李 娟，王中華，宋小杰，李曉嵐

（1.中國石化 中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽 457001;2.華中科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;3.安徽建筑工業(yè)學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230022)

吸水樹脂在油田開發(fā)中的研究進展

李 娟1，2，王中華1，宋小杰3，李曉嵐1

（1.中國石化 中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院，河南 濮陽 457001;2.華中科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;3.安徽建筑工業(yè)學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230022)

對近年來國內(nèi)外吸水樹脂的結(jié)構(gòu)、吸水過程和制備方法等進行了綜述，分析了目前常用制備方法的優(yōu)缺點。著重介紹了吸水樹脂在油田開發(fā)，如提高采收率、鉆井堵漏、酸化壓裂、固井、鉆井廢水處理等方面的應(yīng)用。分析了吸水樹脂在油田開發(fā)應(yīng)用中存在的問題，總結(jié)了目前采取的解決方法及存在的不足。為使吸水樹脂更好地應(yīng)用于油田開發(fā)，提出了應(yīng)加強對吸水樹脂延時膨脹性、耐熱性和延長有效期進行研究的建議。

吸水樹脂;預(yù)交聯(lián)顆粒;延時膨脹;油田開發(fā)

自美國農(nóng)業(yè)部北方研究所在20世紀(jì)60年代首次報道淀粉接枝類吸水樹脂以來［1－2］，高分子吸水樹脂引起了眾多行業(yè)的關(guān)注，其應(yīng)用已遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域［3－4］，在油田開發(fā)中的應(yīng)用也不斷增多。如吸水樹脂遇水膨脹、遇油收縮，可用于選擇性堵水，吸水后凝膠顆粒有一定的彈性和強度，注入到地層孔隙后，由于近井段壓差大，顆粒在水驅(qū)壓力作用下產(chǎn)生變形，驅(qū)動孔隙內(nèi)的剩余油向生產(chǎn)井運移，達(dá)到驅(qū)油目的;在油層深部，壓差小，顆粒在孔隙內(nèi)滯留，堵塞孔隙通道，具有深部液流轉(zhuǎn)向作用［5］。由于吸水樹脂良好的可變形性，可根據(jù)漏失通道的尺寸大小進行形狀調(diào)節(jié)，遇水膨脹、溶脹但不溶解，膨脹后具有填充堵塞作用，因此也可用作油井堵漏材料。由于吸水樹脂還具有緩釋作用，將交聯(lián)聚合物與酸制成酸釋放體系，降低了H+的傳遞擴散速度，用于酸化壓裂時，可增大酸化作用半徑，增產(chǎn)有效期長。在鉆井廢水處理方面，它可吸收大量含有重金屬離子的水溶液，同時還可與某些金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合作用，將廢水中的金屬離子轉(zhuǎn)變成沉淀物。

本文介紹了吸水樹脂的結(jié)構(gòu)、吸水過程和制備方法，著重闡述了它在油田開發(fā)中的應(yīng)用進展。

1 吸水樹脂的結(jié)構(gòu)和吸水過程

吸水樹脂是一種遇水溶脹但不溶解的交聯(lián)聚合物，其分子結(jié)構(gòu)上含有親水性基團（如羧基、羥基、酰胺基、磺酸基等)，同時又具有一定交聯(lián)度的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)親水基團的種類，吸水樹脂可分為：陰離子型、陽離子型、非離子型以及離子與非離子的復(fù)合型。離子型吸水樹脂吸水能力強，但吸水速率慢，耐鹽性較差;非離子型吸水樹脂吸水速率快，耐鹽性好，但吸水能力較差;離子與非離子的復(fù)合型吸水樹脂是一種吸水能力和耐鹽性較好的吸水材料。

