抗溫型聚合物凝膠制備與性能評價

王久波

[關鍵字]：抗溫性;聚合物;凝膠;蒸汽驅

引 言

如今，我國各大油田逐漸進入了高含水開發期，在采收率逐日降低的情況下采用三次采油手段來提高原油采收率，蒸汽驅是很受歡迎的三次采油方式。但是在蒸汽驅過程中往往存在蒸汽氣竄等現象，使得蒸汽只能驅出高滲透層的原油，波及效率低。本論文討論聚合物凝膠體系調剖，采用聚丙烯酰胺類材料為研究基礎，但聚丙烯酰胺在穩定性、抗溫、抗鹽和有效期等方面稍有欠缺，因此限制了其使用范圍。因此，如何提高聚合物凝膠體系抗溫性能成為了廣大學者研究的重要課題。本文合成了三種聚合物，并對其水溶液的性質和凝膠體系進行了評價。實驗結果表明，本論文合成的改性聚合物1凝膠體系具有良好的性能，能夠在一定程度上滿足油田蒸汽驅調剖的需要，具有不錯的應用前景。

一、研究背景

在油田的石油開采中，蒸汽驅技術也存在著很多問題。出現蒸汽超覆現象、蒸汽氣竄現象等，所以我們采取化學調剖措施將聚合物凝膠體系溶液注入儲集層，在一定的時間內形成具有高強度的凝膠[1]。然而有些油藏條件非常苛刻，比如高溫油藏，要求聚合物凝膠需要具有較高的耐溫性才能發揮其重要作用，進而實現提高采收率。

國內外進行很多的實驗研究，但仍存在成膠時間短、穩定性能差、抗高溫性能差、成本高等缺點。故我們需要針對這幾種缺點再進行配比實驗，調整聚合物凝膠的濃度、礦化度、單體濃度值等到最佳狀態以提高聚合物凝膠體系性能。抗高溫聚合物凝膠將越來越受到廣泛的重視和研究，并將得到迅速的發展。

二、聚合物的性能評價

聚合物是影響聚合物交聯體系的關鍵因素。不同類型聚合物成膠后的穩定性以及溶液粘度均不同，聚合物1（HPAM）面臨一大難題，即耐溫性差，難以滿足高溫型油藏驅油的需要[2]，因而本論文通過評價對比聚合物1（HPAM）、改性聚合物1和改性聚合物2三種聚合物的增黏性、抗剪切性以及抗溫性，優選出最佳的一種來作為聚合物凝膠體系的主劑。

（一）抗剪切性

分別將200ml各濃度聚合物溶液放入攪拌器中，在室溫下以 3000r/min 的轉速機械剪切不同時間（30s、1min、2min、3min、5min），不同濃度聚合物溶液粘度隨剪切時間得到以下數據：

聚合物1在剪切5min之后粘度保留率為69.38%;改性聚合物1為96.36%;改性聚合物2為50.96%，粘度保留率過低。則當濃度為0.4%時改性聚合物1的抗剪切能力較強。

（二）黏溫

分別配濃度為0.4%的三種聚合物溶液各100ml做粘溫實驗，得到下圖：

改性聚合物2的粘度在75℃左右急劇下降，粘度保留率極低，不適用于高溫儲層;改性聚合物1隨溫度升高粘度有所下降，當溫度達到70℃左右時，由于水蒸發導致粘度劇增，故舍棄數據，對比前段來看，改性聚合物1粘度保留率為32.9%;聚合物1升溫過程中隨溫度升高粘度下降，粘度保留率為53.83%，粘度保留率中等。根據粘溫測試結果，聚合物1抗高溫效果最好，但想要達到理想效果還是有所欠缺。

三、聚合物凝膠體系性能評價

（一）聚合物凝膠體系制備

聚合物凝膠體系是一定濃度的聚合物溶液中加入一定濃度的主劑、交聯劑和引發劑形成母液后，在一定的溫度和時間內形成的凝膠體系，適合封堵高滲透層[3]。聚合物調剖由于分子鏈上不僅有陰陽離子，還有非極性基團，因此有較好的成膠性和抗剪切性等[4]。主劑在聚合物1、改性聚合物1和改性聚合物2中選擇，交聯劑選用N-N亞甲基雙丙烯酰胺（MBA），引發劑選用過硫酸銨。

（二）聚合物凝膠體系的成膠性能評價

本論文主要針對抗溫性來評價聚合物凝膠體系性能。

將燒杯密封好放入60℃烘箱中準備成膠。期間觀察成膠狀態。成膠后將體系降至常溫狀態，取六個樣品放入樣品瓶中，分別放入80℃、100℃、120℃烘箱中。得到以下數據：

在80℃情況下，各個樣品的質量保留率分別為65.19%、95.54%、62.5%、89.31%、73.19%和50.68%。其中，樣品2和樣品4保水效果更好，即單體濃度為20%的聚合物1凝膠體系和改性聚合物1凝膠體系更耐高溫。

在100℃情況下，各聚合物縮水老化嚴重，均不適合在100℃左右地層中使用。

由于120℃下，六個樣品中凝膠縮水后沒有彈性，變成粘度極強的膏狀，因此這三種聚合物凝膠體系均不能抗120℃高溫。

四、物理模擬實驗

根據三種聚合物的綜合性能，選用聚合物1和改性聚合物1的凝膠體系模擬油田巖心在90℃高溫進行物理模擬實驗。實驗結果與分析：

25分鐘左右注入聚合物凝膠溶液，靜置5h等待成膠，再注入蒸汽驅油。從圖表中可以觀察到，在0-25分鐘，已經形成了穩定的蒸汽氣竄通道且達到蒸汽驅經濟極限，聚合物凝膠成膠后再注入蒸汽，出口壓力劇增，含水率下降，累積采收率繼續上升，說明聚合物凝膠體系有效地改善了蒸汽波及效率，提高蒸汽驅油效率。

對比而言，改性聚合物1的效果略優于聚合物1，有效進入高滲透層進行封堵，也有效提高了波及效率，進而提升驅油效率。

結 語

本文通過對聚合物1、改性聚合物1和改性聚合物2的研究，得到以下結論：改性聚合物1具有較強的抗剪切能力，改性聚合物2增黏性強，但抗剪切能力和抗溫性都非常弱;單體濃度高的聚合物凝膠體系抗溫性能較好;在80℃高溫情況下，聚合物1凝膠體系和改性聚合物1凝膠體系耐溫性良好，但在100℃左右耐溫性一般，三種聚合物凝膠體系均不可抗100℃以上的高溫地層;綜合來看，改性聚合物1驅油效果最好。

本文研究的三種聚合物中，改性聚合物1凝膠體系具有良好的封堵作用，可以有效地提高波及效率，防止蒸汽氣竄、波及效率低等缺點，耐溫性一般，在溫度不超過100℃的情況下，具有良好的提高采收率效果。

參考文獻：

[1]姚同玉.耐溫耐鹽聚合物優選實驗研究[J].內蒙古石油化工，2018，44（04）：4-5.

[2]張艷芳. HPAM/酚醛有機交聯體系的成膠性能、流變行為及動態性能研究[D].四川大學，2007.

[3]孫文.聚合物調剖機理及國內外研究現狀[J].化學工程師，2018，32（08）：60-63.

[4]李學耕，王釩，宋國強，張灝，王忱.N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺的合成研究[J].精細石油化工，1996（06）：47-49.