一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置，包括多功能恒壓控制泵、控制泵連接管線、Z1中間裝置、Z2中間裝置、毛線管、P1壓差傳感器、Y1壓差信號處理顯示裝置、P2壓差傳感器、Y2壓差信號處理顯示裝置、細管左端連接管線、細管、細管右端連接管線、回壓閥、恒溫烘箱、Z3容器。本發明可以實現研究不同溫度壓力條件下，聚合物流經毛細管時的有效粘度和剪切速率的關系、粘度損失和剪切速率的關系，粘度損失和剪切次數的關系，聚合物分子本征粘度變化等。
【專利說明】
一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置
技術領域
[0001 ]本發明公開一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置。
【背景技術】
[0002] 聚合物驅是化學驅中一種比較簡卑、直接的三次采油技術，在我國已有幾十年的 歷史，目前在油田上已經開始大規模的工業化應用。聚合物通常在地面上被配制成具有一 定粘度的溶液，然后通過注入井栗注入地下儲層，以實現三次采油中改善波及效率的目的， 聚合物的粘度是提高原油采收率的關鍵因素。
[0003] 然后在聚合物栗注過程中，由于注入速度較快，當聚合物液流經注入栗、井筒及射 孔時，會產生50000-100000s -1 以上的剪切速率（A1 Hashmi et al.Rheology and mechanical degradation of high-molecular-weight partially hydrolyzed polyacrylamide during flow through capi1laries[J]?Journal of Petroleum Science and Engineering.2013,105:100-106.)，從而導致聚合物粘度大幅度下降，影響 聚合物驅效果。如何準確的評價聚合物的機械穩定性，是聚合物驅技術中篩選聚合物的重 要指標之一。常規機械穩定性評價方法包括:流變儀和機械攪拌，但是這兩種方法的剪切速 率較低，無法模擬現場實際情況，更不能模擬聚合物分子流經復雜結構時導致的分子拉伸、 斷裂作用（Ghoniem，S ? A ? A ? Effect of deformation sequence on rheological behaviour and mechanical degradation of polymer solutions[J].Chemical Engineering Communication,63,129.)。另外一種評價方法是毛細管法，通過高壓栗將聚 合物溶液擠入一定長度的毛細管中，聚合物分子在進去毛細管過程中會受到較大的剪切 力，由于作用時間較短，分子無法恢復形變，所以導致聚合物分子形態由卷曲逐漸被拉伸甚 至拉斷，聚合物粘度下降（Wei et al .Flow Characteristics of Partially Hydrolyzed Polyacrylamides during Converging into a Capillary[J].Journal of Macromolecular Science，Part B ? D01:10 ? 1080/00222348 ? 2016 ? 1169574)。該方法是迄今 相對比較準備的一種評價方法，通過該方法可以研究聚合物在高速注入過程中的壓力變 化，流變性、以及注入后的粘度損失情況。但是該方法無法實現在線連續測試。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種可以在線連續測試聚合物流變性、以及注 入后的粘度損失情況的在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置。
