肖 磊，孔昭柯，王 琦 王紀(jì)云，皇海權(quán) （中石化河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 南陽(yáng)473132）

低濃度鉻交聯(lián)聚合物流動(dòng)成膠性能研究

肖 磊，孔昭柯，王 琦 王紀(jì)云，皇海權(quán) （中石化河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 南陽(yáng)473132）

模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)了不同動(dòng)態(tài)條件下的3個(gè)成膠試驗(yàn)（即：攪拌條件下的流動(dòng)成膠試驗(yàn)、循環(huán)流動(dòng)條件下的成膠試驗(yàn)及不銹鋼篩網(wǎng)串聯(lián)流動(dòng)成膠試驗(yàn)），考察低濃度鉻交聯(lián)聚合物體系在流動(dòng)條件下的成膠性能。通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了低濃度鉻交聯(lián)聚合物體系在流動(dòng)狀態(tài)下和經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)可以成膠，成膠后的體系具有一定的流動(dòng)性。

聚合物；交聯(lián)劑；調(diào)剖；凝膠；流動(dòng)成膠

所謂低濃度交聯(lián)聚合物體系由低濃度的交聯(lián)劑、聚合物、水以及其他添加劑組成，將這種體系作為驅(qū)油劑注入地層中，受地層溫度的影響逐步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成弱凝膠體系，提高了驅(qū)油劑的粘度，有利于提高驅(qū)油效果，其主要應(yīng)用于油田三次采油提高采收率技術(shù)中［1，2］。一般低濃度交聯(lián)聚合物體系采用的交聯(lián)劑有Al3＋［3］、Cr3＋、酚醛等。Cr3＋交聯(lián)劑由于原料易得，合成工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，常用于低濃度交聯(lián)聚合物研究中。未經(jīng)處理的鉻離子與聚合物交聯(lián)反應(yīng)幾乎在瞬間完成，難以滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需要。Cr3＋預(yù)先與羧酸等形成配位絡(luò)合物（羧酸鉻），可以有效控制形成凝膠的速度［4］。鉻交聯(lián)劑與聚合物的交聯(lián)反應(yīng)機(jī)理可看作是Cr3＋的配位體與聚合物的官能團(tuán)（—COO－）爭(zhēng)奪水合Cr3＋離子的結(jié)果；通過(guò)調(diào)整配位絡(luò)合物的類型和用量、交聯(lián)劑和聚合物的濃度等因素，能夠有效減緩Cr3＋/聚合物交聯(lián)反應(yīng)速度和形成凝膠的強(qiáng)度［5，6］。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)展的鉻/聚合物交聯(lián)體系研究中，聚合物與交聯(lián)劑等混合均勻后放入恒溫箱中候凝是靜態(tài)條件下的成膠試驗(yàn)。而現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，交聯(lián)反應(yīng)是在多孔介質(zhì)中流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的，交聯(lián)聚合物中的組分受多孔介質(zhì)吸附、色譜分離等因素作用會(huì)對(duì)交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生影響。交聯(lián)聚合物體系在動(dòng)態(tài)條件下能否成膠，以及成膠后的高分子聚集體在多孔介質(zhì)中能否流動(dòng)，是制約和影響現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

1 攪拌條件下的流動(dòng)成膠試驗(yàn)

圖1 不同配方在地層不同深處粘度變化

用清水配制成5000mg/L聚合物母液，用現(xiàn)場(chǎng)污水配成3個(gè)不同配比的交聯(lián)聚合物體系，其中聚合物濃度400mg/L，交聯(lián)劑濃度分別為40、50、60mg/L，在45℃ 的恒溫水浴中，采用攪拌方式模擬交聯(lián)聚合物溶液在近井地帶流動(dòng)成膠性能，結(jié)果見(jiàn)圖1和表1。

表1 攪拌速度與滲流速度、注入半徑關(guān)系

圖1中3個(gè)不同配方的交聯(lián)聚合物體系在近井地帶（5m以內(nèi)）交聯(lián)聚合物溶液與初始粘度相當(dāng)，體系粘度均沒(méi)有較大變化；在5m以后體系開(kāi)始成膠，粘度逐漸上升；在9m左右凝膠粘度達(dá)到最大，而后開(kāi)始降低；在15m以后粘度基本上保持穩(wěn)定。說(shuō)明該交聯(lián)聚合物體系在流動(dòng)狀態(tài)下能夠成膠，但在近井地帶不會(huì)成膠，不會(huì)造成地層端面堵塞，具有良好的成膠性能和注入性能。

2 循環(huán)流動(dòng)條件下的成膠試驗(yàn)

在45℃恒溫水浴中，用清水配制成5000mg/L的母液，用現(xiàn)場(chǎng)污水稀釋至400mg/L聚合物×50mg/L交聯(lián)劑的交聯(lián)聚合物溶液。利用蠕動(dòng)泵在不同流速條件下循環(huán)泵送交聯(lián)聚合物溶液，考察低濃度有機(jī)鉻交聯(lián)聚合物體系流動(dòng)成膠性能，結(jié)果見(jiàn)圖2和表2。

