堿木素高溫堵劑增韌改性實(shí)驗(yàn)分析

亢思丹

摘 要：堿木素堵劑既有優(yōu)勢(shì)也有缺陷，優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為耐溫耐鹽性能良好，而缺陷是容易破碎、有效期非常短、韌性不強(qiáng)等。對(duì)于此種現(xiàn)象，就需要將增韌劑添加到常規(guī)堿木素堵劑內(nèi)來實(shí)現(xiàn)韌性的增強(qiáng)。在本篇文章中，主要對(duì)堿木素、交聯(lián)劑和pH值以及礦化度、反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)體系成膠性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行了重點(diǎn)分析，結(jié)合凝膠體系的模量和紅外結(jié)構(gòu)等探究了堵劑韌性改善現(xiàn)象，通過開展填砂管物模實(shí)驗(yàn)的方式判斷了堵劑實(shí)際封堵效果。通過相關(guān)結(jié)果探究表明，配方是6.0%堿木素、5.0%增韌劑以及5.0%交聯(lián)劑，韌性改善堿木素高溫凝膠處于120℃之下的成膠時(shí)間是8h，成膠強(qiáng)度是0.048MPa。該項(xiàng)體系pH值范圍處于7～11之間成膠，凝膠體系的彈性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黏性，凝膠彈性模量伴隨著增韌劑加量的增加而隨之加大。而且凝膠堵劑封堵能力和耐沖刷性能極佳，封堵率達(dá)到了97%以上，比較適合高溫高鹽油田縫洞型油藏調(diào)剖堵水作業(yè)中。

關(guān)鍵詞：堿木素;高溫堵劑;增韌改性實(shí)驗(yàn)

當(dāng)前階段，我國(guó)對(duì)于堿木素實(shí)施了一系列的探究工作，相關(guān)人員使用堿木素遇酸無法溶解并且分析形成沉淀的形式，將有著堿性的堿木素溶液注入井內(nèi)，通過和井下以及后期注入的酸性流體相互接觸到一起，存在著堿木素析出，形成一定的沉淀現(xiàn)象，完成封堵。還有的人員對(duì)于麥草堿木素實(shí)施了有關(guān)的改性工作，其和丙烯酰胺接枝共聚產(chǎn)物的水溶性以及反應(yīng)活性極高，完全優(yōu)于堿木素。對(duì)于堿木素堵劑耐溫性能來講，高達(dá)200℃，比較適合應(yīng)用于高溫高鹽油田的調(diào)剖堵水施工作業(yè)中。同時(shí)還實(shí)施了堿木素羥甲基化改性，目的是將化學(xué)活性全面的體現(xiàn)出來，使用制備的成膠液泵注性良好，耐高溫強(qiáng)。

1 采取的實(shí)驗(yàn)方式

1.1 對(duì)于堿木素高溫堵劑配方優(yōu)選和相關(guān)性能的評(píng)價(jià)

使用離子水配制不同配方的堿木素凝膠體系溶液，將其放置于瓶子內(nèi)，封口以后處于120℃下實(shí)施成膠實(shí)驗(yàn)操作，定期取出檢驗(yàn)，采取凝膠強(qiáng)度代碼方式，把凝膠體系從溶液態(tài)轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度代碼，經(jīng)過的時(shí)間定義為成膠時(shí)間，強(qiáng)度代碼如下表所示。應(yīng)用突破真空方式實(shí)施已經(jīng)成膠凝膠體系的強(qiáng)度測(cè)試，也就是說，U型管一端和真空泵相互連接到一起，一端插到凝膠體系內(nèi)的固定深度中，使用空氣突破凝膠的過程中，壓力表內(nèi)最大讀數(shù)來表示凝膠的強(qiáng)度，每一個(gè)配方樣品展開三組測(cè)試，取出平均值。

1.2 堿木素高溫度堵劑的結(jié)構(gòu)分析以及韌性判斷

使用紅外光譜儀對(duì)增韌前期和后期凝膠體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的檢測(cè)，該種類型的方式和常規(guī)彈性模量測(cè)試方式差不多，依照最優(yōu)配方開展成膠實(shí)驗(yàn)，使用哈克流變儀檢驗(yàn)成膠以后韌性，有效改善堿木素凝膠體系的彈性模量。其一，實(shí)施應(yīng)力方面的掃描測(cè)試工作，將剪切應(yīng)力控制在0.1～10Pa左右，頻率是1Hz，從中獲取凝膠體系的線性黏彈區(qū)，從而明確最為合理的剪切應(yīng)力值。其二，實(shí)施彈性模量方面的測(cè)試工作。比如進(jìn)行振蕩頻率方面的掃描，將頻率設(shè)置于0.1～10Hz左右，根據(jù)應(yīng)力掃描測(cè)試獲取的剪切應(yīng)力來實(shí)施彈性模量測(cè)試工作。

1.3 韌性改善堿木素堵劑室內(nèi)調(diào)堵物模實(shí)驗(yàn)

