阳离子型表面活性剂与聚合物复配体系协同减阻作用

2022-05-26袁颖敬加强尹然张明韩力赖天华

化工进展 2022年5期

袁颖，敬加强，2，尹然，张明，韩力，赖天华

（1 西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500；2 油气消防四川省重点实验室，四川成都 611731；3 中海油研究总院有限责任公司，北京 100028；4 中国石油新疆油田公司实验检测研究院，新疆克拉玛依834000；5 西南石油大学工程训练中心，四川成都 610500）

作为非牛顿流体最具技术经济及科学意义的现象之一，添加剂减阻技术由于其具有用量少、来源广、操作简单、减阻率高等优点，广泛应用于流动减阻领域。一般情况下减阻剂可分为五类：聚合物、表面活性剂、纤维、微泡以及光滑涂层。其中聚合物与表面活性剂是工业生产中最常用的两类减阻剂，二者在使用过程中各具优缺点。聚合物只需添加极少量便能产生显著的减阻效果，但易发生剪切降解失去减阻效果，且其降解不可逆；而表面活性剂虽然具有良好的光、热及机械稳定性，且降解可逆，但用量多，需达到一定浓度才会产生减阻效果。基于两者的优缺点，一些学者研究了表面活性剂和高聚物复配体系的减阻能力，发现表面活性剂与聚合物的耦合可以弱化两者的缺点，提高减阻率、增强减阻稳定性。

表面活性剂根据极性基团电荷类型可分为阳离子型、阴离子型、两性离子型以及非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂虽有令人惊喜的减阻效果，但其应用条件十分苛刻，易与水中的二价钙、镁离子生成沉淀，使减阻效果大打折扣；两性离子型及非离子型表面活性剂因种类不多且价格高昂导致其使用受限；而阳离子型表面活性剂用作减阻剂时不仅减阻性能优良，而且具有对水质要求不高、来源广、价格低廉等众多优势。遗憾的是，迄今为止有关表面活性剂和聚合物复配体系的研究主要集中在阴离子表面活性剂-聚合物方面，并聚焦于复配体系物理特性和流变特性的探索。有关阳离子表面活性剂和聚合物相互作用的研究较少，阳离子表面活性剂和聚合物复配体系的协同减阻研究更是有限。

综上所述，开展阳离子型表面活性剂和聚合物复配体系协同减阻作用研究十分必要。基于此，以常见的阳离子型表面活性剂和聚合物为研究对象，探究聚合物离子类型对二者复配体系协同减阻的影响，优选出最佳复配体系，进一步分析表面活性剂浓度、聚合物浓度以及温度对复配体系协同减阻的影响，建立复配体系微观结构预测模型，揭示协同减阻机理。这对研究阳离子型表面活性剂与聚合物复配体系的协同减阻作用有一定的指导意义。

1 实验部分

1.1 实验试剂

阳离子表面活性剂选用常见的减阻剂十六烷基三甲基氯化铵（cetyltrimethyl ammonium chloride，CTAC），并将十二烷基二甲基苄基氯化铵（dodecyl dimethyl benzyl ammonium chloride,DDBAC）用作对照实验的阳离子表面活性剂。采用水杨酸钠（NaSal）作为反离子盐与阳离子表面活性剂共同使用，以降低表面活性剂溶液的临界胶束浓度，增强胶束结构的稳定性。聚合物采用不同离子类型（阳离子型、阴离子型、两性离子型、非离子型）的聚丙烯酰胺（PAM）。试剂的基本性质及来源见表1。实验用水来自成都自来水厂，矿化度为0.132g/L，pH为7.32。