從表2和圖2可以看出，交聯(lián)聚合物溶液在50ml/min以上的高流速條件下不易成膠，其相當(dāng)于近井地帶2m左右的滲流速度。但隨著流速的降低（低于20ml/min），交聯(lián)聚合物溶液能夠成膠，其相當(dāng)于近井地帶5m左右的滲流速度。該試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了低濃度鉻交聯(lián)聚合物體系在流動(dòng)狀態(tài)下能夠成膠，但在近井地帶由于流速高不會(huì)成膠，注入過(guò)程中不會(huì)造成地層端面堵塞，具有良好的成膠性能和注入性能。

圖2 不同流速下交聯(lián)體系粘度變化

表2 泵速與注入半徑、滲流速度關(guān)系

3 不銹鋼篩網(wǎng)串聯(lián)流動(dòng)成膠試驗(yàn)

使用25目不銹鋼篩網(wǎng)，5層按45°重疊組成1組，將5組篩網(wǎng)串聯(lián)起來(lái)，每組上安裝壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究有機(jī)鉻交聯(lián)體系通過(guò)5組不銹鋼網(wǎng)篩過(guò)程中的壓力變化。體系配方為400mg/L聚合物×50mg/L交聯(lián)劑、溫度45℃、流速30ml/h。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

試驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度交聯(lián)聚合物體系能夠在流動(dòng)過(guò)程中成膠，而且成膠后的交聯(lián)聚合物傳播性良好。成膠過(guò)程的動(dòng)態(tài)特征表現(xiàn)如下：①預(yù)交聯(lián)期——該階段交聯(lián)聚合物體系粘度保持平穩(wěn)，各測(cè)壓點(diǎn)壓力尚未明顯升高。②成膠期——該階段交聯(lián)聚合物體系粘度快速增加，各測(cè)壓點(diǎn)壓力依次同步快速升高。說(shuō)明該有機(jī)鉻交聯(lián)聚合物體系在流動(dòng)過(guò)程中能夠成膠，且在成膠后具有較好的流動(dòng)性能。③穩(wěn)定期——該階段有機(jī)鉻交聯(lián)聚合物體系粘度基本保持平穩(wěn)，各測(cè)壓點(diǎn)壓力略有下降，但比預(yù)交聯(lián)期的壓力高得多，說(shuō)明成膠后的低濃度交聯(lián)體系聚合物經(jīng)多孔介質(zhì)剪切依然可以保持較高的流動(dòng)阻力。

圖3 各測(cè)壓點(diǎn)壓力和粘度隨循環(huán)流動(dòng)時(shí)間變化曲線

4 結(jié) 論

研究的低濃度有機(jī)鉻交聯(lián)聚合物體系在流動(dòng)狀態(tài)下和經(jīng)過(guò)多孔介質(zhì)剪切后能夠成膠，同時(shí)壓力數(shù)據(jù)顯示成膠后的交聯(lián)體系具有較好的流動(dòng)性。因此，低濃度有機(jī)鉻交聯(lián)聚合物體系用于油田三次采油技術(shù)中不會(huì)造成近井地帶堵塞，同時(shí)在地層較深區(qū)域具有建立較高流動(dòng)阻力的能力。

［1］孫尚如，孔柏嶺，肖磊，等.河南油田微凝膠驅(qū)技術(shù)的研究和應(yīng)用 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［2］Albonic P.Effective Gelation-delaying additives for Cr3＋/plymer gels ［J］.SPE25221，1993.

［3］Smith J E.Performance of 18polymers in aluminum citrate colloidal dispersion gels ［J］.SPE28989，1995.

［4］Tackett J E.Characterization of chromium（Ⅲ）acetate in aqueous solutions［J］.Applied Petroscopy，1989，43（3）：490～499.

［5］肖磊，孔昭柯，王琦，等.河南油田有機(jī)鉻交聯(lián)體系配方及影響因素研究 ［J］.石油地質(zhì)與工程，2010，24（3）：76～78.

［6］翁蕊，韋莉.低濃度HPAM/Cr3＋凝膠成膠行為影響因素的研究 ［J］.油田化學(xué)，1999，16（1）：53～56.

Study on Flow Gelled Performance of Low Concentration Cr3＋Crosslinking Polymer

XIAO Lei，KONG Zhao-ke，WANG Qi，WANG Ji-yun，HUANG Hai-quan（Authors'Address：Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Henan Oilfield Company，SINOPEC，Nanyang473132，Henan，China）

In order to investigate the gelled performance of low concentration Cr3＋crosslinking polymer，three gelled experiment simulating fields were designed in different dynamic conditions according to stir，circular flow and series flow in stainless steel screen meshes.The experimental results show that the low concentration Cr3＋crosslinking polymer has flowability as it is gelled in flow condition and through porous medium.

polymer；crosslinking agent；profile modification；gel；flow gelling

TE357.46

A

1000-9752（2012）04-0136-03

2012-02-24

中國(guó)石油化工集團(tuán)公司科技項(xiàng)目（P04056）。

肖磊（1963-），男，1984年鄭州大學(xué)畢業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事三次采油工作。

［編輯］ 蕭 雨