气体流在多孔介质中诱导交联聚丙烯酰胺凝胶的剪切增稠行为

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Shear Thickening Behaviour of Cross-Linked Polyacrylamide Gels Induced by Gas Flow in Porous Media

交联聚丙烯酰胺凝胶在气井水封中的应用研究通过流变学测试、岩心实验及微模型可视化，揭示了水驱时剪切稀化与残余气饱和度降低导致封堵效率下降，气驱时超过临界流量触发剪切增稠使封堵增强的现象。

　　

摘要

在油气井中，过度产水是一个长期存在的挑战，通常采用聚合物和凝胶溶液来控制水的产出。本研究探讨了交联聚丙烯酰胺凝胶的流变行为及其对气井封水处理的影响。通过流变测量、使用Berea砂岩样本进行的岩心注水实验以及微模型流动可视化研究来评估凝胶的性能。结果表明，在注水过程中，水的残余阻力系数\({(\text{Frr}}_{\text{w}}\)随流速的增加而降低，这主要是由于凝胶的剪切稀释效应以及残余气体饱和度的降低。凝胶中较高的聚合物浓度有助于更有效地降低水的渗透性。相比之下，在气体流动的情况下，当气体流速超过某个临界值(Q_gc)时，凝胶会发生剪切增稠现象，此时气体的残余阻力系数(\({\text{Frr}}_{\text{g}}\)会增加，因为气体在多孔介质中拉伸了凝胶层。微模型可视化结果证实了这种变形现象，并突显了凝胶在高流速下降低气体渗透性的有效性。这些发现为交联凝胶的流动动力学及其在控制气层产水中的应用提供了新的见解。