[发明专利]一种剪切流动下聚合物水力学尺寸的测试方法及其测试装置

说明书

技术领域

本发明属于聚合物尺寸测试领域，具体涉及一种剪切流动下聚合物水力学尺寸的测试方法及其测试装置。 

背景技术

聚合物驱油剂水化分子在流经多孔介质时，受油藏孔喉尺寸的自然选择，大部分驱油剂水化分子通过孔喉时会受到阻碍，注入困难，容易出现聚合物驱油剂堵塞地层的现象，从而导其致注入压力增大。因此在设计聚合物驱油方案时，聚合物驱油剂必须与油藏介质的孔喉尺寸相配伍，而准确测得聚合物驱油剂在不同环境下的水力学尺寸是研究聚合物驱油剂和油藏介质孔喉尺寸配伍性的关键和前提。 

聚合物水力学尺寸是聚合物溶解后，在溶液中聚合物分子和溶剂间发生相互作用及溶剂化而呈现出不同的形态和线团大小，聚合物线团的平均尺寸即为聚合物在溶液中的水力学尺寸，常用平均水力学半径表示。温度、溶剂和聚合物分子间作用力等因素均会影响聚合物水力学尺寸，当其受到剪切作用时，分子线团的形状会发生变化，其水力学半径也会发生改变。测试聚合物驱油剂在不同剪切流速、不同矿化度及温度下的水力学尺寸，研究不同聚合物驱油剂在多孔介质中剪切流动下的水动力学尺寸的变化，及聚合物驱油剂水力学尺寸与多孔介质孔喉半径匹配关系，对于聚合物不同驱油剂能否顺利注入中低渗油藏，以及能否在低渗油藏顺利开展化学驱提高采率具有重要作用。 

目前，聚合物驱油剂水力学尺寸的测定方法主要有动态光散射法及单层滤膜法。动态光散射法测试的是静止溶液中做布朗运动的单分子线团或分子聚集体的尺寸，该方法的缺点是不能测试分子线团受到剪切作用后尺寸的变化情况。关于单层滤膜法，韩杰等用聚合物溶液过滤试验装置和孔径为0.22～3.0μm的微孔滤膜在0.15MPa的恒压下让一定浓度的不同分子量的聚合物溶液通过上述不同孔径的微孔滤膜，收集一定量的原始样品和滤出液样品，分别测定原始样品和滤出液的浓度，根据滤出液中聚合物浓度随微孔滤膜孔径的变化曲线拐点，确定聚合物的水力学尺寸（韩杰,唐金星,刘峥君.聚合物分子尺寸大小及其与岩石孔喉尺寸配伍关系的试验研究[J].长江大学学报(自科版).2006,12,3(4):59-61）。但该方法存在以下缺点：①聚合物溶液通过单层滤膜的微孔时存在横向串流，造成相邻微孔间流场相互干扰，测试过程中经过微孔的流动状态难以控制，测试稳定性和准确性差；②由于过滤时采用恒定压力控制过滤速率，随着滤膜孔径的改变，聚合物溶液的流速及剪切速率均会发生改变，而聚合物的水力学尺寸在剪切屈服流动时会发生变化，但该方法不能测试在一定剪切流速下聚合物水力学尺寸的测试，因此采用该方法测试出的聚合物驱油剂尺寸与驱油剂在油藏介质中真实流动形态存在较大偏差，以此为基础的配伍性研究也和真实情况不符；③直接以聚合物溶液的质量 浓度变化来反应聚合物在滤膜上截留及通过情况，由于测试用聚合物溶液浓度较低，测试误差较大。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种剪切流动下聚合物水力学尺寸的测试方法及其测试装置，所述测试装置不仅能使被测聚合物溶液产生剪切流动，而且能避免滤膜相邻微孔间流场的相互干扰，所述方法可准确测得聚合物在不同剪切速率下的水力学尺寸，且操作简单。 

本发明所述剪切流动下聚合物水力学尺寸的测试装置，包括盛液筒、剪切流发生器、滤液收集容器及用于支撑盛液筒和剪切流发生器的支架，所述盛液筒配备有与其内径相匹配的活塞，盛液筒下端通过管件与剪切流发生器连通，所述剪切流发生器由上夹头、下夹头、上层滤膜和下层滤膜组成，上层滤膜、下层滤膜放置在下夹头上，通过上夹头固定，下夹头的下部设置有出液管，所述出液管上安装有控制阀，所述滤液收集容器放置在出液管的下方。 

上述测试装置中，所述上层滤膜与下层滤膜的孔径之比为5~15:1，上层滤膜与下层滤膜的厚度之比为5~15:1。下层滤膜的孔径大小根据被测聚合物确定，其确定原则是：下层滤膜孔径应满足被测聚合物溶液滤过时粘度保留率为10%~90%。 

上述测试装置中，所述上层滤膜与下层滤膜的孔密度应满足下层滤膜中的一个孔对应上层滤膜中的一个孔。 

本发明所述剪切流动下聚合物水力学尺寸的测试方法，使用上述测试装置和速率控制装置，步骤如下： 

①用与被测聚合物相匹配的良溶剂配制聚合物溶液，所述聚合物溶液的浓度低于其接触浓度； 

②将步骤①配制的聚合物溶液以某一恒定的剪切速率通过至少3组不同孔径的上层滤膜和下层滤膜，得到与上层滤膜和下层滤膜组数相同的多种滤液，分别测量所得各滤液的粘度，并计算其粘度保留率；