聚合物溶液驅油是三次采油技術中最常用的一種 提高原油采收率的方法。在聚合物驅油過程中，聚合 物溶液的地下流變性直接影響其滲流特性及其驅油效 果。聚合物溶液在地層孔隙介質中的流變特性是極為 複雜的，它不但取決於聚合物溶液本身的性質，油層多 孔介質的孔隙結構，還取決於聚合物分子與孔隙介質 之間的相互作用。這是因為多孔介質的孔道結構極其 複雜，不斷出現收縮、發散的流道，因而聚合物溶液在 孔隙介質中的流動既有剪切流動，也有拉伸流動。當 聚合物溶液在一定速度範圍內通過孔隙介質時，以剪 切流動為主，大分子在剪切力場作用下沿流動方向定 向伸展，粘度隨速度的增加而下降，流體呈現擬塑性流 變特性；當流速增加到一定程度後，孔喉處的流速和拉 伸速率都顯著增加，此時流體顯示出剪切增稠特性。 傳統的牛頓流體的滲流力學不能解釋上述所說的特殊 現象，因此研究聚合物溶液在多孔介質中的流變性是 正確進行聚合物驅油藏工程計算與分析、並指導礦場 試驗的前提和基礎[1]。葉仲斌等[〜通過研究表明聚 合物分子通過多孔介質剪切後，在一定程度上破壞了 聚合物的分子鏈，從而影響了聚合物溶液的性能；夏惠 芬等[58]研究了聚合物溶液的粘彈性，給出了粘彈性聚 合物溶液的表觀粘度的表達式和表現出彈性時的臨界 剪切速率;陳鐵龍[91°]通過研究得出了三元複合體係 在多孔介質中出現粘彈流變特征的臨界剪切速率隨著 聚合物濃度的升高而減小，隨著表麵活性劑和堿濃度 的增加而增大;張星[11]等利用岩心驅替裝置係統分析 了不同滲透率、不同質量濃度聚合物溶液的剪切流變 性;還有許多學者通過實驗研究了聚合物溶液的粘彈 特性[1216]，但是係統地研究不同相對分子質量、不同 質量濃度的聚合物溶液在多孔介質中粘彈性的文章還 少有報道。我們通過岩心滲流實驗研究了聚丙烯酰胺 (聚合物)溶液在滲流過程中的流變性，給出了不同滲 流速度條件下的粘度變化規律，分析了聚合物溶液的 質量濃度和相對分子質量對多孔介質中聚合物溶液流 變性的影響。
1實驗部分
1.1實驗設備及材料
人造岩心:直徑2. 5 cm，單根長度10 cm左右，氣 測滲透率2 000XKT3pm2。
模擬鹽水:礦化度分別為508 mg/L、3 700 mg/L, 用來配製母液、測水，測滲透率和稀釋聚合物用。
化學劑：部分水解聚丙烯酰胺，大慶煉化公司生 產，相對分子質量分別為1 200 X 104、1 620 X 104和 2 500X104;用清水（礦化度508 mg/L)配製濃度為 5 000 mg/L的母液，然後用汙水(礦化度3 700 mg/L) 稀釋為實驗濃度。
實驗設備:恒溫箱、平流泵、岩心夾持器、手搖泵、 管線壓力表若幹。
實驗溫度:45 °C。
1.2實驗步驟
(1)抽真空，45 °C條件下飽和鹽水（3 700 mg/ L)，記錄不同流量條件下該岩心的穩定壓力，計算岩 心水，測滲透率；
(2)以256 mL/h的流量開始進行滲流實驗，記錄 該流量條件下的穩定壓力；
(3)壓力穩定後在出口取樣，測量聚合物體係的 流變參數；
(4)上一個流量實驗結束後，按照180、128、64、 32、16、8、4、2 mL/h的順序依次改變注人速度，繼續 步驟(2)和(3);
(5)後續水驅，記錄各流量下後續水驅的穩定壓 力，計算阻力係數和殘餘阻力係數；
(6)按照實驗方案修改實驗參數進行影響因素對 比實驗。
1.3實驗方案
為研究質量濃度和相對分子質量對多孔介質中聚 合物溶液流變性的影響，設計實驗方案如表1所示。
表1短岩心滲流實驗方案
實驗方案岩心編號聚合物相對分子
質量唚Xl〇4聚合物溶液質量 濃度Amg. L-1)
115 〜181 62011600
215 〜161 6202 300
315 〜221 6201 000
415 〜192 5001 600
515 〜271 2001 600
2實驗結果
2.1聚合物溶液在多孔介質中的滲流特性
圖1給出了直角坐標係和雙對數坐標係下水在岩 心15〜18中滲流時的流量和壓差的關係曲線。由 圖1可以看出，隨流量增加，壓差呈直線上升的趨勢， 完全符合達西定律。
應用Ergun公式[17]計算了水在岩心15〜18中滲 流時的雷諾數Re。在2〜256 mL/h的流速範圍內， 在岩心15〜18中，Re的變化範圍為4. 05 X 1(T5到
5.18X1(T3之間。說明水在岩心中滲流時是不存在慣 性效應的。因此，粘度高於水的聚合物溶液在以上滲 透率級別的岩心中滲流時，在實驗流量範圍內不存在 慣性滲流。
2.1.1聚合物溶液質量濃度對滲流特性的影響
