HPAM/酚醛/脲醛复合交联聚合物凝胶暂堵剂的室内实验研究

于丽宏

(中国国石油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)

非均质性的油藏在开发过程中，注入液常沿高渗透部分突进，为了改善这一问题，需实施暂堵作业。为此，我们对部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)/酚醛树脂凝胶体系配方进行改进，制备HPAM/酚醛/脲醛交联聚合物凝胶暂堵剂体系，交联机理为：以HPAM为主剂，因其分子中含羧基和酰胺基，分别与有机酚醛和有机脲醛形成共价键进行交联，可增加聚合物分子的交联度。在模拟地层水的油藏条件下，考察影响复合交联聚合物体系成胶性能的几个主要因素，优化出黏弹性高、强度高的复合交联聚合物凝胶暂堵剂最佳配方，并对其性能进行了室内评价。

1　实验

1.1　原料与仪器

HPAM，相对分子质量175×106，水解度24.2%，大庆万达石化公司；苯酚、尿素、乌洛托品(六次甲基四胺)，均为工业级；催化剂，氢氧化钡，工业级，廊坊金诺生物科技开发有限公司；稳定剂，硫脲，工业级，青州市凯信化工有限公司；实验用水，自来水中加入NaCl模拟地层水，矿化度5 000 mg/L。

DV-Ⅱ旋转布氏黏度计，美国Brookfield公司；SY-001型石油混调器，北京绿野创能机电设备有限公司；KJ.17-ZC10型滚子加热炉，北京卓川电子科技有限公司。

1.2　HPAM/酚醛/脲醛复合交联聚合物凝胶体系的制备

分别取一定量的组分加入模拟地层水中，混合均匀，密封后置于滚子加热炉中养护。

1.3　黏度测定方法

采用旋转黏度计在20 ℃，6 r/min条件下，测定复合交联聚合物凝胶体系的黏度。

2　复合交联聚合物凝胶暂堵剂最佳配方的确定

2.1　HPAM

苯酚和尿素含量(质量分数，下同)0.6%，乌洛托品含量1.2%，催化剂氢氧化钡含量0.15%，稳定剂硫脲含量0.2%，温度75 ℃，溶液体系pH值为7，考察HPAM含量对体系成胶时间和凝胶强度的影响，凝胶强度用黏度表征，结果见表1。

表1　HPAM含量对成胶时间和黏度的影响

由表1可知，暂堵剂溶液在75 ℃下，乌洛托品随时间缓慢释放出甲醛，在催化剂作用下体系中苯酚和尿素分别与甲醛发生交联反应，促使分子链形成网状结构，从而形成凝胶。当HPAM含量为0.6%时，成胶时间加快，凝胶黏度增加；当HPAM含量继续增加时，成胶时间和凝胶黏度变化幅度下降；当HPAM含量为1.0%时，HPAM含量对体系的成胶时间和凝胶强度影响不大[1]。因此，HPAM含量以0.9%为宜。

2.2　苯酚

固定其他条件，HPAM含量0.9%，考察苯酚含量对体系成胶时间和凝胶强度的影响，结果见表2。在75 ℃下苯酚、尿素与乌洛托品释放出的甲醛在催化剂作用下，均可生成热固型酚醛树脂，苯酚含量大于0.7%，成胶时间大于42 h时，黏度保持在10 000 mPa·s。继续增加苯酚含量，成胶时间和黏度变化不大。因此，苯酚含量以0.6%为宜。但随着苯酚含量增加，凝胶网状结构中引入苯基数量增加，凝胶的热稳定性进一步增强。因此，高温油藏调剖作业时可适当增加苯酚含量。

