溫度對(duì)聚丙烯酰胺溶液粘度的影響

張敏

摘 ?要：聚丙烯酰胺溶液在配制和注入過程受各種因素的影響，會(huì)使聚合物水溶液的粘度下降，本文通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究溫度以對(duì)錦16塊二元驅(qū)用聚丙烯酰胺溶液粘度影響研究，充分認(rèn)識(shí)粘度、溫度關(guān)系，了解不同溫度下的PAM溶液的粘度特性和抗剪切特性，對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場PAM配聚作業(yè)和提高采油率都有重要意義。

關(guān)鍵詞：分子鏈斷裂;溫度;粘度損失

1 環(huán)境溫度對(duì)聚丙烯酰胺溶液物理特性的影響

1.1實(shí)驗(yàn)方法

量取1000mL去錦16二元驅(qū)模擬地層水，置于燒杯中，置于室溫（20℃）環(huán)境中，在磁力攪拌器上攪拌。稱取5g PAM，分散在燒杯中，待溶解完全后，將燒杯置于不同溫度的水浴中，利用LDV—1+PRO型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下的粘度。

LDV—1+PRO型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的轉(zhuǎn)速分別為10，20，30，40，50，60，70，rpm，水浴溫度分別為15℃，25℃，35℃，55℃，65℃。

為避免溶液水解度、礦物度和pH值對(duì)溶解過程的影響。實(shí)驗(yàn)室條件下，采用去離子水作為溶解液，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)為0.5%。

1.2結(jié)果及討論

水浴溫度為50℃測(cè)得粘度--剪切速率關(guān)系曲線，隨著剪切速率的增加，溶液粘度逐漸下降，且粘度相對(duì)于剪切速率的變化率不斷下降，即抗剪切性不斷增強(qiáng)。這是因?yàn)椋?dāng)聚丙烯酰胺溶于水時(shí)，在溶脹和溶解的過程中，其酰胺基既形成了分子內(nèi)氫鍵，又與水分子形成了氫鍵，分子內(nèi)氫鍵構(gòu)成聚丙烯酰胺的環(huán)結(jié)構(gòu)和螺旋結(jié)構(gòu)的剛性鏈條，這種結(jié)構(gòu)使得溶液的粘度較大。攪拌速度大時(shí)，分子內(nèi)氫鍵構(gòu)成聚丙烯酰胺的環(huán)結(jié)構(gòu)和螺旋結(jié)構(gòu)的剛性鏈段受機(jī)械剪切的作用容易被破壞和解離，當(dāng)溶液受到的剪切速率增加時(shí)，原已滲透到大分子內(nèi)部的內(nèi)含溶劑，在剪切作用下被迫擠出，無規(guī)線團(tuán)尺寸減小，溶劑分布在無規(guī)線團(tuán)之間，從而使聚丙烯酰胺的酰胺基更多地與水分子作用而使大分子變得柔順，流體力學(xué)體積和粘度也變小。

水浴溫度分別為12℃，20℃，30℃，40℃，50℃時(shí)，對(duì)比聚丙烯酰胺溶液在不同水浴溫度下測(cè)得粘度--剪切速率關(guān)系曲線，可以看出，在各個(gè)測(cè)量溫度下，溶液粘度隨剪切速率的變化規(guī)律與50℃呈現(xiàn)的規(guī)律相同。而且，不同溫度下測(cè)量的粘度曲線大致平行，這說明，在各個(gè)剪切速率下，粘度相對(duì)于剪切速率的變化率大致相同，即抗剪切性大致相同。對(duì)比相同剪切率，不同測(cè)量溫度下的溶液粘度不同。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)轉(zhuǎn)速為30rpm時(shí)，不同水浴溫度下的溶液粘度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為隨著水浴溫度的增加，溶液粘度降低，大致呈直線規(guī)律變化。這是由于隨著溫度的增加，分子運(yùn)動(dòng)速度加劇高分子之間的纏結(jié)被部分解開使得粘度下降。

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚丙烯酰胺溶液從室溫升溫至50℃，保持2小時(shí)，然后降溫至室溫，檢測(cè)溶液粘度，溶液粘度基本保持不變。可見，測(cè)量溫度并不能改變聚丙烯酰胺溶液內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)。

2溶解溫度對(duì)聚丙烯酰胺溶液物理特性的影響

2.1實(shí)驗(yàn)方法

量取1000mL錦16二元驅(qū)模擬地層水，置于燒杯中，燒杯置于不同溫度的水浴中，在磁力攪拌器上攪拌。稱取5g PAM，分散在燒杯中，待溶解完全后，冷卻至室溫（20℃），利用LDV—1+PRO型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下的粘度。

2.2 結(jié)果與討論

溶解溫度分別為15℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃測(cè)得粘度--剪切速率關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為不同溶解溫度下，溶液粘度隨剪切速率的變化規(guī)律與50℃呈現(xiàn)的規(guī)律相同。但不同溶解溫度下，溶液粘度相對(duì)于剪切速率的變化率不同，即抗剪切性不同。在剪切速率v≤13sec-1時(shí)，溶解溫度越高，粘度相對(duì)于剪切速率的變化率越低，即抗剪切性越高。當(dāng)剪切速率v≥13sec-1時(shí)，不同溶解溫度的溶液粘度大致重合，且粘度相對(duì)于剪切速率的變化率很低，即抗剪切性很高。

旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)轉(zhuǎn)速為30rpm時(shí)，測(cè)得不同溶解溫度下的粘度--剪切速率關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為隨著溶解溫度的增加，溶液粘度降低，大致呈直線規(guī)律變化。這是由于溶解過程主要是克服分子鏈間-CONH2的氫鍵締合，分子鏈間-CONH2的作用力比氫鍵作用力大。溶解溫度越高，就會(huì)有越多的分子鏈間-CONH2轉(zhuǎn)換為氫鍵締結(jié)。

3結(jié)論

聚丙烯酰胺溶液的配制粘度受剪切速率和溫度的影響，隨著環(huán)境溫度的增加，溶液粘度降低，大致呈直線規(guī)律變化;隨著剪切速率的增加，溶液粘度逐漸下降，但當(dāng)剪切速率達(dá)到13sec-1時(shí)，粘度變化率不大。

在現(xiàn)場配制過程中，要充分考慮溫度對(duì)粘度的影響，配制水的溫度控制在35℃左右，既可保證獲得較好的溶解性，也可最大限度降低粘度損失。

參考文獻(xiàn)

[1] ?侯吉瑞，劉中春，張淑芬. 堿對(duì)聚丙烯酰胺的分子形態(tài)及其流變性的影響. 物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2003，19（3）：256～259

[2] ?朱平平，楊海洋，何平笙. 高分子間相互作用的特點(diǎn)及意義. 高分子通報(bào)，2002，（10）：73～78

[3] ?陳九順，劉忠義，劉波等. 聚丙烯酰胺稀溶液的粘度與剪切速率的關(guān)系研究. 高分子學(xué)報(bào)，1994，（2）：244～248