盧祥國(guó)，謝 坤，曹 豹，陳 欣

（東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318）

Cr3+聚合物凝膠成膠效果及其影響因素

盧祥國(guó)，謝 坤，曹 豹，陳 欣

（東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江大慶163318）

高質(zhì)量濃度聚合物具有較強(qiáng)的黏彈性，但應(yīng)用中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)聚合物分子聚集體尺寸與油藏巖石孔隙配伍性較差的問(wèn)題。針對(duì)大慶油田儲(chǔ)層地質(zhì)特征和流體性質(zhì)，通過(guò)巖心流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)和驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，以滲流特性為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用正交試驗(yàn)優(yōu)選出分子內(nèi)交聯(lián)聚合物凝膠體系后，研究凝膠體系黏彈性和驅(qū)油效率。結(jié)果表明：調(diào)節(jié)聚合物質(zhì)量濃度、配制水礦化度、w（聚/Cr3+）可獲得分子聚集體尺寸較小且阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)較高的分子內(nèi)交聯(lián)聚合物凝膠體系。聚合物溶液發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)后，一方面聚合物分子線(xiàn)團(tuán)傳輸運(yùn)移能力增強(qiáng)，且剛性增強(qiáng)，通過(guò)巖心孔隙時(shí)形變能力減弱，滯留能力增強(qiáng)，可有效提升注入壓力，擴(kuò)大波及體積；另一方面體系黏彈性和第一法向應(yīng)力差均增大，洗油效率提高，二者綜合作用表現(xiàn)出較高的驅(qū)油效率。

聚合物凝膠；正交試驗(yàn)；分子內(nèi)交聯(lián)；滲流特性；黏彈性；驅(qū)油效率

高質(zhì)量濃度聚合物黏彈性較強(qiáng)，能夠顯著降低儲(chǔ)層殘余油量［1-2］。隨著聚合物質(zhì)量濃度增加，聚合物分子間物理纏結(jié)作用增強(qiáng)，聚合物分子聚集體尺寸增大，必將引起聚合物分子聚集體尺寸與油藏巖石孔隙尺寸間的配伍性問(wèn)題［3-5］。以分子內(nèi)交聯(lián)為主的聚合物凝膠體系分子聚集態(tài)尺寸較小，與地層配伍性較好，可以進(jìn)入油藏深部，交聯(lián)聚合物凝膠體系具有良好的調(diào)驅(qū)性能［6］。筆者通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)選出分子聚集態(tài)尺寸較小、滲流阻力較大、以分子內(nèi)交聯(lián)為主的聚合物凝膠體系，從黏彈性、分子線(xiàn)團(tuán)尺寸、第一法向應(yīng)力差以及驅(qū)油效果等方面對(duì)優(yōu)選聚合物凝膠體系進(jìn)行研究。

1　實(shí) 驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

聚合物為大慶煉化公司生產(chǎn)部分水解聚丙烯酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量為2500×104，有效含量90.9%，簡(jiǎn)稱(chēng)為超高聚合物；交聯(lián)劑為有機(jī)鉻，室內(nèi)合成，Cr3+有效含量2.7%；礦化度調(diào)節(jié)劑為NaCl，有效含量為100%。

實(shí)驗(yàn)用水為大慶采油六廠(chǎng)過(guò)濾污水，K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、CO32-和HCO3-的質(zhì)量濃度為分別為1680、40、15、1 046、134、330和2 013 mg/L，總礦化度5258 mg/L，pH值為8.5，呈弱堿性。

實(shí)驗(yàn)用油由大慶油田脫水原油與煤油混合而成，45℃條件下黏度為9.8 mPa·s。

實(shí)驗(yàn)巖心為石英砂環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)巖心［7-8］，滲流特性實(shí)驗(yàn)所用巖心為柱狀巖心，Φ2.5cm×10cm，滲透率為kg=1000×10-3μm2；驅(qū)油實(shí)驗(yàn)所用巖心為層內(nèi)非均質(zhì)長(zhǎng)條狀巖心，4.5cm×4.5cm×30cm，巖心由高滲透、中滲透和低滲透3個(gè)層組成，各層滲透率分別為2800×10-3、800×10-3和200×10-3μm2。

