北布扎奇油田聚合物弱凝胶体系的研究

吴瑞坤，康万利，孟令伟，吴晓燕，蔡晓军

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院提高采收率研究中心，山东 青岛266555；2.吉林油田勘察设计院，吉林 松原 138000）

北布扎奇油田聚合物弱凝胶体系的研究

吴瑞坤1，康万利1，孟令伟1，吴晓燕1，蔡晓军2

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院提高采收率研究中心，山东 青岛266555；2.吉林油田勘察设计院，吉林 松原 138000）

研究了适合北布扎奇油田地层水油藏条件下的聚合物与酚醛树脂交联的弱凝胶体系.利用黏度法筛选出了弱凝胶调驱体系的配方，其中聚合物主剂SD6800的质量浓度为1 500mg／L，酚醛树脂交联剂TD-2A和TD-2B的质量浓度分别为300和200mg／L；SEM图片证实了其凝胶网络结构的存在.同时利用MCR 301流变仪测定了最佳凝胶体系的动态黏弹性，发现交联反应7d时体系的黏弹性达到最大，且G′＜0.1Pa.温度越高，凝胶体系的黏度越低，90℃时，最低黏度保持在500mPa·s以上.确定了高矿化度油田产出水配制较高黏度的弱凝胶体系是可行的.

北布扎奇油田；聚合物弱凝胶；酚醛树脂；动态黏弹性

在水溶性聚合物（如聚丙烯酰胺）溶液中，加入有机或无机化合物作为交联剂所形成的聚合物凝胶体系已广泛应用于油田的调剖堵水措施中.北布扎奇油田储层为细－粗粒碎屑砂岩，储集空间以粒间孔为主，非均质性强，油藏埋深400～600m，地层温度约为32℃，原油黏度、地层水矿化度高.北布扎奇油田自注水开发以来，油井产量有所提高，但井组注水见效期短，综合含水由2007年初的48.6%上升至2009年的66.1%，含水上升速度快，油田的可开采程度低，仅为7.8%.对于常规的堵水技术效率较低，难于实现稳油控水的目标，采用单一的聚合物驱油效果不理想.因此，提出了北布扎奇油田的弱凝胶体系调驱方法，弱凝胶是以分子间交联为主、分子内交联为辅的交联程度较弱的三维网络结构，有一定的完整性，可以流动.弱交联体系黏度远远大于相同浓度聚合物溶液，在油田控水稳油提高采收率方面得到了广泛应用［1－3］.注入地层以后，弱凝胶溶液优先进入高渗透层，并借助少量延缓型交联剂的交联作用，在地层运移的过程中缓慢生成网络结构的弱凝胶，封堵高渗透通道，使后续注入水转向至中低渗透层，起到调剖作用，有效改善油层非均质性；同时，在后续注入水的推动下，弱凝胶又可以作为驱替相缓慢地向地层深部移动并驱替出原油，扩大波及体积和提高了驱油效率［4－5］.本文利用酚醛树脂作为交联剂，与聚丙烯酰胺形成弱凝胶体系，研究出适合于北布扎奇油田储层的弱凝胶体系，并对该体系性能进行了详细的研究.

1 实验部分

1.1 实验材料

部分水解聚丙烯酰胺为SD6800，SDSH-28，SD-XPAM和SD6000等系列聚合物，相对分子质量大于1 500×104的抗盐聚合物；苯酚、甲醛为济南凯龙化工有限公司；实验用水为北布扎奇油田模拟地层水，矿化度为61 000mg／L左右，其离子组成见表1.

表1 北布扎奇油田地层水离子的组成 mg／L

1.2 实验方法及仪器

1.2.1 酚醛树脂交联剂的制备

取适量苯酚，在一定温度下将其融成液体，并称取一定量的催化剂，使苯酚和甲醛在反应釜中发生分子间反应，约1.5h后，即得到纯度为45%的酚醛树脂产品.1.2.2 弱凝胶体系筛选及性能评价

恒温30℃条件下，利用模拟地层水，配制聚合物溶液及弱凝胶体系，使用Brookfield黏度计（美国Brookfield公司）测定聚合物体系及形成的凝胶体系的黏度，剪切速率为7.34s－1，最终确定弱凝胶体系的配方；利用Physica MCR 301流变仪（奥地利安东帕公司），测定最佳配方下的弱凝胶体系的动态黏弹性，并测定不同温度时弱凝胶体系的黏度.

2 结果与讨论

2.1 弱凝胶体系配方的确定

表2为利用北布扎奇油田模拟地层水配制的不同类型聚合物在不同浓度下的黏度.从表2可以看出，在质量浓度分别为1 000，1 500和2 000mg／L时，SD6800较其他聚合物的黏度高，因此初步选择SD6800作为弱凝胶体系的聚合物主剂.实验研究发现单独交联剂与聚合物不能形成稳定的凝胶体系，因此只列出了2种交联剂复配后形成的凝胶体系的结果.在不同浓度的聚合物SD6800条件下，加入不同浓度的交联剂TD-2A和交联剂TD-2B，成胶7d后测试弱凝胶的黏度见图1，从图1中可以看出：TD-2B质量浓度为200mg／L较100mg／L成胶黏度高；提高聚合物浓度成胶黏度升高；TD-2B质量浓度为200mg／L时交联剂比例变化后，表观黏度变化不大，聚合物质量浓度为1 500和2 000mg／L凝胶的表观黏度相近.根据实验结果，后续实验选用聚合物质量浓度为1 500mg／L，交联剂TD-2A质量浓度为300mg／L，交联剂TD-2B质量浓度为200mg／L作为驱油用弱凝胶实验的配比浓度.

