聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量對凍膠穩(wěn)定性的影響研究

唐延彥

中國石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院，山東東營 257000

堵水調(diào)剖技術(shù)是油田開發(fā)過程中一項重要的工藝技術(shù)[1]，可有效控制地層水及注入水對油井的影響，降低油井含水，提高油層的動用程度，增加油田的可采儲量，最終達到提高采收率的目的。目前的水驅(qū)油藏堵調(diào)技術(shù)以凍膠類堵劑為主，單井增油相對較高，有效期200 d左右。

聚丙烯酰胺作為調(diào)剖劑被認(rèn)為是油田上應(yīng)用最經(jīng)典、最常用的技術(shù)方法[2]。比較有代表性的是HPAM/Cr3+(無機絡(luò)離子)，所用交聯(lián)劑是六價鉻經(jīng)氧化還原反應(yīng)得到的三價無機鉻離子，在體系中添加不同的熱穩(wěn)定劑及其他添加劑又可得到中溫、高溫鉻凍膠及混合型凍膠等多種產(chǎn)品[3]。目前主導(dǎo)使用體系為聚合物凍膠體系，采用的是驅(qū)油用的聚合物，存在初始黏度高、不易注入、交聯(lián)后不穩(wěn)定、封堵有效期短、效果變差等問題。

1 驅(qū)油用聚丙烯酰胺交聯(lián)的弱點

1.1 驅(qū)油用聚合物的接枝影響交聯(lián)效果

隨著油田的不斷開發(fā)，化學(xué)驅(qū)油藏溫度、礦化度逐漸升高，驅(qū)油用聚合物由直鏈高分子逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻又簿墼黾泳酆衔锏酿ざ萚4]。接枝共聚聚合物由于支鏈的增加，容易影響交聯(lián)效果。同時由于接枝聚合物水動力學(xué)尺寸增加，對于滲透率偏低的儲層注入不適應(yīng)。

1.2 驅(qū)油用聚合物相對分子質(zhì)量高過炮眼剪切嚴(yán)重

油層地下聚合物流動是一個非均勻流場[5]，近井地帶和遠井流動區(qū)域的流動狀態(tài)差別比較大，比如，地層滲透率為1 D時，在近井地帶剪切速率為28 000 s-1，而在距離井筒1 m處，剪切速率為140 s-1左右，表1是距離井筒不同半徑處聚合物在多孔介質(zhì)中流動的剪切速率與炮眼處的流動剪切速率對比。

表1 地層滲透率為1 D時炮眼及距井不同半徑(r)處聚合物的剪切速率

由表1看出，炮眼處剪切速率為28 000 s-1，相對分子質(zhì)量越高的聚合物剪切越嚴(yán)重，交聯(lián)受到的影響也越大。

2 聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量對凍膠穩(wěn)定性的影響

合成不同相對分子質(zhì)量、水解度的聚丙烯酰胺，采用孤東東三聯(lián)注入水配制不同濃度的聚丙烯酰胺溶液，與酚醛交聯(lián)劑交聯(lián)，測試成膠前后黏度變化、成膠強度、分水率、抗剪切性及封堵性能。

2.1 相對分子質(zhì)量對聚丙烯酰胺黏度的影響

用孤東東三聯(lián)注入水配制不同濃度的聚丙烯酰胺溶液，用布什黏度計測試不同濃度時不同相對分子質(zhì)量聚丙烯酰胺溶液的黏度，結(jié)果見圖1。

圖1 相對分子質(zhì)量不同的聚丙烯酰胺黏度曲線

由圖1可以看出，隨著聚合物相對分子質(zhì)量的增大，聚丙烯酰胺溶液的黏度逐漸增大。而且，隨著溶液濃度的增大，聚丙烯酰胺溶液的黏度也隨之增大。

2.2 相對分子質(zhì)量對聚丙烯酰胺凍膠強度的影響

用孤東東三聯(lián)注入水配制不同濃度的聚丙烯酰胺溶液，采用酚醛交聯(lián)劑，按照聚合物與交聯(lián)劑濃度比為10∶9的比例加入，攪拌均勻后放入70 ℃烘箱中，放置15 d后，用流變儀測試70 ℃，0.1 Pa、0.2 Hz條件下，相對分子質(zhì)量不同的聚丙烯酰胺凍膠體系的復(fù)合黏度見圖2。

