本發(fā)明涉及一種聚合物彈性強(qiáng)弱的評價(jià)方法，特別涉及一種以彈性恢復(fù)試驗(yàn)為核心的聚合物彈性強(qiáng)弱的評價(jià)方法，屬于石油分析化學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚合物驅(qū)提高原油采收率的作用機(jī)理一直是石油行業(yè)研究的焦點(diǎn)。目前的研究觀點(diǎn)普遍認(rèn)為，具有較高粘度的聚合物流體，可顯著改善油水流度比、提高宏觀波及體積，從而提高原油的采收率，因此進(jìn)行聚合物驅(qū)之前，通常需要對聚合物的粘度進(jìn)行評價(jià)，以選取粘度較高的聚合物作為使用對象。

目前關(guān)于聚合物粘性的評價(jià)方法已經(jīng)很多，例如，利用烏氏粘度計(jì)測定特性粘數(shù)、利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定表觀粘度、利用旋轉(zhuǎn)流變儀測定表觀粘度和粘性模量、利用拉伸流變儀、毛細(xì)管流變儀測定拉伸粘度等。

以往對聚合物的研究主要考慮的是它的粘性，然而最近的研究表明，聚合物的彈性對其驅(qū)油效率也具有顯著影響。但目前本領(lǐng)域關(guān)于聚合物彈性的評價(jià)方法的研究相對較少，現(xiàn)有的研究也大多是比較彈性模量，弛豫時(shí)間以及韋森伯格數(shù)的大小。然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的評價(jià)方法/指標(biāo)并不能真實(shí)反映聚合物在不斷流經(jīng)收縮/擴(kuò)張的油氣通道后的彈性特征，即無法反映聚合物在地層中經(jīng)孔道不斷拉伸剪切后彈性是否發(fā)生了改變。

因此，亟需建立一種新方法來評價(jià)聚合物在驅(qū)油過程中的彈性特征，為驅(qū)油用聚合物的研究及篩選提供更有力的依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種聚合物彈性強(qiáng)弱的評價(jià)方法，該方法簡單、實(shí)用，有效解決了只依靠彈性模量G′的大小以及彈性模量G′平臺(tái)區(qū)的頻寬無法比較某些聚合物彈性強(qiáng)弱的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種聚合物彈性強(qiáng)弱的評價(jià)方法，其包括以下步驟：

將待評價(jià)的不同聚合物分別配制成相應(yīng)的聚合物溶液；

對聚合物溶液進(jìn)行剪切速率掃描，以確定聚合物溶液的第二牛頓區(qū)，并在第二牛頓區(qū)內(nèi)確定聚合物溶液的最佳剪切速率；其中，所述最佳剪切速率為能夠使聚合物溶液處于第二牛頓區(qū)內(nèi)的剪切速率，該最佳剪切速率為一范圍，而非特定值。

對聚合物溶液進(jìn)行應(yīng)力掃描，以確定聚合物溶液的線性粘彈區(qū)，并在線性粘彈區(qū)內(nèi)確定聚合物溶液的最佳應(yīng)力；其中，所述最佳應(yīng)力為能夠使聚合物溶液位于線性粘彈區(qū)的最大應(yīng)力；

根據(jù)確定的最佳應(yīng)力，對聚合物溶液進(jìn)行頻率掃描，以確定聚合物溶液的彈性模量的平臺(tái)區(qū)，并在平臺(tái)區(qū)內(nèi)確定聚合物溶液的最佳振蕩頻率；其中，所述最佳震蕩頻率為能夠使聚合物溶液的彈性模量位于平臺(tái)區(qū)內(nèi)的最小震蕩頻率；