表1 实验试剂

1.2 实验装置与方法

表面活性剂溶液配制：用ESJ-A电子天平称取（精度1/10000g，中国沈阳）实验所需的表面活性剂和反离子盐水杨酸钠（CTAC与NaSal的摩尔比为1∶1或CTAC 与NaSal 的质量比为1∶0.5），同时加入自来水进行混合，采用99-1A大功率数显磁力搅拌器（无极调速启动约2600r/min，中国金坛）以小于60r/min的转速搅拌30min，然后保持静置12～24h以消除溶液内的气泡，获得均匀的表面活性剂溶液。聚合物溶液配制：将聚合物粉末均匀撒在清水表面，采用99-1A 大功率数显磁力搅拌器以小于60r/min的转速搅拌12h，然后保持静置12～24h，以获得均匀的聚合物溶液。表面活性剂-聚合物溶液：在烧杯中混合表面活性剂溶液和聚合物溶液，搅拌并保持静置以得到均匀的混合溶液。需注意的是，实验所需的溶液应在实验前24h内配制完成。

黏度测试采用德国HAAKE Viscostester IQ Air智能流变仪，测试夹具为双狭缝圆筒。剪切速率范围为0.1～1000s，测试温度范围为25～55℃（温度间隔为10℃，升温时间设置为600s）。每组试验采集100 个数据点，每个数据点的采集时间为3s。此外，为使加入时受到剪切的溶液恢复平衡，保证整个测试区的溶液均匀地达到测试温度，试验开始前溶液应静置900s。

为探究表面活性剂和聚合物复配体系的协同减阻作用，本文自主设计并搭建了一套多功能湍流减阻实验测试装置，主要包括管路测试系统、温控系统、吹扫系统及数据采集系统，其流程如图1 所示。其中管路测试系统包括长3m 的直管测试段以及长2m 的出入口稳定段（以求削弱出入口对直管测试段内流体减阻特性的影响，确保测试段内流动充分发展），所用材料为硬质聚氯乙烯塑料PVC（管道规格DN25），直管测试段入口连接LDG 系列电磁流量计（0.5～7m/h，中国上海），实时采集管路流量变化，直管测试段两端设有引压孔连接罗斯蒙特3051差压变送器（0～100kPa，美国），实时采集测试段压降变化；温控系统采取水浴加热保温的方式，环道管路外敷3cm厚的保温管套，储液罐及管路出口分别设有挂壁式数显温控器和温度变送器（-200～300℃，中国成都），实时采集控制实验管路和流体温度；吹扫系统主要包括空气储罐、压缩机、调压阀等，每完成一组实验，用清水冲洗管路3～5次，每次5min，保证下一组实验准确进行；数据采集系统主要包括数据采集器和数据接收器两部分。数据采集器直接与电磁流量计、差压变送器、温度传感器相连接，采集处理各表的电流信号（4～20mA），然后通过无线发射装置将数据传输至数据接收器，数据接收器与PC端连接，通过PC端软件可实时记录各数据变化。

图1 多功能湍流减阻实验测试装置

减阻实验前首先用清水进行管径率定以及实验环道的校准。对于本研究，不同溶液的减阻测量过程都是相同的。实验温度范围为25～55℃（温度间隔为10℃，温差控制在±2℃），流量范围为0～4m/h。减阻溶液在恒定温度下经CDL3-11 立式不锈钢多级离心泵（0～4m/h，中国广东）进入实验管路，为最大限度地避免机械降解对溶液减阻作用的影响，通过调节变频器供电频率（变频器调节范围为0～50Hz）来控制离心泵转速，实现雷诺数从低到高的变化，需要注意的是对于相同的溶液只记录一次压差，但相同的实验工况需重新配制溶液重复实验两次，最终压差取两次实验的平均值。对于所有实验，记录数据的时间取决于流动稳定的时间，待流量计和差压变送器的读数基本稳定后，记录相关实验数据。

1.3 数据处理

1.3.1 减阻渐近线

大量减阻流体实验的研究结果表明，流体的减阻性能呈现三条渐近曲线，分别为描述清水层流流动的哈根-泊肃叶（Hagen-Poiseuille）经验曲线，如式(1)所示；描述清水湍流流动的普朗特-卡门（Prandtl-Karman）经验曲线，如式(2)所示；以及描述表面活性剂宏观减阻效率的Zakin 最大减阻率渐近线，如式(3)所示。