1.2儀器設(shè)備

采用DV-Ⅱ型布氏黏度儀測(cè)試黏度，轉(zhuǎn)速為6 r/min，測(cè)試溫度45℃。

聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸Dh采用美國(guó)布魯克海文BI-200SM型廣角動(dòng)/靜態(tài)光散射儀系統(tǒng)（Brookhaven Instruments Cop，USA）測(cè)試，測(cè)定散射角為90°。測(cè)試前，所有樣品經(jīng)0.8 μm核微孔濾膜過(guò)濾，測(cè)試后，采用CONTIN數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

黏彈性采用Harke100流變儀測(cè)定，測(cè)試溫度45℃，第一法向應(yīng)力差通過(guò)公式N1=2G′［1+（G′/ G”）2］0.7進(jìn)行計(jì)算。

流動(dòng)特性采用阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)描述，實(shí)驗(yàn)儀器和驅(qū)油效果測(cè)試儀器設(shè)備基本相似，主要包括平流泵、壓力傳感器、巖心夾持器、手搖泵和中間容器等。除平流泵和手搖泵外，其他部分置于溫度為45℃的恒溫箱內(nèi)［2］。

1.3聚合物凝膠合成方法

將一定量的聚合物緩慢加入含有不同礦化度調(diào)節(jié)劑含量（w（NaCl））大慶采油六廠(chǎng)過(guò)濾污水中，攪拌2 h使其充分溶解，隨后對(duì)其進(jìn)行預(yù)剪切，黏度保留率約60%，最后在攪拌的情況下，加入一定量的交聯(lián)劑，在油藏溫度45℃下靜置50 min后測(cè)試其性能。與分子間交聯(lián)為主的聚合物凝膠不同，以分子內(nèi)交聯(lián)為主的聚合物凝膠體系中聚合物分子聚集態(tài)尺寸變化較小，所以其宏觀(guān)黏性指標(biāo)變化不大，本文中稱(chēng)其為聚合物凝膠。

2　結(jié)果分析

2.1聚合物凝膠組成優(yōu)化

不考慮各因素間的交互作用，選定聚合物質(zhì)量濃度、配制水礦化度和聚鉻比（w（聚/Cr3+））為影響因素，按照L16（43）正交表設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)極差R分析結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2，聚合物溶液阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)見(jiàn)表3（kg=1 000×10-3μm2）。注入壓力與注入孔隙體積（Vp）倍數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖1（其中“主”代表注入壓力由右坐標(biāo)軸數(shù)值表示；“次”代表注入壓力由左坐標(biāo)軸數(shù)值表示）。

表1　正交試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of orthogonal experiment

表2　阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)極差分析Table 2 Range analysis of Resistance coefficientand residual resistance coefficient

從表1～3和圖1可知，聚合物質(zhì)量濃度、w（NaCl）和w（聚/Cr3+）對(duì)聚合物凝膠成膠效果及其滲流特性存在影響。在配制水礦化度和w（聚/ Cr3+）變化條件下，不同質(zhì)量濃度聚合物溶液黏度略有下降，說(shuō)明聚合物溶液均并未發(fā)生分子間交聯(lián)。但是，部分方案（方案6、11、12、15和16）中的聚合物溶液發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)形成了成膠效果良好的聚合物凝膠體系，與相同質(zhì)量濃度聚合物溶液相比，其阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)值均明顯增大，且后續(xù)水驅(qū)階段壓力高于聚合物注入階段壓力［9-11］。

表3　聚合物溶液阻力系數(shù)與殘余阻力系數(shù)Table 3 Resistance coefficient and residual resistance coefficient of polymer solution

圖1　注入壓力與注入孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系Fig.1 Relationship between injection pressure and injection pore volume multiple

