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復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系的研究分析
摘要：通過研究復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系，開發(fā)了復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系新配方，形成的凝膠具有粘彈性好，不受污水影響，穩(wěn)定性高的特點，理化性能達到大慶油田調(diào)剖技術(shù)要求。研究中分析了不同交聯(lián)體系的優(yōu)缺點，考察了交聯(lián)體系的組成、配制條件和影響交聯(lián)體系成為凝膠的各種因素，對復(fù)合離子聚丙烯酰胺的交聯(lián)體系的交聯(lián)劑體系以及交聯(lián)反應(yīng)條件進行了研究，優(yōu)化交聯(lián)反應(yīng)條件，研制出適用于復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系的新配方。
關(guān)鍵詞：復(fù)合離子聚丙烯酰胺大慶油田;調(diào)剖;配方
Abstract: By studying the complex ion polyacrylamide crosslinking system, developed the complex ion polyacrylamide crosslinking system new formula, gel formation viscoelastic good, without sewage impact, high stability, physical and chemical properties to achieve the Daqing Oilfield profile technical requirements. Study analyzed the advantages and disadvantages of different crosslinking systems, crosslinking systems studied composition, formulation conditions and the impact of the crosslinking system for a variety of factors gel composite ion-crosslinked polyacrylamide system of cross-linking agent system and a cross-linking reaction conditions were studied to optimize the crosslinking reaction conditions suitable for the development of a complex ion polyacrylamide crosslinking systems new formula.
Keywords: complex ions Daqing Oilfield polyacrylamide; profile; formula
隨著大慶油田的不斷開采，油田已進入高含水期開采階段，因注入水沿地層中高滲透段突進，使得油井含水迅速上升，造成油井過早水淹，油量大幅度下降。為此，采取注水井調(diào)剖、油井堵水或注聚合物等措施是提高最終采收率的有效措施之一。水溶性聚合物凝膠是我國目前研究最多應(yīng)用最廣泛的一種調(diào)剖劑。特別是聚丙烯酰胺大量的應(yīng)用，這一類調(diào)剖劑由主劑(聚丙烯酰胺)和輔劑(交聯(lián)劑)構(gòu)成，在地面現(xiàn)場配制后注入地下，隨后通過交聯(lián)反應(yīng)形成凝膠后，通過吸附、動力捕集、物理堵塞等作用堵塞地層孔隙或裂縫。由于復(fù)合離子聚丙烯酰胺分子鏈上既有親水性的陰離子基團,又有對地層巖石吸附能力強的陽離子基團,提高被吸附聚合物的耐沖刷能力，因而延長了堵水調(diào)剖的有效期�，F(xiàn)場應(yīng)用時注入工藝簡單，在油田的三次采油中具有良好的應(yīng)用前景。
一、各種交聯(lián)體系研究
本研究的技術(shù)關(guān)鍵是選擇一種合適的交聯(lián)劑構(gòu)成復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系，它不僅僅是構(gòu)成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的中心，更是控制反應(yīng)的要素。
近年來，人們相繼開發(fā)了聚丙烯酰胺/無機延遲交聯(lián)體系、聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系和聚丙烯酰胺共聚體系等等。
1.聚丙烯酰胺/無機延遲交聯(lián)體系
