水质对弱凝胶体系成胶性能影响研究

张铁刚 , 张立天

(大庆油田有限责任公司 第三采油厂，黑龙江 大庆 163113)

水质对弱凝胶体系成胶性能影响研究

张铁刚 , 张立天

(大庆油田有限责任公司 第三采油厂，黑龙江 大庆 163113)

弱凝胶体系成胶率是评价体系调驱效果的关键因素。为了评价水质对弱凝胶体系成胶性能的影响，以有机铬/聚合物弱凝胶体系作为研究对象，开展了不同水质条件下弱凝胶体系成胶性能实验。研究结果表明：矿化度对弱凝胶成胶性能具有较大的影响，随着矿化度的增加，体系黏度下降，矿化度高于20 000 mg/L后，成胶效果及稳定性明显变差。当水溶液pH值为6～8时，体系成胶黏度及成胶稳定性较好。随着悬浮物含量增加，初始黏度不断降低，当悬浮物含量达40 mg/L时，弱凝胶初始黏度即可降低50%。

弱凝胶体系 ； 矿化度 ； pH值 ； 悬浮物

非均质油藏经过长期的注水开发导致储集层的非均质程度变得更加严重，储层的动用程度表现出了严重的差异性[1-3]。为了扩大非均质油藏的波及体积，开展了弱凝胶体系深部调驱技术研究[4-8]。本文选用的有机铬/聚合物弱凝胶体系在多孔介质中具有较大的阻力系数，可以有效地占据非均质油藏中的大孔道，迫使后续注入的流体可以进入到小的孔道内，从而实现扩大非均质油藏波及体积的目的。弱凝胶体系主要依靠高分子聚合物分子间交联为主，分子内交联为辅，具有较强封堵性能，剪切后凝胶团仍具有一定的驱油作用，凝胶强度可调，成胶时间可控，但水质对弱凝胶体系成胶性能影响较大[9-11]。因此，本文开展不同水质条件下弱凝胶体系成胶黏度实验研究，建立配制弱凝胶体系的水质标准，形成具有封堵非均质油藏大孔道的调整技术。

1 实验条件

1.1实验材料

聚合物：部分水解聚丙烯酰胺，相对分子质量为2 300×104；交联剂：醋酸铬，化学纯，有效质量分数59%；抗氧化剂：硫脲、亚硫酸钠，分析纯，有效质量分数83%；实验用水：油田污水，离子组成见表1。

表1 不同水质污水的离子组成

1.2实验仪器

Brookfield黏度计(DVⅡ+型)、电子分析天平、JJ-1型六联电动机械搅拌器、恒温振荡水浴、500 mL烧杯。

2 实验结果与分析

2.1矿化度对弱凝胶体系成胶性能的影响

为研究矿化度对弱凝胶成胶性能的影响，利用表1中的三种污水配制质量分数为0.2%聚合物+质量分数为0.15%交联剂的弱凝胶体系。在60 ℃恒温条件下，观察三组弱凝胶体系的黏度变化情况，对体系黏度进行测定并将实验结果绘制如图1所示。

图1 矿化度对弱凝胶成胶性能的影响

图1结果表明：用于配制弱凝胶体系的污水中矿化度含量对体系成胶性能具有较大的影响。矿化度越高，凝胶体系成胶黏度越低，黏度保持率越低，稳定性越差。在60 ℃条件下，利用污水1配制的弱凝胶体系在初始黏度为380.3 mPa·s，随着静止时间的增加弱凝胶体系成胶，体系黏度在第15 d迅速上升至19 630.6 mPa·s，之后随着时间的增加体系黏度略有降低，但是稳定性较好。利用污水2配制的弱凝胶体系黏度随时间的变化规律与污水1相同，初始黏度为327.6 mPa·s，在第15 d黏度达到峰值8 563.8 mPa·s。但矿化度gt;20 000 mg/L后，成胶效果明显变差，利用污水3配制的弱凝胶体系初始黏度只有137 mPa·s，静止两天后体系黏度可以增至2 034.1 mPa·s，但之后黏度又迅速降低，表现出较差的黏度稳定性。产生上述的原因主要是因为在矿化度较高时，水中无机盐阳离子浓度较大，由于其具有比水更强的亲电性，因而它优先取代了水分子，与聚丙烯酰胺分子链上的羧基形成反离子对，屏蔽分子链上的负电荷，使聚合物线团间的斥力减弱，从而使聚丙烯酰胺分子链卷曲，影响交联反应。

