李翠霞，覃孝平，2

(1.中國(guó)石油冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北 唐山 063004;2.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500)

油田在注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于油藏非均質(zhì)性、油水流度差異以及注入水長(zhǎng)期沖刷作用的影響，在地層中將形成水驅(qū)優(yōu)勢(shì)通道，使得注水井吸水剖面不均、油井過(guò)早見(jiàn)水或水淹，從而嚴(yán)重影響到油田的注水開(kāi)發(fā)效果。為了調(diào)整注水井的吸水剖面、擴(kuò)大波及體積、增加可采儲(chǔ)量以及避免注入水的無(wú)效或低效循環(huán)，需要利用調(diào)剖堵水劑對(duì)油水井進(jìn)行處理［1-4］。目前，常用的有分散體型調(diào)剖堵水劑、凍膠型調(diào)剖堵水劑以及凝膠型調(diào)剖堵水劑。互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑是一類(lèi)凝膠型調(diào)剖堵水劑，它是一種利用互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPN)技術(shù)制備的新型凝膠，由兩種或兩種以上的聚合物網(wǎng)絡(luò)相互穿透或纏結(jié)構(gòu)成［5-7］。與傳統(tǒng)聚合物凝膠相比，互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠具有特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且聚合物分子鏈間存在協(xié)同效應(yīng)，使得其具有更強(qiáng)的抗剪切能力、封堵能力、剖面改善能力以及耐沖刷能力。因此，互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠在調(diào)剖堵水中表現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。

1 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖劑的研究進(jìn)展

楊秀芬［8］采用W/O 乳液型聚丙烯酰胺(TDGIR)、交聯(lián)劑、改性氨基樹(shù)脂(TF-3)以及固化劑制備出互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖劑(TDG-IR/TF-3)。TDG-IR/TF-3 具有一定的耐溫抗鹽性能，適用于35～150 ℃注水井調(diào)剖，并且可以用采出水配制;TDGIR/TF-3 基液在地面成膠前的粘度較低，注入性好，且成膠時(shí)間可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，成膠后凝膠強(qiáng)度較高;TDG-IR/TF-3 具有選擇性封堵能力，可優(yōu)先進(jìn)入高滲透層;此外，該凝膠還具有施工工藝簡(jiǎn)單、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。

劉永兵［9-10］研制出一種互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠用于油田深部調(diào)驅(qū)。首先將聚乙烯醇(PVA)配制成一定濃度的水溶液;再與含有交聯(lián)劑和引發(fā)劑的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)單體混合均勻;然后加入PVA 交聯(lián)劑使PVA 交聯(lián);最后將交聯(lián)后的產(chǎn)物在一定溫度引發(fā)聚合反應(yīng)，使分散在PVA 交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的AM 和AA 形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該凝膠能夠選擇性進(jìn)入高滲透層，幾乎不進(jìn)入低滲透層;凝膠的剖面改善能力隨滲透率級(jí)差增大而提高，當(dāng)滲透率級(jí)差增大到15.01 時(shí)，剖面改善率達(dá)到了99.7%;此外，該凝膠還具有較強(qiáng)的提高采收率能力。

馬濤［11］采用復(fù)合單體、天然高分子材料、蒙脫土、交聯(lián)劑以及引發(fā)劑等制備出雙組分IPN/蒙脫土復(fù)合吸水凝膠用于調(diào)整注水井吸水剖面，并實(shí)現(xiàn)深部液流轉(zhuǎn)向。引發(fā)劑用量為500 ～1 000 mg/L，交聯(lián)劑用量為400 ～1 000 mg/L，蒙脫土用量為原料總質(zhì)量的3% ～5%，通過(guò)改變天然高分子材料的用量可以控制互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠的強(qiáng)度。凝膠吸水后具有較好的壓縮性，可以承受一定的壓力;能夠以拉伸變形的方式通過(guò)較小的喉道，通過(guò)喉道形變能夠恢復(fù);能夠有效封堵高滲透層、啟動(dòng)中低滲透層，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的提高波及系數(shù)能力。