吸水樹脂的吸水過程可分3個作用［6］：水潤濕、毛細(xì)管效應(yīng)和滲透壓。水潤濕是吸水的必要條件，通過親水性基團實現(xiàn);毛細(xì)管效應(yīng)可以使與聚合物接觸的水迅速擴散到聚合物中［7］;滲透壓可以使水通過毛細(xì)管擴散，滲透到聚合物內(nèi)部。吸水樹脂與水接觸后，樹脂中的親水性基團與水分子發(fā)生水合作用，親水性基團電離，產(chǎn)生可自由移動的抗衡離子。但為保持樹脂網(wǎng)絡(luò)的電中性，抗衡離子只能在聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自由移動。在陰、陽離子的靜電吸引作用下，溶劑中帶相反電荷的離子被抗衡離子吸附到樹脂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，形成雙電層，導(dǎo)致交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓，促使水分子進入到樹脂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。隨著水分子進入到樹脂網(wǎng)絡(luò)，電荷濃度逐漸降低，雙電層的滲透壓差逐漸減小，水分子進入到樹脂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的驅(qū)動力逐漸減弱，直至達(dá)到溶脹平衡。

2 吸水樹脂的制備方法

根據(jù)聚合方法的不同，吸水樹脂的制備方法可分為溶液聚合法、反相懸浮聚合法、反相乳液聚合法等，其中以溶液聚合法和反相懸浮聚合法的研究居多。

2.1 溶液聚合法

溶液聚合法是將單體和引發(fā)劑溶于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后進行聚合的方法。對于吸水樹脂，一般以水為溶劑。單體溶解于水，但生成的聚合物不溶于水，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、粉碎和過篩，得到吸水樹脂。其中凝膠的干燥方式和方法對其微觀結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)影響很大，因此干燥過程需要格外重視［8］。

王正良等［9］以丙烯酸（AA)、丙烯酰胺（AM)、丙烯腈（AN)、二甲基烯丙基氯化銨為原料，在單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% ～30%、交聯(lián)劑質(zhì)量為單體質(zhì)量的3%～5%、氧化還原引發(fā)劑質(zhì)量為單體質(zhì)量的0.05% ～0.20%、pH為5～7、50～60℃下溶液聚合8～12 h，聚合產(chǎn)物經(jīng)切片、烘干和粉碎，得到高強度水膨型堵水劑JBD。周明等［10］以淀粉和AM 為原料，制備了中低溫水基強凝膠堵劑CSAM。在80℃下，通過組分濃度篩選得到了堵劑配方為：淀粉接枝聚丙烯酰胺（PAM)6 g/L、間苯二酚4 g/L、六次甲基四胺0.2 g/L。該堵劑的適用溫度范圍為30～80℃。馬松梅等［11］以AA和黏土為原料、Al2O3為交聯(lián)劑、Na2S2O8－Na2SO3為引發(fā)劑，通過溶液聚合制備了聚丙烯酸（PAA)/黏土復(fù)合高吸水性樹脂。確定了合成該樹脂的適宜條件：鹽酸濃度6 mol/L、AA中和度60%、黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.6%、引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00%、交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.35% ～0.40%。該吸水樹脂在鹽水中仍具有很高的吸水倍數(shù)，有望用作高鹽油藏的堵水劑。

采用溶液聚合法制備吸水樹脂工藝簡單，以水為溶劑，成本低且無環(huán)境污染，但存在如下問題：（1)單體濃度低、聚合速率較慢、設(shè)備利用率和生產(chǎn)能力較低;（2)聚合物相對分子質(zhì)量較低。

2.2 反相懸浮聚合法

反相懸浮聚合法是指以油相為分散介質(zhì)、水溶性單體為水相液滴，引發(fā)劑溶解在水相中進行聚合的方法。該方法所采用的單體是水溶性的或親水性的，引發(fā)劑也是水溶性的。

劉機關(guān)等［12］以AM 為原料、N，N－亞甲基雙丙烯酰胺（BIS)為交聯(lián)劑、Span 80為分散劑，在環(huán)己烷中進行反相懸浮聚合制備了微米級PAM交聯(lián)微球;通過改變攪拌轉(zhuǎn)速、引發(fā)劑用量、分散劑用量、油水比，可將PAM 的平均粒徑控制在5～175 μm;同時對PAM微球的溶脹性能進行了研究，為其用于油田堵水調(diào)剖提供了技術(shù)保證。陳馥等［13］以AA和AM為原料、環(huán)己烷為分散介質(zhì)、Span 60為分散劑、K2S2O8－NaHSO3為引發(fā)劑、BIS為交聯(lián)劑，采用反相懸浮聚合法制備了一種高吸水樹脂;制得該吸水樹脂的適宜條件為：AA與AM摩爾比7∶3，反應(yīng)溫度55℃，反應(yīng)時間4 h，分散劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑分別占單體總質(zhì)量的3.5%，0.035%，3.5%。該吸水樹脂可有效降低高吸水層段的吸水量，改善注水井的吸水剖面。

