聚丙烯酰胺相对分子质量对冻胶稳定性的影响研究

唐延彦

中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营 257000

堵水调剖技术是油田开发过程中一项重要的工艺技术[1]，可有效控制地层水及注入水对油井的影响，降低油井含水，提高油层的动用程度，增加油田的可采储量，最终达到提高采收率的目的。目前的水驱油藏堵调技术以冻胶类堵剂为主，单井增油相对较高，有效期200 d左右。

聚丙烯酰胺作为调剖剂被认为是油田上应用最经典、最常用的技术方法[2]。比较有代表性的是HPAM/Cr3+(无机络离子)，所用交联剂是六价铬经氧化还原反应得到的三价无机铬离子，在体系中添加不同的热稳定剂及其他添加剂又可得到中温、高温铬冻胶及混合型冻胶等多种产品[3]。目前主导使用体系为聚合物冻胶体系，采用的是驱油用的聚合物，存在初始黏度高、不易注入、交联后不稳定、封堵有效期短、效果变差等问题。

1 驱油用聚丙烯酰胺交联的弱点

1.1 驱油用聚合物的接枝影响交联效果

随着油田的不断开发，化学驱油藏温度、矿化度逐渐升高，驱油用聚合物由直链高分子逐渐转变为接枝共聚增加聚合物的黏度[4]。接枝共聚聚合物由于支链的增加，容易影响交联效果。同时由于接枝聚合物水动力学尺寸增加，对于渗透率偏低的储层注入不适应。

1.2 驱油用聚合物相对分子质量高过炮眼剪切严重

油层地下聚合物流动是一个非均匀流场[5]，近井地带和远井流动区域的流动状态差别比较大，比如，地层渗透率为1 D时，在近井地带剪切速率为28 000 s-1，而在距离井筒1 m处，剪切速率为140 s-1左右，表1是距离井筒不同半径处聚合物在多孔介质中流动的剪切速率与炮眼处的流动剪切速率对比。

表1 地层渗透率为1 D时炮眼及距井不同半径(r)处聚合物的剪切速率

由表1看出，炮眼处剪切速率为28 000 s-1，相对分子质量越高的聚合物剪切越严重，交联受到的影响也越大。

2 聚丙烯酰胺相对分子质量对冻胶稳定性的影响

合成不同相对分子质量、水解度的聚丙烯酰胺，采用孤东东三联注入水配制不同浓度的聚丙烯酰胺溶液，与酚醛交联剂交联，测试成胶前后黏度变化、成胶强度、分水率、抗剪切性及封堵性能。

2.1 相对分子质量对聚丙烯酰胺黏度的影响

用孤东东三联注入水配制不同浓度的聚丙烯酰胺溶液，用布什黏度计测试不同浓度时不同相对分子质量聚丙烯酰胺溶液的黏度，结果见图1。

图1 相对分子质量不同的聚丙烯酰胺黏度曲线

由图1可以看出，随着聚合物相对分子质量的增大，聚丙烯酰胺溶液的黏度逐渐增大。而且，随着溶液浓度的增大，聚丙烯酰胺溶液的黏度也随之增大。

2.2 相对分子质量对聚丙烯酰胺冻胶强度的影响

用孤东东三联注入水配制不同浓度的聚丙烯酰胺溶液，采用酚醛交联剂，按照聚合物与交联剂浓度比为10∶9的比例加入，搅拌均匀后放入70 ℃烘箱中，放置15 d后，用流变仪测试70 ℃，0.1 Pa、0.2 Hz条件下，相对分子质量不同的聚丙烯酰胺冻胶体系的复合黏度见图2。

图2 相对分子质量不同的聚丙烯酰胺与酚醛交联后黏度

由图2可以看出，相对分子质量较低时，交联黏度随着聚丙烯酰胺相对分子质量的增大而逐渐增大，但相对分子质量达到2 000万之后，交联黏度下降，这是因为分子链中支链的影响导致交联效果变差，黏度降低。

2.3 相对分子质量对聚丙烯酰胺冻胶热稳定性的影响

用孤东东三联注入水配制3 000 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，采用酚醛交联剂，按照聚合物与交联剂浓度比为10∶9的比例加入，搅拌均匀。将配好的溶液加入一系列50 mL的安瓿瓶中，瓶中加入40 mL左右，放置于70 ℃烘箱中，每隔20 d取一只安瓿瓶测量样品，用流变仪测试70 ℃时，0.1 Pa、0.2 Hz条件下的复合黏度，并绘制曲线，黏度下降至80%所对应的时间为交联热稳定时间。

表2 不同相对分子质量聚丙烯酰胺冻胶体系的交联热稳定时间

聚丙烯酰胺冻胶体系的交联热稳定性较好，可以达到200 d以上，相对分子质量在1 000万～1 500万左右时，热稳定性好。

2.4 相对分子质量对聚丙烯酰胺冻胶抗剪切性的影响

同样方法配制聚丙烯酰胺冻胶溶液，放置于70 ℃烘箱中5 d，后注入单管填砂管岩心中进行多轮次剪切，测试剪切后冻胶体系的黏度。将聚合物冻胶溶液解注入岩心管进行四轮剪切，对比相对分子质量的聚丙烯酰胺冻胶的黏度保留率，结果见图3。

图3 不同相对分子质量聚丙烯酰胺冻胶体系的剪切黏度保留率

将不同相对分子质量的聚丙烯酰胺剪切前后与酚醛交联剂交联，剪切后, 将产出的聚合物冻胶溶液放入70 ℃烘箱中15 d，用流变仪测试剪切后冻胶体系的黏度见表3。

表3 不同相对分子质量聚丙烯酰胺剪切前后与酚醛交联形成的冻胶体系黏度

由表3可以看出，相对分子质量过低或过高时，聚合物抗剪切性能均较差，剪切后的成胶强度均较低。

2.5 相对分子质量对聚丙烯酰胺冻胶封堵性能的影响

相对分子质量为500万的聚丙烯酰胺与酚醛树脂交联后，强度相对较低，有效期略短，因此物模实验时选用的相对分子质量为1 000万，1 500万，2 000万的聚丙烯酰胺。岩心尺寸φ(2.5 cm×40 cm)，岩心的渗透率约1.5 μm2，岩心封堵实验结果见表4。

表4 岩心封堵实验结果

从表4可以看出，成胶前调剖剂溶液在岩心中的流动性较好，注入性好，注入到岩心中后，阻力系数、残余阻力系数高，说明体系封堵效果较好，其中聚丙烯酰胺相对分子质量为1 000万、1 500万时，冻胶体系封堵率相对较高。

3 结论

1)现场用聚合物冻胶体系采用的是驱油用的聚合物，存在初始黏度高、不易注入、耐温抗盐性差等问题，交联后不稳定，耐温性差。

2)室内试验研究表明，聚合物相对分子质量为800万～1 500万，聚合物初始黏度低，成胶后强度高，热稳定性好，抗剪切能力高，封堵效果好。