Cr3+/聚合物凝膠成膠效果影響因素研究

汪淼 乞迎安

（1北京石油化工學院，北京 102617；2遼河油田金馬油田開發公司，遼寧盤錦 124010）

Cr3+/聚合物凝膠成膠效果影響因素研究

汪淼1乞迎安2

（1北京石油化工學院，北京 102617；2遼河油田金馬油田開發公司，遼寧盤錦 124010）

Cr3+/聚合物凝膠的成膠效果易受礦化度、金屬離子、溶解氧等多種因素影響，導致不成膠或成膠質量差的問題，通過室內實驗，研究了礦化度、金屬離子、溶解氧三種因素對凝膠的影響，并針對各項因素研究了可行的對策，對油田應用聚合物凝膠提供了技術借鑒。

聚合物凝膠；影響因素；金屬離子；溶解氧

Cr3+/聚合物凝膠體系是目前油田調剖、堵水等增產技術常用的調堵劑配方，易受到礦化度等多方面因素的影響，導致成膠質量下降或者穩定性下降等問題，使凝膠的成膠粘度與粘彈性降低，失去封堵地層高滲孔道的作用，因此通過室內模擬成膠實驗，研究凝膠成膠影響因素，了解各因素產生影響的機理，并采取具體的對策，降低各種因素的影響。

1 聚合物凝膠成膠機理及影響因素

1.1 聚合物凝膠成膠機理

Cr3+/聚合物凝膠體系是凝膠體系中較為常見的一類，屬于高價金屬離子作為交聯劑與聚合物發生交聯反應，生成具有三維網狀結構的凝膠狀流體，成膠反應經歷以下3個步驟：

⑴聚丙烯酰胺與水混合，部分酰胺基與水中的氫氧根發生水解反應，生成羧酸根。

⑵交聯劑中的Cr3+在水中容易發生絡合反應，生成具有長鏈結構的多核羥橋絡離子。

⑶聚丙烯酰胺通過羧基與多核羥橋絡離子交聯反應，生成立體結構聚合物凝膠。

1.2 聚合物凝膠的影響因素

配制用水中的金屬離子、氧化性物質會對聚合物產生影響，使得聚合物過度水解，或產生高分子鏈斷裂，或者占據聚合物與Cr3+交聯的羧酸基產生其他絡合反應，以上幾種因素均能影響到聚合物凝膠的成膠效果，需通過室內實驗開展相應的研究。

2 實驗材料、儀器及方法

部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對分子質量為19×106，水解度23%；有機復合鉻交聯劑；蒸餾水及模擬地層水所用藥品；硫酸亞鐵（分析純）。油田回注污水的模擬水，布氏粘度計；及其他輔助實驗儀器。

3 凝膠成膠效果影響因素研究

3.1 礦化度的影響

為考察礦化度對凝膠體系的影響［1］，利用純水、污水、地層水及模擬水（礦化度分別為65、1993、3408、22670）配制調凝膠系，恒溫60℃，檢測成膠粘度。實驗結果表明，配制用水礦化度低于3000mg/L，具有成膠促進作用，但高于20000mg/L后，成膠效果明顯變差。

3.2 溶解氧的影響

實驗研究不同溶解氧濃度（0mg/L-3mg/L）對凝膠成膠強度的影響［2］，實驗溫度為60℃。

圖1 溶解氧含量對弱凝膠成膠強度的影響

從圖1中可以看出，溶解氧濃度0.5mg/L的凝膠成膠后粘度保持在7000-13000mPa·s，在20d時達到最大值13000mPa·s，35d后破膠。1.5mg/L含氧量濃度凝膠成膠時間為17d，成膠強度較低，粘度僅為4210mPa·s，且僅9d便開始破膠。實驗表明溶解氧濃度超過1.5mg/L能顯著影響凝膠的成膠強度。

3.3 Fe2+的影響

實驗中Fe2+質量濃度區間的為5mg/L-25mg/L，從5mg/L開始濃度每增加5mg/L設計一個樣品，恒溫60℃。

圖2 不同Fe2+濃度弱凝膠的粘度變化

實驗結果見圖2，表明有少量Fe2+存在，會對凝膠產生嚴重的降解作用，導致粘度大幅度下降，主要由于Fe2+可作為一種高效催化劑，使水中的溶解氧及其他氧化物在較短時間內與聚合物產生氧化降解反應，引起對聚合物碳鏈的破壞。當Fe2+濃度為5mg/L時，凝膠粘度損失率為5%，當Fe2+濃度為15mg/L時，弱凝膠溶液粘度損失率達到75%；濃度為25mg/L時，損失率超過90%。因此，應將Fe2+濃度控制在5mg/L以下。

4 對策研究

實驗證明礦化度、溶解氧以及Fe2+濃度過高都會對Cr3+/聚合物凝膠體系成膠產生影響，因此針對每種因素需要選擇相應的對策，降低其對凝膠成膠的影響。

5 結語

通過室內實驗開展Cr3+/聚合物凝膠體系成膠影響因素研究，研究證明水中礦化度、溶解氧和Fe2+均能在達到一定濃度后對凝膠成膠產生影響。采用深度處理，添加硫脲和曝氣的技術，可分別降低礦化度、溶解氧以及Fe2+對凝膠的影響，能夠明顯改善凝膠的成膠性能，提高凝膠的熱穩定性。