反相懸浮聚合法克服了溶液聚合法的聚合速率慢、相對分子質(zhì)量低的問題，具有聚合速率快、相對分子質(zhì)量高的優(yōu)點，且聚合熱容易排出，副反應(yīng)少。但反相懸浮聚合法存在3點不足：（1)在懸浮體系中，懸浮劑和攪拌轉(zhuǎn)速是兩個重要因素，若懸浮分散體系不穩(wěn)定，容易發(fā)生暴聚、凝膠粘壁;（2)產(chǎn)品中含有少量的分散劑殘留物;（3)分散介質(zhì)和溶劑的回收困難。

2.3 反相乳液聚合法

反相乳液聚合法是指水溶性單體在油性介質(zhì)中，在乳化劑作用下，并借助于強力攪拌分散成乳液狀態(tài)而進行聚合的方法。乳液聚合屬于水包油體系，采用的水包油乳化劑的親水親油平衡值（HLB)為8～18;而反相乳液聚合屬于油包水體系，采用的油包水乳化劑的HLB為3～8。

趙懷珍等［14］以AM 和丙烯酸鈉為原料、Span 80和Tween 60為乳化劑、過硫酸銨為引發(fā)劑，制備了交聯(lián)的PAM微球。交聯(lián)比為0.1%，0.5%，1.0%時，微球平均粒徑分別為 74.9，151.8，214.9 nm。鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0增至0.5%時，微球平均粒徑由202.7 nm減小到93.5 nm。采用反相乳液聚合法制備的交聯(lián)聚合物微球具有較好的變形性和壓縮性，可用于油田的深度堵水調(diào)剖。

反相乳液聚合法聚合速率快，產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量高，單體殘存量少［15］，但它存在產(chǎn)物中殘留有乳化劑、后處理工藝復(fù)雜、成本高等缺點［16］。

吸水樹脂的制備除了上述3種常用的方法外，還有原位聚合［17］、前沿聚合［18］、模板聚合［19］、紫外輻射引發(fā)［20］、微波輻射引發(fā)［21］、超聲輻射引發(fā)［22］、γ －射線輻射引發(fā)［23］、電子束輻射引發(fā)［24］等方法。

3 吸水樹脂在油田開發(fā)中的應(yīng)用

3.1 提高采收率

隨著油田的不斷開發(fā)，油藏非均質(zhì)情況進一步惡化，嚴(yán)重影響了油田的開采效率。注水井調(diào)剖、油井堵水是提高采收率的重要措施。吸水樹脂可對油井進行選擇性堵水，調(diào)整地層的吸液剖面，使水轉(zhuǎn)入低滲透層，增加驅(qū)油效果，提高采收率。同時吸水樹脂的變形能力好、在多孔介質(zhì)中運移性好，能起到油藏深部調(diào)驅(qū)的作用。

由于吸水材料的良好性能，近年來，對吸水材料調(diào)剖劑進行了大量研究，制備了適用于不同裂縫程度、不同地層溫度、不同地質(zhì)特征等的堵水調(diào)剖劑。針對長慶油田盤古梁長6低滲裂縫性油藏，王健等［25］研制了預(yù)交聯(lián)顆粒－水驅(qū)流向改變劑－聚合物弱凝膠復(fù)合深部調(diào)驅(qū)體系，其中預(yù)交聯(lián)顆粒和水驅(qū)流向改變劑發(fā)揮深部調(diào)剖的作用，有效封堵了大裂縫出水通道。胡三清等［26］以AM，AA，AN為原料，制備了高強度吸水樹脂JAR，用于封堵高滲透層，在中原油田、勝利油田和南陽油田等進行現(xiàn)場試驗，取得了較好效果。周亞賢等［27］針對中原油田高溫（120℃以上)、高鹽（礦化度為220 000 mg/L)區(qū)塊油藏特征，通過主劑單體的篩選、加入添加劑和完善合成工藝等方法研制了2－丙烯酰胺基－2－甲基丙磺酸（AMPS)耐溫抗鹽預(yù)交聯(lián)顆粒調(diào)驅(qū)劑，并在濮4－581和濮5－112井實施深部調(diào)剖作業(yè)，現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，該耐溫抗鹽調(diào)驅(qū)劑提高了水驅(qū)波及效率和井組采收率。

