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user: 3. 结果和讨论 3.1. 聚合物与现场污水的配伍性 [ 2 ] [ 3 ] 用双河河陈化污水配制4500 mg/L的聚合物母液，用抽空装置将氧含量控制在0.5 mg/L以下(根据前期的研究成果)，再用江河新鲜污水稀释至需要浓度，将样品转至安瓿瓶中，然后将样品放置在95℃烘箱中老化，不同时间拿出来测试，测试温度为30℃，Brookfield DVIII+粘度计，0#转子，6 r/min测试。实验结果见表3。由结果可以看出，该聚合物与双河新鲜污水具有较好的配伍性。 3.2. 岩心剪切对聚合物溶液粘度的影响 [ 4 ] 分别以100、200、300、400、500、600、700 mL/h流速分别注入浓度为1800的聚合物溶液，在每个流速下，待流速和压力稳定后，取样50 mL~100 mL，密封，在30℃和6 rpm条件下测定剪切降解前、后的粘度，计算聚合物溶液粘度保留率和分子量的变化，结果如图1所示。随着注入速度的增加，聚合物粘度损失率逐渐增大，同一注入速度下，聚合物的浓度越高，粘度损失率越低。聚合物经过剪切后，分子量变小，随着注入速度的增加，分子量保留率呈现减小趋势。 图1. 分子量和粘度保留率随注入速度的变化 Table 3 Effect of Shuanghe fresh sewage on the long-term thermal stability of the polymer (Viscosity in mPa·s 聚合物浓度mg/L 0 d 1 d 7 d 15 d 30 d 60 d 90 d 120 d 180 d 1500 60.8 59.7 67.2 65.1 62.9 58.7 56.2 53.1 51.3 1800 85.3 88.7 79.5 88.5 78.9 77.9 76.5 77.1 73.5 2000 98.1 90.4 91.7 93.5 103.5 108 101 96.3 93.1 表3. 双河新鲜污水对聚合物长期热稳定性影响(粘度mPa∙s) 3.3. 高温老化对耐温聚合物溶液水解度的影响 [ 5 ] 聚合物溶液在地层中进行驱替的过程其实是一个高温老化的过程。聚合物溶液经过高温老化后水解度增加，聚合物粘度一般会呈现降低的趋势。而高温老化引起溶液粘度降低的影响因素很多，本研究主要考察了溶解氧对高温聚合物溶液长期稳定性的影响。 3.3.1. 不同氧含量对聚合物水解度的影响 用双河陈化污水配制4500 mg/L的聚合物溶液，再用双河陈化污水稀释至1800 mg/L，老化温度95℃，采用淀粉碘化镉法考察不同氧含量下，对聚合物水解度的影响。实验结果见表4。由表可以看出，氧含量对聚合物的最终水解度影响不大。 3.3.2. AMPS基团的水解度变化 通过对耐高温型聚合物老化前后溶液进行红外表征，查看聚合物中AMPS官能团的变化情况，进而研究其水解情况。有两种机理来解释AMPS的水解机理：第一种机理是C-S键断裂后形成异丙基丙烯酸盐；另一种机理是C-N键断裂后形成丙烯酸盐。 图2和图3为耐高温型聚合物老化前后红外谱图。由红外谱图分析得知，老化前后-NH 2 的吸收峰分别为3421 cm −1 、3460 cm −1 ，老化前后C-S的伸缩振动峰分别为675 cm − 1 、638 cm − 1 。老化60 d后的谱图中并未出现异丙基丙烯酸盐和丙烯酸盐的特征吸收峰，说明C-S键并未发生变化断裂，因此，AMPS并没有发生水解，说明在上述水解条件下聚合物中的AMPS基团是稳定的，水解主要发生在丙烯酰胺基团上。 3.4. 聚合物流变性研究 双河陈化污水配制聚合物母液4500 mg/L，再用双河陈化污水稀释至目标浓度。 3.4.1. 聚合物的拉伸流变性 1) 浓度对聚合物拉伸流变特性的影响 实验结果如图4所示，随着浓度的增加，耐温聚合物溶液的拉伸流变特性越来越强。低浓度条件下，在拉伸应力作用下聚合物溶液丝线在短时间内发生断裂，随着浓度的增加，聚合物溶液的丝线直径越来越粗，发生断裂的时间也越来越长，这说明随着聚合物浓度的增加，溶液的弹性增强。 2) 老化时间对聚合物拉伸流变性的影响 室内研究了聚合物浓度为1500 mg/L时0、30、60、90、120、180 d不同老化时间的拉断时间和拉伸粘度的变化规律，实验结果见图5，从实验结果可以看出，在控制含氧小于0.3 mg/L以下时，老化温度为95℃时老化30 d和60 d后，聚合物的拉断时间和拉伸粘度有所增加，老化90 d后，拉伸粘度和拉断时间变化不大，说明该聚合物95℃氧含量小于0.3 mg/L以下时具有一定的拉伸稳定性。 图2. 耐高温型聚合物老化前红外谱图 图3. 耐高温型聚合物老化60 d后红外谱图 图4. 聚合物浓度对溶液拉伸Diameter的影响 图5. 