温度对聚丙烯酰胺溶液粘度的影响

张敏

摘  要：聚丙烯酰胺溶液在配制和注入过程受各种因素的影响，会使聚合物水溶液的粘度下降，本文通过室内实验，研究温度以对锦16块二元驱用聚丙烯酰胺溶液粘度影响研究，充分认识粘度、温度关系，了解不同温度下的PAM溶液的粘度特性和抗剪切特性，对指导现场PAM配聚作业和提高采油率都有重要意义。

关键词：分子链断裂;温度;粘度损失

1 环境温度对聚丙烯酰胺溶液物理特性的影响

1.1实验方法

量取1000mL去锦16二元驱模拟地层水，置于烧杯中，置于室温（20℃）环境中，在磁力搅拌器上搅拌。称取5g PAM，分散在烧杯中，待溶解完全后，将烧杯置于不同温度的水浴中，利用LDV—1+PRO型旋转粘度计，测量不同轉速下的粘度。

LDV—1+PRO型旋转粘度计的转速分别为10，20，30，40，50，60，70，rpm，水浴温度分别为15℃，25℃，35℃，55℃，65℃。

为避免溶液水解度、矿物度和pH值对溶解过程的影响。实验室条件下，采用去离子水作为溶解液，溶液质量分数设为0.5%。

1.2结果及讨论

水浴温度为50℃测得粘度--剪切速率关系曲线，随着剪切速率的增加，溶液粘度逐渐下降，且粘度相对于剪切速率的变化率不断下降，即抗剪切性不断增强。这是因为，当聚丙烯酰胺溶于水时，在溶胀和溶解的过程中，其酰胺基既形成了分子内氢键，又与水分子形成了氢键，分子内氢键构成聚丙烯酰胺的环结构和螺旋结构的刚性链条，这种结构使得溶液的粘度较大。搅拌速度大时，分子内氢键构成聚丙烯酰胺的环结构和螺旋结构的刚性链段受机械剪切的作用容易被破坏和解离，当溶液受到的剪切速率增加时，原已渗透到大分子内部的内含溶剂，在剪切作用下被迫挤出，无规线团尺寸减小，溶剂分布在无规线团之间，从而使聚丙烯酰胺的酰胺基更多地与水分子作用而使大分子变得柔顺，流体力学体积和粘度也变小。

水浴温度分别为12℃，20℃，30℃，40℃，50℃时，对比聚丙烯酰胺溶液在不同水浴温度下测得粘度--剪切速率关系曲线，可以看出，在各个测量温度下，溶液粘度随剪切速率的变化规律与50℃呈现的规律相同。而且，不同温度下测量的粘度曲线大致平行，这说明，在各个剪切速率下，粘度相对于剪切速率的变化率大致相同，即抗剪切性大致相同。对比相同剪切率，不同测量温度下的溶液粘度不同。

当旋转式粘度计转速为30rpm时，不同水浴温度下的溶液粘度。实验结果为随着水浴温度的增加，溶液粘度降低，大致呈直线规律变化。这是由于随着温度的增加，分子运动速度加剧高分子之间的缠结被部分解开使得粘度下降。

实验还发现，当聚丙烯酰胺溶液从室温升温至50℃，保持2小时，然后降温至室温，检测溶液粘度，溶液粘度基本保持不变。可见，测量温度并不能改变聚丙烯酰胺溶液内部的分子结构。

2溶解温度对聚丙烯酰胺溶液物理特性的影响

2.1实验方法

量取1000mL锦16二元驱模拟地层水，置于烧杯中，烧杯置于不同温度的水浴中，在磁力搅拌器上搅拌。称取5g PAM，分散在烧杯中，待溶解完全后，冷却至室温（20℃），利用LDV—1+PRO型旋转粘度计，测量不同转速下的粘度。

2.2 结果与讨论

溶解温度分别为15℃，20℃，30℃，40℃，50℃，60℃测得粘度--剪切速率关系曲线。实验结果为不同溶解温度下，溶液粘度随剪切速率的变化规律与50℃呈现的规律相同。但不同溶解温度下，溶液粘度相对于剪切速率的变化率不同，即抗剪切性不同。在剪切速率v≤13sec-1时，溶解温度越高，粘度相对于剪切速率的变化率越低，即抗剪切性越高。当剪切速率v≥13sec-1时，不同溶解温度的溶液粘度大致重合，且粘度相对于剪切速率的变化率很低，即抗剪切性很高。

旋转式粘度计转速为30rpm时，测得不同溶解温度下的粘度--剪切速率关系曲线。实验结果为随着溶解温度的增加，溶液粘度降低，大致呈直线规律变化。这是由于溶解过程主要是克服分子链间-CONH2的氢键缔合，分子链间-CONH2的作用力比氢键作用力大。溶解温度越高，就会有越多的分子链间-CONH2转换为氢键缔结。

3结论

聚丙烯酰胺溶液的配制粘度受剪切速率和温度的影响，随着环境温度的增加，溶液粘度降低，大致呈直线规律变化;随着剪切速率的增加，溶液粘度逐渐下降，但当剪切速率达到13sec-1时，粘度变化率不大。

在现场配制过程中，要充分考虑温度对粘度的影响，配制水的温度控制在35℃左右，既可保证获得较好的溶解性，也可最大限度降低粘度损失。

参考文献

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