二次交聯聚合物堵劑體系室內研究

徐建梅

【摘 要】裂縫性油藏堵水作業時，堵水劑會沿著裂縫向地層中漏失，堵塞低滲透地層。本文針對這一問題，應用實驗考察影響二次交聯聚合物凝膠性能的因素，通過組分和用量的篩選，得到二次交聯聚合物凝膠體系的基本配方。

【關鍵詞】裂縫油藏；深部堵水；二次交聯堵水劑

在裂縫性油藏中，由于裂縫相對于基質滲透率大得多，堵水劑會沿裂縫向地層中漏失，給堵水作業帶來很大危害。由于堵水劑漏失進入小裂縫導致對油層的傷害，加上堵水劑漏失降低封堵裂縫的強度，致使堵水有效期縮短，甚至堵不住水，對此提出一種新型堵水劑，二次交聯機理是利用HPAM的兩個基團-COOH和-CONH2能夠分別與有機鉻交聯劑中的Cr3+和酚醛樹脂交聯劑中的-OH發生交聯，但由于兩種交聯的類型不同，反應的速度不同，據此可設計出雙基團二次交聯凍膠堵劑體系。

在第一次交聯之前，堵劑體系的粘度較低，有利于堵劑的泵入。第一次交聯之后，堵劑體系的粘度上升，但流動性仍然較好，這樣可避免堵劑進入滲透率較低的油層，對油層起到保護作用；當發生第二次交聯后，堵劑體系失去流動性，可產生高強度的封堵段塞。由于雙基團二次交聯聚合物凍膠堵劑體系具有成膠時間較長，強度可控，因此可進行水平井的深部堵水或堵劑的定點投放。

1 實驗部分

藥品：聚合物HPAM，相對分子質量1500-1800萬，水解度20%，東營光正集團生產；有機鉻交聯劑，墨綠色溶液，濃度30mg/L；水溶性酚醛樹脂，紅棕色溶液，濃度45%。

儀器：真空突破儀器，磁力攪拌器、電子天平、恒溫水浴。

2 實驗方法

成膠強度測量：本實驗采用真空突破法測量凝膠的強度。

成膠時間確定：凝膠成膠時間多采用目測代碼法，凝膠成膠時間分為一次交聯和二次交聯時間。一次交聯時間指體系由流動溶液A變成流動凝膠c所經歷的時間，二次交聯時間指體系由流動凝膠c變成輕微形變不流動凝膠F所經歷的時間。本實驗采用二次交聯時間。

3 二次交聯聚合物堵劑體系確定

正交實驗：室內設計了二次交聯凍膠堵劑體系組成中聚合物、有機鉻交聯劑、酚醛樹脂交聯劑與溫度四因素四水平正交實驗。通過實驗得出：交聯最優組合是A3B1C3D4，成膠強度為0.09MPa；對成膠強度影響順序：聚合物、溫度、酚醛交聯劑和有機鉻交聯劑。

影響因素研究：在正交實驗的基礎上，采用單因素法研究溫度、pH值、礦化度、延遲劑等因素對堵劑體系的影響。

3.1 溫度的影響

在聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.675%，有機鉻濃度0.01%，礦化度19000mg/L，pH為7的條件下改變溫度，考察并測量凝膠的真空突破壓力和交聯時間隨溫度的變化情況，可以看出：隨著溫度的升高，體系的真空突破壓力增大，交聯速度加快，交聯時間縮短。溫度對堵劑體系的成膠時間影響較大，80℃時交聯時間為15h，50℃時的交聯時間達到72h。由此可知該堵劑體系適用于60℃以上的地層深部堵水。

3.2 pH值的影響

在試驗溫度80℃下，聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.675%，有機鉻濃度0.01%，礦化度19000mg/L，調節pH值，考察pH值對堵劑的成膠強度和交聯時間的影響情況。可以看出：pH值對堵劑的成膠時間影響較小，但對成膠強度影響較大。隨著pH值的升高，體系的真空突破壓力也迅速升高，當pH為7時真空突破壓力達到最大值，pH值繼續升高，體系強度又開始減小。堵劑適合中性條件下成膠。

