有機無機復合交聯劑研制及性能評價

王正良，劉珍珍，李月愛　(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

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有機無機復合交聯劑研制及性能評價

王正良，劉珍珍，李月愛(長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023)

[摘要]研制出了一種新型有機無機復合交聯劑，該交聯劑與主劑HPAM溶液形成一種復合交聯聚合物凝膠體系，該體系成膠時間可調，成膠黏度大，抗溫可達120℃，抗鹽可達250000mg/L, 穩定時間長達90d以上；同時，該體系堵水率大于90%，突破壓力梯度大于5.0MPa/m，可用于油田開發深部調剖或堵水。

[關鍵詞]復合交聯劑；有機交聯劑；無機交聯劑；聚合物凝膠體系；成膠性能；堵水性能

我國陸上油田大部分已進入注水開發中后期，由于油藏的非均質性，注入水容易沿高滲透層突破、沖刷使高滲透層的滲透率進一步提高，油藏的非均質性進一步擴大，致使油井大量出水，產能降低，經濟效益變差。為了使注入水均勻推進，減少油井出水，提高石油采收率，最有效的方法就是從注水井注入化學調剖劑封堵高滲透層，調整水井的吸水剖面。交聯聚合物凝膠體系具有成膠時間可調，成膠黏度(黏度)可控，能有效地封堵高滲透層，達到調剖和驅油的雙重作用，已在油田廣泛使用[1～5]。一般地，選用水解聚丙烯酰胺HPAM，配制成一定濃度的聚合物膠液，加入相應的交聯劑，配制成交聯聚合物凝膠體系，其成膠性能主要取決于交聯劑的選擇。交聯劑可分為無機交聯劑和有機交聯劑。無機交聯劑通常為多價陽離子Cr3+、Al3+、Ti4+、Zr+等應用得最多，它們通常以絡合的形式存在，絡合離子為乙酸根、乳酸根、丙二酸根等[6,7]。有機交聯劑主要有低分子量的酚醛樹脂、糠醛樹脂、脲醛樹脂等[8,9]，無機交聯聚合物凝膠體系成膠時間較短且不易控制，凝膠體系穩定性較差，一般應用于溫度90℃以下的地層；有機交聯聚合物凝膠體系穩定性好，成膠時間較長，抗溫能力好，但使用成本較高。筆者研制了一種新型的有機無機復合交聯劑，其與水解聚丙烯酰胺形成的凝膠體系成膠黏度大，成膠時間可控，具有較好的抗溫抗鹽能力，還可降低使用成本，對一些高含水油藏的開發具有十分重要的意義。

1試驗部分

1.1儀器與試劑

1)儀器。DV-Ⅱ可編程旋轉粘度計(美國Brookfield公司生產)，數顯水浴鍋(中國上海)，JJ-1精密增力電動攪拌器(中國上海)，填砂管堵水試驗裝置(江蘇，海安石油儀器公司)等。

2)試劑。分子量為2100萬的聚丙烯酰胺HPAM(大慶油田，水解度23%) ，三氯化鉻(CrCl3·6H2O,AR)，醋酸鈉(分析純，CH3COONa·3H2O，AR)，乳酸(AR)，間苯二酚(AR)，苯酚(AR)，甲醛(CP)，氫氧化鈉(AR)，氯化鈉(CP)。

1.2有機無機復合交聯劑的制備

在250ml三口燒瓶中按照一定的摩爾配比依次加入三氯化鉻、乙酸鈉和乳酸，加入適量水，攪拌溶解，加熱至80℃，恒溫3h，然后按一定的摩爾比加入苯酚、間苯二酚和甲醛，加氫氧化鈉調節pH值，升溫至90℃，恒溫3～5h，制得深綠色透明液體，即為有機無機復合交聯劑，裝瓶，備用，代號為JFL。

1.3復合交聯聚合物凝膠體系成膠性能的測定

量取一定蒸餾水，在攪拌下緩慢加入定量分子量為2100×104的聚丙烯酰胺，繼續攪拌至溶解成均勻透明HPAM膠液，密閉保存備用。量取100ml HPAM膠液，加入一定濃度的復合交聯劑JFL，充分攪勻，轉移至100ml的比色管中，置于恒溫水浴鍋中，恒溫養護，定期觀察復合交聯聚合物凝膠體系成膠情況，用DV-Ⅱ可編程旋轉粘度計測量其黏度，并記錄成膠時間及成膠黏度。

1.4復合交聯聚合物凝膠體系堵水性能評價

用填砂管巖心評價復合交聯聚合物凝膠體系的堵水性能，方法是先將巖心抽真空并飽和地層水，測定水相滲透率(Kw1)，再擠入0.5倍孔隙體積的復合交聯聚合物凝膠體系，在90℃下反應一定時間，再測巖心封堵后的突破壓力Pmax及水相滲透率Kw2，計算堵水率η(%)。

