水解聚丙嫌酰胺被廣泛用於聚合物驅油及複合驅驅油過程中。水解聚丙烯酰胺鬆弛時間溶液在孔隙介質中流 動的一個重要特性是，中低流動速度下剪切變稀，但在超過某一速度後，聚合物分子在通過一係列岩石 體和孔喉時，在流動領域會有拉伸和收縮發生。如果流動速度太高，聚合物分子沒有足夠的鬆她時間去 伸展，以適應流動，這種彈性應變導致其表觀黏度升高（這種現象通常被稱為剪切增稠）。在給定的剪 切速率下分子量較高的水解聚丙烯酰胺比低分子量的剪切增稠行為更顯著。以往所應用的聚合物分子量 較低，這種剪切增稠現象不明顯，隨著所應用的聚合物分子量的提高，人們意識到剪切增稠行為的重要 性。近年來一些學者建立了新的聚合物驅油數學模型。例如，M〇idehDelshad建立的模型包含了聚合 物溶液在孔隙介質中剪切變稀和剪切增稠兩部分。其中，剪切增稠部分由宏觀流變測量得到的聚合物的 分子鬆弛時間來量化[1~4]。
表征聚合物分子鬆弛時間的方法有很多，M〇jdeh Delshad提出了以下幾種聚合物分子鬆她時間模
型：G，與 G"交點（G’and G"'cross-over point)模型、Rouse 模型、珠簧（bead-spring)模型、非線性 彈性啞鈴（the nonelinear elastic dumbell bead)模型、固定頻率鬆弛時間（relaxation time at a fixed frequency)模型和爬杆高度（the rod-climbing height)模型[4]。除了 MojdehDelshad提出的這幾種聚
合物分子鬆弛時間模型外，Carreau模型和指數模型也可以被用來計算鬆她時間[5’6]。
文獻報道鬆弛時間（r)與聚合物分子量（M)的關係為rocM31173。在現有儀器設備及技術方法 的基礎上，采用ARES高級擴展流變儀和CaBER毛細管拉伸斷裂流變儀對不同分子量及分子量分布的 水解聚丙烯酰胺溶液在穩態剪切、動態剪切及拉伸流動試驗條件下的黏彈性進行研究，並分別采用不同 方法計算其鬆弛時間。考察不同方法計算的鬆弛時間隨分子量以及分子量分布變化規律，以獲得可應用 於油田實際的表征方法。
1試驗方法
1.1剪切流動試驗
采用ARES高級擴展流變儀測試水解聚丙烯酰胺溶液（分子量為3X 10s〜39X 10s)的穩態和動態 黏彈性。
1)穩態試驗選用C50/0. 04 (rad)測量係統，測試在0.001〜1000s—1剪切速率範圍內溶液的表 觀黏度和第一法向應力差。
2)動態試驗選用C50/0.04 (rad)測量係統，采用振蕩（OSC)模式。在固定頻率為1Hz下進
行應力掃描，確定溶液的線性黏彈性應力區。選擇在線性區的應力值進行頻率掃描，角頻率範圍0.01 〜100 (rad/s)。.
1.2拉伸流動試驗
采用CaBER毛細管拉伸斷裂流變儀測試聚合物溶液的直徑隨時間的變化曲線。樣品直徑為 6.0mm;原始高寬比為1.0;最終高寬比為4.39 ;采用線性模式，進行單點拉伸測量。
2結果與討論
2.1穩態試驗研究結果
Carreau模型表觀黏度與鬆弛時間的關係為：
^ =^„ X [1+(1)
式中W為表觀黏度，mPa • S;JU。為零剪切黏度，mPa • s;r為鬆弛時間，s;wl為轉變參數為曲線斜率；y 為剪切速率，f1。
圖1為采用Carreau模型計算的鬆弛時間隨分子量變化曲線。采用冪律方程對曲線進行擬合，相關 係數記為0.8882,冪律指數為2. 0533。
爬杆高度模型表觀黏度與鬆弛時間的關係為：
式中：況為第一法向應力差，Pa。
圖2為采用爬杆高度模型計算的鬆弛時間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合相關係數圮為 0.9895,冪律指數為0.8996。
圖1 Carreau模型計算的鬆弛時間圖2爬杆離度模型計算的鬆弛時間
隨分子量變化曲線隨分子量變化曲線
圖3為Carreau模型對水解聚丙烯酰胺溶液黏度試驗數據曲線擬合結果。從圖3可以看出Carreau 模型能很好擬合水解聚丙烯酰胺溶液黏度試驗數據，擬合效果較好。
由於爬杆高度模型隻能反映在某一固定剪切速率下溶液體係的鬆弛時間，其試驗結果與文獻所報道 的聚合物分子量與鬆弛時間關係（rocAf3)相差較大。與之相比，Carreau模型是對較寬剪切速率範圍 內試驗數據的擬合，因此選擇Carreau模型較好。
