畢衛(wèi)宇 黎曉茸 黃 偉

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院 2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

pH響應(yīng)性預(yù)制凝膠顆粒的制備與溶脹性質(zhì)

畢衛(wèi)宇1,2黎曉茸1黃 偉1

1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院 2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室

為實(shí)現(xiàn)CO2驅(qū)油工藝中的深部波及控制，基于不穩(wěn)定交聯(lián)策略，設(shè)計(jì)了一種具有pH響應(yīng)性質(zhì)的預(yù)制凝膠顆粒。在同時(shí)引入酸性敏感型縮醛和穩(wěn)定型雙重交聯(lián)劑的條件下，以丙烯酰胺為單體，通過(guò)溶液自由基聚合反應(yīng)進(jìn)行了制備?？疾炝丝s醛含量、溫度和介質(zhì)pH值對(duì)其溶脹性質(zhì)的影響，將制備的預(yù)制凝膠顆粒連續(xù)置于鹽水和pH 值≤ 3.0的酸性緩沖溶液中后，表現(xiàn)出兩級(jí)溶脹特性，而按常規(guī)方法制備的凝膠顆粒在同樣條件下僅為單級(jí)溶脹模式。當(dāng)穩(wěn)定交聯(lián)劑用量一定時(shí)，在兩種介質(zhì)中的平衡溶脹度均隨縮醛用量的增加而降低。制備的凝膠顆粒在中性介質(zhì)中的平衡溶脹度受溫度影響較小，在酸性介質(zhì)中溶脹速率和平衡溶脹度均隨溫度升高而增大。因此，這種具有pH響應(yīng)性兩級(jí)溶脹行為的預(yù)制凝膠顆粒對(duì)于實(shí)現(xiàn)CO2驅(qū)油工藝中的深部波及控制將具有潛在的應(yīng)用前景。

預(yù)制凝膠顆粒 溶脹 不穩(wěn)定交聯(lián)劑 縮醛 pH響應(yīng)性

預(yù)制凝膠顆粒(Preformed Particle Gel，PPG)是近年來(lái)很多油田針對(duì)裂縫型非均質(zhì)油藏實(shí)施有效波及控制所采用的一種高分子材料，在以往的很多現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了良好的控水增油效果[1-7]。預(yù)制凝膠顆粒避免了原位成膠體系所固有的一些不足之處，如交聯(lián)時(shí)間不易控制以及地下成膠效果易受剪切影響等。凝膠顆粒的粒徑通常處于數(shù)百微米至幾毫米之間，傾向于進(jìn)入裂縫等大孔道，卻難以進(jìn)入巖石基質(zhì)。同時(shí)，凝膠顆粒具有三維親水性高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，遇水發(fā)生顯著的體積溶脹，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的有效封堵。

盡管具有以上優(yōu)勢(shì)，但常規(guī)預(yù)制凝膠顆粒的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大多由親水性單體丙烯酰胺或丙烯酸鈉等在單一交聯(lián)劑N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)而形成[1,8-9]。因此，在水中的溶脹通常具有較短時(shí)間內(nèi)便達(dá)到溶脹平衡的特點(diǎn)，導(dǎo)致注入深度有限，難以進(jìn)入地層深部，難以發(fā)揮深部波及控制或深部調(diào)剖的作用[10]。為改善上述不足，近來(lái)文獻(xiàn)中有采用不穩(wěn)定交聯(lián)技術(shù)制備凝膠顆粒的報(bào)導(dǎo)[11-12]。不穩(wěn)定交聯(lián)技術(shù)是指通過(guò)聯(lián)用穩(wěn)定交聯(lián)劑和不穩(wěn)定交聯(lián)劑來(lái)調(diào)控凝膠顆粒溶脹性質(zhì)的方法，具有操作簡(jiǎn)單、適用范圍較廣的優(yōu)點(diǎn)。目前，文獻(xiàn)中所使用的穩(wěn)定交聯(lián)劑仍為常規(guī)的N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺，不穩(wěn)定交聯(lián)劑局限于酯類化合物，如雙丙烯酸聚乙二醇酯等，利用酯鍵在地層發(fā)生緩慢水解斷裂的性質(zhì)來(lái)延緩凝膠顆粒的溶脹速率。