研究結(jié)果表明，吸水樹脂堵水調(diào)剖劑具有以下優(yōu)點：（1)吸水樹脂顆粒經(jīng)交聯(lián)、干燥、粉碎和分篩而制得，克服了常規(guī)未交聯(lián)堵水調(diào)剖劑進入地層后，因稀釋、剪切、降解等造成的不成膠問題;（2)其黏彈性使其在孔喉發(fā)生形變，表現(xiàn)出“變形蟲”的特征，小于孔喉的顆粒，吸水膨脹后填充大孔隙;大于孔喉的顆粒，在壓力作用下部分失水，被擠入孔隙;（3)通過改變配方可制備不同強度、膨脹度和適用于不同地層溫度的調(diào)驅(qū)劑，具有廣泛的適應(yīng)性［28－29］;（4)成本低，施工工藝簡單［30］。

吸水樹脂堵水調(diào)剖劑在提高油田采收率方面取得了一些進展，但仍然存在一些問題。如隨著不斷地向地層深部的鉆探與開發(fā)，鉆遇的情況越來越復(fù)雜，井溫越來越高，部分區(qū)塊油藏溫度達(dá)到150℃以上，因此，吸水樹脂的耐高溫性能有待提高，以適應(yīng)于深井和超深井的高溫地層;吸水樹脂的主體成分為聚合物，在使用過程中受溫度和礦化度的影響，降解是必然的趨勢，如何延長調(diào)剖劑的有效期也很重要［31］;特別是吸水樹脂遇水膨脹，粒徑變大，進入油藏的深度有限，實現(xiàn)延時膨脹對提高采收率、更好地發(fā)揮其調(diào)剖作用十分關(guān)鍵。為此，圍繞吸水樹脂堵水調(diào)剖劑的延時膨脹，開展了一系列的研究工作，歸納起來主要有包裹法、疏水改性法、互穿網(wǎng)絡(luò)法和非水?dāng)y帶液法。

3.1.1 包裹法

包裹法即在吸水樹脂表面包覆一層疏水材料，到達(dá)一定的地層溫度或在一定的剪切力作用下，壁材發(fā)生熔化、溶解或被剪切破壞，釋放出吸水樹脂。魏發(fā)林等［32］采用線型低密度聚乙烯作為包覆材料，制備了包覆的PAA類吸水樹脂。該方法有一定的延時膨脹性，但對溶劑的選擇要求較高。文獻［33］報道，采用天然樹膠作壁材，達(dá)到預(yù)期的地層孔隙后，釋放出吸水樹脂，驅(qū)動孔隙的內(nèi)剩余油向生產(chǎn)井運移。鄧又俊等［34］采用包裹材料PKA和PBG以及兩者復(fù)合包裹材料PAMG對吸水樹脂進行了包覆處理。包覆程序較為復(fù)雜，一次很難獲得較好的包覆效果。包覆劑濃度太低時，形成的包覆膜薄，緩膨效果差;包覆劑濃度高時，加入的非溶劑使包覆膜和體系的相容性變差，包覆效果差。采用無機材料（如纖維素衍生物、黏土、礦物等)也不能將吸水樹脂完全包覆［35］。

綜上所述，采用包裹法實現(xiàn)延時膨脹存在的主要問題有：（1)包覆不均勻，需要重復(fù)多次才能完全包覆;（2)因包覆材料要具有合理的熔化或溶解的溫度和時間，因而包覆材料的選擇范圍十分有限;（3)包覆工序復(fù)雜，難以實現(xiàn)工業(yè)化。

3.1.2 疏水改性法

將疏水單體和水溶性單體進行共聚可以調(diào)節(jié)吸水樹脂的吸水速率［36］。葛紅江等［37］將親水單體、疏水單體、乳化劑等配成混合液，通過溶液聚合得到高強度的水凝膠。研究結(jié)果表明，疏水單體減緩了樹脂的吸水速率，提高了凝膠的強度。王思耀等［38］以淀粉、AM和一種疏水單體為原料，合成了吸水樹脂堵水調(diào)剖劑，其膨脹時間長，抗鹽性好。在引入疏水單體時，可減緩吸水速率，但吸水能力降低。因此，采用此方法時應(yīng)兼顧吸水樹脂的吸水能力。