唐孝芬［12］將能夠控制吸水速度的高分子網(wǎng)絡(luò)引入到常規(guī)吸水體膨網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，制備出的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠體系具有延緩膨脹、強(qiáng)度高等優(yōu)良特性。靜態(tài)吸水體膨脹實(shí)驗(yàn)表明，該互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠的吸水緩膨性能及體膨后的力學(xué)強(qiáng)度比目前礦場(chǎng)廣泛使用的體膨顆粒好。該互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠的緩膨時(shí)間在3 d 以上，完全吸水膨脹時(shí)間＞20 d，吸水后的彈性模量超過(guò)104Pa，表現(xiàn)出良好的注入性以及封堵性能。

嚴(yán)永剛［13］在鉻凍膠中加入鈉基土，使其在部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)凝膠空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中互穿，制備出了強(qiáng)度較高的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠。該互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠的配方為:HPAM 3 g/L，有機(jī)鉻交聯(lián)劑3 g/L，鈉基土10 ～203 g/L。2010 年，用該凝膠對(duì)吉林油田扶余采油廠西13-10 區(qū)塊的11口注水井、東25-6 區(qū)塊9 口注水井進(jìn)行調(diào)剖，取得較好的降水增油效果。施工后注水井注入壓力平均上升1.7 MPa，區(qū)塊平均含水率降低3%，井組平均增油350 t 以上。

Xin［14］在部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液中加入無(wú)機(jī)交聯(lián)劑檸檬酸鋁(AlCit)，由于AlCit 加入后能夠形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以能夠有效提高HPAM 溶液的粘度;然后再加入有機(jī)交聯(lián)劑1，3，4，6-四羥甲基甘脲(TMGU)，TMGU 加入后能夠形成高交聯(lián)密度的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠，所以能夠進(jìn)一步增強(qiáng)凝膠體系的穩(wěn)定性。由于AlCit 在互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠的形成過(guò)程中起主要作用，通過(guò)改變AlCit 的加量可以控制凝膠的成膠時(shí)間。因此，該互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠在深部調(diào)剖方面具有較好的應(yīng)用前景。

圖1 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠形成過(guò)程Fig.1 The forming process of the interpenetrating polymer network gel

2 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠堵水劑的研究進(jìn)展

劉慶普［15-18］將W/O 型聚丙烯酰胺膠乳和改性氨基樹(shù)脂在交聯(lián)劑存在下，通過(guò)交聯(lián)形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠堵水劑，用于油井選擇性堵水。通過(guò)改變聚合物的分子量、水解度、加量以及交聯(lián)劑的加量，可以控制互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠的強(qiáng)度和成膠時(shí)間，以滿足不同油藏條件下的堵水需要。該堵水劑成膠時(shí)間可調(diào)，可適用于溫度為150 ℃的高溫油藏堵水，注入性好，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，施工方便，并且解堵容易，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用效果較好的堵水劑。

圖2 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)示意圖(實(shí)線和虛線代表不同聚合物網(wǎng)絡(luò)，黑點(diǎn)代表交聯(lián)點(diǎn))Fig.2 The structural schematic diagram of the interpenetrating polymer network gel

趙秀蘭［19］為了降低大港油田港東開(kāi)發(fā)區(qū)油井的含水率，研制出了互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠堵水劑TDG。TDG 堵水劑是由具有W/O/W 結(jié)構(gòu)的乳膠以及改性氨基樹(shù)脂在一定溫度、交聯(lián)劑以及促凝劑作用下形成的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠。該堵水劑在港東開(kāi)發(fā)區(qū)三個(gè)斷塊的堵水作業(yè)中取得了顯著的成效。

李之燕［20］研究了膠乳型聚丙烯酰胺分子量及用量、基樹(shù)脂粘度及用量、交聯(lián)劑重鉻酸鈉用量、固化劑NH4Cl 用量以及pH 值對(duì)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)堵水劑凝膠強(qiáng)度的影響。研究表明，通過(guò)調(diào)整聚丙烯酰胺、交聯(lián)劑、固化劑用量可以控制凝膠強(qiáng)度和成膠時(shí)間。