2試驗結果與討論

2.1復合交聯聚合物凝膠體系成膠性能的測定

在室內配制不同濃度的HPAM膠液，并分別加入不同濃度的復合交聯劑JFL，分析復合交聯聚合物凝膠體系的成膠性能影響因素。試驗溫度為70℃，試驗結果見表1。

表1　復合交聯聚合物凝膠體系成膠性能測量結果

由表1可知，聚合物成膠前期初始黏度較低，成膠后的黏度較高。當JFL用量增加時，其成膠速度加快，成膠黏度也變大，但是當繼續增加JFL用量時，成膠黏度變的很大，這是因為過度交聯的原因，同時也導致穩定性變差。當聚合物HPAM濃度增加時，成膠速度加快，其初始黏度和成膠后黏度都增大，但是其成膠速度太快，難于進入地層深部,起不到堵水和調驅的雙重功效。適宜的復合交聯聚合物凝膠體系配方為0.3%～0.4%HPAM+0.2%～0.5%JFL。

2.2溫度對復合交聯聚合物凝膠體系成膠性能的影響

表2　溫度對復合交聯聚合物凝膠體系成膠性能的影響

表3　鹽溶液對復合交聯聚合物凝膠體系成膠性能的影響

配制6份復合交聯聚合物凝膠體系，配方為0.3%HPAM+0.5%JFL。分別在不同的溫度下恒溫養護，定期觀察并測量其成膠性能，并考察凝膠體系的穩定性。試驗結果見表2。

由表2可知，溫度對復合交聯聚合物凝膠體系的成膠時間有較大的影響，溫度越高，成膠時間越短；成膠黏度隨溫度增高有少量下降，但下降幅度不大；在60～120℃范圍下，凝膠體系均具有良好的穩定性，穩定時間大于90d。現場使用時，可根據地層溫度適當調整交聯劑JHF及聚合物HPAM的濃度，從而達到調節成膠時間和成膠黏度，實現深部調驅的目的。

2.3復合交聯聚合物凝膠體系抗鹽性能評價

配制0.35%HPAM +0.4%JFL凝膠體系，并加入不同濃度的NaCl，90℃恒溫水浴養護，定期觀察成膠情況并記錄(見表3)。

由表3可知，復合交聯聚合物凝膠體系中加入不同量的NaCl后，在90℃下，一定時間內仍能形成黏度穩定的凝膠，成膠黏度大，成膠時間略微縮短，穩定時間仍然大于90d。說明該凝膠體系抗鹽性能好，抗NaCl可達250000 mg/L以上。

2.4復合交聯聚合物凝膠體系的堵水性能評價

用填砂管巖心堵水實驗儀測定了復合交聯聚合物凝膠體系對不同滲透率的填砂管巖心的堵水性能，試驗條件為反應溫度為90℃，反應時間48h。試驗結果見表4。

表4　復合交聯聚合物凝膠體系的堵水性能

注：Kw1為巖心封堵前水相滲透率；Kw2為巖心封堵后水相滲透率。

由表4可知，復合交聯聚合物凝膠體系具有良好的堵水效果，堵水率大于90%，突破壓力梯度大于5.0MPa/m。聚合物HPAM和交聯劑JFL的濃度越高，堵水率和突破壓力梯度越高，封堵能力越強。低濃度的復合交聯聚合物凝膠體系可用于水井深部調剖，而高濃度的復合交聯聚合物凝膠體系可適用于深井油井堵水。

3結論

1)制備了一種新型的有機無機復合交聯劑JFL，其與聚丙烯酰胺HPAM可形成復合交聯聚合物凝膠體系，適宜的配方為0.3%～0.4%HPAM+0.2%～0.5% JFL。

2)復合交聯聚合物凝膠體系具有良好的成膠性能，成膠時間可調，成膠黏度大，穩定性好；同時具有良好的抗溫性能(可達120℃)和抗鹽性能(可達250000mg/L)。

3)復合交聯聚合物凝膠體系具有良好的堵水效果，堵水率大于90%，突破壓力梯度大于5.0MPa/m，可用于油田開發深部調剖或堵水。

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[編輯]趙宏敏

[文獻標志碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)04-0024-03

[中圖分類號]TE357.46

[作者簡介]王正良(1964-)，男，碩士，研究員，現主要從事油田應用化學的教學與研究工作；E-mail:494745117@qq.com。

[基金項目]國家高技術研究發展計劃(863計劃)科技攻關項目(2008AA06Z204)。

[收稿日期]2015-10-26

[引著格式]王正良，劉珍珍，李月愛.有機無機復合交聯劑研制及性能評價[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(4)：24～26.