超高分子量HPAM溶液流變行為與雙螺帶螺桿槳攪拌流場研究.pdf

1、隨著超高分子量部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液在我國三次采油技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，聚合物驅(qū)配制工藝中的熟化單元成為制約采油工程正常運(yùn)行的關(guān)鍵。對熟化單元中的HPAM溶液流變行為、攪拌裝置混合性能以及HPAM溶液攪拌流場特性進(jìn)行研究成為一項(xiàng)迫切需要深入研究的課題。
　　 為從微觀上加深對驅(qū)油用HPAM的認(rèn)識(shí)，借助于Brookhaven多角度激光散射儀對HPAM分子微觀流體力學(xué)半徑分布進(jìn)行了測量。HPAM分子量越高，平均流體力學(xué)半徑也

2、越大；為全面考察HPAM溶液的流變行為，采用HAAKERheostress150流變儀對HPAM溶液進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)剪切流變性和小振幅動(dòng)態(tài)振蕩剪切流變性研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，聚合物溶液的彈性能量非常顯著，表觀粘度具有剪切稀化的性質(zhì)；在相同分子量下，聚合物溶液的濃度越高，其表觀粘度、第一法向應(yīng)力差、彈性模量和粘性模量越大。
　　 根據(jù)HPAM溶液的流變特征，得到了能夠滿意表征HPAM溶液的粘彈性本構(gòu)方程—KBKZ本構(gòu)方程。在方程參數(shù)確定過程中

3、，提出了一種通過構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，采用非線性規(guī)劃方法求極值點(diǎn)的一步法求解全部模型參數(shù)的方法。并通過合理簡化，降低了KBKZ本構(gòu)方程松弛時(shí)間譜個(gè)數(shù)。
　　 為全面考察適合于聚合物熟化攪拌裝置—雙螺帶螺桿攪拌槳的混合性能，采用多重參考系法對這種攪拌槳在牛頓流體、非牛頓流體、氣—液兩相和固—液兩相流中的攪拌流場進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙螺帶螺桿攪拌槳能使流體在槽內(nèi)產(chǎn)生軸向大循環(huán)；流體剪切稀化性質(zhì)越顯著，攪拌槽內(nèi)無因次速度及循環(huán)量數(shù)均

4、有不同程度的降低。雙螺帶螺桿槳對攪拌槽內(nèi)氣—液兩相流體的氣相具有匯聚和排出作用；在攪拌固—液兩相流時(shí)，攪拌槽底部中間及槽底部邊緣易形成死角，改型后的雙螺帶螺桿—錨式組合槳一定程度上改善了固液混合狀況。
　　 采用粒子成像測速(PIV)技術(shù)對HPAM溶液攪拌流場進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)雙螺帶螺桿槳在粘彈性流體中的攪拌流場呈現(xiàn)軸向大循環(huán)的特征。溶液的彈性使槽內(nèi)流體的平均速度和平均剪切速率有所降低。
　　 本文研究結(jié)果不僅對三次采油聚