[0005] 本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種在線監測聚合物分子高速剪 切穩定性的實驗裝置，包括多功能恒壓控制栗、控制栗連接管線、Z1中間裝置、Z2中間裝置、 毛線管、P1壓差傳感器、Y1壓差信號處理顯示裝置、P2壓差傳感器、Y2壓差信號處理顯示裝 置、細管左端連接管線、細管、細管右端連接管線、回壓閥、恒溫烘箱、Z3容器；
[0006]所述Z1中間裝置與Z2中間裝置并聯設置，所述控制栗連接管線通過Z1中間裝置、 Z2中間裝置與細管左端連接管線連接，所述細管左端連接管線、細管右端連接管線分別連 接P2壓差傳感器，所述Y2壓差信號處理顯示裝置與P2壓差傳感器連接，所述回壓閥安裝在 細管右端連接管線上，所述細管左端連接管線、細管、細管右端連接管線順序連接；
[0007] 所述Z1中間裝置包括Z1容器、Z1容器連接管線、F1閥門、F4閥門、F5閥門、F7閥門和 順序連接的Z1左端連接管線、Z1中間容器、Z1右端連接管線、Z1連接管線，所述Z1容器連接 管線一端與Z1左端連接管線連接，另一端安裝在Z1容器內，所述F1閥門安裝在Z1左端連接 管線上，所述F4閥門安裝在Z1容器連接管線上，所述F7閥門安裝在Z1連接管線上；
[0008] 所述Z2中間裝置包括Z2容器、Z2容器連接管線、F2閥門、F3閥門、F6閥門、F8閥門和 順序連接的Z2左端連接管線、Z2中間容器、Z2右端連接管線、Z2連接管線，所述Z2容器連接 管線一端與Z2左端連接管線連接，另一端安裝在Z2容器內，所述F2閥門安裝在Z2左端連接 管線上，所述F3閥門安裝在Z2容器連接管線上，所述F8閥門安裝在Z2連接管線上；
[0009] 所述毛線管一端通過F5閥門與Z1右端連接管線連接，另一端通過F6閥門與Z2右端 連接管線連接，所述Z1右端連接管線、Z2右端連接管線分別連接P1壓差傳感器，所述Y1壓差 信號處理顯示裝置與P1壓差傳感器連接；
[0010] 所述Z1中間容器、Z1右端連接管線、Z1連接管線、Z2中間容器、Z2右端連接管線、Z2 連接管線、毛線管、P1壓差傳感器、P2壓差傳感器、細管左端連接管線、細管、細管右端連接 管線、回壓閥、Z3容器均安裝在恒溫烘箱內。
[0011] 進一步的是，所述Z1容器、Z2容器均為燒杯，所述Z3容器為錐形瓶。
[0012] 進一步的是，所述Y1壓差信號處理顯示裝置、Y2壓差信號處理顯示裝置均包括信 號轉換器和電腦。
[0013] 本發明的有益效果:本發明可以實現研究不同溫度壓力條件下，聚合物流經毛細 管時的有效粘度和剪切速率的關系、粘度損失和剪切速率的關系，粘度損失和剪切次數的 關系，聚合物分子本征粘度變化等。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發明的結構示意圖；
[0015]圖2是現有技術結構示意圖。
[0016] 圖中所示：1-F1閥門，2-F2閥門，3-F3閥門，4-F4閥門，5-F5閥門，6-F6閥門，7-F7閥 門，8-F8閥門，9-多功能恒壓控制栗，10-控制栗連接管線，11-Z2連接管線，12-毛線管，13-P1壓差傳感器，14-Y1壓差信號處理顯示裝置，15-P2壓差傳感器，16-Y2壓差信號處理顯示 裝置，17-細管左端連接管線，18-細管，19-細管右端連接管線，20-回壓閥，21-恒溫烘箱， 22-Z3容器，23-Z1容器，24-Z1容器連接管線，25-Z1左端連接管線，26-Z1中間容器，27-Z1右 端連接管線，28-Z1連接管線，29-Z2容器，30-Z2容器連接管線，31-Z2左端連接管線，32-Z2 中間容器，33-Z2右端連接管線。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和實施例對發明做進一步詳細的說明。
