【文章內容簡介】 ～2nm 尺寸的粒子。 Zhao Mingqi 等也報道了利用樹枝狀大分子作為制備納米材料的 “納米池 ”，通過樹枝狀大分子的內部空隙，還原粒徑為 4～ 6 nm 的 Cu2+粒子團 簇，改變樹枝狀分子的結構和尺寸，可以控制生成不同大小的納米粒子，關鍵步驟是將一定量的金屬離子分配在樹枝狀大分子的內部，金屬離子會與內部的叔胺結合。通過一個置換反應，生成的粒子穩(wěn)定而細小，甚至可以達到 2nm，反應完全而且快。樹枝聚合物抗剪切性能研究 7 3 剪切前后聚合物流變性研究 實驗條件及步驟 實驗條件 試劑：樹枝聚合物（為課題組合成的產品），部分水解聚丙烯酰胺（ HPAM，大慶油田生產，分子量為 1200 萬，水解度為 30%）。 儀器： 吳茵攪拌器： WARING，均質機，七段變速； 微量泵：無脈沖高速高壓微量泵，最高 注入壓力 50MPa，單泵最小排量 ，單泵最大排量 107mL/min，美國產； 中間容器：帶活塞中間容器 3 個，最大容量 3000mL；最大工作壓力 16MPa，江蘇海安石油科研儀器廠； 恒溫箱： SG831 型雙聯自控恒溫箱； 壓力傳感器：量程 0~、 0~ 和 0~ 各 2 支，精度 %FS； 粘度計： BROOKFIELD DVⅢ ，美國產；轉子： 00和 31；轉速：分別為 6r/min和 ，剪切速率為 ； 集液裝置： BS100A 自動部分收 集器，上海滬西分析儀器廠有限公司。螺旋收集方式，每量筒最大集液量 12mL，全流程不間斷自動集液量 1200mL； 一維填砂模型（射孔孔眼）：模型長度 ，內徑 。 溫度： 65℃ 水質：新疆油田 百口泉 21 井區(qū) 水質，水質配方見表 31 表 31 新疆油田 百口泉 21 井區(qū) 水質配方 組成 NaCl Na2SO4 NaHCO3 Na 2CO3 CaCl2 MgCl26H2O 總礦化度 含量， mg/L 168 聚合 物配制 樹枝聚合物母液：加入 5g 的樹枝聚合物粉末入 995mL 的新疆水質中，混合攪 拌至溶解 均勻 。 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 HPAM 母液：加入 5g的 HPAM 粉末入 995mL 的新疆水質中，混合攪拌 至溶解均勻 。 剪切方式 吳茵剪切 根據配方，分別將濃度為 500mg/L、 1000mg/L、 2020mg/L、 3000mg/L、 4000mg/L的樹枝聚合物和 HPAM 加入吳茵攪拌器（圖 31）至與攪拌扇葉平齊時，蓋緊蓋子，將儀器調至二檔（ 7000r/min），每個攪拌 20s 即停止攪拌，最后再用粘度計逐次測量每個聚合物攪 拌后的粘度。 圖 31 吳茵攪拌器 射孔孔眼（炮眼）剪切 操作步驟如下： ① 模擬地層水（混注水）和聚合物溶液的準備 先配制實驗用混注水，采用 微孔濾膜過濾除去微粒物質，所有實驗用水應在實驗前放置 1d 以上； 在 45℃ 水浴中，用過濾后的混注水配制 5000mg/L 聚合物母液，將其稀釋至目標液濃度，并測定 70℃ 條件下幾種聚合物溶液的粘度。 ② 石英砂預處理 為了排除石英砂中碳酸鹽和泥質等雜質的影響，采用濃度為 18%的鹽酸洗滌石英砂，之后用大量的自來水對酸洗后的石英砂進行清洗，直至 pH 值為 7 左右。然后將預處理后的石英砂烘干、按目數為（ 40~60）、（ 60~80）、（ 80~100）、（ 100~120）分篩備用。 ③ “射孔孔眼模擬段 ”的制備 按照要求制備 “射孔孔眼模擬段 ”并如圖連接好流程。 樹枝聚合物抗剪切性能研究 9 ④ “一維填砂模型 ”流動實驗步驟如下： (1)飽和水，將配好的地層水均勻的倒入中間容器中，然后蓋好容器，并排空，然后以 5ml/min 的流速將水注入射孔孔眼中，待水從孔眼中均勻流出，再注入 10 個 PV 左右，停止飽和水。 (2)剪切聚合物，將配好的樹枝聚合物和 HPAM 聚合物分兩次均勻的倒入中間容器中，然后蓋好容器，并 排空，然后以 ，待聚合物從孔眼中均勻流出，用積液裝置收集定量的剪切后溶液進行測定。 a) 實驗流程圖 b) 射孔孔眼 剪切模型 圖 32 實驗流程 及實物圖 聚合物流變性的測定 聚合物溶液為非牛頓流體，其粘度隨著剪切速率的變化而變化。因此考察樹枝狀聚合物在剪切速率不斷變化的情況下，聚合物粘度隨剪切速率的變化。由于樹枝狀聚合物具有特殊的球型空間的樹枝網絡結構，因此應該具有較好的抗剪切能力。 實驗方法： （ 1）將樹枝狀聚合物配制成 5000mg/L 的聚合物母液，稀釋至目標濃度； （ 2）采用吳茵攪拌器（ 圖 31 所示 ）高速剪切的方式模擬聚合物從設備到井筒注入過程中的機械剪切，剪切條件：一檔 3500rpm 剪切 20s； （ 3）聚合物溶液通過射孔孔眼及近井地帶地層，進入地層深部。射孔孔眼及近井西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 地帶地層的過流面積小、流量大、流速高，剪切程度最為嚴重。為了更真實地模擬近井地帶的剪切作用，使用射孔孔眼剪切模擬裝置，模型管長 ，內徑 ，采用 40~60目磨圓度較好的礫石充填，并保證孔隙度為 37%，實驗流程圖見圖 23，按 20m3/（ dm）的剪切速度對聚合物進行剪切實驗； （ 3）采用 HAAKE RS600 流變儀 （圖 33） （雙筒；轉子： DG41Ti； 65℃ ）進行測定。 圖 33 RS600 流變儀 剪切作用對粘度的影響 經過吳茵剪切和射孔剪切聚合物粘度測量結果如下 ： 表 32 樹枝聚合物和 HPAM 吳茵剪切后的粘度 濃度 (mg/L) 500 1000 2020 3000 4000 樹枝聚合物粘度（ ） 聚丙烯酰胺粘度（ ）（ HPAM） 由表 32 中的兩組數據可以得出：在吳茵攪拌這種剪切方式下，樹枝聚合物比常用聚合物 HPAM 粘度恢復性強，更抗剪切。 表 33 樹枝聚合物和 HPAM 射孔剪切后的粘度 濃度 (mg/L) 500 1000 2020 3000 4000 樹枝聚合物粘度（ ） 聚 丙烯酰胺粘度（ ）（ HPAM） 由表 33 中的兩組數據可以得出：在射孔孔眼這種剪切方式下，樹枝聚合物比常用聚合物 HPAM 粘度恢復性強，更抗剪切。 樹枝聚合物抗剪切性能研究 11 表 34 樹枝聚合物和 HPAM 不同剪切方式后的粘度 濃度 mg/L 剪切方式 500 1000 2020 3000 4000 樹枝聚合物 粘度（ ） 未剪 吳茵 炮眼 HPAM 粘度（ ） 未剪 吳茵 炮眼 由表 34 中的數據綜合對比得出：樹枝聚合物無論是在哪種剪切方式下，粘度恢復均優(yōu)越于聚丙烯酰胺（ HPAM），更抗剪切。 