2.2pH值对弱凝胶体系成胶性能的影响

为研究pH值对弱凝胶成胶性能的影响，采用污水2配制质量分数为0.2%聚合物+质量分数为0.15%交联剂的弱凝胶体系，并将弱凝胶pH值分别调至5、6、7、8。在60 ℃恒温条件下，观察4组弱凝胶体系的黏度变化情况，对体系黏度进行测定并将实验结果绘制如图2所示。

图2 溶液pH值对弱凝胶成胶性能的影响

pH值对弱凝胶成胶性能的影响结果表明：当pH值在6～8成胶较稳定，pH值lt;6时不能成胶。在弱碱性条件下，更有利于弱凝胶体系成胶。在pH值lt;5的酸性环境中存在大量质子，聚丙烯酰胺分子链上的羧基离子“COO—”与质子结合，导致“COO—”之间静电排斥力降低，导致聚丙烯酰胺链变成紧密卷曲，黏度降低；而pH值过高则引起聚丙烯酰胺分子过度水解，导致聚丙烯酰胺分子与交联剂的交联过度，弱凝凝胶稳定性变差。

2.3悬浮物对弱凝胶体系成胶性能的影响

为研究悬浮物对弱凝胶成胶性能的影响，利用高岭土颗粒模拟水中悬浮物，通过含有不同悬浮物的污水2配制弱凝胶体系。在60 ℃恒温条件下，观察体系黏度变化情况，对体系黏度进行测定并将实验结果绘制如图3所示。

图3 悬浮物含量对弱凝胶成胶性能的影响

实验结果表明，随着悬浮物含量增加，初始黏度不断降低，当悬浮物含量达40 mg/L时，弱凝胶初始黏度即可降低50%。油田回注水中悬浮物多为难溶于水的物质，成分一般为无机和有机的混合物。固态悬浮物原本的堆积结构是由“边”“面”吸附形成的，聚丙烯酰胺分子与固态悬浮物颗粒的吸附以及键合作用形成了稳定的结构，双电层变薄，电荷量减小，致使固悬物的结构变成了絮凝体结构。同时聚丙烯酰胺分子中“—COO—”的电斥力由于受到了阳离子所带电荷的抑制作用以及某些金属离子的絮凝作用，导致聚丙烯酰胺分子线团变得更加卷曲更易抱团，导致聚丙烯酰胺溶液黏度降低。

3 结论

矿化度对弱凝胶成胶性能具有较大的影响，随着矿化度的增加，体系黏度下降，矿化度高于20 000 mg/L后，成胶效果及稳定性明显变差。当水溶液pH值处于6～8，体系成胶黏度及成胶稳定性较好。随着悬浮物含量增加，初始黏度不断降低，当悬浮物含量达40 mg/L时，弱凝胶初始黏度即可降低50%。

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EffectofWaterQualityonGellingPropertiesofWeakGelSystem

ZHANG Tiegang, ZHANG Litian

(The Third Oil Production Plant , Daqing Oil-field Co.Ltd , Daqing 163113 , China)

The gelling rate of weak gel system is the key factor to evaluate the effect of profile control and flooding.In order to evaluate the influence of water quality on gelling properties of weak gel system,the organic chromium/polymer weak gel system is taken as the research object, and the gelling properties of weak gel system under different water quality conditions are studied.The results show that the degree of salinity has a great influence on the gelling properties of weak gel.With the increasing of salinity,the viscosity of the system decreases,when the salinity is higher than 20 000 mg/L,the gelling effect and stability are obviously worse.When the pH value of aqueous solution is between 6～8,the gelling and viscosity of the system are better.With the increasing of the content of suspended solids,the initial viscosity decreases continuously.When the content of suspended solids reaches 40 mg/L,the initial viscosity of the weak gel can reduce 50%.

TQ427

A

1003-3467(2017)10-0024-03

2017-08-11

张铁刚(1990-)，男，助理工程师，从事采油工程方面的研究工作，电话：13149596664，E-mail：215501610@qq.com。

Keywordsweak gel system ; salinity ; pH value ; suspended matter