CN106248528A - 一种聚合物弹性强弱的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚合物弹性强弱的评价方法。该方法包括以下步骤：将待评价的不同聚合物分别配制成相应的聚合物溶液；对聚合物溶液进行剪切速率扫描，以确定聚合物溶液的第二牛顿区，并确定聚合物溶液的最佳剪切速率；对聚合物溶液进行应力扫描，以确定聚合物溶液的线性粘弹区，并确定聚合物溶液的最佳应力；根据确定的最佳应力，对聚合物溶液进行频率扫描，以确定聚合物溶液的弹性模量的平台区，并确定聚合物溶液的最佳振荡频率；根据确定的最佳剪切速率和最佳振荡频率，对聚合物溶液进行弹性恢复实验，以评价不同聚合物弹性的强弱。该方法有效解决了只依靠弹性模量和弹性模量的平台区的频宽无法比较某些聚合物弹性强弱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物弹性强弱的评价方法，特别涉及一种以弹性恢复试验为核心的聚合物弹性强弱的评价方法，属于石油分析化学领域。
背景技术
聚合物驱提高原油采收率的作用机理一直是石油行业研究的焦点。目前的研究观点普遍认为，具有较高粘度的聚合物流体，可显著改善油水流度比、提高宏观波及体积，从而提高原油的采收率，因此进行聚合物驱之前，通常需要对聚合物的粘度进行评价，以选取粘度较高的聚合物作为使用对象。
目前关于聚合物粘性的评价方法已经很多，例如，利用乌氏粘度计测定特性粘数、利用旋转粘度计测定表观粘度、利用旋转流变仪测定表观粘度和粘性模量、利用拉伸流变仪、毛细管流变仪测定拉伸粘度等。
以往对聚合物的研究主要考虑的是它的粘性，然而最近的研究表明，聚合物的弹性对其驱油效率也具有显著影响。但目前本领域关于聚合物弹性的评价方法的研究相对较少，现有的研究也大多是比较弹性模量，弛豫时间以及韦森伯格数的大小。然而在实际应用时发现，现有的评价方法/指标并不能真实反映聚合物在不断流经收缩/扩张的油气通道后的弹性特征，即无法反映聚合物在地层中经孔道不断拉伸剪切后弹性是否发生了改变。
因此，亟需建立一种新方法来评价聚合物在驱油过程中的弹性特征，为驱油用聚合物的研究及筛选提供更有力的依据。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种聚合物弹性强弱的评价方法，该方法简单、实用，有效解决了只依靠弹性模量G′的大小以及弹性模量G′平台区的频宽无法比较某些聚合物弹性强弱的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种聚合物弹性强弱的评价方法，其包括以下步骤：
将待评价的不同聚合物分别配制成相应的聚合物溶液；
对聚合物溶液进行剪切速率扫描，以确定聚合物溶液的第二牛顿区，并在第二牛顿区内确定聚合物溶液的最佳剪切速率；其中，所述最佳剪切速率为能够使聚合物溶液处于第二牛顿区内的剪切速率，该最佳剪切速率为一范围，而非特定值。
对聚合物溶液进行应力扫描，以确定聚合物溶液的线性粘弹区，并在线性粘弹区内确定聚合物溶液的最佳应力；其中，所述最佳应力为能够使聚合物溶液位于线性粘弹区的最大应力；
根据确定的最佳应力，对聚合物溶液进行频率扫描，以确定聚合物溶液的弹性模量的平台区，并在平台区内确定聚合物溶液的最佳振荡频率；其中，所述最佳震荡频率为能够使聚合物溶液的弹性模量位于平台区内的最小震荡频率；
根据确定的最佳剪切速率和最佳振荡频率，对聚合物溶液进行弹性恢复实验，以评价不同聚合物弹性的强弱。
在上述评价方法中，优选地，对聚合物溶液进行剪切速率扫描时，所采用的仪器可以为RS600流变仪，所述流变仪的测试系统为双狭缝系统。
在上述评价方法中，优选地，对聚合物溶液进行剪切速率扫描时的测试温度为油田的地层温度。
