水質對弱凝膠體系成膠性能影響研究

張鐵剛 , 張立天

(大慶油田有限責任公司 第三采油廠，黑龍江 大慶 163113)

水質對弱凝膠體系成膠性能影響研究

張鐵剛 , 張立天

(大慶油田有限責任公司 第三采油廠，黑龍江 大慶 163113)

弱凝膠體系成膠率是評價體系調驅效果的關鍵因素。為了評價水質對弱凝膠體系成膠性能的影響，以有機鉻/聚合物弱凝膠體系作為研究對象，開展了不同水質條件下弱凝膠體系成膠性能實驗。研究結果表明：礦化度對弱凝膠成膠性能具有較大的影響，隨著礦化度的增加，體系黏度下降，礦化度高于20 000 mg/L后，成膠效果及穩定性明顯變差。當水溶液pH值為6～8時，體系成膠黏度及成膠穩定性較好。隨著懸浮物含量增加，初始黏度不斷降低，當懸浮物含量達40 mg/L時，弱凝膠初始黏度即可降低50%。

弱凝膠體系 ； 礦化度 ； pH值 ； 懸浮物

非均質油藏經過長期的注水開發導致儲集層的非均質程度變得更加嚴重，儲層的動用程度表現出了嚴重的差異性[1-3]。為了擴大非均質油藏的波及體積，開展了弱凝膠體系深部調驅技術研究[4-8]。本文選用的有機鉻/聚合物弱凝膠體系在多孔介質中具有較大的阻力系數，可以有效地占據非均質油藏中的大孔道，迫使后續注入的流體可以進入到小的孔道內，從而實現擴大非均質油藏波及體積的目的。弱凝膠體系主要依靠高分子聚合物分子間交聯為主，分子內交聯為輔，具有較強封堵性能，剪切后凝膠團仍具有一定的驅油作用，凝膠強度可調，成膠時間可控，但水質對弱凝膠體系成膠性能影響較大[9-11]。因此，本文開展不同水質條件下弱凝膠體系成膠黏度實驗研究，建立配制弱凝膠體系的水質標準，形成具有封堵非均質油藏大孔道的調整技術。

1 實驗條件

1.1實驗材料

聚合物：部分水解聚丙烯酰胺，相對分子質量為2 300×104；交聯劑：醋酸鉻，化學純，有效質量分數59%；抗氧化劑：硫脲、亞硫酸鈉，分析純，有效質量分數83%；實驗用水：油田污水，離子組成見表1。

表1 不同水質污水的離子組成

1.2實驗儀器

Brookfield黏度計(DVⅡ+型)、電子分析天平、JJ-1型六聯電動機械攪拌器、恒溫振蕩水浴、500 mL燒杯。

2 實驗結果與分析

2.1礦化度對弱凝膠體系成膠性能的影響

為研究礦化度對弱凝膠成膠性能的影響，利用表1中的三種污水配制質量分數為0.2%聚合物+質量分數為0.15%交聯劑的弱凝膠體系。在60 ℃恒溫條件下，觀察三組弱凝膠體系的黏度變化情況，對體系黏度進行測定并將實驗結果繪制如圖1所示。

圖1 礦化度對弱凝膠成膠性能的影響

圖1結果表明：用于配制弱凝膠體系的污水中礦化度含量對體系成膠性能具有較大的影響。礦化度越高，凝膠體系成膠黏度越低，黏度保持率越低，穩定性越差。在60 ℃條件下，利用污水1配制的弱凝膠體系在初始黏度為380.3 mPa·s，隨著靜止時間的增加弱凝膠體系成膠，體系黏度在第15 d迅速上升至19 630.6 mPa·s，之后隨著時間的增加體系黏度略有降低，但是穩定性較好。利用污水2配制的弱凝膠體系黏度隨時間的變化規律與污水1相同，初始黏度為327.6 mPa·s，在第15 d黏度達到峰值8 563.8 mPa·s。但礦化度gt;20 000 mg/L后，成膠效果明顯變差，利用污水3配制的弱凝膠體系初始黏度只有137 mPa·s，靜止兩天后體系黏度可以增至2 034.1 mPa·s，但之后黏度又迅速降低，表現出較差的黏度穩定性。產生上述的原因主要是因為在礦化度較高時，水中無機鹽陽離子濃度較大，由于其具有比水更強的親電性，因而它優先取代了水分子，與聚丙烯酰胺分子鏈上的羧基形成反離子對，屏蔽分子鏈上的負電荷，使聚合物線團間的斥力減弱，從而使聚丙烯酰胺分子鏈卷曲，影響交聯反應。

