鹽水對PEI/HPAM凝膠性能影響的實驗研究

柳敏（大港油田分公司采油工藝研究院，天津　300280）

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鹽水對PEI/HPAM凝膠性能影響的實驗研究

柳敏
（大港油田分公司采油工藝研究院，天津300280）

摘要：近年來低毒性聚乙烯亞胺/聚丙烯酰胺堵水凝膠在世界范圍得到了廣泛關注，但有關鹽水對該凝膠性能的影響鮮有報道。本文通過實驗，研究了鹽水對PEI/HPAM凝膠強度與吸水膨脹性能的影響。結果認為，接觸鹽水后，凝膠體系都會吸水膨脹，但吸收KCl鹽水最多，NaCl鹽水次之，吸收MgCl2鹽水最少；NaCl鹽水吸收后對凝膠強度有重要影響，KCl次之，MgCl2影響最小仍然保持在G級強度。

關鍵詞：鹽水；PEI/HPAM凝膠；吸水量；性能影響

聚合物凝膠廣泛應用于調剖堵水提高采收率領域。由于環保需求，國外于20世紀90年代就已開始了低毒性交聯劑研究。聚乙烯亞胺（PEI）交聯聚丙烯酰胺（HPAM）形成的有機凝膠近年來在世界范圍內得到了廣泛關注，PEI交聯劑有著低毒特征，是一種食品可接觸性物質[1，2]。聚乙烯亞胺交聯凝膠在許多高溫油藏堵水施工中得到了成功應用，在油田化學堵水領域具有廣闊應用前景[3-5]。但交聯后的凝膠在地層中會長時間受地層水（鹽水）擠壓、侵蝕等復雜物理化學作用，勢必會影響長期熱鹽穩定性。本文通過實驗研究了鹽水對PEI/HPAM凝膠性能的影響，旨在探索鹽水-PEI/HPAM凝膠相互作用機理，為PEI交聯凝膠的現場應用提供指導。

1　實驗設計

1.1實驗試劑

HPAM（北京恒聚油田化學劑有限公司，平均相對分子質量800萬，水解度為23 %）；PEI（上海阿拉丁生化科技股份有限公司，平均相對分子質量7萬）；去離子水、氯化鈉、氯化鉀，氯化鎂均為分析純。

本實驗研究鹽水對低毒性PEI/HPAM凝膠體系強度及穩定性的影響。待PEI/HPAM凝膠體系成膠后，加入等體積不同礦化度的鹽水，觀察、記錄凝膠體系與鹽水接觸后強度及質量的變化。

1.2實驗儀器

S7401-Ⅱ調速攪拌器；ESJ120-4A精密電子天平；CS1013電熱鼓風恒溫干燥箱。

1.3實驗方法

先配制若干體積為20 mL的預凝膠體系（PEI濃度為1.0%，HPAM濃度為1.5%），放入70℃恒溫烘箱中，待凝膠體系達到終凝強度H后加入等體積不同的鹽水，定期觀察、記錄凝膠體系強度變化以及吸水膨脹情況。

2　實驗結果與討論

2.1 NaCl對成膠后的PEI/HPAM凝膠體系性能影響

配制濃度分別為8 g/L、10 g/L、12 g/L、15 g/L的NaCl溶液，分別加20 mL到已經成膠且達到終凝強度H的凝膠體系中，3 d后用目測代碼法觀察凝膠體系強度變化情況，用稱重法研究凝膠體系吸水膨脹情況，結果（見表1、圖1）。

表1　已成膠的PEI/HPAM凝膠體系遇到不同濃度NaCl后吸水膨脹情況

由表1可知：當鹽水中NaCl濃度在8 g/L～15 g/L范圍內時，與鹽水接觸后，凝膠體系均出現吸水膨脹的現象，且NaCl的濃度越大，PEI/HPAM凝膠體系質量增加越少，吸水量越低。

由圖1可知，當鹽水中NaCl濃度在8 g/L～15 g/L范圍內時，隨著NaCl濃度的升高，已成膠的PEI/HPAM凝膠體系與鹽水接觸后強度降低越明顯，變化趨勢為：H→G→F→E，說明NaCl鹽水對已成膠的PEI/HPAM凝膠的強度影響較大。

2.2 KCl對成膠后的PEI/HPAM凝膠體系性質影響

配制濃度分別為8 g/L、10 g/L、12 g/L、15 g/L的KCl溶液，分別加20 mL到已經成膠且達到終凝強度H的凝膠體系中，3 d后用目測代碼法觀察凝膠體系強度變化情況，用稱重法研究凝膠體系吸水膨脹情況，結果（見表2、圖2）。

