新型地层内聚合堵水剂的室内研究
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一
种不 易被 地层水 稀 释 ，具 有 一定抗 盐性 、吸水膨 胀性 和 黏弹性 的地 层 内聚合 堵水 剂 。
１ 试 验 部 分
１ ． １ 药 品和 仪器 ．
１ ） 主要 药品 聚丙烯 酰胺 甲基丙 磺 酸 （ ＨＰ ＡＭ） （ 相 对 分 子质 量 １ ２ ０ ０ ×１ ０ ，水 解度 ２ ６ Ｏ） ；丙 烯 酰胺 （ ＡＭ） ，交联 剂 （ Ｊ Ｌ ） ，２ － 丙 烯酰 胺基一 ２ 一 甲基 丙磺 酸 （ ＡＭＰ ｓ ） ，丙烯 酸 （ ＡＡ） ，为工业 品 ；氢 氧 化
钠 （ Ｎａ ＯＨ） 、过 硫酸铵 （ Ａ Ｐ Ｓ ） ，为分 析纯试 剂 。
２ ）主要 仪 器
凝胶 强度 测定 仪 （ 泉州 万达 试验 仪器 设备 厂 ） ；乌 氏黏 度计 ；岩 心流 动评 价试 验装 置
（ 海 安石油 科研 仪器 有 限公 司） 。 １ ． ２ 堵 水体 系配 制及 聚合 方法
水＿ １ Ｊ 。然 而 ，该堵 水剂 初始 黏度 接近 于水 ，在 到达 封堵 目的部位 之前 极易 被地 层水 所稀 释 ，同时地 层 水
中某些 氧化 还原 物质 可导致 聚合 引发 失败 ，对 于 高渗透 、大孑 Ｌ 道 、裂缝性 地层 封堵 效果 较差 『 ２ ］ 。 笔 者 以丙烯 酰胺 （ ＡＭ ） 、２ 一 丙 烯 酰胺 基一 ２ 一 甲基 丙磺 酸 （ ＡＭＰ Ｓ ） 、丙 烯 酸 （ ＡＡ）为 反 应单 体 ，以 过硫 酸铵 （ Ａ Ｐ Ｓ ） 为引发 剂 ，研究 了该 混合体 系在聚丙 烯 酰胺溶 液 中的聚合 交联反 应 。其 目的是研 制 出
［ 收稿 日期 ］２ ０ １ ３—１ ０—２ ８ ［ 基金项 目］陕西省自然科学基金项 目 （ ２ Ｏ １ ３ Ｊ Ｑ２ Ｏ １ ５ ） 。 ［ 作者简介］刘祥 （ １ ９ ６ ３～ ） ，男，１ ９ ８ ６ 年大学毕业 ，博 士，教授 ，现从事高分子化学与物理 、油田化学 品的教学与研究工作 。
就 是 采 用 化 学堵 水 。研 究 了 由 丙烯 酰 胺 、２丙 烯 酰 胺 基一２ 一 甲基 丙 磺 酸 、 丙 烯 酸 、交 联 剂 、 过 硫 酸 铵 、 聚
丙 烯 酰 胺 等 组 成 的地 下 共 聚交 联 成 胶 堵 水 体 系 。 讨 论 了影 响 聚 合 反 应 的 因 素 ，对 合 成 聚 合 物凝 胶 性 能 进 行 了评 价 。 聚 合 体 系凝 胶 强度 较 大 ，且 有 一 定 的 吸 水 膨 胀 性 和 良好 的抗 盐 性 ，封 堵 效 果 好 ， 显 示 出 较 好 的堵水效果。 ［ 关 键 词 ］ 堵 水 利 ； 聚合 凝 胶 ； 丙 烯 酰胺 ； 化 学 堵 水
［ 中图 分 类 号 ］ Ｔ Ｅ ３ ５ ８ ． ３
［ 文献标志码］Ａ
［ 文章编号］１ ０ ０ ０ —９ ７ ５ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ ２— ０ １ ５ ３— ０ ４
