聚合物母液在管道流动剪切过程中熟化机理研究

论文摘要

目前,国内外许多油田都采用了聚合物驱油技术,并取得了较好的经济效益。聚合物驱油技术在其配制过程中,体系的熟化设施（包括熟化罐、搅拌器等）投资在地面工程中占有重要的比例。如果能够合理地简化聚驱配注工艺,将大大降低地面工程的投资。为此,本文对聚合物母液在管道中的熟化进行了研究。取得了如下的研究成果:1.通过HPAM水溶液流变性实验,用流变仪测定了聚合物溶液的流变性,研究了聚合物溶液流变性的影响因素。稳态剪切实验表明,聚合物溶液的剪切粘度随分子量的增高,浓度的增高而增高,随剪切速率的增高而降低;随着温度的升高,溶液的视粘度明显降低,但温度对聚合物的假塑性流变特征影响不明显;此外,压力对聚合物溶液流变性的影响可以忽略。在所研究的剪切速率范围内,聚合物溶液的剪切粘度与剪切速率关系服从幂律关系。根据稳定性唯象理论得到其流动状态属于层流。2.阐述了关于混合与混合均匀程度的一些概念及描述方法,用混合优良程度的主要量度——强度、混合不均匀度来表示混合的优良程度,得到了强度、混合不均匀度、视粘度与管线长度的关系曲线。3.应用VOF模型对聚合物液滴在管道流动中的剪切破碎机理进行的微尺度数值模拟表明,聚合物液滴的剪切破碎过程经历了表面毛化、液滴变形和小液滴从母滴上被剥离3个主要阶段,以至最后形成众多大小不同的子液滴弥散在计算域中。在所研究的64 s -1、80 s -1、96 s -1、128 s -1、160 s -1共五种剪切率中,以160 s -1时液滴的剪切破碎最严重,可见,随剪切速率的增加,此过程呈增强的趋势;在所研究的100mPa.s、200mPa.s、300 mPa.s、500 mPa.s、1000 mPa.s、1500mPa.s、2000 mPa.s和3000 mPa.s共8种粘度中,以100mPa.s最易于剪切破碎,随粘度的增大,发生剪切破碎的难度似乎也在增加,以至当粘度为1500mPa.s时,聚合物液滴不再发生破碎而仅出现一定程度的变形;对20 m、30 m、50 m、100 m和150 m粒径聚合物液滴的研究结果表明,聚合物液滴的剪切破碎过程随粒径的增加而程减弱的趋势,可见这是于常识不相吻合的又一新现象。4.通过现场试验,说明了聚合物溶液管道流动中存在熟化现象,管道流动中的机械剪切作用成为聚合物进一步溶解的搅拌动力。在0.4m/s、0.5m/s、0.6m/s、0.8m/s和1.0m/s五个流速下,管道熟化的最短输送距离分别为1600m、1800m、2000m、2500m、3000m。为了聚合物能充分熟化,聚合物管道熟化的时间应保证65min。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 本文所研究的目标、国内外研究现状以及研究目的和意义
• 1.2.1 研究目标
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.2.3 研究目的和意义
• 1.3 本论文采取的研究方法、技术路线
• 1.4 本论文的主要创新
• 第二章 聚合物溶液的结构和流变性及其流态判别
• 2.1 聚合物的类型和结构
• 2.2 聚合物分子链的构象统计
• 2.3 聚合物溶液及其流变性
• 2.3.1 聚合物溶液的粘度
• 2.3.2 聚合物溶液的特性粘数
• 2.3.3 聚合物溶液的分类
• 2.3.4 聚合物溶液的流变性
• 2.4 聚合物溶液宏观流变性的主要影响因素
• 2.4.1 聚合物分子量
• 2.4.2 聚合物浓度
• 2.4.3 压力
• 2.4.4 温度
• 2.5 聚合物溶液的流变模型
• 2.6 流态判别
• 2.6.1 局部稳定性理论
• 2.6.2 整体稳定性理论
• 2.7 小结
• 第三章 混合程度的描述
• 3.1 混合的概述和混合机理
• 3.2 混合的量度
• 3.2.1 强度尺度
• 3.2.2 长度尺度
• 3.2.3 混合不均匀度
• 3.3 小结
• 第四章 管道中聚合物液滴剪切破碎机理研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 研究聚合物母液管道流动剪切过程中熟化的意义
• 4.1.2 简单剪切场下聚合物溶液的研究进展
• 4.1.3 单球体系
• 4.2 VOF 模型及数值解法
• 4.2.1 VOF 模型
• 4.2.2 计算条件
• 4.2.3 边界条件
• 4.3 剪切率对聚合物液滴剪切变形破碎的影响
• 4.4 粘度对聚合物液滴剪切破碎过程的影响
• 4.5 粒径对聚合物液滴剪切破碎过程的影响
• 4.6 小结
• 第五章 现场试验
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验流程
• 5.3 试验设备仪器
• 5.4 试验内容
• 5.5 试验数据处理及分析
• 5.5.1 试验数据
• 5.5.2 试验结果分析
• 5.6 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献