在减阻的计算过程中，关于减阻流体的雷诺数有两种计算方法：一种是考虑加入减阻剂量较少和计算方便，采用溶剂的黏度计算雷诺数；另一种是用流变测试得到的不同剪切速率下的黏度进行模拟，这种方法计算的雷诺数称为广义雷诺数′。目前，国内关于减阻研究为求计算简便大都采用溶剂的黏度，为求更贴近管内减阻的实际情况，本文后续数据处理都将采用广义雷诺数′进行。

本文作者课题组在此前的表面活性剂溶液流变特性研究中证实Giesekus 黏弹性模型能更好地表征其黏度特性，Giesekus 模型的黏度表达式如式(7)～式(9)所示，联立式(6)与Giesekus 模型黏度表达式[式(7)～式(9)]得广义雷诺数′定义式为式(10)。

2 结果与讨论

2.1 实验环道校准及管径率定

基于清水在层流区的流动符合哈根-泊肃叶（Hagen-Poiseuille）定律，精确计算出实验PVC 管的直径为25.6mm。进一步，利用清水实验完成实验装置校准，结果如图2所示。由图可知，实验结果在层流区基本符合Hagen-Poiseuille 经验公式，在湍流区也与普朗特-卡门（Prandtl-Karman）经验公式基本吻合，说明该实验装置可靠性较高。

图2 清水实验结果

2.2 聚合物离子类型对复配体系减阻的影响

在水溶液中，聚合物与表面活性剂之间的相互作用十分复杂，主要包括范德华作用、疏水作用、氢键、静电作用等。一般认为疏水作用和静电作用是聚合物与表面活性剂之间的主要驱动力。聚合物所带电荷离子类型的不同对聚合物和表面活性剂复配体系的相互作用及聚集体的结构性能均有较大影响，从而导致复配体系的协同减阻作用大不相同，如图3、图4所示。

图4 四种不同离子类型的PAM与CATC/NaSal复配体系协同减阻作用对比

图3(a)为0.1g/L CPAM-0.1g/L CTAC/NaSal 复配体系的阻力特性曲线，由图可知，复配体系的范宁摩擦系数总是小于单一CTAC/NaSal 溶液或单一CPAM溶液的范宁摩擦系数，二者的复配体系表现出明显的协同减阻作用。此外，相较于单一CTAC/NaSal 溶液或单一CPAM 溶液，复配体系的临界广义雷诺数小幅度增加，抗剪切性增强。但随着广义雷诺数持续增加，复配体系的范宁摩擦系数逐渐回升。该现象与Chai等的研究结果一致。这是因为当表面活性剂浓度较低，小于临界聚集浓度（critical aggregation concentration，CAC）时，表面活性剂主要以单体分子的形式分散在溶液中，与聚合物之间的疏水作用和静电斥力作用较弱，部分单体分子吸附在聚合物分子链上，聚合物分子链略微伸展，复配体系虽表现一定程度的协同减阻作用，但不十分稳定。随着剪切作用的增强，这种协同减阻作用被迅速破坏，范宁摩擦系数开始回升。

图3 聚合物离子类型对复配体系协同减阻作用的影响

相反，0.1g/L APAM-0.1g/L CTAC/NaSal复配体系的协同作用对减阻产生负面效应，相较于单一溶液，该复配体系的范宁摩擦系数反而明显增加，如图3(b)所示。Mohsenipour 等也在实验中观测到类似现象。这是因为带相反电荷的聚合物和表面活性剂之间主要存在疏水作用和静电引力作用：一方面，聚合物分子链在疏水作用下伸展；另一方面，聚合物分子链在静电引力作用下卷曲。Xu 等采用粗粒度分子动力学（CG-MD）的方法对带相反电荷的表面活性剂和聚合物之间的相互作用模拟研究，证实了静电引力在带相反电荷的表面活性剂和聚合物的相互作用中占主导地位。随着表面活性剂加入，聚合物分子链构象逐渐蜷缩，与表面活性剂胶束形成经典的“项链模型”，最终聚合物分子链完全卷曲呈现球形。因此复配体系的协同作用不仅不会增强减阻，反而导致范宁摩擦系数增大，减阻效果变差。

