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(xué)院，北京 102617；2遼河油田金馬油田開發(fā)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(xué)院，北京 102617；2遼河油田金馬油田開發(fā)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(dǎo)致不成膠或成膠質(zhì)量差的問題，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，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(xiàng)因素研究了可行的對策，對油田應(yīng)用聚合物凝膠提供了技術(shù)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(diào)剖、堵水等增產(chǎn)技術(shù)常用的調(diào)堵劑配方，易受到礦化度等多方面因素的影響，導(dǎo)致成膠質(zhì)量下降或者穩(wěn)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(nèi)模擬成膠實(shí)驗(yàn)，研究凝膠成膠影響因素，了解各因素產(chǎn)生影響的機(jī)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(jī)理及影響因素

1.1 聚合物凝膠成膠機(jī)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(jià)金屬離子作為交聯(lián)劑與聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠狀流體，成膠反應(yīng)經(jīng)歷以下3個(gè)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(fā)生水解反應(yīng)，生成羧酸根。

⑵交聯(lián)劑中的Cr3+在水中容易發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成具有長鏈結(jié)構(gòu)的多核羥橋絡(luò)離子。

⑶聚丙烯酰胺通過羧基與多核羥橋絡(luò)離子交聯(lián)反應(yīng)，生成立體結(jié)構(gòu)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(zhì)會(huì)對聚合物產(chǎn)生影響，使得聚合物過度水解，或產(chǎn)生高分子鏈斷裂，或者占據(jù)聚合物與Cr3+交聯(lián)的羧酸基產(chǎn)生其他絡(luò)合反應(yīng)，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(nèi)實(shí)驗(yàn)開展相應(yīng)的研究。

2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器及方法

部分水解聚丙烯酰胺（HPAM），相對分子質(zhì)量為19×106，水解度23%；有機(jī)復(fù)合鉻交聯(lián)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(jì)；及其他輔助實(shí)驗(yàn)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(diào)凝膠系，恒溫60℃，檢測成膠粘度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，配制用水礦化度低于3000mg/L，具有成膠促進(jìn)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(shí)驗(yàn)研究不同溶解氧濃度（0mg/L-3mg/L）對凝膠成膠強(qiáng)度的影響［2］，實(shí)驗(yàn)溫度為60℃。

圖1 溶解氧含量對弱凝膠成膠強(qiáng)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(shí)達(dá)到最大值13000mPa·s，35d后破膠。1.5mg/L含氧量濃度凝膠成膠時(shí)間為17d，成膠強(qiáng)度較低，粘度僅為4210mPa·s，且僅9d便開始破膠。實(shí)驗(yàn)表明溶解氧濃度超過1.5mg/L能顯著影響凝膠的成膠強(qiáng)度。

3.3 Fe2+的影響

實(shí)驗(yàn)中Fe2+質(zhì)量濃度區(qū)間的為5mg/L-25mg/L，從5mg/L開始濃度每增加5mg/L設(shè)計(jì)一個(gè)樣品，恒溫60℃。

圖2 不同F(xiàn)e2+濃度弱凝膠的粘度變化

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2，表明有少量Fe2+存在，會(huì)對凝膠產(chǎn)生嚴(yán)重的降解作用，導(dǎo)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(shí)間內(nèi)與聚合物產(chǎn)生氧化降解反應(yīng)，引起對聚合物碳鏈的破壞。當(dāng)Fe2+濃度為5mg/L時(shí)，凝膠粘度損失率為5%，當(dāng)Fe2+濃度為15mg/L時(shí)，弱凝膠溶液粘度損失率達(dá)到75%；濃度為25mg/L時(shí)，損失率超過90%。因此，應(yīng)將Fe2+濃度控制在5mg/L以下。

4 對策研究

實(shí)驗(yàn)證明礦化度、溶解氧以及Fe2+濃度過高都會(huì)對Cr3+/聚合物凝膠體系成膠產(chǎn)生影響，因此針對每種因素需要選擇相應(yīng)的對策，降低其對凝膠成膠的影響。

5 結(jié)語

通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)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(dá)到一定濃度后對凝膠成膠產(chǎn)生影響。采用深度處理，添加硫脲和曝氣的技術(shù)，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(wěn)定性。