3.3 礦化度對堵劑體系的影響

在聚合物4000mg/L，酚醛樹脂濃度0.675%，有機鉻濃度0.01%，pH值為7的條件下，改變礦化度，考察并測量凝膠的真空突破壓力和交聯時間隨礦化度的變化情況，可以看出：隨這礦化度的增加，體系的真空突破壓力降低，交聯速度加快，交聯時間縮短。總體來說，礦化度對堵劑體系的成膠強度和交聯時間影響較小，另外說明堵劑具有良好的耐鹽性能，堵劑體系的礦化度范圍為14000～19000mg/L。

3.4 延遲劑CL-2對堵劑體系的影響

在聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.675%，有機鉻濃度0.01%，礦化度9000mg/L，pH為7的堵劑體系中加入延遲劑CL-2，考察并測量凝膠的真空突破壓力和交聯時間隨延遲交聯劑CL-2的變化情況，可以看出：加入延遲交聯劑CL-2后，體系的強度變化不大。體系的交聯速度隨延遲交聯劑CL-2濃度的增加而變緩，交聯時間延長，延遲劑CL-2延遲交聯作用明顯。堵劑體系中延遲劑的加量為0.02%。

通過對堵劑體系影響因素的研究，得到了堵劑體系的基本組成為4000mg/L HPAM，0.675%酚醛交聯劑，0.01%有機鉻交聯劑，延遲劑CL-2為0.02%。該堵劑體系適宜溫度為60～90℃，pH值在中性范圍內，礦化度范圍為14000～19000mg/L，成膠時間較長、可調，可用于深部地層堵水。

4 堵劑體系穩定性研究

在80℃下考察聚合物濃度4000mg/L，酚醛樹脂濃度0.6%，有機鉻濃度0.01%，CL-2 0.02%，礦化度19000mg/L，pH值為7的堵劑體系穩定性，可以看出：隨著時間的延長，體系的真空突破壓力逐漸降低，最后趨于穩定，且這個穩定值較高。該體系的脫水較少，最終脫水率小于2%，強度保持率達到95%，堵劑體系的穩定性很好。

5 堵劑體系的封堵性能研究

堵劑體系封堵的選擇性：首先向模型中注水至壓力恒定，測量各填砂管的滲透率；向模型中注入聚合物濃度4000mg/L，酚醛濃度0.6%，有機鉻濃度0.01%，CL-2 0.02%，礦化度19000mg/L，pH值為7的堵劑體系，記錄各管的流出液體積；將兩填砂管放入80℃水浴中加熱24h成膠，測定填砂管的堵后滲透率。可以得出：堵劑主要進入高滲透巖心，低滲透巖心注入較少，堵劑體系具有較好的選擇封堵特性，對高滲巖心封堵達到了95%以上，而對低滲巖心的封堵為15.6%。從試驗結果中可判斷，堵劑具有一定的選擇性堵水作用，在一定壓力下，堵劑主要進入滲透率大的巖心，并能達到較強封堵的作用；對于低滲透的巖心，進入的堵劑相對量很少，封堵強度不高，甚至無法封堵低滲透巖心。

堵劑體系封堵的有效性：首先水驅測得堵前滲透率，然后將4000mg/L HPAM、0.675%酚醛交聯劑、0.1%有機鉻交聯劑、延遲劑CL-2濃度 0.02%、pH值7、礦化度19000mg/L的堵劑體系正向注入巖心1PV，將封堵后的巖心放入80℃的水浴中放置不同時間后，測量其突破壓力和封堵率。由試驗得出，堵劑體系對巖心的封堵率隨時間的變化不大，而突破壓力稍有所下降，但下降不大。堵劑封堵有效性很好。

6 結論

通過對堵劑體系影響因素的研究，得到了堵劑體系的基本組成為4000mg/L HPAM、0.675%酚醛交聯劑、0.01%有機鉻交聯劑、延遲劑CL-2為0.02%。該堵劑體系適宜的溫度為60～90℃，pH值在中性范圍內，礦化度范圍為14000～19000mg/L，成膠時間較長、可調，可用于深部地層堵水。

【參考文獻】

[1]唐孝芬，等.交聯聚合物凝膠調堵劑性能評價指標及方法[J].石油鉆采工藝， 2004，16（2）：49-53.

[2]王健，等.兩次成膠的聚合物凝膠堵劑的研制及應用[J].油田化學，2003，20（4）：310-315.

[責任編輯：程龍]