2.2動態試驗研究結果
圖4為水解聚丙烯酰胺溶液動態試驗曲線。儲能模量和損耗模量G〃交點所對應頻率的倒數稱為 特征鬆弛時間。圖5為和G〃交點模型計算的鬆弛時間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合相關係數 J?2為0.9672,冪律指數為3_2325。由於試驗樣品的不同，在某些聚合物體係的試驗曲線中看不到儲能 模量G'和損耗模量G〃交點。下式為固定頻率鬆弛時間模型用於計算一個具有黏性與彈性的流體的表觀 鬆弛時間：
_ G'
T = ^ ⑶ 式中:G'為儲能模量，Pa; G"為損耗模量，Pa;w為角頻率，rad/s。
(S •£)/««賽概
0.1
0.001
圖6為采用固定頻率鬆弛時間（l〇rad/s)模型計算的鬆弛時間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合 相關係數i?2為0.9829,冪律指數為0.7493。
圖5 G7和交點模型計算的鬆弛時間圖6固定頻率鬆弛時間模型計算的鬆弛時間
隨分子置變化曲線隨分子置變化曲線
與爬杆髙度模型相似，固定頻率鬆弛時間模型得到的是在某一固定頻率下的鬆弛時間，其試驗結果 與文獻報道聚合物分子量與鬆弛時間的關係（rc^M3)相差也較大。由儲能模量G'和損耗模量G"交點 得到相應的特征鬆弛時間，該交點可以被用來描述分子相互纏繞現象的開始。因此，G'和G〃交點模型 計算的結果較好。
2.3拉伸試驗研究結果
指數模型彈性模量與鬆弛時間的關係為：
Dmid = Do X (^)1/3e"，/3r(4)
式中：G為彈性模量，Pa;D。為樣品直徑，mm;Dmid為流體絲中間直徑，mm;cr為表麵張力，mN/m。
圖7為指數模型對拉伸試驗曲線擬合結果。由圖7可以看出指數模型可以較好地描述水解聚丙稀酰 胺溶液拉伸試驗結果。圖8為采用指數模型計算的鬆弛時間隨分子量變化曲線。冪律方程擬合相關係數 J?2為0.9898,冪律指數為1.7445。
10 1.2
•試驗數據
一擬合曲線1
00.511.522.5
時間/s
圖8指數模型計算的鬆弛時間隨分子置變化曲線
圖7指數模型對拉伸試驗曲線擬合結果
2.4模型的篩選
為進一步考察G'和G〃交點模型、Carreau模型和指數模型的應用效果，分別采用這3種模型計算 不同分子量分布聚合物溶液的鬆弛時間，結果列於表1。
表1不同模型計算的不同分子量分布聚合物溶液鬆弛時間
多分散
係數鬆弛時間/s
Carreau 模型G'和G"交點模型指數模型
1.00010.236.3530. 294
1.38310.917.5760. 422
1.59910. 238. 9370. 571
1.86510.843.2620.670
2. 92410.201. 8400.883
從表1可以看出，Carreau模型計算的鬆弛時間隨聚合物分子量分布寬度（用多分散係數表征）的 增加基本沒有變化；C和G"交點模型計算的鬆弛時間隨聚合物分子量分布寬度的增加出現最大值；指 數模型計算的鬆弛時間則隨分子量分布寬度的增加而增大。因為與剪切流動試驗相比，采用CaBER毛 細管單軸拉伸試驗方法在檢測分子量分布寬度時更加敏感，並且CaBER單軸拉伸試驗方法操作更加簡 單。因此根據油田實際情況，采用指數模型來表征水解聚丙烯酰胺溶液的鬆弛時間較合適。
3結論
1)所有方法得到的鬆弛時間都與分子量成正比。G'和G"交點模型得到的結果與文獻關於聚合物 分子量與鬆弛時間的關係（r〇c M3)最接近，其次是Carreau模型和指數模型。
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也減少了試井對凝析氣井生產的影響。
5結論
1) 塔河油田凝析氣井與K之間的關係較好，且區域範圍越小，規律性越強^
ripR
2)實際應用表明，該計算方法在塔河油田凝析氣藏具有一定應用性，並隨著係統測試井的增多而 不斷更新改進。
3)本文無阻流量計算方法，可為不同階段氣井配產，也為製定氣井合理生產製度提供參考依據， 尤其是在新區塊投人開發早期，各項資料缺乏的情況下，更便於評價區塊產能。
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