通過流變性實驗，認為聚合物溶液符合非牛頓流體冪率模式，建立了非牛頓流體在環形空間內的流態判別模型。運用FLUENT軟件進行數值模擬，研究了聚合物溶液在低剪切流量控制閥內的流動規律和不同配注量下產生的節流壓差。結果表明，低剪切流量控制閥具有較好的節流作用，產生的節流壓差能夠滿足擴張式封隔器的坐封條件。實驗數據表明，流量在33～62m3/d間的節流壓差達到5.98MPa，黏度保留率達到90%以上。

　　在雙管注聚過程中，為減少聚合物溶液的黏度損失，研制出低剪切流量控制閥。聚合物溶液在閥內流動時，聚合物分子鏈始終處于拉長、收縮的變形中，消耗在這個過程中的能量形成節流壓差。聚合物分子鏈變形的同時又不斷恢復，能夠降低黏度損失。聚合物溶液每流過低剪切流量控制閥內的一個降壓槽，過流面積從小到大變化一次，流速從高到低變化一次，流態及流場分布也相應產生一次變化。為研究這個變化規律，筆者對低剪切流量控制閥進行數值模擬。

1、流體性質

　　注聚溶液屬于黏彈性的非牛頓流體。對注聚采用的聚合物溶液進行流變性實驗，分別測得不同剪切速率對應的剪切應力值(γ1，τ1)，(γ2，τ2)，…，(γn，τn)，結果如圖1所示。

圖1 流變性實驗結果

　　通過對實驗數據進行擬合分析，認為聚合物溶液符合非牛頓流體冪律模式，本構方程為：

τ=Kγn (1)

　　式中，τ為剪切應力，Pa;γ為剪切速率，s-1;K為稠度系數，Pa•sn;n為流性指數。同時，擬合得出K=0.1378Pa•sn，n=0.5603。

3、流動區域的數值模擬

　　3.1、幾何模型和網格劃分

　　根據低剪切流量控制閥內部的正紡錘連線型環形流道，建立二維幾何模型，采用正交化非均勻網格進行劃分，如圖2所示，總網格數為116534。

圖2 流動區域的幾何模型

　　3.2 邊界條件和計算條件

　　速度入口邊界，速度分別取3.22，4.02，4.83m/s(對應的注入量分別為40，50，60m3/d)。此時計算出的雷諾數均大于臨界雷諾數2823，流動均為湍流狀態。壓力邊界出口，表壓為0。固壁采用無滑移邊界條件，壁面上u=0。

　　選用標準的k-ε湍流模型，動量方程、湍動能方程和耗散率方程均選用一階迎風格式，壓力速度場的耦合求解選取SIMPLEC方法。

　　3.3、計算結果

　　入口流量分別為40，50，60m3/d時的流動壓耗計算結果如圖3～圖5所示。

圖3 入口流量40m3/d的流動壓耗

圖4 入口流量50m3/d的流動壓耗

圖5 入口流量60m3/d的流動壓耗

　　入口流量分別為40，50，60m3/d時的流動壓耗分別為2.9，4.3，6.1MPa。從流動壓耗的計算結果可以看出，低剪切流量控制閥具有較好的節流作用，對聚合物的限流阻力較大。產生的節流壓差，能夠滿足擴張封隔器的坐封要求。節流壓差隨著配注量的增加而增大，可實現不同配注量的要求。

　　單個降壓槽速度等值線見圖6，單個降壓槽速度分布見圖7。聚合物流經每個降壓槽時，流場速度分布比較均勻，速度矢量變化較小，說明正紡錘型降壓槽對聚合物黏度剪切率較小。

圖6 單個降壓槽速度等值線

圖7 單個降壓槽速度分布

4、中間實驗

　　在1-12X332井開展了低剪切流量控制閥的應用實驗，結果見表1。

表1 低剪切流量控制閥應用實驗結果

　　實驗數據表明，流量在33～62m3/d間的最大黏度損失率為6.83%，黏度保留率達到90%以上，節流壓差達到5.98MPa，說明低剪切流量控制閥能夠有效減少聚合物溶液的黏度損失。經比對，實驗結果與數值模擬得出的節流壓差數值接近，誤差在10%之內，驗證了數值模擬結果的準確性。

5、結論

　　1)對注聚采用的聚合物溶液進行流變性實驗，通過對實驗數據進行擬合分析，認為聚合物溶液符合非牛頓流體冪律模式。

　　2)通過建立的流態判別模型，確定了注聚溶液在低剪切流量控制閥內流動的臨界流量，便于數值計算時湍流模型的選取。

　　3)中間實驗與數值模擬的結果表明，低剪切流量控制閥具有較好的節流作用，能夠有效減少聚合物溶液的黏度損失。