新型耐鹽性堵水劑的合成及性能研究

韓靜，趙怡，楊紅麗

（延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 延安 716000）

在油田開發(fā)工作中，面臨的最嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)問題之一就是油井出水[1]。在我國(guó)，隨著注水開發(fā)的不斷深入，油田的綜合含水率也隨之升高[2]。當(dāng)前，我國(guó)主要油田的綜合含水率都已達(dá)到83%以上，其中位于東部地區(qū)的主要油田，其綜合含水率更已達(dá)到90%以上。

油田在長(zhǎng)期的注水開發(fā)過(guò)程中，受到油藏的橫向和縱向非均質(zhì)性、油水黏度差異及油水井組內(nèi)不平衡等因素的影響，必然會(huì)造成注入的水沿滲透率高的油層突進(jìn)，同時(shí)滲透層會(huì)向著生產(chǎn)井的方向不斷竄流，嚴(yán)重降低注入水的循環(huán)效率[3]。這一問題，不僅會(huì)影響原油開采工作，降低開采效率，還會(huì)加大能源消耗，需要處理更多的產(chǎn)出液，同時(shí)還會(huì)腐蝕管線，進(jìn)而使得原油開采成本大幅度增加。而且，在這一過(guò)程中，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成更為嚴(yán)重的污染，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)效益，還是社會(huì)效益，都會(huì)大幅度降低[4]。

基于油井出水的巨大危害，在注水開采原油的過(guò)程中，采用科學(xué)合理的措施，也就是調(diào)剖堵水，有效解決油井出水問題是非常有必要的[5]。在使用調(diào)剖堵水措施時(shí)，需要使用堵水劑或調(diào)剖劑，其對(duì)調(diào)剖堵水措施的應(yīng)用效果具有至關(guān)重要的影響[6]。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)油田堵水工作越來(lái)越重視，同時(shí)也越來(lái)越關(guān)注堵水劑、調(diào)剖劑的研究和應(yīng)用工作[7]。對(duì)新型耐鹽性堵水劑的合成及性能研究，對(duì)油田開發(fā)建設(shè)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[8]。

1 堵水劑實(shí)驗(yàn)室合成概述

1.1 堵水劑合成

在實(shí)驗(yàn)室合成堵水劑的過(guò)程中，首先需要將一定量的去離子水加入反應(yīng)瓶中，然后再按比例加入丙烯酸，之后使用一定量的堿對(duì)丙烯酸進(jìn)行中和。完成中和步驟之后，再依次加入丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、無(wú)水乙醇、交聯(lián)劑和氧化還原引發(fā)劑。加入這些物質(zhì)后，還要不斷向反應(yīng)器中輸送氮?dú)猓詫?duì)反應(yīng)過(guò)程做好保護(hù)，同時(shí)必須攪拌均勻，然后在恒溫下反應(yīng)一段時(shí)間（2～4 h），反應(yīng)完畢后，就可以得到堵水劑[9]。

1.2 堵水劑提純及干燥

合成堵水劑之后，此時(shí)的堵水劑中含有大量的水分，需要進(jìn)一步進(jìn)行提純和干燥處理才能夠得到成品堵水劑[10]。在對(duì)堵水劑進(jìn)行提純和干燥時(shí)，主要分為兩個(gè)步驟：首先，需要在燒杯中放入酒精，然后再將合成的堵水劑放入其中，利用酒精洗去堵水劑聚合物中未得到反應(yīng)的單體物質(zhì)。在將堵水劑放入到酒精中時(shí)，必須將其剪成碎小的顆粒，以便能夠更好地提純和干燥。其次，將帶有堵水劑的酒精燒杯放入到恒溫烘箱中（100 ℃）進(jìn)行干燥，時(shí)間為6 h。完成提純和干燥之后，需將堵水劑裝入塑料袋中密封好，再放入干燥器中備用。