在正常交聯(lián)反應(yīng)中，加入聚合物溶液中的醋酸鉻交聯(lián)劑會(huì)首先電離成鉻離子和乙酸根離子，隨后鉻離子水解反應(yīng)形成多核羥橋配離子，最后通過(guò)多核羥橋配離子和聚合物分子鏈上羧基間的配位反應(yīng)交聯(lián)形成交聯(lián)聚合物凝膠。然而，本研究中所用聚合物溶液配制水為堿性油田污水，其中的CO32-和 HCO3-發(fā)生水解反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量OH-，而OH-的配位能力又遠(yuǎn)強(qiáng)于H2O，所以此時(shí)醋酸根電解所產(chǎn)生的鉻離子會(huì)首先和OH-發(fā)生配位反應(yīng)，形成配合物Cr（OH）3［12］。由于Cr（OH）3是一種穩(wěn)定性較好的金屬-無(wú)機(jī)配位體配合物，其在水溶液中基本不再電離產(chǎn)生鉻離子，這就意味著溶液中的鉻離子數(shù)量會(huì)減少，即多核羥橋配離子的數(shù)目也會(huì)隨之減少，導(dǎo)致成膠效果受到影響。

當(dāng)聚合物溶液中w（聚/Cr3+）較大時(shí)，受配制水中OH-的影響，溶液中鉻離子水解產(chǎn)生的多核羥橋配離子數(shù)量較少，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的概率降低，此時(shí)無(wú)論改變聚合物質(zhì)量濃度還是礦化度對(duì)改善成膠效果作用較小。當(dāng)聚合物溶液中w（聚/Cr3+）較小時(shí)，雖然配制水中的OH-會(huì)造成鉻離子數(shù)量減少，但是溶液中存在的鉻離子相對(duì)較多，水解產(chǎn)生的多核羥橋配離子數(shù)量也相對(duì)較多，此時(shí)在增加聚合物質(zhì)量濃度的同時(shí)增加配制水礦化度有利于改善成膠效果。這是因?yàn)樵诰酆衔镔|(zhì)量濃度較低時(shí)，分散于溶液中的聚合物分子間距離較大，纏結(jié)程度較低，聚合物分子聚集體尺寸較小，此時(shí)增加配制水礦化度會(huì)造成聚合物分子鏈卷曲收縮，分子內(nèi)部空間壓縮變小，多核羥橋配離子進(jìn)入聚合物分子鏈內(nèi)部變得困難，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的概率降低［13］。但是隨著聚合物質(zhì)量濃度增加，聚合物分子聚集體尺寸增大，分子內(nèi)部空間增大，多核羥橋配離子進(jìn)入聚合物分子鏈內(nèi)部變得容易。根據(jù)Flory-Huggins溶液理論［14-15］，交聯(lián)反應(yīng)是在多核羥橋配離子周?chē)摹盎\”范圍內(nèi)進(jìn)行的，因此交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生與否將取決于聚合物的兩個(gè)羧基是否處于多核羥橋配離子周?chē)摹盎\”內(nèi)或在可能發(fā)生交聯(lián)的距離的概率。此時(shí)適當(dāng)增大配制水礦化度，雖然會(huì)造成聚合物分子鏈卷曲，內(nèi)部空間變小，但這對(duì)多核羥橋配離子進(jìn)入聚合物分子鏈內(nèi)部的運(yùn)移過(guò)程影響較小，相反其對(duì)分子鏈的壓縮作用還在一定程度上減小了羧基與多核羥橋配離子間的距離，二者綜合作用增大了一個(gè)多核羥橋配離子周?chē)摹盎\”內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)羧基的概率，改善了成膠效果。

