溫度對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，會使聚合物水溶液的粘度下降，本文通過室內實驗，研究溫度以對錦16塊二元驅用聚丙烯酰胺溶液粘度影響研究，充分認識粘度、溫度關系，了解不同溫度下的PAM溶液的粘度特性和抗剪切特性，對指導現場PAM配聚作業和提高采油率都有重要意義。

關鍵詞：分子鏈斷裂;溫度;粘度損失

1 環境溫度對聚丙烯酰胺溶液物理特性的影響

1.1實驗方法

量取1000mL去錦16二元驅模擬地層水，置于燒杯中，置于室溫（20℃）環境中，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型旋轉粘度計，測量不同轉速下的粘度。

LDV—1+PRO型旋轉粘度計的轉速分別為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值對溶解過程的影響。實驗室條件下，采用去離子水作為溶解液，溶液質量分數設為0.5%。

1.2結果及討論

水浴溫度為50℃測得粘度--剪切速率關系曲線，隨著剪切速率的增加，溶液粘度逐漸下降，且粘度相對于剪切速率的變化率不斷下降，即抗剪切性不斷增強。這是因為，當聚丙烯酰胺溶于水時，在溶脹和溶解的過程中，其酰胺基既形成了分子內氫鍵，又與水分子形成了氫鍵，分子內氫鍵構成聚丙烯酰胺的環結構和螺旋結構的剛性鏈條，這種結構使得溶液的粘度較大。攪拌速度大時，分子內氫鍵構成聚丙烯酰胺的環結構和螺旋結構的剛性鏈段受機械剪切的作用容易被破壞和解離，當溶液受到的剪切速率增加時，原已滲透到大分子內部的內含溶劑，在剪切作用下被迫擠出，無規線團尺寸減小，溶劑分布在無規線團之間，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，流體力學體積和粘度也變小。

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

當旋轉式粘度計轉速為30rpm時，不同水浴溫度下的溶液粘度。實驗結果為隨著水浴溫度的增加，溶液粘度降低，大致呈直線規律變化。這是由于隨著溫度的增加，分子運動速度加劇高分子之間的纏結被部分解開使得粘度下降。

實驗還發現，當聚丙烯酰胺溶液從室溫升溫至50℃，保持2小時，然后降溫至室溫，檢測溶液粘度，溶液粘度基本保持不變?？梢?，測量溫度并不能改變聚丙烯酰胺溶液內部的分子結構。

2溶解溫度對聚丙烯酰胺溶液物理特性的影響

2.1實驗方法

量取1000mL錦16二元驅模擬地層水，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型旋轉粘度計，測量不同轉速下的粘度。

2.2 結果與討論

溶解溫度分別為15℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃測得粘度--剪切速率關系曲線。實驗結果為不同溶解溫度下，溶液粘度隨剪切速率的變化規律與50℃呈現的規律相同。但不同溶解溫度下，溶液粘度相對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，溶解溫度越高，粘度相對于剪切速率的變化率越低，即抗剪切性越高。當剪切速率v≥13sec-1時，不同溶解溫度的溶液粘度大致重合，且粘度相對于剪切速率的變化率很低，即抗剪切性很高。

旋轉式粘度計轉速為30rpm時，測得不同溶解溫度下的粘度--剪切速率關系曲線。實驗結果為隨著溶解溫度的增加，溶液粘度降低，大致呈直線規律變化。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，就會有越多的分子鏈間-CONH2轉換為氫鍵締結。

3結論

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

在現場配制過程中，要充分考慮溫度對粘度的影響，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

[1] ?侯吉瑞，劉中春，張淑芬. 堿對聚丙烯酰胺的分子形態及其流變性的影響. 物理化學學報，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及意義. 高分子通報，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系研究. 高分子學報，1994，（2）：244～248