聚丙烯酰胺／酚醛弱凝胶体系调剖堵剂的优化

2013-10-09徐方向刘志辉

精细石油化工 2013年5期

秦义，徐方向，刘志辉，卞龙

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2.西南石油大学材料科学与工程学院，四川成都 610100）

水溶性聚合物冻胶是我国20世纪70年代以来研究最多应用最广的一种堵水调剖剂，特别是聚丙烯酰胺类冻胶在油田被大量而广泛的应用［1-2］。聚丙烯酰胺（HPAM）／酚醛体系具有成本低、强度高等特点，低浓度HPAM／酚醛弱凝胶是油田调剖常用调剖剂，常用于油田深部调剖，效果良好［3］。针对靖安油田地层复杂、油井产出含水高等特点开发一种低成本、抗盐性强的弱凝胶调剖体系，扩大注水波及效率，以增油降水。笔者选用HPAM／酚醛体系进行优化，采用低浓度聚合物，并在成胶结构中引入大分子链提高其抗盐性。

1 实验部分

1.1 药品与仪器

聚丙烯酰胺，工业品；氯化铵、间苯二酚、乌洛托品，分析纯；复合辅助交联剂，实验室自制。

NDJ-8S旋转黏度计。

1.2 实验方法

量取一定体积的水，加入称量好的聚丙烯酰胺，用搅拌器搅拌10min后得到聚丙烯酰胺母液，静置。再量取少量水，加入称量好的乌洛托品、间苯二酚及复合交联剂（自制）；将上述溶液缓慢倒入聚丙烯酰胺母液中，搅拌均匀，置于60℃水浴中反应24h后测其黏度。

2 结果与讨论

2.1 乌洛托品的影响

延缓交联是高含水油田实现凝胶深部调剖、改善注水开发效果的重要技术之一。甲醛与聚丙烯酰胺分子链上的酰胺基发生羟甲基化反应形成凝胶，反应很迅速［4-5］。乌洛托品在反应中起延缓交联作用，使用乌洛托品代替甲醛，乌洛托品在酸性条件下缓慢释放甲醛参与交联反应，如图1所示乌洛托品的含量不同，弱凝胶的成胶时间有明显差异，乌洛托品含量越高，成胶时间越短。乌洛托品质量分数为0.03%时，弱凝胶成胶时间约10.5h，当其质量分数为0.1%时，成胶时间只有9h。

图1 乌洛托品含量不同时弱凝胶成胶的曲线

2.2 复合辅助交联剂的影响

复合辅助交联剂是由酚醛按1∶3缩合而成的树脂类大分子，以提高弱凝胶的抗盐性。针对复合辅助交联剂对弱凝胶抗盐性的影响，进行了一组对比实验，实验地层水取自靖安油田某区块，矿化度约88g／L。图2为两种弱凝胶成胶后置于60℃的黏度变化曲线。从图2可以看出，两种凝胶成胶30d后仍具有较高黏度，凝胶结构稳定。含辅助交联剂的弱凝胶黏度明显较大。但是该交联剂分子过大与聚合物交联形成的网络结构不如甲醛、间苯二酚与聚合物形成的网络结构稳定，所以在浓度过高时，会导致弱凝胶黏度下降。

图2 复合辅助交联剂对弱凝胶抗盐性的影响

2.3 正交与水平实验分析

初步实验发现，影响以凝胶黏度主要指标有A（HPAM质量分数，%），B（乌洛托品质量分数，%），C（间苯二酚质量分数，%），D（复合辅助交联剂质量分数，%），E（NH4Cl质量分数，%）。为确定最佳工艺条件，设计了L16（45）正交表，以凝胶黏度为考察指标，因素水平见表1，结果见表2。

由表2可见：各因素对弱凝胶强度影响的顺序为：B＞E＞C＞D＞A。最优配方为：A3B1C4D2E4，即0.15%HPAM＋0.03%乌洛托品＋0.025%间苯二酚＋0.06%复合辅助交联剂＋2.5%氯化铵。根据上述配方用清水配制弱凝胶成胶强度达45Pa·s，胶体稳定，整体性良好。

表1 正交实验因素与水平

表2 正交实验数据与处理结果

2.4 不同水型配制的凝胶性质

按最优配方，使用清水、地层水1（矿化度40 g／L）、地层水2（矿化度80g／L）、地层水3（矿化度120g／L）分别配制4组弱凝胶，在60℃进行成胶反应，测定弱凝胶黏度。图3为4组弱凝胶的成胶曲线。从图3可以看出：弱凝胶强度随地层水矿化度增加，黏度下降。这是由于地层水中含Na＋、Ca2＋等阳离子，使得交联溶液中的聚合物链蜷曲，聚丙烯酰胺分子周围的双电层被压缩，限制了分子间的交联点从而使得体系黏度下降。虽然矿化度越高，弱凝胶黏度越低，但同样存在较好的强度，矿化度为120g／L时，凝胶黏度达15 Pa·s。实验还发现：4种弱凝胶在60℃放置30 d后依旧保持较好的整体性，无脱水现象发生。