新型静态混合器降解性能实验研究.pdf

第40卷第5期
化工机被
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新型静态合降解性能实验研究
刘仁桓!袁丁樘洪志2王云峰王金花金有海
(1.中图石油大学(华东):2.中国石油辽河油田锦州采油厂
摘要针对目前三次油注聚物现场使用的静态混合器对聚两娣酰联(PAM)剪切降解大的缺点,研
究设计了一种减少切割分高作用的怜态混合器,通过剪切降解实验得出,PAM溶液的降解率随叶片单
元数目的增大而增加,随着叶片角度的增加而减少,与流量近似成鐵性关系;优出降解小于2%的
内管长度与叶片角度的尺寸优化组合,叶片角度为90°的内管长度最长。
关词静态混合器三次采油降解率聚两酰肤
中图分类号TQ051.7'1
文放标识码A
文章号0254-6094(2013)05-055704
在油田三次采油的注聚开采过程中,为了保器的降解性能对新型静态混合器进行结构优化。
证混合后溶液的粘度达到聚合物驱油的要求,通
常将质量分数为0.5%的聚丙烯酰胺(PAM)母液1静态混合器结物设计
和油田采出水用静态混合器按1:1混合成聚合物
针对三次采油聚合物混合的要求,确定新型
水溶液后再注人井下,聚合物的驱油效果与其静态混合器的设计原则为:避免装置对流体进行
黏度有直接关系。
切割分离,以两相流体在汇合过程中的分散作用
倪玲英和李成华对目前油田使用的静态混合作为其主要的混合机理,辅以流体的旋转拌运
器的性能进行了测试,认为静态混合器对聚合物动。
的机械剪切降解过大,影响了驱油效果。这是
以目前工业现场所使用的注聚物静态混合器
因为PAM是一种高分子物质,分子链特别长,的结构为依据,在前人设计的基础上°:9),考虑到
而油田现场使用的静态混合器大都是从化工行业工业上要求混合器对聚丙烯酰胺溶液低剪切的特
移植过来的,以机械剪切为主,对聚合物溶液的剪点,在混合器内部结构中不能有任何突起或者锋
切很大,PAM分子链很容易被剪断,使得混合后利的棱角,以减少混合器对聚丙烯酰胺分子链的
的PAM溶液黏度大大下降,在井下油层中的驱油机械切割现象。按照以上设计思路,所设计出的
效果明显下降。因此,增加PAM溶液黏度的重要低剪切静态混合器如图1所示。新静态混合器由
途径是减少静态混合器的剪切作用。
7个部分组成,PAM母液从外管入口流人混合器
目前,对静态混合器的研究主要集中在流场的混合腔中,水从内管入口流人混合器,在内管上
及混合性能的研究
还没有针对剪切降解性的适当位置开设多个小孔,并且将内管末端出
能的研究,更没有针对聚合物溶液的特殊要求进用管堵封住,以保证水全部从内管上的小孔射人
行专门设计。为了提高三次采油过程的注聚驱油混合腔与聚丙烯酰胺母液混合,为了提高混合效
效果,中国石油辽河油田锦州采油厂和中国石油果,在内管外壁上安装有一定角度的螺旋状导流
大学(华东)共同立项研究开发适用于混合聚合叶片来增长混合长度、提高旋转混合作用,经混合
物的低剪切率的静态混合器,笔者针对静态混合后的两股物料从混合器出口流出。
刘仁桓,男,1972年6月生,副教授。山东省青岛市,266580
万方数据
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化工机械
2013年
旋导流叶片外管内管
流体管路系统进入静态混合器,两股流体在静态
混合器内混合后经混合器出口流人废料罐。
3混合器降解性能研究
降解率的定义是单相液体通过静态混合器后
的粘度降解率,根据定义可计算降解率E:
混合器出口管塔小孔
混合腔
E=h2x100%
(1)
式中ル1--PAM入口粘度,mPa?s;
图1静态混合器结构示意图
PAM出口粘度,mPa?s
2实验装置流程
图3是质量分数为0.5%的PAM母液在两
实验装置流程如图2所示,聚丙烯酰胺母液种不同尺寸结构的静态混合器入口、出口处视粘
由螺杆泵吸人,经电磁流量计和涴体管路系统进度和剪切速率对数关系图,其中B为导流叶片与
入静态混合器;水被自吸泵吸入,经转子流量计和中心轴线法线的夹角。从图3中可发现,PAM溶
1l、①10
液视粘度与所受到的剪切速率在双对数坐标中成
线性关系,为幂率非牛顿流体。两种结构的静态
混合器出口物料的粘度都比人口小,这说明两种
静态混合器对PAM溶液都产生了剪切降解作用。
混合器之所以对聚丙烯酰胺溶液产生降解是因为
线性柔性链的聚丙烯酰胺溶液在剪切条件下呈假
塑性,属非牛顿流体,当聚丙烯酰胺溶液受到剪切
时,大分子链的部分缠结点被剪断,同时原来已经
图2实验装置流程
渗入到大分子链内部的水,在剪切作用下被迫挤
1一进料:
-搅拌器:3一螺杆泵;出而导致无规则线团的尺寸减小,由于在线团之
4-一门;
5一电磁演食计;6一一取样口;间分布了更多的溶剂,从而使大分子的流动阻力
7,9,11ー一精密压力表;8一废料罐;
减小,具体表现为聚丙烯酰胺溶液的粘度降
静态混合器
转子流量计;
13--自吸泵;14ー水罐
低
3500
3500
3000
9=45°.L=1m
3000
6=60°,L=1m
2500
母入口
2500
000
0-出口
2000
1500
E当卖
1500
1000
1000
入口
剪切速率/g
剪切速率/s
图3视粘度与剪切速率对数关系
3.1结构参数对降解率的影响
面,按一定的角度,沿着内管边壁旋转360°后为
图4是在流量为0.5m3/h的情况下,叶片角个混合单元,流体流过一个单元,其旋转方向改
度和内管长度对聚丙烯酰胺母液降解率的关系。变了360°。
从图4中可发现,在相同的叶片角度下,降解
在相同叶片角度下,内管长度增长,叶片单元
率随内管长度的增加而不断增大,定义叶片横截数目增大,流体在静态混合器内旋转的圈数也越
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