HPAM/酚醛/脲醛復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

于麗宏

(中國國石油遼河油田分公司，遼寧盤錦 124010)

非均質(zhì)性的油藏在開發(fā)過程中，注入液常沿高滲透部分突進(jìn)，為了改善這一問題，需實(shí)施暫堵作業(yè)。為此，我們對部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)/酚醛樹脂凝膠體系配方進(jìn)行改進(jìn)，制備HPAM/酚醛/脲醛交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑體系，交聯(lián)機(jī)理為：以HPAM為主劑，因其分子中含羧基和酰胺基，分別與有機(jī)酚醛和有機(jī)脲醛形成共價(jià)鍵進(jìn)行交聯(lián)，可增加聚合物分子的交聯(lián)度。在模擬地層水的油藏條件下，考察影響復(fù)合交聯(lián)聚合物體系成膠性能的幾個(gè)主要因素，優(yōu)化出黏彈性高、強(qiáng)度高的復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑最佳配方，并對其性能進(jìn)行了室內(nèi)評(píng)價(jià)。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　原料與儀器

HPAM，相對分子質(zhì)量175×106，水解度24.2%，大慶萬達(dá)石化公司；苯酚、尿素、烏洛托品(六次甲基四胺)，均為工業(yè)級(jí)；催化劑，氫氧化鋇，工業(yè)級(jí)，廊坊金諾生物科技開發(fā)有限公司；穩(wěn)定劑，硫脲，工業(yè)級(jí)，青州市凱信化工有限公司；實(shí)驗(yàn)用水，自來水中加入NaCl模擬地層水，礦化度5 000 mg/L。

DV-Ⅱ旋轉(zhuǎn)布氏黏度計(jì)，美國Brookfield公司；SY-001型石油混調(diào)器，北京綠野創(chuàng)能機(jī)電設(shè)備有限公司；KJ.17-ZC10型滾子加熱爐，北京卓川電子科技有限公司。

1.2　HPAM/酚醛/脲醛復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠體系的制備

分別取一定量的組分加入模擬地層水中，混合均勻，密封后置于滾子加熱爐中養(yǎng)護(hù)。

1.3　黏度測定方法

采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在20 ℃，6 r/min條件下，測定復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠體系的黏度。

2　復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑最佳配方的確定

2.1　HPAM

苯酚和尿素含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)0.6%，烏洛托品含量1.2%，催化劑氫氧化鋇含量0.15%，穩(wěn)定劑硫脲含量0.2%，溫度75 ℃，溶液體系pH值為7，考察HPAM含量對體系成膠時(shí)間和凝膠強(qiáng)度的影響，凝膠強(qiáng)度用黏度表征，結(jié)果見表1。

表1　HPAM含量對成膠時(shí)間和黏度的影響

由表1可知，暫堵劑溶液在75 ℃下，烏洛托品隨時(shí)間緩慢釋放出甲醛，在催化劑作用下體系中苯酚和尿素分別與甲醛發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，促使分子鏈形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而形成凝膠。當(dāng)HPAM含量為0.6%時(shí)，成膠時(shí)間加快，凝膠黏度增加；當(dāng)HPAM含量繼續(xù)增加時(shí)，成膠時(shí)間和凝膠黏度變化幅度下降；當(dāng)HPAM含量為1.0%時(shí)，HPAM含量對體系的成膠時(shí)間和凝膠強(qiáng)度影響不大[1]。因此，HPAM含量以0.9%為宜。

2.2　苯酚

固定其他條件，HPAM含量0.9%，考察苯酚含量對體系成膠時(shí)間和凝膠強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表2。在75 ℃下苯酚、尿素與烏洛托品釋放出的甲醛在催化劑作用下，均可生成熱固型酚醛樹脂，苯酚含量大于0.7%，成膠時(shí)間大于42 h時(shí)，黏度保持在10 000 mPa·s。繼續(xù)增加苯酚含量，成膠時(shí)間和黏度變化不大。因此，苯酚含量以0.6%為宜。但隨著苯酚含量增加，凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中引入苯基數(shù)量增加，凝膠的熱穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。因此，高溫油藏調(diào)剖作業(yè)時(shí)可適當(dāng)增加苯酚含量。

表2　苯酚含量對成膠時(shí)間和黏度的影響

2.3　尿素

固定其他條件，苯酚含量為0.6 %，考察暫堵劑體系中尿素含量對凝膠體系成膠時(shí)間和凝膠強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表3。