根據(jù)確定的最佳剪切速率和最佳振蕩頻率，對聚合物溶液進(jìn)行彈性恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，以評價(jià)不同聚合物彈性的強(qiáng)弱。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，對聚合物溶液進(jìn)行剪切速率掃描時(shí)，所采用的儀器可以為RS600流變儀，所述流變儀的測試系統(tǒng)為雙狹縫系統(tǒng)。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，對聚合物溶液進(jìn)行剪切速率掃描時(shí)的測試溫度為油田的地層溫度。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，對聚合物溶液進(jìn)行剪切速率掃描時(shí)，掃描范圍為0-10⁶s^-1，優(yōu)選為0-10000s^-1。

在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，對聚合物溶液進(jìn)行剪切速率掃描可以確定出聚合物溶液的第二牛頓區(qū)，并為后續(xù)彈性恢復(fù)試驗(yàn)選擇位于第二牛頓區(qū)的最佳剪切速率。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，對聚合物溶液進(jìn)行應(yīng)力掃描時(shí)，掃描范圍為0.01-50Pa，優(yōu)選為0.01-10Pa。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，對聚合物進(jìn)行應(yīng)力掃描時(shí)，聚合物的振蕩頻率設(shè)為0.1-10Hz；更優(yōu)選為1Hz。

在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，對聚合物溶液進(jìn)行應(yīng)力掃描可以確定出聚合物溶液的線型粘彈區(qū)，并為后續(xù)頻率掃描選擇位于線性粘彈區(qū)的最佳應(yīng)力。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，對聚合物溶液進(jìn)行頻率掃描時(shí)，掃描范圍為10^-5Hz-100Hz，更優(yōu)選為0.01-20Hz。

在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，對聚合物溶液進(jìn)行頻率掃描可以確定出聚合物溶液的模量的平臺(tái)區(qū)，并為后續(xù)彈性恢復(fù)試驗(yàn)選擇位于平臺(tái)區(qū)內(nèi)的最佳振蕩頻率。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，根據(jù)確定的最佳剪切速率和最佳振蕩頻率，對聚合物溶液進(jìn)行彈性恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，以評價(jià)不同聚合物彈性的強(qiáng)弱包括以下步驟：

將聚合物溶液在確定的最佳振蕩頻率下振蕩，更優(yōu)選地，振蕩時(shí)間為2min，振蕩結(jié)束后，測得彈性模量的平均值，記為第一彈性模量平均值；

將聚合物溶液在確定的最佳剪切速率下進(jìn)行連續(xù)剪切，更優(yōu)選地，剪切時(shí)間為1-5min；然后在確定的最佳振蕩頻率下進(jìn)行振蕩；更優(yōu)選地，振蕩時(shí)間為2min；振蕩結(jié)束后，測得彈性模量的平均值，記為第二彈性模量平均值；

根據(jù)獲得的第一彈性模量平均值和第二彈性模量平均值，計(jì)算得到聚合物溶液的彈性模量的保留率；

通過比較不同聚合物溶液的彈性模量的保留率，對不同聚合物彈性的強(qiáng)弱情況進(jìn)行評價(jià)：保留率越大，則對應(yīng)的聚合物的彈性越強(qiáng)；反之，則越弱。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，所述待評價(jià)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、疏水締合型聚合物和復(fù)配型聚合物中的至少兩種。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，在聚合物溶液中，聚合物的濃度為400ppm-3000ppm。在配制聚合物溶液時(shí)，所采用的溶劑可以是油田污水，所述油田無水的礦化度優(yōu)選為3672.8mg/L。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，根據(jù)確定的最佳應(yīng)力，對聚合物溶液進(jìn)行頻率掃描時(shí)，該方法還包括根據(jù)聚合溶液的彈性模量和彈性模量的平臺(tái)區(qū)，對不同聚合物彈性的強(qiáng)弱進(jìn)行初步評價(jià)的步驟；更優(yōu)選地，初步評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)為：相同頻率下聚合物溶液的彈性模量越大，同時(shí)聚合物溶液的彈屏模量的平臺(tái)區(qū)的頻寬越大，則對應(yīng)的聚合物的彈性越強(qiáng)；反之，則越弱。

