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聚丙烯酰胺用途

影响聚丙烯酰胺黏度检测因素的研究

重点分析了影响聚丙烯酰胺溶液在线测量的影响因素,通过具体仪器(ndj-1型旋转黏度测试仪)的实验室测试,得出聚丙烯酰胺水溶液黏度变化与温度变化的关系,为聚丙烯酰胺水溶液的在线测量以及在3次采油过程中聚丙烯酰胺的用量提供了选择依据。

聚丙烯酰胺


线性聚丙烯酰胺是一种水溶性高聚物,能起絮凝、分散及增稠等作用,被广泛应用于造纸、建材、采油及食品加工等领域[1]。高分子量聚丙烯酰胺不仅是一种高效絮凝剂及造纸添加剂,也是一种极其优良的增稠剂,可以大大增加采油量,因此被广泛应用于石油开采过程中,提高石油采收率。例如在油田开采过程中,平均每注入1 t聚丙烯酰胺可增产原油150 t以上,提高原油采收率10%。但是,必须确定聚丙烯酰胺水溶液在3次采油工程中的用量,才能最有效地加大石油的开采量,提高石油开采的经济效益。

在较低的采油质量范围内,聚丙烯酰胺的特性黏数与黏度呈线性关系,可由测得的黏度结果得知同条件下的特性黏数值,进而计算分子量,控制3次采油过程中的采油质量。因此,关键问题是聚丙烯酰胺水溶液黏度的检测。

在三次采油过程中,聚丙烯酰胺水溶液是通过管子直接注入井口的,黏度检测的精确与否,直接关系到3次采油过程中石油的开采量。那么注入井口前聚丙烯酰胺的黏度值应该控制在什么范围?聚丙烯酰胺水溶液如何实现在线黏度测试?这就成为最关键也是最难以解决的问题。

本文重点分析了影响聚丙烯酰胺水溶液黏度测量的因素,并详细先容了用旋转式黏度计进行聚丙烯酰胺水溶液在线黏度测试的原理、方法,测试出现场数据,得出测试结果,这对以后在井口实地测量聚丙烯酰胺水溶液的黏度具有引导作用。

1 影响聚丙烯酰胺黏度检测结果的因素

者通过大量文献的查阅以及实际经验的总结,得出影响聚丙烯酰胺黏度检测结果的因素主要有以下10个[2]:温度、剪切时间、剪切速度、读数时间、取样时间、取样速度、搅拌速度、气泡、曝氧、压力[1]。其中温度、压力对聚丙烯酰胺水溶液黏度测量的影响最严重,其他的8个因素,大多数属于人为测量因素,而且对测量结果的影响也不大,因此,基本可以忽略。由于在现有实验室的条件下,压力变化对聚丙烯酰胺水溶液黏度检测结果的影响基本可以忽略,因此只需研究温度变化与聚丙烯酰胺水溶液黏度变化的关系。

2 聚丙烯酰胺水溶液黏度的在线测量

目前国内外最常使用的黏度测量方法有以下5种:旋转法、毛细管法、落球法、声光学法、阻尼法[3]。根据笔者的研究,发现旋转法和毛细管法最适合对聚丙烯酰胺这种大分子量高黏度液体的测量。现重点研究用旋转法测量其黏度,采用上海安德仪器有限公司生产的ndj-1型旋转黏度仪来测量。

2.1 ndj-1型旋转黏度计概况

ndj-1型旋转黏度计是用于测量液体黏度的新型仪器。广泛适用于测定油脂、油漆、塑料、食品、药物、胶黏剂等各种流体的黏度。它可以测量牛顿流体和非牛顿流体的黏度。

2.2 测试原理

同步电机以稳定的速度旋转,连接刻度圆盘,再通过游丝和转轴带动转子旋转。如果转子未受到液体的阻力,则游丝、指针与刻度圆盘同速旋转,指针在刻度盘上指出的读数为 0 反之,如果转子受到液体的黏滞阻力,则游丝产生扭矩,与黏滞阻力抗衡最后达到平衡,这时与游丝连接的指针在刻度盘上指示一定的读数(即游丝的扭转角)。将读数乘以特定的系数即得到液体的黏度(mpa·s)。测试仪器原理如图1所示。