圖2 相對分子質(zhì)量不同的聚丙烯酰胺與酚醛交聯(lián)后黏度

由圖2可以看出，相對分子質(zhì)量較低時，交聯(lián)黏度隨著聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量的增大而逐漸增大，但相對分子質(zhì)量達到2 000萬之后，交聯(lián)黏度下降，這是因為分子鏈中支鏈的影響導(dǎo)致交聯(lián)效果變差，黏度降低。

2.3 相對分子質(zhì)量對聚丙烯酰胺凍膠熱穩(wěn)定性的影響

用孤東東三聯(lián)注入水配制3 000 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，采用酚醛交聯(lián)劑，按照聚合物與交聯(lián)劑濃度比為10∶9的比例加入，攪拌均勻。將配好的溶液加入一系列50 mL的安瓿瓶中，瓶中加入40 mL左右，放置于70 ℃烘箱中，每隔20 d取一只安瓿瓶測量樣品，用流變儀測試70 ℃時，0.1 Pa、0.2 Hz條件下的復(fù)合黏度，并繪制曲線，黏度下降至80%所對應(yīng)的時間為交聯(lián)熱穩(wěn)定時間。

表2 不同相對分子質(zhì)量聚丙烯酰胺凍膠體系的交聯(lián)熱穩(wěn)定時間

聚丙烯酰胺凍膠體系的交聯(lián)熱穩(wěn)定性較好，可以達到200 d以上，相對分子質(zhì)量在1 000萬～1 500萬左右時，熱穩(wěn)定性好。

2.4 相對分子質(zhì)量對聚丙烯酰胺凍膠抗剪切性的影響

同樣方法配制聚丙烯酰胺凍膠溶液，放置于70 ℃烘箱中5 d，后注入單管填砂管巖心中進行多輪次剪切，測試剪切后凍膠體系的黏度。將聚合物凍膠溶液解注入巖心管進行四輪剪切，對比相對分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺凍膠的黏度保留率，結(jié)果見圖3。

圖3 不同相對分子質(zhì)量聚丙烯酰胺凍膠體系的剪切黏度保留率

將不同相對分子質(zhì)量的聚丙烯酰胺剪切前后與酚醛交聯(lián)劑交聯(lián)，剪切后, 將產(chǎn)出的聚合物凍膠溶液放入70 ℃烘箱中15 d，用流變儀測試剪切后凍膠體系的黏度見表3。

表3 不同相對分子質(zhì)量聚丙烯酰胺剪切前后與酚醛交聯(lián)形成的凍膠體系黏度

由表3可以看出，相對分子質(zhì)量過低或過高時，聚合物抗剪切性能均較差，剪切后的成膠強度均較低。

2.5 相對分子質(zhì)量對聚丙烯酰胺凍膠封堵性能的影響

相對分子質(zhì)量為500萬的聚丙烯酰胺與酚醛樹脂交聯(lián)后，強度相對較低，有效期略短，因此物模實驗時選用的相對分子質(zhì)量為1 000萬，1 500萬，2 000萬的聚丙烯酰胺。巖心尺寸φ(2.5 cm×40 cm)，巖心的滲透率約1.5 μm2，巖心封堵實驗結(jié)果見表4。

表4 巖心封堵實驗結(jié)果

從表4可以看出，成膠前調(diào)剖劑溶液在巖心中的流動性較好，注入性好，注入到巖心中后，阻力系數(shù)、殘余阻力系數(shù)高，說明體系封堵效果較好，其中聚丙烯酰胺相對分子質(zhì)量為1 000萬、1 500萬時，凍膠體系封堵率相對較高。

3 結(jié)論

1)現(xiàn)場用聚合物凍膠體系采用的是驅(qū)油用的聚合物，存在初始黏度高、不易注入、耐溫抗鹽性差等問題，交聯(lián)后不穩(wěn)定，耐溫性差。

2)室內(nèi)試驗研究表明，聚合物相對分子質(zhì)量為800萬～1 500萬，聚合物初始黏度低，成膠后強度高，熱穩(wěn)定性好，抗剪切能力高，封堵效果好。