在上述评价方法中，优选地，对聚合物溶液进行剪切速率扫描时，扫描范围为0-106s-1，优选为0-10000s-1。
在本发明提供的技术方案中，对聚合物溶液进行剪切速率扫描可以确定出聚合物溶液的第二牛顿区，并为后续弹性恢复试验选择位于第二牛顿区的最佳剪切速率。
在上述评价方法中，优选地，对聚合物溶液进行应力扫描时，扫描范围为0.01-50Pa，优选为0.01-10Pa。
在上述评价方法中，优选地，对聚合物进行应力扫描时，聚合物的振荡频率设为0.1-10Hz；更优选为1Hz。
在本发明提供的技术方案中，对聚合物溶液进行应力扫描可以确定出聚合物溶液的线型粘弹区，并为后续频率扫描选择位于线性粘弹区的最佳应力。
在上述评价方法中，优选地，对聚合物溶液进行频率扫描时，扫描范围为10-5Hz-100Hz，更优选为0.01-20Hz。
在本发明提供的技术方案中，对聚合物溶液进行频率扫描可以确定出聚合物溶液的模量的平台区，并为后续弹性恢复试验选择位于平台区内的最佳振荡频率。
在上述评价方法中，优选地，根据确定的最佳剪切速率和最佳振荡频率，对聚合物溶液进行弹性恢复实验，以评价不同聚合物弹性的强弱包括以下步骤：
将聚合物溶液在确定的最佳振荡频率下振荡，更优选地，振荡时间为2min，振荡结束后，测得弹性模量的平均值，记为第一弹性模量平均值；
将聚合物溶液在确定的最佳剪切速率下进行连续剪切，更优选地，剪切时间为1-5min；然后在确定的最佳振荡频率下进行振荡；更优选地，振荡时间为2min；振荡结束后，测得弹性模量的平均值，记为第二弹性模量平均值；
根据获得的第一弹性模量平均值和第二弹性模量平均值，计算得到聚合物溶液的弹性模量的保留率；
通过比较不同聚合物溶液的弹性模量的保留率，对不同聚合物弹性的强弱情况进行评价：保留率越大，则对应的聚合物的弹性越强；反之，则越弱。
在上述评价方法中，优选地，所述待评价的不同聚合物包括部分水解聚丙烯酰胺型聚合物、梳型聚合物、疏水缔合型聚合物和复配型聚合物中的至少两种。
在上述评价方法中，优选地，在聚合物溶液中，聚合物的浓度为400ppm-3000ppm。在配制聚合物溶液时，所采用的溶剂可以是油田污水，所述油田无水的矿化度优选为3672.8mg/L。
在上述评价方法中，优选地，根据确定的最佳应力，对聚合物溶液进行频率扫描时，该方法还包括根据聚合溶液的弹性模量和弹性模量的平台区，对不同聚合物弹性的强弱进行初步评价的步骤；更优选地，初步评价的标准为：相同频率下聚合物溶液的弹性模量越大，同时聚合物溶液的弹屏模量的平台区的频宽越大，则对应的聚合物的弹性越强；反之，则越弱。
在上述评价方法中，优选地，所述剪切速率扫描、应力扫描和频率扫描均是在地层温度条件下进行的。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案以弹性恢复试验为核心，对石油聚合物驱中的聚合物弹性强弱进行评价，采用本领常用的RS600旋转流变仪即可实现想要的技术效果，评价过程简单易操作，且模拟了油藏的真实环境，即聚合物不断流经收缩/扩张的油气通道过程，为驱油用聚合物的研究及筛选提供了有力依据。
附图说明
图1为三种聚合物溶液的剪切速率扫描曲线；
图2为三种聚合物溶液的应力扫描曲线；
图3为三种聚合物溶液的频率扫描曲线；
图4为浓度为1000ppm的三种聚合物经不同剪切速率剪切后G′的保留率；
图5为浓度为1000ppm的KYPAM-2溶液的弹性恢复试验的过程示意图；
图6为浓度为1500ppm的三种聚合物经不同剪切速率剪切后G′的保留率。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种聚合物弹性强弱的评价方法。