两性离子型聚合物是指在聚合物分子链上既有阳离子基团又有阴离子基团的聚合物。当AmPAM与CTAC/NaSal混合时，一方面阳离子表面活性剂季铵基正电荷会与两性离子型聚合物羧基负电荷之间产生静电引力，引起聚合物分子链卷曲；另一方面阳离子表面活性剂季铵基正电荷会与两性离子型聚合物乙烯基正电荷之间产生静电斥力，引起聚合物分子链伸展。二者在相互竞争中达到平衡状态，使得复配体系的协同减阻作用介于阳离子型聚合物-阳离子型表面活性剂与阴离子型聚合物-阳离子型表面活性剂之间，如图3(c)所示。

图3(d)为0.1g/L NPAM-0.1g/L CTAC/NaSal 复配体系的阻力特性曲线。由图可知，复配体系的阻力特性曲线基本与单一的CTAC/NaSal 溶液的阻力特性曲线重合，没有表现出明显的协同减阻作用。这是因为阳离子型表面活性剂头基较大，表面活性剂胶束由于空间位阻的影响而难以接近聚合物分子链，导致非离子型聚合物和阳离子表面活性剂之间的相互作用很弱，甚至基本无相互作用。

四种不同离子类型的PAM与CTAC/NaSal复配体系协同减阻作用对比如图4所示。可见，CPAM-CTAC/NaSal 复配体系的协同减阻作用>AmPAM-CTAC/NaSal 复配体系的协同减阻作用>NPAM-CTAC/NaSal 复配体系的协同减阻作用>APAM-CTAC/NaSal 复配体系的协同减阻作用。此外，采用常用的杀菌剂十二烷基二甲基苄基氯化铵（DDBAC）进一步验证阳离子表面活性剂在复配体系中的作用，实验结果如图5 所示。由图5 可知，DDBAC/NaSal 虽无明显的减阻作用，但其与聚合物的复配体系在二者的静电与疏水作用下仍表现出显著的协同减阻作用。DDBAC/NaSal 与不同离子类型PAM的复配体系减阻作用强弱同CTAC/NaSal 的一致：CPAM-DDBAC/NaSal 复配体系协同减阻作用>AmPAM-DDBAC/NaSal 复配体系的协同减阻作用>NPAM-DDBAC/NaSal 复配体系的协同减阻作用>APAM-DDBAC/NaSal复配体系的协同减阻作用。

图5 四种不同离子类型的PAM与DDBAC/NaSal复配体系协同减阻作用对比

基于此，后续主要以阳离子型聚合物和阳离子表面活性剂的复配体系为研究对象，进一步探究表面活性剂浓度、聚合物浓度以及温度对复配体系协同减阻的影响。

2.3 表面活性剂浓度对复配体系协同减阻的影响

聚合物和表面活性剂复配体系减阻作用受表面活性剂浓度影响较大。随着阳离子表面活性剂浓度增加，阳离子型表面活性剂与阳离子型聚合物之间的疏水作用和静电斥力作用不断增强，二者复合物结构不断变化。当不断变化的微观结构作用于宏观流动时便会产生不同的减阻现象。本研究通过实验分析了阳离子型表面活性剂和阳离子型聚合物复配体系的减阻特性随阳离子型表面活性剂浓度的变化规律，实验结果如图6所示。