課題組近期在研究預(yù)制凝膠顆粒用于裂縫性油藏CO2驅(qū)油工藝中實(shí)現(xiàn)深部波及控制的過(guò)程中，考慮到CO2的注入會(huì)引起地層水pH值顯著降低至2.0～3.0的范圍[13]，而注入/地層水的pH值多為近中性(6.0～8.0)。因此，選擇在上述pH值范圍內(nèi)可水解型化合物做為不穩(wěn)定交聯(lián)劑來(lái)制備凝膠顆粒是值得研究和探索的課題?？s醛類物質(zhì)具有酸性條件下可水解，中/堿性條件下穩(wěn)定的特點(diǎn)[14-15]。因此，采用不穩(wěn)定交聯(lián)技術(shù)，選擇縮醛做為不穩(wěn)定交聯(lián)劑以及N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺做為穩(wěn)定交聯(lián)劑制備pH響應(yīng)性預(yù)制凝膠顆粒，同時(shí)考察了溶脹性質(zhì)并進(jìn)行了相關(guān)的結(jié)構(gòu)表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

N-羥乙基鄰苯二甲酰亞胺、丙烯酰氯、多聚甲醛、對(duì)甲苯磺酸(p-TsOH)、丙烯酰胺、N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺和過(guò)硫酸銨均為市售分析純?cè)噭谑褂们拔唇?jīng)處理。鈉基蒙脫土 (Na-MMT)微粉粒徑約為13.0 μm，陽(yáng)離子交換容量為91 meqiv/100 g，為原生蒙脫土經(jīng)碳酸鈉處理得到。聚合反應(yīng)中使用的反應(yīng)介質(zhì)為二次蒸餾水。模擬鹽水的組成包括無(wú)水CaCl2(1 143.3 mg/L)、MgCl·6H2O(863 mg/L)和NaCl(17 457.8 mg/L)，離子強(qiáng)度為0.342 mol/L。pH值為2.0、3.0和4.0的酸性緩沖溶液分別由KCl/HCl或者鄰苯二甲酸氫鉀/鹽酸配制，此外在緩沖溶液中加入適量的NaCl來(lái)維持離子強(qiáng)度與模擬鹽水一致。

1.2 縮醛交聯(lián)劑的制備

1.2.1 N,N′-二鄰苯二甲酰亞胺基-二(2-氨基乙氧基)甲烷 1的合成

如反應(yīng)式(Ⅰ)所示，將N-羥乙基鄰苯二甲酰亞胺(19.10 g，100 mmol)、多聚甲醛(1.60 g，50 mmol，以甲醛單體為基準(zhǔn))、對(duì)甲苯磺酸(172 mg，1.0 mmol)加入100 mL苯中，在恒沸蒸餾4 h后減壓旋蒸出殘留的苯，經(jīng)乙酸乙酯/石油醚重結(jié)晶后得到白色固體，即中間體1(11.40 g，29 mmol，收率58%，mp 131～132 ℃)。IR(cm-1)：3 467(w)、1 773(s)、1 719(s)、1 393(s)、1047(s)、723(s)。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ 7.85～7.70(m，8H，ArH)、4.64(s，2H，OCH2O)、3.86(t，4H，CH2O，J=5.6 Hz)，3.75(t，4H，NCH2，J=5.6 Hz)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ 168.21、133.92、132.08、123.29、94.73、64.54、37.58。

1.2.2 N,N′-二丙烯酰氧基-二(2-氨基乙氧基)甲烷2的合成

將中間體1(3.0 g，7.5 mmol)與10 mL氫氧化鈉水溶液 (5 M，50 mmol)混合后加熱回流20 h，完全脫除鄰苯二甲酰亞胺基保護(hù)基，在0 ℃下加入20 mL溶有丙烯酰氯 (1.81 g，20 mmol)的二氯甲烷溶液，攪拌1 h后，分出有機(jī)相并用飽和食鹽水洗滌，蒸餾出二氯甲烷后得到白色固體，即縮醛交聯(lián)劑2(1.27 g，5.2 mmol，兩步收率70%，mp 102～104 ℃)。IR(cm-1)：3 304 (s)、3 085(m)、2 936(m)、1 656(s)、1 624(s)、1 557(s)、1 410(m)、1 176(m)、1 124(m)、1 048(s)。1H NMR (400 MHz，CDCl3)：δ 6.31 (dd，2H，J=17.0，1.2 Hz，CHCONH)，6.15(m，4H，CH2CHCO)，5.66(dd，2H，J=10.2，1.2 Hz，CH2CHCO)、4.70(s，2H，OCH2O)、3.67(t，4H，J=5.2 Hz，CH2CH2O)、3.56(m，4H，CH2CH2O)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ 165.77、130.73、126.63、95.74、66.81、39.66。