选取了梳型聚合物KYPAM-2、水解聚丙烯酰胺型聚合物MO-4000和疏水缔合聚合物HTPW这三种常用聚合物作为研究对象；将上述三种聚合物分别用大庆污水(矿化度为3672.8mg/L)配制成浓度为1000ppm的溶液。
在45℃(大庆地层温度)下，对上述三种聚合物溶液分别进行剪切速率扫描，剪切速率扫描范围为10-8000s-1(如图1所示)。从图1中可以看出，三种聚合物均在2000s-1后进入第二牛顿区，表观粘度稳定在3mPa·s左右；因此，为避免受聚合物粘性的影响，之后进行的弹性恢复试验均在剪切速率大于2000s-1时进行(即确定聚合物的最佳剪切速率γ最佳＞2000s-1)。
分别对三种聚合物溶液进行应力扫描(T＝45℃，f＝1Hz)，扫描之前，先确定三种聚合物溶液的线性粘弹区，即随应力τ值的变化，弹性模量G′基本不发生变化的区域，由此确定频率扫描的应力值，应力扫描范围为0.01-1.0Pa(如图2所示)。从图2中可以看出，当应力小于0.1Pa时，随应力的变化，三种聚合物溶液的弹性模量G′基本不发生变化，因此，下步的频率扫描试验固定应力值为0.1Pa(即确定最佳应力τ最佳为0.1Pa)。
分别对三种聚合物溶液进行频率扫描(T＝45℃，τ＝0.1Pa)，频率扫描是通过对溶液施加一个震荡应变，使其在非破坏状态下对频率做出粘弹性响应，通过测定聚合物溶液在不同震荡频率下弹性模量G′的大小以及G′保持平台区的频宽(如图3所示)，可以初步表征聚合物弹性的强弱，也为下一步弹性恢复试验选择最佳的震荡频率。
从图3中可以看出，弹性模量G′的大小关系为：KYPAM-2＞MO-4000＞HTPW；G′平台区频宽大小关系为：KYPAM-2(3.162Hz-1Hz)＞MO-4000(2.154Hz-1Hz)＝HTPW，如果以G′的大小以及G′平台区的频宽大小来评价聚合物弹性的强弱，可得到梳型聚合物KYPAM-2的弹性明显好于水解聚丙烯酰胺聚合物MO-4000和疏水缔合聚合物HTPW，而MO-4000与HTPW的弹性基本没有区别。因此，只依靠弹性模量G′的大小以及G′平台区的频宽，可能不足以完全表征聚合物弹性的强弱。
此外，从图3中还可以看出，随震荡频率的增大，三种聚合物溶液的弹性模量G′均表现出增大趋势，当震荡频率大于1Hz后，G′基本都达到平台区。因此，选定1Hz作为下步弹性恢复试验的最佳震荡频率。
表1为浓度为1000ppm的三种聚合物经不同剪切速率剪切后G′的保留率
对三种聚合物溶液进行弹性恢复试验(T＝45℃)，试验数据如表1所示，三种浓度为1000ppm的聚合物溶液首先在1Hz下震荡2min，测定弹性模量G′平均值，即表1中γ＝0时G′的值，之后分别在2000、3000、4000、5000、6000和8000s-1下连续剪切2min，再在1Hz下震荡2min测定G′的平均值。
由表1中的数据可以计算出G′的保留率，如图4所示，从图4中可以看出：
1)当剪切速率≤3000s-1时，三种聚合物的G′保留率无太大差别，且都大于90％；但当剪切速率＞3000s-1时，KYPAM-2的G′保留率明显大于MO-4000和HTPW的G′保留率。说明KYPAM-2的弹性最好，之前所得结论一致；
2)当剪切速率≤4000s-1时，MO-4000和HTPW的G′保留率无太大差别，但当剪切速率＞4000s-1时，MO-4000的G′保留率明显大于HTPW的G′保留率，例如经8000s-1剪切2min后，MO-4000的G′可保留至68.8％，而HTPW的G′可保留至61.2％。由此得出增粘能力几乎相同的MO-4000和HTPW，MO-4000的弹性较强，解决了只依靠G′的大小以及G′平台区的频宽无法比较二者弹性强弱的问题。
其中，浓度为1000ppm的KYPAM-2溶液的弹性恢复试验过程(T＝45℃)的示意图如图5所示：浓度为1000ppm的KYPAM-2溶液首先在1Hz下震荡2min，测定弹性模量G′平均值，之后在8000s-1下连续剪切2min，再在1Hz下震荡2min测定G′的平均值。
