抗温型聚合物凝胶制备与性能评价

王久波

[关键字]：抗温性;聚合物;凝胶;蒸汽驱

引 言

如今，我国各大油田逐渐进入了高含水开发期，在采收率逐日降低的情况下采用三次采油手段来提高原油采收率，蒸汽驱是很受欢迎的三次采油方式。但是在蒸汽驱过程中往往存在蒸汽气窜等现象，使得蒸汽只能驱出高渗透层的原油，波及效率低。本论文讨论聚合物凝胶体系调剖，采用聚丙烯酰胺类材料为研究基础，但聚丙烯酰胺在稳定性、抗温、抗盐和有效期等方面稍有欠缺，因此限制了其使用范围。因此，如何提高聚合物凝胶体系抗温性能成为了广大学者研究的重要课题。本文合成了三种聚合物，并对其水溶液的性质和凝胶体系进行了评价。实验结果表明，本论文合成的改性聚合物1凝胶体系具有良好的性能，能够在一定程度上满足油田蒸汽驱调剖的需要，具有不错的应用前景。

一、研究背景

在油田的石油开采中，蒸汽驱技术也存在着很多问题。出现蒸汽超覆现象、蒸汽气窜现象等，所以我们采取化学调剖措施将聚合物凝胶体系溶液注入储集层，在一定的时间内形成具有高强度的凝胶[1]。然而有些油藏条件非常苛刻，比如高温油藏，要求聚合物凝胶需要具有较高的耐温性才能发挥其重要作用，进而实现提高采收率。

国内外进行很多的实验研究，但仍存在成胶时间短、稳定性能差、抗高温性能差、成本高等缺点。故我们需要针对这几种缺点再进行配比实验，调整聚合物凝胶的浓度、矿化度、单体浓度值等到最佳状态以提高聚合物凝胶体系性能。抗高温聚合物凝胶将越来越受到广泛的重视和研究，并将得到迅速的发展。

二、聚合物的性能评价

聚合物是影响聚合物交联体系的关键因素。不同类型聚合物成胶后的稳定性以及溶液粘度均不同，聚合物1（HPAM）面临一大难题，即耐温性差，难以满足高温型油藏驱油的需要[2]，因而本论文通过评价对比聚合物1（HPAM）、改性聚合物1和改性聚合物2三种聚合物的增黏性、抗剪切性以及抗温性，优选出最佳的一种来作为聚合物凝胶体系的主剂。

（一）抗剪切性

分别将200ml各浓度聚合物溶液放入搅拌器中，在室温下以 3000r/min 的转速机械剪切不同时间（30s、1min、2min、3min、5min），不同浓度聚合物溶液粘度随剪切时间得到以下数据：

聚合物1在剪切5min之后粘度保留率为69.38%;改性聚合物1为96.36%;改性聚合物2为50.96%，粘度保留率过低。则当浓度为0.4%时改性聚合物1的抗剪切能力较强。

（二）黏温

分别配浓度为0.4%的三种聚合物溶液各100ml做粘温实验，得到下图：

改性聚合物2的粘度在75℃左右急剧下降，粘度保留率极低，不适用于高温储层;改性聚合物1随温度升高粘度有所下降，当温度达到70℃左右时，由于水蒸发导致粘度剧增，故舍弃数据，对比前段来看，改性聚合物1粘度保留率为32.9%;聚合物1升温过程中随温度升高粘度下降，粘度保留率为53.83%，粘度保留率中等。根据粘温测试结果，聚合物1抗高温效果最好，但想要达到理想效果还是有所欠缺。

三、聚合物凝胶体系性能评价

（一）聚合物凝胶体系制备

聚合物凝胶体系是一定浓度的聚合物溶液中加入一定浓度的主剂、交联剂和引发剂形成母液后，在一定的温度和时间内形成的凝胶体系，适合封堵高渗透层[3]。聚合物调剖由于分子链上不仅有阴阳离子，还有非极性基团，因此有较好的成胶性和抗剪切性等[4]。主剂在聚合物1、改性聚合物1和改性聚合物2中选择，交联剂选用N-N亚甲基双丙烯酰胺（MBA），引发剂选用过硫酸铵。

（二）聚合物凝胶体系的成胶性能评价

本论文主要针对抗温性来评价聚合物凝胶体系性能。

将烧杯密封好放入60℃烘箱中准备成胶。期间观察成胶状态。成胶后将体系降至常温状态，取六个样品放入样品瓶中，分别放入80℃、100℃、120℃烘箱中。得到以下数据：

在80℃情况下，各个样品的质量保留率分别为65.19%、95.54%、62.5%、89.31%、73.19%和50.68%。其中，样品2和样品4保水效果更好，即单体浓度为20%的聚合物1凝胶体系和改性聚合物1凝胶体系更耐高温。

在100℃情况下，各聚合物缩水老化严重，均不适合在100℃左右地层中使用。

由于120℃下，六个样品中凝胶缩水后没有弹性，变成粘度极强的膏状，因此这三种聚合物凝胶体系均不能抗120℃高温。

四、物理模拟实验

根据三种聚合物的综合性能，选用聚合物1和改性聚合物1的凝胶体系模拟油田岩心在90℃高温进行物理模拟实验。实验结果与分析：

25分钟左右注入聚合物凝胶溶液，静置5h等待成胶，再注入蒸汽驱油。从图表中可以观察到，在0-25分钟，已经形成了稳定的蒸汽气窜通道且达到蒸汽驱经济极限，聚合物凝胶成胶后再注入蒸汽，出口压力剧增，含水率下降，累积采收率继续上升，说明聚合物凝胶体系有效地改善了蒸汽波及效率，提高蒸汽驱油效率。

对比而言，改性聚合物1的效果略优于聚合物1，有效进入高渗透层进行封堵，也有效提高了波及效率，进而提升驱油效率。

结 语

本文通过对聚合物1、改性聚合物1和改性聚合物2的研究，得到以下结论：改性聚合物1具有较强的抗剪切能力，改性聚合物2增黏性强，但抗剪切能力和抗温性都非常弱;单体浓度高的聚合物凝胶体系抗温性能较好;在80℃高温情况下，聚合物1凝胶体系和改性聚合物1凝胶体系耐温性良好，但在100℃左右耐温性一般，三种聚合物凝胶体系均不可抗100℃以上的高温地层;综合来看，改性聚合物1驱油效果最好。

本文研究的三種聚合物中，改性聚合物1凝胶体系具有良好的封堵作用，可以有效地提高波及效率，防止蒸汽气窜、波及效率低等缺点，耐温性一般，在温度不超过100℃的情况下，具有良好的提高采收率效果。

参考文献：

[1]姚同玉.耐温耐盐聚合物优选实验研究[J].内蒙古石油化工，2018，44（04）：4-5.

[2]张艳芳. HPAM/酚醛有机交联体系的成胶性能、流变行为及动态性能研究[D].四川大学，2007.

[3]孙文.聚合物调剖机理及国内外研究现状[J].化学工程师，2018，32（08）：60-63.

[4]李学耕，王钒，宋国强，张灏，王忱.N，N'-亚甲基双丙烯酰胺的合成研究[J].精细石油化工，1996（06）：47-49.