多孔介质对交联聚合物成胶效果影响及作用机理X解读Word格式.docx
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人造非均质岩心模拟大庆主力油层,8μm2,长30cm。
以聚合物溶液为对照,按水—凝胶—水—凝胶—候凝20天—水的顺序驱替,由驱替过程中入口和中间点压力与注入量关系判断,Al3+体系进入岩心并通过分子内交联成胶,Cr3+体系在进入岩心前已发生交联并在端面造成堵塞;
进入岩心的复合交联体系基本上不成胶。
引证了文献发表的大庆油田铬凝胶调驱的有关数据。
讨论了储层孔隙结构、渗透率～孔隙半径中值关系曲线及聚合物分子线团半径。
认为在孔隙介质中由于孔隙壁造成的“笼”效应,聚合物的分子间交联受到一定程度的阻碍。
图7表3参8。
关键词:
聚合物凝胶;
交联反应;
成胶;
多孔介质;
孔隙结构;
注入性;
驱油聚合物中图分类号:
TE39:
TE357.46:
O648.17 文献标识码:
A
国内注水开发油田综合含水不断升高,改善注
入井吸液剖面、减少注入水在高渗透层或大孔道内低效和无效循环,已成为油田开发中的重大技术难题。
目前,矿场上用于改善注入井吸液剖面的调剖剂,主要有交联聚合物凝胶和固体颗粒（吸水膨胀型和非吸水膨胀型）两大类[1,2]。
交联聚合物凝胶的调剖效果受聚合物交联反应程度的制约。
在室内条件下,依据溶剂水矿化度和交联剂类型的不同,聚合物交联反应可分为同一分子链内（分子内）交联和不同分子链间（分子间）交联两种类型[3]。
分子内交联的聚合物凝胶具有局部性网状分子结构,与聚合物溶液相比较,（交联）分子回旋半径和体系黏度变化不大,但分子链的柔软性即形变能力变差,在岩石（多孔介质,下同）孔道内运
移时流动阻力增加。
分子间交联的聚合物凝胶具有区域性网状分子结构,（交联）分子回旋半径和体系黏度明显增大,且回旋半径远大于岩石喉道半径,在正常驱替压力下,这种交联分子不易进入岩石孔道,在外力作用下进入后其结构会遭到破坏,失去原有调剖功能。
与室内条件相比较,矿场聚合物凝胶的配制和成胶过程受到油藏内高温、高压和复杂化学环境、微小和连续性差的孔隙空间环境及流动和剪切作用的动态环境等因素制约,这势必影响聚合物分子间或分子内的交联反应。
笔者利用室内实验研究数据和矿场试验数据,分析了Al3+交联、Cr3+交联和复合交联聚合物体系成胶反应特征,研究了多孔介质（人造岩心）对聚合物凝胶成胶效果的影响及机理,为新型聚合物凝胶类新型调剖剂的研制提供
Ξ收稿日期:
2006203231。
（项目编号
0201022222）。
基金项目:
中国石油天然气股份公司科技攻关项目“聚驱后进一步提高采收率技术研究”
作者简介:
卢祥国（1960-）,男,教授,博士生导师,西南石油学院石油工程专业学士（1983）、油气田开发工程专业硕士（1989）、日本早稻
田大学环境与资源工学博士（2002）,主要从事提高油气采收率方面的教学和研究工作,通讯地址:
163318黑龙江省大庆市开发区大庆石油学院石油工程系,电话:
0459-6503406,E2mail:
luxiangg2003@。
。
第23卷第4期卢祥国,苏延昌,孙刚等:
多孔介质对交联聚合物成胶效果影响及作用机理353
参考。
1 室内实验
1.1 实验材料
（1）实验用水 污水和清水取自大庆油田采油
表2。
从表可以看出,聚合物溶液和铝凝胶的黏度
随时间的变化不大,铬凝胶和复合凝胶的黏度先大幅度增加,后期呈现小幅度下降趋势。
黏度测试数据表明,铬凝胶和复合凝胶内聚合物分子间发生了交联反应,铝凝胶内聚合物分子线团内官能基团之间发生了交联反应。
岩心实验测得铝凝胶的阻力系数和残余阻力系数分别为323.7和365.3,表明聚合物分子内部发生了交联反应。