1.3 堵水劑吸水率測(cè)定

合成堵水劑后需要對(duì)堵水劑的吸水率進(jìn)行測(cè)定，從而了解堵水劑質(zhì)量是否合格，是否能夠達(dá)到實(shí)踐應(yīng)用的需求[11]。堵水劑吸水率的測(cè)定方法如下：首先，取一定質(zhì)量的堵水劑，將其放入燒杯內(nèi)，再放入吸收液，讓堵水劑聚合物吸水至飽和，然后再使用尼龍布，將堵水劑中的游離介質(zhì)過(guò)濾掉。此時(shí)，堵水劑已成為凝膠狀，只需稱出凝膠的重量，再依照相關(guān)公工進(jìn)行計(jì)算，就可以得出堵水劑的吸水率。具體計(jì)算公式如下：

式中：W1和W0—堵水劑吸收水分前的重量和吸收水分后的重量。

在測(cè)定堵水劑吸水率時(shí)，為了使實(shí)驗(yàn)更有效率，能夠在短時(shí)間內(nèi)篩選出耐鹽性調(diào)剖堵水劑的最佳合成配方，應(yīng)在確定最佳配方時(shí)，就對(duì)堵水劑的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]，其評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括膨脹性能、吸水速度以及吸水膨脹后的強(qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)快速評(píng)價(jià)，應(yīng)采用較為簡(jiǎn)單且較為快速的評(píng)價(jià)方法，具體方如下：首先，將堵水劑聚合物放入提前準(zhǔn)備好的待吸液中，使其吸水至飽和狀態(tài)，然后對(duì)其膨脹倍數(shù)進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)得到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)堵水劑的膨脹性能進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。其次，對(duì)堵水劑吸水速度的評(píng)價(jià)則是用相同時(shí)間下堵水劑吸收水后的膨脹倍數(shù)來(lái)衡量[13]。最后，評(píng)價(jià)堵水劑膨脹后的強(qiáng)度，需要用手?jǐn)D壓充分膨脹的堵水劑，以此來(lái)評(píng)價(jià)、判斷堵水劑強(qiáng)度[14]。

2 堵水劑理化性能分析

在進(jìn)行堵水劑合成工作時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)合成并得到相應(yīng)的聚合產(chǎn)物后，還要對(duì)其進(jìn)行造粒、烘干、粉碎以及篩分等工藝進(jìn)行加工處理，還要對(duì)配方以及加工工藝進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)整，最終得到不同類型的堵水劑[15]。這些堵水劑在微粒半徑、膨脹倍數(shù)和時(shí)間、耐溫性以及強(qiáng)度等方面都有一定的差異，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，合理選擇性能最佳的堵水劑。

在實(shí)際應(yīng)用堵水劑時(shí)，由于水源的具體情況不同，對(duì)堵水劑的性能要求也各不相同。因此，在完成堵水劑合成之后，還要對(duì)堵水劑的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，通過(guò)對(duì)堵水劑的抗高溫、抗高鹽、膨脹率等方面的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，從而全面考察堵水劑的實(shí)際性能，為油田開發(fā)工作做好保障。

2.1 膨脹率

所謂膨脹率，就是指堵水劑顆粒充分吸收水分至飽和狀態(tài)之后，重量比吸水前增大的倍數(shù)，也就是指單位質(zhì)量的堵水劑顆粒吸入的水分的重量。這是影響堵水劑整體性能的重要因素。除了膨脹率之外，膨脹速率也是分析堵水劑理化性能的關(guān)鍵因素。膨脹速率的含義，是指一定質(zhì)量的堵水劑顆粒，在特定條件下，一定時(shí)間內(nèi)吸收的水分重量[16]。具體測(cè)量堵水劑膨脹率的方法，是稱取一定重量的堵水劑顆粒，將其放入溶脹介質(zhì)中進(jìn)行浸泡，一定時(shí)間后堵水劑充分吸收水分，形成凝膠。此時(shí)，取出凝膠后使用濾紙將表面水分吸干，再進(jìn)行稱重。根據(jù)稱量后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，就可以得到堵水劑樣品的膨脹率。

