表面對PAM和PHP的吸附14i.圖6指 出,乙醇胺的存在使在低y‘區升高很大,這可能是由于乙醇胺可以和PAM形成較 弱的氫鍵交聯,在低〖區,呈現出較大的h],隨7_增大,這種氫鍵交聯破壞,而使["] 值趨于定值。當丨值在150左右時,["]由8.0升高至10.3,這對于聚合物驅油是非常有 利的,這些工作正在進行中。
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