3.1.3 互穿網(wǎng)絡(luò)法

針對吸水樹脂膨脹速率過快、強度較低、進入地層深度有限等問題，唐孝芬等［39］在常規(guī)吸水網(wǎng)絡(luò)中引入控制吸水速率的高分子網(wǎng)絡(luò)，形成緩膨、高強的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其在進入地層深部之前緩慢吸水。靜態(tài)吸水實驗結(jié)果表明，緩膨時間在3 d以上，完全吸水膨脹時間大于20 d。

3.1.4 非水?dāng)y帶液法

外部溶液中的離子對樹脂的吸水性能有抑制作用，因而可利用這種抑制作用實現(xiàn)延時膨脹。其方法是在地面上用一定濃度的鹽水作為攜帶液，吸水樹脂發(fā)生輕微膨脹，當(dāng)?shù)竭_(dá)漏失地層后，在地層水的稀釋作用下，攜帶液的離子強度下降，樹脂進一步吸水膨脹［5］。以鹽水為攜帶液時，需要考慮樹脂吸水膨脹的恢復(fù)能力，即攜帶液被地層水稀釋后，其最終的膨脹度能否達(dá)到或接近與直接加清水時的膨脹度。宋軍等［40］對比NaCl和CaCl2兩種攜帶液時發(fā)現(xiàn)，兩者在浸泡膨脹材料后，未清洗前的膨脹材料的吸水倍數(shù)較小，都具有抑制作用;清洗后，NaCl介質(zhì)對高膨脹材料的吸水性能恢復(fù)較好，而CaCl2較差。通過改變攜帶液的pH也可實現(xiàn)延時膨脹［41］。先用酸性溶液攜帶在堿性條件下吸水的樹脂，到達(dá)合適的地層后，注入第二種溶液，提高溶液的pH至堿性，使樹脂發(fā)生吸水膨脹。

疏水性液體如碳?xì)浠衔镆部勺鳛槲畼渲臄y帶液［42］。在表面活性劑的作用下，吸水樹脂懸浮于碳?xì)浠衔镏?，到達(dá)目的地層后，吸水樹脂與地層水接觸，發(fā)生吸水膨脹。這種碳?xì)浠衔锟梢允窃?、柴油、煤油、礦物油、汽油等，從經(jīng)濟角度考慮，柴油是最佳的選擇［43－44］。但柴油中雜質(zhì)較多，容易引起樹脂顆粒絮凝，因此采用過濾后的柴油較好［45］。

3.2 鉆井堵漏

吸水樹脂由于具有良好的可變形性，可根據(jù)漏失通道的尺寸大小進行形狀調(diào)節(jié)，遇水發(fā)生吸水膨脹，溶脹但不溶解，膨脹后具有填充堵塞的作用，在油井堵漏中發(fā)揮重要的作用。如王正良等［46］采用乙烯基陰、陽、非離子單體，制備了聚合物堵漏劑JPD，JPD堵漏劑配制的淡水鉆井液和海水鉆井液具有很好的封堵效果，其封堵率大于99%。新疆石油管理局研制的延遲膨脹顆粒堵漏劑WEA－1，吸水體積可膨脹4～8倍，在80℃下能夠穩(wěn)定1～1.5個月，應(yīng)用于新疆油田公司彩南油田的C2872井、C3002井和霍001井，取得了較好效果［47］。黃達(dá)全等［48］研制的可膨脹高效承壓堵漏劑中含有大量的—COO－和—NH2吸水基團，進入孔喉或微裂縫1～5 h后，體積可膨脹3～25倍，在漏失通道形成堵塞。該堵漏劑在港東16井取得了較好的堵漏效果。吉林石油集團公司研制的XA溶脹型隨鉆堵漏劑在0～8 h內(nèi)體積可膨脹1～20倍，可根據(jù)砂巖孔徑和泥巖裂縫形狀進行填充，起到封堵作用［49］。該堵漏劑在孤33－10井和中國石油吉林油田公司紅崗地區(qū)的推廣應(yīng)用也取得了成功。中國石化中原石油勘探局鉆井工程技術(shù)研究院針對普光地區(qū)承壓堵漏技術(shù)存在裸眼段長、漏層及縫洞孔喉尺寸難確定等難點，研制了凝膠承壓堵漏材料NFJ－1［50］，該堵漏劑承壓能力達(dá)10 MPa，在普光地區(qū)4口井中進行了試驗，取得了很好的堵漏效果。

