黄原胶具有抗盐、抗机械降解、热稳定性好等特 点[1]，在三次采油中得到一定程度的应用[2 3。黄原胶 分子特殊的杆状结构与聚丙烯酰胺(HPAM)的线团状 分子结构差别很大。本文通过实验，研究黄原胶溶液 的流变规律和表观黏度、残余阻力系数、衰竭层厚度的 变化规律及其与提高采收率的关系。

1实验

实验用黄原胶为河北鑫合生物化工有限公司生产 的Flocon 4800,有效成分为2. 85%。实验用水总矿化 度为507. 89 mg/L，根据大庆米油一厂聚北一配制站 注入水配制，离子组成为:CO32—28. 57mg/L, HCO3—

232. 36 mg/L，Cl 62. 06 mg/L，SO42- 28. 82 mg/L，

Ca2+8. 02mg/L Mg2^ 7. 30 mg/L, K+ +Na+ 140.76 mg/L。模拟地层水矿化度为6778mg/L。实验用油由 70%真空泵油和30%煤油配制，45 °C时黏度为9. 5 mPa°s。渗流实验和驱油实验的人造岩心尺寸分别为 2.5cmX 10cm 和 4. 5cmX 4. 5cmX 30cm。实验装置为 恒温箱、岩心夹持器、电动高压计量泵、手动高压计量 泵、真空泵、压力传感器和LS-30流变仪，所有实验都 在45 °C条件下进行。

用G2-G4砂芯漏斗过滤黄原胶溶液，根据 Huggins方程，用4种低浓度条件下的实验结果拟合出 黄原胶溶液的特性黏度。然后用LS-30流变仪测量不 同浓度条件下黄原胶溶液的流变I线在进行岩心流用，因此匕注入黄原胶时岩心的渗賴对应于同样注

动实验前，首先用水测定岩心渗透率;然后以1. 1mL/h 速率把黄原胶溶液注入岩心，黄原胶溶液在多孔介质中的渗流规律及其对提高采收率的作用,压力充分稳定记录压力 值后，将注入速率増大至原速率的2倍，测下一个点， 重复这一过程至压力充分高。用水测定注入速率从低 至高变化下的残余阻力系数，每一速率下的压力都达 到稳定。

驱油实验程序为:先对己建立起原始含油饱和度 的岩心进行水驱，至出口不出油时注入0.57倍孔隙体 积的黄原胶溶液，之后再用水驱至出口含水100%,测 量水驱采收率和最终采收率，计算采收率増加值。

2结果与讨论

2.1黄原胶溶液流变性及其在多孔介质中的流变性

表观黏度根据达西定律用水测渗透率计算剪切 速率的计算公式[4如下：

n/( n— 1)

4

0.5 CKw ^

(1)

从图1a可见，黄原胶溶液的流变性基本符合幂律 模式，体相黏度和流过多孔介质的表观黏度都随浓度 升高而升高，但渗透率升高时表观黏度基本不变;浓度 为840mg/ L溶液的表观黏度很低，其它几种浓度溶液 的表观黏度曲线很接近。值得注意的是，在注入速率 较高时，黄原胶溶液在多孔介质中只表现出剪切变稀 特性。黄原胶溶液在多孔介质中流动时存在滞留作

 

图3

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图2不同浓度和渗透率条件下黄原胶溶液通过

多孔介质后的残余阻力系数

入速率下的水冲洗渗透率，等于水测渗透率除以渗透 率下降系数(同样注入速率下的残余阻力系数）分别 用水测渗透率和水冲洗渗透率计算黄原胶溶液通过岩 心时的表观黏度和剪切速率[5 (见图a由于黄原胶的 渗透率下降系数随注入速率増加而降低，用水冲洗渗 透率计算的表观黏度曲线(见图ib)比用水测渗透率计 算的表观黏度曲线(见图1a)要低且比较平直，反映注 入速率増加后流动通道扩大，黄原胶溶液在多孔介质中的渗流规律及其对提高采收率的作用,能使剪切降黏作用变弱。

 

7— Cb= 840mg/ L 8— Ch=2250mg/ L 9~ C^= 3440mg L 10~ C^=4790mg/ L 图i黄原胶溶液在流变仪中的流变曲线及 通过多孔介质的流变曲线

2.2黄原胶溶液流过多孔介质后的残余阻力系数

残余阻力系数的存在是由聚合物分子的滞留引起 的残余阻力系数与速度的关系由聚合物的分子结 构决定。黄原胶分子是刚性的棒状分子，不带电，在孔 壁上吸附少，主要是水动力学滞留，注入速率増加会使 更多的黄原胶分子被冲洗出，所以黄原胶溶液流过多 孔介质后，残余阻力系数随注入速率増加而很快降低 (见图2)。

由图2还可见，随着黄原胶浓度升高或渗透率下 降，残余阻力系数升高。但在一定低浓度(840mg/ L和 2250mg/L)范围内残余阻力系数相近，滞留量不随浓 度降低而降低