此外，當(dāng)聚合物分子在交聯(lián)劑作用下發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)后，聚合物分子線(xiàn)團(tuán)剛性增強(qiáng)，通過(guò)巖心孔喉時(shí)變形能力變差，易發(fā)生機(jī)械捕集，從而引起聚合物分子在巖心孔道中滯留量增加，表現(xiàn)出較高的阻力系數(shù)。在后續(xù)水驅(qū)階段，由于巖心中未參與交聯(lián)反應(yīng)的Cr3+隨采出液采出，巖心內(nèi)部空間礦化度降低，聚合物分子鏈雙電層厚度增加，聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸增加，對(duì)巖心孔喉的封堵能力增強(qiáng)，出現(xiàn)殘余阻力系數(shù)大于阻力系數(shù)的獨(dú)特滲流特性，這對(duì)于聚合物驅(qū)提高原油采收率是十分有利的。

綜上所述，當(dāng)配制水類(lèi)似大慶油田第六采油廠(chǎng)污水呈堿性時(shí)，可在適當(dāng)降低w（聚/Cr3+）以減小OH-影響程度的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物質(zhì)量濃度和配制水礦化度獲得具有獨(dú)特滲流特性、以分子內(nèi)交聯(lián)為主的聚合物凝膠體系。分析正交試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)于阻力系數(shù)，正交試驗(yàn)獲得的各因素水平變動(dòng)對(duì)極差數(shù)R影響重要程度排序?yàn)椋簑（聚/Cr3+）＞聚合物質(zhì)量濃度＞w（NaCl），優(yōu)化配方組成：聚合物質(zhì)量濃度為1600 mg/L、NaCl為0.6%和w（聚/Cr3+）為4，優(yōu)化配方條件下交聯(lián)聚合物凝膠阻力系數(shù)為1210.5。對(duì)于殘余阻力系數(shù)，正交試驗(yàn)獲得的各因素水平變動(dòng)對(duì)極差數(shù)R影響重要程度排序?yàn)椋簑（NaCl）＞聚合物質(zhì)量濃度＞w（聚/Cr3+），優(yōu)化配方組成：聚合物質(zhì)量濃度為1300 mg/L、NaCl為0.4%和w（聚/Cr3+）為4，優(yōu)化配方條件下交聯(lián)聚合物凝膠殘余阻力系數(shù)為1253.6。綜合考慮認(rèn)為，儲(chǔ)層條件下形成分子內(nèi)交聯(lián)聚合物凝膠體系的優(yōu)化配方組成：聚合物質(zhì)量濃度為1 300～1 600 mg/L、NaCl為0.4%～0.6%和w（聚/Cr3+）為4～8。

2.2聚合物凝膠體系黏彈性

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果推薦的交聯(lián)聚合物凝膠體系優(yōu)選配方組成配制聚合物凝膠體系，并測(cè)試其黏彈性，相應(yīng)體系儲(chǔ)能模量、損耗模量和第一法向應(yīng)力差對(duì)比見(jiàn)圖2。其中，PS-1代表質(zhì)量濃度為1600 mg/ L的聚合物溶液；PS-2代表質(zhì)量濃度為2200 mg/L的聚合物溶液；LPS-1代表cP=1 300 mg/L，w（聚/ Cr3+）=8，0.6%NaCl的聚合物凝膠體系；LPS-2代表cP=1600 mg/L，w（聚/Cr3+）=8，0.4%NaCl的聚合物凝膠體系。

從圖2可知，相同聚合物質(zhì)量濃度條件下，發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)的聚合物凝膠體系的儲(chǔ)能模量G′，損耗模量G″和第一法向應(yīng)力差N1均大于同質(zhì)量濃度聚合物溶液，且黏彈性隨交聯(lián)效果增強(qiáng)而增強(qiáng)。據(jù)Maxwell模型可以推導(dǎo)出：