[0018] 如圖1所示，本發明的一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置，包括 多功能恒壓控制栗9、控制栗連接管線10、Z1中間裝置、Z2中間裝置、毛線管12、P1壓差傳感 器13、Y1壓差信號處理顯示裝置14、P2壓差傳感器15、Y2壓差信號處理顯示裝置16、細管左 端連接管線17、細管18、細管右端連接管線19、回壓閥20、恒溫烘箱21、Z3容器22;
[0019] 所述Z1中間裝置與Z2中間裝置并聯設置，所述控制栗連接管線10通過Z1中間裝 置、Z2中間裝置與細管左端連接管線17連接，所述細管左端連接管線17、細管右端連接管線 19分別連接P2壓差傳感器15,所述Y2壓差信號處理顯示裝置16與P2壓差傳感器15連接，所 述回壓閥20安裝在細管右端連接管線19上，所述細管左端連接管線17、細管18、細管右端連 接管線19順序連接；
[0020] 所述Z1中間裝置包括Z1容器23、Z1容器連接管線24、F1閥門1、F4閥門4、F5閥門5、 F7閥門7和順序連接的Z1左端連接管線25、Z1中間容器26、Z1右端連接管線27、Z1連接管線 28,所述Z1容器連接管線24-端與Z1左端連接管線25連接，另一端安裝在Z1容器23內，所述 F1閥門1安裝在Z1左端連接管線25上，所述F4閥門4安裝在Z1容器連接管線24上，所述F7閥 門7安裝在Z1連接管線28上；
[0021] 所述Z2中間裝置包括Z2容器29、Z2容器連接管線30、F2閥門2、F3閥門3、F6閥門6、 F8閥門8和順序連接的Z2左端連接管線31、Z2中間容器32、Z2右端連接管線33、Z2連接管線 11，所述Z2容器連接管線30-端與Z2左端連接管線31連接，另一端安裝在Z2容器29內，所述 F2閥門2安裝在Z2左端連接管線31上，所述F3閥門3安裝在Z2容器連接管線30上，所述F8閥 門7安裝在Z2連接管線11上；
[0022]所述毛線管12-端通過F5閥門5與Z1右端連接管線27連接，另一端通過F6閥門6與 Z2右端連接管線33連接，所述Z1右端連接管線27、Z2右端連接管線33分別連接P1壓差傳感 器13,所述Y1壓差信號處理顯示裝置14與P1壓差傳感器13連接；
[0023] 所述Z1中間容器26、Z1右端連接管線27、Z1連接管線28、Z2中間容器32、Z2右端連 接管線33、Z2連接管線11、毛線管12、P1壓差傳感器13、P2壓差傳感器15、細管左端連接管線 17、細管18、細管右端連接管線19、回壓閥20、Z3容器22均安裝在恒溫烘箱21內。
[0024]其中多功能恒壓控制栗9可以設定聚合物的注入速度，回壓閥20可以設定該裝置 的回壓大小，Y1壓差信號處理顯示裝置14、Y2壓差信號處理顯示裝置16都是一樣的裝置，是 分別用來顯示P1壓差傳感器13、P2壓差傳感器15上的壓差值，恒溫烘箱21可以設定實驗溫 度。這樣可以從本裝置測得幾組數據并根據相應的公式得到聚合物在高速注入過程中的壓 力變化，流變性、以及注入后的粘度損失情況，即實現在線測試;并且本裝置可以通過調節 恒溫烘箱21而實現溫度從室溫至120 °C，壓力可從常壓至40MPa，剪切速率高達200000s-1的 在線監測。
[0025] 其中Z1容器23、Z2容器29、Z3容器22均為裝載水或者聚合物的容器，因此，優選的 實施方式是，所述Z1容器23、Z2容器29均為燒杯，所述Z3容器22為錐形瓶。
[0026]為了便于數據的讀取，優選的實施方式是，所述Y1壓差信號處理顯示裝置14、Y2壓 差信號處理顯示裝置16均包括信號轉換器和電腦。這樣信號轉換器可以將P1壓差傳感器 13、P2壓差傳感器15上的輸出信號轉化為電腦可以識別的信號，通過電腦將讀數讀出。 [0027]實施例一:計算聚合物有效粘度和剪切速率的關系