2.3黄原胶溶液在多孔介质中的衰竭层厚度

在注入速率较低时，黄原胶溶液在多孔介质中的 表观黏度总是低于用黏度计测得的体相黏度。这是由 于孔壁附近存在衰竭层，衰竭层中黄原胶的分子数量、 溶液浓度和黏度比孔道中央的小，从而引起表观滑动 效应。Chauveteau[78]将衰竭层中的黄原胶聚合物浓 度视为不变，给出双流体模型衰竭层厚度的计算方程：

n/= i+4(i—p)Cb[ n](2)

黄原胶滞留导致孔隙半径下降，用下式计算存在 水动力学滞留的平均孔隙半径^:

r'=」8KwC'/(今RK)(3)

 

5— Ch= 3440mg/ L, K g= 0. 345um2; 6— Cb=3440mg/ L, Kg= 3. 360义m2

黄原胶溶液在多孔介质中的衰竭层厚度及相对厚度

在用（2)式计算衰竭层厚度时，用图ib的计算 结果，r用（3)式计算的/替代，计算结果见图3。

注入速率増加会改变聚合物分子在孔隙中的流动 剖面，使其更易接近孔壁，从而使衰竭层厚度减小，图3 所示的计算结果证实了这一机理；图3还显示出，浓度 较低(840mg/L)和渗透率较高(3. 360^m2)时黄原胶溶 液衰竭层厚度较高，因为两种情况都会使聚合物分子 产生远离孔壁的趋向。但图3中渗透率较高的衰竭层 相对厚度(衰竭层厚度/孔隙半径)最低，渗透率较低的 衰竭层相对厚度最高，840mg/L浓度的衰竭层相对厚 度仍保持较高数值。

有意思的是图3中浓度为2250mg/L、3440mg/L 和4790mg/ L的衰竭层厚度曲线与相对厚度曲线非常 接近。Chauveteau^指出，浓度高到一定程度时，聚合 物分子开始互相缠结，使衰竭层厚度下降，并且给出理 论缠结浓度为3/[n]至4/[n]。对于本实验的黄原胶 溶液，缠结浓度为1003 ~ 1337mg/L。显然840 mg/L 浓度低于缠结浓度，衰竭层厚度出现了最大值;而其余 几种浓度高于缠结浓度，随浓度増加，黄原胶溶液的衰 竭层厚度降低到几乎不变，表观黏度也很接近，说明黄 原胶的棒状分子缠结到一定程度后，再进一步缠结的 程度很小。可用这一结论很好地解释图1b中黄原胶

表观黏度的变化规律。

在渗透率相近情况下，体相黏度减小、残余阻力系 数増加和衰竭层厚度増加，都会使表观黏度减小。浓 度840mg/ L的黄原胶溶液的体相黏度低，衰竭层厚度 最大，残余阻力系数与浓度2250mg/L时相近（见图 2)，因此表观黏度很低;高于缠结浓度时浓度再増加， 体相黏度和残余阻力系数同时増加，但衰竭层厚度基 本不变，表观黏度变化不大。

3黄原胶溶液渗流规律与提高采收率

表1给出了黄原胶溶液驱油的实验结果，黄原胶溶液在多孔介质中的渗流规律及其对提高采收率的作用,其中的 注入速率是根据岩心截面积和孔隙度，用1m/d、0.2m/ d、3m/d或5m/d的注入速率确定的，分别约相当于本 实验所用岩心的注入速率20mL/h、4mL/h、60mL/h和 100mL/h。残余阻力系数借用岩心渗流实验中相同浓 度下渗透率相近的值(见图2)，因残余阻力系数随剪切 速率变化，用试算方法找出各注入速率下的残余阻力 系数和剪切速率。在得到剪切速率后，根据图1b中相 对应的曲线，用插值方法计算出溶液体相黏度、表观黏 度和衰竭层厚度。 

表1黄原胶溶液的驱油实验结果

编

号浓度 渗透率 (mg/ L) (1Q 3Mm2)孔隙度

(%)原始含油 饱和度（％)注入速率 (m L/ h)残余

阻力系数剪切速率

(s ')衰竭层 厚度（义m)溶液黏度 (mPa° s)表观黏度水驱采收率总采收率 (mPaDs) (%) (%)采收率 提高（％)

1479084722.9568 .2419.6013.0016. 930 .68765 .0708 .00745 .0753 .718 .64

2344098423.4670 .9220 .156 .3011 .130 .75950 .87011 .29747 .2755 .898 .62

32250104423.2569 .0019.323 .858 .360 .83030 .7708 .82550.1557 .777 .62

484086023. 1668 .0819.874 .089 .461 .5795. 1042 .13549 .6552.162 .52

5344096924. 8069 .904 .429 .822 .890 .87891 61015.17043 .9150 .586 .67

63440107624.9072 .5864 .864 .6028 .020.64832 7509.23138 .4345 .366 .93

7344098424.6471 .68107.364.1846 .570 .59725 5307 .93648 .3556 .368 .01

83440333425. 8773 .7421 .802 .954 .351 .16676 67023 .22052 .2662 .9010.65

 