聚丙烯酰胺/無機延遲交聯(lián)體系中，一般選用多價金屬離子的配位螯合物作為交聯(lián)劑。目前，應(yīng)用比較廣泛的交聯(lián)劑有鉻離子和鋁離子。其機理是首先由多價金屬形成絡(luò)合中心，然后在與聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成凝膠。由于形成絡(luò)合中心這一步反應(yīng)是無機反應(yīng)，所以反應(yīng)速度非常快，不易控制是該交聯(lián)體系的一個缺點。
其次，以多價金屬離子為絡(luò)合中心的交聯(lián)體系所形成的凝膠效果差，以金屬鍵絡(luò)合的網(wǎng)絡(luò)凝膠剛性過強，表現(xiàn)為凝膠易破碎，粘彈性差，凝膠不穩(wěn)定。再次，地下的礦化度較高，大大削弱了該交聯(lián)體系金屬離子的絡(luò)合作用。
2.聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系
聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系中，交聯(lián)劑是有機化合物，使整個交聯(lián)體系構(gòu)成一個多官能團體系，具有一定的活性。當體系達到某一程度時，開始交聯(lián)，粘度增大，出現(xiàn)了所謂的凝膠。出現(xiàn)凝膠點時，在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間還有許多溶膠，溶膠還可以進一步交聯(lián)成凝膠，表現(xiàn)為溶膠不斷減少，凝膠相應(yīng)增加。整個交聯(lián)過程中體系的物理性能產(chǎn)生顯著變化：凝膠點粘度有突變;充分交聯(lián)后，則強度增加。
由于交聯(lián)體系在凝膠點粘度突變，因此，我們可以通過預(yù)測控制凝膠點來控制交聯(lián)體系的交聯(lián)反應(yīng)。另外，交聯(lián)形成的凝膠是以共價鍵鏈接有機分子的，具有相當?shù)姆�(wěn)定性。
3.聚丙烯酰胺共聚體系
聚丙烯酰胺共聚體系中，通常由丙烯酰胺和某些功能單體構(gòu)成。具體使用方法是將共聚體系和引發(fā)劑注入地下，就地聚合而形成具有高強度、高粘彈性凝膠。但是，該體系在形成凝膠前由于粘度很低，極易被地層水所稀釋，還有，地層水中所含某些還原性物質(zhì)可使加入的引發(fā)劑失效，從而導(dǎo)致調(diào)剖作業(yè)失敗，封堵成功率比較低。
4.交聯(lián)體系的確定
通過對比不同交聯(lián)體系，采用復(fù)合離子聚丙烯酰胺/有機延遲交聯(lián)體系。通過實驗室實驗，對交聯(lián)劑的合成進行研究，成功研制出符合要求的交聯(lián)體系。
該復(fù)合離子聚合物交聯(lián)體系由復(fù)合離子聚合物和LHK-2交聯(lián)劑組成，不受水質(zhì)和PH 值影響，與油層具有較好的配伍性。
二、交聯(lián)體系配方的研究
我們在進行配方研究時必須要考慮油田現(xiàn)場應(yīng)用時的情況(比如配制水源、注入泵的排量，油層的地質(zhì)條件等等)，因此，該交聯(lián)體系的配方不是一成不變的，而是可以根據(jù)實際應(yīng)用隨時進行調(diào)整的。我們根據(jù)大慶油田地層溫度45℃，設(shè)計了該交聯(lián)體系的一個配方范圍。
1.清水配制
用清水配制復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系配方及凝膠的成
膠性能，
表1 清水配制對單井成膠性能
復(fù)合離子聚合物濃度(mg/
l)
交聯(lián)劑濃度(mg/l)
PH 值
成膠時間(h)
粘度(mPa·s)
3000
1700
7~8
64
>20000
3500
1700
7~8
56
>20000
4000
1700
7~8
48
>20000
表2 清水配制對多井成膠性能
復(fù)合離子聚合物濃度(mg/
l)
交聯(lián)劑濃度(mg/l)
PH 值
成膠時間(h)
粘度(mPa·s)
6000
3400
7~8
64
>20000
7000
3400
7~8
56
>20000
8000
3400
7~8
48
>20000
2.污水配制
用油田污水配制復(fù)合離子聚丙烯酰胺交聯(lián)體系的配方及凝
膠的成膠性能，
表3 污水配制對單井成膠性能
復(fù)合離子聚合物濃度(mg/
l)
交聯(lián)劑濃度(mg/l)
PH 值
成膠時間(h)
粘度(mPa·s)
3000
4000
8~9
90
>20000
3500
4000
8~9
80
>20000
4000
4000
8~9
72
>20000
表4 污水配制對多井成膠性能
復(fù)合離子聚合物濃度(mg/
l)
交聯(lián)劑濃度(mg/l)
PH 值
成膠時間(h)
粘度(mPa·s)
6000
4000
8~9
90
>20000
7000
4000
8~9
80
>20000
8000
4000
8~9
72
>20000
從上述實驗結(jié)果可以看出，體系PH 值呈中性偏堿，可以確保地下成膠。成膠強度大于20000mPa•s，符合油田調(diào)剖的要求。
三、試驗結(jié)果分析
該交聯(lián)體系在中、堿性條件下成膠，具有成膠時間可控、凝膠強度穩(wěn)定、彈性大、流動性好、不受水質(zhì)影響等特點，適用于大慶油田深部調(diào)剖。
參考文獻：
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