铬凝胶和复合凝胶不能注入岩心,表明交联聚合物分子尺寸大于孔隙尺寸。
）表2（45℃451/mPa・s
二厂,其离子组成见表1。
聚合物溶液和交联聚合
物溶液用污水配制。
表1 注水水质检测结果
离子浓度
/mgL
-1
清水 90.03
225.0888.6536.02
污水 210.07
1708.56780.129.61
/mgL-1Ca2+Mg2+Na+
清水 34.06
24.32231.15污水 32.06
7.301265.004012.CO32-HCO3-Cl-SO42-
6.67.65.54.64.86.16.2
11
260120023001800840210
复合凝胶聚合物溶液 13.9
17.825.81800310008000035000
8.57.56.84.94.85.04.8
矿化度
（2）物理模型[4],0.8μm2,几何尺寸（cm）为
515304560
长×
宽×
高=30.0×
4.5×
4.5,模型入口和中间位置设有测压孔（见图1）。
模型流动实验过程中各测点压力与注入孔隙体积倍数（PV）关系见图2。
在聚合物溶液注入过程中[见图2（a）],岩心入
图1 物理模型及测压点分布
（3）聚合物溶液与凝胶（化学驱替液） 聚合物
为部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）,由大庆炼化公司
口和中间点压力随注入量增加而增大,入口压力大于中间点压力,即前半段压差大于后半段,表明前半段长度上聚合物滞留量较大。
在后续水注入过程中,2个测压点的压力随注入量增加而减小,前半段压差仍大于后半段,表明水驱后前半段长度上聚合物滞留量仍然较大。
在进行第二次注聚合物溶液和注水过程中,2个测压点的压力变化特征与上一过程类似。
在铝凝胶（严格讲,此时为聚合物与Al3+的混合溶液）注入和后续水驱过程中[见图2（b）],2个测压点的压力持续升高,前半段压差大于后半段,这种差异在后续水驱阶段尤其明显。
20d后进行后续水驱时,2个测压点的压力大幅度增加。
压力变化特征表明,在多孔介质内Al3+与聚合物分子发生了交联反应,并主要发生在聚合物分子线团内部。
在铬凝胶注入过程中[见图2（c）],入口压力急剧增加,中间点压力升幅较小,表明聚合物交联反应主要发生在进入岩心之前,流动阻力主要来自岩心端面附近区域,进入岩心的凝胶分子结构受到了破
生产,相对分子质量1.9×
10。
铝凝胶由500mg/L聚合物溶液与25mg/LAl3+组成;
铬凝胶由700mg/L聚合物溶液与35mg/LCr3+组成;
复合凝胶由0.24%聚合物、0.16%明矾、0.058%的酚醛树脂单体混合物及0.35%pH调节剂组成。
1.2 实验方法与程序
7
分别配制4种化学驱替液,每种驱替液均分为2份,一份用于黏度～时间关系测试,另一份用于物理模型驱替。
实验温度45℃。
驱替程序如下:
注清水1.0PV→注化学驱替液1.0PV→注清水0.7PV→注同一化学驱替液0.3PV→静置候凝20d→注清水。
在注入过程中定时测量入口和中间点的压力。
1.3 结果分析
聚合物溶液和凝胶黏度与时间关系实验数据见
354油 田 化 学2006
年
图2 两次注入聚合物溶液（图a）、铝凝胶（图b）、铬凝胶（图c）、复合凝胶（图d）实验中,模型入口（曲线1）和中间点（曲线
2）压力随注入量的变化
坏,相应地,流动阻力较小。
20d后注水,入口压力大幅度下降,而中间点压力变化不大,表明滞留在岩心端面附近区域的凝胶分子结构被破坏,导致流动阻力减小,岩心内原有凝胶分子结构变化不大。
图2（d）与图2（a）相比较,注入过程中压力变化趋势相似,压力升幅相近,表明岩心内聚合物分子间或分子内都没有发生交联反应。
综上所述,岩心会对聚合物的交联反应产生不利影响,并且对分子间交联反应的影响尤为严重。
