RFWQ—1有机硅凝胶微粒的研制

2014-03-22吴炜党光明陈勇杨文涛纪娜顾潇尹敏

科技创新与应用 2014年10期

吴炜党光明陈勇杨文涛纪娜顾潇尹敏

摘要：冀东油田部分区块由于层间、层内非均质性严重，进入高含水期后，注入流体选择优势通道，造成注入流体波及系数小、油藏采收率低。合成一种与其孔喉尺度相匹配的聚合物树脂凝胶微粒，当此微粒随水注入油层后，数量庞大的微粒可以广泛的分布在油藏岩石孔隙中，并在岩石孔隙中吸水、运移、膨胀、封堵，有效增大油层波及体系，实现改善注水开发效果的目的。树脂微粒可根据封堵目的层孔隙度大小，调整微球粒径，粒径在500-10um可调。并在聚合物分子中引入了有机硅树脂官能团，降低常规凝胶密度，防止颗粒的堵塞井底。

关键词：凝胶微粒；孔喉尺度；堵水调剖剂；有机硅

1 引言

冀东油田部分区块注采管网密集，油层连通性好，单层突进现象严重，注水井与油井井距较短，注聚过程中常常出现窜聚现象。所以合成的微粒除具有微米级粒径、与良好的弹性、强度外，还应具有很好的油水选择性，防止出现微球油井窜出的情况。该技术首要的问题是对能用于地层中的、具有选择性能的物质材料研究，并在物质的分子结构上进行改性设计、合成，引入分子特性官能基团，使其亲水、亲油性发生转变，达到堵水不堵油的目的。研究选择性吸水孔喉尺度抗高温树脂聚合物微粒的合成，对建立孔喉尺度弹性微粒调剖堵水具有很重要的意义。

2 有机硅树脂凝胶的合成

2.1 合成分析

2.1.1 综合考虑AA/AM共聚可弥补单独反应不足，所以以AA和AM为主要合成单体，按水溶液聚合法合成所需凝胶。

2.1.2 引发剂的选择

水溶性氧化还原体系有过氧化氢-亚铁盐、过硫酸盐-亚硫酸盐等，其活化能较低位63-110KJ/mol，可在-10℃-30℃下引发不易控制。试验中选择过硫酸盐类作为引发剂，其活化能为140KJ/mol，是以中等的使用温度。

2.1.3 交联剂选择

（1）醛类

该反应的发生时由于酰胺基氮原子上有孤对电子，而醛基的羰基上氧原子电负性大于碳原子电负性，其双键电子在靠近氧原子处电子云密度最大，碳原子核周围电子云最小，因此酰胺基氮原子上的孤对电子可进攻醛基上的碳原子，进行亲核加成-取代反应，将不同的线性分子共价链接起来，使其具有较强韧性。

（2）有机硅

聚合物线性分子链集团中的氧与氮原子提供电子对，与有机硅形成配位键，增强其柔性，控制其吸水量与密度。

（3）以N，N-亚甲基双丙烯酰胺（NMBA）

NMBA两端都有乙烯基团，使其可参与共聚，在共聚过程中可起到链桥作用，形成立体网状结构，增加凝胶吸水能力与分子量。

由以上分析可看出，以醛类交联剂时，其C-N键交联后，键能较强，为345KJ/mol，因此受热后不易断裂，具有较高强度与稳定性。有机硅配位交联强度虽较醛类较低，但可控制凝胶吸水量与分子量，易于控制凝胶吸水量与密度。

NMBA交联后形成立体网状结构，不易控制凝胶吸水量与密度。

因此，以醛类与有机硅为交联剂的凝胶更适宜于制造微粒。

2.2 合成方法

采用水溶液聚合反应，先将上述几种单体、交联剂等配成20～30%的水溶液，经抽真空和通氮气、脱氧、升温至50～60℃时，加入引发剂即开始聚合反应，控制反应温度，不高于80℃，反应时间为12-24小时，反应为放热反应，反应后期放出的反应热可使聚合体温度升高，然后保温静置反应12小时，所得产物为多元共聚交联结构弹性体。将弹性体放入120度烘箱，烘干24小时，可得到黄色聚合物树脂块。

2.3 凝胶吸水度

称取干燥凝胶胶块，在95℃下放入评价水中浸泡一定时间，取出用滤纸吸干表面水分，称重。根据膨胀前后质量计算膨胀度。

R=G1/G2式中，（G1、G2分别为浸泡前后质量）

2.4 优选均聚最佳方案

2.4.1 主剂浓度对性能影响

设计有机硅浓度0.1%、引发剂浓度为0.02%，醛交联剂浓度为6%分别加入以下浓度AM单体。

表主剂浓度对性能影响数据

注：“-”代表不能形成凝胶

实验可发现随AM浓度增加成胶时间缩短，且胶体强度逐渐增加，吸水倍数随浓度增加而减小。

2.4.2 交联剂优选

将有机硅与醛类交联剂进行了性能对比：有机硅和甲醛的膨胀度分别为370%、1050% ，凝胶密度分别为1.05g/cm3、和1.37g/cm3，膨胀强度级别分别为C级和D级。

这说明有机硅与甲醛所得产品均较好，相对甲醛交联形成强度更大，但吸水量上升较多，有机硅虽强度略低，但能更好的控制树脂密度、吸水量，防止其过度膨胀。