2.2pH值對弱凝膠體系成膠性能的影響

為研究pH值對弱凝膠成膠性能的影響，采用污水2配制質量分數為0.2%聚合物+質量分數為0.15%交聯劑的弱凝膠體系，并將弱凝膠pH值分別調至5、6、7、8。在60 ℃恒溫條件下，觀察4組弱凝膠體系的黏度變化情況，對體系黏度進行測定并將實驗結果繪制如圖2所示。

圖2 溶液pH值對弱凝膠成膠性能的影響

pH值對弱凝膠成膠性能的影響結果表明：當pH值在6～8成膠較穩定，pH值lt;6時不能成膠。在弱堿性條件下，更有利于弱凝膠體系成膠。在pH值lt;5的酸性環境中存在大量質子，聚丙烯酰胺分子鏈上的羧基離子“COO—”與質子結合，導致“COO—”之間靜電排斥力降低，導致聚丙烯酰胺鏈變成緊密卷曲，黏度降低；而pH值過高則引起聚丙烯酰胺分子過度水解，導致聚丙烯酰胺分子與交聯劑的交聯過度，弱凝凝膠穩定性變差。

2.3懸浮物對弱凝膠體系成膠性能的影響

為研究懸浮物對弱凝膠成膠性能的影響，利用高嶺土顆粒模擬水中懸浮物，通過含有不同懸浮物的污水2配制弱凝膠體系。在60 ℃恒溫條件下，觀察體系黏度變化情況，對體系黏度進行測定并將實驗結果繪制如圖3所示。

圖3 懸浮物含量對弱凝膠成膠性能的影響

實驗結果表明，隨著懸浮物含量增加，初始黏度不斷降低，當懸浮物含量達40 mg/L時，弱凝膠初始黏度即可降低50%。油田回注水中懸浮物多為難溶于水的物質，成分一般為無機和有機的混合物。固態懸浮物原本的堆積結構是由“邊”“面”吸附形成的，聚丙烯酰胺分子與固態懸浮物顆粒的吸附以及鍵合作用形成了穩定的結構，雙電層變薄，電荷量減小，致使固懸物的結構變成了絮凝體結構。同時聚丙烯酰胺分子中“—COO—”的電斥力由于受到了陽離子所帶電荷的抑制作用以及某些金屬離子的絮凝作用，導致聚丙烯酰胺分子線團變得更加卷曲更易抱團，導致聚丙烯酰胺溶液黏度降低。

3 結論

礦化度對弱凝膠成膠性能具有較大的影響，隨著礦化度的增加，體系黏度下降，礦化度高于20 000 mg/L后，成膠效果及穩定性明顯變差。當水溶液pH值處于6～8，體系成膠黏度及成膠穩定性較好。隨著懸浮物含量增加，初始黏度不斷降低，當懸浮物含量達40 mg/L時，弱凝膠初始黏度即可降低50%。

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EffectofWaterQualityonGellingPropertiesofWeakGelSystem

ZHANG Tiegang, ZHANG Litian

(The Third Oil Production Plant , Daqing Oil-field Co.Ltd , Daqing 163113 , China)

The gelling rate of weak gel system is the key factor to evaluate the effect of profile control and flooding.In order to evaluate the influence of water quality on gelling properties of weak gel system,the organic chromium/polymer weak gel system is taken as the research object, and the gelling properties of weak gel system under different water quality conditions are studied.The results show that the degree of salinity has a great influence on the gelling properties of weak gel.With the increasing of salinity,the viscosity of the system decreases,when the salinity is higher than 20 000 mg/L,the gelling effect and stability are obviously worse.When the pH value of aqueous solution is between 6～8,the gelling and viscosity of the system are better.With the increasing of the content of suspended solids,the initial viscosity decreases continuously.When the content of suspended solids reaches 40 mg/L,the initial viscosity of the weak gel can reduce 50%.

TQ427

A

1003-3467(2017)10-0024-03

2017-08-11

張鐵剛(1990-)，男，助理工程師，從事采油工程方面的研究工作，電話：13149596664，E-mail：215501610@qq.com。

Keywordsweak gel system ; salinity ; pH value ; suspended matter