УДК 622.276.1/.4.001
В.А. Иктисанов, Н.А. Гордиманов, А.В. Иктисанов, К.Г. Сахабутдинов
ОПИСАНИЕ НЕЛИНЕЙНО-ВЯЗКИХ И ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ РАСТВОРА ПОЛИАКРИЛАМИДА ПРИ НАГРУЗКЕ
Аннотация
Актуальность. В настоящее время остается актуальной задача описания реологического поведения вязкоупругих и нелинейно-вязких свойств жидких и твердообразных материалов. Для успешного применения полимерных систем для повышения нефтеотдачи пластов, приготовления жидкостей гидроразрыва и буровых растворов необходимо знание их реологических свойств. Цель работы. Определение нелинейно-вязких и вязкоупругих свойств раствора полиакриламида. Материалы и методы. Предпринята попытка описания реологического поведения раствора полиакриламида в зависимости от скорости сдвига и от времени нагружения. Для описания установившихся напряжений при различных скоростях сдвига использовалась биномиальная реологическая модель, которая показала высокую степень точности. Для описания напряжения от времени предложено использовать численное решение системы двух дифференциальных уравнений, представляющих собой известные уравнения Максвелла и Кельвина–Фойгта. Для описания начального участка кривых при времени менее 0,05 с использовалась модель с переменным модулем упругости. Результаты. Достигнута высокая степень соответствия экспериментальных и расчетных напряжений при времени более 0,05 с. Общее решение достигается сшиванием двух решений через сдвиг и напряжение. Обнаружены взаимосвязи с высоким коэффициентом корреляции между модулями упругости и вязкостями Максвелла и Кельвина в зависимости от напряжения и скорости сдвига. Выводы. Показано, что наряду с «обычной» скоростью сдвига, определяемой через вращение цилиндра вискозиметра, необходимо учитывать дополнительную скорость сдвига, вызванную изменением напряжения во времени. Именно при помощи данного подхода достигается максимум напряжений и его перемещение в зависимости от скорости сдвига. Замечено, что дополнительная скорость сдвига возникает сразу после приложения напряжения, а не в момент падения напряжения, как это принято считать.
Ключевые слова: вязкоупругие свойства, нелинейно-вязкие свойства, раствор полимера, модуль упругости, сдвиг, максимум напряжения, последействие, релаксация
V.A. Iktissanov, N.A. Gordimanov, A.V. Iktissanov, K.G. Sakhabutdinov
DESCRIPTION OF NONLINEAR VISCOUS AND VISCOELASTIC PROPERTIES OF POLYACRYLAMIDE SOLUTION UNDER LOADING
Abstract
Background. Currently, the solution of the problem of describing the rheological behavior of viscoelastic and nonlinear viscous properties of liquid and solid-like materials is far from perfect. For successful application of polymer systems to enhance oil recovery and for preparation of fracturing fluids and drilling fluids, knowledge of their rheological properties is necessary. Objective. To determine the nonlinear viscous and viscoelastic properties of polyacrylamide solution. Material and methods. We made an attempt to describe the rheological behavior of a polyacrylamide solution depending on the shear rate and on the loading time. A binomial rheological model was used to describe steady-state stresses at different shear rates, which showed a high degree of accuracy. To describe the stress from time, we proposed to use a numerical solution of a system of two differential equations representing the well-known Maxwell and Kelvin–Voigt equations. To describe the initial section of the curves for times less than 0.05 s, a model with a variable modulus of elasticity was used. Results. A high degree of correspondence of experimental and design stresses with a time of more than 0.05 s was achieved. The overall solution was achieved by combining two solutions based on shear rate and shear stress. Relationships with high correlation coefficients were found between the elastic modulus, viscosities of Maxwell and Kelvin and the shear stress and shear rate. Conclusions. We show that in addition to the “ordinary” shear rate determined by the rotation of the viscometer cylinder, it is necessary to consider an additional shear rate due to stress changes in time. Due to this approach, a description of the stress maximum and its displacement from the shear rate can be made. We note that the additional shear rate occurred immediately after the start of loading, rather than at the time of stress drop, as commonly believed.
Keywords: viscoelastic properties, nonlinear viscous properties, polymer solution, modulus of elasticity, shear, shear stress maximum, aftereffect, relaxation
DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2024-15-3.art3
Полный текст статьи в формате PDF