与前文分析结果一致，2250mg/L、3440mg/L和 4790mg/L浓度的黄原胶溶液的表观黏度相近，衰竭层 厚度变化不大，而840mg/L浓度的黄原胶溶液的表观 黏度只有2. 135 mPa°s，衰竭层厚度却最大(见图4a、 b)随浓度増加，采收率増幅的变化趋势与表观黏度増 加及衰竭层厚度减小的变化趋势一致(见图4c)即浓 度低时増幅很小（只有2. 52%)浓度高时采收率増幅 保持了较高的数值，随浓度的増加所増加的范围很小。 因此可以认为黄原胶溶液浓度増加时，对提高采收率 起作用的不是残余阻力系数増加所反映的滞留量増 加，而是表观黏度和衰竭层厚度。表观黏度越大，或衰 浓度太高不会使采收率増加太多，只会増加注入成本。 所以只要用稍高于缠结浓度的黄原胶溶液驱油，就能 使衰竭层厚度保持较低值，表观黏度保持较高值，黄原 胶的驱油效果就会很好。这一规律对于用黄原胶驱油 很有意义。

竭层厚度越小，黄原胶溶液提高采收率的幅度就越大，其边部及后面的流体又有“拉、拽，，作用。靠垂直于油

上述机理可结合残余油驱动理论[9’10解释。黄原胶溶液在多孔介质中的渗流规律及其对提高采收率的作用,文献 [9]认为驱动残余油是平行于油水界面的力，它能从 “盲端”、孔隙或喉道中把残余油“拉、拽”出来，而这种 作用是聚合物分子间的相互缠绕及相互“拉、拽”引起 的，因此聚合物溶液像一个“整体” 一样在孔隙中流动， 后面的流体对前面的流体有推动作用，前面的流体对

水界面的驱动力推不动水驱后的残余油[11]，而从油水 界面上“拉、拽”出的油丝能够形成稳定的油丝流动通 道，从而把残余油不断地拉出，拉力大小与聚合物的种 类、分子大小、缠绕程度密切相关。

 

同一种聚合物溶液在岩心中的表观黏度反映了它 的缠结程度，故表观黏度越大“拉、拽”作用越强，残余 油饱和度越低，采收率越高。在流动通道的截面上，衰 竭层平行于主流线而且位于主流线的边缘，直接与残 余油接触，越远离主流线中心的衰竭层聚合物浓度越 小。其厚度越小，或油水界面上同样厚度内聚集的分 子越多，孔道中缠结的聚合物分子对油的携带作用越 强。在表观黏度相同情况下，黄原胶溶液在多孔介质中的渗流规律及其对提高采收率的作用,衰竭层厚度的大小反映 衰竭层中聚合物分子的缠结程度，因此衰竭层厚度减 小也有利于携带残余油，提高采收率。

实验得出的黄原胶溶液表观黏度、衰竭层厚度和 采收率随浓度的变化规律反映，黄原胶溶液浓度低于 缠结浓度时对油的携带能力低;分子缠结随浓度増加 越来越严重，但浓度高过缠结浓度后，进一步缠结的程 度很小，溶液携带油的能力増加也很小，采收率増幅很 小。

驱替速率増加时，黄原胶分子缠结严重，衰竭层厚 度减小使携带力増加，但剪切速率的大幅度増加使表 观黏度减小，又使携带力减小，最终使携带力和采收率 的变化出现不确定性，但变化范围不大（见图4d,黄原 胶溶液浓度为3440mg/L)在同样的驱替速率下，渗 透率高的岩心(表1中编号8)中的剪切速率很低，表观 黏度很高，尽管衰竭层厚度很大，仍有较大的増采幅 波及系数起作用，需进一步研究黄原胶溶液在多孔介 质中的渗流规律对波及系数的作用。

4结论

黄原胶溶液的流变模式基本符合幂律模式，体相 黏度随浓度的升高而升高。黄原胶溶液在多孔介质中的渗流规律及其对提高采收率的作用,岩心中的残余阻力系数随 浓度的増加和渗透率的降低而増加，随注入速率増加 而减小。黄原胶溶液浓度低于缠结浓度时，表观黏度 较低，衰竭层厚度较大，驱油时采收率増加的幅度很 低;高于缠结浓度时，表观黏度和衰竭层厚度随浓度的 升高变化不大，只要浓度稍高于缠结浓度，就有较高的 増采幅度而且变化范围不大。表观黏度的増加和衰竭 层厚度的降低由聚合物分子的缠结作用引起，使平行 于油水界面的拉动残余油的力増加，对聚合物驱提高 采收率有利。渗透率増加会使采收率提高，注入速率 对黄原胶驱油的作用不大，残余阻力系数的増加对提 高采收率不起作用。