復合離子聚丙烯酰胺交聯體系的研究

王志勇 許磊(大慶煉化公司)

隨著大慶油田的不斷開采，油田已進入高含水期開采階段，因注入水沿地層中高滲透段突進，使得油井含水迅速上升，造成油井過早水淹，油量大幅度下降。為此，采取注水井調剖、油井堵水或注聚合物等措施是提高最終采收率的有效措施之一。

水溶性聚合物凝膠是我國目前研究最多應用最廣泛的一種調剖劑。特別是聚丙烯酰胺大量的應用，這一類調剖劑由主劑（聚丙烯酰胺）和輔劑（交聯劑）構成，在地面現場配制后注入地下，隨后通過交聯反應形成凝膠后，通過吸附、動力捕集、物理堵塞等作用堵塞地層孔隙或裂縫。由于復合離子聚丙烯酰胺分子鏈上既有親水性的陰離子基團,又有對地層巖石吸附能力強的陽離子基團,提高被吸附聚合物的耐沖刷能力，因而延長了堵水調剖的有效期?，F場應用時注入工藝簡單，在油田的三次采油中具有良好的應用前景。

一、各種交聯體系研究

本研究的技術關鍵是選擇一種合適的交聯劑構成復合離子聚丙烯酰胺交聯體系，它不僅僅是構成交聯網絡的中心，更是控制反應的要素。

近年來，人們相繼開發了聚丙烯酰胺/無機延遲交聯體系、聚丙烯酰胺/有機延遲交聯體系和聚丙烯酰胺共聚體系等等。

1.聚丙烯酰胺/無機延遲交聯體系

聚丙烯酰胺/無機延遲交聯體系中，一般選用多價金屬離子的配位螯合物作為交聯劑。目前，應用比較廣泛的交聯劑有鉻離子和鋁離子。其機理是首先由多價金屬形成絡合中心，然后在與聚合物發生交聯反應形成凝膠。由于形成絡合中心這一步反應是無機反應，所以反應速度非常快，不易控制是該交聯體系的一個缺點。

其次，以多價金屬離子為絡合中心的交聯體系所形成的凝膠效果差，以金屬鍵絡合的網絡凝膠剛性過強，表現為凝膠易破碎，粘彈性差，凝膠不穩定。

再次，地下的礦化度較高，大大削弱了該交聯體系金屬離子的絡合作用。

2.聚丙烯酰胺/有機延遲交聯體系

聚丙烯酰胺/有機延遲交聯體系中，交聯劑是有機化合物，使整個交聯體系構成一個多官能團體系，具有一定的活性。當體系達到某一程度時，開始交聯，粘度增大，出現了所謂的凝膠。出現凝膠點時，在交聯網絡之間還有許多溶膠，溶膠還可以進一步交聯成凝膠，表現為溶膠不斷減少，凝膠相應增加。整個交聯過程中體系的物理性能產生顯著變化：凝膠點粘度有突變；充分交聯后，則強度增加。

由于交聯體系在凝膠點粘度突變，因此，我們可以通過預測控制凝膠點來控制交聯體系的交聯反應。

另外，交聯形成的凝膠是以共價鍵鏈接有機分子的，具有相當的穩定性。

3.聚丙烯酰胺共聚體系

聚丙烯酰胺共聚體系中，通常由丙烯酰胺和某些功能單體構成。具體使用方法是將共聚體系和引發劑注入地下，就地聚合而形成具有高強度、高粘彈性凝膠。但是，該體系在形成凝膠前由于粘度很低，極易被地層水所稀釋，還有，地層水中所含某些還原性物質可使加入的引發劑失效，從而導致調剖作業失敗，封堵成功率比較低。

4.交聯體系的確定

通過對比不同交聯體系，采用復合離子聚丙烯酰胺/有機延遲交聯體系。

通過實驗室實驗，對交聯劑的合成進行研究，成功研制出符合要求的交聯體系。

該復合離子聚合物交聯體系由復合離子聚合物和LHK-2交聯劑組成，不受水質和PH值影響，與油層具有較好的配伍性。

二、交聯體系配方的研究

我們在進行配方研究時必須要考慮油田現場應用時的情況（比如配制水源、注入泵的排量，油層的地質條件等等），因此，該交聯體系的配方不是一成不變的，而是可以根據實際應用隨時進行調整的。我們根據大慶油田地層溫度45℃，設計了該交聯體系的一個配方范圍。

1.清水配制

用清水配制復合離子聚丙烯酰胺交聯體系配方及凝膠的成膠性能，

表1 清水配制對單井成膠性能

表2 清水配制對多井成膠性能

2.污水配制

用油田污水配制復合離子聚丙烯酰胺交聯體系的配方及凝膠的成膠性能，

表3 污水配制對單井成膠性能

表4 污水配制對多井成膠性能

從上述實驗結果可以看出，體系PH值呈中性偏堿，可以確保地下成膠。成膠強度大于20000m Pa·s，符合油田調剖的要求。

三、試驗結果分析

該交聯體系在中、堿性條件下成膠，具有成膠時間可控、凝膠強度穩定、彈性大、流動性好、不受水質影響等特點，適用于大慶油田深部調剖。

[1]陳鐵龍、周曉俊、唐伏平、王樹義編著，《弱凝膠調驅提高采收率技術》，2006.

[2]趙徳仁、張蔚盛等著，《聚合物合成工藝學》，1997.

[3]張新平等著，《有關國內聚丙烯酰胺技術的研究》，1997.

[4]蒲萬芬、羅憲波、魏淋生等著，《低滲透裂縫性油藏雙重交聯復合凝膠堵水技術》2006.

[5]高青雨、張福蓮等著，高分子學報，1994，3.