Cr3+/聚合物凝胶成胶效果影响因素研究

2015-11-15汪淼乞迎安

化工管理 2015年30期

关键词：成胶矿化度溶解氧

汪淼乞迎安

（1北京石油化工学院，北京 102617；2辽河油田金马油田开发公司，辽宁盘锦 124010）

Cr3+/聚合物凝胶成胶效果影响因素研究

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（1北京石油化工学院，北京 102617；2辽河油田金马油田开发公司，辽宁盘锦 124010）

Cr3+/聚合物凝胶的成胶效果易受矿化度、金属离子、溶解氧等多种因素影响，导致不成胶或成胶质量差的问题，通过室内实验，研究了矿化度、金属离子、溶解氧三种因素对凝胶的影响，并针对各项因素研究了可行的对策，对油田应用聚合物凝胶提供了技术借鉴。

聚合物凝胶；影响因素；金属离子；溶解氧

Cr3+/聚合物凝胶体系是目前油田调剖、堵水等增产技术常用的调堵剂配方，易受到矿化度等多方面因素的影响，导致成胶质量下降或者稳定性下降等问题，使凝胶的成胶粘度与粘弹性降低，失去封堵地层高渗孔道的作用，因此通过室内模拟成胶实验，研究凝胶成胶影响因素，了解各因素产生影响的机理，并采取具体的对策，降低各种因素的影响。

1 聚合物凝胶成胶机理及影响因素

1.1 聚合物凝胶成胶机理

Cr3+/聚合物凝胶体系是凝胶体系中较为常见的一类，属于高价金属离子作为交联剂与聚合物发生交联反应，生成具有三维网状结构的凝胶状流体，成胶反应经历以下3个步骤：

⑴聚丙烯酰胺与水混合，部分酰胺基与水中的氢氧根发生水解反应，生成羧酸根。

⑵交联剂中的Cr3+在水中容易发生络合反应，生成具有长链结构的多核羟桥络离子。

⑶聚丙烯酰胺通过羧基与多核羟桥络离子交联反应，生成立体结构聚合物凝胶。

1.2 聚合物凝胶的影响因素

配制用水中的金属离子、氧化性物质会对聚合物产生影响，使得聚合物过度水解，或产生高分子链断裂，或者占据聚合物与Cr3+交联的羧酸基产生其他络合反应，以上几种因素均能影响到聚合物凝胶的成胶效果，需通过室内实验开展相应的研究。

2 实验材料、仪器及方法

部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相对分子质量为19×106，水解度23%；有机复合铬交联剂；蒸馏水及模拟地层水所用药品；硫酸亚铁（分析纯）。油田回注污水的模拟水，布氏粘度计；及其他辅助实验仪器。

3 凝胶成胶效果影响因素研究

3.1 矿化度的影响

为考察矿化度对凝胶体系的影响［1］，利用纯水、污水、地层水及模拟水（矿化度分别为65、1993、3408、22670）配制调凝胶系，恒温60℃，检测成胶粘度。实验结果表明，配制用水矿化度低于3000mg/L，具有成胶促进作用，但高于20000mg/L后，成胶效果明显变差。

3.2 溶解氧的影响

实验研究不同溶解氧浓度（0mg/L-3mg/L）对凝胶成胶强度的影响［2］，实验温度为60℃。

图1 溶解氧含量对弱凝胶成胶强度的影响

从图1中可以看出，溶解氧浓度0.5mg/L的凝胶成胶后粘度保持在7000-13000mPa·s，在20d时达到最大值13000mPa·s，35d后破胶。1.5mg/L含氧量浓度凝胶成胶时间为17d，成胶强度较低，粘度仅为4210mPa·s，且仅9d便开始破胶。实验表明溶解氧浓度超过1.5mg/L能显著影响凝胶的成胶强度。

3.3 Fe2+的影响

实验中Fe2+质量浓度区间的为5mg/L-25mg/L，从5mg/L开始浓度每增加5mg/L设计一个样品，恒温60℃。

图2 不同Fe2+浓度弱凝胶的粘度变化

实验结果见图2，表明有少量Fe2+存在，会对凝胶产生严重的降解作用，导致粘度大幅度下降，主要由于Fe2+可作为一种高效催化剂，使水中的溶解氧及其他氧化物在较短时间内与聚合物产生氧化降解反应，引起对聚合物碳链的破坏。当Fe2+浓度为5mg/L时，凝胶粘度损失率为5%，当Fe2+浓度为15mg/L时，弱凝胶溶液粘度损失率达到75%；浓度为25mg/L时，损失率超过90%。因此，应将Fe2+浓度控制在5mg/L以下。