縮醛交聯(lián)劑的合成路線如式(Ⅰ)所示：

(Ⅰ)

1.3 預(yù)制凝膠顆粒的制備

在盛有50 mL二次蒸餾水的燒杯中依次加入丙烯酰胺(4.0 g)、N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺(0.02 g)和縮醛交聯(lián)劑2(0.20 g)；在轉(zhuǎn)速800 r/min下向燒杯中緩慢加入鈉基蒙脫土微粉(3.0 g)，攪拌2 h，使微粉在水中均勻分散；向體系中通入氮?dú)?0 min，除去溶解氧后，加入引發(fā)劑過(guò)硫酸銨(0.05 g)和活化劑四甲基乙二胺(30 μL)；將燒杯密封并于室溫下靜置10 h后，取出本體凝膠并切割成適當(dāng)?shù)男K置于蒸餾水中浸泡24 h，每8 h換一次水以除去未反應(yīng)的單體和交聯(lián)劑等，在真空烘箱干燥24 h至恒量，并經(jīng)粉碎和篩分得到尺寸約為2 mm的預(yù)制凝膠顆粒，命名為PPG-1；取縮醛交聯(lián)劑2用量為0.25 g，保持其他條件不變，得到的凝膠顆粒命名為PPG-2；縮醛交聯(lián)劑2用量為0.50 g對(duì)應(yīng)的凝膠顆粒命名為PPG-3；不加入縮醛交聯(lián)劑對(duì)應(yīng)的凝膠顆粒命名為PPG-0。

1.4 溶脹性質(zhì)的測(cè)定

1.4.1 縮醛交聯(lián)劑含量對(duì)溶脹性質(zhì)的影響

在70 ℃下，將已知質(zhì)量(md)的4種預(yù)制凝膠顆粒 (PPG-0～PPG-3)置于模擬鹽水中浸泡24 h，每隔4 h將顆粒從鹽水中取出，用濾紙拭去表面殘留的水后稱量(ms)，然后將顆粒轉(zhuǎn)移至pH值為3.0的酸性緩沖溶液中浸泡24 h，每隔4 h取出，擦拭并稱量。溶脹度由式(1)求得：

溶脹度=(ms-md)/md

(1)

1.4.2 溫度對(duì)溶脹性質(zhì)的影響

分別在60 ℃、70 ℃、80 ℃和90 ℃下，將編號(hào)為PPG-3的凝膠顆粒先后置于模擬鹽水和酸性緩沖溶液中各浸泡24 h，按照上述方法測(cè)定溶脹度。

1.4.3 酸性緩沖溶液的pH值對(duì)溶脹性質(zhì)的影響

在90 ℃下，將編號(hào)為PPG-3的凝膠顆粒首先置于模擬鹽水中浸泡24 h，之后分別置于pH值為2.0、3.0和4.0的酸性緩沖溶液中浸泡24 h，按照上述方法測(cè)定溶脹度。

1.5 預(yù)制凝膠顆粒的結(jié)構(gòu)表征

1.5.1 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)表征

將鈉基蒙脫土、凝膠顆粒PPG-0、PPG-3以及依次在模擬鹽水和酸性緩沖溶液(pH值為3.0)中浸泡過(guò)的PPG-3在研缽中研成粉末并制成KBr壓片，在Bruker Tensor-27型傅里葉變換紅外光譜儀上進(jìn)行測(cè)試，波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1。

1.5.2 掃描電鏡 (SEM)表面形貌觀察

將在模擬鹽水中浸泡24 h后的凝膠顆粒PPG-0和PPG-3以及依次在模擬鹽水和酸性緩沖溶液(pH 值為3.0)中分別浸泡24 h后的PPG-3置于冷凍干燥機(jī)中(-60 ℃，10 Pa)干燥24 h，樣品表面形貌在FEI-Quanta400型掃描電鏡上進(jìn)行觀察，放大倍數(shù)1 000倍。