2.3 方案实施步骤

a)根据测试要求配置好质量浓度为1 600~2 200 mg/l的聚丙烯酰胺水溶液,使其充分溶解。

b)溶液配置好,放置24 h后使用(为了减少气泡对黏度的影响,消除气泡)。

c)测量不同转速下聚丙烯酰胺水溶液的黏度值,并记录数据,分析数据及其他影响因素对其黏度值的影响。

2.4 测试所得数据及结果分析

第1组:溶液质量浓度为1 600 mg/l,恒温水浴,溶液温度保持在17.2℃,无气泡。

共测量10组数据,数据如表1所列。

聚丙烯酰胺

第2组:溶液质量浓度1 600 mg/l,恒温水浴测量,溶液温度保持在44.3℃,无气泡。

共测量10组数据,数据如表2所列。

由以上两组数据可得出:在溶液质量浓度一定的情况下,随温度的升高,聚丙烯酰胺水溶液的黏度值降低。该特性和普通高聚物的性质不同,一般的高聚物水溶液的黏度都是随着温度的升高而增大[4,5],而聚丙烯酰胺水溶液的黏度值却是降低的。

由表1和表2的数据对比可以看出(以60 r/min时测得的数据为例):温度升高27.1℃(表1为17.2℃,表2为44.3℃),黏度值降低了21.2 mpa·s(表1为85.96 mpa·s,表2为64.76 mpa·s)。平均温度每升高1℃,黏度值降低0.782 mpa·s,可见温度对黏度的影响是不容忽略的。

综合以上数据可以看出:相同质量分数的聚丙烯酰胺水溶液,其黏度值随着温度的升高而减小。

3 温度变化与聚丙烯酰胺水溶液黏度值变化的具体关系

通过以上实验可知,聚丙烯酰胺水溶液的黏度值随温度的升高呈减小趋势,因为此次测试是在3次采油过程中,实现聚丙烯酰胺水溶液注入井口黏度的在线测试。但在采油现场实现实时黏度的测定有很大难度,所以可以先在实验室中测得聚丙烯酰胺水溶液的黏度,再根据现场的温度与实验室温度的差值,推算出在3次采油现场聚丙烯酰胺水溶液的黏度值,注入井中,增大石油的开采量。要实现上述方案,最重要的一点是要得出温度变化与聚丙烯酰胺水溶液黏度变化的关系。

再用ndj-1型黏度测试仪精确测量出相同转子转速下聚丙烯酰胺水溶液随温度变化,其黏度值变化的数据。其测试步骤:配置好质量浓度为2 000 mg/l的聚丙烯酰胺水溶液,用1号转子60 r/min的转速测量,室温是17.0℃,将盛有聚丙烯酰胺水溶液的烧杯置于恒温水浴中加热,一直加热到其温度为20℃时,开始测量其黏度值。20℃时,测得一组数据,用最小二乘法求得其平均值,记录最后的平均值作为20℃时黏度的测量值。同理,温度每升高0.5℃,测得一组数据,求其均值,依次记录所得数据,制表,最后可由测得的数据得出温度与黏度变化之间的关系,如图2所示。

可见,相同质量浓度下的聚丙烯酰胺水溶液,随着温度的升高,其黏度值的变化呈非线性的下降趋势(曲线的斜率逐渐变小),而且随着温度的增高,黏度值的变化越来越剧烈。

4 结论

通过对聚丙烯酰胺水溶液黏度的实验室仪器测量,可以得出,随着温度的升高,聚丙烯酰胺水溶液黏度的变化呈非线性的下降趋势:温度越高,下降的趋势越大,温度越低,下降的趋势越趋于平缓,到了40℃之后基本变化不大。所得出的温度与黏度变化的关系,可以方便地应用于现场注入井口聚丙烯酰胺水溶液黏度值的测量中,得出注入井口聚丙烯酰胺黏度值,可以提高聚丙烯酰胺的利用率,大大增加了油田采油量。

因此,通过实验室在线测量所得出的温度和黏度变化关系这一结论不仅能帮助确定3次采油工程中聚丙烯酰胺的用量,而且对于聚丙烯酰胺在各个领域的应用,都是具有引导性意义的。


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