基本的操作流程表現(xiàn)為：其一，使用80～120目的石英砂充填填砂管，將沖砂管裝設(shè)到多功能的驅(qū)替裝置內(nèi)，注去離子水，在保持壓力有著良好穩(wěn)定狀態(tài)以后，取下填砂管稱量填砂管濕質(zhì)W2，計(jì)算填砂管的實(shí)際孔隙率。其二，以注入速度V向填砂管注水，測(cè)量封堵之前的水相滲透率K1。其三，以恒定注入速度朝著填砂管注入定量的堿木素堵劑溶液以后，放置于溫度為120℃的恒溫箱內(nèi)實(shí)施高溫成膠。其四，等到堵劑完全成膠以后，根據(jù)速度V將水澆灌到填砂管內(nèi)，提升滲透率。

2 結(jié)果分析

2.1 正交實(shí)驗(yàn)初選配方

當(dāng)前階段，實(shí)施三因素?zé)o水平的正交實(shí)驗(yàn)操作，將成膠時(shí)間和成膠的強(qiáng)度當(dāng)成一項(xiàng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)，初選韌性改善堿木素凝膠體系的配方。綜合性探究具體的成膠時(shí)間和強(qiáng)度以及成本要素等，對(duì)堿木素的高溫堵劑初選配方加以確定。增韌劑用量加大直接影響體系成膠的性能，如果堿木素加量到6.0%，酚醛樹脂5.5%，可以發(fā)現(xiàn)，增韌劑量越大，體系成膠的時(shí)間越短，強(qiáng)度會(huì)增加。然而，增韌劑的加入會(huì)使得體系黏稠度升高。

2.2 韌性改善堿木素凝膠體系性能靜態(tài)評(píng)價(jià)

2.2.1 耐酸堿性

在配置完韌性改善后堿木素在凝膠體系的基液以后，使用氫氧化鈉和鹽酸調(diào)節(jié)基液的pH值，然后開展高溫成膠實(shí)驗(yàn)，并且伴隨著pH值的增加，凝膠強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，成膠時(shí)間隨之縮短，處于酸性條件中，堿木素粉末和水不相容，韌性改善堿木素凝膠體系，適合在堿性條件下應(yīng)用。

2.2.2 耐溫性與熱穩(wěn)定性

由反應(yīng)溫度對(duì)體系成膠性能的影響可見，溫度越高成膠越快，堿木素凝膠體系的強(qiáng)度在100～140℃范圍內(nèi)變化較小，說明韌性改善堿木素凝膠體系具有優(yōu)良的耐高溫性能。將韌性改善堿木素凝膠在120℃高溫下放置一個(gè)月，未發(fā)生脫水現(xiàn)象，強(qiáng)度損失率僅為6.25%，熱穩(wěn)定性良好。

2.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)體系成膠強(qiáng)度的影響

在120℃下，堿木素凝膠體系的強(qiáng)度隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，14h左右成膠強(qiáng)度達(dá)到最大（0.062MPa）。油田現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)可以據(jù)此優(yōu)化關(guān)井時(shí)間。

2.2.4 耐鹽性

用NaCl與去離子水配制不同礦化度的水取代去離子水配制堿木素溶液。由礦化度對(duì)體系成膠性能的影響可見，礦化度對(duì)韌性改善堿木素凝膠強(qiáng)度的影響存在閾值以內(nèi)，成膠強(qiáng)度變化較小，超過這個(gè)范圍后，堿木素凝膠體系強(qiáng)度降低，凝膠強(qiáng)度仍然維持在0.032MPa，滿足高鹽油藏的使用需求。當(dāng)堿木素單獨(dú)與交聯(lián)劑作用時(shí)，最低成膠溫度為75℃，向體系中加人增韌劑后，最低成膠溫度降至40℃。在低溫成膠時(shí)，增韌劑占據(jù)主導(dǎo)作用;高溫下，堿木素占據(jù)主導(dǎo)作用。120℃時(shí)主要是堿木素與交聯(lián)劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，增韌劑為高分子聚合物，對(duì)堿木素凝膠體系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘連和纏繞，加固堿木素空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提升整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和韌性，從而起到增韌和抗剪切的作用。

3 結(jié)語

從以上論述來看，假設(shè)堿木素溶液的粘度太高，那么，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注入時(shí)，自身的性能會(huì)變差，在很大程度生會(huì)加大施工難度。韌性改善堿木素凝膠堵劑的最優(yōu)配方表現(xiàn)為6.0%堿木素和5.0%酚醛樹脂以及5.0%的增韌劑，基于120℃之下的成膠時(shí)間為8h，成膠強(qiáng)度大約是0.048MPa，該項(xiàng)體系的成膠pH值范圍大約是7～11，有著較強(qiáng)的耐溫耐鹽性。一般來講，凝膠體系的彈性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黏性，凝膠彈性模量伴隨著增韌劑加量的增加而逐漸增加，增韌劑能夠加固堿木素空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提升體系的穩(wěn)定性。

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