由此可知在振動(dòng)頻率（角速度ω）較小時(shí)，體系黏彈性受弛豫時(shí)間（τ）影響較大，即受體系滯后現(xiàn)象影響較大［15］。此時(shí)對(duì)于聚合物溶液，聚合物分子鏈間沒(méi)有較強(qiáng)的化學(xué)鍵連接，舒展程度大，聚合物分子聚集體柔性較強(qiáng)且鏈段運(yùn)動(dòng)的自由度較高，分子鏈構(gòu)型在外力作用下可發(fā)生較大的改變，進(jìn)而導(dǎo)致體系滯后現(xiàn)象明顯，豫馳時(shí)間較長(zhǎng)［16］；然而對(duì)于聚合物凝膠體系，由于其在配位鍵作用下發(fā)生了分子內(nèi)交聯(lián)，聚合物分子聚集體剛性增強(qiáng)，主鏈構(gòu)型在外力作用下難以發(fā)生大的改變，即使發(fā)生形變也可迅速恢復(fù)，體系滯后現(xiàn)象較弱，豫馳時(shí)間較短，所以聚合物凝膠體系的G′、G″和N1均明顯大于聚合物溶液的G′、G″和N1。聚合物溶液發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)后，隨著交聯(lián)效果增強(qiáng)，聚合物分子聚集體剛性增強(qiáng)，變形能力減弱，恢復(fù)形變能力增強(qiáng)，豫馳時(shí)間縮短，黏彈性增強(qiáng)。隨著振動(dòng)頻率增大，角速度ω影響增強(qiáng)，此時(shí)聚合物凝膠體系中聚合物分子鏈間部分鍵能較低的配位鍵開(kāi)始斷裂，聚合物分子聚集體柔性增強(qiáng)，體系滯后現(xiàn)象影響增大，逐漸接近相同質(zhì)量濃度聚合物溶液黏彈性，因此，當(dāng)振動(dòng)頻率較大時(shí)，聚合物凝膠體系的G′、G″和N1接近聚合物溶液的G′、G″和N1。

圖2　聚合物溶液和聚合物凝膠黏彈性對(duì)比Fig.2 Viscoelasticity comparison between polymer solution and polymer gel

2.3聚合物凝膠中分子線(xiàn)團(tuán)尺寸Dh

根據(jù)正交成膠實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取成膠效果較好的聚合物凝膠體系組成配制聚合物凝膠體系，隨后在45℃恒溫箱內(nèi)放置50 min，最后稀釋成cp=100 mg/ L目的液，進(jìn)行聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸Dh測(cè)試并與同質(zhì)量濃度聚合物溶液中聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸Dh作比較。結(jié)果表明：當(dāng)cp=1000 mg/L時(shí)，未添加礦化度調(diào)節(jié)劑和Cr3+的聚合物溶液的Dh=182.5 nm，w（NaCl）/w（聚/Cr3+）為0.2/4的Dh=166.5 nm；當(dāng)cp=1300 mg/L時(shí)，未添加礦化度調(diào)節(jié)劑和Cr3+的聚合物溶液的Dh=198.6 nm，w（NaCl）/w（聚/Cr3+）為0.4/4的Dh=172.3 nm，w（NaCl）/w（聚/Cr3+）為0.6/8的Dh=170.8 nm；當(dāng)cp=1 600 mg/L時(shí)，未添加礦化度調(diào)節(jié)劑和Cr3+的聚合物溶液的Dh=237.4 nm，w（NaCl）/w（聚/Cr3+）為0.4/8的Dh=205.9 nm。