表3　尿素含量對成膠時(shí)間和黏度的影響

由表3看出，在75 ℃下尿素與烏洛托品釋放的甲醛在催化劑作用下，可生成熱固型脲醛樹脂，并與HPAM中酰胺基作用生成主要以醚鍵交聯(lián)的凝膠。當(dāng)尿素含量大于0.7%，成膠時(shí)間大于42 h，黏度保持在9 700 mPa·s，繼續(xù)增加尿素含量，成膠時(shí)間和黏度變化不大。因此，尿素含量以0.6%為宜。雖然脲醛樹脂形成的凝膠強(qiáng)度小于酚醛樹脂的，但尿素成本較低。因此，在施工作業(yè)中加入一定量的尿素可降低施工成本。

2.4　凝膠暫堵劑組成

由2.1～2.3得出，復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑最佳配方為：0.9%HPAM+0.6%苯酚+0.6%尿素+1.2%烏洛托品+0.15%催化劑+0.2%穩(wěn)定劑。

3　復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑性能評(píng)價(jià)

3.1　抗剪切性[2]

在暫堵劑泵入過程中，由于受泵、炮眼及地層孔道的剪切作用，會(huì)損失一部分黏度。按照最佳配方配制復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑溶液，采用混調(diào)器剪切暫堵劑溶液，使其初始黏度是原來的50%，放入100 ℃滾子加熱爐內(nèi)，待成膠后測定其成膠黏度，成膠黏度仍達(dá)7 000 mPa·s，說明該體系具有很強(qiáng)的抗剪切性能。

3.2　熱穩(wěn)定性

將按最佳配方配制的暫堵劑溶液放入120 ℃的滾子加熱爐內(nèi)，保持恒溫并定期測定成膠黏度，放置1月后凝膠體系未見脫水，成膠黏度無明顯變化。因此，說明該體系熱穩(wěn)定性良好。

3.3　巖心封堵能力

采用人造巖心，分別考察暫堵劑對水和煤油的封堵性。首先將1#巖心飽和水，測定其水相滲透率；同時(shí)將2#和3#巖心飽和油，測定其油相滲透率；再用4%NaCl溶液將3#巖心水驅(qū)至含油飽和度50%。將1#與2#巖心并聯(lián)后，反向驅(qū)替暫堵劑，待1#巖心驅(qū)出第一滴聚合物后，停止驅(qū)替。將1#與2#巖心置于85 ℃水浴中養(yǎng)護(hù)16 h，測定其堵前滲透率(K0)和堵后滲透率(K1)。3#和4#巖心也采同樣方法測定封堵前后滲透率, 并聯(lián)巖心測定堵油率時(shí)，用4%NaCl溶液配制暫堵劑，結(jié)果見表4。暫堵劑對含水地層的封堵能力強(qiáng)，對含油地層滲透率具有很強(qiáng)的恢復(fù)作用。

表4　巖心封堵實(shí)驗(yàn)結(jié)果

So為含油飽和度。

3.4　解堵能力

解堵劑為100%雙氧水+30%HCl，在85 ℃下，將巖心浸泡在解堵劑中，考察其對暫堵劑體系的解堵能力，結(jié)果見表5。在2 h內(nèi)復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑體系完全解堵。

表5　解堵劑對暫堵劑的解堵能力

4　結(jié)論

1)HPAM為主劑，制備了HPAM/酚醛/脲醛交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑體系，確定了最佳配方：0.9%HPAM+0.6%苯酚+0.6%尿素+1.2%烏洛托品+0.15%催化劑+0.2%穩(wěn)定劑。此復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑體系熱穩(wěn)定性提高至120 ℃，成膠黏度達(dá)7 000～11 000 mPa·s，成膠時(shí)間在1～3 d可控。

2)常溫條件下，苯酚不易溶于水，在暫堵劑體系中加入尿素并減少苯酚含量，有助于降低現(xiàn)場施工難度并有效保證封堵效果。

3)復(fù)合交聯(lián)聚合物凝膠暫堵劑具有很好的耐剪切能力，對不同滲透率巖心的封堵效果良好，易解堵。

[1]范振中.酚醛樹脂交聯(lián)聚丙烯酰胺弱凝膠暫堵劑的研究與應(yīng)用[D].杭州：浙江大學(xué)，2005.

[2]陳鐵龍，蒲萬芬.聚合物應(yīng)用評(píng)價(jià)方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997：4-5.