2 結(jié)果與討論

2.1 縮醛交聯(lián)劑用量對(duì)預(yù)制凝膠顆粒溶脹性質(zhì)的影響

由圖1可看出，70 ℃時(shí)，4種凝膠顆粒(PPG-0～PPG-3)在模擬鹽水中均發(fā)生快速溶脹，在4 h以后達(dá)到溶脹平衡，此時(shí)的溶脹度即為平衡溶脹度(Equilibrium Swelling Degree)，記為ESD1。由于4種凝膠顆粒中的穩(wěn)定交聯(lián)劑用量相等，其交聯(lián)密度僅隨縮醛交聯(lián)劑用量的增加而減小。因此，未加入縮醛交聯(lián)劑的PPG-0顆粒中交聯(lián)密度最小，其平衡溶脹度表現(xiàn)為最大值(ESD1=17.6)，加入縮醛交聯(lián)劑最多的PPG-3表現(xiàn)為平衡溶脹度最小(ESD1=6.5)。這個(gè)階段旨在模擬注入CO2前凝膠顆粒處于地層水環(huán)境下的溶脹過(guò)程，隨著縮醛交聯(lián)劑用量的增加可以明顯降低平衡溶脹度，有利于向地層深部運(yùn)移和輸送。

當(dāng)溶脹介質(zhì)由模擬鹽水切換至酸性緩沖溶液后，常規(guī)凝膠顆粒PPG-0的溶脹度基本不發(fā)生變化，而引入縮醛交聯(lián)劑的PPG-1～PPG-3在原有平衡溶脹度ESD1的基礎(chǔ)上發(fā)生了明顯的第二級(jí)溶脹，并在12 h后達(dá)到第二級(jí)的平衡溶脹度(ESD2)，表明了縮醛交聯(lián)劑在pH值為3.0的酸性條件下，發(fā)生了水解斷裂進(jìn)而釋放出一部分交聯(lián)點(diǎn)，導(dǎo)致交聯(lián)密度降低，ESD2的值仍然隨著縮醛交聯(lián)劑的用量增加而降低。值得提出的是，盡管PPG-3的ESD2最小，但是其兩級(jí)平衡溶脹度之間的差別最大(ΔESD=ESD2-ESD1=13.2-6.5=6.7)，這一方面有利于注入CO2前的深部運(yùn)移，另一方面有利于發(fā)揮其在注入CO2后，由于進(jìn)一步溶脹而封堵裂縫的效果。

2.2 溫度對(duì)預(yù)制凝膠顆粒溶脹性質(zhì)的影響

實(shí)施CO2驅(qū)油工藝時(shí)，地層溫度會(huì)在一定范圍內(nèi)變化，此處以PPG-3凝膠顆粒為代表，考察溫度對(duì)其在兩種介質(zhì)中溶脹性質(zhì)的影響。如圖2所示，在60～90 ℃的4個(gè)溫度下且處于模擬鹽水介質(zhì)中時(shí)，凝膠顆粒仍然表現(xiàn)出快速溶脹現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)4 h后基本達(dá)到平衡，相應(yīng)的平衡溶脹度(ESD1)隨著溫度升高僅略有增加，這可能是隨著溫度升高凝膠中的高分子鏈柔性也會(huì)略微增強(qiáng)的緣故。當(dāng)置于后續(xù)的酸性緩沖溶液(pH值為3.0)介質(zhì)中時(shí)，在4個(gè)溫度下均呈現(xiàn)明顯的第二級(jí)溶脹過(guò)程，且相應(yīng)的平衡溶脹度(ESD2)仍隨著溫度升高而增大。其中，由70 ℃升高至90 ℃的過(guò)程中，ESD2的增幅較小，使得其兩級(jí)溶脹度差值(ΔESD)基本相等，從60 ℃升高至70 ℃，ESD2增幅較大。此外，可以看出在酸性介質(zhì)中達(dá)到溶脹平衡的時(shí)間隨著溫度升高而明顯縮短：在60 ℃下達(dá)到平衡需要20 h，在70 ℃下需要12 h，在80 ℃和90 ℃下達(dá)到溶脹平衡約需8 h。因此，溫度對(duì)凝膠顆粒在模擬鹽水介質(zhì)中的溶脹性質(zhì)影響不顯著，但是對(duì)其在酸性介質(zhì)中的溶脹速率和溶脹程度均有比較明顯的影響。