在 油气 田开 发过 程 中 ，油 气井 出水 是普 遍 存 在 的 问题 。而 我 国大 部分 油 田都 进 入 了 水 驱 中后 期 阶 段 ，出现 了很 多高渗 透 、大孔 道裂 缝 ，水驱 效果 变差 ，油 井含 水急 剧上 升 。 因此 ，封 堵这类 高 渗透 、大 孑 Ｌ 道 、裂缝 性地 层变 得尤 为重 要 。而 由丙 烯 酰胺 与 甲又 基 双 丙 烯 酰 胺 在 引发 剂 作 用 下借 助地 层 内 的温 度 、压 力条 件 ，在地 层 内交 联 聚合 ，形成 具 有高 强度 、高 黏弹 性 的体膨 性凝胶 ，被很好 地应 用 于油 田堵
２ ． １ 外界 条件 对堵水 体 系聚合 反应 的影 响
试验 基本 配方 为 ６ ＡＭ ＋ １ ＡＭＰ Ｓ ＋３ ＡＡ＋ ０ ． １ ５
ｌ 一 恒 速恒 压 泵 ；２ 一 控 制 阀 ：３ 一 水 ；４ 一 堵水 剂 ； ５ 一 六通 阀 ６ 一 压 力表 ；７ 一 填 砂管 ： ８ 一 接 收器 ： ９ － 分 析 天平
石油天然气 学报 （ 江 汉 石 油 学 院 学 报 ）２ ０ １ ４ 年２ 月 第３ ６ 卷 第２ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｊ ． Ｊ Ｐ Ｉ ）Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４ Ｖ ｏ １ ． ３ ６ Ｎ ｏ ． ２
石 油 天 然 气 工程
２ ０ １ ４ 年２ 月
相 渗透率 ；然后 向填 砂管 中注入堵 水 剂溶 液 ，密 封后 将填 砂 管在 ６ ５ ￣ Ｃ候凝 １ ０ ｈ ；最后 用水 驱 替 ，测 其封 堵 后 的渗 透率 和
突破压力 。计 算堵水剂封堵 率和突破压力梯度 。
２ 试验 结果 与讨论
时间。
１ ． ３ 模拟 堵水 试验 方 法
试验 采用 的岩 心流动试验评 价装置 如图 １ 所示 。通 过填砂管 （ 长１ ８ ｃ ｍ、直径 ２ ． ５ ｃ ｍ）封堵试 验 ，以突 破压力 梯度大小衡 量封堵效果 。试验步 骤如下 ：先 将填砂 管填 满石英 砂并用 地层 水饱 和 ，测孔 隙体 积 、水
先用 清水 配制 一定 质量 浓度 的聚 丙烯 酰 胺溶 液 ，再 依 次加 入 ＡＡ、ＡＭＰ Ｓ 、ＡＭ、Ｊ Ｌ，用 Ｎａ ＯＨ 稀 溶液将 ｐ Ｈ 值调 到 ７ ，得 到堵水 体 系溶 液 。然 后在 溶 液 中加 入 Ａ Ｐ Ｓ引 发 剂 ，搅 拌 均 匀后 ，倒 入 密封 袋 中 ，置于 恒温 水浴 中使 之聚 合 。记 录 放入 时 间 ，定期 观 察其 流动 状态 ，直 到体 系溶 液不 流动 时 即为成胶
新 型 地 层 内聚 合 堵 水 剂 的 室 内研 究
刘祥 ，王永鹤 ，王家祥 （ 西安石油 大学化学化工学院， 陕西西安７ １ ０ ０ ６ ５ ）
［ 摘 要 ］ 在 油 田 开 采 过 程 中 ，为 了封 堵 高 透 、大 孔 道 、裂 缝 性 地 层 ，提 高 水 驱 油 采 收 率 ， 最 常 用 的 方 法