老化时间对聚合物溶液(1500 mg/L)拉断时间的影响(95˚C) Table 4 Variation of hydrolysis degree of polymer with aging tim 氧含量/(mg/L) 0 d 1 d 7 d 15 d 30 d 60 d 90 d 120 d 180 d ≤0.5 23.69 31.39 46.78 59.86 64.73 77.88 82.66 84.85 87.38 0.5 < O 2 < 1.0 24.17 27.18 50.45 47.48 59.24 74.05 78.64 80.98 83.47 1.0 23.95 34.53 47.95 63.54 68.43 79.80 82.25 82.95 84.67 1.5 23.83 29.82 50.22 50.52 60.51 73.41 82.06 84.93 87.31 饱和氧 23.85 34.27 45.41 51.49 62.28 76.21 78.09 85.23 87.69 表4. 聚合物水解度随老化时间变化规律 3.4.2. 聚合物的剪切流变性 1) 浓度对聚合物的剪切流变性的影响 聚合物溶液的剪切流变曲线，显现了相同类聚合物不同浓度的聚合物溶液黏度与剪切速率的关系。图6为95℃下耐温聚合物不同浓度的粘度随剪切速率变化曲线。聚合物溶液是一种假塑性流体，呈现出剪切降解的特性，即其粘度随剪切速率增大而降低。这是因为在低剪切速率下，分子间依靠范德华力或氢键形成了相互作用，同时分子链间形成缠结网络，使粘度增加，浓度越高，单位体积内的聚集的分子数越多，分子之间的相互作用力及缠结作用越强，所以粘度越大。随着剪切速率的增大，溶液所受的剪切应力增加，聚合物分子间的网状结构被破坏(或部分破坏)，导致分子之间的吸引力和柔性分子之间相互缠结的能力减小，溶液的粘度降低。 2) 老化对聚合物剪切流变性的影响 浓度为1500、2000 mg/L的耐温聚合物溶液在95℃，抽空脱氧条件下经过0 d，10 d，30 d，60 d，90 d老化后，剪切速率曲线如图7和图8所示，其粘度经历下降、上升和缓慢下降三个过程，即粘度在0 d~10 d之间粘度下降，10 d~30 d之间粘度上升，30 d~90 d之间粘度缓慢下降。这种现象表明，在10 d内粘度下降，有可能是因为溶液中还含有微量氧，与聚合物作用发生降解时粘度下降，温度越高，粘度下降越大；10 d~30 d之间，氧耗尽后，随水解度的增加，粘度增加；30 d~90 d之间，随着时间的增加，BHY聚合物的水解度增加变缓慢，温度等对溶液仍有一定降解作用，使溶液粘度缓慢下降。95℃下经过90 d老化后的粘度保留率仍在84%~90%之间。 图6. 聚合物的不同浓度下的剪切流变曲线 图7. 不同老化时间条件下聚合物溶液(1500 mg/L)粘度随剪切速率的变化 图8. 不同老化时间条件下聚合物溶液(2000 mg/L)粘度随剪切速率的变化 3.5. 聚合物结构稳定性研究 [ 6 ] 采用原子力显微镜，进行聚合物老化前后结构稳定性分析研究，为耐温聚合物老化过程原子力显微镜表征典型图样，样品浓度为1500 mg/L。空间尺度为40 μm × 40 μm，图中从黑到黄代表样品在盖玻片上凝结的真实高度从0 nm到1000 nm。由图7中可以看出，老化前(图9(a))，聚合物有很大程度的聚集，聚合物形态呈松散树枝状分布，但是每个分叉内部聚集较为致密，分叉长度在几μm到几十μm左右，仔细观察可以看出每一短粗树枝状形态由若干颗粒组成，颗粒尺度在1 μm左右，与耐温聚合物大分子团尺度相对应。老化30 d后(图9(b))，其聚集程度较老化前有所下降。具体体现为树枝状长度变短，分子聚集程度没有老化前致密，聚集团间有明显界限，这说明聚合物变得不易聚集。老化60 d后(图9(c))，聚集状态发生较大变化，呈“非”字形梳状分布，每个非字形分叉相距约10 μm，近平行分布，长度在几十μm左右，这样的结构变化必将对聚合物聚合性质和粘性产生影响。老化90 d后(图9(d))，聚合物形成直径为10 μm左右的短粗圆片状聚集，不易展开，说明其物理化学性质发生较大变化，比较而言其粘弹性应该有一定变化。综合比较，此聚合物在老化60 d左右时应该有较多物理化学性质改变，具体情况可根据其它性质分析实验综合得到。 3.6. 耐温聚合物的注入性研究 岩心基本参数见表5，实验结果如图10所示，由图可以看出，当渗透率为地层平均渗透率0.6 μm 2 时，聚合物浓度为1000 mg/L~2000 mg/L范围内，聚合物都具有较好的注入性。聚合物的阻力系数随着注入浓度的增加而增加，聚合物较好的扩大波及体积能力。 图9. 不同老化时间条件下聚合物溶液(1500 mg/L)的原子力显微镜典型图样。(a)老化前；(b)老化30 d；(c)老化60 d；(d)老化90 d Table 5 Basic parameter table of cor 编号 聚合物浓度/(mg/L) 岩心渗透率/μm 2 岩心长度/cm 孔隙体积/mL RF 1 1000 0.565 8.16 7.35 50 2 1500 0.578 8.16 7.44 66 3 1800 0.620 8.16 7.45 87 4 2000 0.578 8.16 7.33 107 表5. 岩心基本参数表 图10. 不同浓度聚合物溶液的注入性曲线