2.3 介質(zhì)pH值對(duì)預(yù)制凝膠顆粒溶脹性質(zhì)的影響

當(dāng)凝膠顆粒PPG-3在90 ℃下于模擬鹽水中達(dá)到溶脹平衡后，將其分別置于不同pH值的緩沖溶液中。從圖3可看出，在pH值為2.0和3.0的兩種介質(zhì)中，凝膠顆粒均發(fā)生明顯的第二級(jí)溶脹，且在8 h后達(dá)到溶脹平衡，隨著酸性增強(qiáng)，其平衡溶脹度(ESD2)僅略有增加。而與此形成鮮明對(duì)比的是，在pH值為4.0的介質(zhì)中，幾乎沒(méi)有觀察到進(jìn)一步的溶脹，始終維持在模擬鹽水中的平衡溶脹度(ESD1)。這表明，在此pH值下縮醛交聯(lián)劑的分解速率非常小，使得凝膠顆粒中的交聯(lián)密度幾乎沒(méi)有改變，難以觀察到第二級(jí)溶脹。因此，其在酸性介質(zhì)中的溶脹與pH值或水合氫離子的濃度也有密切關(guān)系[13]。由于CO2驅(qū)油通常會(huì)使得地層水的pH值下降至2.0～3.0左右，此處凝膠顆粒的這種pH響應(yīng)性溶脹行為是與此相適應(yīng)的。同時(shí)，這種溶脹性質(zhì)也使得其可以適用于弱酸性的地層/注入水(pH值≥4.0)，具有使用范圍廣泛的特點(diǎn)。

2.4 紅外吸收光譜表征

圖4為鈉基蒙脫土(Na-MMT)和預(yù)制凝膠顆粒的紅外吸收光譜，對(duì)于鈉基蒙脫土，其位于3 634 cm-1的吸收峰來(lái)自于結(jié)構(gòu)羥基(-OH)的伸縮振動(dòng)，這也是硅鋁酸鹽的特征峰[16]。位于3 437 cm-1和1 634 cm-1的吸收峰分別對(duì)應(yīng)于其層間水的伸縮和彎曲振動(dòng)，在鈉基蒙脫土制備過(guò)程中殘留的碳酸鈉導(dǎo)致在1 473 cm-1處產(chǎn)生吸收。Si-O和Al-O鍵的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生了分別對(duì)應(yīng)于1 094 cm-1和1 040 cm-1處的吸收峰，而520 cm-1和470 cm-1的吸收分別來(lái)自于Al-O-Si和Si-O-Si鍵的彎曲振動(dòng)。在凝膠顆粒的紅外光譜中，有些鈉基蒙脫土的吸收峰得到保留，包括3 634 cm-1、1 094 cm-1、1 040 cm-1、520 cm-1和470 cm-1等，在3 437 cm-1處的吸收峰由于額外包括了丙烯酰胺中氨基(-NH2)的不對(duì)稱性伸縮振動(dòng)，故而峰形變得更寬。值得注意的是，對(duì)于凝膠顆粒PPG-0、PPG-3以及在酸性緩沖溶液中浸泡過(guò)的PPG-3，鈉基蒙脫土原來(lái)位于1 634 cm-1的吸收峰在此分別發(fā)生紅移至1 611 cm-1、1 615 cm-1和1 615 cm-1處。這表明，插入蒙脫土層間的聚丙烯酰胺和其層間水通過(guò)氫鍵發(fā)生作用，進(jìn)而削弱了原有層間水之間的氫鍵作用[17-18]。由此表明，凝膠顆粒中聚合物網(wǎng)絡(luò)和鈉基蒙脫土之間發(fā)生了有效的復(fù)合作用。