种不 易被 地层水 稀 释 ，具 有 一定抗 盐性 、吸水膨 胀性 和 黏弹性 的地 层 内聚合 堵水 剂 。
１ 试 验 部 分
１ ． １ 药 品和 仪器 ．
１ ） 主要 药品 聚丙烯 酰胺 甲基丙 磺 酸 （ ＨＰ ＡＭ） （ 相 对 分 子质 量 １ ２ ０ ０ ×１ ０ ，水 解度 ２ ６ Ｏ） ；丙 烯 酰胺 （ ＡＭ） ，交联 剂 （ Ｊ Ｌ ） ，２ － 丙 烯酰 胺基一 ２ 一 甲基 丙磺 酸 （ ＡＭＰ ｓ ） ，丙烯 酸 （ ＡＡ） ，为工业 品 ；氢 氧 化
钠 （ Ｎａ ＯＨ） 、过 硫酸铵 （ Ａ Ｐ Ｓ ） ，为分 析纯试 剂 。
２ ）主要 仪 器
凝胶 强度 测定 仪 （ 泉州 万达 试验 仪器 设备 厂 ） ；乌 氏黏 度计 ；岩 心流 动评 价试 验装 置
（ 海 安石油 科研 仪器 有 限公 司） 。 １ ． ２ 堵 水体 系配 制及 聚合 方法
水＿ １ Ｊ 。然 而 ，该堵 水剂 初始 黏度 接近 于水 ，在 到达 封堵 目的部位 之前 极易 被地 层水 所稀 释 ，同时地 层 水
中某些 氧化 还原 物质 可导致 聚合 引发 失败 ，对 于 高渗透 、大孑 Ｌ 道 、裂缝性 地层 封堵 效果 较差 『 ２ ］ 。 笔 者 以丙烯 酰胺 （ ＡＭ ） 、２ 一 丙 烯 酰胺 基一 ２ 一 甲基 丙磺 酸 （ ＡＭＰ Ｓ ） 、丙 烯 酸 （ ＡＡ）为 反 应单 体 ，以 过硫 酸铵 （ Ａ Ｐ Ｓ ） 为引发 剂 ，研究 了该 混合体 系在聚丙 烯 酰胺溶 液 中的聚合 交联反 应 。其 目的是研 制 出
［ 收稿 日期 ］２ ０ １ ３—１ ０—２ ８ ［ 基金项 目］陕西省自然科学基金项 目 （ ２ Ｏ １ ３ Ｊ Ｑ２ Ｏ １ ５ ） 。 ［ 作者简介］刘祥 （ １ ９ ６ ３～ ） ，男，１ ９ ８ ６ 年大学毕业 ，博 士，教授 ，现从事高分子化学与物理 、油田化学 品的教学与研究工作 。
就 是 采 用 化 学堵 水 。研 究 了 由 丙烯 酰 胺 、２丙 烯 酰 胺 基一２ 一 甲基 丙 磺 酸 、 丙 烯 酸 、交 联 剂 、 过 硫 酸 铵 、 聚
丙 烯 酰 胺 等 组 成 的地 下 共 聚交 联 成 胶 堵 水 体 系 。 讨 论 了影 响 聚 合 反 应 的 因 素 ，对 合 成 聚 合 物凝 胶 性 能 进 行 了评 价 。 聚 合 体 系凝 胶 强度 较 大 ，且 有 一 定 的 吸 水 膨 胀 性 和 良好 的抗 盐 性 ，封 堵 效 果 好 ， 显 示 出 较 好 的堵水效果。 ［ 关 键 词 ］ 堵 水 利 ； 聚合 凝 胶 ； 丙 烯 酰胺 ； 化 学 堵 水
［ 中图 分 类 号 ］ Ｔ Ｅ ３ ５ ８ ． ３
［ 文献标志码］Ａ
［ 文章编号］１ ０ ０ ０ —９ ７ ５ ２（ ２ ０ １ ４ ）０ ２— ０ １ ５ ３— ０ ４