文獻［51］報道，采用未交聯(lián)的多糖制備了可降解吸水樹脂堵漏材料。這類樹脂為非離子性，對海水不敏感，在海水中或鹽水中的吸水倍率在20倍以上，適用于海上油田的堵漏。文獻［52］報道了PAM隨鉆堵漏材料的制備方法。將不同配方、不同粒徑、適度交聯(lián)的PAM顆粒加入到鉆井液體系中，到達(dá)漏失地層附近后，交聯(lián)的PAM逐漸吸水，在漏失通道處膨脹，堵塞漏失裂縫或孔隙。這種防漏材料可與其他膨脹或不膨脹堵漏材料配合使用，也可單獨使用。文獻［53］報道，將吸水樹脂、不溶性聚合物和膨潤土混合用于堵塞溶洞性漏失。該堵漏材料與地層水接觸足夠長的時間后，就會堵塞漏失通道。當(dāng)聚合物與膨潤土的質(zhì)量比為3∶1～1∶3時，該堵漏材料能有效地封堵裂縫性地層。該堵漏材料在淡水泥漿中的堵漏效果良好，在鹽水泥漿中的堵漏效果較差。

暫堵技術(shù)是保護油氣層的核心技術(shù)之一。暫堵劑是一種暫時具有封堵作用的化學(xué)試劑，它進入地層后，在地層條件下經(jīng)一段時間后變成一種具有一定封堵能力的凝膠;在一定時間內(nèi)它又能自行破膠液化或降解，使中低滲透層的滲透率得到有效恢復(fù)。呂清河等［54］制備了一種預(yù)交聯(lián)聚合物油井暫堵劑，含有大量的親水基團—CONH2，—CH2OH，—COOH等。吸水膨脹后形成一種高黏彈性膠體，泵入漏失地層后，向地層孔隙內(nèi)運移，顆粒被擠壓變形產(chǎn)生堵塞。經(jīng)過一段時間后，暫堵劑水化，被流動的液體攜帶出去，便可恢復(fù)油井的正常生產(chǎn)。李慶松［55］采用PAM和交聯(lián)劑制備了凝膠暫堵劑，在153－側(cè)斜393、高－斜41兩口注水井進行了防污染暫堵劑封竄現(xiàn)場試驗，暫堵效果很好。

隨著鉆遇地層的日趨復(fù)雜，地層出現(xiàn)大裂縫和溶洞性的漏失較多，如川東北地區(qū)裂縫性和溶洞性的漏失分別占67.0%和2.2%，漏失量分別占56.6%和28.9%。這種惡性漏失，漏失孔隙尺寸大，堵漏材料難駐留，孔隙和裂縫相互連通，漏失量大。因此，需要加強針對大裂縫和溶洞性漏失的堵漏材料和堵漏工藝的研究。目前，適用于深井、超深井的抗高溫堵漏材料十分缺乏。吸水樹脂類堵漏材料的堵塞是靠吸水樹脂體積膨脹填塞漏失通道來實現(xiàn)的，是一個物理填塞的過程。對于裂縫性地層，稍有壓力波動，裂縫擴展，容易引起二次漏失。若采用黏結(jié)性堵漏材料，除了填充堵塞外，還能將漏失地層黏結(jié)起來形成一個整體，可提高堵漏材料的承壓強度和承受壓力波動的能力。

3.3 其他方面

酸化壓裂廣泛應(yīng)用于碳酸巖或石灰?guī)r地層的增產(chǎn)處理［56］。常規(guī)的鹽酸酸化反應(yīng)速率快，只能浸蝕近井地帶，其增產(chǎn)有效期短。將酸與聚合物制成酸釋放體系，降低了H+傳遞擴散的速率，增大了酸化作用半徑，延長了裂縫長度，增產(chǎn)有效期長，幅度大［57－58］。