在上述評價(jià)方法中，優(yōu)選地，所述剪切速率掃描、應(yīng)力掃描和頻率掃描均是在地層溫度條件下進(jìn)行的。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的技術(shù)方案以彈性恢復(fù)試驗(yàn)為核心，對石油聚合物驅(qū)中的聚合物彈性強(qiáng)弱進(jìn)行評價(jià)，采用本領(lǐng)常用的RS600旋轉(zhuǎn)流變儀即可實(shí)現(xiàn)想要的技術(shù)效果，評價(jià)過程簡單易操作，且模擬了油藏的真實(shí)環(huán)境，即聚合物不斷流經(jīng)收縮/擴(kuò)張的油氣通道過程，為驅(qū)油用聚合物的研究及篩選提供了有力依據(jù)。

附圖說明

圖1為三種聚合物溶液的剪切速率掃描曲線；

圖2為三種聚合物溶液的應(yīng)力掃描曲線；

圖3為三種聚合物溶液的頻率掃描曲線；

圖4為濃度為1000ppm的三種聚合物經(jīng)不同剪切速率剪切后G′的保留率；

圖5為濃度為1000ppm的KYPAM-2溶液的彈性恢復(fù)試驗(yàn)的過程示意圖；

圖6為濃度為1500ppm的三種聚合物經(jīng)不同剪切速率剪切后G′的保留率。

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種聚合物彈性強(qiáng)弱的評價(jià)方法。

選取了梳型聚合物KYPAM-2、水解聚丙烯酰胺型聚合物MO-4000和疏水締合聚合物HTPW這三種常用聚合物作為研究對象；將上述三種聚合物分別用大慶污水(礦化度為3672.8mg/L)配制成濃度為1000ppm的溶液。

在45℃(大慶地層溫度)下，對上述三種聚合物溶液分別進(jìn)行剪切速率掃描，剪切速率掃描范圍為10-8000s^-1(如圖1所示)。從圖1中可以看出，三種聚合物均在2000s^-1后進(jìn)入第二牛頓區(qū)，表觀粘度穩(wěn)定在3mPa·s左右；因此，為避免受聚合物粘性的影響，之后進(jìn)行的彈性恢復(fù)試驗(yàn)均在剪切速率大于2000s^-1時(shí)進(jìn)行(即確定聚合物的最佳剪切速率γ_最佳＞2000s^-1)。

分別對三種聚合物溶液進(jìn)行應(yīng)力掃描(T＝45℃，f＝1Hz)，掃描之前，先確定三種聚合物溶液的線性粘彈區(qū)，即隨應(yīng)力τ值的變化，彈性模量G′基本不發(fā)生變化的區(qū)域，由此確定頻率掃描的應(yīng)力值，應(yīng)力掃描范圍為0.01-1.0Pa(如圖2所示)。從圖2中可以看出，當(dāng)應(yīng)力小于0.1Pa時(shí)，隨應(yīng)力的變化，三種聚合物溶液的彈性模量G′基本不發(fā)生變化，因此，下步的頻率掃描試驗(yàn)固定應(yīng)力值為0.1Pa(即確定最佳應(yīng)力τ_最佳為0.1Pa)。

分別對三種聚合物溶液進(jìn)行頻率掃描(T＝45℃，τ＝0.1Pa)，頻率掃描是通過對溶液施加一個(gè)震蕩應(yīng)變，使其在非破壞狀態(tài)下對頻率做出粘彈性響應(yīng)，通過測定聚合物溶液在不同震蕩頻率下彈性模量G′的大小以及G′保持平臺(tái)區(qū)的頻寬(如圖3所示)，可以初步表征聚合物彈性的強(qiáng)弱，也為下一步彈性恢復(fù)試驗(yàn)選擇最佳的震蕩頻率。

