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聚合物在水溶液中溶解性能是影响其能否应用于油气开采的重要条件之一。疏水缔合聚合物AP-P4是在部分水解聚丙烯酰胺的亲水主链上引入少量(摩尔浓度一般低于2%)疏水侧基所形成的一类新型水溶性聚合物。因为疏水侧基的存在,AP-P4的溶解性差,大大制约了其在海上油田的应用。因而有必要针对海上油田的生产实际,开展海上油田加快疏水缔合聚合物溶解速度研究,提高海上油田聚合物驱油的采收率。
本文在直径为580mm的搅拌槽中研究了疏水缔合聚合物AP-P4的溶解特性以及对搅拌器及搅拌方式进行了优化实验;同时探索了利用计算流体力学软件对搅拌聚合物溶液流场进行三维模拟,实现优化搅拌设备的设计。
对疏水缔合聚合物溶解性质的研究主要包括聚合物的溶解时间和溶液的黏度,发现温度和转速越高越有利于聚合物的溶解,但是影响了高分子疏水基团的缔合作用,使聚合物溶液黏度下降。聚合物的溶解时间是随着矿化度的增加先减小后增加,而所得溶液黏度的变化则是随着矿化度的增加先增加后减小。
搅拌器的优化实验发现相同的功率条件下,利用新型翼型搅拌器KCX所获得的聚合物的黏度较高、溶解时间最短,是一种比较适合疏水缔合聚合物溶解的搅拌器型式;同类搅拌器在相同功率下,直径较大的搅拌器能够加快聚合物AP-P4的溶解。
聚合物AP-P4的溶解在不同的阶段对搅拌的需求是不同的,在前期需要快速搅拌能够加速聚合物的溶解,而当聚合物溶解到一定的时候转速不宜太高,这样能够防止聚合物分子链被高速搅拌剪断导致黏度下降。在相同的转速条件下采取桨叶向下压和向上推的溶解实验,桨叶向上推时聚合物的溶解时间会有所减少。在变速时采用KCX桨叶向上推比向下压的搅拌方式聚合物的溶解时间缩短约10%。
搅拌槽内速度模拟的大小对比发现在黏度很低的情况下,二叶桨式搅拌器XJ向下压操作(XJD)和KCX搅拌器向上推操作(KCXU)在不同区域各有利弊,难以区分好坏,而随着黏度的增加KCXU搅拌槽内的速度在不同区域基本上都大于XJD搅拌槽内的速度,表明KCX向上推的操作比XJ向下压的操作更适合黏度较高的溶液混合。
搅拌器功率模拟值与实验的数据偏差基本上在20%以内,说明计算流体力学能够较好地模拟聚合物溶解过程中搅拌器的功率消耗。在三种不同的操作状态都呈现出KCXU的循环流量明显大于XJD的循环流量,说明KCXU比XJD具有更好的溶解均一化及更高的混合速率。同时也表明KCXU是一种比较适合低到中高黏度的物系混合的搅拌方式。