为验证本发明提供的一种以弹性恢复试验为核心的聚合物弹性评价新方法，与聚合物的浓度无关，对浓度为1500ppm的三种聚合物溶液进行了同上的弹性恢复试验(T＝45℃)，结果见表2和图6。可以看出，三种聚合物的G′保留率均呈现出与1000ppm相同的趋势，即KYPAM-2＞MO-4000＞HTPW，说明用此弹性恢复试验来评价聚合物弹性的强弱，不会受聚合物浓度的影响。
表2浓度为1500ppm的三种聚合物经不同剪切速率剪切后G′的保留率
综上所述，一种以弹性恢复试验为核心的聚合物弹性评价新方法，测试过程简单、实用，解决了只依靠G′的大小以及G′平台区的频宽无法比较某些聚合物弹性强弱的问题，且不受聚合物浓度的影响。
Claims (10)
1.一种聚合物弹性强弱的评价方法，其包括以下步骤：
将待评价的不同聚合物分别配制成相应的聚合物溶液；
对聚合物溶液进行剪切速率扫描，以确定聚合物溶液的第二牛顿区，并在第二牛顿区内确定聚合物溶液的最佳剪切速率；
对聚合物溶液进行应力扫描，以确定聚合物溶液的线性粘弹区，并在线性粘弹区内确定聚合物溶液的最佳应力；
根据确定的最佳应力，对聚合物溶液进行频率扫描，以确定聚合物溶液的弹性模量的平台区，并在平台区内确定聚合物溶液的最佳振荡频率；
根据确定的最佳剪切速率和最佳振荡频率，对聚合物溶液进行弹性恢复实验，以评价不同聚合物弹性的强弱。
2.根据权利要求1所述的评价方法，其中，对聚合物溶液进行剪切速率扫描时，扫描范围为0-106s-1，优选为0-10000s-1。
3.根据权利要求1所述的评价方法，其中，对聚合物溶液进行应力扫描时，扫描范围为0.01-50Pa，优选为0.01-10Pa；
更优选地，对聚合物进行应力扫描时，聚合物的振荡频率设为0.1-10Hz。
4.根据权利要求1所述的评价方法，其中，对聚合物溶液进行频率扫描时，扫描范围为10-5Hz-100Hz，优选为0.01-20Hz。
5.根据权利要求1所述的评价方法，其中，根据确定的最佳剪切速率和最佳振荡频率，对聚合物溶液进行弹性恢复实验，以评价不同聚合物弹性的强弱包括以下步骤：
将聚合物溶液在确定的最佳振荡频率下振荡后，测得弹性模量的平均值，记为第一弹性模量平均值；
将聚合物溶液在确定的最佳剪切速率下进行连续剪切，剪切结束后，在确定的最佳振荡频率下进行振荡，振荡结束后，测得弹性模量的平均值，记为第二弹性模量平均值；
根据获得的第一弹性模量平均值和第二弹性模量平均值，计算得到聚合物溶液的弹性模量的保留率；
通过比较不同聚合物溶液的弹性模量的保留率，对不同聚合物弹性的强弱情况进行评价：保留率越大，则对应的聚合物的弹性越强；反之，则越弱。
6.根据权利要求1所述的评价方法，其中，所述待评价的不同聚合物包括部分水解聚丙烯酰胺型聚合物、梳型聚合物、疏水缔合型聚合物和复配型聚合物中的至少两种。
7.根据权利要求1所述的评价方法，其中，在聚合物溶液中，聚合物的浓度为400ppm-3000ppm。
8.根据权利要求1所述的评价方法，其中，
根据确定的最佳应力，对聚合物溶液进行频率扫描时，该方法还包括根据聚合溶液的弹性模量和弹性模量的平台区，对不同聚合物弹性的强弱进行初步评价的步骤。
9.根据权利要求8所述的评价方法，其中，对不同聚合物弹性的强弱进行初步评价，评价的标准为：
在相同频率下聚合物溶液的弹性模量越大，同时聚合物溶液的弹性模量的平台区的频宽越大，则聚合物的弹性越强。
10.根据权利要求1所述的评价方法，其中，所述剪切速率扫描、应力扫描和频率扫描均是在地层温度条件下进行的。
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