復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系的研究

王志勇 許磊(大慶煉化公司)

隨著大慶油田的不斷開采，油田已進(jìn)入高含水期開采階段，因注入水沿地層中高滲透段突進(jìn)，使得油井含水迅速上升，造成油井過早水淹，油量大幅度下降。為此，采取注水井調(diào)剖、油井堵水或注聚合物等措施是提高最終采收率的有效措施之一。

水溶性聚合物凝膠是我國目前研究最多應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)剖劑。特別是聚丙烯酰胺大量的應(yīng)用，這一類調(diào)剖劑由主劑（聚丙烯酰胺）和輔劑（交聯(lián)劑）構(gòu)成，在地面現(xiàn)場配制后注入地下，隨后通過交聯(lián)反應(yīng)形成凝膠后，通過吸附、動力捕集、物理堵塞等作用堵塞地層孔隙或裂縫。由于復(fù)合離子聚丙烯酰胺分子鏈上既有親水性的陰離子基團,又有對地層巖石吸附能力強的陽離子基團,提高被吸附聚合物的耐沖刷能力，因而延長了堵水調(diào)剖的有效期。現(xiàn)場應(yīng)用時注入工藝簡單，在油田的三次采油中具有良好的應(yīng)用前景。

一、各種交聯(lián)體系研究

本研究的技術(shù)關(guān)鍵是選擇一種合適的交聯(lián)劑構(gòu)成復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系，它不僅僅是構(gòu)成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的中心，更是控制反應(yīng)的要素。

近年來，人們相繼開發(fā)了聚丙烯酰胺/無機延遲交聯(lián)體系、聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系和聚丙烯酰胺共聚體系等等。

1.聚丙烯酰胺/無機延遲交聯(lián)體系

聚丙烯酰胺/無機延遲交聯(lián)體系中，一般選用多價金屬離子的配位螯合物作為交聯(lián)劑。目前，應(yīng)用比較廣泛的交聯(lián)劑有鉻離子和鋁離子。其機理是首先由多價金屬形成絡(luò)合中心，然后在與聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成凝膠。由于形成絡(luò)合中心這一步反應(yīng)是無機反應(yīng)，所以反應(yīng)速度非常快，不易控制是該交聯(lián)體系的一個缺點。

其次，以多價金屬離子為絡(luò)合中心的交聯(lián)體系所形成的凝膠效果差，以金屬鍵絡(luò)合的網(wǎng)絡(luò)凝膠剛性過強，表現(xiàn)為凝膠易破碎，粘彈性差，凝膠不穩(wěn)定。

再次，地下的礦化度較高，大大削弱了該交聯(lián)體系金屬離子的絡(luò)合作用。

2.聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系

聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系中，交聯(lián)劑是有機化合物，使整個交聯(lián)體系構(gòu)成一個多官能團體系，具有一定的活性。當(dāng)體系達(dá)到某一程度時，開始交聯(lián)，粘度增大，出現(xiàn)了所謂的凝膠。出現(xiàn)凝膠點時，在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間還有許多溶膠，溶膠還可以進(jìn)一步交聯(lián)成凝膠，表現(xiàn)為溶膠不斷減少，凝膠相應(yīng)增加。整個交聯(lián)過程中體系的物理性能產(chǎn)生顯著變化：凝膠點粘度有突變；充分交聯(lián)后，則強度增加。

由于交聯(lián)體系在凝膠點粘度突變，因此，我們可以通過預(yù)測控制凝膠點來控制交聯(lián)體系的交聯(lián)反應(yīng)。

另外，交聯(lián)形成的凝膠是以共價鍵鏈接有機分子的，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。

3.聚丙烯酰胺共聚體系

聚丙烯酰胺共聚體系中，通常由丙烯酰胺和某些功能單體構(gòu)成。具體使用方法是將共聚體系和引發(fā)劑注入地下，就地聚合而形成具有高強度、高粘彈性凝膠。但是，該體系在形成凝膠前由于粘度很低，極易被地層水所稀釋，還有，地層水中所含某些還原性物質(zhì)可使加入的引發(fā)劑失效，從而導(dǎo)致調(diào)剖作業(yè)失敗，封堵成功率比較低。

4.交聯(lián)體系的確定

通過對比不同交聯(lián)體系，采用復(fù)合離子聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系。

通過實驗室實驗，對交聯(lián)劑的合成進(jìn)行研究，成功研制出符合要求的交聯(lián)體系。

該復(fù)合離子聚合物交聯(lián)體系由復(fù)合離子聚合物和LHK-2交聯(lián)劑組成，不受水質(zhì)和PH值影響，與油層具有較好的配伍性。

二、交聯(lián)體系配方的研究

我們在進(jìn)行配方研究時必須要考慮油田現(xiàn)場應(yīng)用時的情況（比如配制水源、注入泵的排量，油層的地質(zhì)條件等等），因此，該交聯(lián)體系的配方不是一成不變的，而是可以根據(jù)實際應(yīng)用隨時進(jìn)行調(diào)整的。我們根據(jù)大慶油田地層溫度45℃，設(shè)計了該交聯(lián)體系的一個配方范圍。

1.清水配制

用清水配制復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系配方及凝膠的成膠性能，

表1 清水配制對單井成膠性能

表2 清水配制對多井成膠性能

2.污水配制

用油田污水配制復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系的配方及凝膠的成膠性能，

表3 污水配制對單井成膠性能

表4 污水配制對多井成膠性能

從上述實驗結(jié)果可以看出，體系PH值呈中性偏堿，可以確保地下成膠。成膠強度大于20000m Pa·s，符合油田調(diào)剖的要求。

三、試驗結(jié)果分析

該交聯(lián)體系在中、堿性條件下成膠，具有成膠時間可控、凝膠強度穩(wěn)定、彈性大、流動性好、不受水質(zhì)影響等特點，適用于大慶油田深部調(diào)剖。

[1]陳鐵龍、周曉俊、唐伏平、王樹義編著，《弱凝膠調(diào)驅(qū)提高采收率技術(shù)》，2006.

[2]趙徳仁、張蔚盛等著，《聚合物合成工藝學(xué)》，1997.

[3]張新平等著，《有關(guān)國內(nèi)聚丙烯酰胺技術(shù)的研究》，1997.

[4]蒲萬芬、羅憲波、魏淋生等著，《低滲透裂縫性油藏雙重交聯(lián)復(fù)合凝膠堵水技術(shù)》2006.

[5]高青雨、張福蓮等著，高分子學(xué)報，1994，3.