表2　已成膠的PEI/HPAM凝膠體系遇到不同濃度KCl后吸水膨脹情況

圖1　不同濃度NaCl（從左至右依次為8 g/L、10 g/L、12 g/L、15 g/L）與成膠后的凝膠接觸后凝膠體系強度變化

由表2可知：當鹽水中KCl濃度在8 g/L～15 g/L范圍內時，與鹽水接觸后，凝膠體系均出現吸水膨脹的現象，且KCl的濃度越大，PEI/HPAM凝膠體系質量增加越少，吸水量越低。由圖2可知：當鹽水中KCl濃度在8 g/L～15 g/L范圍內時，隨著KCl濃度的升高，已成膠的PEI/HPAM凝膠體系強度與鹽水接觸后也在不斷減小，變化趨勢為：H→G→G→F。

2.3 MgCl2對成膠后的PEI/HPAM凝膠體系性質影響

配制濃度分別為8 g/L、10 g/L、12 g/L、15 g/L的MgCl2溶液，分別加20 mL到已經成膠且達到終凝強度H的凝膠體系中，3 d后用目測代碼法觀察凝膠體系強度變化情況，用稱重法研究凝膠體系吸水膨脹情況，結果（見表3、圖3）。

圖2　不同濃度KCl（從左至右依次為8 g/L、10 g/L、12 g/L、15 g/L）與成膠后的凝膠接觸后凝膠體系強度變化

圖3　不同濃度MgCl2（從左至右依次為8 g/L、10 g/L、12 g/L、15 g/L）與成膠后的凝膠接觸后凝膠體系強度變化

表3　已成膠的PEI/HPAM凝膠體系遇到不同濃度MgCl2后吸水膨脹情況

由表3可知：在一定范圍內，含有MgCl2的濃度越大，PEI/HPAM凝膠體系質量增加越少。并且接觸的含有MgCl2的鹽水濃度在8 g/L～15 g/L范圍內時，該凝膠體系均發生膨脹。

由圖3可知，當MgCl2濃度在8 g/L～15 g/L范圍內時，隨著MgCl2升高，已成膠的PEI/HPAM凝膠體系強度與鹽水接觸后也在不斷減小，變化趨勢為：H→G→G→G，說明MgCl2鹽水對已成膠的PEI/HPAM凝膠的強度影響較小。

3　結論

（1）鹽水與已經成膠的PEI/HPAM凝膠體系接觸后，凝膠體系均出現了一定程度的強度降低和膨脹現象。且隨著礦化度的升高，凝膠體系的強度降低得越明顯，而膨脹率逐漸減小。

（2）NaCl鹽水對已經成膠的PEI/HPAM凝膠體系強度的影響最大，KCl鹽水次之，MgCl2鹽水影響最小；而KCl鹽水對其吸水膨脹性能的影響最大，NaCl鹽水次之，MgCl2鹽水影響最小。

參考文獻：

［1］賈虎.有機凝膠控水及堵水技術研究［J］.西南石油大學學報（自然科學版），2013，35（6）:141-152.

［2］賈艷平，王業飛，何龍，等.堵劑聚乙烯亞胺凍膠成凍影響因素研究［J］.油田化學，2007，24（4）：316-319.

［3］劉錦霞，趙夢云，趙青.高溫下PAM/PEI體系延緩成膠技術研究［J］.油田化學，2010，27（3）：279-283.

［4］Jia H.，Pu W F.，Zhao J Z.，et al.Research on the Gelation Performance of Low Toxic PEI Cross-Linking PHPAM Gel Systems as Water Shutoff Agents in Low Temperature Reservoirs［J］.Industrial & Engineering Chemistry Research，2010，49（20）:9618-9624.

Experimental study on the effect of salinity water on the performance of PEI/HPAM gel

LIU Min
（Oil Production Technology Institute of Dagang Oilfield Company，Tianjin 300280，China）

Abstract:Low toxic PEI/HPAM gel as water shutoff agent has received more attention in recent years.However,the effect of salinity water（formation water）on the performance of the target gel is not well understood.In this study,the effect of different salinity water on gel strength and absorbency swelling ability of PEI/HPAM gel was investigated through experimental approach.Results show that PEI/HPAM gel can swell to some degree after contacting with salinity water.The absorbency ability for KCl salinity water is the best,followed by NaCl salinity water.MgCl2salinity water is the worst candidate for the absorbency ability of PEI/HPAM gel.The gel strength after absorbing salinity water is inversely proportional to the total absorption of different salinity water.For instance,gel strength after absorbing MgCl2salinity water still keeps at a higher level of code G.

Key words：salinity water；PEI/HPAM gel；absorbency ability；performance impact

作者簡介：柳敏，男（1981-），工程師，主要從事油田三次采油研究工作，郵箱：6375608@qq.com。

*收稿日期：2016－02-18

DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2016.03.039

中圖分類號：TE358.3

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5285（2016）03-0145-03