在固井過程中，水泥固化時間長，易被地層水稀釋，流入地層。吸水樹脂可吸收水泥漿中的自由水，使水泥迅速固化，減少水泥的流失［59］。同時，吸水樹脂中的某些活性基團與水泥作用，能提高水泥的強度，固井效果好［60］。

鉆井廢水產(chǎn)生于油氣田鉆井的各個作業(yè)過程中，其顏色深，含水量大，成分復(fù)雜，鉆井廢水的處理已成為石油企業(yè)環(huán)境保護的重要研究課題之一。吸水樹脂可吸收大量含有重金屬離子水溶液［61］，避免鉆井廢水流失，造成地表水、地下水和土壤的污染。此外，吸水樹脂能與某些金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合作用［62］，將廢水中的金屬離子轉(zhuǎn)變成沉淀物，降低鉆井廢水中重金屬離子的含量，如PAM對鉻的去除率達(dá) 81.7%［63］。

4 結(jié)語

吸水樹脂在油田開發(fā)中發(fā)揮了重要作用，取得了一定效果。但隨著不斷地向地層深部的鉆探與開發(fā)，鉆遇情況日趨復(fù)雜，油田開發(fā)過程中對吸水樹脂的要求也越來越高，該領(lǐng)域仍存在下列問題有待解決。

（1)在堵水調(diào)剖和油井堵漏中，吸水樹脂在達(dá)到目標(biāo)地層前膨脹，不僅給施工帶來困難，而且作用效果差。如何通過聚合物的分子設(shè)計或優(yōu)化合成工藝，實現(xiàn)吸水樹脂的延時膨脹，值得深入研究。

（2)目前的吸水樹脂基本能滿足135℃以下地層溫度的堵水調(diào)剖和堵漏要求，隨著深井、超深井的鉆探與開發(fā)，井溫越來越高，因此，有必要對耐高溫吸水樹脂進行深入研究，提高其熱穩(wěn)定性，以滿足深井、超深井的需求。

（3)大裂縫和溶洞性漏失是鉆井過程中的一個難題，如何挖掘吸水樹脂的潛能，更好地發(fā)揮它的堵漏作用，或者通過它與其他復(fù)配堵漏材料的協(xié)同作用，更好地解決這類惡性漏失的堵漏問題，有待于進一步研究。一般而言，吸水樹脂的膨脹度增大，強度降低，在不影響吸水樹脂承壓強度的前提下，使其膨脹度最大化是解決大裂縫和溶洞性漏失的一個途徑;或在吸水樹脂吸水膨脹的基礎(chǔ)上，提高吸水樹脂間的作用力，使吸水樹脂在大的漏失通道處迅速膨脹，聚集黏結(jié)，形成一個黏結(jié)性的封堵層。

隨著吸水樹脂結(jié)構(gòu)的不斷改進，制備方法的不斷完善，應(yīng)用開發(fā)的不斷推進，吸水樹脂將為石油行業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

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Research Progress in Water Absorbent Polymers for Oilfield Development

Li Juan1，2，Wang Zhonghua1，Song Xiaojie3，Li Xiaolan1

（1.Drilling Technology Research Institute，Zhongyuan Petroleum Exploration Bureau，SINOPEC，Puyang Henan 457001，China;2.Institute of Materials Science and Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan Hubei 430074，China;3.Institute of Materials and Chemical Engineering，Anhui University of Architecture，Hefei Anhui 230022，China)

This paper reviewed structures，water absorption process and preparation methods of water absorbent polymers domestically and abroad.Both advantages and disadvantages of these preparation methods were analyzed.The applications of the water absorbent polymers in oilfields were emphasized，such as enhanced oil recovery，lost circulation，acid fracturing，cementing，drilling wastewater treatment and so on.The problems of the water absorbent polymers used in oil development and the shortcomings of the current solutions for these problems were discussed.For better application of the water absorbent polymers in oil development，it is proposed that the study of the water absorbent polymers should be focused on delayed expansion，thermal stability improvement and extended durability of the polymers.

water absorbent polymer;pre-crosslinked particle;delayed expansion;oilfield development

1000－8144（2011)03－0334－07

TQ 322.4

A

2010－09－12;［修改稿日期］2010－12－12。

李娟（1982—)，女，湖北省鐘祥市人，博士后，工程師，電話0393－4899703，電郵 hustpolymer@yahoo.cn。

（編輯 李明輝)