2.5 掃描電鏡表面形貌觀察

圖5所示為凝膠顆粒PPG-0和PPG-3在鹽水中充分浸泡以及PPG-3依次在鹽水和酸性溶液浸泡后的掃描電鏡照片。從圖5可看出，三者均呈現(xiàn)多孔形貌，PPG-0顆粒由于交聯(lián)密度較低，表現(xiàn)為質(zhì)地疏松，除了一些明顯的較大孔洞外，還存在很多小孔洞，使得水相介質(zhì)易于進(jìn)入，因此凝膠顆粒具有比較高的平衡溶脹度；當(dāng)通過(guò)引入縮醛交聯(lián)劑而提高交聯(lián)密度后，其質(zhì)地明顯變得緊密，除了較大孔洞外，小孔的數(shù)量顯著減少，因此，其平衡溶脹度較PPG-0顯著減小；當(dāng)將其繼續(xù)置于酸性溶液中充分浸泡后，縮醛分子在酸性條件下發(fā)生水解斷裂，由照片可以看到，在酸液作用下侵蝕出大量的小孔，導(dǎo)致交聯(lián)密度降低，進(jìn)而又產(chǎn)生了明顯的第二級(jí)溶脹現(xiàn)象。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 由三步反應(yīng)制備了縮醛交聯(lián)劑N,N′-二丙烯酰氧基-二(2-氨基乙氧基)甲烷，在聚合體系中將其與穩(wěn)定交聯(lián)劑N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺同時(shí)引入，以丙烯酰胺為單體，以鈉基蒙脫土為增強(qiáng)劑，通過(guò)自由基聚合制備出預(yù)制凝膠顆粒。

(2) 當(dāng)將其先后置于模擬鹽水和pH 值≤3.0的酸性緩沖溶液中后，表現(xiàn)出明顯的兩級(jí)溶脹現(xiàn)象，而使用單一交聯(lián)劑的常規(guī)凝膠顆粒在同樣條件下僅表現(xiàn)為單級(jí)溶脹。在穩(wěn)定交聯(lián)劑用量一定時(shí)，其在兩種介質(zhì)中的平衡溶脹度均隨縮醛用量的增加而降低。制備的凝膠顆粒在中性介質(zhì)中的平衡溶脹度受溫度影響較小，在酸性介質(zhì)中溶脹速率和平衡溶脹度均隨溫度升高而增大。由于具有pH響應(yīng)性兩級(jí)溶脹性質(zhì)，這種預(yù)制凝膠顆粒在CO2驅(qū)油技術(shù)中實(shí)現(xiàn)深部波及控制方面將具有潛在的應(yīng)用前景。

(3) 下一步的工作將開展縮醛分子結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化并引入pH響應(yīng)性單體，以達(dá)到同時(shí)減少第一級(jí)平衡溶脹度并增加第二級(jí)平衡溶脹度的目的。

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Preparation and swelling property of preformed particle gel with pH-responsiveness

Bi Weiyu1,2, Li Xiaorong1, Huang Wei1

1. Oil and Gas Technology Research Institute, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an, Shaanxi, China; 2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil and Gas Fields, Xi’an, Shaanxi, China

To realize the in-depth conformance control for CO2-flooding process, a kind of preformed particle gel with pH-responsiveness was designed based on labile cross-linking strategy. The gels were prepared via solution radical polymerization of acrylamide as monomer, with the incorporation of an acid-labile acetal as cross-linker, in addition to a stable one. The influences of acetal content, temperature and media pH on the swelling behavior were investigated. The obtained particle gel was exposed to brine and acidic buffer(pH value≤3.0), then it showed the swelling pattern of two-stage, while the conventional preformed particle gels prepared under the same conditions showed a single-stage swelling pattern. With the same content of stable cross-linker, the equilibrium swelling degrees in the two media decreased with the increasing of acetal content. In the neutral medium, the equilibrium swelling degree was almost not influenced by the temperature, while the swelling rate and equilibrium swelling degree increased with the increasing of temperature in acidic media. Accordingly, this kind of pH-responsive preformed particle gel with two-stage swelling behavior would have potentials as promising materials for in-depth conformance control in CO2-flooding processes.

preformed particle gel, swelling, labile cross-linker, acetal, pH-responsiveness

國(guó)家十三五示范工程“CO2捕集、驅(qū)油與埋存技術(shù)示范工程”(2016ZX05056)；中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“長(zhǎng)慶油田低滲透油藏CO2捕集、驅(qū)油與埋存關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(2014E-36)。

畢衛(wèi)宇(1975-)，遼寧撫順人，2009年7月畢業(yè)于西北大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位，高級(jí)工程師?，F(xiàn)就職于中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田油氣工藝研究院，從事提高原油采收率方面油田化學(xué)研究工作，已發(fā)表論文19篇。E-mail：weiyubi@yeah.net

TE357.7

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.03.014

2016-09-11；編輯：馮學(xué)軍