图6 表面活性剂浓度对复配体系协同减阻作用的影响

由图6可知，复配体系减阻能力的强弱与阳离子型表面活性剂浓度不是单一的线性关系。当CTAC/NaSal为0.3g/L时，复配体系的范宁摩擦系数最小，减阻率达到最大值；当CTAC/NaSal 浓度小于0.3g/L时，复配体系减阻率随着阳离子型表面活性剂浓度增加而增加；当CTAC/NaSal 浓度大于0.3g/L后，复配体系减阻率随着阳离子型表面活性剂浓度增加而减小。此外，复配体系的临界广义雷诺数随着阳离子型表面活性剂浓度的增加先增加后减小：未添加阳离子型表面活性剂溶液的临界广义雷诺数为35339.20；当阳离子型表面活性剂浓度为0.1g/L时，复配体系的临界广义雷诺数为37449.30；当阳离子型表面活性剂浓度为0.2g/L时，复配体系的临界广义雷诺数为49645.06；而当阳离子型表面活性剂浓度增加到0.5g/L时，复配体系的临界广义雷诺数反而减小到7935.20。综上可见，随着阳离子型表面活性剂浓度的增加，复配体系减阻率增大及抗剪切性增强都是有限的，当表面活性剂浓度过高时，减阻率及抗剪切性均会减弱。

表2列出了不同雷诺数下，加入不同浓度表面活性剂后复配体系的协同减阻效率。协同减阻效率反映表面活性剂和聚合物之间协同减阻作用的强弱。协同减阻效率越大，表面活性剂和聚合物之间协同减阻作用越强；反之，表面活性剂和聚合物之间的协同减阻作用减弱。由表2 列出的数据可知，在表面活性剂浓度为0.3g/L时，协同减阻效率达到最大值，说明此时两者的协同减阻作用最强。此后，继续增加表面活性剂浓度，表面活性剂和聚合物的协同减阻作用减弱，协同减阻效率逐渐减小，甚至在表面活性剂浓度为0.5g/L时，协同减阻效率变为负值。说明表面活性剂浓度过高会破坏二者的协同减阻作用。

表2 加入不同浓度表面活性后复配体系的协同减阻效率

产生以上现象的原因在于当CTAC/NaSal 浓度为0.1g/L时，表面活性剂浓度较低，主要以单体分子的形式分散在溶液中，与聚合物链发生轻微的相互作用，部分单体分子吸附在聚合物分子链上，聚合物链在溶液中的构象仍旧较为蜷缩[图7(a)]。此时，混合溶液虽显现一定程度的协同减阻作用，但十分不稳定。随着剪切作用的增强，这种协同作用被迅速破坏，减阻效果显著下降。随着CTAC/NaSal 浓度增加到临界聚集浓度0.2g/L，表面活性剂棒状胶束的疏水部分吸附在聚合物疏水微区中，逐渐形成结构比较稳定的新三维空间网络结构[图7(b)]。该结构能有效抑制湍流发生。此外，高聚物分子链也在二者的静电斥力和疏水的共同作用下更为伸展，抗剪切能力增强。当表面活性剂浓度增加到聚合物饱和点（polymer saturation point，PSP）0.3g/L时，表面活性剂与聚合物之间的相互作用完全饱和，形成了规模最大、最稠密、稳定性最强的新三维空间网络结构[图7(c)]。表面活性剂与高聚物的协同减阻作用达到顶峰，混合溶液减阻率及减阻稳定性显著增强。此后，再持续增加表面活性剂浓度，在较强的疏水作用和静电斥力作用下，聚合物分子链愈发伸展，弹性降低[图7(d)]，三维网状结构逐渐遭到破坏。协同减阻作用减弱，减阻率减小，抗剪切性变差。

图7 随表面活性剂浓度增加复配体系微观结构变化示意图

2.4 聚合物浓度对复配体系协同减阻的影响

聚合物浓度亦会对表面活性剂和聚合物复配体系的减阻作用产生影响。本研究通过实验分析了阳离子型表面活性剂和阳离子型聚合物复配体系的减阻特性随阳离子型聚合物浓度的变化规律，实验结果如图8所示。