[0028] (1)在Z1中間容器26右端內充滿水，Z2中間容器32左端充滿水，打開F1閥門1、F3閥 門3、F5閥門5、F6閥門6、F7閥門7、P1壓差傳感器13、Y1壓差信號處理顯示裝置14,并關閉其 他所有閥門和P2壓差傳感器15、Y2壓差信號處理顯示裝置16;
[0029] (2)打開多功能恒壓控制栗9，按照設定流速，依次提高注入速度Q，待Y1壓差信號 處理顯示裝置14上的讀數穩定時，記錄下多功能恒壓控制栗9上的注入速度Q和Y1壓差信號 處理顯示裝置14上顯示的A Pls;
[0030] (3)測量本發明中毛細管12的直徑心，并根據步驟(2)中記錄的注入速度Q，從下式 從計算出聚合物的流經毛細管12的剪切速率y :
[0031] 其中Q為注入速度，辦為毛細管直徑；
[0032] (4)清理實驗裝置，并重新在Z1中間容器26右端內充滿聚合物溶液，Z2中間容器32 左端充滿水，重復進行步驟(2)，記錄下此時聚合物流進毛細管12時的壓差APlp;
[0033] (5)聚合物流經毛細管時的有效粘度(ye)可以由下面公式計算：
[0034] (6)從而建立有效粘度和剪切速率的關系。
[0035]實施例二:計算粘度損失和剪切次數的關系
[0036] (1)Z1中間容器26右端內充滿聚合物溶液，打開F1閥門1、F3閥門3、F5閥門5、F7閥 門7、P2壓差傳感器15、Y2壓差信號處理顯示裝置16,并關閉其他所有閥門和P1壓差傳感器 13、Y1壓差信號處理顯示裝置14;
[0037] (2)打開多功能恒壓控制栗9,按照設定流速將聚合物溶液栗入細管18,系統穩定 時，記錄注入速度和A P2p，建立A P2p和注入速度的關系。根據Poiseuille Law計算聚合物 溶液的原始粘度。
[0038] 當聚合物濃度小于交疊濃度時，聚合物溶液粘度計算方法為：
[0039]其中辦為細管的直徑，L為細管長度，Q為注入速度；
[0040]當聚合物濃度大于交疊濃度時，聚合物溶液的粘度計算方法為：
[0041 ] 其中
[0042] (3)打開F1閥門1、F3閥門3、F5閥門5、F6閥門6、P1壓差傳感器13、Y1壓差信號處理 顯示裝置14,設定流速，恒速將聚合物溶液由Z1中間容器26經毛細管12全部注入Z2中間容 器32;
[0043] (4)暫停多功能恒壓控制栗9,打開F2閥門2、F8閥門8、P2壓差傳感器15、Y2壓差信 號處理顯示裝置16,其他閥門和P1壓差傳感器13、Y1壓差信號處理顯示裝置14均關閉，打開 多功能恒壓控制栗9,恒速Z2中間容器32聚合物溶液注入細管18中，待Y2壓差信號處理顯示 裝置16上讀數穩定后記錄A P2然后根據步驟(2)中公式計算第一通過毛細管的聚合物粘 度，以及粘度損失：
[0044] :黏:度撤失:（
[0045] 其中y。為聚合物的初始粘度，W聚合物溶液第一次流經毛細管后的粘度。
[0046] (5)方法同上，將剩余的聚合物溶液由Z2中間容器32經毛細管12注入Z1間容器26 中，視為第二剪切，從而建立粘度損失和剪切次數之間的關系。
[0047]實施例三:計算粘度損失和剪切速率之間的關系
[0048] (1 )Z1間容器26右端充滿聚合物溶液，打開F1閥門1、F3閥門3、F5閥門5、F6閥門6、 P1壓差傳感器13、Y1壓差信號處理顯示裝置14,其他閥門和P2壓差傳感器15、Y2壓差信號處 理顯示裝置16均關閉；
[0049] (2)按恒定速度將聚合物溶液由Z1間容器26經毛細管12注入Z2中間容器32，注入 一定體積后停止注入；
[0050] (3)打開F2閥門2、F8閥門8、P2壓差傳感器15、Y2壓差信號處理顯示裝置16,其他閥 門和P1壓差傳感器13、Y1壓差信號處理顯示裝置14均關閉，恒速將Z2中間容器32中的聚合 物溶液注入細管18中，記錄AP2;根據下式公計算當前流速下的粘度損失：