表2 聚合物初选实验结果 mPa·s

图1 不同聚交比条件下弱凝胶黏度对比图

2.2 弱凝胶体系的黏弹特性及微观结构

图2为最佳凝胶体系的黏度随交联反应的时间变化曲线.从图2可以看出，随着时间延长，体系的黏度先增加，在第7天时达到最大值（最高黏度为1 133mPa·s）后又降低，说明聚合物与交联剂已发生了交联反应.图3为凝胶体系在不同时间下的动态黏弹性.从图3可以看出，在成胶前后，体系表现出不同的黏弹特性，交联反应开始第1天，体系的弹性模量G′小于损耗模量G″，表现为黏性流体的特征；而从第3天开始，体系的G′大于G″，则表现出弹性行为，说明溶液中已形成了具有网络结构的凝胶体系.时间越长，体系的黏弹性越大，同时实验研究证实，此凝胶体系的黏弹性达到最大的时间为7d，在7d之后，凝胶体系的黏弹性逐渐降低.这是由于聚合物与交联剂水溶液在放置过程中随着交联反应的进行，溶液中形成网络结构，聚合物分子体积增大，导致体系宏观性质如表观黏度、弹性的增加.根据有关行业标准，弱凝胶的G′＜1Pa，中强凝胶的1＜G′＜10Pa，而强凝胶的G′＞10Pa，对于本文研究的凝胶体系，第7天时的最大弹性模量G′＜0.1Pa，说明此体系属于弱凝胶体系.聚丙烯酰胺与酚醛树脂反应主要形成的是一种复合凝胶体系，如图7所示为交联反应7d时弱凝胶体系的SEM图片.从图4可以看出，溶液中已形成了明显的网络结构，并且放大倍数越高，形成的交联网络结构越明显.

图2 最佳弱凝胶体系黏度随时间变化曲线

图3 弱凝胶体系不同交联时间的动态黏弹性

图4 最佳弱凝胶体系成胶7d时的SEM图片

2.3 温度对弱凝胶体系黏度的影响

温度是评价凝胶体系调驱效果的重要因素，图5为最佳弱凝胶体系的黏度随温度的变化曲线.从图5可以看出，弱凝胶体系在成胶后，其黏度随温度升高，表现出不断下降的趋势，在温度为30℃～55℃时，体系黏度下降的速度较快，而继续升高温度后，黏度下降的速率开始变缓，在较高温度下，黏度的最低值保持在500mPa·s以上.温度对凝胶体系黏度的影响主要是由于温度升高导致分子的热运动加剧，增加了分子之间碰撞的机会，更有利于交联反应而形成三维网状的凝胶结构，但温度太高也存在一定的问题，会导致体系的成胶不受控制，并因过度交联而脱水，同时聚丙烯酰胺在高温下也会缓慢水解，使体系的黏度降低［6］.

图5 温度对弱凝胶体系黏度的影响

3 结论

筛选出北布扎奇油田弱凝胶调驱体系的主剂为SD6800型聚合物，交联剂酚醛树脂TD-2A和TD-2B的质量浓度分别为300和200mg／L；交联反应7d时体系的黏弹性达到最大，体系的G′＞G″，且G′＜0.1Pa，SEM图片证实了溶液中已形成了明显的凝胶网络结构；温度越高，凝胶体系的黏度越低，且温度为90℃时，最低黏度保持在500mPa·s以上.

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［5］ 黄波，熊开昱，陈平，等.绥中36-1油田弱凝胶调驱实验研究［J］.中国海上油气，2008，20（4）：239-242，249.

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Study on the polymer weak gel system in north buzachi oilfield

WU Rui-kun1，KANG Wan-li1，MENG Ling-wei1，WU Xiao-yan1，CAI Xiao-jun2

（1.China University of Petroleum，EOR Center，Qingdao 266555，China；
2.Survey and Design Institute of Jilin Oilfield，Songyuan 138000，China）

In view of the characteristics of strong heterogeneity for the reservoir and high salinity in formation in North Buzachi Oilfield，a weak gel system cross-linked by polymer and phenolic resin which could be adapted for the conditions of reservoir has been studied.Viscosity method was used to determine the optimal formula of the weak gel system and given as follows：the main agent of polymer SD6800with a concentration of 1 500mg／L；the cross-linking agent of phenolic resin，TD-2Aand TD-2Bwith the concentrations of 300and 200mg／L，respectively.SEM images confirmed the existence of networks in the weak gel.Furthermore，MCR 301rheometer was used to test dynamic viscoelastic properties of the weak gel and the results showed that the viscoelastic value reached a maximum after 7dfor cross-linking reaction，andG′＜0.1Pa.Furthermore，the weak gel viscosity decreased with increasing of temperature，however the lowest viscosity could still reach 500mPa·s even at 90℃.The feasibility of preparing high viscosity weak gel by using oilfield produced water has also been proved.Keywords：North Buzachi Oilfield；polymer weak gel；phenolic resin；dynamic viscoelastic properties

TE 357.46

440·50

A

1000-1832（2011）03-0097-04

2011-04-20

国家自然科学基金资助项目（20873181）；教育部博士点基金资助项目（200804250502）；山东省自然科学基金资助项目

（Y2008F20）；山东省“泰山学者”建设工程项目（ts20070704）.

吴瑞坤（1973—），男，博士研究生；通讯作者：康万利（1963—），男，教授，博士研究生导师，主要从事提高采收率及油田化学研究.

石绍庆）