图8 聚合物浓度对复配体系协同减阻作用的影响

由图8可知，随着CPAM 浓度增加，复配体系的范宁摩擦系数减小，减阻率增加，尤其在减阻破坏区（广义雷诺数大于临界广义雷诺数的区域），这种减阻率增加作用更加显著。此外，复配体系的临界广义雷诺数随着CPAM浓度的增加而增加：当CPAM 浓度为0.05g/L 时，复配体系的临界广义雷诺数为31272.43；当CPAM 浓度为0.1g/L 时，复配体系的临界广义雷诺数为37449.30；当CPAM浓度增加到0.15g/L 时，复配体系的临界广义雷诺数大幅度增至45033.36；继续增加CPAM浓度至0.2g/L，复配体系的临界广义雷诺数仅增至45116.39。综上可见，CPAM的存在可有效改善阳离子型表面活性剂的减阻作用及抗剪切性。但当CPAM 浓度超过0.15g/L 后，减阻率增加趋势与抗剪切性增强趋势均放缓。

产生以上现象的原因在于当CPAM 浓度较低，为0.05g/L时，聚合物疏水微区的疏水缔合主要发生在分子内，导致聚合物分子链挤压紧缩，分子链的构象较蜷缩。随着聚合物和表面活性剂之间发生疏水作用和静电斥力作用，聚合物分子链逐渐伸展，并与表面活性剂胶束逐渐形成新三维空间网络结构[图9(a)]，复配体系的减阻率及抗剪切性增强。由于表面活性剂浓度固定，胶束数目、结构均不发生变化，因此新三维空间网络结构基本不变。当CPAM浓度增加至第一临界缔合浓度（critical associative concentration Ⅰ,CAC Ⅰ)0.1g/L 时，聚合物疏水微区逐渐由分子内缔合向分子间缔合转变，聚合物分子链伸展并互相缠绕，形成聚集体[图9(b)]。随着管道内剪切作用增强，新三维空间网络结构逐渐遭到破坏，复配体系中的聚合物聚集体继续发挥减阻作用，直至其在更强的剪切作用下破裂分解，复配体系减阻破坏区减阻率增加，抗剪切性增强。继续增加CPAM 浓度至第二临界缔合浓度（critical associative concentration Ⅱ，CAC Ⅱ）0.15g/L 时，聚合物疏水微区主要是分子间缔合，聚集体已大量形成[图9(c)]，减阻破坏区减阻率大幅度增加，抗剪切性显著增强。此后，再继续增加聚合物浓度，聚集体的增长速度减缓，复配体系减阻破坏区减阻率增加速度与抗剪切性增强速度亦放缓。

图9 随聚合物浓度增加复配体系微观结构变化示意图

2.5 温度对复配体系协同减阻的影响

为探究温度对阳离子型表面活性剂和阳离子型聚合物复配体系协同减阻的影响，本研究以0.15g/L CPAM-0.3g/L CTAC/NaSal复配体系为例，通过实验分析了复配体系减阻作用随温度的变化规律，实验结果如图10所示。

由图10(a)、(b)可知，复配体系的临界温度为35℃。当温度低于35℃时，范宁摩擦系数随着温度的上升而减小、减阻率随之增大；当温度高于35℃时，范宁摩擦系数随着温度的上升而增大、减阻率随之降低。这是因为随着温度升高，一方面复配体系黏度降低，有利于减阻，称为“减阻正作用”；另一方面溶液中分子的不规则热运动加剧，分子间距离变大、活性增强，新三维网络空间结构逐渐破坏分裂，无益于减阻，称为“减阻负作用”。临界温度是“减阻正负作用”互相平衡的结果，当温度低于临界温度时，“减阻正作用”占据主导，表现为减阻率随着温度的升高而增加；当温度高于临界温度时，“减阻负作用”占据主导，表现为减阻率随着温度的升高而降低。

