嚴永剛 ，孫華慧 ，周亞清 ，任紅影 ，胡之力

（1.東新石油工程技術(shù)有限公司，吉林 松原 138001；2.中國石油天然氣股份有限公司 吉林油田分公司 扶余采油廠，吉林 松原 138000；3.吉林油田分公司 職業(yè)培訓(xùn)中心，吉林 松原 138000；4.吉林油田分公司采油工藝研究院，吉林 松原 138000）

我國油田多為注水開發(fā)油田，大部分已進入高含水階段。隨著開采時間的增長，由于地層的非均質(zhì)性，注入水在地層無效循環(huán)越來越嚴重，導(dǎo)致注水開發(fā)效率大大降低。為提高注水開發(fā)效果，達到控水穩(wěn)油的作用。注水井調(diào)剖成為多數(shù)油田的主要控水穩(wěn)油增產(chǎn)措施之一。隨著人們對調(diào)剖效果認識和評價，為達到深部調(diào)剖的目的，要保證調(diào)剖劑注得進去，送至油藏深部并具有經(jīng)濟有效性。部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）凝膠體系是深部調(diào)剖的主要用劑之一。為此，在保證凝膠的足夠強度又不會大大增加調(diào)剖劑成本的條件下。在HPAM凝膠加入膨潤土，形成了網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠。增大了凝膠強度，提高了調(diào)剖效果。在吉林油田經(jīng)過調(diào)剖試驗，取得了較好的效果。

1 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠作用機理

1.1 膨潤土的基本性質(zhì)

膨潤土多為層狀黏土礦物?？稍谒兴稚?。每個晶格單元存在可交換陽離子，可以是Ca2+、Na+等。鈉基膨潤土的可交換陽離子為Na+，所以稱之為鈉基膨潤土。是以蒙脫石為主的含水粘土礦物,公認分子式為:Nax(H2O)4(AI2-xMg0.83)Si4O10)(OH)2,鈉基膨潤土水化性能好，吸水性好，吸水后膨脹倍數(shù)為4～10倍。充分水化后，可分散成10～6m以下的微粒。

1.2 HPAM的成膠過程

眾所周知，部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）為水溶性高分子，分子鏈存在親水基團，-CONH2、-COO-等在水中溶解形成線性高分子。HPAM為聚電解質(zhì)，分子鏈上存在相同負電荷，相同電荷具有斥力，使HPAM在水中分子鏈舒展，增大了分子間作用力，為此具有較好的增黏性。同時HPAM分子鏈上具有可交聯(lián)基團，即-CONH2、-COO-等。目前，有機鉻交聯(lián)劑是較常用的交聯(lián)劑，通過Cr3+在水中形成多核羥橋絡(luò)離子，與HPAM中的羧基發(fā)生交聯(lián)作用，由原來的線形結(jié)構(gòu)變成空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，即成為不再溶于水的凝膠。

1.3 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的形成

單獨用HPAM與交聯(lián)劑形成凝膠，由于成本的原因，強度不理想，如增大強度，則要增加HPAM的濃度，也增加了調(diào)剖成本。向HPAM體系中加入鈉基膨潤土，膨潤土在水中水化，形成微小顆粒，可進入HPAM凝膠的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，填充了網(wǎng)絡(luò)空間，形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)，使凝膠成為網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠，大大增加了凝膠強度。

2 實驗部分

2.1 藥品

部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）（相對分子質(zhì)量1.75×107南昌市聚晟實業(yè)有限公司化工）；部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）（相對分子質(zhì)量1.8×107中石油大慶煉化有限公司）；有機鉻交聯(lián)劑（自制）（有效鉻含量：3.5%）；鈉基膨潤土（簡稱鈉基土）（細度：200目、325目，吉林省公主嶺劉房子）；鈉基膨潤土（細度：200目、325目，吉林省磐石市龍宇實業(yè)有限公司）；鈣基膨潤土（簡稱鈣基土）（細度：200目、325目，吉林省磐石市龍宇實業(yè)有限公司）。

2.2 實驗方法

配制3g·L-1HPAM溶液，充分水化后，加入3g·L-1有機鉻交聯(lián)劑，加入60℃恒溫水浴中，觀察其成膠情況，評價成膠強度；另配以上溶液，分別加入不同濃度的預(yù)水化的膨潤土；按上述方法觀察成膠后情況。

