秦 義，徐方向，劉志輝，卞 龍

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.西南石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610100）

水溶性聚合物凍膠是我國(guó)20世紀(jì)70年代以來(lái)研究最多應(yīng)用最廣的一種堵水調(diào)剖劑，特別是聚丙烯酰胺類凍膠在油田被大量而廣泛的應(yīng)用［1-2］。聚丙烯酰胺（HPAM）／酚醛體系具有成本低、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，低濃度HPAM／酚醛弱凝膠是油田調(diào)剖常用調(diào)剖劑，常用于油田深部調(diào)剖，效果良好［3］。針對(duì)靖安油田地層復(fù)雜、油井產(chǎn)出含水高等特點(diǎn)開發(fā)一種低成本、抗鹽性強(qiáng)的弱凝膠調(diào)剖體系，擴(kuò)大注水波及效率，以增油降水。筆者選用HPAM／酚醛體系進(jìn)行優(yōu)化，采用低濃度聚合物，并在成膠結(jié)構(gòu)中引入大分子鏈提高其抗鹽性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品與儀器

聚丙烯酰胺，工業(yè)品；氯化銨、間苯二酚、烏洛托品，分析純；復(fù)合輔助交聯(lián)劑，實(shí)驗(yàn)室自制。

NDJ-8S旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

量取一定體積的水，加入稱量好的聚丙烯酰胺，用攪拌器攪拌10min后得到聚丙烯酰胺母液，靜置。再量取少量水，加入稱量好的烏洛托品、間苯二酚及復(fù)合交聯(lián)劑（自制）；將上述溶液緩慢倒入聚丙烯酰胺母液中，攪拌均勻，置于60℃水浴中反應(yīng)24h后測(cè)其黏度。

2 結(jié)果與討論

2.1 烏洛托品的影響

延緩交聯(lián)是高含水油田實(shí)現(xiàn)凝膠深部調(diào)剖、改善注水開發(fā)效果的重要技術(shù)之一。甲醛與聚丙烯酰胺分子鏈上的酰胺基發(fā)生羥甲基化反應(yīng)形成凝膠，反應(yīng)很迅速［4-5］。烏洛托品在反應(yīng)中起延緩交聯(lián)作用，使用烏洛托品代替甲醛，烏洛托品在酸性條件下緩慢釋放甲醛參與交聯(lián)反應(yīng)，如圖1所示烏洛托品的含量不同，弱凝膠的成膠時(shí)間有明顯差異，烏洛托品含量越高，成膠時(shí)間越短。烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%時(shí)，弱凝膠成膠時(shí)間約10.5h，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí)，成膠時(shí)間只有9h。

圖1 烏洛托品含量不同時(shí)弱凝膠成膠的曲線

2.2 復(fù)合輔助交聯(lián)劑的影響

復(fù)合輔助交聯(lián)劑是由酚醛按1∶3縮合而成的樹脂類大分子，以提高弱凝膠的抗鹽性。針對(duì)復(fù)合輔助交聯(lián)劑對(duì)弱凝膠抗鹽性的影響，進(jìn)行了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)地層水取自靖安油田某區(qū)塊，礦化度約88g／L。圖2為兩種弱凝膠成膠后置于60℃的黏度變化曲線。從圖2可以看出，兩種凝膠成膠30d后仍具有較高黏度，凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。含輔助交聯(lián)劑的弱凝膠黏度明顯較大。但是該交聯(lián)劑分子過(guò)大與聚合物交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不如甲醛、間苯二酚與聚合物形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以在濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致弱凝膠黏度下降。

圖2 復(fù)合輔助交聯(lián)劑對(duì)弱凝膠抗鹽性的影響

2.3 正交與水平實(shí)驗(yàn)分析

初步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響以凝膠黏度主要指標(biāo)有A（HPAM質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%），B（烏洛托品質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%），C（間苯二酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%），D（復(fù)合輔助交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%），E（NH4Cl質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）。為確定最佳工藝條件，設(shè)計(jì)了L16（45）正交表，以凝膠黏度為考察指標(biāo)，因素水平見表1，結(jié)果見表2。

由表2可見：各因素對(duì)弱凝膠強(qiáng)度影響的順序?yàn)椋築＞E＞C＞D＞A。最優(yōu)配方為：A3B1C4D2E4，即0.15%HPAM＋0.03%烏洛托品＋0.025%間苯二酚＋0.06%復(fù)合輔助交聯(lián)劑＋2.5%氯化銨。根據(jù)上述配方用清水配制弱凝膠成膠強(qiáng)度達(dá)45Pa·s，膠體穩(wěn)定，整體性良好。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理結(jié)果

2.4 不同水型配制的凝膠性質(zhì)

按最優(yōu)配方，使用清水、地層水1（礦化度40 g／L）、地層水2（礦化度80g／L）、地層水3（礦化度120g／L）分別配制4組弱凝膠，在60℃進(jìn)行成膠反應(yīng)，測(cè)定弱凝膠黏度。圖3為4組弱凝膠的成膠曲線。從圖3可以看出：弱凝膠強(qiáng)度隨地層水礦化度增加，黏度下降。這是由于地層水中含Na＋、Ca2＋等陽(yáng)離子，使得交聯(lián)溶液中的聚合物鏈蜷曲，聚丙烯酰胺分子周圍的雙電層被壓縮，限制了分子間的交聯(lián)點(diǎn)從而使得體系黏度下降。雖然礦化度越高，弱凝膠黏度越低，但同樣存在較好的強(qiáng)度，礦化度為120g／L時(shí)，凝膠黏度達(dá)15 Pa·s。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)：4種弱凝膠在60℃放置30 d后依舊保持較好的整體性，無(wú)脫水現(xiàn)象發(fā)生。

圖3 4種水型分別配制的弱凝膠的成膠曲線

3 結(jié) 論

a.研究了烏洛托品對(duì)弱凝膠的影響，可通過(guò)調(diào)節(jié)輔助交聯(lián)劑與烏洛托品用量比來(lái)控制弱凝膠成膠時(shí)間，以滿足不同深度地層的調(diào)剖堵水需要。引入復(fù)合輔助交聯(lián)劑可明顯改善弱凝膠抗鹽性，使弱凝膠在高礦化度條件下，依舊具有較高的黏度及穩(wěn)定性。

b.通過(guò)正交水平因素分析實(shí)驗(yàn)確定了該體系若凝膠的最優(yōu)配方，并用不同礦化度的地層水對(duì)該配方體系進(jìn)行了檢驗(yàn)，凝膠體系成膠強(qiáng)度隨礦化度上升，強(qiáng)度下降，但依舊可保持高強(qiáng)度及長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性，滿足調(diào)剖要求。

［1］李宇鄉(xiāng)，唐孝芬，劉雙成.我國(guó)油田化學(xué)堵水調(diào)剖開發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀 ［J］.油田化學(xué)，1995，12（1）：88-94.

［2］Zaitoun A，Rahbari R，Kohler N.The polyacrylamide gels for water control in high-permeability production well.SPE 22785，1991：263-273.

［3］陳鐵龍，周曉俊，唐伏平，等.弱凝膠調(diào)驅(qū)提高采收率技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006：26-29.

［4］李超群，王增寶，閆國(guó)峰，等.耐溫抗鹽型HPAM／酚醛樹脂凍膠體系研究 ［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2011，13（1）：4-7.

［5］張建國(guó)，毛宏志.HPAM／酚／醛／Al3＋交聯(lián)體系研究 ［J］.油田化學(xué)，2003，20（1）：47-50.