圖2給出了雙對數坐標係下不同質量濃度的聚合 物溶液在岩心中滲流時的流量和壓差的關係曲線。由 圖2可以看出，聚合物溶液在滲流過程中，在雙對數坐 標係下，岩心兩端的壓差隨流量的增加表現出先上升 而後上翹的趨勢。這種現象出現的可能原因有兩種， 一是聚合物溶液在滲流過程中出現了慣性非達西流動 現象，二是聚合物溶液出現了彈性效應。根據前文計 算的雷諾數，我們排除了慣性滲流的影響，因此，聚合 物溶液滲流曲線上出現的上翹現象是聚丙烯酰胺溶液 的彈性所致。在其它條件相同的情況下，聚合物溶液 的質量濃度越高，粘彈性越強，滲流壓差越大，上翹現 象越明顯。這是因為隨著聚合物溶液質量濃度的增加，聚合物分子之間相互吸引和相互纏結的能力增強， 使得滲流阻力增加。
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2.1.2聚合物溶液相對分子質量對滲流特性的影響 圖3給出了雙對數坐標係下不同相對分子質量的聚 合物溶液在岩心中滲流時的流量和壓差的關係曲線。可 以看出，在其它條件相同的情況下，聚合物溶液的相對分 子質量越高，滲流壓差越大。這是因為聚合物溶液的相 對分子質量越大，聚丙烯酰胺分子的回旋半徑越大，重複 鏈節越多，並且由於吸附、滯留，使得岩心的滲透率下降, 從而使滲流阻力增大，滲流特性變差。
2.2聚合物溶液在多孔介質中的彈性效應
2.2.1多孔介質中的等效剪切速率
在聚合物驅油過程中，聚合物溶液的粘度與剪切 速率密切相關。但是在聚合物驅油物理模擬實驗中直 接用到的是滲流速度，因而需要將滲流速度換算為對 應的剪切速率。目前還沒有精確描述多孔介質中剪切 速率的模型。一方麵是由於多孔介質的孔隙結構異常 複雜，目前尚無理論模式可以精確描述;另一方麵則是 由於聚合物分子與多孔介質之間的相互作用極為複 雜。許多學者提出了聚合物溶液在多孔介質中剪切速 率的簡化模型[18]，本文中采用如下模型 其中A為修正係數，Y為等效剪切速率，為達西 速度，cm/S;K：p為聚合物滲流時岩心的滲透率，pm2;95 為岩心孔隙度。
2.2. 2聚合物溶液在多孔介質中的有效粘度
聚合物溶液在多孔介質中滲流的基本方程是達西
方程
KdAAP
式中Q為流體流過岩心的體積流量，cm3/s;AP為岩 心兩端的壓差，MPa;A為岩心的橫截麵積，cm2;L為 岩心的長度，cm;/i為流體的粘度，mPa • S。
對於聚合物溶液，其粘度與流速有關，不再是一常 量，流量與壓差之間的線性關係已不成立，但是可根據 聚合物溶液滲流時岩心兩端壓差和流量的關係用上式 計算聚合物溶液的粘度，所求出的粘度是聚合物溶液通 過孔隙介質時的實際粘度，也稱為有效粘度，用;表示
^ ~ ~~QL~⑶
由於聚合物分子在岩心中的吸附滯留，使得岩心 的滲透率降低，因此壓降不僅受流量和流體粘度的影 響，同時還受到岩心滲透率的影響，在用上式計算有效 粘度時，應用殘餘阻力係數對滲透率進行修正。
2.2.3聚合物溶液在多孔介質中流變性的影響因素 根據上述岩心的實驗數據,利用式(1)計算不同注 人速度對應的等效剪切速率，利用式(3)計算不同注人 速度時岩心中聚合物溶液的有效粘度，可得到聚合物 溶液在多孔介質中的流變曲線。影響多孔介質中聚合 物溶液流變性的因素主要有以下幾種。
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(1)質量濃度的影響。圖4給出了不同質量濃度 的聚合物溶液在多孔介質中的流變曲線。可以看出， 有效粘度隨剪切速率的增加而下降，達到一定值(稱為 臨界流變流速)後，有效粘度隨著剪切速率的增加而升 高。在相同剪切速率條件下，隨著質量濃度的升高，聚 合物溶液的有效粘度增加。
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(2)相對分子質量的影響。圖5給出了不同相對 分子質量的聚合物溶液在多孔介質中的流變曲線。與 質量濃度升高的情況類似，相對分子質量的升高也能 使孔隙介質中的有效粘度增加。
圖5不同相對分子質置的聚合物溶液在 多孔介質中的流變曲線
3結論
(1)聚合物溶液在岩心中滲流時，岩心兩端壓差 隨聚合物溶液質量濃度的增加而增大；隨聚合物溶液 相對分子質量的增加而增大；
(2)聚合物溶液在多孔介質中的有效粘度可以通 過滲流過程的實驗數據利用達西定律來反算求得。隨 滲流速度的增加，聚合物溶液在多孔介質中的有效粘 度下降，達到臨界流變流速後，有效粘度隨著剪切速率 的增加而升高；
(3)聚合物溶液在多孔介質中的有效粘度隨溶液 質量濃度的增加、相對分子質量的增大而增大。