堵水剂的制备与性质实验报告

中国石油大学（油田化学）实验报告

实验六堵水剂的制备与性质

一、实验目的

1. 学会几种堵水剂的制备方法。

2. 掌握几种堵水剂的形成机理及其使用性质。

二、实验原理

堵水剂是指从油、水井注入地层，能减少地层产出水的物质。从油井注入地 层的堵水剂称油井堵水剂（或简称堵水剂），从水井注入地层的堵水剂称为调剖 剂。

常用的堵水剂有冻胶型堵水剂、凝胶型堵水剂、沉淀型堵水剂和分散体型堵 水剂，这些堵水剂的形成机理和使用性质各不相同。

1. 冻胶型堵水剂 冻胶（如锆冻胶）是由高分子（如HPAM 溶液转变而来，交联剂（如锆的多核羟 桥络离子）可以使高分子间发生交联，形成网络结构，将液体 （如水）包在其中， 从而使高分子溶液失去流动性，即转变为冻胶。

锆冻胶是油田常用的冻胶型堵水剂。锆冻胶是由锆的多核羟桥络离子与 HPAM 中的羧基发生交联反应而形成的。 体系的pH 值可影响多核羟桥络离子的形 成及HP AM 分子中羧基的量，因此，pH 值可影响锆冻胶的成冻时间和冻胶强度。

2. 凝胶型堵水剂

凝胶是由溶胶转变而来。当溶胶由于种种原因（如电解质加入引起溶胶粒子 部分失去稳定性而产生有限度聚结）形成网络结构，将液体包在其中，从而使整 个体系失去流动性时，即转变为凝胶。油田堵水中常用的是硅酸凝胶。 硅酸凝胶 由硅酸溶胶转化而来，硅酸溶胶由水玻璃（又名硅酸钠，分子式Na2C?mSO2与活 化剂反应生成。活化剂是指可使水玻璃先变成溶胶而随后又变成凝胶的物质。 盐 酸是常用的活化剂，它与水玻璃的反应如下：

Na2OmSiO2 + 2HCI — H2O?mSiO2 + 2NaCl

由于制备方法不同，可得两种硅酸溶胶，即酸性硅酸溶胶和碱性硅酸溶胶。 这两种硅酸溶胶都可在一定的条件（如温度、pH 值和硅酸含量）下，在一定时间 内胶凝。

评价硅酸凝胶堵水剂常用两个指标，即胶凝时间和凝胶强度。胶凝时间是指 硅酸体系自生成至失去流动性的时间。 凝胶强度是指凝胶单位表面积上所能承受 的压力。

3. 沉淀型堵水剂

沉淀型堵水剂由两种可反应产生沉淀的物质组成。水玻璃 -氯化钙是油田最

常用的沉淀

型 NaOmSiO + CaCI 2 — CaQ?mSiO + 2NaCI

班级：. 同组者:

实验日期：_ 学号： 姓名

成绩:

教师：

4. 悬浮体型堵水剂

悬浮体是指溶解度极小但颗粒直径较大（大于10-5cm ）的固体颗粒分散在溶 液中所形成的粗分散体系。 分散体系中的固体颗粒可以在多孔介质的喉道处产生 堵塞作用。油田中常用的分散体型堵水剂是粘土悬浮体型堵水剂。 粘土悬浮体中 的粘土颗粒可用聚合物（如HPAM 絮凝产生颗粒更大、堵塞作用更好的絮凝体堵 水剂。絮凝是聚合物（HPAM 在粘土颗粒间通过桥接吸附形成。

三、仪器与药品

1. 仪器

100ml 烧杯，10ml 具塞刻度试管，5ml 、25ml 量筒，玻璃棒，广泛pH 试纸。 2. 药品

聚丙烯酰胺，氧氯化锆，水玻璃，氯化钙，盐酸。

四、实验步骤

1. 锆冻胶堵水剂的制备与性质

取3个100ml 烧杯，用量筒各加入质量分数为 5X 10-3的聚丙烯酰胺水溶液 20ml,其中一个烧杯中滴加6滴质量分数为1X 10-2的盐酸，另一烧杯中滴加7滴 质量分数为1X 10-2的NaOH 搅拌均匀，用广泛pH 试纸测定三个烧杯中聚丙烯 酰胺溶液的pH 值，然后向三份聚丙烯酰胺溶液中分别加入 2ml 质量分数为5X 10-3的ZrOCl 2溶液（注意：边用玻璃棒搅拌，边缓慢加入 的现象（注意记录成冻时间，由于都是瞬间成冻，均记为 璃棒挑起程度衡量 ） 。

2. 硅酸凝胶堵水剂的制备与性质 取三支10ml 具塞刻度试管，加入质量分数为 0.1

三支试管中依次加入质量分数为 0.1 的盐酸 16滴、 14

滴、 12滴并摇匀， 观察凝 胶的生成并记录胶凝时间，

待三支试管中全部胶凝后用玻璃棒插入凝胶， 从玻璃 棒插入的难易排出三种凝胶强度的顺序。

3. 水玻璃—氯化钙沉淀型堵水剂的制备与性质

取一支10ml 的具塞刻度试管，加入质量分数为 0.1的水玻璃5ml ，然后用 滴管逐滴加入质量分数为 0.1 的氯化钙溶液，摇匀，观察硅酸钙沉淀的生成情况 。

五、结果处理

用表格形式表达实验现象与数据，并解释实验现象。

） ，观察并记录冻胶形成 0）和冻胶的强度 （ 用

玻 的水玻璃5ml ，用滴管向

表一实验现象与数据

解释实验现象:

1、对锆冻胶堵剂实验现象的解释

锆冻胶是由锆的多核羟桥络离子与 HPAM 中的羧基发生交联反应而形成的。 体系的pH 值可影响多核羟桥络离子的形成及 HPAM 分子中羧基的量，因此，pH 值可影响锆冻胶的成冻时间和冻胶强度。pH 过高或过低都不能形成足够强度的 冻胶。

2、对硅酸凝胶堵剂实验现象的解释

盐酸浓度越高，硅酸凝胶堵剂的成胶时间越短，凝胶强度越高，因为硅酸凝 胶由水玻璃与活化剂HCI 反应生成的硅酸溶胶转化而来，体系先在一定的pH 值、 温度、硅酸含量下先形成硅酸溶胶，然后在一定时间内形成硅酸凝胶， 因此，其 形成与活化剂的浓度有关，活化剂的浓度又进而影响了成胶时间与成胶强度。

3、水玻璃-氯化钙沉淀型堵剂实验的解释

沉淀型堵水剂由两种可反应产生沉淀的物质组成。水玻璃 -氯化钙是油田最

常用的沉淀型堵水剂，它通过如下反应产生沉淀

NaO?iSi02 + CaCI 2 — CaQ?rSiO 2 + 2NaCI

滴加氯化钙后不断生成钙盐沉淀即白色絮状沉淀。

六、思考题

1. 解释 pH 值对锆冻胶生成的影响。

水玻璃-氯化钙

沉淀型堵剂

逐滴加入氯化钙溶液后不 断生成白色絮状沉淀

堵 剂 类 型

实 验 数 据 与 现 象