剪切作用對流變性的影響 樹枝聚合物 采用 HAAKE RS600 流變儀（雙筒；轉子： DG41Ti； 65℃ ）對經過炮眼剪切、吳茵剪切、和未經剪切的樹枝聚合物進行測定，所得流變曲線如下 ： 110100100010000 1 10 100 1000G （1 / s ）η（mPa.s）樹枝5 0 0 炮眼樹枝5 0 0 未剪樹枝5 0 0 吳茵 a） 500mg/L 樹枝狀聚合物的流變曲線 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 110100100010000 1 10 100 1000G （1 / s ）η（mPa.s）樹枝1 0 0 0 炮眼樹枝1 0 0 0 未剪樹枝1 0 0 0 吳茵 b） 1000mg/L 樹枝狀聚合物的流變曲線 c） 2020mg/L 樹枝狀聚合物的流變曲線 樹枝聚合物抗剪切性能研究 13 110100100010000 1 10 100 1000G（1/s）η（）樹枝3 0 0 0 炮眼樹枝3 0 0 0 未剪樹枝3 0 0 0 吳茵 d） 3000mg/L 樹枝狀聚合物的流變曲線 圖 34 不同濃度的樹枝狀聚合物剪切前后的流變曲線 從圖 34 可知： （ 1）當聚合物濃度為 500mg/L、 1000mg/L、 2020mg/L 和 3000mg/L 時，聚合物溶液的粘度隨著濃度的增加，在高剪切速率下，粘度隨剪切速率的增 加而快速降低，說明該聚合物具有較好的剪切稀釋性，有助于降低注入壓力。在低剪切速率下，聚合物溶液可以保持較高的穩(wěn)定粘度，有利于提高聚合物溶液的流度控制能力，增大波及體積，提高原油采收率。 （ 2）樹枝聚合物具有很好的抗剪切性：無論是經過吳茵攪拌器剪切（機械剪切）后，還是經過炮眼剪切（射孔孔眼剪切）后，在同一剪切速率下，剪切前后的聚合物溶液具有相似的粘度值，粘度保留率高，說明聚合物溶液具有很好的抗剪切性質。 HPAM 采用 HAAKE RS600 流變儀（雙筒；轉子： DG41Ti； 65℃ ）對經過炮眼剪切 、吳茵剪切、和未經剪切的 HPAM 進行測定，所得流變曲線如下 西南石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 a） 500mg/LHPAM 聚合物的流變曲線 b） 1000mg/LHPAM 聚合物的流變曲線 110100100010000 1 10 100 1000G（1/s）η()HPAM2020炮 眼HPAM2020未 剪HPAM2020吳 茵 c） 2020mg/LHPAM 聚合物的流變曲線 樹枝聚合物抗剪切性能研究 15 110100100010000 1 10 100 1000G(1/s)η()HPAM3000炮 眼HPAM3000未 剪HPAM3000吳 茵 d） 3000mg/LHPAM 聚合物的流變曲線 110100100010000 1 10 100 1000G（1/ s）η()HPAM4000炮 眼HPAM4000未 剪HPAM4000吳 茵 e） 4000mg/LHPAM 聚合物的流變曲線 圖 35 不同濃度的 HPAM 聚合物剪切前后的流變曲線 由圖 35 得出： HPAM 溶液的粘度隨著剪切速率的增加而顯著降低，這可能是因為 HPAM 為線性聚丙烯酰胺類聚合物，聚合物分子在溶液中處 于蜷曲的無規(guī)則線團狀。當剪切速率增強時，線性大分子鏈的構象被迫發(fā)生改變，但是由于受布朗運動的影響，被改變的構象還會部分恢復或者全部恢復，所以導致長鏈大分子偏離原來的平衡構象，大分子間相對流動阻力減小，溶液宏觀粘度下降，表現出剪切稀釋性。所以，當 HPAM 溶液在地層中滲流時，在高剪切速率下表現出的較低溶液粘度，不能很好的達到流度控制的目的。 西南石油大學本科畢