在 油气 田开 发过 程 中 ，油 气井 出水 是普 遍 存 在 的 问题 。而 我 国大 部分 油 田都 进 入 了 水 驱 中后 期 阶 段 ，出现 了很 多高渗 透 、大孔 道裂 缝 ，水驱 效果 变差 ，油 井含 水急 剧上 升 。 因此 ，封 堵这类 高 渗透 、大 孑 Ｌ 道 、裂缝 性地 层变 得尤 为重 要 。而 由丙 烯 酰胺 与 甲又 基 双 丙 烯 酰 胺 在 引发 剂 作 用 下借 助地 层 内 的温 度 、压 力条 件 ，在地 层 内交 联 聚合 ，形成 具 有高 强度 、高 黏弹 性 的体膨 性凝胶 ，被很好 地应 用 于油 田堵
２ ． １ 外界 条件 对堵水 体 系聚合 反应 的影 响
试验 基本 配方 为 ６ ＡＭ ＋ １ ＡＭＰ Ｓ ＋３ ＡＡ＋ ０ ． １ ５
ｌ 一 恒 速恒 压 泵 ；２ 一 控 制 阀 ：３ 一 水 ；４ 一 堵水 剂 ； ５ 一 六通 阀 ６ 一 压 力表 ；７ 一 填 砂管 ： ８ 一 接 收器 ： ９ － 分 析 天平
石油天然气 学报 （ 江 汉 石 油 学 院 学 报 ）２ ０ １ ４ 年２ 月 第３ ６ 卷 第２ 期 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ Ｇ ａ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｊ ． Ｊ Ｐ Ｉ ）Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ４ Ｖ ｏ １ ． ３ ６ Ｎ ｏ ． ２
石 油 天 然 气 工程
２ ０ １ ４ 年２ 月
相 渗透率 ；然后 向填 砂管 中注入堵 水 剂溶 液 ，密 封后 将填 砂 管在 ６ ５ ￣ Ｃ候凝 １ ０ ｈ ；最后 用水 驱 替 ，测 其封 堵 后 的渗 透率 和
突破压力 。计 算堵水剂封堵 率和突破压力梯度 。
２ 试验 结果 与讨论
时间。
１ ． ３ 模拟 堵水 试验 方 法
试验 采用 的岩 心流动试验评 价装置 如图 １ 所示 。通 过填砂管 （ 长１ ８ ｃ ｍ、直径 ２ ． ５ ｃ ｍ）封堵试 验 ，以突 破压力 梯度大小衡 量封堵效果 。试验步 骤如下 ：先 将填砂 管填 满石英 砂并用 地层 水饱 和 ，测孔 隙体 积 、水
先用 清水 配制 一定 质量 浓度 的聚 丙烯 酰 胺溶 液 ，再 依 次加 入 ＡＡ、ＡＭＰ Ｓ 、ＡＭ、Ｊ Ｌ，用 Ｎａ ＯＨ 稀 溶液将 ｐ Ｈ 值调 到 ７ ，得 到堵水 体 系溶 液 。然 后在 溶 液 中加 入 Ａ Ｐ Ｓ引 发 剂 ，搅 拌 均 匀后 ，倒 入 密封 袋 中 ，置于 恒温 水浴 中使 之聚 合 。记 录 放入 时 间 ，定期 观 察其 流动 状态 ，直 到体 系溶 液不 流动 时 即为成胶
新 型 地 层 内聚 合 堵 水 剂 的 室 内研 究
刘祥 ，王永鹤 ，王家祥 （ 西安石油 大学化学化工学院， 陕西西安７ １ ０ ０ ６ ５ ）
［ 摘 要 ］ 在 油 田 开 采 过 程 中 ，为 了封 堵 高 透 、大 孔 道 、裂 缝 性 地 层 ，提 高 水 驱 油 采 收 率 ， 最 常 用 的 方 法