此外，对比图10 中单一CTAC/NaSal 溶液、单一CPAM溶液与复配体系在不同温度下的减阻作用可知，复配体系的减阻作用明显优于任一单一减阻剂（CTAC/NaSal或CPAM）的减阻作用。尤其在高温条件下，复配体系的减阻优势更加显著：55℃时，0.3g/L CTAC/NaSal 溶液最大减阻率仅为15.03%、临界广义雷诺数为10361.64；0.15g/L CPAM溶液最大减阻率为33.53%、临界广义雷诺数为33312.55；而两者复配体系的最大减阻率增大到69.05%，临界广义雷诺数增加至66076.59。不仅减阻率明显上升，而且临界广义雷诺数显著增大，抗剪切性增强。综上可见，阳离子表面活性剂和阳离子聚合物复配能有效增强溶液的耐温性。

3 结论

本文研究了阳离子型表面活性剂和聚合物复配体系的协同减阻作用，分析了聚合物离子类型、表面活性剂浓度、聚合物浓度以及温度对复配体系协同减阻的影响，对不同协同减阻现象进行了合理解释，得出以下结论。

（1）实验分析了四种不同离子类型的PAM与两种阳离子表面活性剂（CTAC、DDBAC）复配体系的协同减阻作用，发现无论阳离子表面活性剂单剂是否有减阻作用，其与聚合物复配体系在二者的静电和疏水作用下均表现出显著的协同减阻作用，且CPAM-CTAC（或DDBAC）/NaSal 复配体系的协同减阻作用>AmPAM-CTAC（或DDBAC）/NaSal复配体系的协同减阻作用>NPAM-CTAC（或DDBAC）/NaSal 复配体系的协同减阻作用>APAM-CTAC（或DDBAC）/NaSal复配体系的协同减阻作用。

（2）在聚合物浓度一定的情况下，阳离子型表面活性剂和阳离子型高聚物之间协同作减阻作用的强弱与阳离子表面活性剂浓度之间并不是单一的线性关系。当表面活性剂浓度小于PSP时，随着表面活性剂浓度的增加，表面活性剂的棒状胶束吸附在高聚物分子链上形成更稠密、更稳定的新三维空间网络结构，该结构能有效抑制湍流发生；高聚物分子链也在二者逐渐增强的疏水作用和静电斥力作用下逐渐伸展，协同减阻作用抗剪切能力持续增强。但一旦表面活性剂浓度超过PSP，高聚物分子链在不断增强的疏水作用和静电斥力作用下愈发伸展，弹性减弱，新三维网络结构开始遭到破坏而分裂，协同减阻作用减小、减阻稳定性变差。

（3）在表面活性剂浓度一定的情况下，新三维空间网络结构基本不会受到聚合物浓度的影响。聚合物浓度对复配体系协同减阻作用的影响主要体现在增强抗剪切性及提高减阻破坏区的减阻率。随着聚合物浓度增加到CAC Ⅰ，聚合物疏水微区逐渐由分子内缔合转变为分子间缔合，分子链互相交叉缠绕形成聚集体，复配体系抗剪切性增强，减阻破坏区减阻率增加。继续增加聚合物浓度至CAC Ⅱ，聚合物疏水微区则主要是分子间缔合，聚集体已大量形成，抗剪切性显著提升，减阻破坏区减阻率亦大幅增加。此后，再增加聚合物浓度，抗剪切性增强趋势及减阻破坏区减阻率增加趋势均明显放缓。

（4）相较于单一减阻剂，复配体系的耐温性显著提升。尤其在高温（55℃）条件下，复配体系仍保有显著的减阻效果，最高减阻率达69.05%。

符号说明

——管道直径，m

——范宁摩擦系数

——管长，m

、′ ——雷诺数、广义雷诺数

——管道内平均流速，m/s

——迁移因子

——剪切速率，s

——协同效率

Δ——流体流经管长的压差，Pa

——摩擦系数