從圖3中可以看出，彈性模量G′的大小關(guān)系為：KYPAM-2＞MO-4000＞HTPW；G′平臺(tái)區(qū)頻寬大小關(guān)系為：KYPAM-2(3.162Hz-1Hz)＞MO-4000(2.154Hz-1Hz)＝HTPW，如果以G′的大小以及G′平臺(tái)區(qū)的頻寬大小來評價(jià)聚合物彈性的強(qiáng)弱，可得到梳型聚合物KYPAM-2的彈性明顯好于水解聚丙烯酰胺聚合物MO-4000和疏水締合聚合物HTPW，而MO-4000與HTPW的彈性基本沒有區(qū)別。因此，只依靠彈性模量G′的大小以及G′平臺(tái)區(qū)的頻寬，可能不足以完全表征聚合物彈性的強(qiáng)弱。

此外，從圖3中還可以看出，隨震蕩頻率的增大，三種聚合物溶液的彈性模量G′均表現(xiàn)出增大趨勢，當(dāng)震蕩頻率大于1Hz后，G′基本都達(dá)到平臺(tái)區(qū)。因此，選定1Hz作為下步彈性恢復(fù)試驗(yàn)的最佳震蕩頻率。

表1為濃度為1000ppm的三種聚合物經(jīng)不同剪切速率剪切后G′的保留率

對三種聚合物溶液進(jìn)行彈性恢復(fù)試驗(yàn)(T＝45℃)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，三種濃度為1000ppm的聚合物溶液首先在1Hz下震蕩2min，測定彈性模量G′平均值，即表1中γ＝0時(shí)G′的值，之后分別在2000、3000、4000、5000、6000和8000s^-1下連續(xù)剪切2min，再在1Hz下震蕩2min測定G′的平均值。

由表1中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出G′的保留率，如圖4所示，從圖4中可以看出：

1)當(dāng)剪切速率≤3000s^-1時(shí)，三種聚合物的G′保留率無太大差別，且都大于90％；但當(dāng)剪切速率＞3000s^-1時(shí)，KYPAM-2的G′保留率明顯大于MO-4000和HTPW的G′保留率。說明KYPAM-2的彈性最好，之前所得結(jié)論一致；

2)當(dāng)剪切速率≤4000s^-1時(shí)，MO-4000和HTPW的G′保留率無太大差別，但當(dāng)剪切速率＞4000s^-1時(shí)，MO-4000的G′保留率明顯大于HTPW的G′保留率，例如經(jīng)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％。由此得出增粘能力幾乎相同的MO-4000和HTPW，MO-4000的彈性較強(qiáng)，解決了只依靠G′的大小以及G′平臺(tái)區(qū)的頻寬無法比較二者彈性強(qiáng)弱的問題。

其中，濃度為1000ppm的KYPAM-2溶液的彈性恢復(fù)試驗(yàn)過程(T＝45℃)的示意圖如圖5所示：濃度為1000ppm的KYPAM-2溶液首先在1Hz下震蕩2min，測定彈性模量G′平均值，之后在8000s^-1下連續(xù)剪切2min，再在1Hz下震蕩2min測定G′的平均值。

為驗(yàn)證本發(fā)明提供的一種以彈性恢復(fù)試驗(yàn)為核心的聚合物彈性評價(jià)新方法，與聚合物的濃度無關(guān)，對濃度為1500ppm的三種聚合物溶液進(jìn)行了同上的彈性恢復(fù)試驗(yàn)(T＝45℃)，結(jié)果見表2和圖6?？梢钥闯觯N聚合物的G′保留率均呈現(xiàn)出與1000ppm相同的趨勢，即KYPAM-2＞MO-4000＞HTPW，說明用此彈性恢復(fù)試驗(yàn)來評價(jià)聚合物彈性的強(qiáng)弱，不會(huì)受聚合物濃度的影響。

表2濃度為1500ppm的三種聚合物經(jīng)不同剪切速率剪切后G′的保留率

綜上所述，一種以彈性恢復(fù)試驗(yàn)為核心的聚合物彈性評價(jià)新方法，測試過程簡單、實(shí)用，解決了只依靠G′的大小以及G′平臺(tái)區(qū)的頻寬無法比較某些聚合物彈性強(qiáng)弱的問題，且不受聚合物濃度的影響。