通過(guò)對(duì)多種不同的堵水劑的膨脹率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，然后對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而根據(jù)實(shí)際需求選擇性能最佳的堵水劑類型。堵水劑需要在油田開發(fā)中進(jìn)行應(yīng)用，因此在實(shí)驗(yàn)室對(duì)堵水齊膨脹率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，應(yīng)盡量模擬油田環(huán)境。特別是在評(píng)價(jià)堵水劑的耐鹽性時(shí)，應(yīng)對(duì)堵水劑在鹽水介質(zhì)中的溶脹速率進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究。

新型耐鹽性堵水劑主要適宜應(yīng)用于含鹽濃度較高的油水井環(huán)境之中。但在選擇新型耐鹽性堵水劑時(shí)，還要充分考慮油水井環(huán)境中，所含鹽的類型和具體濃度等因素，從而更加精準(zhǔn)地確定新型耐鹽性堵水劑的膨脹率，根據(jù)實(shí)際需求合理選擇堵水劑類型，為提高油田開發(fā)效率發(fā)揮積極的作用[17]。

2.2 堵塞率

堵塞率主是要指堵水劑對(duì)孔隙的堵塞作用[18]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水分的注入量不斷增加，其阻力也會(huì)隨之增大，而且幅度非常明顯，這就表現(xiàn)堵水劑對(duì)孔隙具有良好的堵塞作用。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)堵水劑進(jìn)入高滲透區(qū)域，由于堵水劑能夠吸收大量的水分，受到堵水劑的影響，此時(shí)后續(xù)的水分就會(huì)逐漸進(jìn)入低滲透區(qū)域，此時(shí)波及效率能夠得到明顯的提高。除此之外，使用堵水劑不僅能夠有效堵塞孔隙，還能夠?qū)⒖紫吨械挠蛿y帶來(lái)出，同時(shí)還能將孔喉中的油擠出來(lái)，從而在水驅(qū)后，促使油膜或油滴得到有效聚集，最終形成油帶，有效提高微觀驅(qū)油效率，也為原油開采效率的有效提升起到良好的輔助作用[19]。

2.3 堵水劑在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律

在對(duì)堵水劑的理化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)于其在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律也需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)采用微觀實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)堵水劑通過(guò)孔喉時(shí)的運(yùn)移特征進(jìn)行深入研究[20]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)堵水劑在多孔介質(zhì)中運(yùn)移時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出以下情況：如果堵水劑顆粒小于孔喉大小，在注入水時(shí)，受到水的驅(qū)動(dòng)，堵水劑顆粒可以順利通過(guò)孔喉；具有良好黏彈性的堵水劑，在多孔介質(zhì)中運(yùn)移時(shí)可發(fā)生變形，表現(xiàn)出“變形蟲”的特征，在通過(guò)孔喉后形狀可復(fù)原；在較小的孔隙中，受到擠壓時(shí)堵水劑會(huì)發(fā)生部分脫水現(xiàn)象，但當(dāng)堵水劑顆粒進(jìn)入較大的孔隙后，可以重新吸收水分，從而恢復(fù)原狀；當(dāng)驅(qū)動(dòng)力較大，堵水劑直徑和孔喉直徑也具有較大的差距時(shí)，堵水劑顆粒可能會(huì)遭受破壞，進(jìn)而變成直徑更小的顆粒，能夠與孔喉直徑更為匹配。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堵水劑在多孔介質(zhì)中運(yùn)移時(shí)，常會(huì)同時(shí)出現(xiàn)幾種機(jī)理，其具體表現(xiàn)也是幾種機(jī)理相互影響后形成的綜合特征，很難表現(xiàn)出單一機(jī)理的作用效果或特征[21]。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于堵水劑在油田開發(fā)中的重要作用，對(duì)新型耐鹽性堵水劑的合成及性能研究是非常有必要的，同時(shí)也是提高我國(guó)油田開發(fā)技術(shù)水平的一項(xiàng)重要建設(shè)工作，直接關(guān)系著我國(guó)的原油開采經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。所以，應(yīng)對(duì)堵水劑的性能進(jìn)行深入研究，不斷優(yōu)化其合成方法，為油田開發(fā)工作提供優(yōu)質(zhì)的堵水劑，使原油開采的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益都能夠得到顯著提升，也為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)，奠定重要的能源基礎(chǔ)。