[0054] (4)提高注入速度Q，重復步驟(1)_(3)，建立粘度損失和剪切速率之間的關系。
【主權項】
1. 一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置，其特征在于，包括多功能恒 壓控制栗(9)、控制栗連接管線（10)、Z1中間裝置、Z2中間裝置、毛線管（12)、P1壓差傳感器 (13)、Y1壓差信號處理顯示裝置（14)、P2壓差傳感器（15)、Y2壓差信號處理顯示裝置（16)、 細管左端連接管線（17)、細管（18)、細管右端連接管線（19)、回壓閥（20)、恒溫烘箱(21)、Ζ3 容器(22); 所述Zl中間裝置與Ζ2中間裝置并聯設置，所述控制栗連接管線（10)通過Zl中間裝置、 Ζ2中間裝置與細管左端連接管線（17)連接，所述細管左端連接管線（17)、細管右端連接管 線（19)分別連接Ρ2壓差傳感器（15)，所述Υ2壓差信號處理顯示裝置（16)與Ρ2壓差傳感器 (15)連接，所述回壓閥（20)安裝在細管右端連接管線（19)上，所述細管左端連接管線（17)、 細管（18)、細管右端連接管線（19)順序連接； 所述Z1中間裝置包括Z1容器(23)、Z1容器連接管線（24)、F1閥門（I)、F4閥門（4)、F5閥 門（5)、F7閥門（7)和順序連接的Zl左端連接管線（25)、Z1中間容器(26)、Z1右端連接管線 (27)、Z1連接管線(28)，所述Zl容器連接管線(24)-端與Zl左端連接管線(25)連接，另一端 安裝在Zl容器(23)內，所述Fl閥門（1)安裝在Zl左端連接管線（25)上，所述F4閥門（4)安裝 在Zl容器連接管線(24)上，所述F7閥門（7)安裝在Zl連接管線(28)上； 所述Z2中間裝置包括Z2容器(29)、Z2容器連接管線（30)、F2閥門（2)、F3閥門（3)、F6閥 門（6)、F8閥門（8)和順序連接的Z2左端連接管線（31)、Z2中間容器(32)、Z2右端連接管線 (33)、Z2連接管線（11)，所述Z2容器連接管線(30)-端與Z2左端連接管線(31)連接，另一端 安裝在Z2容器(29)內，所述F2閥門（2)安裝在Z2左端連接管線(31)上，所述F3閥門（3)安裝 在Z2容器連接管線(30)上，所述F8閥門（7)安裝在Z2連接管線（11)上； 所述毛線管（12)-端通過F5閥門（5)與Zl右端連接管線（27)連接，另一端通過F6閥門 (6)與Z2右端連接管線(33)連接，所述Zl右端連接管線(27)、Z2右端連接管線(33)分別連接 Pl壓差傳感器(13)，所述Yl壓差信號處理顯示裝置(14)與Pl壓差傳感器(13)連接； 所述Zl中間容器(26)、21右端連接管線（27)、21連接管線（28)、22中間容器(32)、22右 端連接管線(33)、Z2連接管線（11)、毛線管（12)、P1壓差傳感器（13)、P2壓差傳感器（15)、細 管左端連接管線（17)、細管（18)、細管右端連接管線（19)、回壓閥（20)、Z3容器(22)均安裝 在恒溫烘箱(21)內。2. 根據權利要求1所述的一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置，其特 征在于，所述Zl容器(23)、Z2容器(29)均為燒杯，所述Z3容器(22)為錐形瓶。3. 根據權利要求2所述的一種在線監測聚合物分子高速剪切穩定性的實驗裝置，其特 征在于，所述Yl壓差信號處理顯示裝置（14)、Y2壓差信號處理顯示裝置（16)均包括信號轉 換器和電腦。
【文檔編號】G01N11/00GK105928829SQ201610281938
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】魏兵, 蒲萬芬, 李波, 李一波, 李 昊, 李沁芝, 龐師詩
【申請人】西南石油大學