表2　苯酚含量对成胶时间和黏度的影响

2.3　尿素

固定其他条件，苯酚含量为0.6 %，考察暂堵剂体系中尿素含量对凝胶体系成胶时间和凝胶强度的影响，结果见表3。

表3　尿素含量对成胶时间和黏度的影响

由表3看出，在75 ℃下尿素与乌洛托品释放的甲醛在催化剂作用下，可生成热固型脲醛树脂，并与HPAM中酰胺基作用生成主要以醚键交联的凝胶。当尿素含量大于0.7%，成胶时间大于42 h，黏度保持在9 700 mPa·s，继续增加尿素含量，成胶时间和黏度变化不大。因此，尿素含量以0.6%为宜。虽然脲醛树脂形成的凝胶强度小于酚醛树脂的，但尿素成本较低。因此，在施工作业中加入一定量的尿素可降低施工成本。

2.4　凝胶暂堵剂组成

由2.1～2.3得出，复合交联聚合物凝胶暂堵剂最佳配方为：0.9%HPAM+0.6%苯酚+0.6%尿素+1.2%乌洛托品+0.15%催化剂+0.2%稳定剂。

3　复合交联聚合物凝胶暂堵剂性能评价

3.1　抗剪切性[2]

在暂堵剂泵入过程中，由于受泵、炮眼及地层孔道的剪切作用，会损失一部分黏度。按照最佳配方配制复合交联聚合物凝胶暂堵剂溶液，采用混调器剪切暂堵剂溶液，使其初始黏度是原来的50%，放入100 ℃滚子加热炉内，待成胶后测定其成胶黏度，成胶黏度仍达7 000 mPa·s，说明该体系具有很强的抗剪切性能。

3.2　热稳定性

将按最佳配方配制的暂堵剂溶液放入120 ℃的滚子加热炉内，保持恒温并定期测定成胶黏度，放置1月后凝胶体系未见脱水，成胶黏度无明显变化。因此，说明该体系热稳定性良好。

3.3　岩心封堵能力

采用人造岩心，分别考察暂堵剂对水和煤油的封堵性。首先将1#岩心饱和水，测定其水相渗透率；同时将2#和3#岩心饱和油，测定其油相渗透率；再用4%NaCl溶液将3#岩心水驱至含油饱和度50%。将1#与2#岩心并联后，反向驱替暂堵剂，待1#岩心驱出第一滴聚合物后，停止驱替。将1#与2#岩心置于85 ℃水浴中养护16 h，测定其堵前渗透率(K0)和堵后渗透率(K1)。3#和4#岩心也采同样方法测定封堵前后渗透率, 并联岩心测定堵油率时，用4%NaCl溶液配制暂堵剂，结果见表4。暂堵剂对含水地层的封堵能力强，对含油地层渗透率具有很强的恢复作用。

表4　岩心封堵实验结果

So为含油饱和度。

3.4　解堵能力

解堵剂为100%双氧水+30%HCl，在85 ℃下，将岩心浸泡在解堵剂中，考察其对暂堵剂体系的解堵能力，结果见表5。在2 h内复合交联聚合物凝胶暂堵剂体系完全解堵。

表5　解堵剂对暂堵剂的解堵能力

4　结论

1)HPAM为主剂，制备了HPAM/酚醛/脲醛交联聚合物凝胶暂堵剂体系，确定了最佳配方：0.9%HPAM+0.6%苯酚+0.6%尿素+1.2%乌洛托品+0.15%催化剂+0.2%稳定剂。此复合交联聚合物凝胶暂堵剂体系热稳定性提高至120 ℃，成胶黏度达7 000～11 000 mPa·s，成胶时间在1～3 d可控。

2)常温条件下，苯酚不易溶于水，在暂堵剂体系中加入尿素并减少苯酚含量，有助于降低现场施工难度并有效保证封堵效果。

3)复合交联聚合物凝胶暂堵剂具有很好的耐剪切能力，对不同渗透率岩心的封堵效果良好，易解堵。

[1]范振中.酚醛树脂交联聚丙烯酰胺弱凝胶暂堵剂的研究与应用[D].杭州：浙江大学，2005.

[2]陈铁龙，蒲万芬.聚合物应用评价方法[M].北京：石油工业出版社，1997：4-5.