可以看出，與相同質(zhì)量濃度聚合物溶液中聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸相比，聚合物凝膠體系中聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸較小。這主要是因?yàn)榫酆衔锬z體系中的Na+和Cr3+在壓縮聚合物分子雙電層改變?chǔ)齐妱?shì)的同時(shí)屏蔽了聚合物分子鏈上羧基負(fù)離子之間的靜電排斥作用，且單個(gè)聚合物分子內(nèi)部鏈段間發(fā)生了分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)，最終造成聚合物分子鏈卷曲和收縮而排除水分子包裹的作用增強(qiáng)，聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸減?。?7］。結(jié)合正交試驗(yàn)和黏彈性測(cè)試結(jié)果分析可知，與相同質(zhì)量濃度聚合物溶液相比，未成膠聚合物溶液體系中聚合物分子間作用力方式并未改變，實(shí)驗(yàn)中添加礦化度調(diào)劑節(jié)和交聯(lián)劑等同于增加了溶液礦化度，僅會(huì)單純?cè)斐删酆衔锓肿泳€(xiàn)團(tuán)尺寸變小，而對(duì)其分子構(gòu)型影響較小，即聚合物分子線(xiàn)團(tuán)仍保留有一定程度的柔性，此時(shí)聚合物分子在通過(guò)巖心過(guò)程中自由運(yùn)移能力增加，滯留能力減弱，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)降低。然而，對(duì)于成膠效果良好的聚合物凝膠體系，雖然聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸也有所降低，但由于體系發(fā)生了分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)，聚合物分子線(xiàn)團(tuán)剛性增強(qiáng)，通過(guò)巖心過(guò)程中滯留能力增強(qiáng)，阻力系數(shù)和殘余阻力系數(shù)明顯增加。因此，以分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)為主的聚合物凝膠體系不僅具有較強(qiáng)的黏彈性，而且具有較小的聚合物分子線(xiàn)團(tuán)尺寸和較強(qiáng)的滯留能力，有利于實(shí)現(xiàn)深部液流轉(zhuǎn)向作用。

2.4聚合物凝膠驅(qū)油效果

當(dāng)聚合物溶液發(fā)生分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)后，體系滲流特性和黏彈性明顯增強(qiáng)，而滲流特性和黏彈性又分別影響著體系擴(kuò)大宏觀(guān)波及體積和微觀(guān)洗油效率的能力，所以理論上講聚合物凝膠體系應(yīng)具有良好的增油效果，為此，通過(guò)對(duì)比聚合物凝膠體系和高質(zhì)量濃度聚合物溶液的驅(qū)油效果，進(jìn)行聚合物凝膠體系驅(qū)油效果研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率和采收率與注入孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系對(duì)比見(jiàn)圖3。

表4　采收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Experimental data of recovery

圖3　注入壓力、含水率和采收率與注入孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系Fig.3 Relationship between injection pressure，water cut and oil recovery and injection pore volume multiple

從表4和圖3看出，在相同段塞尺寸條件下，與高質(zhì)量濃度聚合物溶液相比較，聚合物凝膠體系增油效果較好。雖然高質(zhì)量濃度聚合物溶液的黏彈性強(qiáng)于聚合物凝膠體系（見(jiàn)圖2），但其較強(qiáng)的黏彈性主要通過(guò)增加聚合物分子鏈間纏結(jié)程度實(shí)現(xiàn)，這必然會(huì)導(dǎo)致聚合物分子聚集體尺寸增加，油藏適應(yīng)性變差，進(jìn)而造成注入壓力主要損失在巖心進(jìn)口端附近位置，且由于其在多孔介質(zhì)中所受剪切作用增強(qiáng)，最終導(dǎo)致波及體積擴(kuò)大和提高洗油效率能力下降。與高質(zhì)量濃度聚合物溶液相比，一方面聚合物凝膠體系中聚合物分子聚集體尺寸較小，在巖心中傳輸運(yùn)移能力較強(qiáng)，可起到深部調(diào)剖的作用；另一方面分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)使聚合物分子聚集體柔性降低，剛性增強(qiáng)，其在通過(guò)巖心內(nèi)部孔喉時(shí)變形能力變差，機(jī)械捕集引起的聚合物分子在高滲透層滯留量增加，注入壓力上升，中低滲透層吸液壓差增大，液流轉(zhuǎn)向能力增強(qiáng)，最終二者綜合作用表現(xiàn)為聚合物凝膠體系注入過(guò)程中不僅具有良好的注入性，還能逐漸達(dá)到較高注入壓力的特點(diǎn)，因而其擴(kuò)大波及體積效果較好，這一點(diǎn)可以從實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注入壓力、含水率和采收率與注入孔隙體積倍數(shù)對(duì)比（見(jiàn)圖3）得到進(jìn)一步證明。此外，聚合物凝膠體系良好的黏彈性也有利于其在擴(kuò)大波及體積的同時(shí)提高洗油效率，所以聚合物凝膠體系的最終采收率較高。