張利［21］以單體凍膠和陰離子聚合物為原料，采用有機(jī)鉻交聯(lián)劑制備出一種互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠堵水劑。聚合物、交聯(lián)劑的濃度分別為4 000 mg/L和8 000 mg/L;凝膠堵水劑溶液的初始粘度在400 mPa·s 左右，成膠后的粘度達(dá)到100 000 mPa·s以上;該凝膠堵水劑的粘附性好，能夠有效封堵裂縫及高滲透層，可以用于單層堵水。

沈群［22］為了改善扶余油田低溫低滲透裂縫性砂巖油藏產(chǎn)液剖面，研制了一種適合于該油藏的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠體系。該互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠體系的配方為:聚合物濃度2 500 mg/L，粉煤灰的用量(體積分?jǐn)?shù)，下同)為6. 00%，交聯(lián)劑A 的用量為1.00%，交聯(lián)劑B 的用量為1.00%。該互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠可以在30 ℃下成膠，老化45 d 后成膠強(qiáng)度達(dá)到G 級(jí)。室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，該凝膠堵水劑具有選擇性封堵性能，封堵水層、不封堵油層;具有較強(qiáng)的剖面改善能力，吸水剖面改善率在99. 4%以上;具有較強(qiáng)的封堵能力，封堵率為99%，突破壓力梯度為7.55 MPa/m。

Aalaie［23-24］制備出了聚丙烯酰胺/聚乙烯醇和聚丙烯酰胺/硬葡聚糖半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠用于油井堵水。此外，他還將醋酸鉻作為交聯(lián)劑，使水解度為20% ～25%、分子量為1.6 ×107的部分水解聚丙烯酰胺與羧甲基纖維素發(fā)生交聯(lián)形成聚丙烯酰胺/羧甲基纖維素半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠，并研究了該凝膠的流變性以及吸水能力。研究表明，增加羧甲基纖維素含量有利于增大凝膠的彈性模量，當(dāng)羧甲基纖維素含量為50%時(shí)，凝膠的儲(chǔ)能模量增大了2 倍以上;在氯化鈉、氯化鈣以及地層水中的膨脹率隨著羧甲基纖維素含量增加略有降低，該凝膠能夠用于油井堵水［25］。

3 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的發(fā)展趨勢(shì)

(1)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠以其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)同效應(yīng)賦予調(diào)剖堵水劑新的物理化學(xué)性能，為調(diào)剖堵水劑的研發(fā)開(kāi)辟了嶄新的途徑。然而互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的制備和研究時(shí)間較短，有關(guān)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水的理論研究尚處于起步階段，需要對(duì)其調(diào)剖堵水機(jī)理進(jìn)行深入研究。

(2)目前用來(lái)制備互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的聚合物主要以部分水解聚丙烯酰胺為主，部分水解聚丙烯酰胺的耐溫抗鹽性能、穩(wěn)定性以及抗剪切性直接影響到所得凝膠的性能。因此，選擇性能更好的部分水解聚丙烯酰胺改性產(chǎn)物或者其它聚合物可能顯著提高互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的性能。此外，在互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑中引入一些納米材料可能使其具有一些特殊功能。

(3)目前用來(lái)制備互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的交聯(lián)劑和引發(fā)劑的種類(lèi)比較單一，為了提高調(diào)剖堵水劑的性能，需要對(duì)交聯(lián)劑體系以及引發(fā)劑體系進(jìn)行研究。

(4)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的制備方法可分為同步互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)方法、分步互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)方法以及膠乳互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)方法。目前，前兩種方法應(yīng)用較多，膠乳互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)方法在制備互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑方面具有一定發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的凝膠調(diào)剖堵水劑相比，互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑具有獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其聚合物分子鏈間的協(xié)同效應(yīng)可以改善凝膠的性能，使其能夠滿足油田調(diào)剖堵水的需要。由于對(duì)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的研究起步較晚，有關(guān)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水的理論有待深入研究，互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的各項(xiàng)性能也需要進(jìn)一步增強(qiáng)。通過(guò)對(duì)互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠主劑、交聯(lián)劑、引發(fā)劑以及制備工藝的研究，有望大幅提高互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠調(diào)剖堵水劑的應(yīng)用性能，從而為高含水油田的穩(wěn)油控水以及提高采收率提供新的技術(shù)支持。

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