2.3 凝膠強度評價方法

參照Sydansk等的成膠強度等級標準評價凝膠性能（代碼法），制訂了凝膠強度評價方法：A：與水黏度相近；B：高度流動凝膠；C：易流動凝膠；D：中等流動凝膠；E：難流動凝膠；F：高度變形不流動凝膠；G：中等變形不流動凝膠；H：輕微變形不流動凝膠；I：剛性凝膠。

3 結(jié)果與討論

3.1 HPAM有機鉻凝膠的強度

經(jīng)室內(nèi)試驗結(jié)果得出，當(dāng)3g·L-1HPAM溶液，加入3g·L-1的有機鉻交聯(lián)劑，在60℃水浴中，6h后初凝。12h后，完全成膠，凝膠強度不再變化。根據(jù)凝膠強度評價方法，其凝膠強度為D級，是不同濃度HPAM溶液和有機鉻交聯(lián)劑最佳配液濃度。HPAM超過此濃度，凝膠強度雖略有增加，但是增大了凝膠成本，低于此濃度，強度差。有機鉻濃度低于3g·L-1，凝膠強度差，高于此強度，放置時間長后易破膠。以下試驗HPAM溶液和有機鉻交聯(lián)劑配液濃度均取該值，做為試驗基礎(chǔ)凝膠。

3.2 膨潤土的類型、粒徑對凝膠強度的影響

分別取200目、325目粒徑的鈉基膨潤土、鈣基膨潤土，將其預(yù)水化，分別按5g·L-1加已充分溶解的3g·L-1HPAM溶液中，再加入3g·L-1的有機鉻交聯(lián)劑，充分攪拌后，放入60℃水浴中，成膠強度發(fā)生變化，見表1。

表1 不同粒徑鈉基膨潤土對成膠時間的影響Tab.1 Effect of different sodium base bentonite in size on gelling time

3.2.1 膨潤土粒徑對網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的影響 由以上實驗結(jié)果可以看出，當(dāng)凝膠體系中加入200目鈉基膨潤土?xí)r，成膠后，凝膠出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，1#、2#樣在凝膠中一半體積為淡藍色聚丙烯酰胺凝膠，下部為與膨潤土混合一起的凝膠，顏色與鈉基土顏色相同。由于粒徑大，在沒達到網(wǎng)絡(luò)互穿的時候，即發(fā)生沉降。3#鈣基土凝膠中1/4處以上為淡藍色聚丙烯酰胺凝膠，下部1/4與膨潤土混合一起的凝膠，顏色與土顏色相同?？梢?，鈣基土由于水化不好，與聚丙烯酰胺凝膠配伍性差。

雖然出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，凝膠強度仍有所增加。加鈣基土，凝膠強度略有上升。

當(dāng)體系中加入325目不同類型膨潤土?xí)r，鈉基土凝膠不分層，但是劉房子鈉基土放置48h后，凝膠呈絮狀，分散不均勻。而磐石鈉基土，呈均勻分散狀態(tài)，完全成為一體，說明已水化分散的鈉基土顆粒進入聚丙烯酰胺凝膠網(wǎng)絡(luò)，形成網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)。鈣基土仍出現(xiàn)分層現(xiàn)象，分層部位在1/2處。好于200目鈣基土。可見325目鈉基土在凝膠中配伍性能好，可達到網(wǎng)絡(luò)互穿的作用。

3.2.2 不同類型膨潤土對網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的影響 不同類型膨潤土均與聚丙烯酰胺可形成凝膠，并可增加凝膠強度。從實驗結(jié)果來看，磐石鈉基土效果最好，在聚丙烯酰胺凝膠中分散均勻，達到了網(wǎng)絡(luò)互穿的效果，凝膠強度由D級，上升至G級。強度增加幅度大。劉房子鈉基土，凝膠強度有所增加，強度由D級上升到了F級，但是放置穩(wěn)定性差。而鈣基土，效果差，凝膠強度略有上升，但是分散性差。

3.3 不同濃度膨潤土對網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的影響

通過對膨潤土的篩選，磐石產(chǎn)325目鈉基土與3g·L-1聚丙烯酰胺成膠效果好，通過改變鈉基土的不同加量，確定鈉基土的最佳濃度。實驗情況見表2。

表2 不同濃度的鈉基土對凝膠強度的影響Tab.2 Influence of different concentrations of sodium base bentonite on gelling strength