3　結(jié) 論

（1）當(dāng)溶劑水呈堿性時(shí)，Cr3+聚合物凝膠成膠效果受到抑制。此時(shí)，可在適當(dāng)降低w（聚/Cr3+）從而減小OH-影響程度基礎(chǔ)上，同時(shí)調(diào)節(jié)聚合物質(zhì)量濃度和溶劑水礦化度以獲得具有分子內(nèi)交聯(lián)為主的聚合物凝膠體系。

（2）與相同質(zhì)量濃度聚合物溶液相比，聚合物凝膠體系由于具有分子內(nèi)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，聚合物分子聚集體剛性增強(qiáng)，黏彈性增強(qiáng)，其儲(chǔ)能模量G′，損耗模量G″和第一法向應(yīng)力差N1均大于聚合物溶液，且黏彈性隨交聯(lián)程度增加而增強(qiáng)。

（3）高質(zhì)量濃度聚合物溶液雖然具有較強(qiáng)的黏彈性，但其較大的聚合物分子聚集體尺寸可能會(huì)造成其油藏適應(yīng)性較差。與之相比，聚合物質(zhì)量濃度較低但具有分子內(nèi)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物凝膠體系不僅具有較強(qiáng)的深部液流轉(zhuǎn)向能力，還具有良好的黏彈性，因而其增油效果較好。

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（編輯 劉為清）

Study on gelling effect of Cr3+polymer gel and its influence factors

LU Xiangguo，XIE Kun，CAO Bao，CHEN Xin
（Key Laboratory of Enhanced Oil and Gas Recovery of Education Ministry in Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

Although high-concentration polymer has strong viscoelasticity，there exist the compatibility problems between polymer molecules aggregate size and reservoir rock pore size during its practical application.According to the geological characteristics and fluid properties of Daqing Oilfield reservoir，the viscoelasticity and oil displacement efficiency of the intramolecular cross-link polymer gel system were investigated after it was selected by orthogonal experiment through evaluating seepage characteristics，with core flow experiment and oil displacement experiment.It was found that intramolecular cross-link polymer gel system with smaller molecular aggregate，higher resistance coefficient and residual resistance coefficient can be obtained by regulating polymer concentration，water solution salinity and polymer/Cr3+.Once intramolecular cross-link reacted in polymer solution，on the one hand，transmission migration ability of polymer molecular clew is enhanced，and its rigidity is also improved.In this way，deformation ability of the polymer molecular clew is weakened when it flows through core pore，which can enhance the retention ability，increase the injection pressure and enlarge sweep volume effectively.On the other hand，the viscoelasticity and first normal stress difference of polymer gel system are improved，as well as the washing oil efficiency.The above two aspects insure jointly Cr3+polymer gel has higher oil displacement efficiency.

polymer gel；orthogonal experiment；intramolecular cross-link；seepage characteristics；viscoelasticity；oil displacement efficiency

TE 358.3

A

1673-5005（2015）03-0170-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.03.024

2015-01-11

黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（ZD201312）；東北石油大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)目（YJSCX2014-017NEPU）

盧祥國(guó)（1960-），男，教授，博士，研究方向?yàn)樘岣卟墒章世碚摵图夹g(shù)。E-mail：luxiangg2003@aliyun.com。

引用格式：盧祥國(guó)，謝坤，曹豹，等.Cr3+聚合物凝膠成膠效果及其影響因素［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，39（3）：170-176.

LU Xiangguo，XIE Kun，CAO Bao，et al.Study on gelling effect of Cr3+polymer gel and its influence factors［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2015，39（3）：170-176.