数下降幅度小 聚合物驱阶段,最高注入压力12.8MPa,最小视吸水指数13.9m3/d・MPa。
聚合物凝胶调驱阶段,最高注入压力11.7MPa,最小视吸水指数17.3m3/d・MPa。
由此可见,聚合物驱阶段注入压力升高幅度和视吸水指数下降幅度均比聚合物凝胶调驱阶段大。
（3）试验区阻力系数和残余阻力系数小 在聚合物驱阶段,利用试井方法测得区块平均阻力系数和残余阻力系数分别为2.77和2.29,而聚合物凝胶调驱阶段仅为1.11和1.08,说明聚合物凝胶在油层内流动阻力小。
从井口和返排样品成胶率及油藏渗流特征来看,玻璃容器内Cr3+与聚合物分子间可以发生交联反应,形成分子间交联聚合物凝胶,但岩石内交联反应程度低、成胶效果差。
需要特别指出的是,油藏内Cr3+交联聚合物成胶效果差,除了多孔介质孔隙结构本身的影响外,油藏化学环境如地层水稀释和黏土吸附作用等对成胶效果也有较大影响。
2 矿场试验结果
国内大庆喇嘛甸油田一区块在聚合物驱后实施聚合物铬凝胶调驱[5],注入凝胶量为0.2PV。
注入井和采出井动态反应特征如下。
（1）地面凝胶成胶率高、黏度大 注入井井口累积取样2082个,平均成胶率达91.7%。
凝胶连续注入两个月后从注入井实施返排,返排深度约3m,返排液20h后黏度高达2×
104mPa・s。
（2）试验区注入压力上升幅度低、油层视吸水指
多孔介质对交联聚合物成胶效果影响及作用机理355
3 岩石对成胶效果影响及作用机理
用扫描电镜观察岩石微观结构,聚合物分子几何尺寸用美国Wyatt技术公司的Dawneos型18角度激光光散射仪（波长690nm）和OptilabDSP干涉型示差折光仪测量。
3.1 孔隙结构和聚合物分子线团尺寸
几种聚合物分子线团回旋半径测试结果见表3。
表3 聚合物分子线团回旋半径
相对分子质量
6.50×
1068.20×
1061.13×
1071.75×
1072.80×
107
水解度
/%23.624.825.226.427.3
浓度
/mgL-1
650600550500400
回旋半径
RG/μm
0.1480.1620.2020.2450.312
大庆葡萄花油层天然岩心孔隙结构扫描电镜图见图3,岩心渗透率与孔隙半径中值r50统计关系见图4。
从图中可以看出,岩石孔隙是一个错综复杂的网状结构体系,
具有几何尺寸狭小和空间分散性极强等特点,孔隙半径中值在几微米到几十微米范围。
）10倍。
,在数值上相差约105倍。
3.2 孔隙结构对成胶效果的影响机理
聚合物分子与交联剂如Cr3+间的化学反应属于液相离子反应。
在溶液中,溶质分子被溶剂分子所包围,产生“笼”效应[7]或“屏蔽”效应[8]。
在溶液中,溶质分子必须冲破溶剂分子“笼”的束缚,相互发生碰撞,才能实现化学反应。
在多孔介质内进行的液相离子反应中,溶质分子间的化学反应除了受溶剂分子的“笼”效应影响外,岩石孔隙结构部分隔断不同孔隙内溶质分子间的相互碰撞,对溶质分子产生另一种
“笼”或“屏蔽”效应。
因此,聚合物分子与交联剂间的化学反应更多地被局限在同一孔隙空间内,同一聚合物分子链上不同官能基团与交联剂之间发生碰撞的概率增加,更容易实现分子内交联反应。
与此同时,不同孔隙内的聚合物分子链上的官能基团与交联剂之间发生碰撞的概率大幅度减小,很难实现如烧杯或磨口瓶内那样大范围内的分子间交联反应,也就难以形成大范围的网状分子结构的聚合物凝胶。
图3 天然岩心孔隙结构SEM照片（×
300）
4 结论
图4 天然岩心渗透率与孔隙半径中值统计
（1）化学环境、孔隙空间环境以及流动和剪切
驱油用聚合物溶液为聚合物稀溶液,其浓度通常不超过2000mg/L。
聚合物分
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