由表2可以看出，當(dāng)鈉基土濃度在10 g·L-1時，即可達到網(wǎng)絡(luò)互穿的效果，凝膠強度上升較高。當(dāng)鈉基土增至20 g·L-1時，凝膠強度不變。當(dāng)濃度增至25g·L-1時，出現(xiàn)分層現(xiàn)象，強度下降。可見鈉基土最佳加量范圍在 10～20g·L-1。

3.4 鈉基土對成膠時間的影響

采用不同濃度鈉基土，用基液配制網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠。在60℃下觀察其成膠時間，結(jié)果見表3。

表3 不同濃度的鈉基土對成膠時間的影響Tab.3 Influence of different concentrations of sodium base bentonite on gelling time

由表3可以看出，隨鈉基土加量增大，成膠時間增長。鈉基土加量在10g·L-1時，初凝時間為12h，完全成膠時間為20h，由此可見，在網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠中，當(dāng)成膠強度即達到最大值（10g·L-1）時，成膠時間可完全滿足施工要求。

3.5 不同溫度對成膠時間的影響

根據(jù)吉林油田不同地層溫度，采用鈉基土加量為10g·L-1時的網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠。我們分別做了32、90℃成膠試驗，結(jié)果見表4。

表4 不同溫度的鈉基土對成膠時間的影響Tab.4 Influence of different Temperature of sodium base bentonite on gelling time

可見，隨溫度增加，成膠時間減小。90℃時初凝時間6h，可滿足注入要求。

3.6 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的耐溫性和穩(wěn)定性

3.6.1 根據(jù)吉林油田地質(zhì)條件，適于調(diào)剖區(qū)塊地層溫度多在90℃以下，為此將加10g·L-1鈉基土的網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠在95℃的水浴中放置15d。取出后，觀察凝膠強度，其強度仍在F級?？梢娔苓m用于90℃以下地層的調(diào)剖。

3.6.2 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的穩(wěn)定性 將配制好的加入10g·L-1網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠，在32℃水浴中（該適用于吉林扶余油田），放置8個月，取出后，凝膠強度無變化，仍為H級。體系均勻，不分層，說明該凝膠有較好的穩(wěn)定性。

4 網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的現(xiàn)場應(yīng)用

吉林油田扶余采油廠開發(fā)已40多年，目前該油田綜合含水已達90%。地層中無效水循環(huán)嚴重，地層存水率逐年下降。自然遞減和綜合遞減嚴重。在層中存在以裂縫和大孔道而形成的復(fù)合竄流通道及裂縫型竄流通道和高滲透大孔道。為此，注水井調(diào)剖是提高注水開發(fā)效果的主要措施之一。近年來，注水井調(diào)剖取得了較好的效果。

為適應(yīng)該區(qū)塊的調(diào)剖需要，結(jié)合地層溫度低（32℃），竄流通道復(fù)雜等特點，采取了以網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠為主調(diào)剖劑，在體膨型顆粒為裂縫封堵劑的復(fù)合調(diào)剖體系。于2010年在扶余采油廠西13-10區(qū)塊的11口注水井、東25-6區(qū)塊9口注水井進行深部調(diào)剖。其中網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠占總用量的80%以上；調(diào)后注水井注入壓力平均上升1.7MPa；區(qū)塊平均減水3%；井組平均增油350t以上，取得了較好的調(diào)剖效果，目前仍有效。

5 結(jié)論

（1）在HPAM鉻凍膠中加入鈉基土，由于鈉基土在HPAM凝膠空間網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)中互穿，可形成強度較高的網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠。

（2）網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠的最佳加量：HPAM3g·L-1；有機鉻交聯(lián)劑：3g·L-1；鈉基土：10～203g·L-1；基凝膠強度可達H級。

（3）網(wǎng)絡(luò)互穿凝膠在32～90℃條件下均可成膠，可滿足該溫度條件下的注水井調(diào)剖。

（4）現(xiàn)場應(yīng)用中取得了較好的調(diào)剖效果。

［1］嚴瑞瑄，等.水溶性高分子［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

［2］胡之力，張龍，于振波.油田化學(xué)劑及應(yīng)用［M］.長春：吉林人民出版社，1998.

［3］張明霞，楊全安，等.堵水調(diào)剖的凝膠性能評價方法綜述［J］.鉆采工藝，2007，（7）：130-133.

［4］劉琳波，戴彩麗，等.影響絡(luò)合鉻凍膠成凍因素研究［J］.油田化學(xué)，2010，26（2）：153-157.

［5］趙群.并膠類調(diào)剖劑性能評價方法及適用條件的研究［D］.大慶石油學(xué)院碩士學(xué)位論文，2004.